生命基本——細(xì)胞！
中國微生物菌種查詢網(wǎng) / 2016-12-09 08:39:30
在過去十年間，人類對細(xì)胞活動有更深刻認(rèn)識。比如，我們現(xiàn)在知道其實沒有原生質(zhì)這種物質(zhì)，細(xì)胞也不是一個靜止而被動的“口袋”。我們體內(nèi)每一個活細(xì)胞都自成一體，組成動態(tài)而神奇的世界。
不管它如何變化，狀態(tài)卻出奇地穩(wěn)定；不管它如何更新?lián)Q代，卻永遠(yuǎn)遵循著跟生命一樣古老的化學(xué)和電子原理。對我而言，細(xì)胞是一個隱藏的奇跡。
細(xì)胞和人體健康
我們體內(nèi)各種細(xì)胞的變化，決定了我們的健康狀況。人生病，就是細(xì)胞受到病菌攻擊；要恢復(fù)健康就必須由此著手治療。
細(xì)胞健康與否，取決于細(xì)胞內(nèi)部數(shù)以萬計的分子的功能運轉(zhuǎn)以及它所制造的、維護(hù)的和世代相傳的每一個微小結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
人體就像一個社會，由各種器官和纖維組織組成，它們各司其職，共同維護(hù)整個機體的正常功能。
神經(jīng)系統(tǒng)像電話公司，專門負(fù)責(zé)傳送資訊。消化系統(tǒng)向器官和纖維組織輸送原料和燃料，然后由器官和纖維組織制造蛋白質(zhì)，燃燒燃料，為身體的活動提供動力。如果任何一個器官功能減弱，整個機體的功能也會隨之紊亂和衰退。
人體內(nèi)有近百萬億個細(xì)胞，每個細(xì)胞自成體系，由大量功能各異的獨立結(jié)構(gòu)“細(xì)胞器官”(organelles)組成。
正如身體器官要對身體健康負(fù)責(zé)一樣，每個細(xì)胞器官也必須在不同情況下維持細(xì)胞正常功能。細(xì)胞器官的組織排列使植物、動物跟更大更復(fù)雜的人體一樣擁有專門的細(xì)胞和纖維組織。
如果再往下細(xì)分，通過比細(xì)胞器官更小的單位分子來看，我們會發(fā)現(xiàn)細(xì)胞要做的事可真不少。正常情況下，在這個僅有十分一毫米空間里會生產(chǎn)出兩萬種不同蛋白質(zhì)。每合成一種蛋白質(zhì)至少需要六個工序——也就是說，每一瞬間都會發(fā)生成千上萬次化學(xué)反應(yīng)——同時，每一種物質(zhì)都必須在適當(dāng)時候，以適當(dāng)形式和適當(dāng)數(shù)量被輸送到適當(dāng)?shù)胤健?
糖分解產(chǎn)生能量供應(yīng)這些化學(xué)反應(yīng)需要。另外，細(xì)胞會反復(fù)自我重塑；油脂和蛋白質(zhì)通過代謝轉(zhuǎn)化、進(jìn)入細(xì)胞膜；碳水化合物轉(zhuǎn)化成肝糖(即淀粉)被儲存起來。
正如自然界很多物質(zhì)一樣，細(xì)胞中大部份物質(zhì)也會循環(huán)再生，被反復(fù)使用，特別是礦物質(zhì)。
每一天，人體內(nèi)有70%的分子被“清倒——經(jīng)過分解重新組成新的結(jié)構(gòu)。也就是說，人體內(nèi)大部份的分子每兩周就被清倒一次！
這種穩(wěn)定的物質(zhì)交換保證人體具有足夠的靈活性，能夠適應(yīng)不斷變化的外部環(huán)境。
那么，保持健康的關(guān)鍵就是保證這些活動的持續(xù)穩(wěn)定性，即為細(xì)胞的修復(fù)和再生提供最佳的營養(yǎng)。
細(xì)胞是一個充滿奧秘的世界，一門蘊含豐富的科學(xué)。因為這不是一本教科書——它只是簡單回顧了我的一些生平事跡及我的USANA公司自成立至今多年來的研究進(jìn)程——所以，我在這里只對細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)和功能作簡單概述。
細(xì)胞核TheNucleus
細(xì)胞核(TheNucleus)是最負(fù)盛名的細(xì)胞器官，是一切細(xì)胞活動的控制中心。所有指揮細(xì)胞活動資訊的編碼，都存放在核子入面的去氧核糖核酸(DNA)內(nèi)。DNA的排列就像兩個互相纏繞的螺旋形帶子(又稱“雙螺旋”)。這一對核苷酸序列互相補充，決定了人體的遺傳密碼。最令人吃驚的是，人體基因中有80%的DNA都是“垃圾”，沒有已知的任何作用。真正有用途的有三萬多種獨立基因，它們各自管理自己的氨基酸序列。人體細(xì)胞產(chǎn)生的兩萬多種蛋白質(zhì)都由這些氨基酸組成。
蛋白質(zhì)生產(chǎn)的數(shù)量和時間長短，由細(xì)胞內(nèi)或身體內(nèi)復(fù)雜且靈敏度高的回饋系統(tǒng)控制。通常，基因物質(zhì)與核內(nèi)蛋白質(zhì)以松散形式排列在細(xì)胞核中，當(dāng)細(xì)胞準(zhǔn)備再生產(chǎn)時，它們就被壓縮成一種叫染色體的結(jié)構(gòu)。細(xì)胞核外有一層核膜，緊緊地包裹著細(xì)胞核。細(xì)胞核膜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由內(nèi)外兩層膜組成，位于核角膜和核膜孔復(fù)合體的下面。細(xì)胞核膜把核物質(zhì)跟細(xì)胞質(zhì)分開，但卻允許微小的極性分子和大分子進(jìn)出，尤其是RNA。這些“RNA信差”大概有幾千個鹼基那么長，它們專門傳遞資訊，指揮蛋白質(zhì)合成。細(xì)胞每次再生產(chǎn)時，細(xì)胞膜就會破裂形成兩個新的細(xì)胞。
細(xì)胞的再生循環(huán)
細(xì)胞再生要經(jīng)過三個步驟：
復(fù)制DNA，向再生成的細(xì)胞分配復(fù)制的染色體，分裂成兩個單獨的新細(xì)胞。
通過顯微鏡可以觀察到培養(yǎng)人體細(xì)胞的全部過程。在我的纖維培養(yǎng)實驗室里的健康細(xì)胞，大約每24小時完成一轉(zhuǎn)再生循環(huán)，分裂為兩個新的細(xì)胞。細(xì)胞在再生過程中，不僅會受到來自外部和內(nèi)部信號的指揮，還要接受檢查，確認(rèn)再生成的細(xì)胞是否已獲得全部的基因組(完整的基因物質(zhì)成份)。一發(fā)現(xiàn)有染色體偏離、DNA遭到破壞或DNA不完全復(fù)制等問題，整個循環(huán)過程就會被中斷。不管是在做試驗還是在人體內(nèi)，營養(yǎng)不良都會導(dǎo)致細(xì)胞再生減緩或中斷。
細(xì)胞更新
細(xì)胞具有驚人的更新能力，在維持人體功能正常運轉(zhuǎn)起了舉足輕重的作用。
不同器官有不同情況，但總的來說，人體細(xì)胞每兩天就要完成一個生產(chǎn)、磨耗和代換的過程。
有些人體器官的細(xì)胞更新得非常頻繁，它們的DNA復(fù)制過程必須完美無缺，否則會百病叢生。
我們知道血液細(xì)胞的更新非常迅速，腸內(nèi)膜的上皮細(xì)胞也一直不停地以新?lián)Q舊。每一天有近170億的上皮細(xì)胞被換掉，小腸的整個表皮每五天就全部更新一次。
人類皮膚大約每27天更新一次，一生中更新的皮膚近千張。每小時中，我們的身體會抖落60萬塊皮屑，加起來每年有1.5磅重。
到七十歲的時候，我們身上掉下來的皮已經(jīng)達(dá)到105磅(48公斤)——相當(dāng)于一個成年人體重的三分二。(可憐的吸塵器！)
骨骼的改造和重塑過程也日以繼夜不斷進(jìn)行，到欠上了年紀(jì)后才會漸漸緩慢下來。
人體的骨骼每兩年更新一次。由于骨骼在日常生活中磨損得厲害，所以它的更新率也自然而然是最高的?！ ∮行┤梭w器官在履行職責(zé)的同時要承受巨大傷害，所以每次都需要更換大量細(xì)胞。其中最有代表性的是肝臟，除制造與新陳代謝相關(guān)的重要物質(zhì)如膽固醇和凝固蛋白質(zhì)等，肝臟還負(fù)責(zé)化解人體內(nèi)部的有毒化學(xué)物，例如藥物和酒精。
在這個解毒過程中，肝臟細(xì)胞以犧牲自我來保護(hù)身體而遭到嚴(yán)重破壞。如果說肝臟是人體內(nèi)部器官中更新量最大的也并不為過。
DNA的包裝
人體細(xì)胞內(nèi)的DNA含量可能各不相同，但所含種類卻完全一樣。細(xì)胞容納DNA的形式向我們提供了一個進(jìn)行高效包裝的好例子。
在大腸桿菌中，一個直徑一微米(百萬分一米)、長二微米的細(xì)胞必須要容納一個長1300微米的DNA分子，這相當(dāng)于把一段長為18米(60英尺)的縫紉線放到一只裁縫用頂針里面。
人體細(xì)胞的任務(wù)就更艱巨了，因為他們必須比大腸桿菌多容納上千倍的DNA。于是他們把DNA帶圍著蛋白質(zhì)核(組蛋白)纏繞成超螺旋。人體內(nèi)最大的細(xì)胞——女性卵巢中的卵子，體積也不過只有一個英文句號那么大。
如果把卵巢或其他任何一種人體細(xì)胞中所有染色體的DNA拉成一根直線的話，它總長可能達(dá)到兩米，即六英尺。
剛才我舉例說把一段長為18米(60英尺)的縫紉線放到一只裁縫用頂針里面，現(xiàn)在說得更明白一些，就是把一根長十英里的繩子壓縮五萬倍以后塞進(jìn)一只一平方英尺寬的盒子里。
如果把人體內(nèi)一百萬億個細(xì)胞中所有的DNA連成一根繩子，長度足以來回地球和月球之間。
DNA的修復(fù)
每一個細(xì)胞都含有三十億對核苷酸，所以細(xì)胞在進(jìn)行分裂的過程中很容易發(fā)生復(fù)制錯誤。
另外，化學(xué)物質(zhì)、輻射或氧化劑也會使DNA遭到破壞。幸運的是，大自然已經(jīng)為我們準(zhǔn)備好幾種不同的DNA復(fù)制糾錯系統(tǒng)：細(xì)胞中有一百多種酶可以修正在DNA復(fù)制過程中，或促使蛋白質(zhì)合成的復(fù)制活動中出現(xiàn)的各種錯誤。氧化性壓力是破壞DNA最主要原因，所以細(xì)胞的DNA修復(fù)系統(tǒng)也是它的抗氧化劑防御系統(tǒng)的一部份(后面章節(jié)將對此作進(jìn)一步闡述)。
線粒體Mitochondria
線粒體(Mitochondria)是細(xì)胞的能量發(fā)生器，也是細(xì)胞中最活躍的組成部份之一。需要大量能量的細(xì)胞如肌肉等部位，細(xì)胞之中約含有1000到2000個線粒體，每個線粒體都能生產(chǎn)出三磷酸腺酶(ATP)分子，為細(xì)胞活動提供足夠能量。
為甚么我們的飲食中有一半——即我們消耗熱量的一半——是碳水化合物和糖類？原因是糖分能較好地制造能量以及ATP物質(zhì)。無論是甚么時候，每個細(xì)胞中都必須要有約十億個備用ATP分子。
ATP的能量來自化學(xué)合成物，主要是碳水化合物。這些能量合成物為細(xì)胞活動提供能量。每兩到三分鐘，分子的循環(huán)再生過程要使磷酸鹽生成和分裂十億次，人體每24小時就會制造和消耗掉幾磅重ATP。
這一過程中所產(chǎn)生的電子流動，也會在線粒體中生成高度活躍的分子——氧氣的廢物——游離基（自由基）。
我在后面將會談到游離基對健康造成的負(fù)面影響。
ATP所含的能量可以幫助細(xì)胞發(fā)揮所有功能：不管是細(xì)胞在攝取養(yǎng)份或分泌廢物的時候，還是新的分子被合成或發(fā)生退化的時候，都會有一個或更多ATP分子在發(fā)生作用。
當(dāng)我們眨眼的時候，鳥兒振翅的時候，螢火蟲閃閃發(fā)光的時候，ATP都在起作用。這種能量隨處可見，存在于地球上任何一種生物的細(xì)胞中。
細(xì)胞液內(nèi)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)TheEndoplasmicReticulum
細(xì)胞內(nèi)部但凡與蛋白質(zhì)有關(guān)的活動——氨基酸代謝，蛋白質(zhì)、荷爾蒙和酶積淀——都發(fā)生在粗面細(xì)胞內(nèi)液的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(roughendoplasmicreticulum；RER)中。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一個復(fù)雜的膜狀網(wǎng)路系統(tǒng)，它占據(jù)了細(xì)胞核外細(xì)胞中的大部份空間。
部份RER中有一種被包埋在膜中的微小蛋白質(zhì)復(fù)合體——糖酶素。糖酶素就像一張微型工作臺，氨基酸塊就在這張工作臺上依據(jù)DNA制定的“藍(lán)圖”組成蛋白質(zhì)的。脂肪在進(jìn)行物質(zhì)交替作用和利用時，都會在滑面細(xì)胞內(nèi)液的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smoothendoplasmicreticulum；SER)中進(jìn)行。SER還有一個功能就是幫助維持肝臟血糖量的穩(wěn)定。肝臟把跟SER相關(guān)的葡萄糖轉(zhuǎn)化成糖原，以顆粒形式儲存起來，然后在身體需要的時候，尤其是飯前飯后和對體力活動做出反應(yīng)的時候，再釋放出來。糖原在SER中被加工后再在適當(dāng)時候被運送到血液中。像其他許多細(xì)胞器官一樣，胞內(nèi)液的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmicreticulum；ER)也有多種功能。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)其中一個很重要的附加功能是把有毒分子轉(zhuǎn)化成無毒無害的衍生物，然后通過細(xì)胞膜將它們排泄出去。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不僅工作效率高(因為它擁有多功能的細(xì)胞器官)，而且還擁有許多后備系統(tǒng)，它們像“后備發(fā)電機”一樣，在“停電”的時候保證細(xì)胞能繼續(xù)正常運轉(zhuǎn)。
高爾基器GolgiAppartatus
高爾基器(GolgiAppartatus)是專門討論運輸對身體有益的細(xì)胞分泌物的部門。它是由一系列互相重疊的膜和與其相連的囊和細(xì)管構(gòu)成。任何一種有益的細(xì)胞分泌物——甲狀腺、荷爾蒙、胰島素或是抗體——都是在高爾基器中做好準(zhǔn)備后被運輸?shù)缴眢w各個部位的。
溶酶體Lysosomes
一個老掉牙的笑話，有個人想通過發(fā)明一種萬能溶液致富成為百萬富翁，然而后來他發(fā)現(xiàn)，如果不能發(fā)明出一種合適的瓶子，他的萬能液就沒有地方可放。然而這個人沒有辦到的事，細(xì)胞卻通過一種叫溶酶體的細(xì)胞器官辦到了。
溶酶體(Lysosomes)體形各異，含有參加消化的三十種不同的酶——它們能夠降解所有主要的生物性物質(zhì)?？偟膩碚f，溶酶體是由一層厚厚的類似于細(xì)胞膜的膦脂和蛋白質(zhì)基質(zhì)構(gòu)成的，溶酶體膜一旦在細(xì)胞內(nèi)液的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmicreticulum，ER)中形成后就異常堅韌，不受消化影響。至于其中的原由，科學(xué)家一直未能破解?！ ∑綍r，細(xì)胞還有一個聰明的小把戲：有些酶在沒有接觸到被消化物質(zhì)的時候，可以暫時保持不完全活躍狀態(tài)。細(xì)胞中形似小氣球的囊——由單個的膜構(gòu)成——可以包裹已經(jīng)退化的細(xì)胞器官。遭到氧化劑破壞的功能紊亂的老線粒體殘渣則可以被溶酶體消化掉。
噬菌細(xì)胞吞噬細(xì)菌和來自細(xì)胞外的因數(shù)，然后把它們包裹在囊中，使其成為免疫反應(yīng)的一部份。囊又被含有消化酶的溶酶體溶化、分解后或被回收用于細(xì)胞的再生或被拋出細(xì)胞膜。
在血紅細(xì)胞(紅血球)成熟過程中，溶酶體也發(fā)揮很大作用。血紅細(xì)胞最初是骨髓里擁有一套完整的細(xì)胞器官的干細(xì)胞。進(jìn)入血液循環(huán)后，紅血球的功能變得非常專一，只負(fù)責(zé)輸送氧氣和分解葡萄糖，因而不再需要核子、線粒體、核糖和太多的細(xì)胞質(zhì)。
這些沒有用處的細(xì)胞器官被紅血球拋棄后由囊包裹起來，然后被溶酶體酶消化掉。這可是一個規(guī)模巨大的過程。一個健康成年人每天要制造一百億個血紅細(xì)胞。
它們的成熟期為24到48個小時，存活期120天。120天后，肝、脾、髓中的噬菌細(xì)胞就會把它們清理出來，不再參與血液循環(huán)。
過氧物酶體Peroxisomes
三十年前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)有一種獨立的實體，叫過氧物酶體。它含有一種解毒酶，可以幫助細(xì)胞中和在日常生活所遇到的一切有毒物質(zhì)。
過氧物酶體數(shù)量雖然不多，但它像線粒體一樣要消耗氧氣來進(jìn)行跟解毒有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。這一活動還產(chǎn)生過氧化氫，一種高度反應(yīng)性游離基。因此，過氧物酶體還含有抗氧化劑的過氧化氫酶，中和過氧化氫。如果沒有溶酶體和過氧物酶體中的這些保護(hù)系統(tǒng)，細(xì)胞在有毒物質(zhì)和相應(yīng)的游離基攻擊下將坐以待斃。
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