生命本质

1生命的本质生命的物质基础生物体是物质的，物质是由原子构成的。原子的不同排列与组合形成了分子、大分子、大分子体系。生物大分子包括蛋白质、核酸、糖、脂类、维生素和激素等。其中蛋白质和核酸最重要，是任何生命不可缺少的物质基础，是细胞的核心成分。复杂的大分子体系以水为介质，以细胞为结构单位，再组成我们所看到的组织、器官、生物个体乃至整个生物圈。一、生命的物质基础－－蛋白质与核酸1.蛋白质蛋白质是细胞和生物体的重要组成部分，它占细胞干重的一半，肌肉、皮肤、血液、毛发的主要成分都是蛋白质，生物膜中蛋白质的含量约占60～70％。植物体内由于有丰富的纤维素，蛋白质含量相对较少。蛋白质的主要组成成分是氨基酸。氨基酸由三种碱基构成。A－腺嘌呤、U－尿嘧啶、C－胞嘧啶、G－鸟嘌呤这四种碱基中的每三种碱基构成一种氨基酸。组成蛋白质的氨基酸有20种。氨基酸的主要成分有碳、氢、氧、氮四种元素，其重量合占99％，此外还有铁、硫、镁等微量元素。不同种类、不同数量的氨基酸，按不同的排列方式构成不同的蛋白质。仅在人体中的蛋白质就有10多万种，而生物界蛋白质的种类估计在1010～1210种。有些蛋白质完全由氨基酸组成，称为简单蛋白质。如：核糖核酸酶、胰岛素等；有些蛋白质除了蛋白质部分外，还有非蛋白质成分，称为结合蛋白质。如：血红蛋白、核蛋白等。蛋白质分子是由众多的氨基酸通过肽键连接起来的多肽链。其大小十分悬殊，组成蛋白质分子的氨基酸，一般有30～50万个。每一种天然的蛋白2质都有自己特有的空间结构。蛋白质的一级结构是指蛋白质中氨基酸的排列顺序。蛋白质的结构与蛋白质的活性密切相关。蛋白质可以结晶，但也容易变性，如遇冷、热、酸、碱等都会使之变性。蛋白质的空间结构改变其活性也将随之变化。蛋白质在生物体的生命活动中具有十分重要的作用。首先，蛋白质是构成生命体的基本材料，生物性状都与蛋白质有关。如：细胞中的氧化还原反应，电子传递、神经传递、学习、记忆等多种生命活动中都需要有蛋白质。胰岛素、胸腺激素等许多重要的激素也都是蛋白质。植物种子中的蛋白质提供幼苗生长必需的营养。蛋白质还具有储存氨基酸的功能。其二，在生命体中对各种生化反应起催化作用的酶主要是蛋白质。蛋白质还参与基因表达的调节。其三，蛋白质还具有运载功能和调节功能。如：红细胞中的血红蛋白具有输送氧气的作用。其四，生命体中的免疫反应主要是通过蛋白质来实现的等等。2、核酸核酸是最重要的一类生物大分子。它们最先是从细胞核中分离出的一类酸性物质。核酸的主要组成成分是核苷酸。它是生物体遗传的物质基础。核酸又可分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。DNA是遗传信息的携带者，主要存在于细胞核内的染色质中。DNA在细胞核内转录产生RNA，RNA进入细胞质中，主要指导蛋白质的合成。RNA主要存在于细胞质中。核酸是一种庞大而复杂的高分子有机化合物，是单核苷酸的聚合物。组成核酸的核苷酸分子有几十到几百万个。每一个DNA和RNA分子各由4种核苷酸分子，按不同的排列顺序组成。而每一个核苷酸分子含有一个戊糖（核糖或脱氧核糖）分子、一个磷酸分子和一个碱基组成。组成DNA的碱基是：A－腺嘌呤、G－鸟嘌呤、T－胸腺嘧啶、C－胞嘧啶四种；组成RNA的碱基中3没有A－胸腺嘧啶而是U－尿嘧啶。一个核酸大分子是由大量的核苷酸通过一个核苷酸的戊糖与另一个核苷酸的磷酸聚合串联而成为长链。所以核酸的分子又称为多核苷酸。核酸的一级结构就是指线性长链中4种不同的核苷酸的排列顺序。遗传信息就在这些核苷酸序列之中。虽然核酸中只有4种核苷酸组成，但核酸的分子巨大。生物体中DNA分子最短的约为4000个碱基对，最长的约有40亿个碱基对。如：人的生殖细胞中DNA长度约为1.1米，其所携带的遗传信息可达天文数字。核酸的主要作用有两个：一是复制本身，二是指导蛋白质的合成，控制细胞的新陈代谢和生长发育方向。二、生命的基本结构单位－－细胞1665年英国学者胡克用显微镜观察软木片，发现了细胞，打开了生命微观世界的窗口。1838年，德国生物学家施莱登、施旺提出了细胞理论，说明：一切动植物都由细胞组成。细胞是生命的结构单元、繁殖单元和功能单元，细胞来自于细胞。较好地揭示了生命现象的统一性。细胞是生命体的基本结构单位。生物个体绝大多数都是由细胞构成的。生命开始于细胞，细胞是生命的基石；细胞是生命体的基本繁殖单位。生命的新陈代谢是细胞中物质的交换和能量的转化构成的，细胞的生长、繁殖和分化导致了生命体的生长和发育；细胞是生命体的基本功能单位。生命活动只有在细胞结构中才能实现，一旦细胞死亡，生命也就停止了。细胞是由分子构成的。核酸和蛋白质是细胞中两种重要的生物大分子，它们决定了细胞的基本特性。如果我们将细胞放大，再放大，就会发现细胞是一个奇妙的大千世界。1、细胞的结构细胞虽然小得肉眼看不见，但它内部结构精密，运动有序。细胞可分为原核细胞和真核细胞两大类。4原核细胞没有典型的核结构，遗传信息的载体仅为一个裸露在细胞中的环状DNA。几乎所有的原核生物都由单个原核细胞构成，包括支原体、衣原体、细菌、放线菌、蓝藻等。它们结构简单、适应性强。能侵入到最不适宜一般生物生长的环境，如：高温的温泉和几乎干枯的死海盐地。原核细胞的增殖一般为无丝分裂方式。真核细胞具有完整的细胞核。真核细胞结构复杂，一般在一个细胞中有一个细胞核、一到几百个叶绿体、几千几万个线粒体和高尔基体、几十万个核糖体、无数的溶酶体，内质网布满了整个细胞，使细胞具有高度的程序化与自控性。构成植物王国和动物王国的细胞绝大多数都是真核细胞。真核细胞的结构分为三大系统：膜系统、颗粒系统和骨架系统。（1）膜系统膜系统是指细胞质膜以及细胞内外的膜性结构，又称为生物膜。包括：内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物体、细胞核外膜等。细胞质膜：细胞表面的一层薄膜。具有控制物质通透、信息传递等多种功能。内质网：分布在细胞质中，是由膜围成的管状或扁平囊状的相互连通的网状结构。粗面内质网常分布于细胞核周围，呈同心园状排列，参与蛋白质的合成与运输。光面内质网多呈网状分布的小管，在一定部位与粗面内质网相连接，参与脂肪、磷脂胆固醇、糖原的合成与分解。肝细胞内的光面内质网还有解毒作用。高尔基体：是意大利医生高尔基于1898年在神经细胞内发现的。位于细胞核附近，是由膜围成的扁平囊、大泡和小泡三种结构组成。高尔基体的作用如同一座加工厂，加工、浓缩和运输蛋白质。此外，还能合成糖类等物质。糖在高尔基体内能与蛋白质结合，形成各种糖蛋白。溶酶体：是一种泡状结构，内部含有各种水解酶，能分解各种生物大分5子。如：蛋白质、核酸、脂类和多糖等。主要功能为消化吞入细胞内的大分子营养物质，将消化后的营养物质扩散到细胞质，供细胞生命活动所需的能量，残渣再排出细胞外，起到营养和防御的作用。内质网是合成膜的主要部位，大多数磷脂和胆固醇都是在这里合成。它们通过内质网表面时，将内质网膜包裹在自己身上，然后就像乘车旅行一样，到高尔基体这辆车便成为高尔基体的一部分，在高尔基体内蛋白质进行再加工，加工完的蛋白质或者到溶酶体，或者到质膜和其它结构中。就这样，通过膜的流动实现物质的运输更新，膜也不断得到再生、流转。可见，内质网、高尔基体、溶酶体在执行各自功能时，互为联系、互为补充，形成膜的流动，组成生命活动的统一体。（2）颗粒系统颗粒系统是细胞内部相对独立的颗粒状细胞器。包括线粒体、质体、核蛋白体、细胞核等。与膜系统不同的是，颗粒系统彼此之间在结构和功能上联系并不十分紧密。线粒体：是一种呈短线状或颗粒状的细胞器。是细胞内物质氧化、释放能量的场所。由于线粒体内含有少量的DNA，因此，线粒体具有半遗传自主性。质体：是植物细胞内特有的细胞器。分为白色体、有色体和叶绿体。叶绿体能吸收、固定太阳能，是生命的基础，也是文明的基础。光合作用就在叶绿体内进行。在光照条件下，白色体可转变为叶绿体，叶绿体在暗处也可退化为白色体。质体中也可积累非光合作用色素而转化为有色体。核蛋白体：又称为核糖体，是细胞最重要的细胞器之一。几乎所有的细胞都含有核蛋白体。核蛋白体主要由蛋白质和rRNA组成，是蛋白合成的场所。在真核生物中，核蛋白体是在细胞核核仁中装配的，然后进入细胞质。细胞核：是真核细胞内最大、最重要的细胞器。一般呈球形或卵圆形，6约为细胞总体积的10％左右。一般来说，真核细胞失去细胞核将导致细胞的死亡。细胞核主要是由核膜、核仁和染色质构成，细胞核内的DNA和蛋白质结合形成丝状的染色质，染色质盘绕折叠形成染色体，是遗传信息的载体。一个细胞核内含有该物种的全套遗传信息。人的基因组DNA由30亿对碱基组成，大约3万多个基因，可记录50亿比特的信息量，相当于2000万册图书的信息量。DNA上的遗传信息通过转录、翻译成蛋白质来控制遗传表形。DNA上数万基因的有序表达组成生命的节奏。（3）骨架系统最初，人们认为细胞质内是均匀无结构的。随着电子显微镜技术和蛋白质化学技术的发展，人们发现在细胞内充满着由微丝、微管、中间纤维和微梁构成的骨架系统。它们的功能是共同保持细胞的形状、保障细胞的运动和细胞内的物质运输等。2、细胞的增殖细胞只能来源于细胞，细胞通过分裂来繁殖自己。而生命靠细胞的分裂延续。细胞增殖是生命的重要特征。细胞的分裂方式有：无丝分裂、有丝分裂和减数分裂等。其中最常见的是有丝分裂和减数分裂。无丝分裂是大多数原核细胞的增殖方式，即简单地由一个分为两个；有丝分裂是高等生物细胞增殖的主要方式。目前，人们虽然对细胞有丝分裂的形态变化有所了解，但对变化机理等问题不甚明了，还有待于进一步研究；减数分裂是高等生物在形成生殖细胞时发生的一种特殊的细胞分裂发生。高等生物体内不同组织中细胞的增殖情况不完全相同，主要可分为三类：周期细胞、休眠细胞和分化细胞。周期细胞是指始终处于连续不断分裂状态的细胞。如：生殖细胞、上皮细胞和造血细胞等；休眠细胞是指暂时不再增殖，但在一定条件下会被激活而再发生分裂的细胞。如：大多数的骨髓7干细胞、免疫淋巴细胞、肝、肾细胞等；分化细胞是终端分化的细胞，它们不再发生分裂直到死亡。分化细胞都具有特定的功能，因此又称为成熟细胞。如：神经细胞、肌纤维细胞等。3、细胞社会学细胞是可以独立生活的单位，但细胞大多是在群体中生活的。细胞在群体之间有分工、有联系，并且相互协作、相互制约，组成细胞社会。细胞具有识别功能。1907年，维尔森用海绵验证了细胞的识别功能。海绵是最简单的多细胞动物，仅由5～6种细胞构成。用机械的方法可将海绵体游离成单个细胞。当把颜色不同的两种海绵细胞混合时，游离细胞迅速重聚成团，每一个聚合体内只含有一种颜色的细胞。这种相互识别功能还表现在：（1）不同的物种上，如将鸟和猴子的肝脏细胞分散重聚时，同物种的细胞相聚。（2）同一生物体的肝脏和肾脏细胞分散重聚时，同组织的细胞聚合。（3）植物花粉和柱头的识别，只有同种花粉才会萌发。（4）精子与卵子的识别，只有同物种才能受精等等。细胞间的识别是普遍的，且有物种、器官和发育过程的特异性。细胞之间的特异识别的分子基础是细胞表面附着的跨膜糖蛋白分子。生物体内的大量细胞通过相互识别，会形成稳定的细胞聚合，然后形成不同形式的固定连接。生物体的每一个细胞都带有该物种的全套遗传信息。这似乎太浪费了!其中是否蕴含特殊的生物学意义？这是许多生物学家在思考的问题。多细胞生物体的每一个细胞都具有自己特殊的职能。并且，在工作中细胞能感知整个生物体的状态，并接受指令完成各项任务。多细胞生物体内各个细胞间的这种独特的联系是靠什么来维持的？现在多数研究认为，是由生物体内的生物电沟通的，生物电作用的机理要比目前主要进行的生物化学信号之间的联系更为深入。8许多神奇的生物现象乃至生命本质的探索，可能更多地依赖于细胞全息理论的生物物理的研究。细胞之间、细胞与个体之间的信息流通的关系是当今生命科学研究的重点课题。生命的本质生命的本质是什么？恩格斯早在《反杜林论》中就指出：“生命是蛋白体的存在方式。这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成成分的不断自我更新。”20世纪以来，生命科学的研究取得了惊人的进展。一批优秀