細胞生物學是破譯生命奧秘的最終鑰匙(上)

幾年前我就在網上看到這種觀點，開始不相信，最近又看到網友轉載一遍，不免讓人生疑，什麼才是正確的生活常識? 先將該文轉載如下再做評說吧。該文標題是《難怪在外國看病，醫生建議只喝白開水》：

「如果醫院讓你吊針，你還沒有超過六十歲，請跟醫生說：N0。原來身體是這樣防禦的：從打噴涕到癌症的9個步驟……存在卻被你忽略的！！！看過了就知道為什麼不建議輕易去吃藥、打針、輸液了!

1，打噴嚏：當病原菌.灰塵.花粉等進入鼻腔後，身體的防禦系統啟動通過打噴嚏的形式把它們打出來 。

2，咳嗽：如果病原菌沒有被打出去就會進入上呼吸道.支氣管.身體啟動第二道防線咳嗽將病原菌咳出。而我們以為咳嗽是病.馬上吃止咳化痰的葯大量的抗生素（消炎藥），將本來要排出體外的病原菌又壓回身體裡面去，於是身體的防禦系統進入了第三步。

3，乏力沒有食慾，身體告訴我們要好好休息，集中體力對抗進入身體里的病原菌，往往在這個時候我們會強迫自己吃飯，吃飯需要消耗能量來消化食物，身體不想吃飯我們就不吃，增加喝水量同時多喝蔬果汁。如果這一步沒做好身體將進入第四步。

4，發燒，一方面表明病原菌進入了血液，身體的就啟動免疫力表現為發燒，將病原菌燒死，當溫度升高到38.5度時免疫力會增加一倍，溫度升到40度大部份病毒將被燒死，我們只要喝足夠的水，人體永遠不會燒出問題，而我們打退燒針，吃退燒藥卻幫了病毒的忙。於是身體將進入了第5個階段。

5，過敏，防禦系統要將血液里的毒素排出體外，因此皮膚會過敏，而我們現在大多數人用抗過敏葯.塗藥膏.將本來要通過皮膚排出來的毒素，再度壓進身體里。

6，發炎，身體為了保全大局，將血液中的病毒和細菌集中在一個地方，因此會出現紅腫熱痛的反應，我們又消炎吃大量的抗生素，又幫了病毒的忙，身體沒有辦法只能進入第7個階段。

7，潰瘍，人體是非常智慧的為了保護身體，因此在發炎的地方爛掉也不會讓病原菌到處跑。這時原材料不足的話，身體將潰瘍部位纖維化進入第八步。

8，纖維化.硬化.疤痕化.身體為了保護自己將潰瘍處包裹起來，疤痕硬化後病原菌也不能活動了，功能也不好了，人們為了舒服又是大量的抗生素，50%的死亡跟硬化有關，進入第9步。

9，癌變，腫瘤化，細胞為了適應新的環境只有突變，癌細胞是在嚴重缺水，缺氧，缺營養的情況下形成，從一個癌細胞發展到綠豆大小需要10-15年時間，而從綠豆大小發展成雞蛋大小只需要一年，癌症的潛伏期最少都有10-15年時間。在從打噴嚏到癌症的這九步中，每走一步，我們只要聽聽身體的聲音，多喝水，注意休息，給足細胞所需的原材料，身體會自己去修復，我們才可以優雅的老去，而不會被病痛折磨至死。

目前中國有85%的人死於慢性病，而每個慢性病的病人有13年被慢性病折磨。在我國每分鐘就有6個人被確診為癌症、每10秒就有一人死於癌症、每5個人中就有一個人患有心腦血管疾病、每12秒就有一人因心腦血管疾病而倒下、每分鐘就會增加7名新的糖尿病患者......健康的警鐘長鳴！重視健康、關注養生、熱愛生命！」

上述看後感到對身體的醫護不知所措，在外國看病真的醫生建議只喝白開水就行了嗎？如此簡單還要醫院、醫生幹啥? 但這一切又必須從基礎知識上先了解，才能慢慢理出頭緒、去偽存真。同時也讓我浮想翩翩，對生命科學發生興趣，很想在更深範圍內了解這方面的未知世界。

人類對知識的探索有二大薄弱點，一是對宏觀世界的認識；二是對微觀世界的認識。前者是對宇宙星球；後者是對生命細胞。星球從哪裡來和生命從哪裡來，統統都是困惑人類的難解之謎。比較哪個民族的文化科學水平誰更優秀，也就是從這二方面的發現，誰對人類貢獻的越多誰就越優秀，這個現象也可以通過年年評選的諾貝爾科學獎項中能夠看出端倪來。

雖然人類對無機物質的微觀世界有了較清晰的認識，但對有機生命的微觀世界還是比較模糊不清、知之甚少，許多領域仍是混濁一片。這從上述一文中，以及我們日常對身體保健方面可以看出——當我們聽到專家們說到同一種什麼東西不能吃，會導致癌症時，一會兒又說能吃，能補充微量元素時，讓我們深深感受到誤區重重、恍惚茫然。中醫更加顯得雜亂無章、滿口雌黃。因為中醫簡單的建立在無數人的病例堆砌起來的臨床經驗的基礎上，而西醫除了無數臨床經驗之外，主要孜孜不倦地創建在由化學、生物學、醫學和生理學為支撐的生命科學基礎上發展的，其中生物學分支學科的細胞學尤其更為重要。細胞學的研究又和以下學科密切相關：遺傳學、生物化學、分子生物學、免疫學、病理學、胚胎學、發育生物學等等。

細胞是生命的基本單位，細胞的特殊性決定了個體的特殊性，因此，對細胞的深入研究是揭開生命奧秘、改造生命和征服疾病的關鍵。細胞學生物學是研究細胞結構（特別是染色體的研究）、功能及生活史的一門科學。現代細胞生物學從顯微水平，超微水平和分子水平等不同層次研究細胞的結構、功能及生命活動。50年代以來諾貝爾生理與醫學獎大都授予了從事細胞生物學研究的科學家。

我們先從驚奇的人體細胞數量、結構和功能上談起吧。人體細胞共約有40萬億~60萬億個，人體由體細胞+生殖細胞組成，體細胞含有的染色體數是生殖細胞的2倍，人體除生殖細胞外，其他細胞都是有23對染色體組成（血液中某些不含細胞核的細胞除外）。按照常規的組織學分類方法，脊椎動物和人體細胞類型約有200餘種。這些細胞在人體中呈現有序的空間分布。除成熟的紅血球外，所有細胞都有一個細胞核，是調節細胞作用的中心。每個細胞中含有的分子數相當於銀河系中星星數量的一萬倍那麼多！

人腦也有幾百億個細胞，其中98.5%－99%的細胞處於休眠狀態，大約有1%－1.5%的細胞參加腦的神經功能活動。每個人的腦中活動的細胞數量多少，決定著每個人的聰明與記憶程度。所謂活動的細胞，是指一個神經細胞和另一個神經細胞由"神經鍵"連接起來，形成神經迴路,成為龐大的信息儲存庫，憑著信息儲存庫的記憶,人類才有語言、文字、創造發明，以及的意識、情緒、思維等高級神經活動。最為神奇的是大腦的神經細胞的神經衝動傳遞速度超過400公里/小時，相當於777飛機速度的一半。

成年男人百萬分之一升血液中大約含有500萬個紅血球。一般來說，血液約佔人體重量的1/13。例如，一位重65公斤的男人，他體內約有5升的血液。按這樣計算，這個男人就應該擁有25萬億個紅血球了。血液裡面白血球的數量只有紅血球的八百分之一。

總之，我們人體細胞數量真是多得嚇人。這麼多的細胞，其實都是由同一個細胞變成的，這個最初的細胞叫做受精卵。受精卵慢慢長大；1個變為2個，2個變為4個，4個變為8個……，就這樣成倍成倍地增加，最後變成40萬億~60億個的集合，這就是我們的身體了。

細胞代數學說（亦稱細胞分裂次數學說）認為，人體細胞相當於每2.4年更新一代。經實驗發現，人體細胞在培養條件下平均可培養50代，每一代相當於2.4年，稱為弗列克係數。據此，人的平均壽命應為2.4×50=120歲。在整個人體中，每分鐘有1億個細胞死亡。血液中的白細胞有的只能活幾小時，腸粘膜細胞的壽命為3天，肝細胞壽命為500天，而腦與骨髓里的神經細胞的壽命有幾十年，同人體壽命幾乎相等。

人體的細胞種類繁多，隨著它們功能的不同，在形態結構上也不一樣。細胞的平均直徑在10~20微米之間。除成熟的紅血球和血小板外，所有細胞都有至少一個細胞核，是調節細胞作用的中心。最大的是成熟的卵細胞，直徑在0.2毫米左右；最小的是血小板，直徑只有約2微米；淋巴細胞直徑只有6微米(1微米＝1／1000毫米)，500個淋巴細胞排列起來，只有一粒芝麻那麼長；精子為蝌蚪狀，由頭、頸、尾構成，長約60微米；卵細胞為圓形，直徑可達120微米，幾乎肉眼就可以看得見，17.5萬個精子細胞才抵得上一個卵細胞的重量；具有收縮功能的肌細胞呈纖維狀，長約1~40毫米；傳導興奮的神經細胞具有很多突起，最長的突起幾乎可達1米；具有保護作用、密集排列的上皮細胞多呈柱形或鱗片狀；具有運輸氣體作用、在血液中流動著的紅細胞呈圓餅狀，等等。

人體是怎樣構成的？這個問題首先引起剖學家的注意，1543年，比利時的維薩里通過大量的屍體解剖研究，發表了巨著《人體構造》，解釋了人體在器官水平的結構。絕大多數細胞都非常微小，超出人的視力極限。觀察細胞必須用顯微鏡。1665年，英國物理學家羅伯特·胡克用自己製造的簡單顯微鏡觀察到動物的「精蟲」時，並不知道這是一個細胞。1667年，胡克在觀察軟木塞的切片時看到軟木中含有一個個小室而以之命名的。其實這些小室並不是活的結構，而是細胞壁所構成的空隙，但細胞這個名詞就此被沿用下來。

到了19世紀30年代，已有人注意到植物界和動物界在結構上存在某種一致性，它們都是由細胞組成的，並且對單細胞生物的構造和生活也有了相當多的認識。細胞學說是1838~1839年間由德國植物學家施萊登和德國動物學家施旺最早提出：細胞是構成植物體的基本單位。直到1858年，德國病理學魏爾肖提出「一切細胞來自細胞」的著名論斷，徹底否定了傳統的生命自然發生說的觀點。至此細胞學說才全部完成，它是關於生物有機體組成的學說。

從19世紀中期到20世紀初，關於細胞結構尤其是細胞核的研究，有了長足的進展。德國植物學家E.A.施特拉斯布格1875年首先敘述了植物細胞中的著色物體而且斷定同種植物各自有一定數目的著色物體；1885年德國學者C.拉布爾提出著色物體數目恆定的規律。1880年巴拉涅茨基描述了著色物體的螺旋狀結構，翌年普菲茨納發現了染色粒，直到1888年W.瓦爾代爾才把核中的著色物體正式命名為染色體。德國學者H.亨金 1891年在昆蟲的精細胞中觀察到X染色體，1902年W.L.史蒂文斯、E.B.威爾遜等發現了Y染色體。

隨著生物組織培養、顯微解剖、電子顯微鏡、紫外線顯微鏡、相差顯微鏡、超速離心分離法以及冷凍乾燥法等技術的發展，對細胞結構、有絲分裂以及細胞內滲透壓和細胞膜透性等細胞生理功能方面的理論得到發展和證實。

進入20世紀50年代電子顯微鏡應用後，標本的包埋、切片一套技術逐漸完善，才有了很大改變。通過大量的工作，不僅弄清楚了從前在光學顯微鏡下可以看到而又看不清，或者尚有爭議的細胞器，並又把細胞分為膜相結構（細胞膜、線粒體、內質網、高爾基複合體、溶酶體、微體、核膜）和非膜相結構（細胞基質、包含物、細胞骨架、核糖體、中心體、核基質、核仁、染色質）兩部分。而且還發現了許多從前未曾看到過的構造如溶酶體、過氧化酶體、核糖體以及構成細胞骨架的各種纖維物質。以及用高壓電鏡觀察到的由 1～10埃粗細的纖維組成的支撐著各種細胞器的微梁系統，特別是看到了細胞的各種膜。以往在光學顯微鏡下從未看到過細胞膜或核膜，只是根據界面或生理情況判斷它們的存在，而在電鏡下斷定了所有的膜都是 75～100埃厚的三層結構(稱之為單位膜)。不僅如此，一個細胞的各部分膜都是相連的，質膜與內質網，內質網與高爾基器或核膜相連。核膜是雙層的，由內外兩層膜構成，並且具有有一定結構的核膜孔，通過它，細胞質的物質和細胞核的物質得以交流。在質膜上還發現了細胞間連結：橋粒、緊密連接和間隙連接等。這些結構與細胞間的結合或細胞間的物質交流有關；利用冰凍蝕刻技術，可以更好地觀察它們。

人體細胞儘管千變萬化，但其構造基本相同。在光學顯微鏡下，可分為細胞膜、細胞質和細胞核三部分。核多位於細胞的中央，包括核膜、核仁、核基質、染色質。一般細胞內只有一個細胞核，但也有例外：骨胳肌細胞有上百個細胞核；紅細胞在產生過程中有一個細胞核．成熟後進入血液循環時，細胞核消失；白細胞有多種，有些白細胞在分裂成熟過程中，核的形態由圓形變為馬蹄形，而後成為分葉核。這種白細胞越老，核的分葉越多，可多達4~5葉。細胞質在核的周圍，外有極薄的細胞膜。細胞質內的有形成分為細胞器（線粒體、核糖體、內質網、高爾基複合體、溶酶體、微體、、細胞骨架、中心體）及包含物，細胞質內無定形部分是基質。細胞器和包含物均懸浮於基質中。

現今的細胞學說包括三方面內容：1、細胞是一切多細胞生物的基本結構單位，對單細胞生物來說，一個細胞就是一個個體；2、多細胞生物的每個細胞為一個生命活動單位，執行特定的功能；3、現存細胞通過分裂產生新細胞。細胞學說將植物學和動物學聯繫在一起，論證了整個生物界在結構上的統一性，以及在進化上的共同起源，有力地推動了生物學向微觀領域的發展。恩格斯將細胞學與能量守恆和轉換定律、達爾文的自然選擇學說列為19世紀自然科學三大發現之一。

雖然關於核仁的結構有了精確的敘述，但是關於染色質，用電子顯微鏡觀察超薄切片只能看到一些著色的點子──應是染色質被切斷的斷面，看不到完整的染色質結構。用鋪展的方法使染色質散開，也只能看到粗細不同的纖維。直到70年代，才在電子顯微鏡下觀察到核小體；此後不久，結合生化提取，觀察到分裂中期的染色體是以所謂的支架蛋白為核心，DNA纖維由此環狀地向四周伸展出去。但是染色質怎樣凝集成染色體，儘管有不同的設想──例如有人認為是由於染色纖維一次又一次地螺旋化（所謂的超螺旋），但是在多大程度上符合實際情況，還很難判斷。

推動細胞學的研究，在相當程度上受到其他學科的推動，根據各學科的影響大致地可以劃分幾個階段，當然這些階段不可能截然分開。首先是胚胎學的影響；然後是遺傳學的影響。1900年重新發現G.J.孟德爾的研究成就後，美國遺傳學家和胚胎學家T.H.摩爾根研究果蠅的遺傳，開始從細胞解釋遺傳現象，遺傳因子可能位於染色體上。1920年美國細胞學家W.S.薩頓進一步指出遺傳因子和染色體行為間的平行現象，預示了連鎖的概念，加深了關於成熟分裂尤其是關於染色體配對、染色體交換的研究。

此外，發現了輻射現象（X射線、鐳輻射、紫外線）、溫度能夠引起果蠅突變之後，因突變的頻率很高更有利於染色體的實驗研究。輻射之後引起的各種突變，包括基因的移位、倒位及缺失等都可在染色體中找到依據。利用突變型與野生型雜交，並且對其後代進行統計處理，可以推算出染色體的基因排列圖。

染色體的研究在面上鋪展開了，不僅用於遺傳研究的材料，許多其他動、植物物種（有人統計大約有12000種維管植物和500多種哺乳動物）的細胞分裂（減數分裂）、染色體行為、染色體圖譜都被研究過。同一屬中的物種，染色體的數目往往是一致的；但是同一科中的物種或者數目不等，或者這一屬的是另一屬的倍數（多倍性）。同一個體的各個染色體，粗看似乎無大差別，但是仔細檢查是有不同的，因此可以精確說出一個物種的染色體的數目、形狀以及各個染色體的大小，並且能夠把它們編號排隊。廣泛開展的性染色體形態的研究，也為雌雄性別的決定找到細胞學的基礎。有的動物是XX、XY型，有的是ZZ、ZW型。

那時對細胞呼吸的理解主要局限於食物經過各種酶的作用產生出熱量。由於知道了在這過程中的幾種酶，例如某些脫氫酶、氧化酶、細胞色素a、c、b等，因而了解到食物在細胞中的燃燒不是通過一次突然的氧化把全部能量以熱的形式釋放出去，而是逐漸地通過一個個小的階段，一步步地獲得並且利用少量的能量。這種過程由於許多種酶作為轉移氧、接受氫、氧化還原體系等加入到總的呼吸過程中才能夠進行下去，並且得到微細的調節。

在20世紀40年代初期，其他學科的技術方法相繼被用於細胞學的研究，開闢了新的局面，形成了一些新的領域。首先是電子顯微鏡的應用產生了超顯微形態學。

比利時動物學家J.布拉謝從胚胎學的問題出發，利用專一的染色方法研究核酸在發育中的意義。差不多與此同時，瑞典生化學家T.O.卡斯珀松根據各種物質對一定波長的吸收，創建了紫外線細胞分光光度計，來檢測蛋白質、DNA和RNA這些物質在細胞中的存在。如果說，前者根據染色可以做到定性，後者則根據吸收可以做到定量。實質上是他們的工作引起人們對核酸在細胞生長和分化中的作用的重視。在他們工作的基礎上發展起了細胞化學。20世紀40年代開始逐漸開展了從生化方面研究細胞各部分的功能的工作，產生了生化細胞學。放射性同位素的應用為研究細胞中的代謝過程開闢了新的途徑。從它們的參入可以精確追蹤細胞內物質的合成、運輸、以及儲藏物的利用。

雖然在20世紀30年代組織培養就有了較大的發展，但是只能培養組織塊，還不能培養正常組織的單個細胞，而且還沒有充分顯示出它的重要性。利用培養的細胞可以研究許多在整體中（在原位）無法研究的問題，例如細胞的營養、運動、行為、細胞間的相互關係等。幾乎各種組織，包括某些無脊椎動物(墨魚、海鞘、果蠅等)，都被培養過。在良好的培養條件下從組織塊長出的各種細胞，其生長情況不同。從形態上基本上可以分為三種類型，上皮、結締組織和遊走細胞（如淋巴細胞、單核細胞和巨噬細胞）。在使用電子顯微鏡後在亞顯微結構方面的深入，以及在應用生化技術後在功能方面的深入，已經在為細胞生物學在分子水平上研究細胞的生命現象的形成創造了條件。所以在後來，在分子遺傳學和分子生物學優異的成就的影響之下，細胞生物學這一新的學科很快地形成了。

每種類型的蛋白質通常是傳送到細胞某一特定部分。細胞生物學的一個重要組成部分是研究由蛋白質移動到細胞內不同的地方，或從細胞不同的地方分泌的分子機制。大多數蛋白質是由粗面內質網（RER）的核糖體合成的。核糖體含有的核酸核糖核酸(RNA)，它裝配和連接的氨基酸製造蛋白質。在細胞質內以及在內質網(RER)內，它們可以被單獨的或群組的找到。這個過程被稱為蛋白質的生物合成。

自從發現了DNA的結構，科學家便開始致力研究有關製造蛋白質的秘密。伽莫夫指出需要以三個核酸一組才能為20個氨基酸編碼。1961年，美國國家衛生院的J. Heinrich Matthaei與馬歇爾·沃倫·尼倫伯格在無細胞系統環境下，把一條只由尿嘧啶（U）組成的RNA轉釋成一條只有苯丙氨酸（Phe）的多肽，由此破解了首個密碼子（UUU -> Phe）。隨後哈爾·葛賓·科拉納破解了其它密碼子，接著羅伯特·W·霍利發現了負責轉錄過程的tRNA。1968年，科拉納、霍利和尼倫伯格分享了諾貝爾生理學或醫學獎。但朊病毒是以蛋白質為遺傳密碼的。

遺傳密碼的發現是20世紀50年代的一項奇妙想像和嚴密論證的偉大結晶。遺傳密碼決定蛋白質中氨基酸順序的核苷酸順序，將DNA或mRNA序列以三個核苷酸為一組三聯體的密碼子轉譯為蛋白質的氨基酸序列，以用於蛋白質合成的起始、延伸和終止。幾乎所有的生物都使用同樣的遺傳密碼，稱為標準遺傳密碼；即使是非細胞結構的病毒，它們也是使用標準遺傳密碼。但是也有少數生物使用一些稍微不同的遺傳密碼。

一個生物體攜帶的遺傳信息－即基因組－被記錄在DNA或RNA分子中，分子中每個有功能的單位被稱作基因。每個基因均是由一連串單核苷酸組成。每個單核苷酸均由鹼基，戊糖（即五碳糖，DNA中為去氧核糖，RNA中為核糖）和磷酸三部分組成。堿基不同構成了不同的單核苷酸。組成DNA的堿基有腺嘌呤（A），鳥嘌呤（G），胞嘧啶（C）及胸腺嘧啶（T）。組成RNA的堿基以尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶（T）。三個單核苷酸形成一組密碼子，而每個密碼子代表一個氨基酸或停止訊號

從數學觀點考慮，核酸通常有四種核苷酸，而組成蛋白質的氨基酸有20種，因此，一種核苷酸作為一種氨基酸的密碼是不可能的。如果兩種核苷酸為一組，代表一種氨基酸，那麼它們所能代表的氨基酸也只能有42=16種（不足20種）。如果三個核苷酸對應一個氨基酸，那麼可能的密碼子有43=64種，例如，RNA序列UAGCAAUCC包含了三個密碼子：UAG，CAA和UCC。這段RNA編碼了代表了長度為3個氨基酸的一段蛋白質序列。（DNA也有類似的序列，但是以T代替了U）。這是能夠將20種氨基酸全部包括進去的最低比例。因此密碼子是三聯體（triplet），而不是二聯體，更不是單一體。

科蘭納用此方法破譯了全部遺傳密碼，從而和美國國家衛生院的尼倫伯格分別獲得1968年諾貝爾獎金。製造蛋白質的過程中，基因先被從DNA轉錄為對應的RNA範本，即信使RNA（mRNA）。接下來在核糖體和轉移RNA（tRNA）以及一些酶的作用下，由該RNA範本轉譯成為氨基酸組成的鏈（多肽），然後經過轉譯後修飾形成蛋白質。蛋白質之所以最容易形成天然結構除能量因素外，是由動力學和熵的因素所決定的。近10餘年來國際上在蛋白質天然結構形成的問題上發生了概念上的變革。

除了少數的不同之外，地球上已知生物的遺傳密碼均非常接近；因此根據演化論，遺傳密碼應在生命歷史中很早期就出現。現有的證據表明遺傳密碼的設定並非是隨機的結果，對此有以下的可能解釋：

最近一項研究顯示，一些氨基酸與它們相對應的密碼子有選擇性的化學結合力，這顯示現在複雜的蛋白質製造過程可能並非一早存在，最初的蛋白質可能是直接在核酸上形成。

原始的遺傳密碼可能比今天簡單得多，隨著生命演化製造出新的氨基酸再被利用而令遺傳密碼變得複雜。雖然不少證據證明這觀點，但詳細的演化過程仍在探索之中。經過自然選擇，現時的遺傳密碼減低了突變造成的不良影響。

密碼的最終破譯是由實驗室而不是由理論得出的，遺傳密碼體現了分子生物學的核心，猶如元素周期表是化學的核心一樣，但二者又有很大的差別。元素周期表很可能在宇宙中的任何地方都是正確的，特別是在溫度和壓力與地球都相似的條件下。但是如果在其他星球也有生命的存在，而那種生命也利用核酸和蛋白質，它們的密碼很可能有巨的差異。在地球上，遺傳密碼只在某些生物中有微小的變異。

蛋白工程的興起，已經使人們不再滿足於天然蛋白的利用，而開始追求設計自然界不存在的全新的具有某些特定性質的蛋白質，這就開闢了蛋白設計的新領域。近年來得知某些疾病是由於蛋白質摺疊錯誤而引起的如類似於瘋牛病的某些神經性疾病老年性痴呆症帕金森氏症。這已引起人們極大的注意。異常刺激會誘導細胞立即合成大量應激蛋白幫助細胞克服環境變化，這些應激蛋白多半是分子伴侶。由於分子伴侶在細胞生命活動的各個層次和環節上都有重要的甚至關鍵的作用，它們的表達和行為必然與疾病有密切關係，如局部缺血化療損傷心臟擴大高燒炎症感染代謝病細胞和組織損傷以及老年化都與應激蛋白有關。因此在醫學上不僅開闢了與分子伴侶和應激蛋白有關的新的研究領域，也開創了廣闊的應用前景。

人類將挑戰生命科學的極限。1953年2月的一天，英國科學家弗朗西斯·克里克宣布：我們已經發現了生命的秘密。他發現DNA是一種存在於細胞核中的雙螺旋分子，決定了生物的遺傳。有趣的是，這位科學家是在劍橋的一家酒吧宣布了這一重大科學發現的。破譯人類和動植物的基因密碼，為攻克疾病和提高農作物產 量開拓了廣闊的前景。1987年，美國科學家提出了「人類基因組計劃」，目標是確定人類的全部遺傳信息，確定人的基因在23對染色體上的具體位置，查清每個基因核苷酸的順序，建立人類基因庫。1999年，人的第22對染色體的基因密碼被破譯，「人類基因組計劃」邁出了成功的一步。可以預見，在今後的四分之一世紀里，科學家們就可能揭示人類大約5000種基因遺傳病的致病基因，從而為癌症、糖尿病、心臟病、血友病等致命疾病找到基因療法。基因工程的突破將幫助人類延年益壽。

基因一詞來自希臘語，意思為「生」。是指攜帶有遺傳信息的DNA序列，是控制性狀的基本遺傳單位亦即一段具有功能性的DNA序列。基因通過指導蛋白質的合成來表達自己所攜帶的遺傳信息，從而控制生物個體的性狀表現。人類約有兩萬至兩萬五千個基因。染色體在體細胞中是成對存在的，每條染色體上都帶有一定數量的基因。一個基因在細胞有絲分裂時有兩個對列的位點，稱為等位基因，分別來自父與母輩。按照其控制的性狀，又可分為顯性基因和隱性基因。

基因工程是生物工程的一個重要分支，它和細胞工程、酶工程、蛋白質工程和微生物工程共同組成了生物工程。所謂基因工程是在分子水平上對基因進行操作的複雜技術。它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質——DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當的工具酶進行切割後，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然後與載體一起導入某一更易生長、繁殖的受體細胞中，以讓外源物質在其中「安家落戶」，進行正常的複製和表達，從而獲得新物種的一種嶄新技術。它克服了遠緣雜交的不親和障礙。基因工程在20世紀取得了很大的進展，這至少有兩個有力的證明。一是轉基因動植物，一是克隆技術。

繼2000年6月26日科學家公布人類基因組"工作框架圖"之後，中、美、日、德、法、英等6國科學家和美國塞萊拉公司2001年2月12日聯合公布人類基因組圖譜及初步分析結果。這次公布的人類基因組圖譜是在原"工作框架圖"的基礎上，經過整理、分類和排列後得到的，它更加準確、清晰、完整。人類基因組蘊涵有人類生、老、病、死的絕大多數遺傳信息，破譯它將為疾病的診斷、新藥物的研製和新療法的探索帶來一場革命。

人類基因組計劃是一項規模宏大，跨國跨學科的科學探索工程。其宗旨在於測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的30億個鹼基對組成的核苷酸序列，從而繪製人類基因組圖譜，並且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息的最終目的。該計划起始於1990年，已基本確定了人類的所有基因。中國參與了人類基因組計劃，測定了1%的序列，這為21世紀的中國生物產業帶來了光明。這「1%項目」使中國走進生物產業的國際先進行列，也使中國理所當然地分享人類基因組計劃的全部成果、資源與技術。

人類基因圖譜的遺傳密碼序列最近即將全部揭曉，科學家大膽地預測醫學即將進入分子醫學與基因治療的時代，我們不僅可以利用分子醫學或生物晶片的方法，找出有問題的致病分子，利用基因工程的方法加以改造，進行所謂「基因治療「，還可以分析某某人的全部遺傳密碼序列，提前預測將來發生某種疾病的傾向。一切似乎非常完美，真的是如此嗎？

臨床的疾病，真正屬於單一基因發生突變的仍屬少數，大部分的疾病依舊原因不明，據推測多基因或多因子的原因佔了大宗。單基因的疾病，例如苯酮尿症、舞蹈症、地中海型貧血等只佔了很小的比例，常見的疾病，例如高血壓、糖尿病、退化性關節炎、老人失智症，可能是好幾個基因出了問題，加上環境的因素的影響。對於單基因的疾病，現在可以應用遺傳連鎖的方法，將致病基因定位，再破解遺傳密碼，但是多基因或多因子造成的疾病，目前並沒有可行的遺傳學理論或實驗方法，可以用來找到所有可能相關的基因。

因為受到醫學倫理的約束，基因治療的臨床價值迄今仍未得到證明。基因治療最早是針對ADA缺乏引起的免疫缺乏症（泡泡娃娃），由美國國家衛生院的FrancisAnderson等人主持，他們取出病人的骨髓細胞，用基因工程的技術加以改造，修補其免疫缺損，再重新輸回病人的身體，基因治療的同時，病人也接受ADA酵素的治療，研究人員擔心萬一基因治療無效，因此不敢貿然停止ADA的使用，基因治療究竟是否有效，並沒有客觀的結論。

1980年代有學者在國際知名的Nature雜誌上發表研究論文，指出精神分裂症及躁鬱症與遺傳的關係，精神分裂症的基因被定位於第五對染色體，躁鬱症的基因則位於第十一對染色體，後來相關的研究並不能重複這些結果，因此早先發表的文章遭到撤回，試想高血壓，糖尿病究竟是單基因、多基因、或者環境因素所造成，迄今仍原因未明，更何況這些複雜的精神疾病！

人類行為的遺傳模式到現在仍不清楚，大部分精神分裂症及躁鬱症的病人都是偶發的個案，偶而有家族史，但是很少有三代以上的家族病史，無法套用目前基因連鎖定位來做致病基因的染色體定位；大部分的病人多半在二十歲左右發病，不容易找到對象結婚，因此精神疾病如果完全是由於遺傳基因的作用，他們的遺傳基因也很難傳遞到下一代，但是人口中精神分裂症及躁鬱症的病人所佔的比例始終約略小於百分之一，這種現象很難以現有的遺傳學理論解釋；精神疾病目前診斷的方式，仍然以癥狀診斷為主，始終缺乏生物性的診斷方法，譬如抽血檢查血液中的化學物質，或者影像學的檢查，看看腦部那個結構出了問題；精神疾病的異質性相當高，增加研究的困難度，很難區分究竟是先天遺傳或者後天環境造成。

1980年代曾有學者以美國東部Amish族群作為研究躁鬱症的對象，後來因為少數幾個個案的診斷有疑義，整的研究結果受到質疑。自從Watson及Crick於1953年發表DNA的論文之後，分子生物學一日千里，經由國際上許多科學家的協同努力，今天終於揭開人類的遺傳密碼序列，但是行為科學與精神醫學連入口在哪裡，現在都還不知道，之所以如此艱難，是因為到目前為止，連最基本的心智功能都沒有明確的定義，更遑論要整合各種研究的結論，例如記憶就有好多種分法，譬如分成即時記憶、短程記憶及長程記憶，也可分為明確記憶及隱含記憶，加上工作狀態記憶等等；大腦可以記憶，小腦也有記憶能力，例如開車，遇到緊急狀況踩煞車，通常是反射動作，不經過大腦考慮，單單對於記憶的了解就如此凌亂，其他如情緒、知覺、理解力、邏輯推理能力等等，迄今仍是渾沌一片。

第一密碼的闡明解決了基因在不同生物體之間的轉移與表達，開闢了遺傳工程和蛋白工程的新產業。但是在異體表達的蛋白質往往不能正確摺疊成為活性蛋白質而聚集形成包含體。生物工程的這個在生產上的瓶頸問題需要第二密碼的理論研究和摺疊的實驗研究來指導和幫助解決。由於分子伴侶在新生肽鏈摺疊中的關鍵作用，它一定會對提高生物工程產物的產率有重要的實用價值。

樂觀的看來，最近這十年，或者最近這一百年，不會有太大進展，悲觀的一派則認為人類的心智永遠沒有解答，除非遺傳學以及神經科學理論的基本架構有劃時代突破性的發現，細胞生物學才有可能成為破譯人體奧秘的最終鑰匙。

我之所以敢對細胞生物學下這麼大的「賭注」，還因為對生命細胞威脅的三個因素有關：一個是細菌，一個是病毒，還有一個就是癌細胞了。雖然病毒並不屬於細胞生物體，但它有著高度的寄生性，完全依賴宿主細胞的能量和代謝系統，才能獲取生命活動所需的物質和能量。

A、細菌

細菌也是一種單細胞生物體，細菌主要由細胞膜、細胞質、核糖體等部分構成 ，有的細菌還有莢膜、鞭毛、菌毛等特殊結構。測量細菌大小的單位是微米，球菌直徑一般為0.5~1微米，桿菌直徑與球菌相似。細菌根據形狀分為：球菌、桿菌和螺旋菌；按細菌的生活方式分為：自養菌和異養菌，其中異養菌包括腐生菌和寄生菌；按細菌對氧氣的需求來可分為：需氧（完全需氧和微需氧）和厭氧（不完全厭氧、有氧耐受和完全厭氧）細菌；按細菌生存溫度分類可分為：喜冷、常溫和喜高溫三類。細菌的發現者：荷蘭商人安東·列文虎克。

細菌是所有生物中數量最多的一類，據估計，其總數約有 5×10個。細菌的個體非常小，目前已知最小的細菌只有0.2微米長，因此大多只能在顯微鏡下看到它們。細菌一般是單細胞，細胞結構簡單，缺乏細胞核、細胞骨架以及膜狀胞器，例如線粒體和葉綠體。基於這些特徵，細菌屬於原核生物。

細菌廣泛分布於土壤和水中，或著與其他生物共生。人體身上也帶有相當多的細菌。據估計，人體內及表皮上的細菌細胞總數約是人體細胞總數的十倍。此外，也有部分種類分布在極端的環境中，例如溫泉，甚至是放射性廢棄物中，它們被歸類為嗜極生物，其中最著名的種類之一是海棲熱袍菌，科學家是在義大利的一座海底火山中發現這種細菌的。然而，細菌的種類是如此之多，科學家研究過並命名的種類只佔其中的小部份。細菌域下所有門中，只有約一半能在實驗室培養的種類。

細菌的營養方式有自營及異營，其中異營的腐生細菌是生態系中重要的分解者，使碳循環能順利進行。部分細菌會進行固氮作用，使氮元素得以轉換為生物能利用的形式。細菌也對人類活動有很大的影響。一方面，細菌是許多疾病的病原體，包括肺結核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由細菌所引發。然而，人類也時常利用細菌，例如乳酪及酸奶的製作、部分抗生素的製造、廢水的處理等，都與細菌有關。在生物科技領域中，細菌有也著廣泛的運用。

細菌往往與其他缺乏葉綠素的植物結成團塊，並被看作屬於「真菌」。細菌因為特別小而區別於其他植物細胞。此外，細菌沒有明顯的核，而具有分散在整個細胞內的核物質。人們越來越普遍地把細菌和其他大一些的單細胞生物歸在一起，形成既不屬於植物界也不屬於動物界的一類生物，它們組成生命的第三界——「原生物界」。有些細菌是「病原的」細菌，其含義是致病的細菌。然而，大多數類型的細菌不是致病的，而的確常常是非常有用的。例如，土壤的肥沃在很大程度上取決於住在土壤中的細菌的活性。「微生物」，恰當地說，是指任何一種形式的微觀生命。「菌株」一詞用得更加普遍，因為它指的是任何一點小的生命，甚至是一個稍大一點的生物的一部分。微生物和菌株都用來作為細菌的同義詞；而且確實尤其適用於致病的細菌。

細菌和其它原核生物一樣，只有擬核，沒有核膜，DNA集中在細胞質中的低電子密度區，稱核區或核質體。細菌一般具有1-4個核質體，多的可達20餘個。核質體是環狀的雙鏈DNA分子，所含的遺傳信息量可編碼2000～3000種蛋白質，空間構建十分精簡，沒有內含子。由於沒有核膜，因此DNA的複製、RNA的轉錄與蛋白質的合成可同時進行，而不像真核細胞那樣這些生化反應在時間和空間上是嚴格分隔開來的。每個細菌細胞約含5000～50000個核糖體，部分附著在細胞膜內側，大部分遊離於細胞質中。細菌核區DNA以外的，可進行自主複製的遺傳因子，稱為質粒。胞質顆粒是細胞質中的顆粒，起暫時貯存營養物質的作用，包括多糖、脂類、多磷酸鹽等。

許多細菌的最外表還覆蓋著一層多糖類物質，邊界明顯的稱為莢膜，如肺炎球菌，邊界不明顯的稱為粘液層，如葡萄球菌。莢膜對細菌的生存具有重要意義，細菌不僅可利用莢膜抵禦不良環境；保護自身不受白細胞吞噬；而且能有選擇地粘附到特定細胞的表面上，表現出對靶細胞的專一攻擊能力。例如，傷寒沙門桿菌能專一性地侵犯腸道淋巴組織。細菌莢膜的纖絲還能把細菌分泌的消化酶貯存起來，以備攻擊靶細胞之用。

鞭毛是某些細菌的運動器官，由一種稱為鞭毛蛋白的彈性蛋白構成，結構上不同於真核生物的鞭毛。細菌可以通過調整鞭毛旋轉的方向（順和逆時針）來改變運動狀態。菌毛是在某些細菌表面存在著一種比鞭毛更細、更短而直硬的絲狀物，須用電鏡觀察。特點是：細、短、直、硬、多，菌毛與細菌運動無關，根據形態、結構和功能，可分為普通菌毛和性菌毛兩類。前者與細菌吸附和侵染宿主有關，後者為中空管子，與傳遞遺傳物質有關。芽孢是細菌的休眠體，對不良環境有較強的抵抗能力。小而輕的芽孢還可以隨風四處飄散，落在適當環境中，又能萌發成為細菌。細菌快速繁殖和形成芽孢的特性，使它們幾乎無處不在。

(下集待發)

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