奇妙的细胞社会
我们知道细胞是生命的最基本的结构单位,虽然每个细胞都可以独立的生活,但多数生命体是由多细胞组成的。即使某些单细胞的病菌也常常形成一个群体,因此细胞多数是生活在群体环境中的。细胞在群体之间互相分工,互相协作,互相制约,共同构成了奇妙的大千世界细胞社会
在细胞社会中,数以万计的细胞要建立确定的关系,首先细胞间要能互相识别,其次细胞间要形成固定的连接。最后在识别和连接的基础上,细胞之间,细胞与个体之间要能相互进行信息交流,只有这样一个基本的细胞社会才能形成。
细胞之间能够互相识别,是威尔森在1907年的海绵实验中证明的。海绵是最简单的多细胞动物,仅有5~6种细胞组成,用机械方法就可以将海绵体游离成单个细胞,当维尔森把颜色不同的两种海绵细胞混合时,游离的单细胞会迅速重聚成才,结果每个聚合体只含一种颜色的细胞,维尔森发现这种细胞间的互相识别特征在其他物种上也表现得非常明显。乳胶鸟类或哺乳类动物的肝脏细胞分散,重聚时,同物种的细胞也会迅速相聚。植物花粉与柱头的识别只有同种花粉才会萌芽,精子和卵子的识别也只有同物种才能受精。
可见细胞间的识别是普遍存在的,并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的糖复合物。及负载细胞表面的跨膜糖蛋白分子该分子的大部分在包外,且常有糖链,胞质部分一般较小,具有信号传递或信号放大的作用,经过识别后形成的稳定的细胞聚合,为形成细胞连接提供了条件。细胞连接是指多细胞有机体中相邻细胞之间通过细胞质膜相互联系和协同作用的重要组织方式。根据不同的组织功能细胞之间发展出相应的链接方式。如封闭链接,间隙连接,锚定连接等。
封闭链接是存在于小肠上皮细胞或脂肪细胞中的一种链接方式又叫紧密连接,它形成的封闭连接结构可以起到起必隔离的作用,保护内部组织不受侵害,同时将相邻细胞间的上皮组织联合成了一个整体,阻止了可溶性物质从上皮细胞一侧向另一侧扩散。间隙连接是存在于肝细胞中的一种连接方式,它是通过一排坚硬而空心的圆筒形结构成蛋白浆细胞连接起来,并且圆筒的两端插入相邻的细胞。中,这样就在2~3纳米的细胞间隙建立了一个中空过道。相邻的两个细胞正是依赖这一结构进行离子和小分子的交换,锚定链接是存在于上皮组织,心肌组织的结构中的一种链接方式。
在相互识别和形成链接的基础上,通过直接通讯或链接通讯神经传导和激素信号等方式,细胞之间就可以进行通讯了,多细胞生物细胞间的通讯对于多细胞生命体的诞生和组知构建协调细胞功能,控制细胞分裂和生长是必须的。今天细胞之间,细胞与个体之间的信息通讯已经成为生命科学领域的一个研究热点。
细胞的化学成分
细胞中的化学成分是极其复杂和繁多的,需要利用现代商务化学知识和技术进行分析研究,而正是这些复杂繁多的化学成分构成了生命存在核心陈代谢的物质基础,生命化学是以研究生命的物质基础和阐名生命的物质代谢为主要目的的科学直接涉及生命的本质问题
早在19世纪下半叶,伟大的革命导师恩格斯就在生命的定义中指出,生命是蛋白体的存在方式,这个存在方式的基本因素在于它周围的外部,自然界的不断新陈代谢,而且这种新陈代谢一停止,生命就随之停止,结果便是蛋白质的分解恩格斯对生命定义,这一定程度上揭示了生命物质基础极具有新陈代谢功能的蛋白体。
进入20世纪,人类对生命的认识迅速发展,1953年遗传物质DNA双螺旋结构的发现,开创了从分子水平研究生活活动的新纪元。此后遗传信息由DNA脱氧核糖核酸通过RNA核糖核酸传向蛋白质中心法则的确立,遗传密码的相继破译,蛋白质的人工合成等一系列重大研究成果表明,核酸DNA与RNA和蛋白质是生命的最基础物质蛋白质是一切生命活动调节控制的主要承担者,生命活动在酶的催化作用下进行,几乎所有酶的化学本质是蛋白质。从而揭示了核酸,蛋白质酶等生命大分子的结构,功能和相互关系,为研究生命现象的本质和活动规律。奠定了理论基础
核酸生命的本源物质核酸是细胞的核心物质,是细胞里最重要的生命大分之一,核酸呈酸性,最初从细胞核中发现的,所以称核酸,地球上的所有生命体重都含有核酸,它是支配生命从诞生到死亡的根源物质。主宰着细胞的新陈代谢,储存着生命的全部遗传信息,因此核酸被现代科学家誉为生命之本
根据核酸中所含戊糖的不同,可将核酸分成脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA两类他们都是有许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。每一个核苷酸含有一个冒戊糖核糖或脱氧核糖分子一个磷酸分子和一个含氮的有机碱碱基这些有机碱分为两类,一类是嘌呤,是双环分子,一类是嘧啶是单环分子。嘌呤包括嘌呤A和鸟嘌呤G两种嘧啶有胸腺嘧啶T,胞嘧啶C和尿嘧啶U三种DNA的碱基是ATCG,RNA的碱基是AUGC。脱氧核糖或核糖上第一位碳原子与嘌呤或嘧啶结合,就成为脱氧核苷或核苷第三位或第五位碳原子在与磷酸结合就成为脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。多个核糖核苷酸与磷酸顺序相连,成长练的多核苷酸分子就成了核酸的基本结构
根据DNA晶体X射线衍射的结果分析沃森和克里克划时代的提出了DNA双螺旋结构模型。DNA分子是由两条反向平行的多核苷酸长列组成的。双螺旋练的主体是糖基和磷酸基,以磷酸二酯键相连接而成,与唐金以糖苷键相连的嘌呤嘧啶碱基位于螺旋中间碱基平面与螺旋轴相垂直两条链的对应碱基之间成ATGC配对关系DNA螺旋的直径是2.0纳米螺距为3.4纳米,每个螺距中包含十个碱基对,相邻两个碱基对平面之间的垂直距离为0.34纳米
在双螺旋结构的基础上,DNA大分子进一步折叠排序可以形成染色质和染色体,在真核细胞中每一个染色体就含有一个DNA双链分子。细胞核中有几对染色体,就有几对双链DNA分子,通过DNA分子复制,可以将遗传信息准确的由上代传至下代在某些病毒中,DNA也可以是单链的结构,但在质粒中DNA是环形的
DNA双螺旋结构中at配对碱基之间形成两个氢键 因此DNA分子非常稳定但在加热等物理化学条件下,稳定的核酸大分子高级结构的非共价键会被破坏,导致DNA双螺旋被拆开成为两条单链,这就是核酸分子的变性,在变性因素除去后,DNA分子可以慢慢恢复双螺旋结构。称复性,在复性过程中,剪辑仍然会严格配对
与DNA分子显著不同的是,RNA分子是单链存在的细胞内的RNA大分子,主要有三种类型,一是信使RNAmRNA,负责把DNA分子中的遗传信息转移为蛋白质分子中的氨基酸序列二是转运RNAtRna在蛋白质合成过程中起着搬运单个氨基酸的作用,三是核糖体RNArRa它与蛋白质组成核糖体,以提供蛋白质的合成场所。三种RNA互相配合,共同完成把DNA分子中的遗传信息表达为一定的蛋白质结构
RNA通常只有一条多核苷酸链,但干链的局部区域可能形成配对结构,如tRna分子中出现三个主要的配对区段,形成三叶草形结构tRNA分子还能再进一步扭转折叠,形成一个类似大写的大写l字母的样子除某些RNA病毒是以RNA为模板合成RNA y生命体内的RNA一般都是以DNA为模板合成的,科学研究表明RNA还有像酶一样的催化作用
一直以来,人们都认为DNA是演绎生命的重要角色,而RNA只是前者的配角,作用不那么大,然而事实并非如此。近年的众多发现都表明一些长度较短的所谓小核糖核酸能够对细胞核基因的很多行为进行控制,比如打开,关闭多种基因,删除掉一些不需要的DNA片段的,其中最令人兴奋的发现是小核糖核酸在细胞分裂过程中也能发挥重要的控制作用。可指导染色体中的物质形成正确的结构,这些发现有望为科学家提供操作干细胞的新工具,以及用于探索治疗癌症等由于基因组错误所致疾病的新方法