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《细胞：一个和谐的社会》是为大学本科生编写的通识教育核心课程“细胞：一个和谐的社会”的配套教材，内容分为10 章，分别是和谐社会话细胞、细胞遗传生殖中心一一细胞核与遗传信息传递的中心法则、细胞内膜系统与蛋白质的分选和定位、细胞能量代谢与能量供应站一一线粒体和叶绿体、细胞的“骨路”和高速公路细胞骨架、细胞膜及其对外交流与沟通、细胞之间的互作、细胞生命活动与个体发育、细胞癌变与癌症、免疫系统与健康养生。《细胞：一个和谐的社会》以细胞生物学基本内容为主线路，并与一些社会现象和中华优秀传统文化相联系。引领读者在走进细胞世界的过程中感受细胞生命机制与社会规律其本质的一致性，科学地认识健康养生。当然《细胞：一个和谐的社会》大量留白，任由读者感悟和领会。每章后面附有思考题，帮助读者梳理内容，启发读者开启智慧。

目录

序——感悟细胞中的科学与哲学

前言

**章 和谐社会话细胞 1

**节 细胞的分子基础 1

第二节 水是生命之源 3

第三节 细胞的有机分子 6

第四节 细胞的基本特征 12

第五节 真核细胞 14

思考题 17

第二章 细胞遗传生殖中心——细胞核与遗传信息传递的中心法则 18

**节 细胞核的基本结构 18

第二节 细胞核的全能性 24

第三节 细胞遗传信息传递的中心法则 25

思考题 30

第三章 细胞内膜系统与蛋白质的分选和定位 31

**节 蛋白质的合成 31

第二节 物质供应站——内质网与蛋白质合成 36

第三节 交通枢纽一高尔基复合体与细胞分泌活动 38

第四节 真核细胞内的蛋白质转运和定位 41

第五节 蛋白质降解的蛋白酶体途径 44

第六节 细胞内任劳任怨的清道夫——溶酶体 45

思考题 52

第四章 细胞能量代谢与能量供应站——线粒体和叶绿体 53

**节 细胞能量代谢的特点 53

第二节 叶绿体与光合作用 58

第三节 线粒体与氧化磷酸化 63

第四节 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 71

恩考题 73

第五章 细胞的“骨骼”和高速公路——细胞骨架 74

**节 细胞骨架的主要成分 74

第二节 细胞骨架的支架作用 82

第三节 细胞内的高速公路 83

第四节 运动着的细胞骨架 86

思考题 91

第六章 细胞膜及其对外交流与沟通 92

**节 质膜的基本结构特征 92

第二节 质膜与物质运输 90

第三节 细胞通信 103

思考题 119

第七章 细胞之间的互作 121

**节 细胞外基质与青春永驻 121

第二节 细胞连接 124

第三节 动物四大基本组织 127

第四节 和系统 130

思考题 130

第八章 细胞生命活动与个体发育 136

**节 人的生命是从一个细胞开始的 136

第二节 胚胎早期发育命运图 144

第三节 胚胎发育过程中新模式的形成 140

第四节 细胞增殖与细胞周期 148

第五节 细胞分化 158

第六节 程序性细胞死亡（细胞凋亡） 162

第七节 人类胚胎基本发育过程 168

思考题 170

第九章 细胞癌变与癌症 171

**节 癌细胞的特性 171

第二节 “油门”和“刹车”系统失灵 177

第三节 癌变的内因与外因 183

第四节 免疫监视与抗癌战争 186

思考题 188

第十章 免疫系统与健康养生 190

**节 人体阵容强大的“军队” 190

第二节 人体忠卖的“细胞卫队” 193

第三节 感冒背后的“战争” 195

第四节 健康养生 197

思考题 199

主要参考资料 200

致谢 201

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章

和谐社会话细胞

我们的家园——地球，是我们生活的摇篮。我们赖以生存的生物圈生活着各种各样的生物，这些生物千姿百态，各具特色。如果我们把视界缩小，会发现：所有生物，无论大象还是蚂蚁，不管巨杉还是小草，它们都是由细胞构成的。细胞是生命有机体基本的结构和功能单位，一切生命现象都是细胞活动的表现。生命并不神秘，实际上生命是细胞特有的属性，没有细胞就没有生命，也就不会有苍松翠柏、繁花似锦、鹰击长空、鱼翔水底、鸟语花香、莺歌燕舞 万物生机勃勃的景象！正是由于细胞具有这一独特的属性，从而使细胞在生命起源和个体发生过程中占有独特的地位。在生命起源过程中，细胞的诞生即伴随着生命的出现；在个体发生中，生物通过细胞进行繁衍和延续。

“其大无外，其小无内”。细胞是一个系统，细胞器在机能上相当于人体内的组织和器官，细胞的细胞器系统所运用的生化机制本质上与人类器官系统所运用的机制是完全一样的。虽然人体由数以万亿计的细胞组成，但我们体内没有哪一个机能是单细胞不曾表现过的“新”机能。每一个真核细胞都拥有在机能上相当于人类各器官系统的组成部分，如神经系统、呼吸系统、排泄系统、内分泌系统、肌肉和骨骼系统、循环系统、皮肤系统、生殖系统乃至原始免疫系统。对于人类社会这个大系统，如果把它当作一个有机体，家庭和企业就是构成社会的细胞。人类社会也可看作一个细胞，各级部门就是细胞器，个人是其中的一份子（相当于分子），人类社会这个大系统的运营机制必然可以从细胞中得到借鉴。

细胞是探索生命奥秘方便的入口，细胞是微观与宏观恰当的接点。早在1925年著名的细胞生物学家Wilson就指出“一切生物学问题的答案都要到细胞中去寻找”，笔者的感受是：一切社会学问题的解决都可以在细胞中找到答案。

节细胞的分子基础

我们生存的环境是物质的世界。我们吃的、穿的、用的，肉眼所见的还有看不见的，统统都是物质。当然，构成生物体的细胞也不例外。

一、分子的量子基础

老子在《道德经》章中即言道“无名，天地之始；有名，万物之母。”笔者认为：文中所提及的“无名”指的是“无形无色，无知无碍”，实际上指的就是能源；“有名”实际上指的就是现象界的“物质”。而近代科学研究也充分印证了能量和物质间的关系，有名的就是知名科学家——爱因斯坦提出的能量公式：E=mc2（E是能量，m是质量，c是光速）。从与我们日常生活关系密切的量子物理角度来看，我们所接触到的物质，归根结底，可以说都是由原子组成的，原子是由原子核及其外带负电的电子构成，而原子核则由带正电的质子与中性的中子组成，电子在外，围绕着原子核旋转。而原子的质子数不同，组成不同原子序的元素，也就是我们在中学时所学的周期表中的一百多种元素。由于不同元素的电子波函数各有不同的波长和频率，形成不同的电子能态（energystate），而造就了不同的化学性质，所以我们也可以说各个元素皆以其特定的振动频率保持活动，从而产生不同的能量。将原子、原子核及电子三者的大小进行比较发现，原子核的体积很小，直径约为1飞米（fm），是原子直径的十万分之一，而电子更小。构成原子核的质子和中子是由夸克组成的，进一步研究发现夸克实际上是能源产生的。

20世纪后期以来，物理学研究前沿领域——弦理论的发展，使我们对物质的看法更进一步。弦理论一个基本观点是：自然界的基本单元，如电子、光子、中微子和夸克等，看起来像粒子，实际上都是很小很小的一维弦的不同振动模式，正如小提琴上的弦。所有基本粒子，如电子、光子、中微子和夸克等，都是宇宙弦不同振动模式或振动激发态。简言之，若把宇宙看作是由宇宙弦组成的大海，那么基本粒子就像水中的泡沫，它们不断产生，也不断湮灭。在弦理论之中，过去认为是组成客观世界的基本粒子，现在都是宇宙弦上的各种“音符”。我们现实的物质世界，其实是宇宙弦演奏的一曲壮丽交响乐。

二、什么是分子

（一）分子简介

从专业的角度——化学上看，分子是组成物质的一种基本单位，分子是能单独存在并保持物质的化学性质的小粒子。分子是一个电中性、由多个原子组成的粒子，而原子之间因共价键而连接。

分子的概念早是由意大利的阿莫迪欧?阿伏伽德罗提出的，他于1811年发表了分子学说，认为：“原子是参加化学反应的小质点，分子则是在游离状态下单质或化合物能够独立存在的小质点。分子是由原子构成的，单质分子由相同元素的原子构成，化合物分子由不同元素的原子构成。化学变化的实质就是不同物质的分子中各种原子进行重新结合。”

一个分子是由多个原子在共价键中通过共用电子连接在一起而形成的。它可以由相同化学元素的原子构成，如氧气（O2）；也可以由不同的元素构成，如水分子（H2O）。抽象地讲，一个单一原子也可当作是一分子（单原子分子），但在实际使用时，“分子”通常指的是多个原子的化学化合物。由分子组成的物质称分子化合物。

在热力学中，构成物质的分子（如水）、原子（如金）、离子（如氯化钠）在热力学上的表现性质都是一样的，因此，统称为分子。

分子是构成物质的微小单元，它是能够独立存在并保持物质原有的一切化学性质的较小微粒。分子一般由更小的微粒——原子构成。按照组成分子的原子个数可分为单原子分子，双原子分子及多原子分子；按照电性结构可分为有极分子和无极分子。不同物质的分子其微观结构形状不同，分子的理想模型是把它看作球型，其直径大小为10-10m数量级。分子质量的数量级约为10-26kg。

（二）分子的结构特征

分子结构或称分子立体结构、分子形状、分子几何，建立在光谱学数据之上，用以描述分子中原子的三维排列方式。分子结构在很大程度上影响了化学物质的反应性、极性、相态、颜色、磁性和生物活性。分子结构涉及原子在空间中的位置，与键结的化学键种类有关，包括键长、键角及相邻3个键之间的二面角。

简单的分子是氢分子，1g氢气包含1023个以上的氢分子。一个水分子中2个氢原子都连接到一个中心氧原子上，所成键角是1045°。分子中原子的空间关系不是固定的，除了分子本身在气体和液体中的平动外，分子结构中的各部分也都处于连续运动中。因此分子结构与温度有关。分子所处状态（固态、液态、气态、溶解在溶液中或吸附在表面上）不同，分子的精确尺寸也不同。

如果把分子看成一个静电平衡体系：电子和原子核的引力倾向于，电子间的斥力倾向于小，各原子核和相邻原子中电子的引力也是很重要的。为了使负电中心的斥力减至小，体系尽可能对称的排列，所以当体系有2个电子对时，它们呈线性排列（键角180°）；有3个电子对时呈三角平面排列，键角120°。

（三）分子的基本特性

分子基本特性如下：

（1）分子之间有空隙，有间隔。好的证明就是：取50mL乙醇和50mL水，混合之后，体积却小于100mL。

（2）一切构成物质的分子都在不停地做无规则运动。温度越高，分子扩散越快，固体、液体、气体中，气体扩散快。由于分子的运动与温度有关，因此这种运动称为分子的热运动。同种分子化学性质相同，不同种分子化学性质不同。

（3）分子很小，但有一定的体积和质量。

（4）同种物质的分子性质相同，不同种物质的分子性质不同。

三、构成细胞的主要分子

正像细胞是构成生物的基本元件一样，化学分子是细胞的基本成分。

细胞中含有无机物和有机物。无机物中有大量的水，还有少量无机离子，包括K+、Na+、Mg2+、Ca2+和Cl-等。细胞中有机物达几千种之多，约占细胞干重的90％以上，它们主要由碳、氢、氧、氮等元素组成。

有机物有小分子、中等分子和大分子。小分子，包括大分子的单体，如核苷酸、氨基酸及葡萄糖、果糖、蔗糖等；中等分子，有脂类(lipid)、糖酵解等中间代谢产物；生物大分子，由几种称为单体(monomer)的若干小分子聚合而成，包括大量的蛋白质、糖类和少量的核酸（如DNA、mRNA、tRNA）等。

活细胞的生命活动表现为遗传、代谢和生理等活动，这些活动都与物质分子的有关化学反应有关，细胞每时每刻都在进行着成千上万的化学反应。细胞内的代谢和各种复杂的生理活动都遵守化学和物理规律，细胞的化学反应也涉及能量的转化。细胞是高度有序的复杂结构，要维持这样的有序结构也要消耗能量。细胞以化学反应为基础，进行“自我复制，自我装配，自我调节”。

第二节水是生命之源

“水是生命之源”，这句话大家一定不陌生。在我们的家园——地球上，海洋、河流、湖泊占地球面积71%，地球上水的体积大约有1360000000km3；生命起源于水，水是人体含量多的一种营养素，占到人体重的60%～80%。青壮年体内含水70%（接近地球含水之比例，与自然相仿，也是创造力强的年华），婴儿体内含水达80%，老年人体内也有60%的水。人体血液中所含水分占83%；水在肌肉中占76%；在心脏、肺脏中占80%；在肾脏中占83%；肝脏中占68%；脑中占75%；即使看来很健壮、坚硬的骨也有20%以上的水。构成人体的基本成分是细胞，水在细胞中的重要地位显而易见。

一、水的性质

水分子（H2O）是由两种不同的元素构成的小分子，由两个氢原子和一个氧原子构成。水分子是保持水的特性的小单元，水是无色无味的液体。一个水分子可用电解法或其他方法分解成两个氢原子和一个氧原子，但这时它的特性已和水完全不同了。

水在细胞生命中以两种方式存在：一种是游离水，约占细胞总水量的95％；另一种是结合水，通过氢键或其他键同构成生命的主要大分子物质——蛋白质结合，此种水占4%～5％。

（一）水分子是偶极子

水分子中的2条共价键高度极化，电荷分布是不对称的，一侧显正电性，另一侧显负电性，从而表现出电极性，是一个典型的偶极子（图11）。由于水分子具有这一特性，它既可以同蛋白质中的正电荷结合，也可以同负电荷结合。蛋白质中每一个氨基酸（构成蛋白质的结构单元）平均可结合26个水分子。

（二）水分子间可形成氢键

由于水分子是偶极子，因而在水分子之间和水分子与其他极性分子间可建立弱作用力的氢键。在水中每一氧原子可与另两个水分子的氢原子形成两个氢键（图12）。氢键作用力很弱，因此分子间的氢键经常处于断开和重建的过程中。

图11水分子偶极子示意图图12水分子间形成氢键示意图

由于水分子具有极性，产生静电作用，因而它是一些离子物质（如无机盐）的良好溶剂。例如，氯化钠（NaCl）溶于水中后，Na+可吸引水分子中显负电性的O2-，而Cl-则可吸引显正电性的H+，因而在Na+和Cl-周围分别形成了一层水（图13）。

图13水分子与亲水性和疏水性分子相互作用关系

（a）水分子可在离子周围形成水层；（b）水分子可与亲水性分子形成氢键；

（c）非极性分子为疏水性分子，不能与水分子形成氢键

上面提到的NaCl就是我们日常生活一日三餐少不了的食盐的主要成分。用氯化钠和水配成0.9％的溶液就是被称为哺乳类的生理盐水。说明这一浓度很重要，动物体内的氯化钠有一定浓度，如哺乳动物体内的氯化钠浓度是09％，只有在这一浓度下，我们体内的细胞才能保持等渗状态，也就是说我们体内的细胞只有在这一浓度下才不至于失水而收缩或吸水而膨胀，能够正常地存活。您是否留意到医院里护士在给患者输液时，是将所用的药品打到盛“生理盐水”的容器里再输到静脉血管里的。现在流行的干细胞疗法，干细胞培养达一定数量时，就是用生理盐水洗过后再保存在生理盐水中送达目的地，给患者注射。当然这一切要在无菌条件下进行。

谈到食盐，我们每天都要摄取，盐是体内不可缺少的物质。不过，每天摄入的食盐不宜过多。“中国居民健康膳食指南”中提到“建议每人每天食盐摄入量不超过6g，包括酱油、酱菜、酱中的食盐量”。当然，好像没有多少家庭精确称量而使用食盐，仅仅是本着清淡的原则而已。否则，许多疾病会上身，部分高血压患者就是由口味重造成的。食用过量的盐，血管要增压压力来适应。只要适当减少日摄入食盐量，血压就有可能慢慢恢复正常。

（三）水分子可解离为离子

水分子还有一个重要特性，可解离为氢氧根离子（OH-）和氢离子（H+）。水分子电解不稳定，总处于分子与离子相互转化的动态平衡之中。水在标准温度和压力下自然电离出的OH-和H+浓度的乘积（水的离子积常数）始终是1×10

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