01 細胞的特性 The Nature of Cells 什麼是細胞

  細胞是生命的最小單位。所有可獨立生存的生物，從單細胞生物（如細菌）到複雜的生命體（如我們人類），均由細胞構成。我們的身體內含有數量驚人的細胞，但與重達200噸的藍鯨相比，則顯得微不足道。作為生命的基本構成模塊，細胞被認為是一組簡單元件的集合，可通過平穩的生理活動來維持自身正常狀態，並不時通過分裂來產生新的細胞，從古至今都未改變。無論是大多數細菌（作為獨立個體的存在時間僅為半小時左右，隨後將分裂成新的個體），還是人類的神經細胞（可在數十年的時間裡持續進行自我修復以維持日常活動），每一個簡單或複雜的細胞都是一座自成體系的「分子工廠」，在其生命周期中的每一分鐘都在瘋狂地工作。將一個細胞比作一個工廠的說法稍顯簡單，事實上，為了滿足日常活動，細胞工廠自身以及其中的大部分器械必須經歷拆除與重建——在這一過程中，工廠的生產速度卻從未減慢。與細菌相比，動物與植物細胞的體積要更大（約為細菌的1000倍），其內部組織也複雜精細得多。

  究竟哪些化學物質能夠滿足如此極致的物質合成，使得簡單細胞在幾分鐘內，以及複雜細胞在一天之內，能實現自我複製呢？從根本上講，構成生命的基本元素僅涵蓋了117種已知元素中的6種，包括碳、氫、氮、氧、磷和硫。細胞中99%的分子是由氫、氧結合所形成的水分子構成的。這看起來似乎會導致生命體變得如稀湯寡水一般，但事實上，部分水分子並不以液體的形態存在，而是被牢牢地鎖在某些大分子結構中。在分子水平上，所有細胞均以一組數量有限的碳基分子為物質基礎，包括提供化學能的糖，構成細胞膜的脂肪酸，作為蛋白質基本單位的胺基酸，以及RNA、DNA等信息分子亞單位的核苷酸。所有蛋白質均由20種不同的胺基酸組成，而這些胺基酸也是所有生物所共有的。如同單詞是由字母所組成一般，胺基酸的「字母」也以各種不同的方式組合在一起，形成了大量的蛋白質「詞彙」。蛋白質具有極其多樣的形態，可以作為結構材料、化學催化劑與分子馬達，支撐並驅動著生命的進程。每一個蛋白質的密碼源於我們DNA中的另一組密碼，即由四個字母所組成的基因密碼。基因在每次細胞分裂過程中，不斷地從母細胞傳遞至子細胞中。我們的DNA中含有大約24 000個基因，其中每一個基因僅僅對應一種蛋白質。但有趣的是，我們體內可能存在著遠超這一數量的蛋白質，多出來的蛋白質是通過修改原始遺傳信息而產生的。蛋白質可以相互結合形成多蛋白複合物，它們作為「齒輪」與「軸承」，驅動細胞內負責生產與維修的「電機」正常運行。這種複雜的活動在細菌等較為簡單的細胞中可以有效地運行，而在更大、更複雜的細胞（如人類細胞）中，特定的細胞活動將在獨立的區域——細胞器中進行。細胞器具有獨立的膜結構，可與細胞內的其他組分相隔開。除此之外，我們的身體內還含有200多種不同的細胞類型，這也使機體更為複雜。本書主要介紹各種與細胞相關的問題，並進一步解釋為什麼任何細胞的缺陷均有可能導致疾病的發生。