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一、生命由细胞组成

1.细胞:构成生命的基本单位

生命的基本单位就是细胞。所有的生命形式,基本上都是以细胞为基础的。细胞也是一个小小的王国:它有自己的最高统帅部,有自己的“海关”,有“动力部”,有“传达室”……细胞也在不断地复制自己,不断地生存灭亡。

细胞是组成有机体形态和功能的基本单位。作为基本单位,细胞是非常微小的。一个多细胞生物个体可有上百万亿个细胞。其中,形态、功能相同的细胞集合形成组织,不同的组织一起构成执行某一功能的器官,种种功能各异的器官再组成复杂的多细胞有机体;而作为结构和机能整体,细胞本身又是更小的生物分子的集合体,核酸、蛋白质、多糖、脂类等有机大分子以一定的数量和严格的方式,组成具有一定形态和功能亚细胞结构(细胞器),各种细胞器官再构成一个完整的细胞。因此,多细胞生物体的结构实际上是从生物大分子→亚细胞→细胞→组织→器官→整体。

在活细胞内部,每时每刻都在进行着大量复杂的生化代谢活动。各种细胞器官和生物大分子就像一台日夜运转的精密机器上的一个个零件,保质量,准确无误地执行着各种功能。这些活动高度复杂而又井然有序。科学家们早就发现,在细胞内部有一个作为调控中心的司令部,这就是细胞核。

真核细胞都有核,但核的数目和大小则因生物种类而不同。在人类,除成熟的红细胞无核外,绝大多数细胞都有一个核。在细胞分裂间期,核的形态多为球状,由核膜、染色质和核质组成。核膜为双层质膜结构,将核与胞质分开,整个核膜并不连续,有些地方形成核膜孔,成为核与胞质间核与胞质间的通道。在核膜孔中央有中央颗粒和无定形基质,此结构可能对膜两侧间的物质交流起控制作用。核膜内有斗流动的核质,染色质即悬浮其中。染色质在核内能被碱性度卷曲螺旋化成为染色体。核仁是一个或数个球状颗粒,核中的位置和大小常有变化,并随有丝分裂时期的不同或出现或消失。核仁无膜,其中含有核糖体核糖核酸(rRNA)前物和作为模板的部分DNA。rRNA前体在核仁中合成并加工,然后转运到胞浆装配成核糖体(蛋白质合成的场所)。

我们可以把细胞核比作细胞生命活动的“最高统帅部”。生物在自然界漫长的进化过程中,有由一个细胞构成的单细胞生物,如变形虫;也有由上百亿个细胞组成的复杂多细胞生物,如哺乳动物。在多细胞生物体内,由于分化的结果,形成具有特殊功能的各种组织细胞,它们一开头也千姿百态,如呈纤维状的肌细胞,扁平状的上皮细胞等;此外,细胞的大小也根据需要相差很大,一般的细胞都必须在显微镜下才可看到,而某些动物的卵细胞(如鸡蛋),由于必须贮存供胚胎发育所需的营养而特别大。这一切,都是在细胞核这个最高统帅部的指挥下进行的。细胞内高度复杂而有序的微观生命活动,奏出了自然界生命活动美妙的“协奏曲”。

为了进一步认识细胞,我们还可以从以下两个方面进行描述。

首先,生物细胞也拥有自己的神圣的“海关”。

细胞每时每刻都在进行着各种各样复杂的代谢活动,与此相适应,细胞必须不断从外界环境摄取养料原料,输出某些产物和排除废物,这样,才能使正常的生命活动连续不断地进行下去。由于细胞是被质膜将其内部与环境隔开,因此,细胞和它周围环境间的任何交流都必须通过膜来完成。

由于生物膜的复杂结构和化学组成特点,加上细胞内外各种物质的浓度和性的影响,使细胞膜对物质具有选择地、而且是可变化地通透作用,朝着内外两个方向都可进行。概括起来,物质和水分子,以浓度高一侧通过膜运输到浓度低的一侧,是一种单纯的自由扩散作用;某些非脂溶性的物质,也可以从高浓度一侧运到低浓度一侧,但需要借助细胞膜上的某种载体蛋白。还有些物质要从浓度低处由细胞膜运往浓度高的一侧,此时需要耗能做功来克服浓度梯度造成的阻力以完成逆浓度总是处于胞内钾高钠低,胞外则钾低钠高的状况。而对一些不能透过细胞膜的大分子物质,则通过内容和外排作用来实现跨膜运输。细胞膜就是通过上述复杂的方式来完成物质的跨膜运输,进而维持了细胞内环境的恒定,保证了细胞生命活动的正常进行。在这里,细胞膜既不像砖块水泥砌成的墙,仅仅作为物质出入的机械屏障,也不像无人看管的开放大门,任各种物质出入,而是恰如细胞与外部世界之间的一道把守严格的“海关”,控制和规定着出入物的种类、方式和速度。

其次,我们看细胞生命活动的“动力”是如何产生的。

对于生命活动来说,无论何时都在消耗着能量。说话、走路、吃饭乃至睡觉都在消耗着能量。这些能量来何处,是一种什么性质的能量?它是如何产生,又是如何被机体利用的等等,都是我们关心的问题。

具体地说,植物细胞的叶绿体通过光合作用将太阳能贮存在有机分子的化学能中,其他的生物则直接可以植物为食获得这种化学能。然而,食物中的化学能并不能直接被生物体用来进行各种生命活动,生物体需要更简单、更直接的能量形式。线粒体是完成这一使命的另一个与能量有关的细胞器。它将食物中的化学能转变成可被生物利用的生物能,并贮存在一个叫“三磷酸腺苷”(又称ATP)的有机小分子中,随时向细胞提供足量而合适的能量。因此,假如我们把线粒体比作“发电厂”,那ATP就像是“供电所”或“蓄电池”。

ATP是供给生物可利用能量的主要物质。当有机体摄入的食物经胃肠道消化吸收,在细胞浆酶的作用下进一步分解成小分子后,直接透入或经主动运输进入线粒体,在线粒体内膜和基质相应酶系的作用酸酶复合体的作用下将ADP合成ATP。足量的ATP游离在细胞的各个角落,当生物体需要能量时(如进行生物合成、肌肉收缩等活动),便由ATP酶将ATP分解成ADP,放能以供使用。

生物就是这样通过叶绿体和线粒体为机体提供“生命核能”,从而点燃了自然界千千万万盏生命的灯。

2.人体由100多万亿个细胞所组成

人体构成离不开细胞、组织和器官。无论从结构、功能、生命需要等方方面面来看,人体构成之精巧、安排之紧密、功能协调之完美、外表匀称之美感,在大自然中都是无与伦比的。

人的身体是由100多万亿个细胞组成。这些天文数字的细胞,并不是简单的堆积,而是极为精确、协调的功能集合,堪称“巧夺天工”。

根据人体细胞的来源、形态、构造和功能,细胞可分为4大类:上皮细胞、结缔组织细胞、肌细胞和神经细胞。

各种细胞和细胞之间的物质,称为细胞间质。人体内的细胞形状多种多样。例如,上皮细胞(包括腺细胞)呈鳞片状或柱状;肌细胞像纤维一样细长;血液中的红细胞呈圆饼状;神经细胞是多突起的;卵子是圆球形,而精子只有一个大头和一条长长的尾巴。

人体的细胞数量庞大无比。虽然形状、大小及功能千差万别,但在结构和功能上,仍有它的共同性。它们都具有细胞膜、细胞质和细胞核(只有血液中的红细胞例外,无细胞核),三者在结构和功能上均密切相关、相辅相成。

细胞的表面,有一层主要由蛋白质和脂质构成的细胞膜,其厚度只有6~8纳米(nm),只有在电子显微镜下才能观察到。

细胞膜将细胞与周围环境隔开,形成一道机械性和化学性“屏障”。它奉行的“政策”似乎是:“于我有利者,来者不拒;于我有害者,拒之千里。”

大凡细胞内外物质交换、细胞运动、细胞识别、吸收、细胞生长的调控、免疫决定和表面受体等一系列重要功能,细胞膜都要参与。

细胞膜与细胞核之间,有不均匀的胶状细胞质。细胞质中包含有各种特殊结构和功能的物质,它们称为细胞器,彼此之间有膜互相分隔。它们是细胞代谢和细胞活力的形态支架。

细胞核是细胞的主要结构,通常位于细胞的中央,也可偏于细胞的一侧或边缘。多数细胞只有一个细胞核,但也有两个以上的。如肝细胞可以有两个以上的细胞核,破骨细胞可能有6~50个或更多的细胞核。

核浆是核内的物质,它是由染色质构成,其主要成分为脱氧核糖核酸(简称DNA),它是遗传信息的载体,细胞的调控中心。

奇妙的是,人体的每一项生命活动,都会产生生物电。细胞是人体的“发电机”,人体内所有脏器都有生物电现象,并且能被记录下来。不过细胞产生的电流微乎其微,如大脑的输出电压只有0.00002~0.000 1伏;心跳在人体表面产生的电压,也不过是0.001~0.002伏。

3.上皮组织,保护人体的天然屏障

皮肤是人体最大的器官,覆盖在整个身体表面,总重量约占体重的16%,总面积成年人为1.5~2.0平方米,从而形成一个保护人体,防止机械性损伤和病原体入侵的“屏障”。

作为“老大”的上皮组织,它的结构特点是:细胞形态较规则,排列较密集,细胞间质少。大部分覆盖于身体表面,如皮肤;或衬贴于空腔器官的内表面,如胃、小肠、输尿管、血管等,而被称为被覆上皮;但有些上皮构成分泌液体的腺体,称腺上皮。

位于身体不同器官部位的上皮,面临不同的环境,为了适应各自的功能需要,结构也完全不同。例如,位于身体表面的皮肤,不仅使人体保持美观,而且还有很多生理功能。人们常这样形容一些女性,说她们面如凝脂,其实无非是指她们脸部皮肤保养得好,细腻光滑,白里透红,娇嫩而有光泽。为了美观,必须要保护好自己的皮肤。皮肤还参与维持整个机体的平衡及与外界环境的统一,使机体免受各种有害因素的侵袭或刺激。其生理作用表现在以下几个方面:

(1)保护作用

皮肤一方面保护机体内部的各器官和组织免受外界环境中机械的、物理的、化学的和生物的有害因素的损伤;另一方面还能防止组织的各种营养物质与水分的丧失。

(2)感觉作用

皮肤内有丰富的神经末梢和特殊感受器,可感觉到体内外的各种刺激,如触摸、疼痛、冷、热、压迫、痒等。可引起相应的神经反射,维持机体的健康。

(3)调节作用

皮肤是人体最重要的温度调节器官。皮肤以辐射、对流、蒸发、传导四种物理方式进行散热来调节人体体温。外界温度低,皮肤血管收缩,减少血流量,则散热减少。外界温度升高,皮肤血管扩张,血流量增多,则散热量增多。这样,就可以使机体温度保持恒定。

(4)分泌、排泄与免疫调节作用

皮肤附属器官汗腺分泌汗液,皮脂腺分泌皮脂,使侵入真皮内的异物经皮肤排出。

(5)渗透能力和吸收作用

完整的皮肤能吸收油溶性物质,如油膏、乙醇、醚等,而对水溶性物质吸收力很小。若皮肤损伤或发炎时,其吸收力显著增强。这一作用,在皮肤病外用药物治疗上有着十分重要的意义。

此外,人们经常在感到不舒服的时候,用一种成药“万金油”涂搽自己头部两侧的“太阳穴”或上唇的“人中穴”,会很快有一种清凉快感。许许多多外用药,主要是利用皮肤能吸收这一特点,才能达到治疗目的。

皮肤为什么会有那么复杂的奇妙功能呢?原来,1厘米 2 大小、0.3厘米厚的皮肤范围内,差不多有100个汗腺,360厘米长的神经末梢,10个毛囊,15个皮脂腺和90厘米长的血管等等。这些就是皮肤具有多姿多彩功能的物质基础。

4.皮肤奇妙的自我保护机制

皮肤是身体与外界接触的第一道防线,它的作用很重要。皮肤不但挡住了病菌的入侵,而且还能分泌酸性物质,抑制和杀灭球菌、霉菌。要是没有皮肤的“护卫”,人的肌体就会被病菌闹得不得安宁。

皮肤可以生产世界上最好的实用护肤霜,形成固若金汤的防御系统。

当今世界战争与狂暴无处不在,皮肤也正经历着同样战争的洗礼。成千上万的细菌、真菌、病毒、寄生虫和其他病原菌磨刀霍霍,无时不想侵入人的身体。

为了抵御病原菌的侵入,皮肤表面存在一种非常精细的酸性保护膜,能杀死病原菌或抑制其繁殖生长。有时您会感到您的皮肤有点酸味,就是这个道理。

皮肤最外层带鳞屑的结构就是表皮,它像一道混凝土墙,抵挡住了多数致病物质,同时它也是皮肤寄生菌群的极其肥沃的土壤。有位科学家曾经在仅1平方厘米的表皮上,鉴定出70多万个保护性微生物,简直是不可思议。

生产鳞屑的细胞(称作角朊细胞)相当聪明,它们能识别有害微生物,并可与免疫物质如白介素等发生反应。角朊细胞激活淋巴细胞后,会产生炎症反应,如蚊虫叮咬后激发的炎症反应,炎症反应是机体奋起反抗入侵毒素的战斗。

为了构建更为坚固的堡垒,皮肤还招募自己的部队充实自身的防线,允许部分“友善”细菌和真菌(称为正常皮肤寄生菌)在皮肤寄宿,训练并利用它们抵御“凶残”致病菌的入侵。这些因素构成了一道人体健康防御墙,一般情况下我们不易患皮肤病。

其实,这也是我们在日常生活中不要破坏自己的皮肤保护膜的原因。不合适的肥皂、清洁剂、乳膏、软膏、搽剂和酊剂对您的皮肤都不利。某些清洁膏可能被宣传得如何强效,如何“优质”,但对人体是不合适的。事实上,皮肤表面的“污物”中,绝大多数是极好的皮肤保护膜,如老汗斑、皮脂、死蛋白屑以及死皮屑等,它们一起营造了正常皮肤寄生菌理想的生存环境。

现在,请您确认,您用的清洁剂或肥皂对您的皮肤无伤害作用。建议您今后去有信誉的化妆品店购买护肤用品,并应向药剂师或售货员询问清楚,哪种产品最适合您。

5.谁是皮肤皱褶的始作俑者

皮肤是奇妙的感应器,生活方式、环境等因素的影响,年龄的增加,都可能引起皮肤皱褶,但是皮肤皱褶究竟是因人体的何种原因而致,则需要科学地剖析原委。

当您的皮肤出现皱纹和眼角长出鱼尾纹的时候;当您的颈部、胸部、腹部、大腿或臀部组织出现皱纹而不再美观的时候;当皮肤发生皮皱,让您失去大雅,一照镜子就难为情的时候;您往往首先意识到的是,自己的皮肤衰老了,皮肤出问题了,皮肤不好了。

其实,问题不在皮肤,根本原因是皮肤下面缺少了衬垫,这些衬垫称为结缔组织或胶原,结缔组织的减少导致了皮肤皱纹的出现。结缔组织一旦得到恢复和补充,皮肤皱纹就会减少或消失,随之重现自然美。结缔组织的修复过程只需几周、几天或几小时。您可曾记得,在某一天或在某一天的某个时刻,有人发现您显得更年轻了,而在另一时刻您又被发现变得更加苍老,这些莫名其妙的变化,根源就在皮下,就在结缔组织,请您不要再责怪皮肤。

当我们上床睡觉时,面颊和下眼睑还长满难看的皱纹,第二天早晨醒来的时候,皱纹却不翼而飞,面色肌肤恢复了应有的平整和滑润,无穷的魅力油然而生,这是为什么?

这是因为,在我们睡觉的时候,结缔组织进行了修复,适当地衬托了您的皮肤,让皮肤尽展原有的平滑,让您尽显春回大地之色,让您尽尝返老还童之愿。您的皮肤依然是原来的皮肤,然而,就在皮肤表面下方不到半毫米的地方,构成结缔组织的胶原和弹力纤维,在亿万万个微小的酶分子作用下,恢复了活力,获得了新生。

当然,单靠结缔组织的自我修复作用是无法完全修复所有的皮肤皱褶的,所以,皮肤皱褶在生活中经常发生,尤其对于妇女来说,皮肤皱褶的确是个问题。一般来说,女性比男性更易积聚脂肪,因为妇女需要更多的脂肪来保护和哺养她们的婴儿。女性的表皮(皮肤表层)大多都比男性的簿,女性的真皮(表皮下层)与皮下脂肪细胞之间只有一层薄薄的膜相隔,这层膜非常容易损伤。女性的脂肪细胞都比较大,尤其在大腿和臀部。糟糕的是,她们在站立时,由于脂肪下坠而易致皮下出现栓状物。女性脂肪细胞内积聚的脂肪越多,大腿和臀部的脂肪组织越多,这些过度发展的脂肪栓状物,会把薄弱的真皮向皮肤表面顶起,导致皮肤局部隆起。当这些隆起物的数量增加时,皮肤就会出现桔皮样表现,即皮肤皱褶。

6.结缔组织:夜深人静时忙碌地工作

结缔组织在人体内分布最广,种类很多,有疏松结缔组织、致密结缔组织、脂肪组织、软骨组织、骨组织和血液等7种。结缔组织的特点是细胞间质多,细胞少,但细胞的种类多,它们有保护、连结、支持和营养等功能。

每当傍晚,您下班回家后,痛痛快快地洗个澡,虽然洗去了一天的疲倦,却又增添了一份抱怨,因为站在浴镜前,发现自己的腹部又膨隆了许多,且松松垮垮,没有什么张力;次日早晨一起床,您竟然发现,自己的腹部已经变得平坦、紧张且富有弹性了。面部、颈部、胸部、臀部、大腿,甚至手臂的皮肤也都有类似的变化。原来,结缔组织在夜间进行了修复,结缔组织的修复过程越完全,您的皮肤弹性恢复得越好。所以,到第二天早晨一觉醒来,您一照镜子就会激情满怀,兴奋不止,昨晚的抱怨已不翼而飞。

在我们每天摄取的营养物质中,包含20种氨基酸,其中脯氨酸和甘氨酸是结缔组织更新修复所必须的。每天大约有10 15 个氨基酸分子,通过小肠黏膜吸收入血,然后被运输到有胶原存在的部位。

数十亿个成纤维细胞(胶原合成细胞)早已盼望氨基酸的到来。脯氨酸和甘氨酸是它们的盘中美餐和抢手好菜,像大多数人吃到一顿美味的牛排一样。堪称技术能手的成纤维细胞,把血中的氨基酸分子集中起来,大约1 000个氨基酸分子合成一个蛋白质分子。这些蛋白质分子被连接成长长的纤维,并编织成网状结构,即形成弹力纤维。弹力纤维由纯蛋白质分子构成,坚实性很强,对保证结缔组织的弹性具有重要意义。健康的胶原是在晚上,由成纤维细胞,利用必须的氨基酸原材料合成的。

有些人发现自己衰老得很快,原因之一是他们缺乏营养素,其中,氨基酸的缺乏占很大比例。蛋白质与氨基酸是不同的,蛋白质是几千个以上的氨基酸分子的有机结合物。胃肠道将摄入的蛋白质食物消化掉,例如,吃一口香喷喷的感恩节火鸡肉,胃肠道要把它完全消化分解成微小的氨基酸分子,并不容易。为了造就新的结缔组织,光给您的胶原补充脯氨酸和甘氨酸是不够的。在您睡觉的时候,成纤维细胞合成足够的胶原,并编织成坚实的网状结缔组织,也很不容易。微量元素锌和维生素C是维持酶活性所必需的,您需要经常补充。夜深人静时,为了结缔组织的修复,真正忙得不可开交的就是这些小精灵。

7.强壮的肌肉组织:人体各种运动的承担者

肌肉组织由特殊分化的肌细胞组成。人体有3种肌肉组织,即骨骼肌、心肌和平滑肌。肌细胞也称为肌纤维,能收缩和舒张,产生运动,如肢体的各种运动、胃肠的蠕动和心脏的搏动。

肌肉主要由称作肌动蛋白和肌球蛋白的两种蛋白质组成。它们是肌纤维的组成部分,肌纤维是肌肉的收缩成分。

人体的各种运动,体内各脏器的活动,都是由肌肉运动完成的。肌肉是由特殊分化的肌细胞构成的组织,其特征是能将化学能转变为机械能,使肌纤维缩短,产生收缩,以保证机体的各种运动。一个人全身共有250块肌肉,每块肌肉大小不一,形状不同,收缩性能各具特色。在神经元控制下,一些肌肉能够按照我们的意识产生收缩和舒张,我们进行的各项运动都是通过肌肉的收缩和舒张来实现的,如手拿东西或迈腿走路等。然而,另一些肌肉,如心肌或胃肠道平滑肌,不能按照我们的意识去收缩,它们受植物神经系统的控制和支配。

根据肌肉的运动功能和运动形式,大自然将我们的肌肉分为3类。第一类是附着在骨骼上的骨骼肌,又称横纹肌。这种肌肉受神经支配,可以随人的意识而运动,故又称作随意肌。

机体的姿势维持、空间的移动、复杂的动作以及呼吸运动等,都是通过骨骼肌的运动来实现的。平时所说的肌肉就是指骨骼肌。全身的骨骼肌约有600多块,占体重的40%。

随意肌的运动受意识控制,我们可以有意识地控制随意肌的收缩和舒张来完成我们的活动。但是,随意肌的运动是有限的,比如,我们难以张开双臂,化作翅膀飞上蓝天,大自然不赋予人类这种功能。大自然对它创造的所有动物的活动都有限制,人类也不例外,肌肉的运动能力不应超越它的遗传限制。第二类是广泛分布于内脏器官和血管壁上的平滑肌,平滑肌收缩缓慢,具有很大伸展力,不受意识支配。第三类是构成心肌壁的心肌。肌肉运动依靠肌纤维的收缩作用,而肌肉本身具有利用营养物质合成肌蛋白的本领,肌蛋白分解释放出来的能量就成为肌纤维收缩的动力。

而根据肌内的颜色,科学家将肌肉分为白肌和红肌。白肌的血管数目少,肌红蛋白含量低,呈白色,故名白肌。白肌内脂肪或葡萄糖储量较少。奥林匹克短跑运动员100米决赛成绩取决于白肌,白肌也称快跑肌,例如:当您飞速跑出房门,您利用的就是白肌的收缩功能。火鸡肉大多呈白色,火鸡拥有丰富的白肌,故火鸡能够做瞬间快速飞行,如火鸡在受到一只狐狸攻击时,为了避难,它必须快速飞走。进行短期快速运动或发挥爆发力时,要靠白肌的潜能。但白肌易于出现疲劳,野鸭的肌肉是黑色的,主要由红肌纤维组成。红肌纤维能够通过储备脂肪和葡萄糖储藏能量,而且,红肌内也储存肌红蛋白,为长距离运动提供必要的氧分。马拉松运动员和长距离游泳健将,通过训练可让红肌的数量达到80%,甚至90%。通过训练可以调整红肌与白肌数量之比。您如何训练长跑和游泳并不重要,重要的是要训练肌肉。通过训练可使您的肌肉像火鸡一样或像野鸭一样,两种肌型对您来说都了不起。 zNC8VbE4+d1rWKFErL+WGegLyufV3ra3c+IsyyRWgd7Z6bl8N0FVAS253ITIQf3B

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