4.3 一个细胞，一座北京城

开始建设“细胞城市”，城市建设向细胞学习

• “人是由细胞组成的，我们的产品让您的细胞健康，所以这款产品的保健作用是毋庸置疑的！”

• "人的皮肤细胞要28天更换一次，您需要至少购买一个疗程的，才能够取得良好效果"
• “健康的细胞需要健康的新陈代谢环境，这个口服液是美国生物学家专门最新研制的针对亚洲人群的细胞环境净化用的，今晚喝一瓶，明天早上就会感觉精力更充沛”；
• “这个产品具有激活干细胞的功能，让衰老的细胞变得年轻，修复细胞年龄”。

上述四条常见的化妆品或者保健品推销用语，其实是完整的现代细胞生物理论里对细胞的定义：

• 所有生物都由一个或者多个细胞构成
  人是有大约37.2万亿个细胞组成。可以有脑细胞大约120亿个、肝脏有25亿个肝细胞这样的说法，但人体细胞种类繁多，一个器官也是由多种细胞组成，执行不同的功能，而且淋巴系统、血液循环系统遍布全身，因此无法确定某个器官的细胞总数。
  推销员用化整为零，聚零为整的方法，宣传产品对细胞有用，因此对身体健康必定有用的结论。

• 细胞由已存在的细胞分裂而来
  细胞分裂产生新细胞。表皮细胞老化死去成为角质层，人体角质层大约4-6周更新一次，于是有了推销员皮肤细胞28天换一拨的说法。细胞分裂是细胞的生产方式，细胞由细胞而来，道理简单，却往往通向复杂的问题，比如问：第一个细胞从哪里来呢？这是“先有鸡还是先有蛋”的一个版本。

人体红细胞，负责输送输送氧气

• 生物最重要的功能在细胞内完成
  细胞可以进行新陈代谢，完成基本的生命活动。新陈代谢需要与环境交换物质和能量，在与环境进行物质和能量交换的过程中，细胞完成自己所有重要的功能。“细胞环境”、“细胞微环境”、“人体微环境”等名词已经悄然兴起，借用了“环境污染”、“雾霾”、“食品安全”、“水污染”、“毒素”等概念，宣传细胞作为人体的基本“单位”处于人体大家庭的环境里，人体环境被污染，不但脏乱差、而且有毒害，因此需要净化环境。于是保健品和养生的商机来临。面对环境污染，既然大环境无力改变，主流医学往往不尊重个人感受而为污染辩护，那就阻挡不住人们自己想办法选择其他方式为自己做点什么了。

• 所有细胞均包含有控制功能和传递繁殖信息所具备的遗传物质
  在“吃什么补什么”这样的朴素文化背景下，保健品市场上有“核酸”口服产品用于补基因（DNA和RNA是核酸，而基因信息位于DNA和RNA上）；也有干细胞类产品用于涂抹甚至口服，用于补充干细胞。保健品和养生产品关注干细胞已经好几年了，有干细胞产品甚至宣传自己具有维护遗传物质完整安全的功能。上述保健品推销员讲的是“激活干细胞”，机制未知，但修复和抗衰老的“功效”具有强大吸引力。

从保健品销售话术，对比细胞的现代生物学定义，可以看出：细胞概念深入人心，科学普及工作完全成功。初中课本里有动物和植物细胞的课程，大家估计已经把大部分都还给了老师，下面复习一下。

典型动物细胞结构

细胞（我们仅讨论人体细胞）作为生命体的基本单位，曾被作为医生的孙文先生（孙中山先生）翻译为“生元”，也是生命的单位之意。上图可以看出，细胞结构貌似很简单，就那么几十样东西而已。大而化之理解问题固然简单，但很多问题无法解决，研究细胞必须深入细节。人体细胞直径大约在0.5微米-100微米之间，取统计平均直径大约15微米，如果把细胞直径放大20亿倍，也就是放大到直径30公里，会看到什么？是与现在北京城区大致相当的一座巨型城市。

北京城区图，展开的细胞就是一座巨大的北京城

上图是北京城区，以最外侧的环线（五环路，南侧不完整）作为细胞膜，三环路内为细胞核，三环到五环之间为细胞质。

细胞膜隔离细胞与环境，但允许符合规则的物质交换、能量交换，在细胞“病了”的时候还允许具有治疗功能的蛋白质通过。北京这座城市也可以通过控制交通和物流、人流而控制城市与环境的物质交换。细胞不是“充分开放的”，而是“有条件封闭的”，而且细胞膜具有很高的“智能”，可以在需要的时候及时作出调整。在细胞膜的屏障下，氧气、水、无机盐、单糖等进入细胞，二氧化碳、无机盐离子等代谢产物排出细胞的过程比城市的物流、交通系统要更加复杂，而且似乎很有效率，有条不紊。

细胞核是真核细胞内最大、最重要的细胞器，是细胞遗传与代谢的调控中心，是真核细胞区别于原核细胞最显著的标志，由核膜、核骨架、核仁几部分组成。细胞核核膜好比北京的三环路、核仁好比二环路以内部分。细胞核内部含有细胞中大多数的遗传物质，也就是DNA。这些DNA与多种蛋白质复合形成染色质。而染色质在细胞分裂时，会浓缩形成染色体，其中所含的所有基因合称为核基因。细胞核的作用，是维持基因的完整性，并借由调节基因表现来影响细胞活动。细胞核的主要构造为核膜，是一种将细胞核完全包覆的双层膜，可使膜内物质与细胞质、以及具有细胞骨架功能的网状结构核纤层分隔开来。由于多数分子无法直接穿透核膜，因此需要核孔作为物质的进出通道。这些孔洞可让小分子与离子自由通透；而如蛋白质般较大的分子，则需要载体蛋白的帮助才能通过。核运输是细胞中最重要的功能；基因表现与染色体的保存，皆有赖于核孔上所进行的输送作用。细胞核内不含有任何其他膜状的结构，但也并非完全均匀，其中存在许多由特殊蛋白质、RNA以及DNA所复合而成的次核体。而其中受理解最透彻的是核仁，此结构主要参与核内RNA 的合成。RNA是核糖体的主要成分。核糖体在核仁中产出之后，会进入细胞质进行mRNA的转译。

细胞质是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、各种营养物和大分子的单体等，少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。细胞质是由细胞质基质、内膜系统、细胞骨架和包含物组成，细胞质是生命活动的主要场所。细胞质包括基质、细胞器和后含物，在生活状态下为透明的胶状物。 基质指细胞质内呈液态的部分，是细胞质的基本成分，主要含有多种可溶性酶、糖、无机盐和水等。细胞器是分布于细胞质内、具有一定形态、在细胞生理活动中起重要作用的结构。它包括：线粒体、叶绿体、质体，内质网、高尔基体、液泡系（溶酶体、液泡）细胞骨架（微丝、微管、中间纤维）中心粒以及周围物质等。

细胞器里非常重要的线粒体被认为是细胞的发电厂，是细胞的能量来源。但线粒体具有自己的遗传物质，被认为是细胞内的移民。（植物细胞里的叶绿体也是“外来移民”）。还有其他细胞器是生命在漫长演化过程中“移民”进入细胞内安家落户的。

北京城的五环内三环外可以比喻为细胞质，其中的机构和人群是北京市城市功能的重要承载者，可以想象得丰富多彩。因为细胞内部构造也许比北京城更加复杂。

膜蛋白是透过细胞膜物质输送的调度员和操作员。一个“大分子团”、“小分子团”水通过细胞膜不同效率的说辞，就曾经让很多人为“小分子水”买单。可见学习一些细胞知识还是很有必要的。

将细胞比喻做北京城并不是仅仅为了在尺度上简单类比，而是细胞内的复杂程度放大后不会比北京城更容易了解和认识。就好像我们无法对北京城里发生的所有不利的事情能及时掌握一样，细胞内每一瞬间发生太多的事情，我们甚至都没有能力或者根本来不及去评判发生过什么，更不用说做出价值判断了。好在细胞与城市一样，具有很强大的自动运行能力，通常情况下，不必了解细微之处发生了什么，而只是关系宏观上发生了什么就可以。但细胞的自动运行能力又特别容易收到干扰，尤其是新的、未曾出现过的干扰。

细胞没有那么简单，在普通显微镜观察尺度，我们仅仅能够猜测：这货肯定还有更多结构和细节。

是的，下面该开始分子生物学的戏份了。

4.解剖、器官、细胞、亚细胞结构
4.3 一个细胞，一座北京城