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《细胞简史》一书摘录——溶酶体和线粒体（科普知识之二）

2025-11-16 15:00阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1736461210

波特出生于1912年6月11日的加拿大新斯科，16岁进入阿卡迪亚大学学习发明了一项把青蛙受精卵中雌性来源的病理与细菌染色体中排出来，只留下雄性染色体形成单雄性胚胎。后觉得无趣便来到纽约洛克菲勒研究室。开始研究肿瘤。但他继续研究青蛙，想弄明白是什么影响细胞的生长和分化这一基本生物学问题。后来他和自己的夫人被当成结核病患者关进了医院，进行了强制性疗养。于是他借助了医院的实验室，发现了培养环境的变化，显著影响结核杆菌的形态。受此启发，他茅塞顿开，开始着手建立细胞外培养的一系列标准，并最终成立了全国性的细胞生物学协会。 这些标准的最终建立，得益于德国物理学家发现电子替代传统光学显微镜成像的光。极大的提高了显微镜的光，从O、1微米提高到0、2纳米，并在1939年构建了第一台电子显微镜。1944年波特和他的同事电子显微镜工程师利用电子显微镜对干燥后的细胞进行观察，但却失去了很多信息。波特改进了细胞培养条件和保存条件，成功获得首张完美的超分辨率细胞图像。在这张图片中，细胞的中间较厚，无法穿透，呈现出黑色一团，而细胞的周边铺的很薄，可以清晰地观察细胞内部精细结构。他们还发现了一种新的网状结构，命名为内质网。。波特与合作者通过显微镜发现了鸡肿瘤细胞里的病毒颗粒，以及刚刚提到的细胞骨架中的微管精细结构。
一个动物的组分来说一个是瘦肉，一个是肥肉。前者是蛋白质，后者是脂肪。细胞作为身体最小的生命体，生产蛋白质和脂肪，归功于内质网。它是由膜组成的扁平且多层的网状结构，而且有的网状表面附着很多凸起的小颗粒。网状结构分别命名为糙面内质网和光面内质网。在这台复合机器运行之下，组成蛋白质的氨基酸和组成脂肪的脂类分子分别被两种不同的网有规律的拼接起来，从而形成各种各样的蛋白质和脂肪，以供细胞和机体使用。
紧接着生产出来的蛋白质产品还不能直接出厂，需要进一步打磨和贴上标签，后形成合格产品，分发到不同地点。后续工作需要高尔基体。高尔基体就像新疆人吃的囊叠加起来，周边膨大中间
凹陷扁平，根据不同的客户，增加一些附属功能，发往不同的国家标签和文字说明，最后经过物流输送过去。蛋白质在高尔基体内经历过了不同的修饰，或贴上块糖的标签或加上一串闪闪发光的磷分子运输到细胞内其他细胞器和细胞外，参与各项细胞活动。


溶酶体是细胞内的垃圾桶，而且是个具备降解和分类功能的智能垃圾桶。一经进入便会降解，从蛋白质丢进了溶酶体，变成了单个氨基酸，释放出的氨基酸又被重新利用参与到新的蛋白质合成。英国人迪顿和比利时的克劳德罗马尼亚人舶拉德发明了差速离心法，利用该方法获得了不同的细胞器，应用于电子显微镜的观察。离心法就是基于物体重量大小和重量的不同，在不同的离心速度下，下沉的速度不同，被聚集在不同的层面，从而捕获并富集具有类似特性的物质。利用这些方法，这两个人已观察到众多已知细胞器不同的结构，但对其成分和功能却一无所知。因此他们亟待找到一位懂得生物化学的专家一起合作。此后找到了克劳德同乡迪夫。1955年，确定了迪夫之前发现含有多种酶的细胞器是一种拥有全新功能的新细胞器，他们把它命名为“溶酶体”。为此三人共同获得了1974年诺贝尔生理学和医学奖。除此之外，迪夫还发现了另一种与溶酶体具有类似功能的却饱含不同酶类的新细胞器——过氧化物酶体，1984年出版《生机勃勃的尘埃》。

我们吃的食物、廋肉、肥肉、蔬菜和糖类——蛋白质、脂肪、纤维素和碳水化合物是如何变成能够被利用的能量的呢？这得归功于线粒体。
线粒体也是细胞质内具有双层膜结构的特殊机器，它的属性是细胞的发电机和生命的能源工厂。顾名思义，线粒体可以给细胞源源不断提供能量动力。对于动物来说，最需要的能量要当属肌肉中的肌纤维细胞。常说没有劲儿跑不动了，便是腿部肌肉缺乏能量了。早在19世纪中叶，科学家就在这类细胞中观察到线粒体的存在。。经过半个世纪显微技术的发展，德国卡尔本达回望这些颗粒结构时竟发现这些颗粒有时是线条状，有时又是颗粒状，线粒体由此得名。此后一个世纪，各国科学家最终理解了线粒体内隐藏的奥秘。
多位科学家采用不同的染色方法，一步步提高了效率，最终明确了线粒体主要功能是将吃进体内的食物所含的能量释放出来，称之为氧化还原。线粒体内多种多样的化学反应和参与反应的酶等被挖掘出来，。德国的海因里希、瓦尔堡发现了线粒体中参与氧化还原的多种酶，从而解析食物中储存的能量如何在线粒体上被转变成电子和氢离子并释放出来的。由此他获得了1931年诺贝尔生理和医学奖，第二个发现是以他的名字命名的瓦尔堡效应。
线粒体中释放的电和氢是如何再次利用的呢？这一过程是：线粒体的双层膜结构其外膜形状如同花生一样坑坑洼洼处遍布小孔，其内膜则发生了翻天覆地的内卷，形成了类似迷宫一样的内部结构。在这些内膜上镶嵌了无数珍贵的目结构精细的小马达。马达分为两个部分。较小的部分固定在膜上，另一头较大的可以旋转，在前期产生的电子和氢形成了高低不同的电压或浓度。在此条件下，两者如同水流一样，从高处向低处流淌，当穿过马达从一头流向另一头时，便推动马达旋转。在马达旋转作用下，降解的物质最终转变为腺苷二磷酸（ATP）。ATP含有巨大的能量可以直接被利用。在线粒体内一旦合成后，便通过外膜的孔隙释放出去，并被运输到其他的细胞器，促使化学反应，并维持生命的运动。这是由美国人保罗波耶尔根据化学实验的结果提出了细胞内水流发电的假说。后由英国人约翰沃克解析了小马达具体由哪些零部件组成。二人荣获了1997年诺贝尔化学奖。
线粒体作为细胞质内的一个独立细胞，其中居然包含遗传物质。而在锄细胞核以外其他细胞器是没有遗传物质的。细胞核是细胞最中心位置，遗传物质一旦发生损伤，会导致细胞功能紊乱，重则会导致遗传性疾病发生。外围包了一层膜，这一结构称为细胞液。围绕细胞核叫梳膜。梳膜表面有许多小孔，方便核内和核外的物质相互往来。现在我们都知道遗传物质主要是脱氧核糖核酸（DNA），如果把每个细胞内的DNA拉长的话可长达2米。但把它们塞进直径小于6微米的细胞核内，将像珍珠似的绕线圈形成一串念珠。将念珠进行两次不同的折叠，分别形成纤维和丝状，形成染色体的高级结构。

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