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生物娘是自然科学学科生物(法:Biologie;英:Biology;拉丁:Biologia;日:
表面上看是一个有着漂亮翠绿色短发的美丽少女,实际上是一个就算听到某些词汇就会开始幻想的大叔般的人。
想象力丰富,书本经验丰富,临床经验无,可以将H的事从细胞核内的活动到体内各个系统运动状况都说明清楚。
看到可爱少女换衣,会情不自禁的抱住调戏,如果是美少年的话会直接抱走带上床。
最喜欢的东西是美少女和美少年,讨厌的东西是带烟味的大叔。
有个靠着无论多小的细节,就能推测出对方之前是否H过的累赘技能,也会因为幻想这一幕一边“呵呵”傻笑流下鼻血。
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悠悠300余年,关于细胞的研究硕果累累;近50年来更进入了分子水平,老树又绽新花。许多研究成果已经或将要走进我们的生活:植物细胞在培养瓶中悄然长出幼苗;动物体细胞核移植生成了克隆动物;不同生物细胞间DNA转移创造出了新的生物类型及其产品;病危的生命期盼着干细胞移植的救助……
“ | 每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中寻找。 | ” |
——埃德蒙·比彻·威尔逊(Edmund Beecher Wilson,1856.10.19 - 1939.3.3) |
细胞【英:cell;拉丁:cella[1];日:
1. 细胞是一个有机体,一切动植物都由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成。 2. 细胞是一个相对独立的单位,既有它自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。 3. 新细胞可以从老细胞中产生。
1543年,安德雷亚斯·维萨里(Andreas Vesalius[2],1514.12.31 - 1564.10.15)发表了《人体构造[3]》,揭露了人体在器官水平的构造。马里·弗朗索瓦·沙维尔·比夏(Marie François Xavier Bichat,1771.11.14 - 1802.7.22)指出器官由低一层次的结构——组织(Tissue[4])组成。
1665年,罗伯特·虎克[5](Robert Hooke,1635.7.28 - 1703.3.3)命名了“细胞”,成为第一个观察到细胞的人。不久,安东尼·菲利普·范·列文虎克(Antonie Philips van Leeuwenhoek,1632.10.24 - 1723.8.26)观察到了不同形态的细菌、红细胞、精子等,成为了第一个观察到活细胞的人。马尔塞洛·马尔比基(Marcello Malpighi,1628.3.10 - 1694.11.29)广泛观察了动植物的微观结构。
植物学家马蒂亚斯·雅各布·施莱登(Matthias Jakob Schleiden,1804.4.5 - 1881.6.23)和动物学家特奥多尔·施旺(Theodor Schwann,1810.12.7 - 1882.1.11)分别于1838年和1839年提出了细胞学说。
“ | 现在,我们已经推倒了分隔动植物界的巨大屏障。 | ” |
卡尔·威廉·冯·耐格里(Carl Wilhelm von Nägeli,1817.3.26/27 - 1891.5.10)发现新细胞的产生是细胞分裂的结果。1858年,鲁道夫·路德维希·卡尔·魏尔肖(Rudolf Ludwig Carl Virchow,1821.10.13 - 1902.9.5)总结出“细胞分裂产生新细胞”:
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1995年,约翰·克莱格·文特尔(John Craig Venter,1946.10.14 - )领导团队开始了组装细胞的尝试。
同自然界的许多物体一样,细胞也是由分子组成的。细胞为什么能表现出生命的特征?是组成它的分子有什么特殊之处吗?这些分子在非生命物体中能不能找到?组成这些分子的元素,在非生命物体中能不能找到?这些分子又是怎样构成细胞的呢?
邹承鲁(1923.5.17-2006.11.23):
“ | 阐明生命现象的规律,必须建立在阐明生物大分子结构的基础上。 | ” |
组成细胞的有机物含量最多的是蛋白质。
核酸包括两大类:脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)和核糖核酸(Ribonucleic acid,RNA)
核酸是细胞内携带遗传信息的物质,在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中有极其重要的作用。
糖类是主要的能源物质。
细胞是多种元素和化合物构成的生命系统。C、H、O、N等化学元素在细胞内含量丰富,是构成细胞内主要化合物的基础;以碳链为骨架的糖类、脂质、蛋白质、核酸等有机化合物,构成了细胞大厦的基本框架;糖类和脂质提供了生命活动的重要能源;水和无机盐与其他物质一道,共同承担起构建细胞、参与细胞生命活动等重要功能。
虽然人类对细胞中的物质和结构已经有了深入的了解,但是至今也未实现人工组装细胞。
不同的事实揭示同样的道理:系统不是其组分的简单堆砌,而是通过组分间结构和功能的密切联系,形成统一的整体。
《细胞生物学》:
“ | 我确信哪怕一个最简单的细胞,也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧! | ” |
同时,对于颗粒性大物质需要通过胞吞或胞饮进行运输。
植物细胞细胞壁的成分主要是纤维素和果胶,对植物细胞有支持和保护的作用。
一般认为原核细胞具有生物膜结构,但不具有生物膜系统。
内质网膜最大!
阿尔伯特·克劳德(Albert Claude,1899.8.24 - 1983.5.22)发明了分离细胞各组分的差速离心法。
克里斯蒂安·雷内·马里·约瑟夫·德迪夫(Christian René Marie Joseph de Duve,1917.10.2 - 2013.5.4)提出并证实了细胞器膜的存在。
乔治·埃米尔·帕拉德(George Emil Palade,1912.11.19 - 2008.10.8)发现了核糖体和线粒体的结构,推测并证实了分泌蛋白的分泌过程。
以上三人共同获得1974年诺贝尔生理学或医学奖:
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细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。
细胞和核细胞质相互依存、分工合作成为一个整体,使生命活动能够在变化的环境中自我调控并高度有序地进行。
细胞既是生物体结构的基本单位,也是生物体代谢和遗传的基本单位。
细胞是一个开放的系统,每时每刻都与环境进行着物质的交换。物质的进进出出都要经过细胞的边界——细胞膜。细胞内外的许多物质并不能自由地出入细胞,细胞膜能够对进出细胞的物质进行选择。
《细胞生物学》:
“ | 膜的研究是当前细胞生物学和分子生物学的重要课题之一。 | ” |
物质顺浓度梯度的扩散被称为被动运输(Passive transport),逆浓度梯度的扩散被称为主动运输(Active transport)。
细胞还可以通过消耗能量,以胞吞或者胞吐的方式来摄取或者外排大分子物质。
细胞作为一个基本的生命系统,只有不断输入能量,才能维持生命活动的有序性。
太阳能几乎是所有生命系统能量的最终源头。外界能量输入细胞,并为细胞所利用,都要经过复杂的化学反应。
新叶伸向和煦的阳光,
蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。
它们为生存而获取能量,
能量在细胞里流转激荡!
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为细胞代谢(Cellular metabolism)。
1773年,拉扎罗·斯帕兰扎尼(Lazzaro Spallanzani,1729.1.10 - 1799.2.12)对鹰做了关于消化系统的实验,敲开了酶的大门。
1857年,路易·巴斯德(Louis Pasteur,1822.12.27 - 1895.9.28)通过显微镜的观察,提出酒的发酵是由于酵母菌的存在。而尤斯图斯·弗赖赫尔·冯·李比希(Justus Freiherr von Liebig,1803.5.12 - 1873.4.18)则认为该过程是酵母菌细胞内的某些物质在细胞死亡并裂解之后作用的结果。爱德华·毕希纳(Eduard Buchner,1860.5.20 - 1917.8.13)首次获得了不含细胞而含有酶的提取液。詹姆斯·巴彻勒·萨姆纳(James Batcheller Sumner,1887.11.9 - 1955.8.12)在1926年从丙酮提取液中获得了脲酶结晶,并证明了酶是一种蛋白质。
20世纪80年代,托马斯·罗伯特·切赫(Thomas Robert Cech,1947.12.8 - )和西德尼·奥特曼(Sidney Altman,1939.5.7 - )发现了少数RNA也具有催化作用,共同分享了1989年的诺贝尔化学奖:
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酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数是蛋白质。
细胞呼吸(Cellular respiration)是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程。
由于呼吸作用是在细胞内进行的,所以细胞呼吸就是呼吸作用。
其化学反应式可以简写成:
C6H12O6+6H2O+6O2
酵母菌、乳酸菌等的微生物的无氧呼吸也叫做发酵,根据生成物的不同,可以分为酒精发酵和乳酸发酵。
将光能转换成细胞能够利用的化学能的是光合作用。
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
1865年,尤里乌斯·冯·萨克斯(Julius von Sachs,1832.10.2 - 1897.5.29)发现叶绿素并非普遍分布于植物的细胞中,而是集中在一个被后人称之为“叶绿体”的结构中。
1880年,西奥多·威廉·恩格尔曼(Theodor Wilhelm Engelmann,1843.11.14 - 1909.5.20)把载有水绵[45]和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中,然后用极细的光束照射水绵,发现好氧细菌只向叶绿体被光束照到的部位集中;如果临时装片暴露在光下,细菌则分布在叶绿体的所有受光部位。
叶绿体是进行光合作用的场所。它内部巨大的膜表面上,不仅分布着许多吸收光能的色素分子,还有许多进行光合作用所必需的酶。
光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
和生物个体一样,细胞也会经过从出生到死亡的生命历程。它们的生命大多短暂,但对个体的生命有不可忽视的影响。
鲜花吐蕊,绿叶葱茏,
抑或花瓣凋落,枯叶飘零,
展示着个体的生命现象,
折射出细胞的生命历程。
多细胞生物体积的增大,即生物体的生长,即靠细胞生长增大细胞体积,也靠细胞分裂增加细胞的数量。
“ | 核膜消失现两体。 | ” |
“ | 形定数晰赤道齐。 | ” |
“ | 点裂数加分两极。 | ” |
“ | 两消两现重开始。 | ” |
争议:当下学术界有两派观点,一派认为所有动物细胞具有全能性,只是人类尚不能对其加以利用;另一派认为只有未高度分化的动物细胞和所有的动物细胞核具有全能性。
有些细胞受到致癌因子的作用,细胞中遗传物质发生变化,变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞,即癌细胞(Cancer cell)。
在漫长的时间里,人们都持融合遗传的观点,直到一位伟人的诞生……
19世纪中期,一位奥地利神父——格里戈尔·约翰·孟德尔(Gregor Johann Mendel,1822.7.20 - 1884.1.6)在自己的修道院用8年时间,对豌豆、山柳菊、玉米等多种作物进行了遗传研究,其中关于豌豆的实验非常成功。孟德尔通过分析豌豆杂交实验的结果,发现了生物遗传的规律。
孟德尔的豌豆实验成功的客观原因主要有以下几点:
像豌豆的圆粒和皱粒、黄子叶和绿子叶一样,一种生物同一种性状的不同表现,叫做相对性状。性状由相应的核酸控制,由蛋白质体现。
孟德尔选中了7对相对性状,遵循单一变量原则,分别对它们进行了研究。人工传粉时,需要在母本成熟前,将母本的雄蕊全部剪除,即去雄。然后,套上纸袋以防止外来花粉干扰。等雌蕊成熟后,将父本花粉撒在母本雌蕊柱头上,再次套袋。
孟德尔用纯种高茎豌豆和纯种矮茎豌豆用作亲本(Parent)进行杂交(Cross),发现无论是正交还是反交(Reciprocal cross),子一代(F1 hybrid[62])总是高茎的。而在子二代中则同时出现了两种性状。
“ | 要是是我的话,我就在第一次杂交之后把豌豆炒炒吃了。都是高茎嘛! | ” |
——邓珊 |
孟德尔定义F1中显现出来的性状为显性性状(Dominance[63]),未显现出来的形状为隐性性状(Recessive character)。在杂种后代中,同时出现显性性状和隐性性状的现象叫做性状分离。
同时,孟德尔运用统计学知识研究后发现,在样本足够的情况下,F2出现了3:1的性状分离比。
孟德尔对一对相对性状遗传的解释,被后人概括为孟德尔第一定律,即分离定律(Law of Segregation):在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合;在形成配子时,成对的遗传因子发生分离(实质),分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。
孟德尔完成了豌豆一对性状的研究之后,开始以豌豆子叶颜色、种子形状为对象,对两种相对性状的遗传规律开始了研究。
因此,格里戈尔·约翰·孟德尔成为了被后世公认的“遗传学之父”。
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