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• 看图不说话

  作者：知觉 发布时间：2019-10-21 20:13:21

  虽然写了这个标题，却又不得不按照豆瓣规定凑上140字以得罪人。这是鄙人去年夏天翻阅时所见问题之一隅，去年初，上古“高邮二王著作集”平装本上市，不知道精装本的错误改过一些没有？四位校点者，除了其中一位，其他几人的工作态度决定了此书整理水平的高度。

  

  

  

  引号问题错误最多

  

  

  

  低级错误也很常见

  

  

  ……

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• 即使你觉得这本书好，也请去芜存菁。【一个不负责任的作者写出来的东西不会好到哪去】

  作者：LeleK 发布时间：2012-12-21 14:33:19

  本人专业为心理学。最开始抱着好奇的心态阅读这本书。初次看完后，感觉还不错，给了4星。

       但是这种不错是因为我知道这是一本小说，注意，是【小说】，而不是什么所谓的【纪实访谈】笔记。

       就我而言，这本小说本身叙事手法还是不错的，运用悬念的手法以及一些科学哲学的概念巧妙的套用，足以引起读者的相当兴趣并造成阅读快感。可是需要指出的是，这本书有价值的部分真正不会超过20%，而且我所指的价值是里面部分的故事所套用的可以引起人们思考的一些哲理，比如那个看石头的疯子。

       可是剩下的，即便不是什么垃圾，也绝非什么有营养的佳肴。不信请自己分类统计下，有多少篇是鬼故事，有多少篇是仅仅套用了一些科学、哲学、玄学甚至神秘主义的幻想。更糟糕的是，作者（或者是出版商）在这些东西的杂糅之上，还套用了所谓【 国内第一本精神病人访谈手记】的名号。这种概念的炒作与营销方式误导了大部分人，因而有万余人给了高分评价，同时也有很多人极其厌恶地给了1分。这就有了爱好者与非爱好者的两派冲突。当然，并不是所谓的“文科生和理科生"的区别那么简单。有人读这本书的时候秉持逻辑科学理念，而有人坚守的是思维方式的自由发散，也有人出于纯粹的阅读快感。每个人都有自己的立场，这本书究竟好还是不好，由立场决定。

      出于对【纪实访谈】这句鬼话的厌恶和发现这句噱头对他人的不良影响（我身边就有一个姑娘对里面的鬼故事信以为真，对这本书推崇不已而且还是个学医的），我给他的评价最终改为了1星。因为实在不想助纣为虐，帮着去误导他人。一个不负责任的作者写出来的东西不会有太多好内涵。恐怕许多当时看了这书给高分的人，有了一定阅历后，都会悄悄地把分改回来。

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• 托马斯教孩子解决问题

  作者：刘圈点绕 发布时间：2012-11-02 10:48:14

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• 细胞生物学精要

  作者：何金水 发布时间：2021-10-26 09:51:42

  1 介绍细胞

  一切生物都由细胞组成。细胞是活体的基本单位。没有深低于细胞的东西可以被称为是「活」的了，如病毒。

  细胞能通过生长及分裂制造出它自身的复制品。

  最简单的生命形式是单细胞。更高等的的动物是细胞的共同体，庞大的细胞城市中各个居民行使既定的功能，通过精密的通信系统而相互协调。这些细胞均从单独一个细胞经过生长而分裂牺牲而来。

  生物的遗传信息（基因）存在于DNA分子中。每个细胞由四个相同单体（核苷酸）所组成的长的DNA多聚链绞合在一起，DNA中的遗传信息被阅读/转录成多聚体，即RNA。RNA分子携带的信息随后被翻译成为又一种类型的多聚体——蛋白质。蛋白质分子充当结构材料、化学催化剂及分子马达等，支配细胞的行为。

  蛋白质由氨基酸组成。在每个生物中，由同样一套20种不同的氨基酸构成蛋白质。氨基酸以不同的序列连接，使每个蛋白质分子具有不同的三维结构/构象，通过这种方式，同一种基本的生物化学机器被用于生产出了整个生物界。

  

  一切现代细胞明显地都是由同一祖先进化而来，估计整个祖先细胞存在于距今3.5*10^9~3.5*10^10年。9

  基因提供给细胞指令，以形成细胞形态、功能和复杂的行为。

  各种不同的细胞类型都是在胚胎发育过程中由一个受精卵发育而来，都带有该物种中的DNA的相同拷贝。它们多变的特性是源于单个细胞执行遗传指令的方式。不同的细胞表达不同的基因，它们根据细胞和它们的祖先细胞从环境中接受到的指令，使用基因翻译某些蛋白质但不翻译出其他一些蛋白质。

  每个细胞都拥有执行各种生物学任务的能力，这取决于它的环境和历史。细胞使用DNA中所编码的信息来指导其活性。

  1665年，Robert Hooke向伦敦皇家学会报告他曾经观察一片软木时发现它由大量小腔室组成，他称这些腔室为Cell（细胞）。事实上，Hooke所描述的结构只是活的植物细胞死亡后遗留下来的细胞壁。此后不久，Hooke才看到了活细胞。

  

  细菌是结构最简单的细胞，没有细胞器，也没有包住DNA的细胞核。

  有细胞核的生物体称为真核生物，而在细胞中没有核的生物称为原核生物。一般来说，「细菌」和「原核生物」连歌词可以交换使用。

  

  当条件合适、食物丰富时，一个细菌可以在20min内通过分裂复制自己，这样，不到11h它就能产生80亿个后代。由于它们数量达、生长快，细菌群体能因此快速进化，以及能通过类似性的过程交换一点遗传物质，迅速地获得能力去利用一种新营养源或抵抗一种新抗生素的灭菌作用。

  大部分原核生物以单细胞形式生活。有些细菌喜氧，有些厌氧。真核细胞的线粒体（生产能量的细胞器）被认为是由那些开始生活在现今真核细胞的厌氧祖先细胞内部的好氧细菌进化而来。

  原核生物分为两类，真细菌和古细菌。

  酵母、变形虫等独立生活的单细胞生物是真核生物。一些比较复杂的多细胞生物，包括植物、动物、真菌，都是由真核细胞组成的。

  所有的真核细胞都有一个细胞核。细胞核是细胞的信息存储器。它被包裹在两层同心膜中，这两层同心膜形成核被膜。

  细胞核中包含DNA分子，当一个细胞准备分裂成两个子细胞时，DNA分子紧密聚集，各自形成染色体。

  线粒体利用食物产生能量而赋予细胞动力。

  线粒体利用来自食物分子（如糖的氧化作用）产生的能量，用于生产基本的化学染料腺苷三磷酸（ATP）。ATP是驱动细胞大多数活动的化学染料。在此过程中，线粒体消耗氧并释放二氧化碳，故整个过程被称为细胞呼吸，即细胞水平的呼吸。

  厌氧生物没有线粒体，比如肠道寄生虫，它缺少线粒体且只能生存在低氧环境中。

  叶绿体从日光捕捉能量。

  植物能直接从太阳光取得能量，动物只能利用通过摄取其他生物产物而获得化学能。

  叶绿体含有DNA，它也被认为是从细菌演化而来的——是光合细菌由于某种原因被古代真核细胞吞入了胞内的结果。

  

  

  细胞骨架负责细胞运动。

  细胞骨架是由纤维蛋白质丝构成的系统。

  最细的丝是肌动蛋白丝。

  最粗的丝是微管。在正在分裂的细胞中，它们会重新组织成一些系统，帮助把已复制好的染色体拉向相反的方向，讲染色体平分给两个子细胞。

  粗细介于动蛋白丝与微管之间的是中等纤维，它加强细胞的机械强度。

  这三种纤维以及它们连接的其他蛋白质一起形成一种「梁」、「索」、「马达」系统，赋予细胞机械强度，控制细胞的形状并且驱动和引导细胞运动。

  细胞内部是不断运动的。

  细胞骨架不断地捆绑聚集和拆开。这些蛋白质微丝能相互组合，并能在几分钟内消失。沿着它们组成的轨道和索桥，细胞器和膜泡忙碌地来来回回，在一秒钟内横穿过整个细胞。内质网和填充了细胞中每一个游离空间的分子都处于疯狂的热骚动中。未结合的蛋白质在周围快速移动，以致尽管它们的移动都是随机的，但却能在几秒钟内访问到细胞的每一个角落，不断地与较小的有机分子在它们组成的混乱的沙尘暴中碰撞。

  真核细胞可能作为捕食者而起源。

  

  我们对生命基本机制的大部分知识，如DNA的复制、遗传指令的编码，都来自对大肠杆菌的研究。

  酒酿酵母是一种微笑的单细胞真菌，它与动物的关系和它与植物的关系一样近。

  细菌、古细菌与真核生物在30亿年前相互分开，植物、动物及真菌在15亿年前分开，鱼和哺乳动物在4.5亿年前分开，各种有花植物在2亿年前相互分开。

  动物物种的大部分是昆虫。

  通过对果蝇、蠕虫、鱼、小鼠和人的研究，我们获得了一把钥匙去理解所有的动物在普遍意义上是如何形成的以及它们的细胞是怎么运作的。

  靠一段DNA就能够规划活细胞和复杂生物的生长、发育和繁殖，这是一个令人惊奇的现象。

  

  2 细胞的化学成分

  生物体是一个化学系统。生命的化学是一门特殊的化学。化学指导生物。

  与非生物体一样，活细胞服从相同的化学和物理规律。就像物质的其他形式那样，生物由原子组成，原子是化学元素的最小单位，并保持该元素独特的化学性质。

  原子由更小的粒子组成。一个原子的原子核含有质子和中子。质子带正电荷，中子不带电荷。原子核被负电荷的电子云包围。

  原子核中的质子树木就是原子序数。氢原子只有一个质子，其原子序数为1。碳原子的原子核内含有6个质子，它的原子序数为6。

  一个原子的电子数等于其核内的质子数。

  中子是不带电的亚原子粒子。中子能维持原子核结构的稳定性。如果中子太多或太少，原子核会通过放射性衰变而裂解。但中子并不改变原子的化学性质。

  同一元素的各种同位素的原子核含有相同数目的质子及不同数目的中子。

  一个碳原子的直径约为0.2nm，在1mm长的直线上可以排列500万个碳原子。一个质子或中子的质量约为1/（6*10^23）g，所以1g氢元素约有6*10^23个原子。6*10^23这个数字被称为「阿伏伽德罗常量」，它用于描述日常度量与用分子或原子个数为单位度量的数量关系。

  如果一个物质的分子量为M，那么Mg该物质就含有6*10^23个分子，同时我们把这么多数量的这种物质称为1摩尔（mol）。

  自然存在的元素有92种，每种元素因其质子和电子数不同而与其他元素区分开来。活细胞由有限的几种元素组成，其质量的96.5％由 4种元素——碳（C）、氢（H）、氮（N）和氧（O）构成。

  质子与中子在原子核中结合极为紧密，只有在极端情况下才分开，如在放射性衰变时或在太阳内部以及核反应堆中。

  一个原子的化学性质由它所带电子的数目和排布所决定。当全部电子处于可能的最低能级并且每个电子层都被电子完全填满时，这个原子是最稳定的。

  外电子层未饱和的原子处于不稳定状态，化学性质活泼。这类原子需要从别的原子那里得到或失去电子，从而使其最外层电子达到饱和。这种电子的交换可以通过从一个原子转移到另一个原子或者原子间共用电子来实现。

  当电子移动并达到一种更稳定的分布状态时，原子之间就形成化学键。

  • 当一个电子从一个原子跃迁至另一个原子时，即形成了两个带有相反电荷的离子，这些带电原子的互相吸引形成离子键。

  • 当一对电子被相邻原子共用时，就形成了一个共价键。

  • 由每个原子各提供1个电子，这类共价键为单键；由每个原子各提供2个电子，当两对（4个）电子被共用时，即形成了一个双键。

  由化学键（共价键）维系在一起的两个或更多个原子所构成的原子群称为分子。

  多个原子之间的共价键可以用特定的键角、键长和键能来表示。

  

  我们把1升水升高1℃所需要的能量值作为1kcal。如果断开6*10^23个键（1mol某种类型的键）需要提供1kcal能量，那么这种键的强度是1kcal/mol。1kcal≈4.2kJ。

  在活细胞中，共价键的形成与断开是一个剧烈事件，被酶（高度转移性的催化剂）所控制。

  生物体含有独特且有限的一套有机小分子。这些有机分子在各种生物体内大致相同，主要种类有糖、脂肪酸、氨基酸以及核苷酸。

  糖类是细胞的基本化学能源，可通过被合成为多糖而储存能量。最简单的糖是单糖，是一些化学式为（CH2O）n的化合物，n通常等于3/4/5/6。糖以及由糖组成的化合物也被称为碳水化合物。

  对于能量储存来说，脂肪酸也是很重要的。不过，它们最重要的功能是形成细胞膜。

  细胞利用氨基酸制造蛋白质。蛋白质是一条由氨基酸头尾连接而成，并折叠形成特定三维结构的长链聚合物。蛋白质中两个相邻氨基酸之间的共价连接成为肽键，氨基酸链也成为多肽。相邻氨基酸发生缩合反应形成肽键。

  核苷酸在能量转移中起核心作用，它也是构成信息大分子RNA和DNA的基本单位。

  含有核糖的核苷酸称为核糖核苷酸，含有脱氧核糖的核苷酸称为脱氧核糖核苷酸。含氮环通常被称为碱基。最重要的一种核糖核苷酸是三磷酸腺苷（ATP），它参与细胞中几百种化学反应的能量转移。

  在细胞中，核苷酸最基本的功能是生物信息的存储与读取。核苷酸是构成核酸的结构单元。依据核酸糖-磷酸主链上糖的差别，把核酸分为两类：基于核糖的核酸类型称为核糖核酸或RNA，包括碱基A、G、C、U；基于脱氧核糖的核算类型称为脱氧核糖核酸或DNA，包括碱基A、G、C、T。

  在细胞中，RNA一般以单链出现。DNA是双链分子，它是由两条聚核苷酸链经碱基之间的氢键相连而成的双螺旋结构。一个DNA或RNA分子的核苷酸序列编码了细胞的遗传信息。然而，在细胞里这两种核酸的功能稍有不同。具有稳定双螺旋结构的 DNA 是遗传信息的储存库，而单链RNA通常只是遗传分子的瞬时载体。各种核酸分子中的碱基互相识别的能力和氢键配对（又称碱基配对）的能力是遗传和进化的基础。其中G与C配对，A 与U或工配对。

  大分子是构建细胞的主要结构单元。就大小和复杂性而言，大分子介于小分子与细胞器之间。它们有许多特殊的性质，很难根据组成它们的亚基来推导。

  大分子是将有机小分子（称为单体或亚基）共价连接而成的长链聚合物，多糖、蛋白质、核酸都由单个亚基（糖、氮基酸、核苷酸）组成。

  蛋白质是种类繁多、功能各异的大分子，它由氨基酸聚合而成。

  蛋白质、RNA 和DNA都是由亚基通过同样的缩合反应而形成的。每一种大分子都具有独特的亚基序列。

  一个大分子的不同部位之间可以形成弱的非共价键。正如在蛋白质中那样，这些非共价键使得大分子折叠形成独特的三维形状和化学性质。

  3 能量、催化作用与生物合成

  生物的每个细胞就像一个微型化工厂，每秒钟都在进行许许多多化学反应。

  生物能够存在是因为有连续的能量输人。这种能量的一部分被用于执行那些基本功能，如生存、生长及繁殖，而其余部分能量则以热形式耗散掉。

  大多数生物的初始能源来源是太阳。

  太阳能通过光合作用进入生物界。光合作用使太阳光中的电磁能转换为细胞中的化学键能。植物、藻类及光合细菌利用大阳能和二氧化碳生产有机物。动物食用植物或食用靠吃植物维持生命的动物而获得养分。

  绿色植物光合作用全过程的最终结果可归纳成下列方程：光能+CO2+H2O->糖+O2+热能。

  在一个细胞中进行着许多化学反应。每一个反应专一性地由一种酶催化。大量不同的酶按次序运作，形成反应链，这称为代谢途径，每一条途径在细胞中执行一个特定的功能。

  氧化作用指失去电子，还原作用指得到电子。

  分解反应通过氧化途径分解食物分子并释放能量。合成反应产生许多为细胞所需的复杂分子，但要求能量输入。在动物细胞中合成反应所需要的结构单元及能量都是靠分解代谢而获得的。

  纸+O2->烟+灰+热+CO2+H2O

  化学反应只在导致自由能（可以被收集起来用于做功或驱动化学反应的能量）损失的一个方向上发生。

  在燃烧一本书时，活化能由一根点燃着的火柴的热所提供，这种碰撞由于温度升高而变得更加剧烈。

  酶与特定的底物分子结合从而催化一个反应，这种结合降低了为建立或分解特定共价键所需要的活化能。假如没有酶，生命也将不会存在。

  

  酶催化一个反应的速率取决于它能多快地找到它的底物以及多快地形成产物并将其扩散出去。这些反应的速率在不同酶之间千差万别，能够在一定环境下将纯化的酶与底物混合从而被测量出来。

  只有那些增大宇宙中总的无序性的化学反应才可能进行。用一个反应的自由能变化，即△G（DELTA G，自由能改变）来度量这种无序性。能量方面有利的反应（放能反应）是那些通过降低系统中自由能来创造无序性的反应，换言之，△G必须小于0，一个反应才能得以进行。宏观例子是一个压缩的弹簧松开成伸张的状态；微观例子是盐溶于水中。

  

  生物的成功归功于细胞有能力制造很多酶，每种酶都有精确的专一性。酶能够通过偶联很多能量不利和一些能量有利的反应来创造生物的有序性。

  

  一个化学反应的自由能变化，△G，依赖于反应分子的浓度。倘若已知这个反应的平衡常数（K）（或已知这些反应物的标准自由能变化，即△G°），则可从这些浓度计算△G。

  平衡反应常数控制细胞中所有大分子和小分子的结合（和解离)。两个分子之间的结合能量越大，其平衡常数也就越大，而这两个分子将很可能会被发现是互相结合的。

  借助建立一条反应途径，把一个能量方面有利的反应与一个能量方面不利的反应耦合起来，酶可使那些不可能发生的反应得以进行。

  一小群活化载体分子尤其是ATP（腺苷-5'-三菱酸）、NADH以及NADPH，在耦合事件中起核心作用。ATP携载高能磷酸基团，而NADH（还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）及NADPH（还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）携载高能电子。

  储存在ATP中的能量常备用于两个分子的连接。NADPH主要与那些催化合成代谢的酶一起合作，提供高能电子用于合成高能生物分子。NADH在分解代谢反应体系中作为中间体而起特殊的作用。

  食物分子为形成大分子提供碳骨架。这些大分子的共价键典型地通过某些反应产生，这些反应与活化载体分子（如ATP和NADPH）由能量有利的键改变这一个现象是耦合的。

  4 蛋白质的结构和功能

  蛋白质赋予了细胞形状与结构，还参与几乎所有的细胞功能。

  到目前为止，蛋白质是已知结构最复杂、功能最强大的分子。

  活细胞含有一套极其多样的蛋白质分子，每个蛋白质分子由氨基酸线性长链共价相连而成。

  每一类蛋白质均含有决定其三维构象和生物学活性的独特的氨基酸序列。

  多肽链最终的折叠结构或构象是由其能量状况决定的，通常是处于自由能（G）最小时的构象。当蛋白质折叠错误时，有时它们会聚集起来危害细胞甚至整个组织。聚集的蛋白质是一系列神经退行性疾病的根源，包括阿尔兹海默病、亨廷顿舞蹈病、朊病毒病（羊瘙痒病、牛海绵状脑病/疯牛病、人克雅氏病）。

  一个蛋白质的折叠结构通过多肽链的不同部分之间非共价的相互作用而得以稳定。

  解析一个蛋白质的结构通常从它的氨基酸序列入手，第一个测序完成的蛋白质是胰岛素，它的序列与1955年公布。一旦确定编码某种蛋白质的DNA序列，就可以利用遗传密码将其翻译成氨基酸序列。要确定蛋白质精确的三维构象，只有通过X射线或核磁共振的试验方法。

  多肽主链的相邻区域之间的氢键通常使多肽产生规则的折叠方式，即α螺旋和β折叠。

  

  许多蛋白质的结构可以再分成拥有致密三维结构的较小的球形区城，被称为蛋白结构域。

  一种蛋白质的生物学功能，取决于其表面的化学特性以及它如何与其他分子（配体）结合。

  抗体，又称免疫球蛋白，是由免疫系统针对如外源微生物的表面分子等诸多的外界分子而产生的蛋白质。每一种抗体与一种特定的目标分子紧密结合，从而使目标分子直接失活，或加以标记以便破坏它。抗体识别目标分子（抗原）有很强的专一性。

  当一个蛋白质催化配体中共价键的形成和断裂，则该蛋白质被称为酶，而该配体被称为底物。

  许多药物都是通过阻断特定的酶的活性而起作用的。

  在酶的活性位点上，折叠的蛋白质的氨基酸侧链被精确定位，这有利于底物形成与酶反应的高能过渡态，该状态是底物转变为产物所必须经历的。

  许多蛋白质的三维结构已经发生进化，以至于它们结合小型配体就能引起蛋白质形态的显著变化。

  大多数的酶是变构蛋白质，即存在两种催化活性完全不同的构象。配体与特定的活性位点结合，以稳定活化的或失活的构象，从而使配体开启或终止酶的活性。

  细胞内大多数酶的活动是受到严格调控的。最常见的一种调控形式是反馈抑制，即一个处于代谢途径早期的酶被该代谢途径的终产物所抑制。

  在典型的真核细胞中，数以千计的蛋白质不是受磷酸化和去磷酸化循环的调节，就是受GTP（鸟苷酸）结合蛋白介导的GTP结合和水解的调节。

  在细胞中，许多相关的GTP结合蛋白质起到分子开关的作用。GDP解离下来后被GTP替换，从而接通开关，这个过程经常被细胞接受到的信号所激活。GTP结合蛋白与其他的蛋白分子相结合，从而控制这些蛋白的活性。

  在细胞中，马达蛋白水解ATP并成为ADP，从而产生定向的移动。

  细胞中的每一个核心步骤，例如DNA复制、蛋白合成、小泡出芽、跨膜信号转导，都是由十个或数十个高度协调、相互联系的蛋白质来催化完成的。

  高效的蛋白质机器由变构蛋白质装配而成，通过相互协调构象的变化来执行复杂的细胞功能。

  一个调节蛋白质密码建立在多个氨基酸侧链的共价修饰的基础之上，它使每个细胞能够控制其蛋白复合物的定位和装配。

  从细胞匀浆的粗提液开始，通过一系列层析的步骤可得到单一蛋白纯品。我们纯化某个蛋白质后，能够通过生化技术揭示蛋白质的化学形式，并且确定蛋白质精确的三维结构。

  

  蛋白质功能的例子

  5 DNA和染色体

  生命依赖于稳定且紧凑地储存的遗传信息。

  细胞能够储存、解读并且翻译遗传指令以形成并维持一个生物体。在细胞分裂时，遗传信息由一个细胞传递到它的子代细胞。

  每个细胞的基因（含有遗传信息的因子）都是由DNA（Deoxyribo Nucleic Acid，脱氧核糖核酸）组成的。

  一个DNA分子含有两条长的多聚核苷酸链，每条DNA链均由4种核苷酸亚基组成。两条链通过核苷酸上碱基基团之间的氢键作用结合在一起。

  

  一个生物体的DNA所包含的全套信息被称为该生物体的基因组。

  遗传信息由长的DNA分子携带，由核苷酸 A、T、G和C的线性序列编码。

  每个DNA分子是一个双螺旋，由一对互补的核苷酸链组成，由 G-C和A-T碱基配对的氢键维系在一起。

  真核细胞的遗传物质包含在一套染色体内，每条染色体是一条含有许多个基因的非常长的DNA分子。

  染色体最重要的功能就是携带基因——遗传的功能性单元。

  基因是含有制造特定蛋白质指令的DNA片段。

  当编码蛋白质的基因表达时，部分核苷酸序列被转录为RNA，然后引导合成特定的蛋白质。形成每条真核生物染色体的DNA除了含有基因以外，还有许多复制起始点、一个着丝粒和两个端粒。这些序列确保了染色体可以有效地复制并传递给子细胞。

  真核细胞中的染色体由DNA和大量与之牢固结合的专一性蛋白质所构成。这些蛋白质把DNA折叠成一种紧密的形式。染色体上的DNA和蛋白质的复合物称为染色质。

  数量最多的染色体蛋白质是组蛋白，它将DNA包在一个由被称为核小体的DNA-蛋白质颗粒所组成的重复阵列中。

  在组蛋白H1分子的帮助下,核小体包装在一起形成30nm纤丝。纤丝通常盘绕和折登，形成更紧密的染色质结构。

  染色体的结构是动态的：利用染色质重塑复合物和共价修饰组蛋白的酶，临时解压缩染色体的结构细胞可以确保涉及基因表达、复制和修复的蛋白质得以快速、局部地与相应的DNA序列接触。

  有些染色质用一种组蛋白尾巴修饰的模式，使得DNA高度浓缩，以至于包装着的基因无法表达产生RNA和蛋白质。

  染色质结构可以从一代细胞传递到下一代细胞，形成表观遗传的一种形式，帮助细胞记住在上一代细胞中的基因表达状态。

  6 DNA复制、修复和重组

  在混乱的环境中，细胞维持自身规律的能力依赖于精确复制其DNA携带的数量庞大的遗传信息。

  DNA复制的速率高达每秒1000个核苷酸。

  每次细胞分裂时，它必须复制数以十亿计的碱基对。一个正在分裂的动物细胞必须在8h内复制1000本像本书那么多的内容，出错不能多于1或2个字母。这一奇迹是由一组蛋白质组成的「复制机器」完成。

  DNA两条链均可作为模板以合成另一条链。因此DNA双螺旋中的两条链分别携带相同的信息。

  DNA分子的复制以如下方式完成，即利用DNA双螺旋的原来的链为模板合成一条新的互补链，从而形成两个相同的DNA分子，保证了遗传信息从亲代细胞传递给子细胞以及从父母传递给后代的复制。

  DNA分子复制时，它的两条链被拉开形成一个或多个「Y」形复制叉。DNA 聚合酶位于复制叉上，在每条亲链上生成一条新的DNA互补链。

  「复制机器」的核心是DNA聚合酶。DNA聚合酶以高保真性复制DNA模板，其差错率低于每10（7）个碱基出一次差错。聚合酶在沿DNA移动时能消除自身的聚合错误，这一校读过程很大程度上保证了这种精确性的实现。

  DNA聚合醋只能朝一个方向合成新的DNA，所以人在复制叉处，只有前导链能以连续方式复制。后随链的DNA以一种「回针缝合」的非连续过程合成DNA短片段，然后由DNA连接酶将其连接起来完成DNA链。

  DNA聚合酶不能从头开始创始新的DNA链。DNA的合成是由名为引物酶的RNA（核糖核酸）聚合酶启动的。引物酶先合成短片段的RNA（引物）随后由 DNA 聚合酶将其延长。这些引物随后被清除并代之以DNA。

  DNA 复制需要多种蛋白质的协同作用，这些蛋白质形成一个多酶聚合体复制机器，催化DNA合成。

  在真核生物中，一种称为端粒酶的特殊酶在染色体的末端合成DNA。

  只有在极少的情况下，细胞的DNA复制和修复过程的失败会在DNA上留下永久性改变，这种改变就是突变。DNA序列的一个关键位置发生的突变可能严重损害生物体的健康。所以，高保真地复制和维持DNA序列对于生殖细胞和体细胞都很重要。

  被DNA复制机器忽略的极少数复制差错，由错配修复蛋白来处理。包括错配修复在内，DNA复制的总体精确度可达到每 10（9）个核苷酸出错一次。

  每当复制机器产生一个拷贝错误时，它就留下了一个错误配对的碱基，通常称为错配。继承了一个损坏的错配修复基因的个体容易患癌症。多数癌症源于积累了多个突变的细胞。

  基因的稳定性取决于DNA修复。

  由不可避免的化学反应所造成的DNA损伤由多种酶来修复，它们识别损伤的DNA，切除一小段包含损伤的DNA链，随后DNA修复聚合酶以完好链为模板，重新合成丢失的DNA。

  在进化过程中，积累DNA改变的速率非常慢。在进化了500万年以后，人和黑猩猩的DNA序列仍有98%是相同的。

  非同源末端连接允许双链DNA断裂的快速修复，这一过程经常会改变修复位点的DNA序列。

  利用同源染色体序列为引导，同源重组忠诚地修复双链DNA的断裂。减数分裂过程中，相应的同源重组过程导致遗传信息的交换，产生携带新序列的DNA分子。

  可移动的遗传因子（也被称作转座子），在宿主基因组内从一个地方移到另一个地方，为遗传变异提供了来源。

  将近一半的人类基因组由可移动的遗传因子组成。其中有两类因子已扩增为很高的倍数。

  病毒是包装在蛋白质保护外壳中的基因。它们必须在宿主细胞内才能繁殖。病毒的体型很小，能通过阻挡最小细菌的超细滤膜。病毒复制本身对宿主细胞经常是致死的。

  有些病毒以RNA而不是DNA作为它们的基因组。一组RNA病毒——逆转录病毒——复制时必须把RNA基因拷贝成DNA。

  7 从DNA到蛋白质：细胞如何阅读基因组

  所有活细胞中遗传信息的流向是 DNA->RNA->蛋白质。DNA 中的遗传指令转换到RNA和蛋白质的过程称为基因表达。

  为了表达DNA携带的造传信息，基因的核苷酸序列首先被转录成RNA。转录由RNA聚合酶催化，DNA上的核苷酸序列指示RNA聚合酶何处起始和终止转录。

  RNA 在数个方面不同于 DNA。它含有核糖而非脱氧核糖，含有尿嘧啶（U）而非胸腺嘧啶（T）。与DNA在细胞内总是以双螺旋存在的形式相反，细胞内的RNA以单链分子合成，并常折叠成精确的三维结构。双链DNA不能像单链RNA般折叠。

  由于RNA是从有限的DNA区域拷贝而成的，因此他们要比DNA分子短的多（1-10万分之一）。

  RNA链在被合成的同事立即从DNA链上解离，同一基因在较短时间内可以合成多份RNA拷贝。

  细胞合成数种不同功能类型的RNA：信使 RNA（mRNA）携带合成蛋白质的指令；核糖体RNA（rRNA）是核糖体的一种组分；转运RNA（tRNA）在蛋白质合成中起接头分子作用；其他小分子RNA（miRNA）起着调节真核生物基因表达的重要作用。

  DNA转录起始点称为启动子。真核生物 RNA 聚合酶需要在启动子上结合一个复合通用转录因子才开始转录，而细菌RNA聚合酶只需要结合一个被称为σ因子的亚基即可开始转录。

  

  真核生物DNA中，大多数基因被分隔，即小片段的编码区（外显子）被非编码区（内含子）所分隔。真核生物基因从DNA转录为RNA 时，外显子和内含子都被复制。

  内含子在核内通过RNA剪接过程从 RNA 转录物上被切除。在由核微小核糖核蛋白复合物SnRNP 催化的反应中，内含子从RNA上被切除，而外显子连接在一起。

  在真核生物mRNA离开细胞核之前需要经过几个附加的RNA加工步骤，包括RNA加帽修饰和多聚腺苷酸化。这些反应连同剪接一起发生在RNA被转录之时，随后加工后的mRNA被运送到细胞质中。

  mRNA 的核苷酸序列翻译为蛋白质的反应在细胞质中的大型核糖核蛋白装配体（即核糖体）上进行。核糖体沿着mRNA移动，将信息翻译成蛋白质。核糖体是细胞中最大、最复杂的结构之一，由1/3的蛋白质和2/3的RNA组成。

  RNA内的信息向蛋白质的转换是把信息翻译成另外一种语言，这种语言由截然不同的符号组成。mRNA只有4种核苷酸，而蛋白质由20种氨基酸，翻译不可能通过mRNA内的核苷酸与蛋白质内的氨基酸之间的一一对应关系来实现。这一过程是通过遗传密码的规则所实现。

  mRNA的核苷酸序列以三核苷酸组（密码子）解读，每个密码子对应一个氦基酸。

  氨基酸与密码子之间的对应关系由进传密码指定。RNA内4种不同核苷酸的可能组合产生了64种不同密码子。大多数氨基酸由不止一种密码子指定。

  蛋白质合成中，tRNA以连接物分子起作用。氨酰-tRNA合成酶将氨基酸连接至正确的tRNA。每种RNA含有一段三核苷酸序列——反密码子，通过碱基互补配对与mRNA上的密码子匹配。

  蛋白质合成起始于核糖体在mRNA上起始密码子（AUG）处的组装，该过程由称为翻译起始因子的蛋白质调控。当到达终止密码子（UAA、UAG或UGA）处时，完整的蛋白质链从核糖体上释放。

  氨基酸逐步连接到多肽链上是由核糖体大亚基上的一种rRNA 分子所催化。因此，核糖体是一种核酶——一种可以催化化学反应的 RNA分子。

  大部分抗生素是通过抑制细菌（但不是真核生物）的蛋白质合成而起效的化合物。常用的抗生素第一次是从真菌中分离得到 。真菌和细菌常生长在同样的生态环境中，为了取得竞争优势，真菌进化出了一种能够杀死细菌而对自身无害的毒素。由于真菌与人类都是由真核细胞构成的，因而相互之间的关系要比任何一种细菌都要近，我们已经能够利用这些化合物来对付攻击我们身体的细菌。

  细胞内蛋白质的降解受到精细的调控。一些蛋白质在细胞质中被称为蛋白酶体的大型蛋白质复合物降解。

  从我们目前对现存生物及其所含分子的知识来看，生命系统很有可能起源于RNA分子的进化，这些分子能催化自我复制。

  一般认为随着细胞的进化，DNA双螺旋取代RNA成为更加稳定的储存遗传信息的分子；而蛋白质取代RNA成为主要的催化和结构组分。然而，某些重要的反应如肽键形成仍然靠RNA催化；这一现象让我们得以一窥以RNA为基础的远古世界。

  8 基因表达调控

  典型的真核细胞只表达所有基因中的一部分，多细胞生物独特的细胞类型的产生是因为细胞分化时不同类型的细胞表达了不同组合的基因。

  多细胞生物体中的大部分特化的细胞都有能力依据所响应的细胞外信号来改变自身的基因表达模式。

  尽管表达基因时所涉的各个步骤原则上都是可以调控的，但对大多数基因来说，转录起始是最为重要的控制点。

  单个基因的转录是通过转录调控蛋白打开或关闭的。这类蛋白质是通过和一小段DNA调节序列相结合而起作用的。

  尽管每个转录调控蛋白有独特的特征，它们的大部分采用为数不多的几个蛋白质结构模体之一与 DNA 结合。折叠在模体内部的氨基酸的精确序列决定所识别的特定DNA序列。

  细菌中，转录调控蛋白通常在RNA聚合酶结合部位附近同DNA调节序列结合，激活或阻抑基因的转录。

  真核细胞中，这些DNA调节序列通常距启动子有几千个核苷酸对之远。

  真核转录调控蛋白以两种基本方式作用：①它们可以直接影响在启动子上的RNA聚合酶与通用转录因子的装配进程；②它们可以局部改变启动子区域的染色质结构。

  真核生物中，基因的表达通常是通过转录调控蛋白的组合来控制的。

  多细胞植物和动物中，不同类型细胞产生不同的转录调控蛋白，确保只有适合那种细胞类型的基因表达。

  多细胞生物中的细胞具有一定机制以确保它们的后代“记住”自己应该是什么类型的细胞。

  单个的转录调控蛋白如果在合适的前体细胞中表达，能触发生成一种特殊的细胞类型甚至整个器官。

  在转录发生后，细胞依旧可以控制基因的表达。这类机制通常是依赖可以影响它自己的转录或是翻译的RNA分子实现的。

  微小RNA（miRNA）通过和特定mRNA的碱基配对从而调控它的稳定性和翻译来控制基因的表达。

  细胞有一套防御机制来摧毁大部分由病毒产生的“外源”双链RNA。科学家将这个机制，即RNA干扰技术，用于失活目的基因。方法是将针对目的基因mRNA上的双链RNA注射到细胞中。

  9 基因和基因组如何进化

  通过对现代生物体间核苷酸或氨基酸序列进行比对，我们现在开始重现以第一个细胞开始至今数十亿年间基因组的进化过程。

  遗传变异——进化变异得以产生的原料——产生的机制有很多，最后导致基因组核苷酸的改变。这种改变的范围从单点核苷酸突变到大规模DNA序列的重复和重排。

  调控 DNA 中的点突变在我们消化乳糖的能力上也起了作用。我们最早的祖先原本是乳糖不耐受的，因为用于分解乳糖的酶乳糖酶仅仅在婴儿时期产生，而不食用母乳的成年人就不再需要这种酶。大约10,000年以前，当人类开始从家畜身上获得乳汁，人群中慢慢出现了变异基因，使得即便是成人也能够表达乳糖酶。现在我们知道成人能够消化乳糖是因为他们乳糖酶基因的调控 DNA序列中发生一个点突变，导致乳糖酶在人的一生中都得以表达。在这个层面上说，能够消化乳糖的成人属于「变异人」。这种新的特征在人群中的传播相当迅速，特别是在以牛奶作为一种重要营养来源的社会。

  导致生物体选择优势或是选择中性的遗传变异将会被延续，而那些严重影响生物体健康的变异将被自然选择所淘汰。

  基因重复是遗传多样性产生的重要方式之一。一旦基因重复得以发生，这两个拷贝基因能够积累不同的突变而发生特化，从而行使不同的功能。在进化的历史长河中，多轮基因重复和分离的发生产生了大的基因家族。

  基因间外显子交换能够创造出具有新功能的杂合蛋白，这极大地推动了新蛋白的产生和进化。

  人类基因组包含3.2×10（9）个核苷酸对，分布于22个常染色体和2个性染色体上。其中编码蛋白质或结构RNA、调节RNA和催化RNA的DNA序列仅占基因组的百分之几。

  人类生殖细胞系每次细胞分裂过程中平均每600万个核苷酸中存在0.6个差错。由于我们的绝大部分DNA序列并不受到任何精确的约束，因而很多这类变异都是选择中性的。

  人类的两个不同个体间每1,000个核苷酸对中平均有1个是不同的；这种差异塑造了人类的个性化特征，也为依靠DNA序列分析识别个体提供了基础。

  比对不同物种间的基因组序列是我们识别基因或找出基因组中其他功能性区域的一种有力的方法。

  由于相关物种（如人类和小鼠）具有很多共同的基因，因此能对这些基因的调节产生影响的那些进化变异对于我们认识这些物种间的差异具有重要的意义。

  10 基因及基因组分析

  重组DNA技术彻底地改变了细胞研究，使研究者们有可能任意地从细胞的几千个基因中挑出一个基因，并确定该基因精确的分子结构。此技术的一个关键因素是限制酶能把大的DNA分子切割成特定的一系列DNA片段，每种限制聽只在一个特定的核苷酸序列位点切开DNA双链。DNA片段可用凝胶电泳根据其大小分开。

  核酸杂交能够在核酸片段混合物中检测出任何给定的DNA序列或RNA序列。此技术依赖于一个事实，即单链DNA或RNA只同与其核苷酸序列互补的核酸形成双螺旋。

  用英光染料或放射性核素标记序列已知的单链DNA，可以作为杂交反应中的探针。

  任意序列的短DNA链都能够在实验室中进行化学合成。

  DNA克隆技术使我们能够从几百万个序列中，选出某个DNA 序列并得到该片段无限量的纯化物。

  DNA连接酶可在体外把一些DNA片段连按成自然界中不存在的重组DNA分子。

  将DNA 片段插人到可以进行复制的DNA分子如质粒中，然后将重组的DNA 分子引人快速分裂的细胞，通常是细菌中，在每次分裂中该DNA均被复制。通过该方法这些片段可以得以保持完好并且进行扩增。

  代表一个生物体完整基因组染色 DNA的克隆片段的集合称为基因组文库。文库通常以成千上万株细菌克隆的形式保存，每个克隆携带一个不同的DNA片段。

  cDNA文库是含有一种特定细胞类型或者组织的总mRNA的DNA拷贝。与基因组DNA克隆不同，克隆的cDNA主要含有蛋白质编码序列，没有内含子、基因调控序列和启动子。当想将克隆的基因用于表达蛋白质时，它们是最适合的。

  聚合酶链反应（PCR）是在体外利用纯化的DNA聚合酶进行DNA扩增的有力武器。PCR需要已知被扩增DNA的序列，因为必需合成位于被复制 DNA 两端的寡聚核苷酸引物。

  历史上，从DNA文库中克隆基因是通过杂交技术来鉴定出含有所需序列质粒的；现在，绝大多数基因的克隆只需利用PCR从DNA或者mRNA样品中大量扩增就能得到某一段特定的序列。

  现在的技术能够快速确定任意一段DNA的核苷酸序列。

  已经确定了上百种不同生物的完整基因组序列。其中包括细菌、古细菌、酵母、昆虫、鱼类、植物和晡乳动物。

  细菌，酵母和哺乳动物细胞被工程改造后可以用于大量合成来自其他物种的任何一种蛋白质，从而使得科学家能够研究那些稀有或者难分离的蛋白质。

  利用重组DNA技木，一个蛋白质可以与一个分子标签连接，如绿色茨光蛋白（GFP），可以在细胞内道踪其运动轨迹。以GFP为例，蛋白质可以在活的生物体内进行监测。

  核酸原位杂交技术可以精确定位基因在染色体上的位置，或者RNA在细胞和组织内的位置。

  DNA 微阵列代表了一个同时进行大量杂交反应的平合，可以人用于同时检测成干上万个基因的表达。

  克隆的基因能通过重组DNA技术永久性地插入到细跑或者生物体的基因组中。充隆的基两在可以体外进行改造以产生突变的基因，然后再重新插入到细胞或者生物体中以研究基因的功能。

  研究基因功能最直接的方式就是将其从生物体的整因组中敲除。然后研究该敲除对生物体外观和行为的影响。

  细胞或者生物体内特定基因的表达可以通过RNA干扰（RNAi）的技术加以柳制，它能够防止一条mRNA翻译成蛋白质。

  11 膜的结构

  活的细胞就是一个装在容器内的分子自我复制系统，该容器就是质膜。没有质膜就没有细胞。

  细胞膜使细胞建立起屏障，把特定分子限定在特定区室内。

  细胞膜由镶嵌着蛋白质的连续两层（双层）脂质分子组成。

  脂双层给所有细胞膜提供了基本结构和屏障功能。

  膜脂质分子同时具有疏水和亲水两种区域。当膜脂质分子置于水中时，它们会自发地聚集成双层，形成破裂后可重新密封的封闭区室。

  膜脂质分子有三大类：磷脂、固醇、糖脂。

  脂双层具流动性，单个脂质分子能在其自己所在的单层内扩散；但是它们不能自发地从双层的一个单层翻转到另一单层。

  质膜的两层脂质组成成分不同，反映出细胞膜的两个面有不同的功能。

  一些细胞通过改变膜的脂质成分来调节膜的流动性。

  膜蛋白负责膜的大部分功能，例如，转运水溶性小分子穿过脂双层。

  跨膜蛋白通常以一个或多个α螺旋穿过脂双层，但有时以圆筒状β折叠穿过脂双层。

  一些膜蛋白不延伸穿过脂双层，而是通过非共价键与其他膜蛋白相连或以共价键与脂质相连的方式连接在膜的一面或另一面上。

  大多数细胞膜由一个相连着的蛋白质框架所支撑。例如，在质膜下形成细胞皮层的纤维蛋白网络。

  虽然许多膜蛋白能在膜平面内迅速地扩散，但细胞通过一些方法，把蛋白质限制在特定的膜域，并把一些特殊蛋白质连接到胞内或胞外的大分子上，从而限制这些蛋白质的运动。

  暴露在细胞表面的许多蛋白质和一些脂质与糖链连接，有助于保护和润滑细胞表面以及参与细胞与细胞之间的识别。

  12 膜转运

  细胞膜的脂双层对非极性小分子（如氧气、二氧化碳）和非常小的极性分子（如水）具有通透性，而对于大多数大分子，水溶性分子和所有的离子是高度不通透的。营养物、代谢物和离子由膜转运蛋白转运穿过质膜和细胞内膜。

  细胞膜含有许多转运蛋白，每种转运蛋白负责跨膜转运特殊类型的溶质。有两类膜转运蛋白——载体蛋白和通道蛋白。

  电化学梯度表示作用于一种离子的净驱动力，综合这种离子的浓度以及电场。

  在被动转运中，不带电荷的溶质自发移动，顺其浓度梯度而下；带电荷的溶质（离子）自发移动，顺其电化学梯度而下，水顺其渗透梯度而下。在主动转运中，不带电荷的溶质或离子在需能过程中逆其浓度或电化学梯度转运。

  载体蛋白结合特定的溶质（无机离子，小的有机分子，或两者），并通过改变构象转运它们穿过脂双层。构象变化首先将结合溶质的部位暴露在膜的一侧，然后在另一侧。

  载体蛋白能作为泵，利用ATP水解、Na+ 或H+的下坡流动或光提供的能量，逆其电化学梯度转运溶质上坡。

  动物细胞质膜内的 Na+-K+ 泵是一种ATP酶，它主动转运Na+出细胞和K＋进细胞，维持陡峭的跨质膜Na+梯度，用于驱动其他主动转运过程和传播电信号。

  通道蛋白形成穿过脂双层的水孔，溶质能通过水孔扩散。由载体蛋白进行的转运可以是主动的，也可以是被动的，而由通道蛋白进行的转运总是被动的。

  大多数通道蛋白是选择性的离子通道，允许有适当大小和电荷的无机离子顺其电化学梯度下行而穿过膜。通过离子通道的转运比通过任何已知载体蛋白的转运至少快1000倍。其他通道则运输水分子或是别的代谢物。

  大多数离子通道是门控的，瞬间打开以应答特殊的刺激，如膜电位的变化（电压门控通道）或结合配体（配体门控通道）。

  即使在离子通道被特殊刺激打开时，该通道也不持续开放着：它们随机切换于开和关的构象之间。活跃的刺激增加通道处于开放状态所占的时间比例。

  质膜两边不均匀的电荷分布决定了膜电位，当离子流经开放的通道时，膜电位发生变化。绝大多数动物细胞内，K+选择性泄漏通道维持静息膜电位在负值，非常接近于K+跨膜迁移的驱动力接近于零时的值。

  神经元以动作电位形式传播信号，沿着轴突传播长距离而不诚弱。动作电位通常由电压门控Na+通道介导。它应答质膜的去极化而打开。

  神经未梢内的电压门控Ca2+通道将电信号与突触释放的神经递质耦合起来。在突触后靶细胞内神经递质门控离子通道将这些化学信号转换回电信号。

  兴奋性神经递质打开对Na+通透的神经递质门控通道，使突触后的细胞膜朝向启动动作电位的阈电位去极化。抑制性神经递质打开神经逆质门控CI-通道，以此维特突触后细胞膜极化而抑制启动动作电位。

  13 细胞如何从食物中获得能量

  糖可能是最重要的燃料分子。

  蛋白质、脂肪和多糖构成我们所吃食物的大部分，这些食物必须被分解成比较小的分子才能为我们的细胞所利用。

  利用酶将复杂分子降解成简单分子的过程称为分解代谢。

  食物分子的酶促分解作用的第一阶段是消化作用，它或者在细胞外（小肠中）进行，或者在细胞内一种叫溶解酶体的特化的细胞器中进行。消化以后，源自食物的有机小分子进入细胞质中被氧化。

  葡萄糖和其他食物分子被受控制的氧化作用逐步分解，提供ATP形式和NADH形式的化学能。

  来自于食物的糖由不同的反应分解：糖酵解（在细胞质中进行），柠檬酸循环（在线粒体基质中进行），氧化磷酸化作用（在线粒体内膜上进行）。

  

  糖酵解反应把葡萄糖（六碳糖）分解为两个分子的丙酮酸（三碳糖），产生少量的ATP和NADH分子。

  氧存在时，丙酮酸转变成乙酰CoA和CO2。柠檬酸循环随后将乙酰CoA中的乙酰基转移至CO2和H2O。这些氧化反应中释放的许多氧化能以高能电子形式储存在载体NADH和FADH2中。真核细胞中所有的这些反应在线粒体中进行。

  食物中其他主要能源是脂肪。由消化脂肪产生的脂肪酸输人到线粒体中，并氧化为乙酰CoA 分子，这些乙酰CoA分子进一步通过柠檬酸循环被氧化并产生NADH和FADH2，就像从丙酮酸衍生乙酰 CoA一样。

  NADH和FADH2将它们携载的电子传递至线粒体内膜的一个电子传递链，在那里通过一系列的电子传递以驱动ATP合成。食物分子分解时捕获的大部分能量在这个氧化磷酸化过程中被收集。

  我们摄入的食物不仅是代谢能量的来源，也是生物合成的原材料。柠檬酸循环和糖酵解的许多中间体是合成细胞中蛋白质，核酸和其他特殊分子的代谢途径的出发点。

  一个细胞中同时进行着的数以千计的不同反应是密切协调的，这使细胞能适应各种不同的外部环境并始终能行使其功能。

  身体需要持续的葡萄糖供应来满足代谢的需要。比如，大脑细胞几乎全靠葡萄糖进行呼吸作用。

  人处于缺少食物或剧烈运动的时期，血液中的葡萄糖消耗比合成快。补充血液中葡萄糖的一个途径是从小分子的非糖类有机分子合成，如乳酸、丙酮酸或者氨基酸。反馈调节的一种复杂形式是调节一些关键的酶的活力使细胞从分解葡萄糖转向合成葡萄糖（糖异生）。在哺乳动物中，糖异生主要发生在肝脏细胞中。

  细胞把食物分子存储在特殊的存储器中。

  就量而言，脂肪是远比糖原重要的能量储存形式。1g脂肪氧化所释放的能量几乎是1g糖原氧化所释放的2倍之多。糖原与大量的水结合，因此若储存同样多的能量，所需要的糖原的实际质量与脂肪相比相差达6倍。

  一个成年人储存的糖仅够进行一天正常活动，而储存的足量脂肪可维持近一个月。如果我们身体的主要燃料存储器必须携载糖原而非脂肪，那么体重将平均增加近30kg。

  我们的脂肪大多以不溶于水的三酰甘油形式的脂滴储存在特化的脂肪细胞中。响应激素的信号，脂肪酸会从这些脂滴中被释放出来进人血液，按需要供其他的细胞使用。这种需求在个体一段时间未进食后上升;即使正常的夜间停食也会动用脂肪。早晨，进人柠檬酸循环的多数乙酰CoA来自脂肪酸而不是葡萄糖。而餐后，多数进入柠檬酸循环的乙酰CoA来自食物来源的葡萄糖，任何过量的葡萄糖都会被用来补充消耗掉的糖原储存或者用来合成脂肪（虽然动物细胞很容易将糖转为脂肪，但它们不能把脂肪酸转化成糖）。

  葡萄糖亚基在动物中以糖原形式、在植物中以淀粉形式储存。

  动物和植物以脂肪形式储存脂肪酸，植物产生的食物库是动物（包括人类）的主要食物来源。

  14 线粒体和叶绿体中的能量生产

  线粒体、叶绿体以及许多细菌都通过以细胞膜为基础的化学渗透偶联机制产生ATP。

  线粒体利用糖和脂肪酸氧化作用获得的能量驱动动物细胞所需的大多数ATP的产生。在线粒体中，糖代谢是完全的，释放的能量被有效地利用，以致每一分子葡萄糖氧化能产生30个分子的ATP。

  线粒休具有内膜和外膜。内膜中包围着线粒体基质。基质中含有许多酶，包括那些柠檬酸循环中的酶。这些酶从乙酰CoA的氧化作用中产生大量的NADH和FADH2。

  在线粒体内膜中，由NADH和FADH2，提供的高能电子沿着电子传递链（呼吸链）最终在一个能量方面有利的反应中与氧分子结合。

  在呼吸链上电子传遊过程中释放出来的一些能量被用于将H+从基质中泵送出去，由此建立起一个跨膜电化学质子梯度。泵送质子是由埋在膜中的三个大型呼吸酶复合物执行的。

  由此产生的跨越线粒体内膜的电化学质子梯度使氢离子通过位于线粒体内膜上的ATP合成酶回流到基质中，从而制造ATP。

  电化学质子梯度还驱动进出线粒体的代谢物的主动运输。

  在叶绿体和光合细菌的光合作用中，高能电子是在光被叶绿素吸收时产生的。这种能量被位于叶绿体类囊体膜中的一种称作光系统的蛋白质复合物捕获。

  电子传递链与光系统一起将电子从水中传递给NADP+，形成 NADPH。分子氧作为副产品而产生。

  叶绿体中的电子传递链也能够产生跨类囊体膜的质子梯度。如同在线粒体中那样，跨类囊体膜质子梯度被埋在膜中的ATP合成酶用以制造ATP。

  光合作用产生的ATP和NADPH在叶绿体内用以驱动叶绿体基质中的碳固定循环，从而由CO2产生糖。这种糖被输送到胞质溶胶进行代谢，并为细胞的其他部分提供有机碳、ATP（通过线粒体）和还原力。

  线粒体和叶绿体都被认为是从被最原始的真核细胞内吞的细菌进化而来的。它们都保留了自身的基因组以及类似细菌的分裂机制。

  化学渗透偶联机制分布广泛且起源古老。现今有些细菌的生存环境与设想中的早期地球环境十分相似，这些细菌也利用化学渗透偶联制造ATP。

  15 胞内区室及转运

  真核细胞含有很多膜被细胞器，包括细胞核、内质网（ER）、高尔基体、溶酶体、内体、线粒体、叶绿体（在植物细胞中）和过氧化物酶体。

  

  

  

  大多数细胞器的蛋白质都是在胞质溶胶中合成，然后转运到它们行使功能的细胞器中。氨基酸序列中的分选信号引导蛋白质运向正确的和胞器；在胞质溶胶中行使功能的蛋白质没有这种信号，它们维续留在合成的地方。

  核蛋白含有核定位信号，帮助指导核蛋白从胞质溶胶通过主动转经贯通两层核孔到达细胞核内。蛋白质不需要解折叠其构象就能进人核内。

  大多数线粒体和叶绿体蛋白质在细胞溶胶中合成，并通过其膜上的蛋白转运体被主动转运到细胞器中，蛋白质必须解折叠以使它们蜿蜒通过在线粒体或叶绿体膜上的蛋白转运体。

  内质网是细胞的膜工厂；它合成大部分的细胞脂质以及许多蛋白质。蛋白质由结合在粗面内质网表面的核糖体合成。

  如果在胞质溶股中的核糖体所合成的蛋白质具有内质网信号序列，它会被位于胞质溶胶内的信号识别颗粒（SRP）所识别，从而将核糖体引向内质网；核糖体-SRP复合物与内质网膜上受体的结合便启动了转运过程，使生长的多肽链通过转运通道穿过内质网膜。

  预定分泌出去或到细胞器腔内的可溶性蛋白被完全转运人内质网腔，而预定到内质网膜或其他细胞膜的跨膜蛋白通过一个或一个以上的跨膜α螺旋锚定在脂双层中。

  在内质网腔内，蛋白质折叠起来，与其他蛋白质装配，形成二硫键，并被修饰连上寡糖链。

  离开内质网是一个重要的质控步骤；不能正确折叠或不能与它们正常的结合对象结合的蛋白质，都被伴侣蛋白留在内质网内并最终被降解。

  错误折叠蛋白质的积累可引发扩展内质网的反应，因此增加了其正确折叠新蛋白的能力。

  蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从高尔基体转运到其他目的地，都是由持续从一个膜上芽生并持续与另一个膜融合的转运囊泡介导的，这个过程称作囊泡转运。

  芽生的转运囊泡在其胞质溶胶面具有独特的外被蛋白；外被蛋白的装配驱动了出芽过程，而且外被蛋白帮助受体及其结合的货物分子进人正在形成的囊泡中。

  有被囊泡在断离后迅速失去其蛋白质外被，使其能停靠并与特殊的靶膜融合；停靠和融合由位于囊泡和靶膜上的蛋白质介导，包括Rab蛋白和SNARE蛋白。

  高尔基体从内质网接受新合成的蛋白质；施以寡糖修饰，分选蛋白质，并把蛋白质从反式高尔基体网络分送到质膜、溶酶体或分泌囊泡中去。

  在所有真核细胞中，转运囊泡不断从反式高尔基体网络上芽生并与质膜融合，这个过程称作组成性胞吐；这个过程将质膜脂质和蛋白质运送往细胞表面，并在分泌过程中将分子从细胞中释出。

  特化的分泌细胞也有一种调节性胞吐途径，在这一途径中，当细胞得到分泌信号时，储藏在分泌囊泡中的分子通过胞吐从细胞中释出。

  细胞通过胞吞摄人液体、分子，有时甚至是颗粒，在胞吞时质膜的一些区城内陷并断离，形成胞吞囊泡。

  胞吞的大部分物质被运送到内体，然后再到溶酶体，在那里被水解酶所降解；然而，胞吞囊泡膜的大部分组分通过转运囊泡再循环回到质膜被重新利用。

  16 细胞通讯

  多细胞生物的细胞通过许多不同的细胞外化学信号进行通讯。

  在动物中，激素经血液运载到远方的靶细胞，但大多数其他的细胞外信号分子往往仅作用于短距离。相邻细胞常通过直接的细胞表面接触进行通讯。

  产生激素的细胞称作内分泌细胞。例如胰脏的一部分就是一个内分泌腺体。它所产生的激素就是胰岛素，可以调控整个身体的葡萄糖摄取。

  细胞外信号通过和受体蛋白结合并激活它产生对靶细胞的刺激。每一个受体识别一种特殊的信号分子。

  

  为了更好地理解这几种不同的信号传导方式,可以想象一下，为了给某场演讲、音乐会或者足球比赛做宣传的时候。内分泌信号将会倾向于通过无线电台来广播这个消息。局部旁分泌信号则等同于在所选的布告栏上贴传单。长距离而自身的神经信号就如同一个电话或是一封电子邮件,那么接触依赖性信号传导就是一个典型的老式的面对面交流。至于自分泌信号传导,就好像你给自己留了一个勿忘出席的便笺。

  

  小的疏水性细胞外信号分子如类固醇激素和一氧化氮，能直接跨质膜扩散；它们激活细胞内受体蛋白，这些细胞内受体蛋白或是转录调控蛋白，或是酶。

  大部分细胞外信号分子不能通过细胞膜，它们和位于细胞表面的受体蛋白结合，将胞外信号转化（转导）成不同的胞内信号。

  细胞表面受体有三大类：①离子通道偶联受体；②G蛋白偶联受体；③酶联受体。

  

  G蛋白偶联受体和酶联受体响应细胞外信号，激活胞内一条或数条信号通路，从而改变细胞行为。

  关闭信号通路和开启它们同样重要。信号通路中每一个激活的成分都必须随后被抑制或是从通路中移去以备下次再用。

  G蛋白偶联受体激活一种三聚体状态的GTP结合蛋白，称为G蛋白。G蛋白起分子开关的作用，短时间内把信号向前传送到细胞内部，随后通过水解G蛋白结合的GTP为GDP而关闭它们自己。

  某些G蛋白直接调节质膜中的离子通道。其他的G蛋白激活（或失活）腺苷酸环化酶，增加（或降低）细胞内小信使分子cAMP 浓度。还有别的G蛋白直接激活磷脂酶C。磷脂酶C产生小信使分子肌醇三磷酸(IP3)和二酰甘油。

  IP3打开内质网膜上的 Ca2+通道，急速释放游离Ca2+流涌入胞质溶胶。Ca2+本身作为一个小的细胞内信使，使许多Ca2+响应蛋白的活性发生改变，包括钙调蛋白。钙调蛋白激活各种靶蛋白诸如 Ca2+/钙调蛋白依赖的蛋白激酶（CaM激酶）。

  cAMP的增加激活蛋白激酶A（PKA），而Ca2+和二酰甘油共同激活蛋白激酶C（PKC）。

  PKA、PKC和CaM激酶选择性地磷酸化靶蛋白的丝氨酸和苏氨酸，由此改变蛋白的活性。不同类型的细胞含有不同的信号组合和效应靶蛋白，因此以不同的方式受影响。

  许多酶联受体具有起酶作用的胞内蛋白结构域。大部分是受体酪氨酸激酶（RTK），它们磷酸化自身并选定在酪氨酸上的胞内信号蛋白。

  RTK上的磷酸酪氨酸作为各种胞内信号蛋白的停泊位点，常常包括小型的GTP结合蛋白Ras。Ras 激活一个三蛋白MAP激酶信号转导组件，帮助将信号从质膜传送到核。

  通过造成Ras的持续活性而刺激细胞增殖的那些突变是许多人类癌症的共同特征。

  一些RTK通过激活肌醇三磷酸激酶来刺激细胞的增殖和细胞的存活。肌醇三磷酸激酶磷酸化特定的肌醇磷酸酯来产生在质膜上的脂停泊位点，从而使得特定的信号蛋白聚集并激活其他蛋白。

  一些受体，包括Notch和细胞因子受体，激活一条通往核的直接通路。与激活信号级联反应不同，受体活化了质膜上的转录调控蛋白。后者随后迁移到核内，激活特异的基因。

  植物和动物一样，使用酶联细胞表面受体来控制它们的生长和发育。

  植物中的胞外信号常常通过解除信号响应基因的转录抑制来起作用。

  不同的细胞内信号通路的相互作用，使细胞能对复杂的信号组合产生适当反应。某些信号组合使细胞得以存活，另一些信号组合可起细胞增殖。当不存在任何信号时，大部分细胞会通过调亡杀死它们自己。

  17 细胞骨架

  真核细胞的细胞质由一个以中间丝、微管和肌动蛋白丝所组成的细胞骨架支撑，并由它们在空间上组织细胞质。

  中间丝是由纤维蛋白形成的稳定的、绳状的聚合体，它使细胞具有机械强度。其中有些位于核被膜之下，形成核纤层，其余的分布在整个细胞质中。

  微管是由微管蛋白二聚体聚合形成的坚挺、中空的管子。它是极性的结构，有一个缓慢生长的负极和一个迅速生长的正极。

  像中心体那样，微管在组织中心里先成核再向外生长。微管的负极埋在组织中心里。

  细胞中大部分微管处于动态的不稳定状态，在伸长状态和缩短状态之间变化。这些被称为动态不稳定性的状态转换是由结合在微管蛋白二聚体上的GTP的水解来控制的。

  每

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• 奇烂无比的翻译

  作者：corner 发布时间：2009-11-17 10:46:29

  买了个中文的。

  随便一翻，往往是都是汉字，但意思却看不懂。翻译错误比比皆是，居然还把Victoria's Secret 翻译成薇姿。

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