第一章 细胞生物学与医学
医学的目标是保护与增进人类健康。回顾医学进展史，能够看到，医学的进展和生物学的进展是彼此依赖和丰硕的。现代生命科学领域内有四大基础学科，即细胞生物学、分子生物学、神经生物学和生态学。毫无疑问，细胞生物学是生命科学最重要的基石；固然，细胞生物学也是医学科学的重要基础。本书的题目为医学细胞生物学，因此其重点是论述与医学紧密相关的细胞生物学内容。
第一节细胞和细胞生物学
细胞（cell），是英国科学家Hooke于1665年发觉的，他那时见到的仅仅是植物细胞壁。与此同时，荷兰科学家Leeuwenhoek于1677年观察了人和哺乳动物的精子和细胞与纤毛虫等。
19世纪中叶，德国科学家Schleiden与Schwann两人一路提出“一切植物、动物都是由细胞组成的。”这就是著名的细胞学说（cell theory）。那个学说的成立对现代生物学的进展具有重要意义。恩格斯把细胞学说、能量守恒定律与达尔文的进化论并列为19世纪自然科学的“三大发觉”。正由于一切生物都无不由细胞所组成，这就令人们从无穷多样的生物世界中看到了它的统一性。
随后的100余年，由于研究技术的限制，主要集中研究细胞的化学组成及形态结构，被称之为细胞学（cytology）。20世纪30年代以后，由于大量采用了近代物理与化学技术，同时，物理学家、生化学家、遗传学家及微生物学家等一路闯入细胞与生命科学的研究，这一阶段的细胞研究已由纯形态的细胞学阶段进展形成细胞生物学（cell biology）。
值得指出的是，电子显微镜的发明，令人们得以了解细胞的超微结构（ultrastructure）。尔后，英国科学家Watson与Crick于1953年提出了DNA分子的双螺旋结构模型，在此基础上又提出了遗传信息传递的“中心法则。”在此基础上形成的分子生物学（molecular biology）是继细胞学说与进化论以来生物学的第二次革命。从此细胞生物学与分子生物学别离从细胞、亚细胞与分子水平三个层次来研究细胞的结构与性能，并将三个层次的研究有机地结合起来，动态地探索细胞的大体活动规律，包括细胞的代谢、增殖、生长、分化、发育、运动与衰老和死亡等一系列生命现象。两门学科彼此渗透与融合，进展成为分子细胞生物学
（molecular cell biology）。能够预见，分子细胞生物学的研究必将为整个医学科学从理论到实践开拓出无穷广漠的辉煌前景。
今天的地球是个瑰丽多彩的生态世界，包括数以百万计的动物、植物和微生物品种。所谓生物多样性（biodiversity）是指地球上所有生命形式的总和。必需指出的是，细胞是一切生命活动的大体单位，没有细胞就没有完整的生命。这意味着一切有机体均由细胞组成，细胞是组成有机体的大体结构和功能单位。以人体为例，卵子与精子融合为受精卵（单细胞）时，即是人的生命的起始。受精卵细胞一分为二，然后不断割裂与分化，直至发育成为由多达1014个细胞的人体。人体内大约有200多种不同类型的细胞，功能相同的细胞群体组成机体的各类组织（tissues）。人体的细胞虽然都是高度“社会化”的细胞，具有分工与协同的彼此关系，但每一个细胞具有自己独立的有序的完整结构与功能体系。总之，细胞是有机体生长与发育的基础，必需指出的是病毒（virus）是非细胞形态的生命体，但病毒必需寄生在细胞内才能表现出它的大体生命特征（繁衍与遗传）。因此，即便就病毒而言，也应当以为细胞是生命活动的大体单位。
第二节 细胞的进化
生命，只是原始地球进展到一按时期的产物。大约30多亿年以前，咱们那个星球仍是一片死寂荒漠。原始细胞(primordial cell)的出现，标志着生物进展史上的一次大的飞跃。从某种意义上来讲，细胞是由分子进化到人类之间的中间阶段。进化是生物学的中心法则。整个进化进程包括从分子到原始细胞、从原核细胞到真核细胞和从单细胞生物到多细胞机体三个进展阶段。
一、 从分子到原始细胞
生命的进化是通过化学的进化而实现的。在生命出现以前的远古时期，经历了元素形成（C、H、O、N、P、S、卤素及金属）及简单化合物（CH4、CO2、H2O、H2S、H3PO4及NH3等）两个阶段，然后形成了四大类有机物，即氨基酸、核苷酸、糖类及脂肪酸，在此基础上又进一步聚合演变成多肽、多核苷酸、多糖及脂类。
从分子生物学的角度来看，进化包括遗传信息的形成、传递与选择三个要素。蕴藏在多核苷酸中的碱基序列信息即为遗传信息的结构基础。多核苷酸RNA由四种核苷酸组成，组成四种核苷酸的碱基别离为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。生命
进化的关键是遗传信息能正确无误地传递下去，在此进程中碱基的互补配对原则起着决定性的作用。按照碱基配对互补原则，A与U、C与G能够专一地互补配对，如此就可以合成与原来RNA链互补的新的RNA分子，而该RNA分子又可作为模板，合成与它互补的RNA链,那个RNA链与原先的RNA链的碱基顺序完全相同，如此就完成了自我复制。在RNA复制的进程中，会产生各类各样的拷贝，通过选择进程只有那些能精准复制而稳固的RNA分子才能保留下来并最终占优势。
约在40亿年前，一些RNA分子开始发挥不同的功能，有的可催化其本身的复制，有的可催化其他RNA构型的复制，更有些分化为与氨基酸相对应的特殊RNA构型，如此遗传信息就由多核苷酸链流向多肽链，形成了最原始的RNA指导蛋白质合成的框架。
膜（membrane）的形成是原始细胞形成的重要标志。有复制能力的RNA及其指导下合成的蛋白质，只有被磷脂组成的膜包围以后才能形成一个独立的单位，即原始细胞。原始细胞割裂很慢，遗传信息量也不多，细胞内只有种类与数量有限的蛋白质。原始细胞进一步进化的里程碑是DNA的出现。由于DNA双螺旋结构的特点，其结构更为稳固。如此一来，DNA取代了RNA成为遗传信息的储库，而RNA则成为DNA与蛋白质之间的联系纽带。
二、 从原核细胞到真核细胞
约在35亿年之前，由原始细胞的割裂与进化形成了原核细胞（prokaryotic cell）(图1-1)，然后又通过了漫长的岁月，约在15亿年之前，原核细胞进展到一个更高级的阶段，也即真核细胞（eukaryotic cell）（图1-2）。高等动物、植物及人类均由真核细胞组成。现今世界上生存着的细菌、立克次氏体及支原体等微生物仍属原核细胞。表1-1列举了原核细胞与真核细胞的主要区别。
图1-1 原核细胞（细菌）结构模式图
原核细胞一般体积较小。其主要特点是无细胞核，仅由细胞膜包绕细胞质而成。其细胞膜外常有一层坚韧的细胞壁，其主要成份为蛋白多糖和糖脂。原核细胞的DNA为环形分子，为一条不与组蛋白结合的袒露分子，其结构特点是很少有重复序列，组成某一基因的编码序列排列在一路，无内含子。细胞质内，无细胞器与细胞内膜系，但有核糖体存在，大部份核糖体游离在细胞质中，只有一小部份附着在细胞膜的内表面。原核细胞蛋白质合成的特点是其RNA转录与蛋白质翻译在同时同地进行，即一边转录一边翻译，无需对转录而来的mRNA
细胞生物学与医学
