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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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  作者：KeithenZou 发布时间：2017-12-10 11:02:46

  看完了全书一半的内容，就差介绍基因表达的那些章节。为了理解人体的机械起源，后悔当初没学好细胞生物学，所以买来了这本书恶补一番。这本书就语言风格而言是通俗易懂的，就内容而言算是突出精要的主题，当然对于本科学习是足够的，突出了关键的内容，但是有些细节并没有过多提及，比如溶酶体的工作原理，细胞自噬原理，这些有关细胞防御机制的内容并没有提及。学细胞生物学一定要结合生物化学，这样才能理解细胞的机械起源——为什么细胞是这样而不是那样？关键还是归结为生物能学和进化的问题。有了细胞生物学的基础，人体机械起源问题就一目了然，理解这个问题的意义在于加强诊断的明晰性和诊断能力。

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• 细胞生物学入门好书

  作者：JudeLiu 发布时间：2019-08-12 08:03:50

  这本书涵盖了细胞生物学的很多方面，从DNA到蛋白质，从细胞膜到细胞骨架，从单分子到细胞组织，一应俱全，却也面面俱到，实在是细胞生物学入门的一本好书。

  我从中看到了非常多感兴趣的课题，只可惜精力有限，只能囫囵吞枣，一扫而过，但是从中所获得的一些知识的积累和固有观念的打破还是很有价值的。

  本书中我们如何得知的部分非常的有趣，通过列举实验设计与方法，说明了一些结论的得出，让人感受到了科学的严谨与力量，也让我学到了很多实验上的方法，可以在后续的科研中进行参考。书中的配图也非常的详细和准确，给阅读提供了很多便利，很多时候仅从图例中就可以读懂作者的意思了。

  另外，这种专业入门书籍往往可以让人对一个专业领域有一个大概的认识，让人不会因为对于此领域过于无知而产生误解。非常建议对生命科学感兴趣的人阅读，期待会有更多的人来阅读这本书。

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• 一点点体会

  作者：氡钫镭锕钍 发布时间：2016-05-31 23:21:22

  读这本书的感觉就是英文版的高中生物学，不过内容会深入得更多。（我才刚开始看，这本书是在学校图书馆借到的，当时看到的时候就爱上了<图片1><图片2>）

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• 已经发生的未来,你不可不知的人口事实及对我们生活的影响

  作者：袋袋熊 发布时间：2012-05-28 14:56:54

  引子

  在日常生活中，经常能听到很多同龄人或者比我大一些的人说：我的人生目标是提前退休，享受人生，环游世界。最早听到这话时，好像是在21世纪初，那时流行读《赢》，流行学习美国的韦尔奇，经济发展如长虹千里。那时家里有位比我年龄大不到一轮的长辈，刚成为一个米国500大（NOT 财富全球500大）企业国内的负责人。他在读“快鱼吃慢鱼”，他告诉我他的人生目标就是“提前退休，享受人生，环游世界”。那时，我20出头，觉得：“哇！这样的人生真好啊。”便也觉得这是自己的目标。

  十年过去了，我自己早就开始认同自己不过是芸芸众生之一，所谓乘喷气私人飞机环游世界这样的说法真是奢侈的笑谈，这时候去思考流行多时所谓“优雅的老去”这个标语，发现却是一个沉重的话题。我明白自己很有可能不会提前退休，因为我到现在还没怎么创业，曾经跟着创的业也以失败告终，如果在30来岁还没做这件事，到40岁左右可能就不会有那种放弃一切的勇气了。那么，通过创业实现兑现最终实现财务自由这个事，基本上似乎就无望了。自己的投资呢，除了失败之外，基本乏善可陈。因此就得有心理准备成为一个将来老了需要领养老金的人了。而我年轻到现在都不认为当公务员是一个人生的好选择，那么也意味着我已经放弃了按照现在标准领公务员退休金的可能。

  那么，自认苦逼的人要准备接受什么呢？

  于是我看了看我的外公外婆。他们很有代表性，因为外公1949年建政前就是永利錏厂的电焊八级工，工资堪比当时公司经理。（那时经理就是真管事的了，不像现在经理多数是跑腿的）经历这么多年的风浪。外公退休金可谓微薄，外婆在当时厂子后勤工作，情况类似。一回去见外婆，她问我薪水，我说了数字，外婆听后说：“天！你这是在做正经工作吗？”我心里清楚，我的薪水在行业里不过SOSO，而外公外婆早已不自己买东西多时，已经失去了经济上度量的概念。

  幸好，他们有子女5人，除一人先走外，还有4个子女在他们晚年时可以在身边，无论是精神上，还是经济上，都还有力供养，晚年无忧这点尚能做到。

  这个人口情况，我想是中国大多数家庭的情况。无论我们的爷爷奶奶外公外婆那辈是否拥有城市户口，一个相对大基数的家庭，或多或少能够提供保障或者提供保障的补充（除了不孝的家庭）

  我又想到我的父亲，生于农村，以努力读书读到大学，后来一步一步当上工程师，高级工程师，走上管理岗位。可是到了不到60岁，因为企业变革，被要求提前退休。如果往好的比，去看看与他同龄的公务员退休金一比，可能真的又要觉得微薄了。如果回想当年那奋斗路，是不是觉得好难受的呢？我不清楚他的心理活动。

  好在他们有基本的保障。还有我的父母有两个孩子，因为我们赶上了强制计划生育之前的那个尾巴。所以即便在“现收现付”的养老金体系下，还是能顺利地走完他们的生命余年的。

  前天在成都出差，碰到一个真正从工地打拼出来的中介，四川某个县里出来，他说：“我现在一个月固定得往家里拿三万块，才能维持得了家里的开支。”这里边包含着父母衣食住行医疗，老婆孩子的生活费。这也是一种形态。因为这个中介朋友自己仍是农村户口，而在目前这种“稀奇古怪”城市化中，其父母仍没有真正享受到城市里能提供的保障。他是一个很自强自立，不放弃一切机会的人，很江湖气。以前我会觉得这样打拼的人“吃相难看”，但是想想如果自己的父母不被养老医疗覆盖，一切开支全部都得自己一力承担，是不是自己会更“吃相难看”，不得而知。

  说这么多众生相，实际上是个引子，我们自己心里开始算帐了，才能意识到人口及养老的问题在我们这个国家有多严重。事实上，不是人人都能意识到这个问题的严重性与复杂性的。个体的人只能体会到这些责任和难处落到自己身上的感觉，梳理原因还得有人花些钻研劲儿才行。

  书介

  梁建章先生及李建新教授做了些钻研的工作，他们合著的《中国人太多了吗？》是一本通俗的关于中国人口问题的著作，非常值得一读。

  该书的主要结论是：中国应该抓住最后一个机会窗口，调整人口政策，开始提倡多生孩子。

  目的是：保证中国在2020~2030成为世界第一大经济体后，中国仍能有年轻的人口以保证这个拥有最多老年人口的国家能过继续运行下去，能在接下来的竞争中，继续保持竞争优势，而不是像日本、欧洲那样成为衰老的国度和地区。作者认为未来仍能保持成长、活力的国家是印度和美国。

  作者观察到一个早就发生的未来，即中国的强制计划生育政策实际运行的结果是，人口已经远远不能满足世代更替的要求。如果不及时调整政策，人口很可能会在两代人后大规模收缩，而且与这种收缩伴随的是一个一直都是老年人居多的需要供养的无活力社会。

  由于我一直关注老龄化和人口问题，且作者写得通俗易懂，所以书看得很快。梁建章先生还做了一个视频放在网上，大约30来分钟，如果不想看书，那么看完视频，也就能对我国人口问题有个符合实际的认识了。而且这个认识可不是当年落选总统候选人戈尔先生做的关于全球变暖的视频那么不靠谱哦。

  这本书有两个我一直能记得的有亮点的观点。

  一个来自梁建章先生。他由日本经济领军人物及创新能力发现老龄化国家会因为缺乏有闯劲的年轻人，而成为老化，没有创新力，并最终成为一个历史长河里昙花一现的国家。他很担心整体的高龄人口会阻碍中国持续创新。中国将在超越美国后，被美国再度返超，同时也会被更朝气蓬勃的印度超越。这可不是危言耸听。我们这个国家与1980年代相比，真的是少了太多活力。我那时还是个小学生，都对此有非常深的感知。即便到了1990年代晚期，我们这个国家还是敢尝试的国家，现在似乎变成了一个抱残守缺的国家。

  另一个来自李建新教授。他认为人口结构变化带来“婚姻市场”挤压效应，考虑到中国婚配模式，最终2020年代的剩男剩女，将集中于“女博士”和“男文盲”。同时由于性别选择，大量积压下来的“男文盲”（或者说是底层社会男子）会成为社会不稳定因素。如果说《非诚勿扰》这样的电视节目把讲着所谓“价值观一致”，却不愿下嫁的女性实际内心想法表露得很清楚的话；那么隐藏在近些年群体性事件背后的“剩男”“光棍”的影子就十分让人担心了。

  这本书，真应该作为高中生的国情教育通俗读本来普及一下。

  我们能做什么

  从现在开始到一个走一步都能碰到白发苍苍的老年人的社会，我们这些不能、不愿、不忍、没能力移民走的人能做些什么，让这个社会变得更好一些呢？消耗了第一次人口红利之后，是不是可以创造第二次人口红利，进而发生一些新生意呢？如何去判断一些打着老龄化的幌子来骗钱的勾当呢？

  首先，我们要认识到我们这一代人，可能会有极大的养老金缺口。因为我们国家的养老金实际上是我们这些工作人口一手交出，一手相关机构就支付给已退休的享有养老保险的人。目前享受养老保险的人的基数还不算特别大，因为这个时间段相对应的城市化率并不高。

  为了解决已在城市人口的养老和国家的“高速”发展，我们国家正在做无头脑的城市化，会带来更多的所谓城市人口。

  我来解释一下我们国家地方政府官员对城市化的理解，我想我是有资格说的，我曾和东北某地级市的市长吃饭时聊过这个问题。那是一个城市化率低于全国平均水平10个百分点的城市。他说：你看，我们有570万人口，十个点就是接近60万人。他讲话的出发点主要是要造新城，将人口导入城市。我相信他会努力地去创造就业机会，将变成市民的人口来供养城里的老人，但我的担心是就业机会的创造，没那么容易。

  让我再来说说鄂尔多斯。这个在我们小学时读地理“神府东胜”煤矿的“东胜”在2003年后大造城。在东胜区南25公里处修了个“康巴什”新城，被美国新闻周刊称为鬼城。2010年第六次人口普查数据显示，内蒙的人口增长多长在鄂尔多斯了。去年当地信贷泡沫破灭，人口快速流出。这个城市化很高的城市，不过是前些年透支了未来的发展。

  所以，对城市化，以及下任政府即将包装的“城镇化”要心存警惕。因为我们国家目前干的事，就是不断制造泡沫，你看看，这经济一减速，又要开始做一些“大项目”来抵御经济下跌。急速的城市化，没法解决人口老龄化的长期问题。

  因此，对养老问题要早做准备。正常情况下，能够享受到个人缴纳部分加社会统筹部分的共120个月，之后就全是社会统筹部分。也就是说如果60岁退休，你得做好思想准备到70岁后，养老金会下一个档次。我们自身的衰老，和没有鼓励政策可能会导致供养我们的人口进一步减少，很可能“现收现付”的养老体系会在我们这一代人需要养老的时候破产。那么，普通人们，屌私们，请准备好“活到老，干到老”。

  其次，不要相信所谓“养老地产”的忽悠。中国人口问题将是标准的“高龄少子”化。怎么说呢，就是65岁以上的需要供养的老年人集体增多，而16~64岁的工作人口在逐年减少（如果政府没有全面鼓励人口生育的话）。工作人口逐年减少，意味着缴税的人口在减少；65岁以上老年人会逐步走向死亡，意味着总人口在减少，总需求，总消耗都在减少。如果我们国家经济没有结构调整的话，意味着税源减少，土地出让金减少（现在明白为什么要在住房持有环节征税了吧）。目前的这种摊大饼式的远郊房地产，以20年为观察维度，会出现社区没有兴旺便会衰落的情况。该修整的路没法修整，该运行的班车减少班次，甚至连路灯换个灯泡都不见得能够及时做到。怎么能做到老来安居呢？今年我在重庆坐地铁，3号线，平峰时段要等10多分钟，这还是中国人口最多的直辖市啊。我们面对的时代，将是一个地产收缩的时代。

  但是整个人口结构的衰老，和看见死亡带来的震撼可能又能促进亲情消费。核心家庭再度向大家庭靠拢，或者更多家庭活动在上一代人生命余年里发生，都是生意机会。比如度假酒店或者类似产品生意会不错。携程与其它的钱一起投了“途家”这种well planned旅行的产品，未来就很有发展前途。虽然中国“未富先老”，但还不是“又穷又老”。

  中国老龄化在发生着。其实无论你是否离开这块土地，你还是跟这块土地发生联结。因为我们多数人的父母要在这里离开人世。我们可能也会在这里离开人世。

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• 在佛罗伦萨看人类第一个天才

  作者：陈律读书 发布时间：2021-07-07 10:45:43

  看完《达芬奇传》和《圣母百花大教堂的传奇》，再加上自己在佛罗伦萨的所景所观，谈一谈佛罗伦萨和达芬奇。

  世界四大教堂之一的圣母百花大教堂的穹顶欢迎着每一位到访的游客。

  乔托钟塔下布鲁内莱斯基花了175年才彰显了巴洛克式的浪漫，文艺宝库的乌菲兹美术馆前人来人往。

  佛罗伦萨不仅仅有文艺复兴三杰的故事，也是马基雅维利、但丁和薄伽丘的故乡。每一个来到意大利的人，都会被佛罗伦萨的极致文学和艺术体验所感动。

  到了佛罗伦萨，一定不会让你感到后悔。

  达芬奇惊人的创造力与美第奇家族在托斯卡纳地区的辉煌，共同演绎了佛罗伦萨的美丽故事。

  

  佛罗伦萨

  佛罗伦萨，美第奇家族统治下的文艺复兴之都。徐志摩给佛罗伦萨取了一个美丽的名字——翡冷翠。

  佛罗伦赛其实是在一个地中海气候的小镇，在阿尔诺河的两岸的肥沃土地上。

  15世纪的时候，这座城市才真正的兴盛起来，成为当时欧洲的文艺复兴的中心。

  15世纪佛罗伦萨的兴起与热衷艺术的美第奇家族有关。阿西莫·美第奇成为佛罗伦萨的实际掌权者之后，开始赞助和收藏大量的艺术作品。

  圣母百花大教堂，是佛罗伦萨地标性的建筑。

  美第奇家族通过圣母百花大教堂穹顶的修建，以及在与布鲁内莱斯基的合作当中，站上了佛罗伦萨的政治中心。

  这个家族的成员后来又有了国王和教皇。家族成员教皇利奥十世，让统一的西方基督教陷入了分裂。

  佛罗伦萨的美第奇时期，他们资助了达芬奇画了《三博士的朝拜》、资助米开朗基罗画了《圣家族》系列和资助拉斐尔的《金雀翅的圣母》。

  佛罗伦萨最著名的除了圣母百花大教堂，还有领主广场。

  广场附近的皮蒂宫有，著名的“大卫”雕像，乌菲兹美术馆旁边的佣兵长廊，一座座米开朗基罗的作品栩栩如生。

  佛罗伦萨在美第奇家族衰落之后，归入到了后来统治欧洲面积最大的——奥地利哈布斯堡家族手上。

  

  天才达芬奇

  《达芬奇传》这本书实在太有意思了。

  我们所熟知的达芬奇是世界最著名的绘画作品：《最后的晚餐》和《蒙娜丽莎》的画家，很多人不知道的是他是多领域跨界的天才。

  他画出了医学史上第一份《人体解剖图》，被认为是近代生理解剖学的始祖。同时他是第一个画出胚胎形状和发现血液循环的人。

  他在米兰的皇宫里还是制作里拉琴的高手和演出庆典设计师。他当时设计的可以变化的舞台设计，成为皇宫舞台文化的标杆。就像今天人们对好莱坞的推崇。

  他还是武器设计师和城市规划师，他不仅仅是一个艺术家。达芬奇更是一个天才，有着超凡的想象力、热切的好奇心，以及跨学科的创造力。

  对于达芬奇来说，他几乎没有上过什么学，也不认识欧洲当时最主流的拉丁文。

  他的才能不同于后来，如同天启的牛顿和爱因斯坦。达芬奇的才能对于我们来说，不仅仅可以理解，更可以学习。

  通读本书，我更加确信通过刻意练习，这些才能得到强化。比如强烈的好奇心和细致的观察力。

  同时，那些我曾经我忘了的想象力是如此重要。只有想象力，才能让人兴奋不已突破创造，也只有想象力为我们打开新的世界。

  

  圣母百花大教堂

  达芬奇的创造力密码

  乔布斯曾说：“那些在人们眼中的疯子，在他眼中却是天才。”

  乔布斯认为疯狂到认为自己可以改变世界的人，或许正是改变这个世界的人。达芬奇就是一个改变世界的人，但绘画上举世的造诣，让人们忘记了他的其他方面的天才表现。

  通读本书，或许我们可以从中发现一些达芬奇非凡创造力的秘密。

  保持好奇

  达芬奇所做的每一件事情，都需要去探究问题的本质。他想知道怎么通过平面画图达成立体效果，他想知道血液流通人体的意义。

  他在任何生活中的过程，都去思考和探索，这件事情为什么是这样的发展。

  他知道并非所有的知识都是有用的，但是求知的过程本来就是一件无限欣喜的事情。

  他像个孩童般喜欢问：“为什么？”他从没有因为自己长大而抛弃了自己纯真的初心。所以他的名画是如此的圣洁和纯净。

  勤于观察

  达芬奇有着敏锐的观察能力，他观察人表情和情绪的变化。他通过观察人体肌肉的变化，来分辨人的情绪。

  他观察光在不同角度的反射和光在不同画布材料中的效果，来让自己的画作更立体，因此才有了艺术高深的《岩间圣母》。

  他观察不是一个笼统的观察，而是从一个逐步的细节逐渐开始。通过观察鸟的起飞，逐步确定每次鸟类扇动翅膀的姿势，因此才有了飞行器。

  

  佛罗伦萨

  兴趣广泛

  达芬奇做一系列的尝试，他从不会因为未知而放弃自己尝试的脚步。所有的新鲜事物，都会让他眼前一亮、跃跃欲试。

  他的头脑丰富多彩、富有幻想。他通过艺术给技术之间的结合，从而模糊了艺术和技术的边界，产生出了令人惊讶的作品。

  乔布斯的苹果，不就是技术和艺术的完美结合吗？达芬奇对身边的每一件事情都兴趣广泛、都穷追到底。

  如今，我有时总会担心这个知识对我来说是否有用。而这个时候开始，我已经开始在无趣的道路上面越走越深。

  可是，我永远希望自己是一个满心好奇、满怀求知的孩子！

  

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• 推理糖衣内的甜美糖果

  作者：暗夜大佬 发布时间：2009-11-12 21:33:55

  推理糖衣内的甜美糖果

  现在的推理小说读者往往都有这样一个误区，推理小说＝好的诡计，同理，若诡计不好，那这本小说一定不是一部好的小说。看网上读者对于宫部美幸（宫部みゆき，又译为宫部美雪）的《龙眠》评论，几乎都是一边倒，说这部小说的诡计实在不行，甚至有人发出“这是一部推理小说吗？”的疑问。

  当然，若是单纯看这部小说里的诡计，确实并非多么强大，也并非多么震撼。但是，正是这部大家认为几乎不像是推理小说的小说荣获了1991年度的日本推理作家协会大奖，难道说评委们瞎了眼睛吗？

  所以说，这确实可以称得上是一部推理小说，日本的推理小说那么多，那些评委们选择这本而不选择其他小说当然要有一定的理由。可见，在日本，推理小说已并非完全依靠诡计来支撑了。

  从欧美起源的推理小说，流入日本之后，经过多年的发展及对本土文化的融合，日本的推理小说呈现出多种多样性。这可以说是随着现代社会的发展，或许读者们已无法仅仅在诡计中满足了，他们想看到的是更发人深思的新式推理小说。有一些推理小说已将诡计弱化，却从其他方面来完善及补足，比如说强化故事性，涉及人性的探讨，偏重于社会问题的揭露等等。这些小说几乎是仅仅披着推理的透明外衣，而以此向更广阔的空间发展了。

  《龙眠》就可以看作是披着推理透明外衣的社会问题小说，其中还加了一些灵异的奇幻的情节，在这碗方便面中加入了一些不一样的调料。这本书涉及了两件案件，一件是七岁儿童落入下水道事件，另一件是家庭主妇绑架事件，案件都不复杂，第一件案子，“凶手”、手法、动机等等全都摆了出来，可谓是毫无悬念，而第二件虽然“凶手”是隐藏着的，但对于遍读推理小说的读者们来说，这件案子的案情不难猜测。相较于此，个人认为前二章讲到的“超能力”的读心术以及对“超能力”的“福尔摩斯”式的破解还比较精彩一些。

  《龙眠》的节奏比较缓慢，任何事似乎都有些不急不慢，娓娓道来，叙述语气有些哀伤（个人感觉），整篇小说都透着一种淡淡的忧伤。同为社会派推理小说家的森村诚一的小说节奏明快，语言精炼，情节也较紧凑，刚读过森村诚一小说的我，突然切换过来读宫部美幸的小说一时竟然难以适应。

  抛开《龙眠》中推理的情节来说，这是一部很不错的社会问题小说。身体有缺陷的人生活固然不易，但具有超能力的人生活就很快乐吗？我们如何看待他们，我们是他们的话我们怎么样应用这些能力？

  作者反映社会问题，将问题提出来却并不解决，只提出一些自己的看法。这似乎是社会派推理小说常用的作法，但就小说社会性来说，宫部美幸实在比不过松本清张、森村诚一这些社会派的大师们。可作为一名女作家，小说中加入了男作家们所没有的温柔神秘及风趣幽默，在这血腥阴冷的社会派推理小说中注入了女性的柔性。恐怕这也是那些男作家们也做不到的吧。

  就此，小说的内涵早已超越了推理小说的范畴了。换句话说就是，“推理”只是一层糖纸，而深层反映的社会问题才是那糖纸包裹下的甜美的糖果。这让我想到了前不久阅读过的岛田庄司的《龙卧亭杀人事件》，那篇的诡计有些差强人意，但透过纸背反映的社会现实却深深震撼了我。推理大师们更想让我们看到的是推理之外（或者说是诡计之外）的东西，但我们过于执着了，反而只看到了糖纸，而丢掉了甜美的糖果。

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• 全書概要

  作者：Ben 发布时间：2010-04-28 21:28:29

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• 《詩經》四部主要注本小識

  作者：夏虫 发布时间：2023-02-07 11:39:15

  《詩經》四部主要注本小識

  （《詩毛氏傳疏》《毛詩傳箋通釋》《詩三家義集疏》《詩經注析》）

  璩理

  對今人來說，《詩經》無注則不能讀，問題是哪本或哪些本注？古注最早爲毛詩和齊魯韓三家詩，皆爲秦火後，漢代人傳詩所作之註釋，其實若統一按注者所處地域的叫法，毛詩當稱為趙詩，韓詩應稱為燕詩。毛詩爲古文，三家爲今文，在文本的原文、次序，以及詩旨、詩義的解釋上，毛詩與三家分別較大，三家則比較接近。漢時三家詩遠盛於毛詩，置於官學，後至東漢鄭玄，兼通今古文，兼采三家而爲毛詩作箋，其後毛詩獨大，三家詩以至漸次失傳，只能從他書的徵引，以及他書作者在《詩》學的傳承上屬於三家的，看其如何引、用《詩》的文字或內容，以間接探究三家義理。唐代孔穎達又爲毛詩作《註疏》，毛傳，鄭箋，孔疏，就是最重要的遠古注。宋朱熹《詩集傳》慾廢毛詩，可惜說到未能做到，終不能脫離毛詩窠臼。其實漢代是訓詁學的草創時期，而清代則是大成時期，清人注詩的成就，是近古注的巔峰，代表性的就是陳奐、馬瑞辰的毛注，王先謙的三家注。陳、馬同時，王注後出，訓詁考據皆可借鑒陳馬成果，而王注的前期工作，即三家詩文本或意旨的輯佚，也非自其始，主要是承繼陳喬樅。從學歷看，陳65嵗舉孝廉方正，只是特科的舉人，馬23嵗進士選庶起士，陳、馬的學術成就限於經學，這兩部注基本就是他們畢生的成就了；王先謙23嵗進士庶起士，後屢授翰林院編修，國子監祭酒，內閣大學士，在經、子、史領域皆卓然成家，與俞曲園（師陳奐而上承戴震、段玉裁、二王父子），孫詒讓是國學真正殿軍，他們之後就是連結舊學與新學的章太炎了。不過王在音韻訓詁方面卻又不及陳、馬。而門戶之見上，陳固持毛，王嚴守三家，馬則能兼毛與三家。

  古注自毛傳起，至王的三家注，都被古代意識形態（廟堂儒學）所玷汙，無計擺脫。這三本清注之後，較詳的學術性《詩》注，只有陳子展《詩經直解》和程、蔣這部《詩經注析》，高亨，周振甫不足論。陳注《直解》受當代意識形態（唯物史觀）的玷汙嚴重，程蔣注難得的是完全沒有受古、今意識形態的汙染，盡廢毛詩（及三家詩）立意而存其訓詁，又拒絕從所謂的唯物史觀去歪曲詩義。程蔣注的唯一遺憾是過簡了些，其實62萬字的篇幅，已經接近那三部清注了，馬、王注大約都在68萬字上下，陳注近百萬字，但是《注析》讀來總是像半詳註而非詳註。為什麼《詩經》還沒有當代的彙校集注本？杜詩已有兩部，李詩更有四五部，漢語詩之祖本卻仍付闕如。

  毛與三家詩傳皆成於漢，漢人比今人的優勢在於文字、歷史與原始文本更為接近，但是 一，若從字詞的訓詁和上下文的詞章讀不出的義旨，則無內證；二，詩中所言之事又於史無徵的話，則無外證，內外證皆無的論調，可視為毛與三家注者的臆測，而漢人的臆測並不比今人的臆測有更高的價值。下面解剖《詩經》第一首詩和最後一首詩，簡單討論下內證外證問題，看看四本註釋的得失。

  《關雎》內證。從文本看，這明明是一首單相思的情詩，程蔣注稱其旨爲貴族男子失戀的想像，為何是貴族？因為詩中的樂器，定是貴族所用，也許是這證據太明顯，程蔣甚至都不提一下。但是這樣一首詩冠於三百篇之首，成何體統？先王如何“以是經夫婦，成孝敬，厚人倫，美教化，移風俗”（毛序）？三家詩皆言《關雎》爲“刺詩”，毛詩以之爲“美詩”（王注説毛傳“匿刺揚美”），先說美，美是美“後妃之德”，這樣，淑女就是後妃。好吧，後妃就後妃，那文本中抹不去的思慕之情怎麽算？有轍，後妃思念有德的女子，如是則淑女是後妃所思之人，恨不得賢德女子與之共侍夫君，就問你服不服？鄭箋：“言後妃既得荇菜，必有助而采之者。言賢女之助後妃共荇菜，其情意乃與琴瑟之志同，共荇菜之時，樂必作。”是不是已經很有Lesbian味道了？再說刺，刺誰？誰刺？這主要來自魯詩，說周康王有一天起晚了，於是群起而刺之，有說就是后妃刺的，有說后妃不待見晚起的康王，周圍有人見幾而刺的，後又有說康王是因寵溺后夫人而晏起的，則后妃、臣子、百姓皆可爲刺。好吧，如果就此歷史事件而刺，該如何刺？白居易說了，那是要如此這般的：“春宵苦短，君子晏朝”。如果說《詩》刺人不會如此直白，而是非要兜轉到無人能看出端倪，也難服人，因為三百篇中比這更直白的多了去了。

  美也罷，刺也罷，還有一個大問題，就是用到的樂器。後妃思淑女，玩玩琴瑟也就罷了，鐘鼓可是祭祀才用的。這裡王注得意了一下，指出韓詩此處作“鼓鐘”，這就沒問題了，“鼓”作動詞，鼓鐘就是擊鐘。貴族房中樂器可用到鐘磬等，不必祭祀。王說韓詩此孤證，解決了毛詩千載大疑難，由此可見三家詩的價值。我們應如何看待王的說法？先說負面的，王也不費事解釋一下，若“鼓”作動詞，鼓鐘與琴瑟就不平行了，你總不能說“琴”是動詞，琴瑟就是彈瑟或鼓瑟吧？再說正面的，前面說了，毛和三家詩義旨可廢，而訓詁不可廢。“鼓鐘”如果可以解決後妃私淑的問題，那麽也可以解決貴族男子單戀的問題：你單戀就單戀，也用不著祭祀的排場吧？而公子哥自己在家奏樂思春，就沒毛病了。其他字詞的訓詁，馬注“窈窕”詳些，陳注“寤寐”詳些，這倒未必是他們各自覺得哪個詞更重要，而更可能是他們各自接觸到的資料就分別是關於那個詞的多些。

  《殷武》外證。本詩列於商頌,文本裡明明提到成湯、武丁、殷都，毛序與孔疏想當然認為該詩頌商,王注據韓詩卻認為本詩乃敘宋襄公“去奢即儉”，那麽到底是頌商？還是即商言宋？陳依毛傳，亦步亦趨將此詩釋為頌殷高宗武丁的。馬則只在乎文字訓釋，文本直接涉及的史地，如湯、羌氐等，則照搬左傳、周書、竹書、山海經等古書，只及殷商，無關宋事。年少於陳、馬十來嵗的魏源，從春秋和魯頌平行詩“荊舒是懲”，考證出此詩為宋襄公頌其父桓公召陵攘楚之伐，宋爲殷商舊族封地，以殷的繼承者自居，藉殷舊事以頌宋新事，詩中涉桓公之伐，與春秋和魯頌“同時同事同詞”，這就是板上釘釘的“於史有徵”。王注從韓詩，進而將魏源的考證視為定論。程注撿了魏和王的現成，只加上了一則間接證據：以殷商的甲骨金文，作不出這樣一首成熟的詩來。對此我倒是頗為保留。

  除卻本詩所頌的對象這一層，還是陳注最詳細，另三注都顯得過簡。陳注引《呂覽》述湯時置網捕獸，收其三面而放其一面，給獵物逃生，就是所謂的網開一面，湯之德及於禽獸，令南地四十國（即楚地）來歸；詩末句“寢成孔安”，陳奐將“寢”——路寢，寢廟，從建築名堂上考據得極為詳盡。王注可能真的找不到三家詩的相關內容，對此句根本未注。程蔣則只是簡注出“寢廟。指春秋宋君所建的高宗廟”。馬注不附原文，只選需要注的字句加注，最後這句就沒有選，注到“旅楹有閑”為止,篇末訓“閑”為“大”,也是根據韓詩而非毛傳。馬注《殷武》獨到的是從文字訓出“荊”“楚”兩字同指，所以歷史上楚地、荊州可並稱互用。馬注的整體特色也在文字方面，尤其是通假，雖然有時會稍過。

  從這兩首詩的註釋文字看來，陳注可讀性最差，一字或一詞，跟隨他的詳註兜一大圈，很大可能是仍然不知道這字念啥，是啥意思，不過註釋的內容還是陳注最詳。馬注行文就簡潔流暢得多，但是不附原文給閱讀帶來很大障礙。王注行文也不甚艱澀，只是內容受限三家詩之不存。其實《詩》之文字，尤其是音韻，不宜求之過甚，畢竟古今音相差太大，就是當時各地口音差異也極大。單讀三部清注中的任何一本，對生字的讀音完全無所適從，雖然陳注在後附部分有專章《釋毛詩音》。程蔣注混用拼音，直字，反切，注出難字讀音，再簡單列出韻腳字，這已經夠了。若要一本可靠的注本，知道《詩》大致怎麽讀，怎麽講，程蔣注大致敷用。另三本注各有優劣，而且彼此不可取代。最後，還是要再次呼籲當代的《詩經》彙校集注本，要做到《杜甫全集校註》那樣式的！

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