生物在医疗上的应用
什么是生物细胞
什么是细胞
细胞
细胞是一切生物结构和功能的基本单位。它能够表现各种生命现象：例如新陈代谢、生长和发育、繁殖、遗传、变异、应激性和对环境的适应等。
所有细胞都是由水、盐类、核酸、蛋白质、糖、脂质，以及其他各种微量物质如维生素、细胞代谢中间产物等组成的。水、盐离子和某些维生素或与细胞或与大分子组成复合物，或者游离存在。不同细胞或生物中，其含量的差别往往很大。
生物活细胞的80％是水，每100个分子中有99个是水分子。营养物质和氧都是以水溶液的形式运送到细胞中去的。细胞一旦失去水分，生命过程就会停止，甚至死亡。由于具有高比热容、高蒸发热和高溶解热等重要特征，所以水还具有稳定生物体温的作用。
无机盐物质在细胞中以离子形式存在，浓度变动范围很小，主要作用除维持渗透压外，不同离子在细胞中还各有其特殊的功能。
核酸、蛋白质等4种大分子物质约占细胞干重的90％以上，细胞的生长、繁殖和分化等都要依靠这些分子的特性才得以表现。
根据结构，通常把细胞分为两大类：原核细胞和真核细胞，除原核细胞外；细胞由细胞核和它周围的细胞质，以及包在外面的质膜构成。大多数植物细胞在质膜之外还有细胞壁。细胞质内还存在许多亚细胞结构（细胞器），它们分别担负着某些专一性功能。主要细胞器有线粒体、内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、中心体、液泡、质体等。
细胞膜
细胞膜是包围细胞质的一套薄膜，又称细胞质膜、外周膜。它是由蛋白质、脂质、多糖等分子有序排列组成的动态薄层结构，平均厚度约十纳米。
细胞膜主要由脂质、蛋白质（包括酶）和多糖组成，脂质和蛋白质各约占膜干重的一半稍弱，多糖不到10％，水约占膜湿重的1/5，此外还有少量的无机离子等。
脂质中大部分是磷脂，其次是胆固醇，还有少最糖脂，有些细胞膜（如嗜盐菌膜）还含有硫脂，它们都是兼性分子。细胞膜中脂质分子的亲水端向外，疏水端向内排成脂质双分子层。脂双层的内外两层中的脂质分子分布是不对称的：糖脂都在外层，糖残基位于脂双层的表面。磷脂在内外两层中的分布是不相等的。
细胞中大约有20％～25％的蛋白质分子是与膜结构结合的。根据这些蛋白质与膜脂的相互作用方式及其在膜中分布部位的不同，粗略地可分为两大类——外周蛋白和内部蛋白。外周蛋白分布于膜的外表面，约占膜蛋白的20％～30％。它们都为水溶性蛋白质；内部蛋白约占膜蛋白的70％～80％，它们有的部分嵌入双分子脂质层中，有的跨膜分布，还有的则全部埋藏在双分子层的疏水区内部。
细胞膜约含5％～10％的多糖，这些糖主要以糖脂或糖蛋白形式存在，具有很重要的生理功能。细胞与周围环境相互作用中（细胞间识别、激素作用等等）几乎都涉及糖脂和糖蛋白，它们也是膜抗原的重要组成成分。
流动性是细胞膜结构的基本特征，它既包括脂质、也包括膜蛋白的运动状态。影响细胞膜流动性的因素很多，除膜蛋白本身的成分外，温度、pH值度、金属离子以及离子强度等都会对流动性产生影响。合适的流动性是膜蛋白（包括酶）呈现合适的构象从而具有较高活性的重要条件。
细胞壁
细胞壁指细胞外围的厚壁，是植物细胞特有的结构，具有保护和支持作用，并与植物细胞的吸收、蒸腾和物质的运输有关。细胞壁由三层组成，分别为胞间层（中层）、初生壁和次生壁。胞间层把相邻细胞粘在一起形成组织。初生壁分布于胞间层两侧，所有植物都有。次生壁在初生壁的里面，又分为外、中、内三层，在内层里，有时还可出现一层具瘤层。
细胞壁的胞间层基本上是由果胶质组成；初生壁是由水、半纤维素、果胶质、纤维素、蛋白质和脂类组成；次生壁的主要成分也是半纤维素和纤维素，果胶质很少。而这些化学组成在生长与发育过程中是不断改变的。
细胞核
细胞核通常是光学显微镜下可见的细胞内最明显的结构，它以染色质形式储存了绝大部分遗传信息。除哺乳类动物的红细胞和高等植物的成熟筛管外，所有真核细胞都有细胞核。细胞核在一定程度上控制着细胞的代谢、分化和繁殖。
细胞核的形状常随细胞的形态、代谢状态或发育阶段的不同而有差别，不同细胞的核的大小往往差别显著，小的直径不足1微米，大的如苏铁科植物的有些卵细胞核直径可达500～600微米。多数细胞只有一个细胞核，但也有双核细胞，例如多种原生动物、部分肝细胞和软骨细胞等，另外还存在多核细胞，细胞核数目有时达百余个，如破骨细胞等。
间期细胞核由核膜、核仁、染色质和核液4部分组成。核膜将细胞内的原生质分为核质和胞质两部分；核仁一般呈球形或卵圆形，由微丝区和颗粒区组成无被膜结构；染色质分为常染色质和异染色质；核液为无定形基质，其中存在多种酶类、无机盐和水等，为细胞核进行各种功能活动提供了有利的内环境。
细胞核是细胞内合成DNA和RNA的主要部位。前者是保存并传递遗传信息的物质基础；后者包括不均一RNA和小分子RNA两类。一般认为，不均一RNA是DNA的前体分子，小分了RNA包括经加工后所形成的rRNA和tRNA等。除去tRNA以外，其他功能性RNA都同特异蛋白质相结合，形成复合体，通过核膜孔传输到细胞质。这种以复合体存在的形式，可能有保护DNA不受核酸酶分解的作用。
生命的构成
蛋白质
蛋白质是指生物体内普遍存在的一种主要由氨基酸组成的生物大分子。它是生物体最基本的物质，担负着生命活动过程中各种极其重要的功能。氨基酸是蛋白质的基本结构单元，在蛋白质中出现的氨基酸有20种。氨基酸以肽键相互连接，形成肽链。
蛋白质在生物体中有多种功能：①催化功能。有催化功能的蛋白质称酶，生物体新陈代谢的全部化学反应都是由酶催化来完成的。②运动功能。从最低等的细菌的鞭毛运动到高等动物的肌肉收缩都是通过蛋白质实现的，肌肉的松弛与收缩主要是由以肌球蛋白为主要成分的粗丝和以肌动蛋白为主要成分的细丝相互滑动来完成。③运输功能。在生命活动过程中，许多小分子及离子的运输是由各种专一的蛋白质来完成的。例如在血液中血浆白蛋白运送水分子、红细胞中的血红蛋白运送氧气和二氧化碳等。④机械支持和保护功能。高等动物的具有机械支持功能的组织，如骨、结缔组织以及具有覆盖保护功能的毛发、皮肤、指甲等组织主要是由胶原、角蛋白、弹性蛋白等组成。⑤免疫和防御功能。生物体为了维持自身的牛存，拥有多种类型的防御手段，其中不少是靠蛋白质来执行的，例如抗体即是一类高度专一的蛋白质，它能识别和结合侵入生物体的外来物质，如异体蛋白质、病毒和细菌等，取消其他有害作用。⑥调节功能。在维持生物体正常的生命活动中，代谢功能的调节，生长发育和分化的控制，生殖功能的调节以及物种的延续等各种过程中，多肽和蛋白质激素起着极为重要的作用。此外，尚有接受和传递调节信息的蛋白质，如各种激素的受体蛋白等。
脂质
脂质又称类脂，是生物体内一大类不溶于水而溶于有机溶剂的有机化合物。它包括中性脂肪、磷脂、糖脂、鞘脂、类萜、类固醇、蜡等。不同脂质的化学成分和化学结构各异，有由碳、氢和氧组成的简单链状分子，也有具有多种成分的复杂的支链结构和环状结构。根据其结构组成成分可分为：①简单脂质。即脂肪酸与各种不同的酸类形成的酯，包括酰基甘油酯和蜡。②复合脂。即含有其他化学基团的脂肪酸酯，包括磷脂、糖脂和其衍生物。③不皂化的脂质。即不含脂肪酸的脂质，如类固醇等。除上述脂质外，还有脂蛋白和脂多糖等杂合分子。
脂质具有各种不同的生物功能：脂肪酸是生物体的重要能源，它以三酰甘油（脂肪）的形式储存能量，也是许多结构脂质的构件。皮下脂肪具有防止机械损伤和防止体内热量散失的保护作用。磷脂、少量糖脂和胆固醇是生物膜的重要结构组成成分。糖脂作为细胞表面物质，与细胞表面识别特异性和组织免疫有密切关系。另外有两类重要的不皂化脂质（不含结合的脂肪酸，不能被碱所皂化，即水解的物质）：类萜和类固醇，它们分别具有激素、维生素、辅酶等多种生物功能。
抗体
抗原是具有免疫原性和反应原性的物质，而能与抗原特异性结合并具有免疫活性的球蛋白，即为抗体。它一般是由抗原刺激B细胞分化成浆细胞后产生的。抗体分子具有结合部位（结合簇），能与对应的抗原决定簇结合。抗体与不同的抗原结合往往出现不同的反应，因而常给抗体以不同的名称，如凝集素、沉淀素、抗毒素、溶血素、溶菌素等。
按其来源可将抗体分为天然抗体和免疫抗体，免疫抗体是由抗原刺激机体产生的，如受微生物感染或接种疫苗后产生的抗体；按其作用可分为抗毒素（能中和细菌外毒素毒性的抗体）、抗菌抗体（能与细菌结合的抗体）和抗病毒抗体（能与相应病毒结合的抗体）；按其与抗原结合后是否出现可见反应，则可分为完伞抗体和不完全抗体。前者指在试管中与相应抗原结合后，在电解质的参与下，出现可见反应的抗体；后者指在结合后不出现可见反应的抗体。
酶
酶是牛物体产生的具有催化作用的蛋白质。它是细胞赖以生存的基础，细胞新陈代谢包括的所有化学反应几乎都是在酶的催化作用下完成的。
酶在食品、纺织、发酵、制革等工业中广泛应用，与临床治疗和诊断也有着密切的关系，它在农业和国防上的应用更有广阔前景。食品工业中应用的有淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、果胶酶等数十种。20世纪60年代以后出现了以酶制剂取代老的发酵法的趋势。70年代时，又发展了固定化酶的新工艺。农业方面的应用主要集中在杀虫剂农药上，在医学方面，人体的许多疾病与酶的正常催化作用受到干扰破坏有关。血清酶学诊断是重要的临床诊断手段。当人体患有某种疾病时，一些组织或器官就会发生病变，细胞破损，许多酶就会随之进入血液，使得这些酶在血清中的含量和活性明显升高。许多化学药物、抗生素的治疗原理是由于它们能选择性地作用于致病微生物体内的某一酶系，从而阻断该病原微生物的正常代谢，导致它们的死亡，而这种药物对人体无害或危害较小。此外，酶也可直接用作药物。
核酸
核酸是由数十至数十亿个核苷酸通过磷酸二酯键形成的一类生物大分子。动、植物和微生物都含有核酸。根据组成成分不同可分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。DNA是绝大多数生物的遗传物质。某些病毒和噬菌体则以RNA为遗传物质。遗传信息的传递和表达是通过核酸分子的复制、转录和转译等一系列复杂过程实现的。核苷酸是核酸的组成单位，它由碱基、戊糖和磷酸构成。核苷酸的连接方式和排列顺序，称为核酸的一级结构，核酸还具有二级和三级结构，1953年J.D.沃森和F.H.C.克里克提出的DNA双螺旋结构就是DNA的二级结构。DNA的超螺旋结构和酵母苯丙氨酸tRNA的倒L型立体结构被称为三级结构。由于核酸带有大量的磷酸基团，呈强酸性，所以在生物体内一般以盐的形式存在。核酸的碱基（嘌呤或嘧啶）是由氨基酸、二氧化碳以及碳化合物合成的，因此在正常情况下，生物体能合成自身所需的嘌呤和嘧啶（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶）。在生物体内核酸降解时先生成核苷酸或寡核苷酸，寡核苷酸进一步水解成核苷酸。核苷酸脱去磷酸则成核苷，后者经核苷磷酸化酶或核苷水解酶的作用放出碱基。在不同动物中再经降解成为尿酸、尿囊素、尿素或β-丙氨酸等物质。1955年以后，用化学和酶相互促进结合的方法，已合成了许多核酸。核酸的人工合成无论是对结构与功能的理论研究还是近年来飞速发展的基因工程都有极为重要的意义。
新陈代谢
新陈代谢是生物体的各组成物质通过合成及降解不断更新的过程和能量交换过程的总称，简称代谢。新陈代谢从方向上区分，有合成代谢和降解代谢。生物体一方面必须经常合成其组成部分以补充消耗，另一方面，除组成部分不断消耗外，还必须通过食物的降解过程摄取能量。生物体的各个部位以不同的速率进行活动，但是却不是不变的。处于生长期的生物体，其合成代谢超过降解代谢，即收入超过支出，体重逐渐增加，成为生长期的主要特征。如果生物遇到营养不足或生理活动发生障碍的情况如饥饿、疾病、环境不良等，则发生暂时性的消耗超过合成，动物出现体重下降，植物则枝枯叶落。在不利环境克服之后，又可恢复生长或平衡；如果不能克服则以死亡告终，代谢结束。