当前细胞基本生命活动研究的重大问题有哪些

如题所述

我们对物质的感性分析，目的是让人们能形象的感觉到隐藏在物质内在的自我，能理解到自我在物质每个层次，每时每刻，每分每秒的存在和作用，以及自然而然的驱使物质由低层到高层，由低级到高级的变化发展的过程。蛋白质的出现对地球来说，有利于对地球表面的保护，因为蛋白质相对于其它无机物以及简单的有机物来说，能简单的适应多变的环境，从而有效的缓解了外界因素对地球表面的破坏。因而物质自我创造性的进化，产生蛋白质，是太阳对地球的破坏，和地球的自我系统对来自太阳系统以及其它外界因素的破坏，所采取的相应措施的产物。同时，蛋白质产生后，进而存在更复杂的自我，就意味着高级的程度，因为蛋白质相对于其它的无机物和有机物有一定程度的活性，有效的适应环境的变化。再者蛋白质的自我为了蛋白质的永远存在，进化产生了更高级的蛋白质，核蛋白，即核酸和蛋白质的结合，核酸和蛋白质等生物分子是生命的物质基础，生命的起源关键就在于这些生命物质的起源。在没有生命的原始地球上，生命起源于原始有机物的起源与早期演化。化学进化造就了这一类化学材料，这些化学材料构成氨基酸，糖等通用的“结构单元”，核酸和蛋白质等生命物质就来自这些 “结构单元”的组合。 1922年，生物化学家奥巴林第一个提出了一种可以验证的假说，认为原始地球上的某些无机物，在来自闪电，太阳光的能量的作用下，变成了第一批有机分子。时隔31年之后的1953年，美国化学家米勒首次实验证了奥巴林的这一假说。他模似原始地球上的大气成分，用氢、甲烷、氨和水蒸气等，通过加热和火花放电，合成了有机分子氨基酸。继米勒之后，许多通过模拟原始地球条件的实验。又合成出了其他组成生命体的重要的生物分子，如嘌呤、嘧定、核糖、脱氧核糖、核苷、核苷酸、脂肪酸、卟啉和脂质等。1965年和1981年，我国又在世界上首次人工合成胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸。蛋白质和核酸的形成是由无生命到有生命的转折点。上述两种生物分子的人工合成成功，开始了通过人工合成生命物质去研究生命起源的新时代。一般说来，生命的化学进化过程包括四个阶段：从无机小分子生成有机小分子；从有机小分子形成有机大分子；从有机大分子组成能自我维持稳定和发展的多分子体系；从多分子体系演变为原始生命。
核蛋白的辅基是核酸。核酸是决定生物体遗传特征，担负生命信息和贮存和传递的生物大分子，其基本组成单位是核苷酸。自然界存在着两种核酸，胶氧核糖核酸（DNA）的核糖核酸（RNA）。DNA是遗传信息的贮存和携带者，RNA是参与遗传信息的表达。核酸的基本组成单位是单核苷酸，单核苷酸则由含氮碱基、戊糖和磷酸构成的。在核酸中所含的糖为五碳糖的称为戊糖，DNA含D-2-脱氧核酸，RNA含D-核酸。核酸中的碱基有两大类，即嘌呤碱和嘧啶碱。两种核酸所含的主要碱基都有四种。嘌呤碱主要都是腺嘌呤和鸟嘌呤，RNA中的主要嘧啶碱是胞嘧啶和尿嘧啶，DNA中主要嘧啶是胞嘧呤和胸腺嘧啶。嘌呤环和嘧啶环中含有共轭双键，因而都有吸收紫外线的性质。吸收高峰在波长260nm左右。核酸是由多核苷酸构成的不分支的长链，核酸和蛋白质一样有一级结构、二级结构、三级结构和四级结构，一级结构是指各核苷酸之间的连接方式及核苷酸的排列顺序，是由许多脱氧核苷酸分子聚合而成的生物大分子。DNA的二级结构是1953年由Watson和Crick提出的DNA二级结构的双螺旋结构模型（B型DNA），为DNA功能的研究奠定了科学基础，推动了现代分子生物学的发展。它完美的说明了遗传物质的遗传、生化和结构的主要特征。一些小病毒DNA可能只含有几千个碱基对，细菌含有数百万碱基对，而植物及动物的DNA分子由数十亿碱基对构成。因此，DNA必须在形成双螺旋结构的基础上进一步折叠成超螺旋结构，DNA才能存在于细胞，甚至细胞核中。
绝大部分原核生物细胞的DNA都是闭合环状双螺旋结构，进一步螺旋化形成超螺旋结构。再与蛋白质及DNA相互作用，高度压缩构成原核细胞的类核，才能容纳于细胞内。另外还有独立于染色体之外的环状DNA分子，称为质粒。环状DNA分子进一步扭转形成超螺旋。真核生物细胞的DNA与蛋白质结合，以染色质的形式存在于细胞核内，在细胞分裂期，染色质形成染色体，它们的基本结构单位都是核小体。
大量实验研究表明，组成生物体生物大分子的结构和功能，在原则上是相同的。例如各种生物的蛋白质的单体都是氨基酸，种类不过20种左右，各种生物的核酸的单体都是核苷酸，种类不过8种，这些单体都以相同的方式组成蛋白质或者核酸的长链，它们的功能对于所有生物都是一样的。在不同的生物体内基本代谢途径也是相同的，甚至在代谢途径中各个不同步骤所需要的酶也是基本相同的。不同生物体在代谢过程中都以ATP的形式传递能量。生物化学的同一性深刻地揭示了生物的统一性。19世纪德国科学家M.J.施莱登和T.A.H.施万提出细胞学说，认为动、植物都是由相同的基本单位──细胞所组成。这对于病毒以外的一切生物，从细菌到人都是适用的。细胞是由大量原子和分子所组成的非均质的系统。在结构上，细胞是由蛋白质、核酸、脂质、多糖等组成的多分子动态体系；从信息论观点看，细胞是遗传信息和代谢信息的传递系统；从化学观点看，细胞是由小分子合成的复杂大分子，特别是核酸和蛋白质的系统；从热力学观点看，细胞又是远离平衡的开放系统。所有这些，对于原核细胞和真核细胞都是一样的。

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