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标 题: 第十三章◎通过一扇狭小的窗户（1）�
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Oct 10 12:58:14 2000), 转信
第十三章 通过一扇狭小的窗户
生物学家乔治·渥特曾经把他从事的一项极为专门化的研 究课题——“眼睛的视觉
色素”比作是“一扇狭小的窗户，一 个人离这扇小窗户比较远，他就只能看见窗外一点
亮光。但当 他向窗户走近些时，他所看到的窗外景象就越来越多；直到最 后，当地贴
近窗户时，他能够透过这个狭小的窗户看到整个宇 宙。”
这就是说，我们应该把我们研究工作的焦点先放在人体的 个别细胞上，再放在细胞
内部的细微结构上，最后再放在这些 机构内部的基础反应上——只有当我们这样做的时
候，我们才 能够领悟到仍然将外部化学物质引入我们体内环境所带来的严 重长远影响
。
医学研究仅仅在最近才注意到对个体细胞在产生能量过程 中的功能研究，这种能量
是生命存在所必不可少的。人体内能 量产生的非凡机制不仅仅对健康是个根本问题，对
整个生命也 是如此。它的重要性甚至胜过了最重要的器官，因为没有正常 的和有效的
产生能量的氧化作用功能，身体中的任何机能都不 能发挥作用。然而许多用于消除昆虫
，啮齿动物和野草的化学 药物都具有这样的特性，它们可以直接打击氧化作用，并且破
坏这一系统奇妙的功能。
使我们对细胞氧化作用能有现在这个认识的研究工作是全 部生物学和生物化学中最
令人难忘的成就之一。在这一工作上 取得成就的人员名册中包括着许多诺贝尔奖金获得
者。在四分 之一世纪的时间内，它凭靠着一些成为它的奠基石的更早期工 作，一直在
一步一步地不断前进着。现在，几乎在所有的细节 方面都还有待深入。仅仅在最近十年
内，全部研究工作才形成 了一个整体，这才使生物氧化作用变成了生物学家普通知识中
的一部分。然而更重要的一个事实是，在1950年之前，具有 基本训练的医学人员，甚
至没有机会去实际体会这一生物氧化 作用破坏所引起的变化和危害的深刻重要性。
能量的产生并不是由任何专门化了的某一器官来完成的， 而是由身体的所有细胞来
完成的。一个活的细胞就像火焰一 样，通过燃烧燃料去产生生命所必需的能量。这一比
喻的诗意 虽好，但精确性不足，因为细胞仅仅是在产生人体维持正常体 温所需适当热
量的条件下完成它的“燃烧”的。于是，千千万 万个这样温和地燃烧着的小小火焰产生
出了生命所需的能量。 化学家尤金·拉宾诺维奇说：“如果这些小火焰都停止了燃烧，
那么“心脏再不能跳动，植物再不能抵抗重力向上长，变形虫 不再游泳，再没有感觉
能通过神经奔跑，再没有思想能在人的 大脑中闪现”。
在细胞中，物质转化为能量是一个川流不息的过程，是自 然界更新循环之一，真像
一个轮子不停地转动着。以 萄糖形 式存在的糖燃料一粒儿一粒儿地、一个分子一个分
子地填进了 这个轮子，在循环的过程中，这些燃料分子就经历了分解和一 系列细微的
化学变化。这些变化很有规律地一环扣一环地进行 着，每一环节都由一种具有专业化功
能的酶支配和控制着，这 种酶只干这一件事，其它什么都不管。在每一环节中都有能量
产生和废物（二氧化碳和水）排出，经过变化了的燃料分子又 被输送到下一阶段。当
这一转动的轮子转够一圈时，燃料分子 耗尽而进入一种新状态，在这种状态中，它随时
可与新进入的 分子结合起来并重新开始这个循环。
这一过程是生命世界的奇迹之一。在这一过程中，细胞就 像一个化学工厂一样进行
生产活动。这真是一个奇迹，所有发 挥作用的部分都是极小的，细胞本身几乎都十分微
小，只有借 肋于显微镜才能看到。更为甚者，氧化作用的大部分过程是在 一个很小的
空间内完成的，即在细胞内部被称为线粒体的极小 颗粒内完成的。虽然人们知道这种线
粒体已有60年之久，然 而它们过去一直被看成是起着未知的，可能不重要作用的细胞
内的组分而被忽视。仅仅在本世纪50年代，对它们的研究才 变成了一个激动人心而富有
成果的科学领域。它们突然开始引 起了巨大的注意，单单在这一课题内，五年期间就出
现了 1000篇文章。
人类揭示了线粒体的奥秘，又一次表现出其卓越的创造才 能和顽强的毅力。试想这
样一种极小的微粒，即使通过一个放 大300倍的显微镜，也难以看到；但现在居然有这
样一种技 术，用这种技术能将上述微粒与其它组分分离，并单独取出 它，对它的组分
进行分析，还能确定这些组分的高度复杂的功 能。这简直是难以想象的，现在多亏有了
电子显微镜，生物化 学家技术提高，这项工作终于完成了。
现在已知，线粒体是一个极小的多种酶的包裹体，也是一 种包括着对氧化循环所必
需的所有酶的可变组合体，这些酶精 确地和有序地被安排在线粒体的壁和间隔上。线粒
体是一个 “动力房”，大部分的能量产生的作用发生在这个动力房中。当 氧化作用的
第一步和最初几步在细胞浆中完成之后，燃料分子 就被引入线粒体。氧化作用就在这儿
得以完成；大量的能量也 就在这儿被释放出来。
如果在线粒体中氧化作用的无休止转动的轮子不是为了这 一极为重要的目的而转动
的话，它就失去其全部意义了。在氧 化循环每一阶段中所产生的能量通常被生物化学家
称之为ATP （三 酸腺酐），这是一个包括有三组磷酸盐的分子。ATP之所 以能提供能
量方面的作用是由于ATP能够将它的一组磷酸盐 转换为另一种物质，在这一过程中电子
来回传递随之产生了键 能。这样，在一个肌肉细胞里，当一组末端的 酸盐被输送到
收缩肌时，收缩所需的能量就产生出来了。所以产生了另外一 种循环--一种循环中的循
环，即ATP的一个分子放出一组 酸盐仅保存二组，变成了二 酸盐分子ADP；但是当这
个轮 子更进一步转动时，另外一个 酸盐组又会被结合进来，于是 强有力的ATP又得以
恢复。这就如同我们所使用的蓄电池一 样，ATP代表充电的电他， ADP代表放电的电池
。
ATP是万物皆有的能量传递者，从微生物到人，在所有的 生物体内都发现有ATP，它
为肌肉细胞提供机械能，为神经细 胞提供电能。精液细胞、准备进入急剧活动状态的受
精卵（这 种活动将使受精卵发展成为一只青蛙、一只鸟或一个婴儿）、 能够产生激索
的细胞等，所有这一切都是由ATP提供能量的。 ATP的少部分能量用在了线粒体内部，而
大部分能量立即被释 放到细胞中，为细胞的其他各种活动提供能量。在某些细胞 中，
线粒体的位置很有利于它们功能的发挥，因为它们的位置 能够使得能量精确地传送到需
要它的各个地方。在肌肉细胞 中，它们成群地环绕在收缩肌纤维周围；在神经细胞中，
它们 被发现位于与其它细胞的邻接处为兴奋脉冲的传递提供能量； 在精子细胞中，它
们集中在推进尾与头部连结的地方。
给ATP-ADP电池充电的过程，就是氧化作用中的偶合过 程：在这个电池中ADP和自由
态的 酸盐组又被结合成为 ATP，这一个紧密的结合就是人们所叫作的偶合磷酸化作用
。 如果这一结合变为非偶合性的，这就意味着失去了可用来供给 的能量，这时，呼吸
还在进行，然而却没有能量产生，细胞变 成了一个空转马达，发热而不产生功能。那时
肌肉就不能收缩 了；脉冲也不能够沿着神经通道奔跑了；那时精子也不能运动 到它的
目的地了；受精卵也不能将它的复杂分化和它煞费苦心 的作品完成。非偶合化的结果可
能对从胚胎到人的所有的有机 体都是一个真正的灾难，有时它可能导致组织，甚至整个
有机 体的死亡。
非偶合化是怎样发生的呢？放射性是一个偶合作用的破坏 者。有些人认为曾暴露于
放射线中的细胞的死亡就是由于偶合 作用破坏造成的。不幸的是，大量的化学物质也具
有这种阻断 产生能量的氧化作用的能力，而杀虫剂和除草剂都是这类化学 物质的典型
代表。据我们所知，苯酚对新陈代谢具有强烈作 用，它所引起的体温升高具有潜在性的
致命危险；这种情况是 由非偶合作用的结果——“空转马达”所引起的。二硝基苯酚
和五 缺椒 是这类被广泛用作除草剂的化学物质的例子。在除 草剂中，另外一个偶合作
用的破坏者是2.4-D。在氯化烃类 中，DDT是一个已被证实的偶合作用破坏者，如果进一
步研究 的话，将可能在这类物质中发现另外的破坏者。
不过非偶合作用并不是扑灭体内千百万个细胞的小火焰的 唯一原因。我们已经知道
，氧化作用的每一步都是在一种特定 的酶的支配和促进下进行的。当这些酶中的任何酶
--甚至是 单独的一种酶被破坏或被削弱时，细胞中的氧化循环就要停 止。不管哪种酶
受到影响，其后果都是一样。处在循环中的氧 化过程正像是一只转动的轮子，如果我们
将一个铁棍插入这个 轮子的辐条中间，不管我们具体插在哪两根辐条之间，所造成 的
结果都是一样。同样的原因，如果我们破坏了在这一循环中 任何一点上起作用的一种酶
，氧化作用就要停息。那时就再没 有能量产生出来了，其最终结果与非偶合作用非常相
似。
许多通常用做杀虫剂的化学物质就是这种破坏氧化作用转 轮的铁棍子。DDT、甲氧
氯、马拉硫磷、吩噻嗪和各种各样的 二硝基化合物都属于那些能妨碍与氧化作用循环有
关的一种或 多种酶的杀虫剂，正大量使用着。它们就这样作为一种潜在作 用而出现了
。它们能够阻止能量产生的整个过程，并剥夺细胞 中的可用氧。这一危害会带来大量灾
害性的后果，在这儿只能 提及其中很小的一部分。
实验人员仅仅依靠系统地抑制氧供应，他们就能将正常细 胞转化成为癌细胞，我们
将在下一章看到这部分内容。从正在 发育的胚胎的动物实验中可以看出剥夺细胞中的氧
所造成的其 它激烈后果的一些线索。由于缺氧，组织生长和器官发育的那 些有规律的
过程就被破坏了；畸形和其它变态随之发生。如果 人类的胚胎发生缺氧，它就会发育成
先天畸形。
存在着一些迹象说明这类灾难的增加现在正为人们所注 意，虽然没有人期望发现其
全部原因。作为那个时期更加不愉 快的凶兆之一是，人口统计办公室于1961年发起了一
项全国 出生儿畸形填表调查，调查表上附带着一个说明，说明这个统 计结果提供了必
要的事实来阐明先天畸形的发生范围和产生它 们的环境。这方面的一些研究毫无疑问大
部分要涉及到测定放 射性影响，不过也不应忽视许多化学药物可与放射性产生同样 的
影响。人口统计办公室冷酷地预料到，将会在未来的孩子们 身上出现的一些缺陷和畸形
几乎肯定是由那些渗入我们外部世 界和体内世界的化学药物所造成。
情况很可能是，关于生殖作用衰退的一些症状也是与生物 氧化作用的紊乱联系在一
起的，并且与极重要的ATP储存的 耗尽有关。甚至在受精之前，卵子就需要大量地被供
给ATP， 以准备好去做出那种巨大的努力和付出巨大的能量消耗，一旦 精子进入卵子和
受精作用发生后，就必须要消耗大量的能量。 精子细胞是否能够到达和进入卵子将取决
于本身的ATP供应， 这些ATP产生于集中在精子颈部的线粒体中。一旦受精过程 完成，
细胞的分裂就开始了，以ATP形式供给的能量将在很 大程度上决定着胚胎的发育是否能
继续进行直到完成。胚胎学 家研究了一些他们最容易得到的材料--青蛙和海胆的受精
卵，发现如果ATP含量减少到一定的极限值之下，这些卵 子即停止分裂，并很快死亡。
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鳄鱼: 为人民服务~~~~~~ (//faint)
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