粒腺體 Mitochondria
粒腺體(Mitochondria)是細胞的能量產生器,也是細胞中最活躍的組成部分之一。需要大能量的胞,含有的粒腺體數也較多,比如肌肉、心臟、腎臟、肝臟、大腦等等,每個粒腺體都能產生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)分子,為細胞活動提供足夠能量。
ATP中的能量來自於化學合成物,主要是碳水化合物。這些能量合成物為細胞活動提供能量。大約每2-3分鐘,透過分子的迴圈再生過程,可使磷酸鹽生成和分裂約十億次,人體每24小時就會製造和消耗掉幾磅重的ATP。
這一過程中所產生的電子傳遞,也會在粒腺體中生成高度活躍的分子-氧化反應後的廢物-自由基。ATP所含的能量可以幫助細胞發揮所有功能,不管是細胞在攝取養分或分泌廢物時,還是新的分子被合成或發生分解時,都會有有一個或更多個ATP分子在發生作用。這種能量隨處可見,並且存在於地球上任何一種生物的細胞中。
細胞質中的內質網 The Endoplasmic Reticulum
細胞質中的內質網分成兩種:一種是粗糙內質網(rough endoplasmic reticulum; RER),一種是平滑內質網(smooth endoplasmic reticulum; SER)。內質網是一個極為複雜的膜狀網路系統,它佔據了細胞中的大部分空間。
細胞中與蛋白質有關的活動,如胺基酸代謝、蛋白質、荷爾蒙合成等,都發生在粗的糙內質網中;而脂肪、膽固醇的代謝、脂溶性藥物的減毒(detoxication)、合成相關酵素協助肝糖分解(glycogenolysis)、.鈣離子的儲存與釋放、氯離子的製造、類固醇荷爾蒙(steroid hormone)的製造、.膜上脂質(lipid)的形成則在平滑內質網中進行。比如脂肪在進行物質交替作用和利用時,都會在平滑內質網中進行,它還有一個功能就是幫助維持肝臟血糖量的穩定。肝臟把跟SER相關的葡萄糖轉化成糖原(glycogen),以顆粒形式儲存起來,然後在身體需要的時候,再釋放出來。糖原在SER中被加工後,並在適當的時候被運送到血液中。就像其他許多細胞器官一樣,細胞質中的內質網(Endoplasmic reticulum; ER)也有多種功能。
內質網其中一個很重要的附加功能是把有毒分子轉化成無毒無害或是毒性不足以破壞細胞的衍生物,然後透過細胞膜將他們排泄出去。它不僅工作效率高,而且還擁有許多後備系統,它們就像是「後備發電機」一樣,在「停電」的時候仍可保證細胞功能繼續正常運作。
高基氏體 Golgi Appartatus
高基氏體(Golgi Appartatus)是真核細胞中的一種胞器。屬於細胞的一組膜,專門收集並包裹各種物質,例如酶和激素。這些膜形成像一堆平板的扁囊,部份扁囊常常脫離並移向質膜,一但與質膜接合,便將其中內含物排出細胞。換句話說,高基氏體是專門運輸對身體有益的細胞分泌物的部門。它是由一系列互相重疊的膜和與其相連的囊和細管所構成。任何一種有益的細胞分泌,如甲狀腺、荷爾蒙、胰島素或是抗體等,都是在高基氏體中做好準備後被運輸到身體各個部位。
高基氏體的主要功能在於處理細胞膜、溶體或內體上的以及細胞生產的蛋白質,將它們分到不同的小泡中去。因此它是細胞的中心傳送系統。大多數離開內質網的運輸小泡首先來到高基氏體,在這裡被改變,分開和運送到它們的最終目的地。大多數真核細胞有高基氏體,但是尤其在分泌許多物質(比如蛋白質)的細胞裡它特別突出。比如免疫系統中分泌抗體的漿細胞的高基氏體就特別發達。
溶酶體 Lysosomes
溶酶體(Lysosomes)體形各異,含有參加消化的30種不同的酶,它們能夠降解所有主要的生物性物質。大體來說,溶酶體是由一層厚厚的,類似於細胞膜的磷脂和蛋白質基質構成的,溶酶體膜一旦在細胞質中的內質網(endoplasmic reticulum; ER)中形成後就異常堅韌,不受消化影響。
許多透過細胞吞噬的物質,會先形成內體(endosome),然後跟溶體融合並且進行消化。 溶體對老舊、損壞的胞器和膜蛋白進行分解,產生的小分子隨後可再次被細胞利用,一旦溶體破裂釋放出水解酶,細胞就會被分解(又稱細胞自殺)。許多細胞凋亡的程式都與溶體有關,例如:蝌蚪變成青蛙時尾巴的消失、人類胚胎手指的形成。
過氧化物酶體 Peroxisomes
大約四十年前,細胞科學家發現人體內有一種獨立的實體,稱為過氧化物酶體(peroxisomes)。它含有一種解毒酶,可以幫助細胞中和在日常生活中所遇到的一切有毒物質。
它的數量雖然不多,但它像粒腺體一樣需要消耗氧氣來進行跟解毒有關的化學反應。這一類活動會產生一種高度反應性的自由基-過氧化氫。因此,過氧化物酶體還含有抗氧化功能的過氧化氫酶,以中和過氧化氫,避免造成細胞的危害。如果沒有溶酶體和過氧化物酶體的保護系統,細胞在有毒物質和相應的自由基攻擊下將會死亡。
細胞膜 The Cell Membrane
細胞膜(Cell Membrane)是細胞的外皮,一個獨特的實體,同時也是維護健康最重要的細胞器官。細胞膜主要的成分是脂質和蛋白質。組成細胞的脂質是一個雙分子層,具有疏水端-朝向細胞內,指向細胞的中央,也具有親脂端-朝向細胞外空間。蛋白質則嵌在細胞膜中,像一個物質接受器,接受諸如荷爾蒙、神經傳導物質等。它還有各式各樣的管道和通道,藉此以維持細胞內外特定離子的恆定。
細胞膜是一個處於動態的脂質和蛋白質的混合物,具有「流體嵌合體」(fluid mosaic)的特性。它是一個活躍的動態結構,那就是細胞膜構成成分的更新率。在一個活的細胞中,細胞膜的更新和轉化是日以繼夜的在進行,從沒有停止過。而且,不同的蛋白質和脂質的更新率不同,這一個過程也是具有選擇性的-細胞膜中部分磷脂的半衰期是以小時計算,蛋白質的更新期一般以天為計算單位。細胞就是透過細胞膜的更新來不斷地清除被破壞的組織,從而維持細胞的正常運作。
細胞膜可以準確地判斷出不同細胞膜的需要,並按所需比例合成新的脂質與蛋白質組織。在細胞的這這個小天地裡,能夠處理如此複雜的問題,只是細胞所隱藏的奇蹟之一而已。然而,只要你深入的研究,我們又可以它裡面發現一個神奇的世界,而這樣的安排不得不讓人對生命的奧秘大聲的讚嘆。
細胞膜的功能
細胞膜的功能主要有以下幾個方面:
1. 維持細胞的結構完整性,保護細胞內成分
2. 細胞內外選擇性物質運輸的通道和橋樑
3. 細胞抗原-抗體特異性識別的物質基礎和位置
4. 細胞表面絨毛、纖毛、鞭毛的著生位點
5. 分隔不同的酵素群,使各種代謝反應不相干擾
細胞膜可以有選擇性地允許微小的分子滲透。經由這樣的機制,細胞可以精確地控制和維持內部所構成的成分。微小的無極性分子,如氧氣、二氧化碳等等可溶解於脂質的雙分子層,能輕易地進出細胞膜。
像水這種非極性分子也可以透過這樣的機制通過細胞膜,但是大的極性分子和離子就無法通過。比如要把葡萄糖運進細胞、把細胞代謝廢物送出細胞,就必項保持運輸系統的活躍,此時會消耗大量能量。如果我們所吃的食物或營養品中的養分不易吸收,它們就沒有辦法從內臟進入血液迴圈到達細胞,從而為細胞所用。
細胞的凋零 Cell Apoptosis
人體的細胞不僅有自己在身體中的重要角色,而且還有一個機制,可以在細胞一旦失去應有的價值時就自我毀滅被清理掉,這樣的過程稱為細胞的凋零(Cell Apoptosis),也稱為細胞的自殺(Cell Suicide)。
以胎兒為例,胎盤每分鐘可以製造出成千上萬個神經細胞,速度極為驚人。但是實際上能夠用得上的並沒有那麼多,於是,那些多出來的神經細胞便會自我啟動細胞凋零的機制,從而簡化剩下細胞間的訊息傳遞。有的神經系統可透過這一過程清理掉80%的神經細胞,而細胞的凋零過程,也幫助了人類完成了手指和腳趾的分離。
除了在成長發育期間細個會收到的信號外,它還會在自己遭到破壞或喪失正常功能的時候作出精準的判斷,發出相信號,以進行自我清理,即啟動細胞凋零的程序。如果被癌症控制,細胞會受到一種至今尚未完全被瞭解的物質和過程影響,而無法發出原本的清理信號,造成癌細胞大量的增殖。於是,威脅人體健康的癌症前期細胞就可以肆無忌憚的大量增殖,直至發展成腫瘤。換句話說,任何一種人體自我保護功能被打亂或是破壞時,其結果都會導致不治之症發生。
所幸在現今的細胞分子、營養生化學、分子生物學等領域的研究,除了藥物外,已知可採用極大量的抗氧化網路建置,讓這些抗氧化營養素與癌細胞結合,並在癌細胞內促發細胞凋零機制,讓癌細胞死亡。這種作法就好比是將一個定時炸彈輸送到癌細胞內(結合),當結合的量足夠時,一舉將癌細胞炸毀(凋零)。雖然,目前這樣的研究與人體試驗在國內還不很興盛,但相信不久的將來,我們可以再度看到基礎科學的威力。
未來的發展
細胞是最基本的生命單位,細胞可以健康的正常運作,那生命體大致不會受到疾病的影響,即使受到影響,也不致於病重。然而,我們需要思考的是,生命到底是什麼?目前的科學較少探討,頂多揭示一個重要的生命機制與原理,那就是DNA的補充性對生命是必要而且重要的,但是,要完整的詮釋所有生命現象,它還不足以充分的提供說明。
在生命的征戰中,以病毒為例,雖然每個毒自身都可以製造蛋白質,但它必須先跟宿主的細胞拴在一起,也就是說,它的生命只能依賴宿主細胞才能表現,它的存在也必須要以宿主細胞的存在為要件。這也是另種說明「細胞健康,人體就健康」的新興預防醫學概念。
細胞是生命的一個蘊藏無窮奧秘的神秘世界。人體與疾病的征戰,就是一場細胞對細胞的戰爭,當醫學在主張「早期發現,早期治療」的陳舊預防醫學概念及醫療費用不斷擴張的同時,我們是否應該回歸生命的初衷,好好的理解生命的過程,以提供最佳積極的疾病防治策略,而非採取被動追著疾病跑的概念來維護人體健康,或許是值得你我深思的一個課題。
人覓食的目的在於生存,這是巨觀的看法,但若從微觀上來看,食物所含的營養素與礦物質便是提供維持細胞每日運作的原料,當原料不足時,試問:你我的細胞還能每日正常運作嗎?細胞會有足夠的能力抵擋外來的侵擾(如病毒、細菌、自由基等等)嗎?令人感動的是,當思索生命的源頭時,一切與健康問題的解決方案,就在細胞的隱藏奇蹟中,並且等著我們去發掘這維持健康的長壽之道-真正的善終。