科學家從最基本的物質運動的認識出發(fā)，認為生命體這種物質運動系統(tǒng)是處于一種有序的組織和運動狀態(tài)的物理系統(tǒng)。生命體是一種耗散系統(tǒng)，它必須與周圍環(huán)境進行能量交換才能夠維持系統(tǒng)的有序運動。一旦這個能量交換過程停止，系統(tǒng)的有序組織和運動就會自動停止，生命就死亡了，逐漸形成無序的混亂狀態(tài)。就是生命體失去生命力，變成非生命體而存在了。依據熱力學第二定律由于熵的增加，沒有這個能量交換的已經死亡的生命體就會逐漸變成與周圍環(huán)境一樣的只有無序熱運動的物質，如泥土，灰沙一樣。

生命體與外界之間的能量交換是通過新陳代謝過程來實現(xiàn)的。新陳代謝是生命體維持生命的一種基本活動。新陳代謝就是生命體不斷地從外界吸收它所需要的營養(yǎng)物質和能量，同時排出無用的廢物的生命活動過程。生命體用從外界吸收的營養(yǎng)物質來生成自己的結構組織成分和獲取各種生命運動所需要的能量。細胞生命體的新陳代謝包括物質代謝和能量代謝兩種代謝。這個過程是細胞生存和運作的關鍵環(huán)節(jié)，它保證獲得必要的物質開展各種生化活動過程，同時還能使多余或有害物質被清除，以保持細胞的內部環(huán)境平衡。不同種類的生物體的不同的細胞中的新陳代謝過程的具體內容可能不相同。也就是說，不同種類的細胞構成的生命體吸收的營養(yǎng)物質可能不同，生成的肌體組織結構也會不一樣。

細胞作為生命體的基本單位，會有各種形形色色的細胞種類。而通過自我調節(jié)完成新陳代謝過程是所有生命體的一個基本特征。作為耗散系統(tǒng)的生命系統(tǒng)運動規(guī)律來看，新陳代謝是生命體存在的必要條件，但不是充分條件。新陳代謝是指機體與環(huán)境之間的物質和能量交換以及生物體內物質和能量的自我更新過程，包括合成代謝（同化作用）和分解代謝（異化作用）。廣義的新陳代謝是生物體內全部有序化學變化的總稱。細胞作為生命體的基本構成單位，每一個細胞都能夠自我協(xié)調地完成新陳代謝任務，而且不斷地進行新陳代謝活動是細胞活著的必要條件。

細胞代謝是細胞內所發(fā)生的用于維持生命的一系列有序的化學反應的總稱。目前的科學研究了解到，生命基本細胞單元中的細胞代謝是由一系列的蛋白質大分子的化學反應完成的。這些化學變化過程在有機酶分子的催化作用下進行的一系列蛋白質分子的化學反應。也可以認為在有機酶的催化作用下進行的這種化學反應是生命活動的重要特點。有機酶的催化作用是使得一般情況下進行速度很慢，或者難以進行的化學反應，能夠在一般的環(huán)境條件下很快地在細胞內進行。這種有機酶分子的催化作用是細胞能夠完成生命活動所必需的，是那些復雜的有機分子之間的化學反應的最重要的反應條件。如果沒有這種催化作用，生命力將在地球的環(huán)境中微弱得多。也不可能出現(xiàn)如此豐富多彩的地球生命現(xiàn)象。這一系列的化學反應的物質是來自吸收外界的營養(yǎng)物質，反應所需要的能量是通過營養(yǎng)物質的內部結構代謝轉換而釋放的，或者直接的吸收能量（光能，熱能等）來獲得的。這些化學反應中產生了一些無法進一步使用，甚至可能會對細胞產生破壞作用的分子，如氧氣，二氧化碳分子等會作為廢料排出細胞。

用生物化學的專業(yè)術語可以這樣來描述細胞新陳代謝。細胞新陳代謝的基本過程可分為合成代謝和分解代謝兩個類別。合成代謝是指細胞利用無機物質、有機小分子物質和能量，建立更復雜的有機大分子，例如蛋白質，糖類和脂質；而分解代謝則是指細胞將有機分子分解成小分子，并釋放提供維持各種生命活動所需要的能量。這些過程需要由一個重要的分子——腺苷三磷酸（ATP）提供能量。ATP的能量通常來自于葡萄糖分解產生的化學能。細胞合成代謝的過程包括基因表達、蛋白質合成和細胞分裂等?；虮磉_是指DNA信息轉化為蛋白質的過程，它被轉錄為mRNA分子，然后被翻譯成蛋白質分子。這個過程涉及到許多類型的蛋白質和酶，這些酶和蛋白質協(xié)同作用，使過程順利進行。在分解代謝過程中，細胞對所需的營養(yǎng)物質進行消化（分解和氧化），通過細胞色素C氧化酶、線粒體呼吸鏈等機制使高儲能有機物降解成低儲能有機物，逐漸釋放出能量，以供ATP合成。在此過程中，一部分的小分子產生物還會被再利用于合成代謝，循環(huán)作用?！鹊纫幌盗械膶I(yè)描述可能非常深奧，但是與實際的細胞新陳代謝過程相比，可能還僅僅涉及到一點皮毛。那些更加深入的研究還在艱難地進行當中。

細胞的新陳代謝過程的場景示意圖

細胞的新陳代謝過程的自我調節(jié)能力，使得細胞會識別哪些物質是對代謝有用的營養(yǎng)物質，而進行吸收。同時對那些有毒的物質排出體外。從而使得細胞內部的生命活動能夠持續(xù)下去。細胞的新陳代謝的基本調節(jié)作用是由蛋白質大分子的化學反應特性、物質微粒的熱運動、膜的滲透作用等等這些基本的物理化學規(guī)律的作用，經過精妙絕倫的配合完成的。

細胞生物學的研究表明細胞的物質代謝功能中生物膜的過濾特性起到非常重要的作用。細胞的生物膜是維護細胞生命體系的細胞組織成分，它維持著細胞內的生命活動空間。可以說細胞膜是細胞的生命區(qū)域和外界環(huán)境的非生命區(qū)域的分隔，同時又需要能夠通過細胞膜在這兩個區(qū)域之間進行有選擇性地物質和信息交換。在新陳代謝過程中細胞膜夠有選擇性地讓營養(yǎng)物質進入細胞，將新陳代謝排泄的物質排出細胞。另外外界的一些信號也可以通過細胞膜傳送到內部。

那么細胞膜是如何能夠完成這些工作的呢？細胞膜是一種嵌有蛋白質和糖等大分子的磷脂分子膜。磷脂分子的親水端向外排列，而疏水尾部向內互連構成堅實的細胞膜。磷脂分子之間的膽固醇分子可以進一步加固細胞膜的分子鏈接，增加膜的穩(wěn)定性。鑲嵌在膜上的蛋白質和糖等大分子成為有選擇性地代謝物質通道。這些新陳代謝通道的具體工作情況有很多復雜的機理，通過這些工作機理細胞可以順利地完成新陳代謝的各種物質在細胞內和外部環(huán)境之間的交換。

動物細胞根據組織分工的不同，細胞膜的具體結構可能也有很大的不同。動物細胞分化成為上皮細胞、肌肉組織細胞、神經細胞、結締組織細胞等不同類型。各個不同類型的細胞的具體形狀和結構可能有很大的不同，新陳代謝的具體情況也會各不相同。

植物細胞除了細胞膜以外還有由纖維素構成的比較堅實的細胞壁。這樣植物細胞可以支撐起比較固定的植物枝葉。在植物的生長過程中，有些細胞壁還可以木質化成為更加堅實的枝干。

而單細胞生物如細菌在細胞膜和細胞壁外部還有更加堅固的莢膜來保護細胞生命的新陳代謝空間。

所以為了保護完整的生命體新陳代謝空間，生物進化出了不同的細胞結構。特別是外層的保護層是維護新陳代謝過程順利進行的重要細胞結構。為了實現(xiàn)不同環(huán)境下的新陳代謝，需要有相應的細胞保護結構。

新陳代謝是所有細胞生命的基礎，它通過細胞代謝的成分和反應途徑來控制和協(xié)調細胞上某些特定的生化反應。細胞內部的代謝可以通過正反饋、負反饋和自組織化等形式的反饋機制進行調節(jié)，從而可以使得細胞內部與周圍環(huán)境之間的代謝活動可以持續(xù)有效地，在細胞的整個生命周期內進行下去。

細胞新陳代謝的確切機制和調節(jié)途徑尚不完全清楚，但許多途徑已經被發(fā)現(xiàn)。其中最重要的途徑之一是細胞因子的作用，這些因子可以自主激活或抑制新陳代謝。研究發(fā)現(xiàn)一些蛋白質或小分子多肽可以影響細胞內酶分子的結構，從而起到調節(jié)細胞新陳代謝的作用。在多細胞生物中為了調節(jié)不同器官的細胞協(xié)調工作，一些蛋白質或小分子多肽可以在細胞間傳遞信息，調節(jié)不同的細胞的新陳代謝過程。從而使得各個不同的器官細胞能夠協(xié)調地工作，實現(xiàn)生命體的整體的協(xié)調活動。比如各種生長因子、干擾素（IFN）、免疫干擾因子、各種神經遞質和激素信號……等等。這些細胞間因子信號交換的途徑來控制細胞代謝組活動。

細胞代謝還會受到環(huán)境因素的影響，例如環(huán)境光照、溫度和水分的pH 值等。這種與環(huán)境之間的互動可以改變蛋白質的構象和活化程度，從而影響代謝酶的活性。質量控制機制也是細胞代謝的一個重要方面，這種機制涉及蛋白質的正確折疊、選擇性降解以及生物學表現(xiàn)的應對能力。等等這些非常復雜的細胞新陳代謝控制機制，使得多細胞生命體的眾多器官能夠在細胞級別上協(xié)調地工作。對于小小的細胞新陳代謝的控制調節(jié)機制使得復雜的生命體系統(tǒng)能夠協(xié)調整體的新陳代謝、繁殖等完整的生命活動。

以上的這些介紹，可能有好多比較難懂的專業(yè)術語。可以從中看出：即使是在最簡單的細胞中進行的新陳代謝基本活動對于今天的科學水平也是足夠復雜。其中的許許多多的活動過程和機理還遠未清楚，對于細胞的新陳代謝機制的研究還在進行著。

從目前科學家的研究情況來看，對于細胞的新陳代謝過程的研究不斷地有新的發(fā)現(xiàn)。比如最新的研究表明，細胞內一種名為溶酶體的結構可以對細胞內部進行清理，它會將損壞、衰老的內部結構、錯誤的蛋白質以及外來的有毒分子或微生物等送到溶酶體內進行清除和降解，而降解后的產物還可以被細胞給重新利用。這種被稱為“細胞自噬”的調節(jié)機制是細胞在生長、發(fā)育以及維持自身穩(wěn)定的時候非常重要的一項自我調節(jié)能力。1963年，當時在美國洛克菲勒研究所工作的細胞生物學家克里斯汀.德迪夫最先將這種現(xiàn)象給命名為“自噬”。而后在1967年，他連續(xù)發(fā)表兩篇重要的學術論文，成為第一位報道溶酶體參與細胞自噬的科學家。1974年，德迪夫因為溶酶體和過氧化物酶體的發(fā)現(xiàn)而獲得諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。

針對新的細胞新陳代謝中的細胞自噬現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)這個細胞的代謝功能就與人體衰老和一些疾病有關系。隨著年齡的不斷增長，人體正常細胞的自噬降解能力有不斷下降的趨勢。成年人細胞自噬的活力明顯低于兒童和青少年，老年人的細胞自噬活力則更低。而年齡的增加會讓細胞內不斷聚集損壞的蛋白質、DNA以及陳舊的細胞器等生物垃圾。缺少了細胞自噬對這些垃圾的降解和重新利用，細胞就容易表現(xiàn)出不穩(wěn)定、衰老還有退化的特征，甚至可能衍生出疾病。

從這些研究情況來看，即使是對最基本的細胞單元的新陳代謝機制問題，還有很多需要深入探討的地方。

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網址: 科學網—細胞的基本生命活動——新陳代謝 http://www.u1s5d6.cn/newsview75088.html