生命的發展過程是一個從簡單到複雜的漫長的過程,從非細胞結構的病毒到原核細胞生物,生命便開始寄托在一個相對封閉的內環境中;由原核細胞到真核細胞,再由單細胞生物到多細胞生物,生命現象逐漸變得加倍的複雜,不過,這些複雜是由眾多的生命體的基本結構單位——細胞來共同協同作用的結果,每一個細胞的生命活動,都可以在一定的角度上去反映整個的生命。
讓我們來看一看細胞的結構吧。它的中心是細胞核,裏麵存放的是含有DNA分子的染色體,因而是細胞的司令部和信息中心,是細胞結構的核心部分,難怪它包著一層核膜,掛上“閑人免進”的牌子,將細胞裏的好些物質都婉拒於門外。細胞核外裏細胞質,這是一個原生質實體,內部漂浮著核糖體,內質網、中心體、線粒體等細胞器,這些細胞器各是細胞裏的一個職能車間,各盡其職,像核糖體是負責蛋白質製造的車間,而線粒體則是動力車間等等。細胞的生命活動便主要在細胞質和細胞器裏進行:合成和分解某些特定的物質,氧化分解營養成分並提供細胞生命活動所需要的能量;還有重要的一項,與外界進行物質交換,運進營養成分,運出生活垃圾和合成的供給身體其他部分的產品,這項功能,便是細胞與外界的交流。由於細胞質是由細胞膜包裹著的,它便使細胞形成了一間相對獨立相對封閉的小屋,裏麵的物質就再也不能隨便開小差溜號,外麵的東西,也就不能輕易冒犯這間屋子的主人。細胞膜使細胞這間小屋對物質的交流有了主動的選擇性,誰進誰出都不再是隨意的、自發的,而是聽從命令的、自覺的;因而,這垛牆圍成的小屋,使細胞內環境有了相對的穩定性,從而保證了生命活動穩定,有條不紊地進行。
正是由於細胞的奇妙的封閉結構和它與外界所進行的特殊的物質交換過程,使科學家們對這間小屋的建築結構產生了濃厚的興趣;細胞膜究竟是由什麼物質構成的呢?它的奇特的功能來自於什麼樣的一種奇妙的結構?經過多年的努力,科學家們終於發現這原來是由膦脂這種物質引起來的。
磷脂,其實是一類範圍很廣的物質——脂類中的一種。它與其他脂類在化學組成和化學結構上有很大的差異,不過,它也具有脂類物質的共同特征即不溶於水,易溶解於乙酶、苯、氯仿等非極性溶劑中,可以被這些溶劑從細胞和組織中萃取分離出來;正是由於科學家們發現細胞在這些溶劑中失去了小屋的建築結構而破裂,他們才得以發現小屋的建築材料就是磷脂。
作為細胞膜這些生物膜的磷脂主要是甘油磷脂,它的化學結構和主幹是具有三個羥基的甘油,甘細骨架上端連著一個磷酸,磷酸再與別的極性物質相連,從而構成了磷脂的極性頭部;甘油的另外兩個羥基則與有著長長的非極性碳鏈的脂肪酸相連,組成了磷脂的兩條非極性的尾巴。
甘油磷脂的極性頭部與非極性尾部這種奇特的結構,正好決定了由它所組成的生物膜的奇特功能。在細胞膜的細微結構中,科學家們發現細胞膜是由兩層磷脂構成的。無數的磷脂分子,頭挨著頭,尾並著尾,緊密貼合,排列成致密的磷脂層,然後,在一層磷脂層的倒立的非極性尾部上麵,再重上一層正立的磷脂層,這就構成了磷脂雙層膜。不過,由於這兩層都是非極性的尾部與尾部相貼在夾層中間,所以從膜的兩麵看,都隻是磷脂的極性頭部。這樣的磷脂雙層膜,很致密,有彈性和流動性,保證了細胞的內部成分和細胞形態的穩定性,使細胞的內含物與外環境分開,具有了恒定的、動態的內環境,從而使整個細胞活動有條不紊,協調一致地進行。