生命體的基礎(chǔ)是細(xì)胞，傳統(tǒng)認(rèn)為，細(xì)胞是生命與非生命之間的界限，單細(xì)胞是微生物，也構(gòu)成像植物、動(dòng)物、人等這樣的生命體。我們可以把細(xì)胞及細(xì)胞里面的各個(gè)功能單位，看做一個(gè)量子復(fù)合體，從本質(zhì)來(lái)講，細(xì)胞本身也確實(shí)是由各個(gè)量子單元組成的精密復(fù)合體。

像原子內(nèi)的電子場(chǎng)在不斷運(yùn)動(dòng)一樣，在活細(xì)胞中，細(xì)胞質(zhì)以各種不同的方式在流動(dòng)著，包括細(xì)胞質(zhì)環(huán)流、穿梭流動(dòng)和布朗運(yùn)動(dòng)等，下圖074為一種甲藻的細(xì)胞核居然也能夠自旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

圖074　動(dòng)物細(xì)胞

細(xì)胞在分裂之前，細(xì)胞核中的染色體會(huì)被觀察到這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此這種運(yùn)動(dòng)一般會(huì)被認(rèn)為與細(xì)胞分裂有關(guān)，細(xì)胞質(zhì)運(yùn)動(dòng)是一種消耗能量的生命現(xiàn)象。細(xì)胞的生命活動(dòng)越旺盛，細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)越快，反之，則越慢。細(xì)胞死亡后，其細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)也就停止了。

細(xì)胞構(gòu)成的生命體就是一個(gè)精密的信息網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)，蛋白質(zhì)，DNA與組蛋白，組成的核小體結(jié)構(gòu)，核糖體具有在細(xì)胞體外的自裝性與活性。只是他們?cè)诩?xì)胞體內(nèi)更像是生命細(xì)胞的分工合作者。

圖075　美國(guó)加利福尼亞州勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Carolyn Larabell與同事在加拿大溫哥華市召開的美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)年會(huì)上報(bào)告說(shuō)，他們利用X射線成功拍攝了細(xì)胞。（圖片來(lái)源：Carolyn Larabell, Mark Le Gros, and Markko Myllys）

圖076

蛋白質(zhì)、DNA、RNA是生命的重要三要素：在生命體內(nèi)，細(xì)胞是生命的基本單元。細(xì)胞的信息遺傳及活動(dòng)的流動(dòng)可以分為兩個(gè)部分：第一部分是存儲(chǔ)于基因DNA序列中的遺傳信息通過(guò)信使RNA轉(zhuǎn)錄和翻譯傳入蛋白質(zhì)的一級(jí)序列中。第二部分是氨基酸肽鏈經(jīng)過(guò)疏水塌縮、空間盤曲、側(cè)鏈聚集等折疊過(guò)程形成蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象，同時(shí)獲得生物活性，從而將生命信息表達(dá)出來(lái)，而蛋白質(zhì)作為生命信息的表達(dá)載體，它折疊所形成的特定空間結(jié)構(gòu)是其具有生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。

基因的表達(dá)是在細(xì)胞中完成的，DNA分子、RNA分子、氨基酸分子、核糖體和線粒體等眾多的細(xì)胞器一道，合作完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。在組成蛋白質(zhì)的肽鏈合成后，肽鏈就從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離，經(jīng)過(guò)一系列步驟，被運(yùn)送到各自的崗位，盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子，開始承擔(dān)細(xì)胞生命活動(dòng)的各項(xiàng)職責(zé)。DNA是基因的載體，是生命的后臺(tái)指揮者，蛋白質(zhì)相當(dāng)于活躍于生命前臺(tái)的演員，組成蛋白質(zhì)的氨基酸分子在細(xì)胞內(nèi)按照邏輯被其他分子有秩序的組裝，生命的外在一切性狀通過(guò)蛋白質(zhì)來(lái)表現(xiàn)。

隨著基因組研究不斷深入，蛋白組學(xué)研究逐漸展開，RNA的研究也取得了突破性的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了許多新的RNA分子，人們逐漸認(rèn)識(shí)到DNA是攜帶遺傳信息分子，蛋白質(zhì)是執(zhí)行生物學(xué)功能分子，而RNA既是信息分子，又是功能分子，也是生命開始，進(jìn)化初始物質(zhì)。

對(duì)于生物學(xué)的探索，隨著新的技術(shù)手段及研究的不斷深入，科學(xué)工作者們?cè)絹?lái)越把目標(biāo)從分子生物學(xué)轉(zhuǎn)向了生物學(xué)的量子領(lǐng)域，這是一個(gè)進(jìn)步。而新研究也證明很多構(gòu)成生命細(xì)胞的大分子，比如蛋白質(zhì)、DNA等越來(lái)越體現(xiàn)其量子的特征。只有從量子角度來(lái)看，才能夠更好地理解細(xì)胞內(nèi)那些有機(jī)分子為什么能夠像螞蟻群體那樣展開分工，各自堅(jiān)守自己的崗位。

細(xì)胞中的酶是有機(jī)催化劑，酶可以在一秒鐘內(nèi)催化數(shù)百萬(wàn)個(gè)反應(yīng)，一些酶的催化產(chǎn)物動(dòng)力學(xué)速率甚至高于分子擴(kuò)散速率，這種現(xiàn)象無(wú)法用目前公認(rèn)的理論來(lái)解釋。一種理論模型用量子理論的穿隧效應(yīng)，即質(zhì)子或電子可以穿過(guò)激活能壘（就如同穿過(guò)隧道一般）。

蛋白質(zhì)折疊后在體外可以自發(fā)的進(jìn)行再折疊，實(shí)驗(yàn)證明，許多蛋白在體外可以進(jìn)行可逆的變性、復(fù)性、折疊。有人認(rèn)為蛋白質(zhì)可自發(fā)折疊成天然構(gòu)象過(guò)程是純粹的熱力學(xué)過(guò)程。

氫鍵在DNA和RNA中連接著互補(bǔ)編碼基因的堿基對(duì)，構(gòu)成了各種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，只有形成了氫鍵才能實(shí)現(xiàn)質(zhì)子遷移，在DNA和RNA中氫鍵網(wǎng)絡(luò)就像一種“質(zhì)子線”。而美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光源（ALS）最近發(fā)現(xiàn)，在氫鍵被封鎖的情況下，在沒有氫鍵網(wǎng)絡(luò)的情況下，質(zhì)子也可能發(fā)生遷移，這意味著在RNA、DNA以及更廣泛的生物反應(yīng)中，存在另一種質(zhì)子遷移路線。這無(wú)疑為科學(xué)家研究蛋白質(zhì)折疊、“Pi堆疊”等生物過(guò)程提供了一條新思路。另外下面講到酶的超速催化反應(yīng)、基因信息的傳播等資料也會(huì)羅列出一條線索，這條線索就是在構(gòu)成生命的有機(jī)物內(nèi)，它們之間不僅僅是外在的表觀反映，而且存在多分支直接的量子的邏輯。

以下為有機(jī)物及蛋白質(zhì)的衍射結(jié)構(gòu)，表明有機(jī)物的排列，有其量子特征：

蛋白質(zhì)與組成生命有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)說(shuō)明，在生命體基本細(xì)菌、細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，深層領(lǐng)域還是以量子有秩序的排列為主，類似于分子與量子的結(jié)構(gòu)。從分子、量子的深層結(jié)構(gòu)聯(lián)系，思考生命問題，更具有啟發(fā)性，而生命包括意識(shí)更深層量子的具體表現(xiàn)。

圖077　多分子或者DNA空間圖（圖片來(lái)源：微圖網(wǎng)）

圖078　蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的三種顯示方式。左：顯示全部原子，并以原子類型標(biāo)色（碳原子為藍(lán)綠色，氧原子為紅色，氮原子為藍(lán)色）；中：只顯示主鏈構(gòu)象，以二級(jí)結(jié)構(gòu)類型標(biāo)色；右：顯示“溶劑可及表面”，以殘基類型標(biāo)色。（圖片來(lái)源：維基百科，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，作者：Opabinia regalis，版權(quán)共享3.0）

圖079　蛋白質(zhì)的衍射結(jié)構(gòu)

圖080　計(jì)算機(jī)模擬的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)源：壹圖網(wǎng)）

亞顯微結(jié)構(gòu)又稱為超微結(jié)構(gòu)，它們是能夠在電子顯微鏡下看到的直徑小于0.2微米的細(xì)微結(jié)構(gòu)，亞顯微結(jié)構(gòu)有核膜、核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體（未染色）、高爾基體、中心體等。

從本質(zhì)上說(shuō)，所有的復(fù)雜細(xì)胞里都有線粒體，線粒體是細(xì)胞內(nèi)微小的細(xì)胞器，是生物氧化的場(chǎng)所，以ATP的形式生產(chǎn)我們幾乎所有的能量。它們就像活細(xì)胞里的微小生命“發(fā)電廠”，利用氧來(lái)燃燒食物，生產(chǎn)我們賴以生存的幾乎全部能量。線粒體非常微小，一粒沙里可以容納10億個(gè)。平均每個(gè)細(xì)胞里有300～400個(gè)線粒體，整個(gè)人體里有1億億個(gè)以上線粒體。

圖081

圖082　線粒體（（圖片來(lái)源：維基百科，線粒體，公有版權(quán)）

線粒體看上去像細(xì)菌，其實(shí)它們的前身就是自由生活的細(xì)菌，大約在20億年前適應(yīng)了寄生在大細(xì)胞里的生活，與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA、RAN等合作，形成共生，共享細(xì)胞環(huán)境。至今它們還保留了基因組的一個(gè)碎片，作為曾經(jīng)獨(dú)立存在的印記。它們與宿主細(xì)胞之間糾結(jié)的關(guān)系織成了生命所有的經(jīng)緯，從能量、性和繁殖，到細(xì)胞自殺、衰老和死亡。

線粒體中保持了自己的部分基因，線粒體呼吸鏈中的某些蛋白質(zhì)或酶的編碼基因就在mtDNA（線粒體DNA）上。線粒體還能獨(dú)立合成一些蛋白質(zhì)，因?yàn)榫€粒體有自己的rRNA、tRNA和核糖體可以表達(dá)自己的基因?，F(xiàn)在已知的線粒體基因組至少含有tRNA基因、rRNA基因、細(xì)胞色素氧化酶基因、ATP酶基因、細(xì)胞色素還原酶基因、一些抗藥性基因等。

在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)還有微絲和微管等結(jié)構(gòu)，它們的主要機(jī)能不只是對(duì)細(xì)胞起骨架支持作用，以維持細(xì)胞的形狀，也參加細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，如有絲分裂的紡錘絲以及纖毛、鞭毛的微管。此外，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)還有各種內(nèi)含物，如糖原、脂類、色素等。

真核細(xì)胞中，肌動(dòng)蛋白在微絲結(jié)合蛋白的協(xié)同下，形成獨(dú)特的微絲性骨架結(jié)構(gòu)，與細(xì)胞中許多重要的功能活動(dòng)有關(guān)，如肌肉收縮、變形運(yùn)動(dòng)、胞質(zhì)分裂等。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)微絲骨架網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與細(xì)胞信號(hào)傳遞有關(guān)。