论生命细胞的生长动力学问题.doc

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言已知生命现象的特征之一是能够自体生长繁殖，而生命体的生长繁殖过程就是有机体的遗传信息趋于无限传递和表达的活力表现过程，因此，处于生长繁殖状态的生命细胞吸收聚集环境营养分子进入细胞体内并参与细胞自体结构的建设得以生长，而细胞生长的接代延续则属于生命细胞自体二分裂的繁殖过程。纵观生命细胞的生长发育、分裂繁殖和遗传进化过程可知，生命运动过程属于在一定环境条件下连续进行的不可逆的化学反应信息的无限传递过程以及使环境质量的无序结构运动转变成局部有序结构运动的质量聚集过程，而在生命运动过程中表现以上作用和行使以上功能的基本单位就是细胞, 因此，对生命细胞生长发育过程的研究属于细胞生物学的重要内容。本文从细胞遗传学和细胞生理生化学方面对生命细胞的生长动力学问题进行研究探讨。2. 细胞遗传进化的基础问题 已知细胞的生长发育过程属于生命现象的自然表现过程，其内容包括染色体DNA的半保留复制过程和蛋白质的生物合成过程以及细胞膜的生长发育过程。又已知细胞生命能力的遗传过程属于细胞染色体DNA的复制和结构重分配过程，在该过程中，染色体DNA吸收环境营养物质合成DNA子链进行半保留复制并经减数分裂使生物合成的两条DNA链或两组染色体DNA分别进入子细胞，因此，所形成的子细胞中带有父体细胞或母体细胞或双亲细胞的遗传特征，这就是生物遗传学的基础内容。由此可知，如果细胞和细胞体生物毫无差错地如此接代遗传下去，生物的进化过程只能是原始细胞遗传信息的单线传递过程，即使在进化过程中有遗传变异现象发生，也将是父体细胞或母体细胞的某些遗传性状的改变而不会产生质的飞跃和形成新物种。 已知生物的遗传进化过程呈进化树状，可以肯定，在遗传进化线路分枝处一定会产生物种分类学上的特点。如果物种遗传状态的形成和保持来源于细胞染色体DNA的遗传稳定性和遗传变异性的相对统一 ，则生命物种的来源和进化状态的保持说明染色体DNA的结构复制过程并非仅为单线遗传过程，而应该是在单线遗传的基础上其染色体DNA结构有明显的或重大的改变，如果这一改变过程是由染色体DNA结构中的基因数目的扩充过程决定的，则细胞染色体DNA所携带的基因在遗传进化过程中就应该存在数量的增加过程。从细胞染色体的结构来看，DNA复制时的碱基配对原则是A：T和G：C并且在进行DNA复制时的两条单链趋于分开而行双向复制过程。如果染色体DNA为闭环结构或环状结构，复制过程结束后的子链的序列碱基数目应该与母链完全一致。如果染色体DNA为开环结构或线状结构，在DNA复制过程结束后可能会有三种方式和途径产生DNA结构扩充和基因数目增加的后果：其一是染色体DNA复制过程结束后形成的游离DNA子链在某情况下可能会与DNA母链头尾相连接而聚合形成长度加倍的染色体DNA链，其二是细胞DNA与外侵的感染DNA或与内吞作用中没有消化掉的外源DNA发生了DNA链的相互连接而形成了结构加长了的DNA链。由于细胞染色体DNA结构中有重复片段或重复基因现象存在，并且已知细胞体DNA的基因为多操纵子结构，那么，进化后的细胞DNA结构中众多重复基因和操纵子的存在说明前者的可能性是存在的。对于后者，病毒对细胞的侵染或阿米巴等行吞噬功能的独立生活细胞对细菌等小细胞的吞噬和消化作用可能会形成外源DNA片段或整段外源DNA链与细胞染色体DNA链相互连接的过程，后者可能是原核细胞向真核细胞突变进化的遗传学基础，前者则可能是生物物种起源和进化的遗传学基础，并且从生物化学角度来看，这两种遗传物质变化的方式和结果在一定的环境条件和细胞生理状态下是可以形成的。第三种可能的方式是细胞在复制过程结束后，其所合成的DNA子链除了与DNA母链的结构碱基相对应的部分外，其末端可能尚存在多余的未配对碱基。已知DNA在行双向复制过程时有部分冈崎片段参与到了新合成的DNA子链结构中，当DNA链复制到接近末端时，如果最末端的聚合碱基为一冈崎片段并且该片段中的碱基数目不可能正好与DNA母链的末端碱基完全对应互补，因而会在新合成的DNA子链的结构末端形成一到数个多余的碱基而形成类似粘性末端的多余碱基结构，因此，该新合成的DNA子链中比复制模板链多余出的结构碱基就会成为下次复制时母链结构的延长部分和复制模板的结构部分，因此，该DNA链中的这种多余碱基结构会被以后的DNA复制过程一直遗传和保留下去，并且这种经过DNA复制过程使DNA链自然或意外产生多余序列结构碱基的情况可能会在以后的细胞遗传过程中经常发生，因此，细胞的遗传过程中可能同时伴随有DNA链结构的延长扩充及序列结构碱基增加和积累过程，而该种经DNA复制过程使在DNA子链结构末端产生的多余序列碱基则可称为富余遗传子g。由于处于细胞进化过程的细胞染色体DNA在行复制过程时其DNA子链结构上会经常有富余遗传子g形成，因此，在开环状或线状染色体DNA的连续多代复制过程中形成的富余遗传子g的总数目n则会使染色体DNA母链的总长度DNA2改变为： DNA2 DNA1 + n(g)如果设由m个经连续多代遗传形成的富余遗传子g组成一个结构基因或操纵子，则染色体DNA链线性序列中新增的结构基因或操纵子数目Gn就应为： 可由此推知细胞的遗传进化过程应属于开环状或线状染色体DNA的结构复制过程中产生富余遗传子g数目的连续积累过程和遗传基因数目的连续形成和积累过程。由于细胞生物体在进化过程中其子代与亲代可能具有富余遗传子的差别，而细胞或物种经繁衍多代后，随着其染色体DNA结构中形成的富余遗传子g数目的连续积累，其后代细胞与祖代细胞就会形成基因上的差别，因此，物种的起源与其后的进化过程和进化程度应取决于其DNA碱基序列结构中富余遗传子g数目的连续积累过程以及新遗传基因数量的增加过程，因此，DNA链末端碱基序列中的富余遗传子g的产生和数量积累过程就应该属于细胞遗传进化的细胞生物学基础。但是细菌等一些原核细胞或病毒的闭环状染色体DNA由于不存在DNA链结构末端或粘性末端，所以，当其进行DNA复制过程时只能复制一套与母链DNA结构完全一样的子链结构而很少会产生富余遗传子。由此可知，单细胞原核生物应属于物种遗传进化的保守者，或是说单细胞原核生物的细胞遗传状态可能一直处于祖代细胞或细胞起源时的原始染色体状态，而具线状或开环状染色体DNA的细胞生命物种才是以进化树的途径表现物种的来源和遗传分化过程的。3. 细胞生长的结构动力学问题 已知离体的DNA双链结构处于120热水中时能自然解链形成相互独立的单链结构，而当转入降温或冷水条件下时，热解离形成的两条DNA单链结构又可自然地相互盘绕形成双链螺旋结构。DNA双螺旋的这种高温解聚特性说明热力学温度T属于DNA分子的结构热离散力Ft，而其表现的结构低温聚集特性就应属于DNA 分子的结构冷聚集力Fk的表现。如果DNA双螺旋分子的结构冷聚集关系属于生化分子的结构氢键力，则除了DNA双螺旋结构外，蛋白质三级以上的结构也应该是由Fk维持和决定的，因此，生化分子的结构冷聚集关系可能在细胞生命活动中起着重要的作用。 如果生化分子的质量m属于环境低温源点，则分子的结构聚集关系所表现的就应是质量m1与m2之间的冷引力关系。如果分子的结构冷聚集力用“Fk/Q”表示，其中的Q表示质量 m1和m2处于分子结构状态，则当分子Q结构解离的临界温度为k时，分子结构冷聚集力Fk/Q 就应与环境热度T表现如下反比关系： 己知生物细胞的生长过程是细胞对环境营养分子的内吸收过程，因此，细胞相对于环境就应表现环境低温源的特点而对环境游离分子表现结构冷聚集关系。由于细胞的代谢过程是以分子作为内外交流单位的，因此，除了共价键和离子键的质量聚合作用外，细胞的生长、发育和繁殖过程还应该是以结构冷聚集力Fk/Q表现细胞内吸收和分子聚集趋势的。如果以分子结构冷聚集力Fk/Q的倒数作为分子结构热离散力Ft/Q而表现细胞生化分子的结构离散趋势，由此可知，质量m较大的分子易被细胞吸收和滞留固定，质量m较小的分子则易被细胞离散释放，因此，细胞内容相对于环境游离分子应表现为Fk/Q 源点，并且只有当细胞的Fk/Q与其Ft/Q达到临界平衡状态时才能处于适宜生长繁殖的细胞生理状态。 已知细胞质中的染色体DNA属于胞内多聚大分子，如果设DNA的单链分子为m1，则染色体DNA相对于细胞内环境就应该表现Fk/Q而趋于吸引吸收环境营养分子m2参与DNA的结构聚合作用从而形成DNA链结构的复制势和双链螺旋结构的保持势以及DNA分子的转录势和转译势，而当细胞内环境处于表现结构热离散关系Ft/Q状态时则会形成染色体DNA的解链势和结构解链过程。由于DNA双螺旋在进行结构解链过程的同时会伴随进行DNA单链分子的复制或转录过程，因此，DNA双螺旋的解链过程应该是由于结构表现Ft/Q的热解离作用。如果DNA的解链与DNA的复制属于同步进行的过程，则由专一酶催化的DNA解链过程就应该属于酶催化作用点表现局部结构热离散作用或者依靠游离碱基与模板DNA链结构聚合时形成了结构氢键力的转移而解链，从而使DNA双螺旋的顺序解链过程同时表现DNA双螺旋的顺序聚合过程。因此，细胞染色体DNA的复制过程应该属于自然发生过程，并且由于胞质DNA的复制或转录过程的连续进行形成了胞质内环境的局部低密度区域从而形成了胞外营养分子m2依靠分子密度梯度和质子梯度向细胞内运输的趋势和过程，而胞质内容的扩充趋势则会使得细胞m1对胞外环境表现Fk/Q而形成了吸收胞外营养分子m2进入胞质的趋势，因此，细胞质内容的扩充过程和细胞对环境营养分子的吸收作用应该属于细胞质量聚集力的表现，而胞质容积持续增加的趋势则形成了细胞质对细胞质膜内壁的压力从而形成了生命细胞的生长动力势。 已知在等容气体状态变化过程中的空间压力P与热力学温度T成正比关系，因此，热力学温度所表示的是一种相对于质量冷聚集关系的空间热压力。但是在水溶液中，压力P的变化与温度T无关而只与结构冷聚集力Fk/Q呈正比关系，因此，当处于压力P作用状态时，水溶液或生化分子之间的Fk/Q或氢键力应为: Fk/Q = (m1+m2)k+(PK)水溶液或生化分子之间的Ft/Q则为: 式中的K和T分别为一大气压力P作用下而相应提高的环境冷度和相应降低的环境热度。因此，当Fk/Q和Ft/Q处于等值平衡状态时的温度则为水溶液或生化分子结构解离的临界温度，处于此时的水溶液的Fk/Q则取决于压力P而生化分子的Fk/Q则取决于其分子量m。由此可知，当k为一定值时，细胞内容物质的分子量m决定了Fk/Q的大小，而染色体DNA为多聚大分子，在胞质环境中应趋于表现Fk/Q而呈双链螺旋结构(m1+m2)DNA： Fk/Q = (m1+m2)DNAk(m1+m2)DNA 因此，当细胞质中的DNA分子的Fk/Q大于其Ft/Q时应趋向于结构聚合的DNA复制过程： 当细胞质中的DNA分子的Fk/Q小于其Ft/Q时应趋向于结构解离的解链过程和减数分裂过程： 当细胞质中的DNA分子的Fk/Q等于其Ft/Q时，DNA双螺旋链应处于结构聚合和结构解离的临界平衡状态： 由此可知，细胞质中DNA的复制过程应该是以DNA的分子量m1表现Fk/Q的结构质量聚集过程，并且随DNA的Fk/Q的表现而吸收聚集胞质内游离小分子因而在细胞质中形成高密度区域(DNA复制区域)和相对低密度区域，被吸收到胞内的营养分子m2再经生化反应过程形成DNA单体分子而参与DNA的结构复制过程。如果生化分子的Fk/Q决定了分子的聚集力矢量，那么经减数分裂形成的两组DNA螺旋链(m1+m2)m2分别迁移到细胞质两极的趋势就应该属于两组双链DNA相互表现Ft/Q的结果，此时，DNA应表现合成类脂分子的酶系的基因处于活性状态或代谢产物有机酸类或醇类趋于在该条件下合成类脂分子而表现细胞质膜的发育和生长。由此可知，细胞DNA处于二倍体状态时，两组染色体DNA的相互分离是细胞生长到一定时期的必然结果，这一结果应该与DNA分子间的氢键力已经消失和高密度的DNA分子趋于向相对低密度区域迁移的特性有关，或可能与细胞质中合成的糖蛋白的机械伸展作用有关。4. 细胞生长的化学动力学问题 已知生化反应中的强电负性原子与氢原子表现氢键力而形成弱引力结构关系，如果氢键力属于结构冷聚集力，则生化反应中的电负性结构原子除了与质子性结构相互电性吸引的结构关系外，同时也应表现结构冷聚集力Fk/Q的作用关系。已知参与DNA结构合成的单体分子为单核苷酸，而蛋白质合成的单体分子为氨基酸，该些游离单体分子在相对酸性条件下均带有正电荷，这说明DNA和RNA结构链或蛋白质的结构链在相对酸性条件下应表现负电荷，因此，DNA的复制过程和蛋白质的合成过程就应该属于呈电负性状态的模板结构表现的Fk/Q对环境中带正电的游离单体分子的电性引力表现过程和结构分子的电性掩蔽过程。由此可推知，当胞质pH高于DNA的等电点pI时，细胞应趋于合成有机酸类以降低胞质pH，而当胞质pH低于DNA的pI时的细胞则应主要进行DNA的复制过程并同时合成醇类和脂类，该过程应既表现DNA的Fk/Q的结构聚集作用，同时又与胞质环境中的游离有机酸分子进行酸碱中和反应而表现DNA的复制过程。当胞质pH高于DNA的pI时，环境中的游离单核苷酸则应表现电负性并与DNA结构的电负性相互作用而表现结构离散趋势，从而使合成的DNA子链或RNA结构链表现弱碱性而趋于脱离DNA模板链游离到胞质环境中。而当表现弱碱性或弱Fk/Q的蛋白质的pI高于环境pH时则应趋于吸引和聚合环境中的游离氨基酸分子进行蛋白质的合成过程，合成过程中所形成的多肽链则由于其结构氨基酸单体的羧基被中和掩蔽而表现弱碱性并与碱性的RNA模板相脱离而形成游离多肽。可由此推知DNA、RNA和蛋白质多肽的生物合成过程应属于胞内游离分子的酸碱中和反应的单体聚合过程，所合成的大分子多聚体链与模板载体链相互表现Fk/Q而形成二级以上螺旋聚集结构。由于染色体DNA进行复制过程的首要条件是胞质pH要低于DNA的pI，而处于此状态下的DNA结构则具有表现吸引和聚集环境游离单核苷酸分子合成DNA子链的结构趋势，因此，此情况下的DNA应表现结构碱性和Fk/Q，复制过程结束后的DNA双链结构由于其pI相等而在相对酸性环境中相互之间表现结构离散关系因而会被细胞质的相对低密度区域吸引而分别迁移到细胞质两极，而处于相对低环境pH下的DNA链结构则又趋于吸引聚集环境中的游离单核苷酸分子进行DNA的结构复制过程，并与DNA复制过程同步表现醇类的合成以及所合成的醇类与有机酸分子结合成类脂分子的反应过程，而该反应过程就应该是属于小分子有机酸碱的中和反应过程，所合成的游离类脂分子则成为细胞质膜发育所需要的结构单体分子。可用简式表示以上的反应过程: 当 时，反应趋于DNA复制和类脂分子合成： DNA 2 DNA 酸类 醇类 脂类 当 时，反应趋于转录和转译过程： DNA DNA mRNA mRNA mRNA pro 当 时, DNA的结构双链和双倍染色体或双倍染色体组趋于分离： 2DNA DNA DNA 当 时，趋于进行有机酸合成反应和DNA双螺旋结构的聚合反应： DNA DNA 2DNA 葡萄糖 有机酸 在以上有机酸分子合成和有机酸碱分子的中和反应过程中，小分子呈酸基质(有机酸、单核苷酸、氨基酸等)均来自细胞对环境营养分子的吸收和代谢转变，因此，伴随DNA的复制过程，细胞吸收和同化了由外环境输入的营养分子并同时使细胞质pH发生相应的变化从而启动了RNA的转录过程和蛋白质的合成过程以及有机酸、醇类和脂类的生物合成反应过程，从而使细胞处于合适的生长繁殖的生理状态。已知氢键是两强电负性原子与中间的氢原子之间或两氢原子与中间的强电负性原子之间形成的弱引力作用关系，DNA双螺旋就是由氢键作用关系形成和保持的多聚大分子结构。如果原子的电负性以Fk/Q表示，则当环境pH高于DNA的等电点pI时，DNA结构序列中的互补碱基之间应趋于表现氢键作用关系和保持双螺旋结构, 而当环境pH低于DNA的pI时，互补碱基之间可能会发生如下反应使结构氢键力消失而导致DNA双螺旋结构的解链过程（见图1）： 图1: DNA的配对碱基分子之间的氢键力变化 由于上述的DNA解链原因，环境中的游离碱基分子在相对碱性条件下可能易与模板链中的互补碱基以氢键配对并使DNA双螺旋处于结构稳定状态，而在相对酸性的条件下则应趋于使DNA双链结构中的维系氢键力消失而使DNA双螺旋解链。由于染色体DNA的合成和复制过程应伴随DNA双螺旋结构的解链过程，因此在染色体DNA的复制过程中就可能会存在两种情况: 或是环境表现相对酸性而使DNA双螺旋结构自然解链，但DNA单链结构对互补碱基的配对聚合反应则不能自然进行；或是环境表现相对碱性而使DNA单链结构的互补碱基自然配对聚合，但在该条件下，DNA双螺旋结构的解链过程则不能自然进行。如果DNA双螺旋结构的解链过程属于酶促反应过程，则该作用酶的催化活性部位就应该具有游离OH作用的连续表现，如果此时的环境相对于DNA的pI表现酸性就能形成DNA结构解链反应和互补碱基自然配对反应同时进行的自然过程，则DNA分子在相对酸性环境中就应趋于恢复常态而进行互补碱基的自然配对和DNA双链的聚合反应过程。由此可知，相对结构碱性形成了分子间的结构离散作用，它应等同于结构热离散力Ft/Q的作用而可称为碱性离散力OH/Q，而相对结构酸性则形成了分子间的结构聚集作用，它应等同于结构冷聚集力Fk/Q而可称为酸性聚集力H/Q，如果两者的作用关系互呈倒数，则水溶液中的碱性离散力 OH/Q与酸性聚集力H/Q就应存在如下关系: 因此，生化大分子Q的结构pI与胞质环境中的极性分子形成的键势差Ue与分子Q的Fk/Q属于加合关系，当环境pH等于分子Q的pI或键势差Ue等于零的生化大分子Q的Fk/Q处于等于或小于Ft/Q的临界状态时结构应趋于解离： 而键势差Ue显现的生化大分子Q处于Fk/Q与Ft/Q等值的临界平衡状态时结构则趋于聚合： 因此，表现结构极性的游离单核苷酸分子和游离氨基酸分子均处于酸碱中和的结构聚合状态，处于Fk/Q大于Ft/Q状态的DNA单链分子则趋于表现碱基配对聚合的结构复制过程，而处于Fk/Q小于Ft/Q状态的DNA双螺旋分子则趋于表现结构解链分离过程。 已知染色体DNA的双链螺旋结构由双链间的氢键力维持。如果DNA双螺旋的解链过程是由相关酶所催化的，DNA分子的螺旋链就要相对酶催化点作一定速率的绕轴旋转运动和链首端的机械伸展运动，而对于处于螺旋度状态的线状DNA分子和多级折叠状态的染色体DNA分子来讲，即使DNA解链酶催化的解链过程不影响DNA的空间结构状态，这种解链过程也是不可想象的。由上述已知DNA双螺旋分子的结构聚集倾向取决于结构冷聚集力Fk/Q和酸性聚集力H/Q 的协同作用，如果处于恒温条件下的DNA分子表现的结构冷聚集力Fk/Q为不变值，则环境酸碱度的变化就会直接影响到DNA分子的结构氢键力或双链聚集力而表现为DNA双链螺旋度(DNA)的变化： 因此，当水环境趋于高pH条件时，(DNA)应该趋于表现小值；当水环境趋于低pH条件时，(DNA)应该趋于表现大值。由于生活细胞内环境的pH不可能会达到极限状态，因此，DNA分子的双螺旋结构不可能由适宜的胞质pH环境完全解旋和解链，如果可能的话，DNA的复制过程只有等到胞质pH降低到能使DNA模板链与环境建立起氢键关系时才能进行互补碱基的自由配对和DNA的复制过程。如果在胞质pH波动不大的条件下进行DNA的复制过程，则只能求助于相关酶的催化作用。可推知DNA解链酶只是给DNA的双螺旋结构内部提供一个高pH的微区环境以顺序解开剩余的DNA螺旋度使DNA双螺旋解链，而环境pH则应适合解链后的模板链对环境表现氢键力关系而进行碱基互补配对和DNA的复制过程。5. 细胞生长的反应动力学问题 已知原核类的细菌属于单一染色体细胞，因此，细菌细胞体内的复合酶合成基因应该处于线性排列顺序的连锁状态。由于真核类的真菌细胞属于多染色体细胞，其多酶体系的酶合成基因或许并不是处于同一条染色体上的线性排列顺序，而很可能是同时分配到多条染色体上，因此，多酶体系的酶合成阻遏排列顺序应该能在同一细胞中的多条染色体上共同表现出来，其阻遏排列顺序也并非为染色体基因的线性排列顺序，而应该是细胞内阻遏信息载体在多基因组的转录启动感受点上的表达顺序。当细胞以环境多聚物为营养基质生长时，其胞外酶的单位产量应呈如下关系： 式中的Ks值表示为酶活单位在单位时间t内形成的酶解产物量，是作用基质的酶解常数。当Ks值一定时，SC与单位时间t 的酶产量呈正比。当SC一定时，Ks(相对值)与单位时间t 的酶产量呈反比。Ks值可通过调节环境条件如pH、温度或添加酶催化抑制剂使之降低或者利用Ks值小的营养底物。但环境条件的改变应以不影响细胞的生长繁殖为前提，降低后的Ks值也以不明显影响细胞生长所需的营养物质的供应为前提。 当细胞内的蛋白质合成过程中参与的合成酶系的数量和活性不是限制因素时，细胞内蛋白质(酶)的合成速率和数量应取决于两个因素：第一是细胞内前体氨基酸单体的种类和合成速率以及在细胞内的游离浓度，第二是相应的mRNA的合成速度和在细胞内的游离浓度以及前体核苷酸单体尤其是尿嘧啶单核苷酸的合成速率和其在胞内的游离浓度。当mRNA在细胞内的游离浓度不属于限制因素时，蛋白质的合成速率和数量应取决于前体氨基酸分子的合成速率以及处于活化状态的氨基酸分子的游离浓度。当营养底物充足供应时，氨基酸合成途径中的关键酶的活性则决定了蛋白质的合成速率，此时，蛋白质的合成速率应该与氨基酸合成途径中的关键酶的活性状态表现正比关系。如果细胞内游离氨基酸(和活化氨基酸)作为合成信息载体存在并处于过量供应时，蛋白质合成速率应只与胞内游离的活性mRNA分子的数量或浓度有关，两者在一定范围内应表现正比关系。由于mRNA是蛋白质生物合成的模板并充当合成信息载体(活化氨基酸)的受体，而mRNA的信息功能则来源和拷贝于细胞染色体DNA序列中的相关基因，因此，如果mRNA的合成是受操纵基因的控制并且与阻遏蛋白的活性状态有关，则阻遏蛋白信息的表达仅起了一种开关控制作用，它只决定mRNA合成过程的启动和中止，不控制mRNA的合成速率。因此，在蛋白质合成基因的突变细胞类型中，如果突变发生在操纵基因中，则阻遏蛋白活性的丧失要么使mRNA的合成中止(永久性阻遏作用)，要么使mRNA合成全部开启(永久性脱阻遏作用)，反应在细胞表观活动上则表现为菌株细胞的该种酶(胞外酶)合成突变为转录开启型菌株或突变为转录闭合型菌株(仅限于单一染色体类型的细胞)，或者只发生该种酶的合成和分泌量上的增减(适用于多n染色体细胞)。如果突变发生在前体氨基酸合成途径中的关键酶的合成控制基因上，则所合成的氨基酸的种类和数量应限制了酶蛋白合成的速率，细胞向外环境分泌的蛋白质总量应该有所降低，并着重表现在处于脱阻遏状态的酶蛋白的合成和分泌速率(或数量)上。如果合成单核苷酸途径的关键酶的合成基因发生突变或其操纵基因发生突变使得该酶蛋白的合成处于转录闭合状态，细胞则会由于胞内游离单核苷酸的供应中断而停止繁殖或者死亡，这种现象应该只要其中的一种单核苷酸的合成过程发生改变就会发生（仅指1 n 染色体细胞）。当该现象发生在多n染色体细胞中时，一条染色体上的基因序列发生这样的关键酶合成基因的转录闭合型突变则只能导致该细胞总蛋白质合成速率和分泌量的改变(理论上应该呈倍数的降低)。不考虑环境条件的影响和细胞所处的生理状态，即排除了细胞自调控方面的因素外，细胞总蛋白质(胞外水解酶)的合成和分泌速率应受到单核苷酸合成关键酶的生物活性的限制，而当其处于最高酶活性表现状态时，细胞总蛋白质的合成和分泌应保持在最高速率状态。如果这两类关键酶的活性有缺损时，就会影响到胞外蛋白质的合成分泌速率。如果活性丧失或处于转录闭合状态，则细胞会因此而停止繁殖或者死亡(仅限于单n 染色体细胞)。 处于不同环境条件和生理状态下的细胞进行DNA复制过程时所合成的DNA子链的生理特性和生理活性可能会发生改变而转向细胞复制过程或者转向细胞转录过程，因此，处于某种环境(如低Ks值条件)或生理状态下的细胞内游离单核苷酸分子的生物合成可能趋向于形成尿嘧啶核苷酸（U）或者合成的胞嘧啶核苷酸（C）趋向于转变成尿嘧啶核苷酸（U），并使得细胞染色体DNA的复制倾向和复制程度降低而转录倾向和转录程度增加。如果所合成的尿嘧啶核苷酸（U）是随意插入到DNA碱基链的合成序列过程中的，随环境条件或生理状态的改变，DNA合成的子链结构中就会同时具有胞嘧啶核苷酸（C）和尿嘧啶核苷酸（U）共存的成分。如果合成尿嘧啶核苷酸（U）的控制点是在DNA基因顺序链的起始端，则DNA经结构复制过程后就应该或是合成为DNA子链结构，或是合成为RNA链结构，而该DNA基因顺序链的起始端上决定尿嘧啶核苷酸（U）合成反应的控制点就有可能受化学物质（信息）的调节而起控制复制反应途径与转录反应途径的分向和产物类型分配比例的作用。这可以通过人工诱变选择特定酶或特定合成产物的转录开启型菌株，或控制环境条件使单核苷酸的合成反应趋向于转录方向，或在细胞的营养环境中添加某种生理活性物质如cAMP、cGMP等能控制单核苷酸合成类型的信息载体物质以使细胞内的单核苷酸的合成途径趋向于合成尿嘧啶核苷酸（U）。 细胞对环境条件的变化或环境信息的剌激具有一定的应变能力或应答表现，它可以通过调节自身的生理状态使细胞的生命活动与变化的环境条件相适应，因此，细胞的生长发育状态和繁殖分化程度除受遗传因素的影响外，可能尚受环境条件和环境化学因素的制约和调节。现已知某些激素、抗生素、有机酸碱类化学物质能直接影响到细胞遗传性状的表达，这类属于细胞遗传性状影响因素的化学物质可称为遗传性信息载体，而仅能影响细胞代谢途径的改变或反应量增减的化学物质则可相应地称之为代谢性信息载体。遗传性影响因子和代谢性影响因子对生物细胞的影响是属于生理性的，而细胞生理状态或生长类型的改变则是在转录水平上或基因水平上调节和控制的，因此，根据染色体DNA的结构状态推测生物细胞具有不同类型的生长关系，如图2所示。 图2: 细胞的生长类型与DNA复制和转录倾向的相互关系由图2可见，DNA的复制和DNA的转录分别是以DNA的C子链为复制模板和以DNA的U子链作为转录模板而进行的生化合成反应过程，在不同环境条件或细胞生理状态下，DNA复制所合成的结构子链的生理活性可能有所不同而形成了DNA复制和DNA转录两种反应倾向。按经验来讲，在低Ks值下或环境中有某种遗传性信息载体存在时，单核苷酸的合成反应应倾向形成尿嘧啶核苷酸（U）或合成的胞嘧啶核苷酸（C）倾向转变成尿嘧啶核苷酸（U），如果单核苷酸分子的生物合成速率不变，则会使得染色体DNA的复制倾向降低而转录倾向增加。由此可知，(GC)母细胞在履行第(1)级生长类型时应该行均等二分裂形成两个(GC)子细胞，细胞主要进行DNA复制和细胞二分裂繁殖过程，培养中的细胞数量应随培养时间呈对数增加，如果以获得细胞生物量为人工培养目的，则可人为调节细胞或菌株细胞处于该种类型的生长过程。当(GC)母细胞履行第(2)级生长类型时，(GC)母细胞对等形成一个(GC)子细胞和一个(GU)子细胞，(GC)子细胞倾向于进行DNA的二分裂复制过程，(GU)子细胞则趋向于进行DNA的转录过程，当(GU)子细胞履行第(5)级生长类型时应该主要进行DNA的转录过程和蛋白质a的合成过程。改变环境条件或影响因素可使处于第(5)级生长类型的(GU)子细胞转为进入第(3)级生长类型而使细胞的生理活性由DNA转录倾向转为第（2）级生长的对等二分裂生长繁殖状态或是转为进入第（1）级生长的均等二分裂生长繁殖状态。细胞的第(4)级生长类型主要表现细胞遗传因子的逆转录过程，处于该种生长类型的细胞内应该有RNA逆转录酶的存在或者应伴随有RNA逆转录酶合成反应的存在，并且遗传基因的逆转录过程应该只在处于转录状态的细胞经第(3)级生长转为第(1)级生长或第(2)级生长的细胞中才能进行。 以上细胞生长类型以及各生长类型之间的相互转变关系说明处于不同环境条件时的细胞应该表现相适应的生理和遗传状态并依此决定了细胞的生长、发育和分化状态。细胞的生长类型除遗传因素外应该主要受环境信息的制约和调节，环境信息的表达可剌激细胞合成或降解细胞生长类型控制因子如cGMP和cAMP的合成或降解、DNA聚合酶和RNA聚合酶的合成或阻遏、细胞非组蛋白蛋白质和组蛋白蛋白质的合成和合成量分配比例以及某些激素和维生素的存在和缺少等，并在细胞内保持适当的作用浓度而以此决定了细胞的生长类型和生理状态。例如当细胞的DNA子链在履行第(5)级生长类型的过程中形成的DNA双链结构中的(GU)子链在胞质环境中不履行DNA复制功能而只进行单反应转录功能，并连续重复该步反应过程而在细胞内生成大量肽和脂类并保留下单股DNA的G链成为细胞内的遗传物质，因此，由此形成的细胞应为单倍体的精子细胞或卵子细胞并在适宜的环境条件下履行雄性生殖细胞或雌性生殖细胞的生理功能。由图可知，生殖细胞在一定的环境条件或生理条件下可以分化发育成体细胞（经第（3）、（1）级生长类型），体细胞也能逆向分化发育成生殖细胞（经第（2）、（5）级生长类型），而腺细胞则主要进行第（5）级生长过程。由此可知，各类生物细胞可依给定的环境条件进行生长类型的转变，这可能是细胞体发育的主要分化途经。 细胞中的生化物质多达数千种，细胞的生命活动就依靠这些生化分子的类型变换和重新组合的连续过程得以实现，数千种生化分子之间的相互作用和数条代谢途径同时存在又不失比例合谐地共处一体而表现细胞生理活动，这需要生物细胞内要有相应的生理调节和控制系统的存在，因此，细胞生命现象的表现和细胞生理活动的稳定要依靠有效的信息传递和表达以及稳定谐调的生物控制，任何环节上的调节失控均能造成生理上的代谢紊乱或使信息载体发生性质上的改变。肿瘤是代谢控制失调引起的组织病变，良性肿瘤表现为组织增生，恶性肿瘤则表现为组织细胞的溃破和病灶的扩散。前者可能属于脱阻遏信息载体表达功能所致，其表达位点应在呈线性排列的连锁基因的最前端（启动基因）或一条染色体或整个染色体组，信息载体的功能则表现为或是阻遏蛋白的脱落，或是阻遏蛋白活性的不表达，而后者相对正常细胞和组织，或是由于信息错误地传递或错误信息的表达，或是细胞的信息反馈机制失效，或是反馈信息的传递受阻等原因而造成细胞无节制无控制的代谢亢进而在组织中形成肿瘤。当代谢亢进表现为细胞增殖时则形成肉瘤，当代谢亢进表现为基因产物的合成和输出时则表现为组织细胞的溃破，当输出的基因产物属于细胞的脱阻遏信息载体时，基因产物信息在细胞间或组织间的扩散就应该属于病灶的扩散。脱阻遏信息载体的表达位点应该是合成脱阻遏信息载体的基因，而原始病灶的脱阻遏信息载体或是外侵RNA病毒的内容，或是基因阻遏蛋白活性的丧失或是脱阻遏信息载体的不脱落，并且很有可能是脱阻遏信息载体表达的基因产物是脱阻遏基因产物的逆转录酶。因此，恶性肿瘤的防治措施应该是阻止脱阻遏信息载体的合成，或是使其失去信息载体的功能和表达信息的条件，或是阻止信息载体在细胞间或组织间的扩散。由此推测恶性肿瘤的脱阻遏信息载体的本质可能属于RNA，在其穿膜作用和细胞间或组织间的转移过程中应表现肿瘤病灶的脱阻遏信息载体的性质并表现属于癌肿病灶的扩散过程。6. 细胞生长的生理动力学问题 已知当液体或液态水表面处于表现压力P状态时，液体或液态水分子的质量冷聚集力Fk/Q或结构氢键力会随之相应增加，而分子的键解离能量T也会随之相应升高，如果设分子聚合结构的键解离临界温度为k，则可形成如下关系: 由此可知，当环境表现压力P时，生活细胞的最适培养温度T会随之相应升高而使细胞生长繁殖的最适温度T超出常规培养温度的上限，因此，由于环境压力P的表现而使细胞的正常生理状态和生化反应过程所需的结构冷聚集关系Fk/Q和最适环境温度T相应增加从而会相应提高细胞的生化反应速率和细胞的生长繁殖速度。具有较硬厚胞壁结构的细胞如细菌细胞在处于生长过程时，随细胞内容物的增加过程而表现出的细胞容积的增大趋势可形成细胞质内容对细胞内壁面的胞质内压力Pc。由于生化分子的Fk/Q和最适反应温度T与Pc表现正比关系，所以，胞质内压力Pc的表现也应同样能产生加快细胞生长繁殖速度和降低细胞世代周期的作用效果并且也应是使细胞形态趋于球圆状的主要原因。但是，当胞质内压力Pc表现在细胞壁的相对薄弱区域时，Pc应该能促使细胞内容向该结构薄弱区域做相应的压力扩张，从而使得某些生活细胞生长成丝状、杆状或不规则的细胞形态，并且细胞的生长发育过程要一直延迟到整个细胞封闭系统的细胞外壁所承受的胞质内压力Pc达到等值状态时，细胞的形变生长过程才能停止下来。以上的这种由于胞质内压力Pc的形成和表现而导致细胞形变生长的生理现象可以称为细胞增压生长势。该细胞增压生长势不仅适合于微生物细胞的形态发育，同时也应符合动物或植物的细胞分化规律和生物个体或器官的生长发育规律以及生物体的形态塑造规律。例如植物种子在萌发过程中因种子外壳的硬性封闭包裹而产生的胞质内压力Pc或组织挤压力Pm的作用使种子胚芽的生长反应压力相应增高，因而相应地提高了种芽萌发过程的最适反应温度T从而使种子外壳内的种芽细胞的增殖反应加速进行，并最终在种壳结构薄弱处钻出种芽。而在高等植物的幼年期生长过程中，树皮结构的硬性包裹会使树干木质细胞的增殖程度横向受阻，因而随树干木质细胞连续分裂繁殖的容积扩大趋势而对树皮结构的内壁面产生了组织挤压力Pm，Pm的形成和表现又会促使木质细胞繁殖分裂速度加快，从而形成了由于细胞或组织增殖挤压力Pm引起的细胞或组织加速生长发育的增殖生理现象。该关系可表示为: 由于树干木质细胞依该压力累加增殖效应加速增殖而形成的限制性圆周挤压力Pm会促使木质细胞趋于向壳层结构包裹较为薄弱的区域和顺太阳引力方向或逆地心引力方向上的幼树顶冠扩张增殖，并因此而形成了相对快速向上生长发育的树冠。当该幼树生长到树冠重量的自然压力P等于木质细胞或树干细胞对树皮结构的横向挤压力Pm时，随树冠的持续生长和树冠重量的持续增加，树干直径的发育程度也会随之相应增加。该细胞或组织的压力累加增殖作用应一直延续到树干木质微管的毛细作用小于该树木的光合效率时，树木的生长发育过程才能减缓和停顿下来。如果细胞或组织的增殖挤压力Pm处于表现等值球圆状态时会最终生长发育成球圆状的植物组织如高等植物的果实，如果细胞或组织的增殖挤压力Pm处于表现非等值球圆状态时则最终会生长发育成非球圆状果实或组织。在动物组织结构中，幼年机体骨骼中的骨细胞的不断形成和骨化以及骨髓细胞的成熟和骨髓细胞自然增殖的反应过程而形成了骨髓对骨髓腔壁的增殖挤压力Pm，Pm的连续表现又相应地加速了骨髓细胞的增殖过程并促使成熟的骨髓细胞从骨骺端钻出骨腔进入血流而成血细胞。此时，由骨髓腔壁内的骨髓细胞的增殖过程产生的压力累加增殖作用形成的细胞增殖挤压势和骨骺端细胞通道趋于封闭的态势形成了幼年骨骼加速生长趋势。但是当机体发育生长到成年期时，由于长骨的骨骺端趋于转为疏松和开放态势而逐渐降低了骨髓细胞的压力累加增殖势而使得骨细胞的形成过程和骨髓细胞的快速增殖过程逐渐减缓和停滞下来，并因此使得作用于骨髓腔壁的细胞增殖挤压力Pm逐渐降低和消失并最终停止了骨髓细胞的外输过程和血细胞的生成过程，从而导致了机体的衰老和死亡。该关系可表示为: 由此可知，动物的平均寿命、机体体积的大小和某些肢体或器官的形态异常可能均与自身骨骼中的骨细胞和骨髓细胞的生长繁殖势以及骨髓细胞外输孔的多少和直径大小有关，因为该些因素影响到了成熟的骨髓细胞外输进入血流的难易程度和骨髓细胞成熟期的长短。骨髓细胞难以外输和成熟期较长的机体由于其骨髓细胞的增殖挤压力Pm难以向外界释放而导致骨骼向结构的长轴端或结构薄弱端（骨骺端）持续或加快发育生长，并因此形成了躯体体积和躯体形态差别很大的动物种类以及形成了机体的某些肢体或器官异常的动物种类。因此，按照以上细胞加压生长规律推断，生命物种的加压培养能相应地提高细胞和机体的繁殖和生长发育速度，但由此得到的生物个体的体积应该较小，寿命也应较短。而在失重减压条件下的生物体的培养则可能会相应减缓细胞繁殖和机体生长发育速度，但由此得到的生物个体的体积应该较大，寿命也应较长。可依此推知，如果将离体细胞或作物种子长时间置于离心角速度为零（离心机机轴中心）的超高速旋转离心作用下时应相同于失重减压条件并且该人工模拟失重减压条件或许对离体细胞和作物种子的品质改良会有一定的效果。7. 结 论 由以上研究探讨过程可得出如下结论： 1、细胞染色体DNA复制过程后的子链结构末端产生的多余结构碱基称为富余遗传子g，DNA碱基序列结构中的富余遗传子数量随染色体DNA的多代复制过程而连续积累并最终形成新的遗传基因从而使物种产生遗传性状变异和物种分化。 2、染色体减数分裂期的DNA单链相互之间和内侵的外源DNA与染色体减数分裂期的DNA单链之间可发生结构自然连接关系而形成加长了的新DNA结构链并经结构复制过程而遗传保留下去产生新的遗传性状或形成新物种，因此，呈线状和开环状染色体DNA自发产生碱基序列结构成倍加长变化的可能性应属于真核类生物形成、进化和物种分化的遗传学基础。 3、 DNA的复制过程、RNA的转录过程和蛋白质的合成过程是属于由于生化大分子聚合体的结构饱和度与环境有机酸分子存在键势差而形成的酸碱中和的引力聚合反应过程，胞质环境存在碱性离散力OH并等同于生化分子的结构热离散力Ft/Q和胞质环境存在酸性聚集力H并等同于结构冷聚集力Fk/Q，染色体DNA的Fk/Q和其Ft/Q处于临界平衡状态并同时与环境酸碱度相互作用而表现其结构的聚合反应和离散反应，因此，染色体DNA双链结构的螺旋度(DNA)与胞质环境的pH和热力学温度T存在反比关系。 4、 生物细胞或离体生物细胞或微生物细胞根据细胞染色体DN