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，卷:10(2)

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大约50年前，细胞的物理化学研究如何走上了错误的方向:生物科学中始于1930年的最大科学错误

*通信:

Laurent Jaeken比利时安特卫彭卡雷尔德格罗特大学学院应用工程系电话:+ 3236633031;电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

细胞是一种胶体，其分布系数和吸附系数作为主要的物理化学参数，允许负熵驱动的生物能量基于相干性，如Schrödinger在1944年首次提出的那样?还是电池中含有少量溶质的普通水，溶液中含有K+，并由一层膜包围，离子泵位于膜中，离子泵不断地防止被动泄漏。后一种观点被称为“膜(泵)理论”(MPT)，强调了当前所有的生理学和细胞生物学，但在能量上是不可能的。MPT在60年代和70年代被Ling推翻，但不幸的是，这仍然是未知的。凌研制出一种完整的胶体模型对于活细胞，有一整套经过实验验证的新方程。他所谓的“关联-归纳-假设”(AIH)的所有基本原理都被实验证实了。此外，他的AIH能够解释当代关于细胞一致性行为的新物理数据，而MPT是不兼容的。

关键字

胶体；Bio-energetic;大分子;溶质;生化能源

介绍

对于化学家来说，当生物科学家研究细胞内部和环境之间的离子或其他小溶质的浓度梯度的过程时，可能会感到惊讶，因为他们没有考虑到必须考虑分布和吸附系数。事实上，许多重要的生理过程在解释时没有这样的考虑。但是，这是有历史原因的，尽管化学家可能不了解这一点。但更令人惊讶的是，大多数生物科学家对此一无所知。

历史原因

在20开头^th本世纪关于物理化学的两个基本观点细胞流传:

(1)细胞质是由大分子和小溶质组成的水基溶液，由于细胞膜的存在，细胞质与环境的溶液是不同的、分离的。后者被认为是不透水的大分子在细胞内合成，并具有不寻常的半渗透性，负责小溶质的浓度差异。最引人注目和令人困惑的方面是细胞内钾含量高⁺和低细胞内钠⁺浓度与它们在环境中的浓度有关。院长(1]提出细胞膜必须包含一种泵，否则所观察到的浓度不能用法律能斯特。后来Skou [2]发现了假设的泵，现在通常被称为膜定位转运蛋白Na⁺/ K⁺-ATP酶，由著名的生化能量货币三磷酸腺苷(ATP)提供能量。Dean的建议基于以下假设:(a)细胞内的水是正常的水，因此分布系数为1;(b)细胞内的K⁺在溶液中，所以K⁺活度等于K⁺浓度。这种观点被称为“膜理论”，后来又被称为“膜泵理论”(MPT)。经典生理学和细胞生物学从1930年开始一直到现在。

(2)细胞质，当时还被称为原生质，是一种具有不同寻常的水性质的胶体，其中大多数溶质比在正常水中难溶解，这就解释了细胞内部和环境之间小溶质和离子浓度的差异。这就是“胶体观点”，然而在1930年几乎完全被消灭了。

1930年的确至关重要。著名的生理学家希尔[3.，4他做了一个著名的实验。他测定了尿素在静息肌细胞和浸泡肌细胞的林格液之间的分布系数。他发现它接近于1。所以，细胞水应该是正常的水。他还测定了细胞的渗透压，并考虑到细胞水是正常的水，细胞内最丰富的离子K⁺，必须在溶液中，否则将无法达到测量的渗透压。膜理论获胜了，胶体观点的大多数追随者改变了他们的想法。当然，这太简单了，无法简化历史［5-7只是这个实验，但它非常重要，因为它是如此简单和令人信服。27年后，提议的泵被发现了2]并且至少在一些实验中，即在膜系统中，也有细胞质存在，似乎是有效的[8]，但在其他只有膜而没有细胞质的制剂中则没有[9，10]。但是消极的结果总是很难的。

在膜理论的急剧崛起中至关重要的是[11处理“所有已知的”关于Na的问题⁺/ K⁺泵(Na⁺/ K⁺腺苷三磷酸酶)。(相当)完整在那个时候还是有可能的。不幸的是，这篇评论并不完整。许多与MPT不相容的实验没有被提及。什么样的尺寸!!

实验表明，泵消耗更多能源细胞所能传递的[12]。在后来对纳的回顾中⁺/ K⁺泵Skou [13他承认泵的能量不够。他提出了一个特别的假设来解决这个问题，但他的建议到目前为止一直没有得到实验的证实。

实验发表在Ann。纽约大学科学学院由Ling等人。[14]就在对格林和卡里斯进行关键审查的两年前[11表明希尔的著名实验揭示了一个例外。的确，Ling等人。[14]重复了希尔的实验并证实了这一点，然后他们在相同的实验装置中测试了大量其他具有1到12个碳原子的简单溶质，发现其中大多数的分布系数远低于统一，大致上分子尺寸越大，分布系数越低。

结论很简单。细胞水不可能是正常的水。细胞质必须是胶状的，其(高)胶体渗透压几乎解释了其本身的测量渗透压，因此细胞内最丰富的离子K⁺，必须被大量吸附。分配系数和吸附系数很重要。整个细胞生理学的基础必须从这些新的基础上重建，这对一个(物理)化学家来说并不奇怪。细胞-水极化成多层[15]和K的吸附态⁺［7，16]在细胞的高能量低熵静息状态下同时被证明，但尚未被普遍了解[17，18]。

还有别的选择吗?

凌和他的团队从这些新的基础出发，几乎完全依靠自己的力量，在50年代早期开始怀疑MPT，并观察到第一次严重的畸变，直到现在[[12，19]。他的工作是具有里程碑意义的，在理论上发展得很好，有大量的新方程，其中当然有分布和吸附系数，并且所有的新方程都得到了实验的证实。它涉及溶质分布，渗透性，运输，细胞潜能，渗透和细胞体积，运动，呼吸，跨上皮运输，诱导，细胞调节，正常细胞发育和癌症。他用实验推翻了MPT的所有基本原理，并对每一个原理都提出了自己的解释。但这些解释并不是单独存在的，而是结合在一起形成了一个内在简单的理论，即他所谓的“联想-归纳-假设”。

凌的“联想诱导假说”

简而言之，AIH认为细胞是由功能团聚体组成的，可以是不活跃的(静息状态)，也可以是活跃的。在静息状态下，它们由一种连贯的、行为单一的蛋白质集合(“组合”)、许多层极化和定向的水、吸附的K组成⁺和吸附的核苷酸-三磷酸(ATP或其他)。由于极化和定向的水，这个集合当然显示非常低熵。它是稳定的，严格来说是元稳定的，但是克莱格[20.使囊肿远离卤虫在完全缺氧的4年里，没有可测量的代谢。而早期人类胚胎是在液氮的温度下存活的，即没有新陈代谢，也没有形成冰晶!!外部刺激，往往是极端的低强度，可以激活这个系统，由此产生电位能源低熵的静息态被用来产生有用的功(化学、机械、电、光子发射)。相关系综的构象变化是由(Lewis)诱导效应引起的，不仅导致蛋白质成分的变化，还导致水去极化(K)⁺解吸和其他配体的结合(通常是其他大分子，最终是其他离子或溶质)。举个例子，当动作肌肉收缩或者一个动作电位的产生，在一个结束时，系统被阻塞成一个低位能源高熵态。它只能通过大量吸附(而不是水解)重新进入静息状态。能源新合成的核苷酸-三磷酸。那么，新陈代谢能源最终源自太阳或食物，导致这种合成只有在行动后才需要，即恢复休息。因此，一个囊肿或另一个休眠细胞能够孵化。这个描述清楚地表明，静止到运动和运动到静止是真正的相移，对物理化学家来说是有趣的东西。

AIH的各种实验证明

同年，生理学家凌[12]发起了他的AIH，俄罗斯著名生理学家Nasonov [21研究人员测量到，最多样化的刺激能够启动最多样化的细胞活动，在所有情况下，这都与非常多样化的物理化学参数的相同变化有关，这表明了相移。2010年Matveev [22统一了凌和纳索诺夫的独立观点。

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相移与非常不同的物理化学参数的相同变化有关，表明相移。2010年Matveev [22统一了凌和纳索诺夫的独立观点。
凌和他的同事们通过惊人的强大和多次重复的实验，以定量的方式证明了AIH的所有基本原理。当一个人走上不正常的道路时，他必须使他们坚强起来。他在四本书中总结了他的工作。12，23-25和大量的评论[5，6，15，19，26]。医疗诊断核磁共振是由他的朋友Damadian开发的，他也有类似的想法，所以发现在癌症细胞水的结构比正常情况下要少细胞［27]。这意味着相干性更小，熵更高。因此，凌的观点已经有了一个非常有用的应用。对于上面提到的所有研究领域，MPT有一个完全不同的解释，在我看来是错误的，尽管被广泛相信。更准确地说，MPT对每个主题都有不同的解释，但所有这些单独的解释并不能形成一个统一。这是由于他们基于错误的假设:正常的水，活度等于浓度，只有细胞膜实现这一切，细胞质不参与，能源短缺。

除了他在书中收集的所有论点之外，凌的文章和评论最近从一种完全独立的方法得到了巨大的补充推动，这种方法不是从生理学，而是从基础物理学[17]。18，28]。在他的书《生命是什么?》Schrödinger [29他认为许多重要的细胞成分的浓度也是如此低应用菲克等统计定律法律的扩散以有意义的方式。这是DNA和一些调节物质的情况，也适用于一些离子和其他小溶质细胞还有小的亚细胞区室。Schrödinger提出，细胞过程可以利用相干机制，类似于在接近绝对零度的物理系统中发现的机制，但适用于体温。他的论点是，这样的机制更加精确，能够在热噪声水平以下运行，这正是解释生命所需要的。他的建议在很大程度上被忽视了，主要是因为当时所有的数据，特别是希尔的发现都表明了菲克的应用法律对于中性溶质和法律在不考虑离子分布和吸附系数的情况下，用能斯特的理论对细胞生理学进行了很好的解释。显然，Schrödinger的“生活以负熵为食”(1944)的想法在MPT中找不到它的位置，因为根据MPT，双方的媒体细胞膜在熵上没有差异(离子和水被认为是两边自由的)。因此，MPT一直是细胞生理学中物理思想和方法传播的最大障碍。因此，在细胞生理学和物理化学(尤其是胶体化学)之间存在着巨大的差距。因此，对生命一致性的研究仍然处于生物科学的边缘。

然而，出现了几种独立的物理学方法来研究生命的连贯行为，通常是由著名的物理学家[30.-35但他们没有接触到更注重生物化学的主流生物研究人员。不幸的是，这些物理学家中的一些人在讨论他们的物理数据时并没有提到凌提出的生理学，尽管这是唯一与他们的发现相一致的一般生理学理论[28]。相干性物理研究的一个重要发现是肿瘤细胞在发生遗传损伤之前，可以观察到细胞一致性的降低[36]。所以，这个领域很有前途。幸运的是，对连贯行为的研究细胞最近成为生物物理学的一个热门话题，但主流生物科学家也应该关注它。

结论

与主流生物科学家接触是一项迫切需要但艰巨的任务，因为它需要推翻与MPT有关的大量交织和根深蒂固的信念(未经证实的假设)。因此，这是一个巨大的教育问题。像林的AIH这样具有力量和重要性的另一种生理学应该在一般生物学、生理学和细胞的一般教科书中被采用生物学它应该出现在该领域的大学基础课程中，并与生命一致性的现代物理学研究相联系。但这一切仍应启动。从教育上讲，当对这样的基本问题存在两种相互竞争的理论时，这是正确的教育论述了这两种理论，提出了它们的主要论点，并参考文献作进一步研究。未来的实验将用这种方法来完成剩下的工作。这将为包括医生在内的所有领域的生物科学家提供一个全新的视角。那些对生物体化学有基本兴趣的化学家们看了这篇文章，无论如何现在已经知道了。无论如何，凌志刚无疑是这20位生物科学家中最伟大但也是最被忽视的一位^th世纪。生物科学家们，开始读他的作品吧!!

注意:顺便说一句，亲爱的化学家们，我遇到了一个异常的简单原子理论，用代数方法描述了所有同位素的线谱的所有线[37而不需要考虑轨道:可能是一个巨大的简化。目前的原子理论中是否也存在一些重大错误?

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