纳米机器人

纳米机器人
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“纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基因调控网络重新设计，开发“在体”（in vivo）或“湿”的生物计算机或细胞机器人，从而产生了另种方式的纳米机器人技术。
目录
1概述
2未来发展
3其他应用
? 中国纳米机器人显奇功
? 国外的应用
4一款下载/上传软件
1概述
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纳米生物学的产生是与SPM的发明和在生命科学中的应用分不开的。生命过程是已知的物理、化学过程中最复杂的事情。不同于宏观生物学，纳米生物学是从微观的角度来观察生命现象、并以对分子的操纵和改性为目标的。纳米生物学发展时间不长就已经取得了可喜的成绩。生物科学家在纳米生物学领域提出了许多富有挑战性的新观念。 纳米生物学的加工技术可以向生物细胞学习。
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。涉及的内容可归纳为以下3个方面：
①在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系。
②在纳米尺度上获得生命信息，例如，利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等。
③纳米机器人的研制。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。
4纳米尺度调整杀死变异的癌变细胞，通过外部激光器指引，精确计算找到出辐射超标的癌变细胞，利用先进的生物细胞溶解技术讲可能病变的细胞溶解成化学分子元素，并通过特定传感器系统精确的核查后，将细胞组分成功进入健康细胞中，完成坏死细胞与成功健康细胞的转换。[1]
2未来发展
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用不了多久，个头只有分子大小的纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。
它们将为我们制造钻石、舰艇、鞋子、牛排和复制更多的机器人。要它们停止工作只需启动事先设定的程序。
表面来看，上述想法近乎不可思议：一项单一

的技术在应用初期就能治病、延缓衰老、清理有毒的废物、扩大世界的食物供应、筑路、造汽车和造楼房？这并非天方夜谭，也许在21世纪中叶前就可以实现。
全世界的研究机构都在想方设法将这些设想变成现实。美国总统克林顿曾经宣布成立美国国家纳米研究机构，承诺提供50亿美元进行这方面的尝试。
其实，纳米技术一词由来已久。理查德·费恩曼是继爱因斯坦之后最有争议和最伟大的理论物理学家，1959年他在一次题目为《在物质底层有大量的空间》的演讲中提出：将来人类有可能建造一种分子大小的微型机器，可以把分子甚至单个的原子作为建筑构件在非常细小的空间构建物质，这意味着人类可以在最底层空间制造任何东西。从分子和原子着手改变和组织分子是化学家和生物学家意欲到达的目标。这将使生产程序变得非常简单，你只需将获取到的大量的分子进行重新组合就可形成有用的物体。
事实上，每一个细胞都是一个活生生的纳米技术应用的实例：细胞不仅将燃料转化为能量，而且按照储存在DNA中的信息来建造和激活蛋白质和酶，通过对不同物种的DNA进行重组，基因工程家已经学会建造新的这类纳米工具，例如用细菌细胞来生产医用激素。
科学家根据分子病理学的原理已经研制出各种各样的可以进入人体微观世界行走的纳米机器人，有望用于清除有害物质、修复损坏基因、激活细胞能量、维护人体健康和延长人类寿命。医用纳米机器人目前还处在试验阶段，大到长几毫米，小到直径几微米；但可以肯定的是，未来几年内，纳米机器人将会带来一场医学革命。[2]
1990年 我国著名学者周海中教授在《论机器人》一文中预言：到二十一世纪中叶，纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。
3其他应用
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纳米技术的大胆应用设想还包括：利用纳米机器将获取的碳原子逐个组织起来，变成精美的金刚石；将二氧化物分子重新分解为原来的组成部分；在人血中放入纳米巡航工具，它能自动寻找沉积于静脉血管壁上的胆固醇，然后将它们一一分解；将来纳米机器能够把草地上剪下来的草变成面包……在完全意义上讲，世上每一个现实存在的物体无论是电脑还是奶酪都是由分子组成的；
在理论上，纳米机器可以构建所有的物体。
当然从理论到真正实现应用是不能等同的，

纳米机器人结构示意图
但纳米机械专家已经表明，实现纳米技术的应用是可行的。在扫描隧道显微镜帮助下，纳米机械专家已经能将独立的原子安排成自然界从未有的结构。此外，纳米机械专家还设计出了只由几个分子组成的微小齿轮和马达。（

切勿将这些齿轮和马达与那些由数以百万计分子组成的用传统技术构建的微小齿轮和马达相混淆，这些机器同未来制造的机器相比较实在是太巨大了）。
25年内，纳米技术学家期望实现这些存在于科学陈列室中的想法，创造出真实的、可以工作的纳米机器。这些纳米机器有微小的“手指”可以精巧地处理各种分子；有微小的“电脑”来指挥“手指”如何操作。“手指”可能由碳纳米管制造，它的强度是钢的100倍，细度是头发丝的五万分之一。“电脑”可能由碳纳米管制造，这些碳纳米管既能做晶体管又能做连接它们的导线。“电脑”也可能由DNA制造，用适当的软件和足够的灵巧性进行武装的纳米机器人可以构建任何物质。
纳米机器人执行任何任务，包括自身复制，都必须动用大量的纳米机器。血液里可能存在数以百万计的纳米机器人；在每一个有毒废物地点可能需要数以万亿计的纳米机器人，要制造一辆汽车可能要调动数以100亿亿计的纳米机器人同时工作。然而，没有一个生产线能生产如此巨大数量的纳米机器人。
但是，纳米科学家眼中的纳米机器可以做到这点。他们设计的纳米机器人可以完成两件事：执行它们的主要任务和制造出它们自身完美的复制体。如果第一个纳米机器人能够制造出两个复制体，这两个复制体每个又可制造出两个自己的复制体，很快就可以获得数万亿个纳米机器人。
但是，假如纳米机器人忘记停止复制，会发生什么？如果没有一些内建的停止信号，纳米机器人忘记停止复制，这种灾难的可能后果将会是无法计算的。纳米机器人在人体内快速复制，能够比癌症扩散还要快地布满正常组织；一个发疯的制造食物机器人能够把地球的整个生物圈变成一块巨大的奶酪。
纳米技术学家没有回避危险，但是他们相信他们能控制灾难的发生。其中一个办法是设计出一种软件程序使纳米机器人在复制数代后自我摧毁。另一种办法是设计出一种只在特定条件下复制的机器人，例如只有在有毒化学物质以较高浓度出现时机器人才能复制，或者在一个很窄的温度和湿度范围内机器人才能复制。
就像电脑病毒的传播一样，所有以上这些努力都无法阻止那些不怀好意的人有意释放某种纳米机器人作为害人武器。事实上，一些批评家指出纳米技术可能的危险要大于它的益处。然而，仅仅这些利益就已经太具诱惑力了，纳米技术必将超过电子计算机和基因制药而成为新世纪的技术发展方向。世界可能会需要一个纳米技术免疫系统，这个系统中纳米机器人警察不断地在微观世界中同那些不怀好意的机器人进行战斗。
中国纳米机器人

显奇功

中国人也可以像摆棋子一样摆弄原子了。记者从中科院获悉，一台能够在纳米尺度上操作的机器人系统样机由中国科学院沈阳自动化所研制成功，并通过了国家“863”自动化领域智能机器人专家组的验收。 在一个演示中，沈阳自动化所的研究人员操纵“纳米微操作机器人”，在一块硅基片上1×2微米的区域上清晰刻出“SIA”3个英文字母（沈阳自动化所的缩写）；另一个演示显示，在一个5×5微米的硅基片上，操作者将一个4微米长、100纳米粗细的碳纳米管准确移动到一个刻好的沟槽里。
纳米微操作机器人在10×10微米的基片上刻出的字样
测试显示，在刻画操作中，这台纳米微操作机器人在512个像素宽度的显示区域里，重复定位误差小于5个像素，精度达1%以上；在移动纳米碳管的操作中，重复定位精度达到30纳米；而在基于路标的定位测试中，其定位误差小于4纳米。 专家解释，1纳米是10^-9米，大约等于10个氩原子并列成一条直线的长度。在纳米尺度上的操作，被称为“纳米微操作”，是纳米技术的重要内容，其目的是在纳米尺度上按人的意愿对纳米材料实现移动、整形、刻画以及装配等工作。纳米微操作始于20世纪80年代，IBM的科学家1989年利用扫描式隧道显微镜（STM）操作35个氙原子在镍金属表面拼出I－B－M三个字母，成为轰动世界的新闻，开了纳米微操作先河。从此，纳米操作技术作为一个重要的战略发展方向吸引各国竞相展开研究。 该项目研究人员介绍，这台机器人系统在纳米尺度下的系统建模方法、三维纳观力获取与感知及误差分析与补偿方面有很多突破与创新，都达到世界先进水平。 据介绍，这种纳米微操作机器人可广泛应用于纳米科学实验研究、生物工程与医学实验研究、微纳米科研教学等领域。如生物学研究领域中，使用纳米微操作机器人可完成对细胞染色体的切割操作；也可在DNA或分子水平上进行生化检测及病理、生理测试实验研究。此外这种机器人在IC工业中纳米器件的装配与加工方面也有良好的应用前景，如可以利用它操作纳米微粒，装配微/纳米电子器件，甚至复杂的纳米电路。这意味着，未来利用纳米电路制成的电脑和家用电器，可以“想要它有多小，就能做多小”，甚至可以“塞进牙缝”；而未来利用纳米操作技术制作的微型机器人，也可以钻入人体替病人疏通血管，或在肉眼看不见的微观世界里，完成人们自己不可能完成的任务。
国外的应用

在美国科幻大片《惊异大奇航》中，科学家把变小的人和飞船注射进人体，让这些缩小的“参观者”直接观看到人体各个器官的组织和运行情况。然而在

现实中，科学家根据分子病理学的原理已经研制出各种各样的可以进入人体的纳米机器人，有望用于维护人体健康。
[3]目前还处在试验阶段，大到长几毫米，小到直径几微米；但可以肯定的是，未来几年内，纳米机器人将会带来一场医学革命。
许多工程师、科学家和医生都认为，医用纳米机器人有着无限的潜力——而其中最有可能的包括：治疗动脉粥样硬化、抗癌、去除血块、清洁伤口、帮助凝血、祛除寄生虫、治疗痛风、粉碎肾结石、人工授精以及激活细胞能量，使人不仅保持健康，而且延长寿命。
4一款下载/上传软件
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纳米机器人软件是专用于纳米盘（网络硬盘）的下载/上传软件。
批量上传下载;
单次不限文件数及总大小;
支持4G的超大文件上传;(公开测试期间暂不支持)
支持断点续传;
支持http下载并贮存于纳米盘;
下载\上传速度更快；节约时间;
支持拖放式上传，操作更方便;
支持历史任务管理
修改同时下载&上传任务数最大为4706254.
去掉注册表关联项.
一.关于机器人：
1.网络“受限”和“正常”
现在使用机器人时，左下角有网络状态显示。如果是“受限”说明你和服务器之间通不畅，可能是由于你属于内网，也可能是其他原因。如果显示“正常”，则你上传、下载都不会有响。(受限 并不等于你是内网)
相关设置，在机器人设置里的传输菜单中有监听端口设置。如果你是用路由器上网，请选中“启用UPNP”或映射相应的端口。这样可以使网络状态显示为“正常”。另外，要在防火墙里将机器人添加为信任软件。

人类的平均寿命也只是由两千多年前的45岁提高到了74岁。迄今为止人类寿命最高者只有英国人弗姆·卡恩，活了200岁。科学家指出，人类的自然寿命应该是100～150岁。
人类为什么会衰老?能否抑制衰老?
许多科学家认为，人类由于受到各种射线的照射、服用化学药剂，以及食物中含铁量过多等因素，体内会积累有害的自由基。这种自由基是导致人体衰老的罪魁祸首。 有些科学家认为，细胞老化是由于细胞中产生了一些导致老化的物质。美国洛克菲勒大学的细胞生物学家尤金尼亚从人体结缔组织细胞中，分离出一种特殊的蛋白质，这种蛋白质只是在老化的、停止分裂的细胞中才有，而年轻的细胞中是不存在的。她认为，这种蛋白质就是细胞老化的产物。也许正是这些老化的物质最终“杀”死了细胞。如能找到清除老化物质的方法，人类就能大大推迟衰老的进程。
有的科学家认为线粒体遗传基因变异的积累是人体衰老的原因之一。日本名古屋大学教授小泽高将与澳大利亚蒙纳修大学教授安索尼·

利内因等人合作研究查明，存在于细胞内部为细胞提供能量的线粒体，其遗传基因很容易发生突变，变异的积累很可能是人体老化的原因之一。研究小组在研究酵母时发现，细胞核内遗传基因的突然变异率为每1 000万～1亿个细胞当中有一个。而线粒体遗传基因的突然变异率竟高达每10～1000个细胞就有一个。研究小组还发现，原因不明的肥大型心肌病、肌肉萎缩症，有些很可能是由于线粒体遗传基因的突然变异所导致。
有些科学家认为人体老化的关键步骤发生在大脑之中，前苏联科学院动物进化形态和生态研究所通过用小白鼠进行试验，证实了大脑对身体的生理过程产生直接影响的理论。此外，在实验中还发现，移植的神经细胞得到恢复，即可加速细胞的生长。以上实验说明，免疫系统的功能是直接依靠于大脑的。据推测，人有可能学会有目的地支配自己的健康甚至加强意志。为此，该研究所指出：如果从遗传角度说人可活到大约200岁的话，只要对人脑做一次不太复杂的手术，这个年龄极限还可以往后最少推迟100年，即可活到300岁。
有的科学家认为细胞分裂有一定的极限，达到这个极限即会衰老死亡，美国科学家研究发现，人体细胞从胚胎开始分裂，连续分裂50代便全部衰老死亡，人的生命也就此了结，而癌细胞分裂了上千次，仍然生机勃勃。这是因为正常细胞与细胞之间连接紧密，基本上不与外界进行信息交换，而癌细胞则不受什么约束，它能与病毒或其他物质之间发生遗传结果交换，从而使癌细胞生生不息。
有位科学家将哺乳动物的神经细胞核移植到去掉核的金鱼卵中，发现神经细胞核经过100次分裂也没有衰老的征兆。这如果在人身上得以实现，推迟衰老便可成为现实。
有的科学家发现，决定生物寿命的是一种蛋白质。最近，日本东京医科牙科大学的米村勇和信川大学医学部附属心血管病研究机构的罔野照组成的研究小组，从果蝇体内发现了决定生物寿命的蛋白质。该小组培育出了长命系(寿命52天)和短命系(最长寿命35天)两个系列的纯系果蝇，找出它们的差别。结果发现，有一种长寿蛋白质在长命系的果蝇中大量存在，而在短命系果蝇中极少。这种蛋白质的分子量为76 600。试验表明，如果将少量的蛋白质掺入果蝇的食料中让其进食，短命系的寿命能延长到41天，而长命系的寿命能延长至61天，而且，即使死亡前喂食这种蛋白质，也能达到延长寿命的效果。同时，该小组还研制出一种对抗长寿蛋白质的抗体，结果确认，老鼠和人的胎儿中，早期也有与抗体起反应的蛋白质。专家认为，这种蛋白质只在发生过程的细胞分

化时与身体形成有关，从而决定生物的寿命。将来，如果能弄清这种蛋白质的机制，研究长生不老药的梦想有可能变成现实。 有的科学家发现人体衰老的主要诱因是线粒体脱氧核糖核酸基因受损。美国南加利福尼亚大学洛杉矶分校和佐治亚州埃默里大学科学家的研究显示，人体大脑中的DNA，受损的程度随年龄的增长而增加。研究发现，年龄介于63岁至77岁之间者DNA受损伤的程度，比年龄为24岁者高出14倍；而年龄为80岁者的受损伤程度比年龄介于63岁至77岁者高出4倍。研究人员认为，虽然有关衰老问题还需做进一步研究，但DNA受损伤可能是人体衰老的重要诱因之一。
有的科学家认为，植入新基因，果蝇寿命大增，人类防衰老研究取得进展。衰老理论认为，一组被称为自由基的不稳定破坏性分子不断摧毁细胞，从而引起细胞逐渐消耗。最 后，这些细胞的大量损耗造成细胞功能失常、器官系统衰退，癌症或心脏病等疾病相继出现，白内障引起双目失明，最终导致机体死亡。维生素C、维生素E和β-胡萝卜素有助于消灭自由基，因此相信这一理论的人常把它们当作饮食滋补品服用。
此外，我国名中医颜德馨教授得出一个颇具新意的结论：人体衰老的原因是气虚血瘀、气血失去平衡。用益气化瘀药物可以达到抗衰老的目的。它打破了脾肾两虚的传统观念，是国内抗衰老学说的一个突破。

嫦娥偷吃了仙丹登月，到秦始皇“怕老”命徐福至东瀛求取不老仙丹，“怕老”一直是人类难以逃避与克服的忧虑。因为怕老，所以防老、抗老，也一直是人类有史以来一直追寻的目标。以前的人由于根本不了解变老的原因以及造成老化的机理，所以尽管有再多的“长生不老仙丹”，均是不足信的。幸运的是，生在20世纪的我们，终于对造成人类衰老的原理有了初步的认识。

老化是人体“氧化”的过程

人为什么会老?简单的说，老化是人体“氧化”的过程。什么叫“氧化”，举个容易懂的例子，就像铁会生锈，原本平滑坚固的铁，在空气中长时间与氧发生反应，便氧化形成生锈的铁。氧化会破坏物体原本的结构而变质，氧化的反应，有很缓慢的，如人类的老化现象；也有很快速而激烈的，如物品着火燃烧，便是物质与氧产生激烈化学反应的另一种氧化现象。
氧不仅是人类每天必须呼吸的气体，而且人体全身的每一个细胞时时刻刻都需要氧气的存在才能存活。那么为什么又说“老化”是一种气化的反应呢?简单来说，存在人体内的氧，其实可分为“好氧”和“坏氧”。“好氧”即是一般所说的氧分子，它就是提供人体细胞及生理活动所需要的

氧，在这种“好氧”分子的周围所围绕的是成双成对的电子，好似万事万物多以成双成对比较安定。然而，由于外界因素如环境污染、辐射或外伤等因素，让自然界及个人体内产生了所谓的“坏氧”。“坏氧”带有一个或多个不成对电子，因此极为不安定。不安定的坏氧还会与其它本来安定的原子或分子产生反应，结果让许多本来处于安定状态的化学结构也变得不安定了。这就好像说缺钱的人偷了你的钱，于是你因缺钱再偷别人的钱，结果，被你偷了钱的人也一样缺钱再去偷别人的钱，一团混乱的连锁反应因而发生。而这里所比喻的“钱”就是“电子”，而缺钱的人便是“坏氧”及带了一个或多个不成对电子的化学结构，也就是现代流行病学最流行的名词“自由基”了。
然而，“坏氧”是不是真的很“坏”，如果以它足以在人体内消灭外来物或抵抗微生物侵害来看，有时它的产生也是有必要性的，这也是为什么人在生病或外伤时体内自由基也会特别多的原因。

文明加速自由基产生

其实人体本身有能力去调整自由基的浓度，太高时，体内会自然地分解出如sod(超氧化歧化物酶)等抗氧化物质来将它清除。然而，随着科技工业的日益发展，加上人类生活形态的调整，工厂、汽车排放许多废气，核能辐射、化学物质、药物的服用，抽烟、喝酒、生活压力过大等因素，使人体内接受到或自我产生的自由基浓度渐渐高于体内本身制造抗氧化物的能力。本来，人体自然老化的时间应该是近百年，但由于自由基的大量产生，使得原本安定正常的细胞膜表面结构开始了不安定的连锁反应，于是，慢性病如糖尿病、心血管疾病、以及癌症等疾病罹患率逐年上升，使得原本缓慢的氧化作用所产生的“老化”反应，似乎在文明环境的催化下，加快了许多。

抗老防衰的保健产品

抓住了人类“怕老”的心态，援引衰老理论为包装，抗老防衰的保健产品正开始在市场上促销，至于效果如何呢?恐怕只能用“有真有假”这四个字来形容了。
基本上，以简单的原理来分，具有抗衰老功能的产品可分为两大类：一类为具有抗老、防老功能的抗氧化产品，如维生素c、e、β胡萝卜素、麦苗精、葡萄籽萃取物、绿花椰菜汁、绿茶粉等；另一类则是针对老化所产生的机能性物质，补充人体需要而正在减缓或消失的物质，如胶原蛋白、胎盘素、去氢表雄酮(dhea)等。

何时开始抗老措施

“老化”其实是一种岁月时间累积出来的结果，它不是病，只是生物与外在环境长期互相作用的结果。那么，什么是防老抗衰的最佳时机呢?虽然中国俗语有“返

老还童”的说法，但是这个梦想是从来不曾发生过。一旦你已经变老，要将衰老倒转，抗老便是“为时已晚”，因此“防老抗衰”应从年轻时就得开始。另外，是否中老年人才需要抗老化吗?其实不然，预防老化的保健观念若能在年轻时就建立，及早预防过度氧化的发生，要比在老化已经发生之后再希望一夕回春来得实际。

如何选择防老保健品

在选用防老保健品前，我们须强调的是均衡营养的三餐、每餐八九分饱、每天运动，及预防体重过重等都是医学界一再证明最有效的养生防老的基本策略。还有，烟酒应尽可能避免，因为二者都具有明显加快细胞氧化的作用。有了这些基本的养生习惯后，再来服用具有“防老抗老”作用的保健食品，才是真正的“锦上添花”而非“舍本逐末”的作法。
选择安全、有理论依据，及适合本身体质的保健品是很重要的。以一般40岁以下的人来说，选择服用含维生素c、e、β胡萝卜素等的抗氧化维生素，合并一些抗氧化成分的有机植物制品，如绿色的麦苗汁粉、十字花科植物如绿色花椰菜汁等产品，每天坚持服用，使体内自由基的浓度逐渐下降，使免疫系统正常化，大约三、五个月左右，即可见效。如果是原本经常感冒、容易疲劳的体质将渐渐改善，若以补充抗氧化产品维持健康是不应中断的，因为人不可能脱离这个充满自由基的大环境，即使因服用抗氧化物质而降低体内的自由基浓度，但在外界环境依然未改善的情况下，一旦卸下了防护措施，身体的自由基浓度还是会再度上升。
还有一点应特别注意的服用原则就是，维生素制剂应于饭后服用，而含抗氧化成分的植物萃取制品则应于饭前空腹服用，效果较佳。至于像胶原蛋白、胎盘素、去氢表雄酮(dhea)等，效果尚在评估阶段，除化妆品外，都必须慎用。
“老化”是一种自然生物体的正常变化，了解它的原理，做好适当的保养是必要的，但切勿一味地迷信标榜“延缓衰老”字样的药品或保健食品。

细胞衰老(cellular aging，cell senescence) 衰老是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现， 是不可逆的生命过程。人体是由细胞组织起来的，组成细胞的化学物质在运动中不断受到内外环境的影响而发生损伤，造成功能退行性下降而老化。细胞的衰老与死亡是新陈代谢的自然现象。
中文名细胞衰老
外文名cellular aging/cell senescence
拼 音xi bao shuai lao
解 释是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现，新陈代谢的自然现象
是否可逆不可逆的生命过程
专 业生物学
目录
1概述
2特征
? 形态变化
? 分子水平
3差错学派
?

第一种
? 第二种
? 第三种
? 第四种
? 第五种
? 第六种
? 第七种
4遗传学派
? 第一种
? 第二种
? 第三种
1概述
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细胞衰老是客观存在的。同新陈代谢一样, 细胞衰老是细胞生命活动的客观规律。对多细胞生物而言, 细胞的衰老和死亡与机体的衰老和死亡是两个不同的概念, 机体的衰老并不等于所有细胞的衰老, 但是细胞的衰老又是同机体的衰老紧密相关的。
细胞衰老是正常环境条件下发生的功能减退，逐渐趋向死亡的现象。衰老是生界的普遍规律，细胞作为生物有机体的基本单位，也在不断地新生和衰老死亡。生物体内的绝大多数细胞，都要经过增殖、分化、衰老、死亡等几个阶段。可见细胞的衰老和死亡也是一种正常的生命现象。我们知道，生物体内每时每刻都有细胞在衰老、死亡，同时又有新增殖的细胞来代替它们。例如，人体内的红细胞，每分钟要死亡数百万至数千万之多，同时，又能产生大量的新的红细胞递补上去。
衰老是一个过程，这一过程的长短即细胞的寿命，它随组织种类而不同，同时也受环境条件的影响。高等动物体细胞都有最大分裂次数，细胞分裂一旦达到这一次数就要死亡。各种动物的细胞最大裂次数各不相同，人细胞为50～60次。一般说来，细胞最大分裂次数与动物的平均寿命成正比。细胞衰老时会出现水分减少、老年色素——脂褐色素累积、酶活性降低、代谢速率变慢等一系列变化。
通过细胞衰老的研究可了解衰老的某些规律，对认识衰老和最终找到推迟衰老的方法都有重要意义。细胞衰老问题不仅是一个重大的生物学问题，而且是一个重大的社会问题。随着科学发展而不断阐明衰老过程，人类的平均寿命也将不断延长。但也会出现相应的社会老龄化问题以及心血管病、脑血管病、癌症、关节炎等老年性疾病发病率上升的问题。因此衰老问题的研究是今后生命科学研究中的一个重要课题。
2特征
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研究表明，衰老细胞的细胞核、细胞质和细胞膜等均有明显的变化：
①细胞内水分减少，体积变小，新陈代谢速度减慢；
②细胞内大多数酶的活性降低；
③细胞内的色素会积累；
④细胞内呼吸速度减慢，细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩，颜色加深。线粒体数量减少，体积增大；
⑤细胞膜通透性功能改变，使物质运输功能降低。
形态变化

总体来说老化细胞的各种结构呈退行性变化。衰老细胞的形态变化表现有：
1、核：增大、染色深、核内有包含物
2、染色质：凝聚、固缩、碎裂、溶解
3、质膜：粘度增加、流动性降低
4、细胞质：色素积聚、空泡形成
5、线粒体：数目减少

、体积增大
6、高尔基体：碎裂
7、尼氏体：消失
8、包含物：糖原减少、脂肪积聚
9、核膜：内陷[1]
分子水平

1、DNA：从总体上DNA复制与转录在细胞衰老时均受抑制，但也有个别基因会异常激活，端粒DNA丢失，线粒体DNA特异性缺失，DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。
2、RNA：mRNA和tRNA含量降低。
3、蛋白质：含成下降，细胞内蛋白质发生糖基化、氨甲酰化、脱氨基等修饰反应，导致蛋白质稳定性、抗原性，可消化性下降，自由基使蛋白质肽断裂，交联而变性。氨基酸由左旋变为右旋。
4、酶分子：活性中心被氧化，金属离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丢失，酶分子的二级结构，溶解度，等电点发生改变，总的效应是酶失活。
5、脂类：不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜的流动性降低。[1]
3差错学派
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细胞衰老是各种细胞成分在受到内外环境的损伤作用后，因缺乏完善的修复，使“差错”积累，导致细胞衰老。根据对导致“差错”的主要因子和主导因子的认识不同，可分为不同的学说，这些学说各有实验证据。[1]
有以下七种学说
第一种

代谢废物积累学说
细胞代谢产物积累至一定量后会危害细胞，引起衰老，哺乳动物脂褐质的沉积是一个典型的例子，脂褐质是一些长寿命的蛋白质和DNA、脂类共价缩合形成的巨交联物，次级溶酶体是形成脂褐质的场所，由于脂褐质结构致密，不能被彻底水解，又不能排出细胞，结果在细胞内沉积增多，阻碍细胞的物质交流和信号传递。最后导致细胞衰老。研究还发现老年性痴呆（AD）脑内的脂褐质、脑血管沉积物中有β-淀粉样蛋白，因此β-AP可做为AD的鉴定指标。[1]
第二种

大分子交联学说
过量的大分子交联是衰老的一个主要因素，如DNA交联和胶原胶联均可损害其功能，引起衰老。在临床方面胶原交联和动脉硬化、微血管病变有密切关系。[1]
第三种

自由基学说
自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团，普遍存在于生物系统。其种类多、数量大，是活性极高的过渡态中间产物。如O2ˉ··、OH·和各类活性氧中间产物（reactive oxygen metabolite ROM），正常细胞内存在清除自由基的防御系统，包括酶系统和非酶系统。前者如：超氧化物歧化酶(SOD)，过氧化氢酶(CAT)，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)，非酶系统有维生素E，醌类物质等电子受体。
机体通过生物氧化反应为组织细胞生命活动提供能量，同时在此过程中也会产生大量活性自由基。[2]自由基的化学性质活泼，可攻击生物体内的DNA、蛋白质和脂类等大分子物质，造成损伤，如DNA的断裂、交联

、碱基羟基化。蛋白质的变性而失活，膜脂中不饱和脂肪酸的氧化而流动性降低。实验表明DNA中OH8dG随着年龄的增加而增加。OH8dG完全失去碱基配对特异性，不仅OH8dG被错读，与之相邻的胞嘧啶也被错误复制。
大量实验证明实，超氧化物岐化酶与抗氧化酶的活性升高能延缓机体的衰老。Sohal等人(1994、1995)，将超氧化物岐化酶与过氧化氢酶基因导入果蝇，使转基因株比野生型这两种酶基因多一个拷贝，结果转基因株中酶活性显著升高,平均年龄和最高寿限有所延长。[1]
第四种

体细胞突变学说
认为诱发和自发突变积累和功能基因的丧失，减少了功能性蛋白的合成，导致细胞的衰老和死亡。如辐射可以导致年轻的哺乳动物出现衰老的症状，和个体正常衰老非常相似。[1]
第五种

DNA损伤修复学说
外源的理化因子，内源的自由基本均可导致DNA的损伤。正常机体内存在DNA的修复机制，可使损伤的DNA得到修复，但是随着年龄的增加，这种修复能力下降，导致DNA的错误累积，最终细胞衰老死亡。DNA的修复并不均一，转录活跃基因被优先修复，而在同一基因中转录区被优先修复，而彻底的修复仅发生在细胞分裂的DNA复制时期，这就是干细胞能永保青春的原因。[1]
第六种

端粒学说
染色体两端有端粒，细胞分裂次数多，端粒向内延伸，正常DNA受损。
第七种

生物分子自然交联说
该学说在论证生物体衰老的分子机制时指出：生物体是一个不稳定的化学体系，属于耗散结构。体系中各种生物分子具有大量的活泼基团，它们必然相互作用发生化学反应使生物分子缓慢交联以趋向化学活性的稳定。随着时间的推移，交联程度不断增加，生物分子的活泼基团不断消耗减少，原有的分子结构逐渐改变，这些变化的积累会使生物组织逐渐出现衰老现象。生物分子或基因的这些变化一方面会表现出不同活性甚至作用彻底改变的基因产物，另一方面还会干扰RNA聚合酶的识别结合，从而影响转录活性，表现出基因的转录活性有次序地逐渐丧失，促使细胞、组织发生进行性和规律性的表型变化乃至衰老死亡。
生物分子自然交联说论证生物衰老的分子机制的基本论点可归纳如下：其一，各种生物分子不是一成不变的，而是随着时间推移按一定自然模式发生进行性自然交联。其二，进行性自然交联使生物分子缓慢联结，分子间键能不断增加，逐渐高分子化，溶解度和膨润能力逐渐降低和丧失，其表型特征是细胞和组织出现老态。其三，进行性自然交联导致基因的有序失活，使细胞按特定模式生长分化，使生物体表现出程序化和模式化生长、发育、衰老以至死亡的

动态变化历程。
4遗传学派
编辑

认为衰老是遗传决定的自然演进过程，一切细胞均有内在的预定程序决定其寿命，而细胞寿命又决定种属寿命的差异，而外部因素只能使细胞寿命在限定范围内变动。
有以下三种学说
第一种

细胞有限分裂学说
L.Hayflick (1961)报道，人的纤维细胞在体外培养时增殖次数是有限的。后来许多实验证明，正常的动物细胞无论是在体内生长还是在体外培养，其分裂次数总存在一个“极极值”。此值被称为“Hayflick”极限，亦称最大分裂次数。如人胚成纤维细胞在体外培养时只能增殖60~70代。
普遍认为细胞增殖次数与端粒DNA长度有关。
Harley等1991发现体细胞染色体的端粒DNA会随细胞分裂次数增加而不断缩短。DNA复制一次端粒就缩短一段，当缩短到一定程度至Hayflick点时，细胞停止复制，而走向衰亡。资料表明人的成纤维细胞端粒每年缩短14~18bp，可见染色体的端粒有细胞分裂计数器的功能，能记忆细胞分裂的次数。
端粒的长度还与端聚酶的活性有关，端聚酶是一种反转录酶，能以自身的RNA为模板合成端粒DNA，在精原细胞和肿瘤细胞（如Hela细胞）中有较高的端聚酶活性，而正常体细胞中端聚酶的活性很低，呈抑制状态。[1]
第二种

重复基因失活学说
真核生物基因组DNA重复序列不仅增加基因信息量，而且也是使基因信息免遭机遇性分子损害的一种方式。主要基因的选择性重复是基因组的保护性机制，也可能是决定细胞衰老速度的一个因素，重复基因的一个拷贝受损或选择关闭后，其它拷贝被激活，直到最后一份拷贝用完，细胞因缺少某种重要产物而衰亡。实验证明小鼠肝细胞重复基因的转录灵敏度随年龄而逐渐降低。哺乳动物rRNA基因数随年龄而减少。[1]
第三种

衰老基因学说
统计学资料表明，子女的寿命与双亲的寿命有关，各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命，成人早衰症病人平均39岁时出现衰老，47岁生命结束，婴幼儿早衰症的小孩在1岁时出现明显的衰老，12~18岁即过早夭折。由此来看物种的寿命主要取决于遗传物质，DNA链上可能存在一些“长寿基因”或“衰老基因”来决定个体的寿限。
研究表明当细胞衰老时，一些衰老相关基因（SAG）表达特别活跃，其表达水平大大高于年轻细胞，已在人1 号染色体、4号染色体及Ⅹ染色体上发现SAG。
用线虫的研究表明，基因确可影响衰老及寿限，Caenrhabditis elegans的平均寿命仅3.5天，该虫age-1 单基因突变，可提高平均寿命65%，提高最大寿命110%，age-1突变型有较强的抗氧化酶活性，对H2O2、农药、紫外线和高温的耐受性均高于野生型。
对早衰老综合症的

研究发现体内解旋酶存在突变，该酶基因位于8号染色体短臂，称为WRN基因，对AD的研究发现，至少与4个基因的突变有关。其中淀粉样蛋白前体基因(APP)的突变，导致基因产物β淀粉蛋白易于在脑组织中沉积，引起基因突变。[1]
细胞分化与发育
? 生源说 ? 自然发生说 ? 先成说 ? 后成说 ? 系统发生
? 个体发生 ? 生殖质 ? 不育性 ? 半不育[性] ? 性别