新鲜！新型冠病毒还可以这样带你复习高中生物（一）

　　同辉老刘 同辉同泰伴君行

　　当然是我，我的小名叫新冠状病毒(2019-nCoV)，世卫组织给我起官名叫COVID-19。但我更喜欢被人叫我的昵称——小粒子，因为我就是一个小小小小小的病毒颗粒呀。

　　首先对于延期开学，我对莘莘学子们表达深深的歉意。为了表示诚意，我来给大家奉献一堂课——小粒子带你快速学高中生物。因为从小粒子的特点，到感染人体的机制，以及和你们人类的免疫系统、药物斗争的历史，均会涉及到你们高中生物课本上的很多知识哟。

　　不要忘记，在高中生物必修一，就是以我那位2003年突然爆红的兄长——SASR开篇的，在必修二、必修三中，也多处涉及了我们病毒家族呢。

　　01

　　病毒家族

　　你们的生物书中说，除病毒以外，生物是以细胞为结构和功能的基本单位，生命活动离不开细胞。

　　这句经典滴大实话，不仅说明了细胞之于生命活动的重要性，更是戳中了我小粒子的伤心处，忧桑啊，555。

　　从这句话，暴露了我病毒家族的几大特点，你们可要记住了，说不定高考题中就出现了：

　　病毒不具有细胞结构 这是所有生物中我们病毒独有的特点，你说介是优点呢还是缺点呢?

　　病毒必须依赖活细胞才能生活悲催啊，细胞对生命是辣么地重要，可我们自己却木有，肿么办?那就只好找其他生物的活细胞了。比如HIV(人类免疫缺陷病毒)就需要感染人体免疫系统的淋巴细胞，导致了免疫力降低了，频繁地地被其他病原微生物感染，最后over了。

　　病毒由蛋白质外壳和内部的遗传物质DNA或RNA构成唉!结构太简单了，DNA和RNA都属于核酸，你该知道为什么这次疫情确诊时要进行核酸检测了吧?当然，有的蛋白质外壳还有包膜，比如SASR和我，都有包膜还有刺突，别小看包膜和刺突，作用可大着呢，后面听我分解。

　　体积小木法子啦!小粒子那么简单，还要钻进细胞内才能生活，不小一点儿不得行啦。多小呢?小的直径只有20nm左右，ZD的可达到800nm，而我的直径60-140nm。

　　为了表示诚意，我剖个腹让你看个明白。

　　里面红色的就是我们的遗传物质核酸了，一种病毒的毒粒只含有一种核酸(DNA或RNA)。外面的壳体结构主要物质就是蛋白，叫壳体蛋白，是保护里面的核酸，所以啊你们人类为了杀死我总是要在我的壳蛋白上做文章(泄密了泄密了)。外面的包膜蛋白，就来自细胞的细胞膜，哈哈，这也是是我进入细胞的法宝之一了。刺突蛋白(s蛋白)，这可是一把神奇的钥匙。怎么神奇，这里先卖个关子。

　　这就是我小粒子，你记住了吗?

　　02

　　细胞那些事儿

　　介绍完我自己，下面就该聊聊小粒子赖以生活的细胞了。因为细胞于我和于你的生命是一样重要的哟，当然还有高考。

　　1、细胞分类

　　根据高中生物必修一第一章的知识，生物的细胞有原核细胞和真核细胞，这就是细胞的多样性和统一性啊。

　　真核细胞：细胞膜、细胞质和以核膜为界限的细胞核，也就是真的有核呗。

　　原核细胞：有细胞膜、细胞质，但没有以核膜为界限的细胞核(只有环状的DNA分子，位于无明显边界的区域，这一区域叫拟核)。原核生物比较原始了，除了细菌，还有细胞比细菌更大的蓝藻(也称蓝细菌)，也就比我们高级了那么一点点。

　　2、细胞的物质组成

　　为什么细胞就能表现出生命特性?为什么我们病毒要靠活细胞才能生活呢?这肯定和细胞的组成有关了，细胞都由什么组成呢?

　　(1)元素

　　在细胞中，元素C、H、O、N占比最多，还有P、S、K、Ca、Mg，这些属于大量元素。还有Fe、Mn、Cu、B、Mo等微量元素。

　　(2)化合物

　　相同的元素，可以组成不同的化合物从而具有了不同的功能和性质。因此，对于细胞来说，其实更重要的是含有哪些化合物。

　　细胞的化合物组成为：

　　化合物

　　质量分数%

　　水

　　85-90%

　　无机盐

　　1-1.5

　　蛋白质

　　7-10

　　脂肪

　　1-2

　　糖类和核酸

　　1-1.5

　　怎么检测这些化合物呢?这在你们的实验题可能会遇到哟。

　　可以通过这些反应和现象来检测，你可要记住了：糖类中还原糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀，脂肪能被苏丹III染成橘黄色(或苏丹IV染成红色)，蛋白质与双缩脲作用产生紫色反应。

　　3、细胞膜的结构

　　无论是真核细胞还是原核细胞，都有细胞膜，我要想进入细胞内，必须突破细胞膜，所以我才不关心什么真核细胞原核细胞，我更关注细胞膜的功能和结构。

　　细胞膜有三个功能：(1)与外界环境分隔开，(2)控制物质进出细胞，(3)进行细胞间的信息交流(保持细胞间功能的协调)。

　　下面是生物书中一个细胞膜的模型，熟悉吧，小粒子可是好好地研究了很久哟。

　　细胞膜，主要由脂(50%)和蛋白(40%)组成，还有糖类(2-10%)。蛋白质在行使膜功能中起重要作用(控制运输和信息传递)，所用功能越复杂的细胞膜蛋白的种类和数量越多。比如癌细胞的恶性增殖与转移与癌细胞膜的改变有关。

　　磷脂双分子层构成膜的基本支架。磷脂是由甘油、脂肪酸和磷酸构成的分子，头部的磷酸亲水，尾部脂肪酸疏水(亲水和疏水性质很重要哟)，磷脂双分子层是具有流动性的流体。蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层，有的横跨整个磷脂双分子层。

　　细胞膜的外表面，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白(叫糖被)。动物细胞表面糖类蛋白有识别作用(这点儿非常重要哟)，消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白还有保护和润滑的作用。除糖蛋白外，细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的糖脂。

　　4、细胞膜的跨膜运输

　　研究了细胞膜的结构和组成，下面就该研究物质都可以采用什么方式进出细胞膜了，也就是跨膜运输，这对我们病毒来说决定着以什么方向进入细胞内，和复制完成后释放到细胞外。

　　根据我查阅你们生物书的结果，物质的跨膜运输有根据顺梯度还是逆梯度，分成了被动运输和主动运输两大类方式：

　　(1)被动运输

　　被动运输的特点是：不消费能量，但需要溶质在细胞膜的两边有浓度差，且溶质是从高浓度一侧向低浓度一侧运输，即顺梯度的扩散。

　　被动运输又分成两种方式：

　　自由扩散式：水分子、氧、二氧化碳等不带电的小极性分子和疏水性分子可以自由通过细胞膜，叫自由扩散。利用这种方式，可以用水把细胞膜撑裂得到实验用的细胞膜哟。

　　协助扩散式：离子和葡萄糖、氨基酸等大一些的分子，是通过镶嵌在膜上的特殊蛋白(如通道蛋白、载体蛋白)的协助，实现顺浓度梯度的跨膜运输，叫协助扩散。

　　(2)主动运输

　　特点是：可以从低浓度一侧向高浓度一侧运输，即逆剃度的运输，主动运输需要载体蛋白参与和消耗能量。这种方式能够主动选择性吸收所需要的营养物质，排出废物和有害的物质。用于离子、小分子的特异性跨膜运输。

　　比如Na+、K+和Ca2+等离子的跨膜运输，就是这种方式。

　　小粒子经过研究，上面这几种跨膜运输，并不适合于我这样大小的毒粒，所以啊还得寻找其他途径。

　　(3)胞吞和胞吐

　　对于不能通过载体蛋白协助跨膜转运的蛋白质等大分子(这是重点，我的外壳也属于蛋白质哟)、细菌、细胞碎片等，首先大分子附着(这是重点)在细胞膜表面，细胞膜内陷形成小囊包围着大分子，然后小囊从细胞膜上分离下来形成囊泡，进入细膜内部，叫胞吞，反之就胞吐。又可分为受体介导的胞吞和非特异性胞吞如巨噬细胞。

　　胞吞

　　(4)膜融合

　　这也是我们病毒毒粒进入细胞的另一种方式，依靠毒粒的包膜与细胞质膜的融合(我也是有包膜的哟)，病毒的内部组分释放到细胞质中。这就是生物教材中说的“其他运输方式”吧。

　　03

　　小粒子怎么感染

　　你们人类常说，知彼知己百战不殆。

　　真的是太正确了，在我了解了我的特点，和生物细胞的特点和跨膜运输后，我大体知晓了我有可能采取的进入你们人类细胞的方式。

　　我们病毒要感染你们人类和进行复制增殖，就需这样几个过程：吸附——侵入——脱壳——大分子合成——组装——释放。

　　噬菌体病毒是通过注入的方式把遗传物质注入细胞内，蛋白质壳被脱在细胞外。但我们大多数病毒不具有这样的能力，通常是毒粒整体进入后，再脱壳。

　　要侵入人体细胞，就不能仅仅研究细胞膜本身了，还要研究你们整个人体环境。打仗就要有军事地图，我们和你们人类的战争，无疑就是我们要攻你们的城略你们的地。

　　有幸的是，我获得了一张你们人类的城防图，就是下面你们生物必修三第一章的这张图。

　　这是一张非常详细的城防图，外面这一圈黄色的方框，就是你们的防御城墙——致密的皮肤，修建得非常坚固，这是你们的第一道防御，重点就是用来对付我们病毒、细菌之类异族的。第二道和第三道防御，咱后面再一一道来。

　　城墙如果完好，我们是溜不进去的。除非城墙出现缺口(皮肤伤口)，比如狂犬病毒就要随着狗咬伤人类皮肤后趁机从伤口溜入，登革热病毒就要靠蚁子刺破你们的皮肤。但那样的话，对我来说机会就太少了。因此，我需要寻找你们城防破绽。

　　听你们人类说知识改变命运，所以我要研究你们人类的知识。生物必修三第一章就说：所有的生命系统都与环境之间不断地进行物质和能量的交换。这给了我极大地启发，你们人体不是一座孤城，要活着必然要从外界获得食物、水份和空气，并排出废物，就有双向进出的城门和单向的排污系统，这就是城防的薄弱环节。

　　我仔细研究上面这幅城防图，哈哈，果然，我还真找到了这样的城门和排污口：吸入氧和排出二氧化碳的呼吸系统有出入口，摄入食物、水和无机盐并排出未被吸收的物质的消化系统有出入口，排出有机废物、水和无机盐的泌尿系统有出口。这个发现，我简直太聪明了，给自己一百个赞要不要。

　　更可喜的是，经过派侦察兵潜入侦察，小粒子发现人体呼吸系统和消化系统黏膜的ACE2蛋白居然是我的刺突糖蛋白的受体，这就是找到了开门的钥匙啊，狂喜，真是谢天谢地!有了这把钥匙，我就可以完成感染的第一步——吸附。

　　在这几个通道中，除了黏膜这个因素外，哪个通道更容易进入呢?据我观察发现，呼吸系统不仅是敞开滴，还不停地有气流频繁地进进出出，这特别有利于我族以大部队的方式随气流溜进去。而排污系统，多数是关闭滴，还是单向出而不利于入。所以，呼吸系统即利于大军深入，又利于排出传播，要选。

　　病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于蛋白空间结构的互补性，依靠相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用和范德华力(不懂，去高中化学找答案吧)，互补性决定了吸附的特异性。但一个病毒吸附蛋白与一个受体蛋白的结合并不紧密，是可逆的，当毒粒上的多个位点与细胞的多个受体结合时，就可能发生不可逆的结合。

　　而恰恰，有人研究表明在人类呼吸道黏膜中，下呼吸道黏膜上ACE2受体含量要比上呼吸道多，所以我们可以大量进攻下呼吸道，牢牢地吸附在上面，不仅有利于侵入细胞内部，并且也不会轻易被你们咳嗽从肺里咳出来，所以你们只能干咳，也不易从咽拭子检测到我们的核酸。

　　吸附只是完成了第一步，我们必须把我们的带有遗传信息的遗传物质DNA或RNA注入人类细胞内，才能借用你们细胞内的物质、能量和酶完成复制。所以，在吸附后摆在我面前的就是，如何把我们的遗传物质注入你们的黏膜上皮细胞内。

　　病毒进入细胞有哪些机制呢?由于我有包膜和刺突，因此理论上我既存在着胞吞(破译了你们的密码骗过了检查)途径也有直接膜融合途径的哟。至于究竟是哪一种，暂时对你们人类保密，毕竟这一点儿是你们研究抑制药物的根据之一。

　　注：怎么通过“大分子合成——组装——释放”来学习生物其他知识，请听小粒子下回分解。

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