④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。
3.细胞凋亡
细胞凋亡是借用古希腊语，表示细胞像秋天的树叶一样凋落的死亡方式。
1972年，美国生物学家克尔最先提出这一概念。他发现结扎大鼠肝的左、中叶门静脉后，其周围细胞发生缺血性坏死，但由肝动脉供应区的实质细胞仍存活，只是范围逐渐缩小，其间一些细胞不断转变成细胞质小块，不伴有炎症；后来在正常鼠肝中也偶然见到这一现象。
凋亡细胞的主要特征是：①染色质聚集、分块、位于核膜上，胞质凝缩，最后核断裂，细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；②凋亡小体内有结构完整的细胞器，还有凝缩的染色体，可被邻近细胞吞噬消化，因始终有膜封闭，没有内溶物释放，故不会引起炎症；③凋亡细胞中仍需要合成一些蛋白质，但是在坏死细胞中ATP和蛋白质合成受阻或终止；④核酸内切酶活化，导致染色质DNA在核小体连接部位断裂，形成约200bp整数倍的核酸片段，凝胶电泳图谱呈梯状；⑤凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。
在细胞凋亡一词出现之前，胚胎学家已观察到动物发育过程中存在着细胞程序性死亡现象，它是胚胎正常发育所必有的现象。近年来PCD和细胞凋亡常被作为同义词使用，但两者实质上是有差异的。首先，PCD是一个功能性概念，描述在一个多细胞生物体中，某些细胞的死亡是个体发育中一个预定的、并受到严格控制的正常组成部分，而凋亡是一个形态学概念，指与细胞坏死不同的受到基因控制的细胞死亡形式；其次，PCD的最终结果是细胞凋亡，但细胞凋亡并非都是程序化的。
第三节科技的创新——细胞的培养
1.什么是细胞培养
细胞培养技术目前已广泛地被应用于生物学的各个领域，如分子生物学、细胞生物学、遗传学、免疫学、肿痛学及病毒学等。
从前文中我们可以了解到生物体（病毒除外）是由细胞组成的。生物体内细胞的生长过程并不等同于我们现在说的细胞培养，细胞培养是指细胞在离体的情况下经过特殊的培养过程进行生长增殖。
细胞培养是一种程序复杂、要求严谨的技术。
要想使细胞在体外长期生存，就必须要模拟体内的环境，供给细胞存活所必须的条件，如水、无机盐、氨基酸、维生素、葡萄糖、生长因子等，同时还要受到温度、参透压、pH等多种因素的影响。
细胞培养技术也叫细胞克隆技术，在生物学中的正规名词为细胞培养技术。不论对于整个生物工程技术，还是其中之一的生物克隆技术来说，细胞培养都是一个必不可少的过程，细胞培养本身就是细胞的大规模克隆。
细胞培养，既包括微生物细胞的培养，也包括细胞培养技术可以由一个细胞经过大量培养成为简单的单细胞或极少分化的多细胞，这是克隆技术必不可少的环节，而且细胞培养本身就是细胞的克隆。通过细胞培养得到大量的细胞或其代谢产物。因为生物产品都是从细胞得来，所以可以说细胞培养技术是生物技术中最核心、最基础的技术。
一般来说，细胞培养方式大致可分为两种：一种是群体培养，将含有一定数量细胞的悬液置于培养瓶中，让细胞贴壁生长，汇合后形成均匀的单细胞层；另一种是克隆培养，将高度稀释的游离细胞悬液加入培养瓶中，各个细胞贴壁后，彼此距离较远，经过生长增殖每一个细胞形成一个细胞集落，称为克隆。一个细胞克隆中的所有细胞均来源于同一个祖先细胞。此外，为了制取细胞产品而设计了转鼓培养法，使用大容量的圆培养瓶，在培养过程中不断地转动，使培养的细胞始终处于悬浮状态之中而不贴壁。
通常细胞的生长需要一定的营养环境，用于维持细胞生长的营养基质称为培养基。培养基按其物理状态可分为液体培养基和固体培养基。液体培养基用于大规模的工业生产以及生理代谢等基本理论的研究工作。液体培养基中加入一定的凝固剂(如琼脂)或固体培养物(如麸皮、大米等)便成为固体培养基。
固体培养基为细胞的生长提供了一个营养及通气的表面，在这样一个营养表面上生产的细胞可形成单个菌落。因此，固体培养基在细胞的分离、鉴定、计数等方面起着相当重要的作用。从多细胞生物中分离所需要细胞和扩增获得的细胞以及对细胞进行体外改造，观察，必须首先解决细胞离体培养问题。同微生物细胞培养的难易相比，比较困难的是来自多细胞生物的单细胞培养，特别是动物细胞的培养。
2.细胞培养的条件
细胞培养的条件根据培养细胞的类别有所不同。人们至今对细胞的生命周期控制机理认识不足。比如癌细胞虽然也来自正常细胞，但至今不知道究竟为什么癌细胞很难停止已经启动的有害分裂。尽管如此，人们长期的研究结果发现，细胞在体外培养需要的基本条件如下。
(1)温度
温度过低时细胞生长缓慢甚至不生长。利用冷冻保藏细胞可保持细胞的原有分裂分化能力。温度过高导致细胞死亡。这主要是由酶和蛋白质所需要的最适温度决定的。多数生物大分子遇到高温后容易导致空间结构改变或者丧失（变性）。细胞膜遇到高温后容易变态。
在自然界，既有耐高温的细胞，也有耐低温的细胞。在极端情况下生长的生物对付极端环境的机制研究在生物进化和农业、环保、发酵工业中意义重大。
(2)pH条件
过酸或过碱可导致细胞死亡。这主要与蛋白质的变性和细胞膜的结构受损有关。
(3)渗透压
细胞内外可溶于水的物质比例和种类决定细胞的膨胀与收缩程度，因为细胞膜是半透膜，只允许对自己有利的物质通过。同一物质在细胞内外的分布的数量不同，当某一种极溶于水的物质在细胞外浓度过大时，有可能导致细胞干瘪死亡，这些物质在细胞内过多时导致细胞过量吸水膨胀。细胞膜调节渗透压的能力是有限的。
(4)营养物
营养物和水一起，又称细胞培养液。一般培养液中含有细胞增殖和生长所需要的各种物质。营养物包括N源、C源，这些物质与提供能量有关；还有无机盐、维生素、激素，这些物质与代谢调节控制有关。细胞培养液的设计一直是细胞离体培养技术的关键。理想的细胞培养液可以同时解决细胞离体培养所需要的pH、渗透压、营养物、调节物质的全部需要。
在干细胞分化研究与应用中，关键是找到一种使干细胞分化成为所需细胞和组织的营养液。相同的人干细胞，放在不同的营养液中分化培养出人的各种脏器，这个昔日的梦想已经开始成为现实。
植物细胞的组织培养技术已经基本完善配套。名贵花卉、中草药、脱毒马铃薯、组织培养莲菜苗等植物细胞与组织培养技术的不断完善，特别是商品化的组织培养液，已经被广大农民普遍接受。
(5)水
水的重要性毋庸赘言。水是细胞需要数量最大的物质，不同的物种、不同部位、不同生长期的细胞含水量差别相当大。干旱植物细胞的含水量高达90%。水的需求量一般要随同细胞培养液一起考虑。
(6)无菌条件
体外细胞培养仅仅是对所需的细胞进行培养，但环境中（如空气）有各种其他微生物，因此必须对所需细胞进行无杂菌的隔离培养。无菌条件是细胞离体培养最基本的条件。
(7)光
植物细胞和少数细菌需要利用光进行光合作用。
(8)气体
动物细胞需要不断供给氧气和排除二氧化碳，植物细胞与此相反。
3.动物细胞培养的特殊条件
在所有的细胞离体培养中，最困难的是动物细胞培养。下面是培养动物细胞所需要的特殊条件：
(1)血清：动物细胞离体培养常常需要血清。
最常用的是小牛血清。血清提供生长必需因子，如激素、微量元素、矿物质和脂肪。有一天人们真正学会了配制和血清一样的培养液，那时血清才可被取代。在这里，血清等于是动物细胞离体培养的天然营养液。
(2)支持物：大多数动物细胞有贴壁生长的习惯。离体培养常用玻璃，塑料等作为支持物。
(3)气体交换：二氧化碳和氧气的比例要在细胞培养过程中不断进行调节，不断维持所需要的气体条件，每一次开箱操作以后都需要快速回复。
4.植物细胞培养的特殊条件
(1)光照：离体培养的植物细胞对光照条件不甚严格，因为细胞生长所需要的物质主要是靠培养基供给的。但光照不但与光合作用有关，而且与细胞分化有关。例如光周期可对性细胞分化和开花调控作用，所以以获得植株为目的的早期植物细胞培养过程中，光照条件特别重要。以植物细胞离体培养方式获得重要物质，如药物的过程，植物细胞大多是在反应器中悬浮培养。
(2)激素：植物细胞的分裂和生长特别需要植物激素的调节。
促进生长的生长素和促进细胞分裂的分裂素是最基本的激素。植物细胞的分裂、生长、分化和个体生长周期都有相应的激素参与调节。
和动物细胞相比，植物细胞离体培养对激素要求的原理已经比较明白，应用技术也已相当成熟。目前市场上已经有一套广泛作为商品使用的培养液，同时解决了植物细胞对水、营养物、激素、渗透压、酸碱度、微量元素等的需求。
5.微生物细胞培养的特殊条件
微生物多为单细胞生物，野生生存条件比较简单。所以微生物人工培养的条件比动植物细胞简单得多。其中厌氧微生物培养比好氧微生物复杂，因为严格厌氧需要维持二氧化碳等非氧的惰性气体浓度，而好氧微生物则只需要通过不断搅拌提供无菌氧气。微生物对培养条件要求不如动植物细胞那样苛刻，玉米浆、蛋白胨、麦芽汁、酵母膏等成为良好的微生物天然培养基。对于一些特殊微生物的营养条件要求，可以在这些天然培养基的基础上额外添加。
第四节变异的精灵——细胞的癌变
现代社会中，癌症是最可怕的疾病之一。到目前为止，还没有彻底根除癌症的方法。癌症患者忍受了极大的痛苦。癌症的治愈方法是人类面临的巨大难题。
细胞的癌变不是偶然的，长期接触放射性物质，或接触化学物质，或感染某些病毒，就有可能使正常细胞转变为癌细胞。
一般来说，癌细胞有三个显着的基本特征：不死性，迁移性和失去接触抑制。除此之外，癌细胞还有许多不同于正常细胞的生理、生化和形态特征。
1．癌细胞的形态特征
癌细胞大小形态不一，通常比它的源细胞体积要大，核质比显着高于正常细胞，可达1：1；正常的分化细胞和之比仅为1：4。
细胞核形态不一，并可出现巨核、双核或多核现象。核内染色体呈非整倍态，某些染色体缺失，而有些染色体数目增加。正常细胞染色体的不正常变化，会启动细胞凋亡过程，但是在癌细胞中，由于细胞凋亡相关的信号通路产生障碍，使癌细胞具有不死性。
线粒体表现为不同的多型性、肿胀、增生。如：嗜酸性细胞腺瘤中肥大的线粒体紧挤在细胞内，肝癌细胞中出现巨线粒体；细胞骨架紊乱，某些成分减少，骨架组装不正常；细胞表面特征改变，产生肿瘤相关抗原。
2．癌细胞的特征
癌症是人体在各种致癌因素的作用下，局部组织细胞异常增生而形成的新物质。癌细胞是由正常细胞转化而来。而正常细胞一旦转变成癌细胞就获得了强大的生命力，并且有独特生物学特征和行为。
首先，癌细胞不断增殖，这种增殖不受身体内部调节机构的控制，更不是身体所必需。人体正常细胞有一个生长、繁殖、衰老和死亡的过程。老化的细胞死亡之后就会有新的细胞来取代它，以维持身体组织、器官的正常功能。故人体绝大部分细胞都可以增殖。但是，正常细胞的增殖是有限度的，身体内部会自我控制。如受伤以后，细胞即开始繁殖。但当伤口愈合后，在身体内部调节因素作用下，马上停止。而癌细胞则不然，可以无止境地增生，直到人身死亡。
其次，癌细胞由于不能成熟（即分化障碍），故不具备对身体有任何益处和功能，而是“成事不足，败事有余”。例如白血病，就是血液中出现大量的幼稚白细胞。但这些细胞不像通常白细胞那样，能抵抗入侵身体的细菌和病毒；相反，由于无休止地增殖而消耗大量的养分。另外，有的癌细胞却表现出不应具备的功能，与整体功能极不协调。
如肺脏，并不是内分泌器官，但肺癌却能产生促肾上腺皮质激素。这些非常器官非常时期分泌的激素，严重地扰乱了正常生命活动和秩序，从而出现一系列病态，威胁人体健康。
最后，癌细胞无孔不钻，无处不到。癌细胞大多呈侵袭性生长，破坏附近组织、器官的正常结构和功能，造成不同程度的功能障碍。
癌细胞非常好动，会从一个地方跑到另一地方（即转移），并继续生长繁殖，形成新的癌瘤（转移癌灶），对身体造成更严重的危害。
这样，就大大地增加了治疗难度，是癌症病人死亡的主要原因之一。
