病毒有多小，细胞有多大

#头条创作挑战赛#

最近做咽拭子核酸采样的时候，突然想到这刮几下究竟能从喉咙里拿到多少东西。

想到了细胞、细菌、蛋白质、病毒，它们究竟有多大，它们的尺寸有着怎样的差距，这种微观层面的认其实在脑海中并不十分明晰，虽然知道DNA的直径是2nm左右，蛋白质大小在1-100nm，最大的细胞是鸵鸟蛋，等等。但并没有深思过对于一个细胞来说，病毒有多大、DNA有多大，一个细胞大小的空间里面可以装多少蛋白质。

我觉得应该好好理一理这个问题。

复制中的DNA链

学习生物学以来一直接触到细胞、蛋白质、DNA、RNA、细菌、病毒，一个个微观概念，课本文献中总是把这些小东西放大给我们看，部分是精细的结构展示，部分是示意为主。

类似下面的这几张图片，分别是DNA、细胞、蛋白和病毒，不可谓不美观且精巧。传达的结构信息也十分明确，可以很直观的了解到各种微观结构的形状特征。

DNA双螺旋结构示意图

细胞核细胞器示意图

一种名为去铁蛋白的冷冻电镜图片

新冠病毒结构示意图

但长期以来，在这类似这种图片的冲击下，我早已弄不清一个细胞和一个蛋白质或一段DNA的尺寸差异是怎么样的，这对于分子生物学的理解学习有一定干扰了。各类课本和网络上的图片对微观尺度的放大，更容易使我混淆这些小东西之间天差地别的尺寸差异。

那么呢一个人大概有多少个细胞？

一个人约有30 万亿，也有说40万亿到60万亿左右，不过数量级是这个不错。

细胞有多大呢？

原核细胞直径平均：1～10μm；真核细胞直径平均：3～30μm。

某些不同来源的细胞大小变化很大，卵细胞：直径0.1mm；鸵鸟卵细胞：直径5cm。

读书时拍的植物气孔细胞图片

一个人类细胞里有多少DNA呢？多长的DNA链？

人类基因组含有约31.6亿个DNA碱基对，碱基对是以氢键相结合的两个含氮碱基，以胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）四种碱基排列成碱基序列，其中A与T之间由两个氢键连接，G与C之间由三个氢键连接，碱基对的排列在DNA中也只能是A对T，G对C。

人类是二倍体生物因此一个细胞中有73.2亿个DNA碱基对。

长度计算方式如下:每个碱基的长度大约有0.34纳米（1纳米=1米的10亿分之一），如果以一个体细胞基因中碱基的长度来计算的话，那么将31.6亿乘以0.34纳米再乘以2，等于2.15米，也就是说，人的一个体细胞中的基因碱基的长度排列起来可达2.15米。

病毒有多大？

病毒个体微小，测量病毒大小的单位是nm。大型病毒（如牛痘苗病毒）约200～300nm；中型病毒（如流感病毒）约100nm；小型病毒（如脊髓灰质炎病毒）仅20～30nm。病毒颗粒通常非常小，大约20 – 250nm。

冠状病毒颗粒形状是球形的，直径大约0.13μm。最小的冠状病毒粒子的大约0.06μm，最大的约0.14μm。

如此小的颗粒可以在空气中悬浮很长一段时间。这对接近源头和距离较远的人都存在潜在的接触风险。直径为4μm的球形颗粒在静止空气状态下沉降1米需要33分钟，而1μm的颗粒需要8小时才能沉降。

细菌有多大？

每种细菌有着各式各样的可遗传继承的大小，这些微小细胞的体积有时可以相差百万千万倍：从0.3微米长的专性胞内病源菌支原体，到600微米长的刺尾鲷肠道内共生菌费氏刺骨鱼菌，再到生长在纳米比亚海边肉眼可见的1毫米长的纳米比亚嗜硫珠菌。

当然，较大的细菌是极少数的，大多数已知细菌的直径在0.4-2微米之间，长度在0.5-5微米之间。刘陈立说，长期以来，细菌的大小，一直是细菌分类学中一个不可缺少的性状，同时特定的大小使得细菌更能适应其生存环境。

培养基中的细菌群落

人体内有多少病菌？

近年的研究表明，人体内正生活着380万亿个病毒，其数量是细菌的10倍，它们几乎遍布人体的每个角落。

不过也不用担心。

病菌并不是你经常听到的危险品种，比如导致流感或普通感冒的病毒，或者像埃博拉病毒或登革热病毒那样的更险恶的病毒。

温和化是一种自然协同进化的必然产物，因为过于烈性致死率有时候会切断感染源，让自己也无法继续传播下去，所以利益最大化的选择还是“天长地久”比较好，他们选择在人类体内生存，自然就与人类成为了命运共同体。

一些病菌在正常条件下不会增殖。只有在免疫力下降或身体环境变化时才会增殖。

还有一部分和人体互惠互利，合成维生素或者协助消化等。

一个细胞大小的空间能容纳多少病毒呢？

细胞按20 μm算，病毒按200 nm算。

20μm=20 000 nm

20000/200=400倍

体积是直径的3次方关系

200^3=800 0000个

蛋白有多大？

几纳米到上百纳米。这些纳米级的小东西是行使生物功能的主体，组成了身体，发挥着各种各样的功能，让我们称之为生命。

几种蛋白的尺度

棉签能刮出多少细胞？多少病菌？

其实俺也不知道。为什么，因为每个人口腔里的情况都不一样，刮取的时候力度方法也不同，因此无法估算。

不过可以估摸一下最多可以刮多少。算棉签的接触面为0.4平方厘米。多少细菌能布满一层呢？

以冠状病毒直径0.1微米，中心切面面积为0.01平方微米，那么0.4*10^8平方微米/0.01平方微米=4*10^9个可以布满。当然在实际生活中是远远达不到这个数量的。

那么取到多少冠状病毒会被“核酸检测"检测出阳性呢？.

目测这个液体有10ml，现在是用qPCR法进行的，理论是有一个病毒就可以被检测出来。

qPCR法体系应该要从红色液体里取出25μl进行反应。（可能不一定）

25μl/10ml=25μl/10 000μl=1/400

因此理论上取到400个病毒到这个小红管里，就可以判断出阳性来。

一个人约有30万亿个细胞，一个细胞的空间可以放下800万个小病毒，铺满棉签头一次要4*10^9个病毒，而只需要400个病毒就可被检测。

以上计算充满理想主义，仅供参考理解相关大小尺度。