細(xì)胞

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植物細(xì)胞結(jié)構(gòu).png

細(xì)胞(cell)并沒有統(tǒng)一的定義,近年來比較普遍的提法是:細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位。已知除病毒之外的所有生物均由細(xì)胞所組成,就算是病毒, 生命活動(dòng)也必須在細(xì)胞中才能體現(xiàn)。一般來說,細(xì)菌等絕大部分微生物以及原生動(dòng)物由一個(gè)細(xì)胞組成,即單細(xì)胞生物;高等植物高等動(dòng)物則是多細(xì)胞生物。細(xì)胞可分為兩類:原核細(xì)胞、真核細(xì)胞。但也有人提出應(yīng)分為三類,即把原屬于原核細(xì)胞的古核細(xì)胞獨(dú)立出來作為與之并列的一類。研究細(xì)胞的學(xué)科稱為細(xì)胞生物學(xué)。世界上現(xiàn)存最大的細(xì)胞為鴕鳥的卵子。

目錄

歷史

細(xì)胞(cell)是由英國科學(xué)家羅伯特·虎克(Robert Hooke,1635~1703)于1665年發(fā)現(xiàn)的。

“細(xì)胞”一詞最早出現(xiàn)在日本蘭學(xué)家宇田川榕庵1834年的著作《植學(xué)啟原》。中國自然科學(xué)家李善蘭1858年在其著作《植物學(xué)》中使用“細(xì)胞”作為cell的中文譯名。有學(xué)者認(rèn)為李善蘭此時(shí)并未接觸過《植學(xué)啟原》,因而是獨(dú)自發(fā)明。

細(xì)胞的化學(xué)成分

所有細(xì)胞都是由水、鹽類、核酸蛋白質(zhì)、脂質(zhì),以及其他各種微量物質(zhì)如維生素、細(xì)胞代謝中間產(chǎn)物等組成的。水、鹽離子和某些維生素或與細(xì)胞中的大分子組成復(fù)合物,或者游離存在。不同細(xì)胞或不同的生物中,它們含量的差別往往很大。

細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

典型的動(dòng)物細(xì)胞圖解顯示各個(gè)亞細(xì)胞組件。細(xì)胞器:⑴核仁細(xì)胞核核糖體
囊泡糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾機(jī)體細(xì)胞骨架
光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體液泡細(xì)胞質(zhì)
溶酶體中心粒


主條目:細(xì)胞器

細(xì)胞是生物體的構(gòu)造和生理的基本單位,卻不能因此認(rèn)為所有的生物細(xì)胞都相同,即使在同一個(gè)個(gè)體內(nèi),也有因?yàn)榉只a(chǎn)生各式各樣外觀與功能不同的細(xì)胞,即使相同種類的細(xì)胞,也可能正在執(zhí)行的生理工作也有差異,但是基本上彼此都有共同的基本構(gòu)造。

細(xì)胞壁

分類在細(xì)菌、真菌、植物的生物,其組成的細(xì)胞都具有細(xì)胞壁(cell wall),而原生生物則有一部分的生物體具有此構(gòu)造,但是動(dòng)物沒有。細(xì)胞壁是由細(xì)胞質(zhì)的分泌物構(gòu)成,在電子顯微鏡的發(fā)明之后,有許多的研究因此可以讓人們知道,其成分與組成。而細(xì)胞壁可以保護(hù)細(xì)胞減少外界傷害、維持形狀,并且避免因?yàn)樗诌^多而脹破。

細(xì)胞膜

細(xì)胞膜(cell membrane)為細(xì)胞與環(huán)境之間以及胞器與細(xì)胞質(zhì)之間的分界,能夠調(diào)節(jié)物質(zhì)的進(jìn)出,而膜上的蛋白質(zhì)有許多種類,有的可以適時(shí)協(xié)助物質(zhì)進(jìn)出,有的能夠傳遞訊息,有的則負(fù)責(zé)防御(免疫系統(tǒng))的功能。

細(xì)胞質(zhì)

細(xì)胞膜就像一個(gè)塑膠袋一樣,裝著滿滿的液狀、膠體狀的細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm),可粗略分為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和胞器。細(xì)胞質(zhì)含有維持生命現(xiàn)象所需要的基本物質(zhì),例如糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的核糖核酸,因此也是整個(gè)細(xì)胞運(yùn)作的主要場所,透過細(xì)胞膜外接收的訊息、細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì),共同調(diào)節(jié)基因的表現(xiàn),影響生理活動(dòng)。另外,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部也有多種網(wǎng)狀構(gòu)造,稱為細(xì)胞骨架,可以協(xié)助維持細(xì)胞形狀,也能引導(dǎo)內(nèi)部物質(zhì)的移動(dòng),一些細(xì)胞骨架會(huì)于細(xì)胞分裂時(shí),形成可以透過染色而觀察的紡錘絲,有一些骨架更能幫助細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。

細(xì)胞核

具有雙層膜的胞器,細(xì)胞核是橾控整個(gè)細(xì)胞的控掣站,主要攜帶遺傳物質(zhì)(DNA),包括染色體(脫氧核糖核酸加上一些特殊的蛋白質(zhì))、核糖核酸等,核膜上有許多小孔稱做核孔,由數(shù)十種特殊的蛋白組成特別的構(gòu)造,容許一些物質(zhì)自由通過,但是分子量很大的核糖核酸、蛋白質(zhì)就必須依賴這些蛋白輔助,以消耗能量的主動(dòng)運(yùn)輸,來往于細(xì)胞質(zhì)跟細(xì)胞核之間。細(xì)胞分裂的期間可以看到細(xì)胞核中最顯著的構(gòu)造——核仁,其組成為核糖體RNA,以及合成核糖體所需的蛋白質(zhì)。除核仁外,細(xì)胞核中還有許多其它核細(xì)胞器,如柯浩體(Cajal body), PML體等。 有趣的是,有些細(xì)胞為了執(zhí)行特別的工作而沒有細(xì)胞核:哺乳綱動(dòng)物的紅血球,為了減少攜帶的氧氣被紅血球本身消耗,而成熟后就沒有細(xì)胞核;植物則以篩管、導(dǎo)管、假導(dǎo)管為了運(yùn)輸功能,成熟后沒有細(xì)胞核。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

有一部分的細(xì)胞核核膜會(huì)向細(xì)胞質(zhì)延伸,形成許多相通的小管與囊袋,構(gòu)成迷宮狀的網(wǎng)絡(luò),稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng),部分內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上附著著核糖體,稱為粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)),其他的部分則稱為平滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng))。而平滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上有特殊的酶系統(tǒng),負(fù)責(zé)合成脂質(zhì)和膽固醇,也能夠氧化有毒物質(zhì)以減低毒性,在肝臟協(xié)助可調(diào)節(jié)血糖,在肌肉細(xì)胞可儲(chǔ)存許多鈣離子協(xié)助肌肉收縮;粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)則和蛋白質(zhì)的合成有密切關(guān)聯(lián),附著在粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體所制造的蛋白質(zhì),主要運(yùn)送到膜上,或是分泌出細(xì)胞之外。

核糖體

負(fù)責(zé)合成蛋白質(zhì)的胞器,由大、小兩個(gè)次單元組成,次單元之中有核糖體RNA和核糖體特有的蛋白質(zhì),在細(xì)胞質(zhì)中,接受細(xì)胞核的遺傳訊息、細(xì)胞外的刺激訊息,以合成蛋白質(zhì),可分為游離核糖體與附著核糖體,前者所制造之蛋白質(zhì)專用于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部(不含胞器內(nèi)部),后者則先經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔修飾,以小囊泡運(yùn)輸?shù)?a href="/w/%E9%AB%98%E5%9F%BA%E6%B0%8F%E4%BD%93" title="高基氏體" class="mw-redirect">高基氏體做進(jìn)一步的分類與修飾,完成的蛋白質(zhì)主要包裝在胞器之中、運(yùn)到膜上、或是運(yùn)出細(xì)胞之外。

高基氏體

高基氏體,又稱“高爾基體”,是好幾個(gè)扁平的囊袋相疊而成,而且有固定的方向性,彼此之間并不相通。主樣負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的修飾、分類與輸送,從粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)被包在小囊泡中首先送到高基氏體,在這里一些酶會(huì)將蛋白質(zhì)修飾,例如加上一段特別的糖類標(biāo)記,而許多脂質(zhì)、糖類也會(huì)在這里合成并且修飾,隨后再利用小囊泡往外運(yùn)輸。

溶體

溶體,又稱“溶酶體”是單層膜的囊狀胞器,內(nèi)部含有數(shù)十種從高基氏體送來的水解,這些酶(或是稱做酵素)在弱酸的環(huán)境之下(通常為PH值5.0)能有效分解生命所需的有機(jī)物質(zhì),許多透過細(xì)胞吞噬的物質(zhì),會(huì)先形成食泡,然后跟溶體融合并且進(jìn)行消化。另外溶體也對老舊、損壞的胞器和細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行分解,產(chǎn)生的小分子隨后可再次被細(xì)胞利用,一旦溶體破裂釋放出水解酶,細(xì)胞就會(huì)被分解,許多細(xì)胞凋亡的程序都與溶體有關(guān),例如:蝌蚪變成青蛙尾巴的消失、人類胚胎手指的形成。

液胞(液泡)

這是另一種囊狀的單層膜胞器,在細(xì)胞中扮演不同角色,形狀可大可小。通常植物的液胞較大。在原生動(dòng)物,例如草履蟲,液胞扮演伸縮泡的功能,將過多的水分收集并排出體外;大多數(shù)植物細(xì)胞液胞在細(xì)胞成熟后,占有大部分的細(xì)胞體積,可以儲(chǔ)存水分、存放色素,有些種類植物的液胞更能夠協(xié)助光合作用的進(jìn)行,另外液胞也有一個(gè)很大的功能:協(xié)助細(xì)胞往大體積的方向演化同時(shí),能夠使得細(xì)胞質(zhì)的表面積變大,有利物質(zhì)交換。

粒線體

粒線體,又稱“線粒體”之所以如此稱呼,是因?yàn)樵陲@微鏡下有兩類主要的外觀,是一種雙層膜的胞器,外膜平滑,內(nèi)膜則朝內(nèi)部形成皺折狀的構(gòu)造稱為折襞,目的是為了增加生理作用的表面積,折襞之間充滿基質(zhì),其中有許多的代謝反應(yīng)進(jìn)行。整個(gè)粒線體主要協(xié)助細(xì)胞呼吸,并且產(chǎn)生細(xì)胞使用能量最直接的形式,三磷酸腺苷。特別的是粒線體有自己的遺傳分子,與細(xì)胞核的遺傳物質(zhì)不同,只遺傳到這個(gè)胞器的子代胞器,而不是子代細(xì)胞,能夠讓粒線體自我分裂增殖,制造本身需要的一些蛋白質(zhì),但是仍有一些調(diào)節(jié)控制的過程受到細(xì)胞核的影響,更重要的是,粒線體基因只在母系遺傳,不遵守孟德爾遺傳律,有助于研究人類演化的研究。必須特別注意的是,?!熬€”體不應(yīng)該誤寫為粒“腺”體。

葉綠體

葉綠體也是雙層膜狀的胞器,跟粒線體類似的地方是,它也有自己的遺傳物質(zhì),能夠自己分裂增殖,自制本身所需的一蛋白質(zhì)。主要的功能是吸收光能,轉(zhuǎn)變成化學(xué)能,并借此將無機(jī)物(二氧化碳和水)合成為有機(jī)物(糖類),這個(gè)借由光能產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì)的過程稱為光合作用,光表示光能,合表示合成。

動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞比較

動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞相比較,具有很多相似的地方,如動(dòng)物細(xì)胞也具有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核等結(jié)構(gòu)。但是動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞又有一些重要的區(qū)別,如動(dòng)物細(xì)胞的最外面是細(xì)胞膜,沒有細(xì)胞壁;動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中不含葉綠體,也不形成中央液泡。

細(xì)胞的增殖及調(diào)控

細(xì)胞周期亦稱有絲分裂周期(mitosis cycle),細(xì)胞生長到一定程度,不是繁殖就是死亡。細(xì)胞分裂后產(chǎn)生的新細(xì)胞生長增大,隨后又平均地分裂成兩個(gè)和原來母細(xì)胞“一樣”的子細(xì)胞,細(xì)胞這種生長與分裂的循環(huán)稱細(xì)胞周期。

較為普遍的細(xì)胞分裂方式為有絲分裂減數(shù)分裂,在生物的個(gè)體發(fā)育中,這兩種分裂方式交替發(fā)生,以保證生物種族的延續(xù)

細(xì)胞分化與基因表達(dá)

主條目:細(xì)胞分化

細(xì)胞分化(cell differentiation)是個(gè)體發(fā)育過程中細(xì)胞之間產(chǎn)生穩(wěn)定差異的過程。所以,細(xì)胞分化是指同源細(xì)胞通過分裂,發(fā)生形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能特征穩(wěn)定差異的過程。

細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果,在個(gè)體發(fā)育過程中基因按照一定程序相繼活化的現(xiàn)象,稱為基因的差次表達(dá)(differential expression)或順序表達(dá)(Sequential expression) 。即在同一時(shí)間內(nèi)不是所有的基因都具活性,而是有的有活性,有的無活性,有些細(xì)胞是這部分基因有活性,有些細(xì)胞則是另外一些基因有活性。

組織特異性基因和管家基因 一類是維持細(xì)胞最基本生命活動(dòng)的基因,是所有一切細(xì)胞都需具備的,由此譯制基本生命活動(dòng)所必需的結(jié)構(gòu)和功能蛋白。這類基因稱“House-keeping gene”,譯為“管家基因”,它們與細(xì)胞分化關(guān)系不大。如編碼與細(xì)胞分裂、能量代謝、細(xì)胞基本建成有關(guān)的蛋白質(zhì)的基因?qū)俅祟?。另一類是譯制特異蛋白質(zhì)的基因,與細(xì)胞的基本生存無直接關(guān)系,但與細(xì)胞分化關(guān)系密切,被稱為“Luxury gene”,譯為奢侈基因。

組合調(diào)控引發(fā)組織特異性基因的表達(dá) 弄清了細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì),研究者們便把注意力集中到基因選擇表達(dá)的控制機(jī)理方面。除細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的相互作用對細(xì)胞分化的影響外,包括環(huán)境在內(nèi)的諸多因素均對細(xì)胞分化有重要的影響。

細(xì)胞衰老與凋亡

細(xì)胞衰老的研究只是整個(gè)衰老生物學(xué)老年學(xué),人類學(xué))研究中的一部分。所謂衰老生物學(xué)(biology of senescence)(或稱老年學(xué),gerontology)是研究生物衰老的現(xiàn)象、過程和規(guī)律。其任務(wù)是要揭示生物(人類)衰老的特征,探索發(fā)生衰老的原因和機(jī)理,尋找推遲衰老的方法,根本目的在于延長生物(人類)的壽命。

多細(xì)胞有機(jī)體細(xì)胞,依壽命長短不同可劃分為兩類,即干細(xì)胞功能細(xì)胞。干細(xì)胞在整個(gè)一生都保持分裂能力,直到達(dá)到最高分裂次數(shù)便衰老死亡。如表皮生發(fā)層細(xì)胞,生血干細(xì)胞等。

細(xì)胞死亡是細(xì)胞衰老的結(jié)果,是細(xì)胞生命現(xiàn)象的終止。包括急性死亡(細(xì)胞壞死)和程序化死亡(細(xì)胞凋亡)。細(xì)胞死亡最顯著的現(xiàn)象,是原生質(zhì)的凝固。事實(shí)上細(xì)胞死亡是一個(gè)漸進(jìn)過程,要決定一個(gè)細(xì)胞何時(shí)已死亡是較因難的。除非用固定液等人為因素瞬間使其死亡。那么,怎樣鑒定一個(gè)細(xì)胞是否死亡了呢?通常采用活體染色法來鑒定。如用中性紅染色時(shí),生活細(xì)胞只有液泡系染成紅色,如果染料擴(kuò)散,細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核都染成紅色,則標(biāo)志這個(gè)細(xì)胞已死亡。

細(xì)胞凋亡(apoptosis)是一個(gè)主動(dòng)的由基因決定的自動(dòng)結(jié)束生命的過程,所以也常常被稱為程序化細(xì)胞死亡(programmed cell death,PCD)。凋亡細(xì)胞將被吞噬細(xì)胞吞噬。這一假說是基于Hayflick界限提出的:1961年Hayflick根據(jù)人胚胎細(xì)胞的傳代培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)提出。指細(xì)胞在發(fā)育的一定階段出現(xiàn)正常的自然死亡,它與細(xì)胞的病理死亡有根本的區(qū)別。細(xì)胞凋亡對于多細(xì)胞生物個(gè)體發(fā)育的正常進(jìn)行,自穩(wěn)平衡的保持以及抵御外界各種因素的干擾方面都起著非常關(guān)鍵的作用。例如:蝌蚪尾的消失,骨髓的細(xì)胞凋亡,脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育,發(fā)育過程中手和足的成形過程。

人體細(xì)胞之最

體內(nèi)最大的細(xì)胞

體內(nèi)最大的細(xì)胞有各種說法:(1)按細(xì)胞直徑而言,要數(shù)卵細(xì)胞,其直徑約200微米(1微米=1/1000毫米)。(2)以細(xì)胞長度來說,當(dāng)之為骨骼肌細(xì)胞,長的可超過4厘米。(3)而以細(xì)胞突出的長度來劃分,當(dāng)之無愧的是神經(jīng)細(xì)胞(也稱神經(jīng)元)。神經(jīng)元的軸突長的可達(dá)1米以上。故神經(jīng)元可稱之為體內(nèi)最大的細(xì)胞了。它們的活動(dòng)受機(jī)體神經(jīng)體液因素的調(diào)節(jié)。

人體最小的細(xì)胞

人體最小的細(xì)胞是男子的精子。175000個(gè)精子細(xì)胞才抵得上一個(gè)卵細(xì)胞的重量。

線粒體最多的細(xì)胞

人體內(nèi)線粒體最多的細(xì)胞是肝臟的肝細(xì)胞。每一個(gè)肝細(xì)胞內(nèi)約有2000個(gè)線粒體。正常線粒體壽命為一周,線粒體可以通過分裂增生。線粒體的主要化學(xué)成分為蛋白質(zhì),約占65%,其他成分為甘油脂、卵磷脂、腦磷脂膽固醇等。線粒體內(nèi)含有多種(蛋白質(zhì)),主要作用是為細(xì)胞功能活動(dòng)不斷提供能量,細(xì)胞生命活動(dòng)所必需的總能量中,大約有95%來自線粒體。肝細(xì)胞是體內(nèi)生命活動(dòng)最活躍的細(xì)胞。

溶酶體最多的細(xì)胞

溶酶體普遍存在于各種細(xì)胞中,不過數(shù)目不多,較線粒體為少得多。最多要數(shù)巨噬細(xì)胞,溶酶體內(nèi)含有50多種水解酶。能夠消化細(xì)胞內(nèi)衰老死亡的細(xì)胞器和吞噬進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)。因巨噬細(xì)胞具有很強(qiáng)吞噬和參與免疫應(yīng)答作用。故溶酶體最多。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)最多的細(xì)胞

漿細(xì)胞是含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)最多的細(xì)胞。漿細(xì)胞是由B淋巴細(xì)胞在抗原刺激下分化增生而來的,是一種不再具有增殖分化能力的終末細(xì)胞。

壽命最長的細(xì)胞

細(xì)胞是在不斷生長繁殖之中,所以存在細(xì)胞壽命長短問題,這種長短,各類細(xì)胞差別也很大,如很多人知道的紅細(xì)胞壽命大約120天,而神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量,出生時(shí)有多少以后就有多少,不能增加,可見神經(jīng)細(xì)胞的壽命最長。

參看

參考

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