細胞 -生物學中構成生物體的基本單位

細胞

生物學中構成生物體的基本單位
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細胞 (英文名:cell)並沒有統一的定義,比較普遍的提法是:細胞是生物體基本的結構和功能單位。已知除病毒之外的所有生物均由細胞所組成,但病毒生命活動也必須在細胞中才能體現。

一般來說,細菌等絕大部分微生物以及原生動物由一個細胞組成,即單細胞生物,高等植物與高等動物則是多細胞生物。細胞可分為原核細胞、真核細胞兩類,但也有人提出應分為三類,即把原屬于原核細胞的古核細胞獨立出來作為與之並列的一類。研究細胞的學科稱為細胞生物學

細胞體形極微,在顯微鏡下始能窺見,形狀多種多樣。主要由細胞核與細胞質構成,表面有細胞膜。高等植物細胞膜外有細胞壁,細胞質中常有質體,體內有葉綠體液泡,還有線粒體。動物細胞無細胞壁,細胞質中常有中心體,而高等植物細胞中則無。細胞有運動、營養和繁殖等機能。

名詞定義

中文名稱:
細胞
定義:
能進行獨立繁殖的有膜包圍的生物體的基本結構和功能單位。一般由質膜、細胞質和核(或擬核)構成,是生命活動的基本單位。
英文名稱:
cell
套用學科:
細胞生物學(一級學科);總論(二級學科)

(以上內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公布)

基本解釋

1. 微小的通常是用顯微鏡才能看到的由半透膜與外界分開的原生質團。

2. 現又可比喻事物的基本構成部分。

基本簡介

細胞

生物學名詞。是生物體結構和功能的基本單位。細胞是最基本的生命系統。

體形極微,在顯微鏡下始能窺見。形狀多種多樣。主要由細胞核與細胞質構成,表面有細胞膜。高等植物細胞膜外有細胞壁,細胞壁中常有質體,體內有葉綠體和液泡,還有線粒體。動物細胞無細胞壁,細胞質中常有中心體,而高等植物細胞中則無。細胞有運動營養繁殖等機能。

除病毒外的所有生物,都由細胞構成。自然界中既有單細胞生物,也有多細胞生物。細胞是生物體基本的結構和功能單位。細胞是生物界中,無論是沒有細胞結構的病毒,還是單細胞生物或多細胞生物,它們的生命活動都離不開細胞

主要特點

細胞是生物體結構和功能的基本單位,細胞的特殊性決定了個體的特殊性,因此,對細胞的深入研究是揭開生命奧秘、改造生命和征服疾病的關鍵。細胞生物學已經成為當代生物科學中發展最快的一門尖端學科,是生物、農學、醫學、畜牧、水產和許多生物相關專業的一門必修課程。50年代以來諾貝爾生理與醫學獎大都授予了從事細胞生物學研究的科學家

細胞

細胞的發現與細胞的研究歷史

細胞(cells)是由英國科學家羅伯特·胡克(Robert Hooke,1635~1703)于1665年發現的。當時他用自製的光學顯微鏡觀察軟木塞的薄切片,放大後發現一格一格的小空間,就以英文的cell命名之,而這個英文單字的意義本身就有小房間一格一格的用法,所以並非另創的字匯。而這樣觀察到的細胞早已死亡,僅能看到殘存的植物細胞壁,雖然他並非真的看見一個生命的單位(因為無生命跡象),後世的科學家仍認為其功不可沒,一般而言還是將他當作發現細胞的第一人。而事實上真正首先發現活細胞的,還是荷蘭生物學家雷文霍克(列文虎克)。

1674年,列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)以自製的鏡片,由雨水、乃至于他自己的口中發現微生物,他也是歷史上可找到的第一個發現細菌的業餘科學家。

1809年,法國博物學家(博物學即二十世紀後期所稱的生物學、生命科學等的總稱)拉馬克(Jean-Baptiste de Lamarck,1744—1829)提出:“所有生物體都由細胞所組成,細胞裏面都含有些會流動的‘液體’。”卻沒有具體的觀察證據支持這個說法。

1824年,法國植物學家杜托息(Henri Dutrochet,1776~1847)在論文中提出“細胞確實是生物體的基本構造”又因為植物細胞比動物細胞多了細胞壁,因此觀察技術還不成熟的時候比動物細胞更容易觀察,也因此這個說法先被植物學者接受。

19世紀中期,德國動物學家施旺(Theodor Schwann,1810~1882)進一步發現動物細胞裏有細胞核,核的周圍有液狀物質,在外圈還有一層膜,卻沒有細胞壁,他認為細胞的主要部分是細胞核而非外圈的細胞壁。同一時期,德國植物學家施萊登(Matthias Schleiden,1804~1881)以植物為材料,研究結果獲得與施旺相同的結論,他們都認為“動植物皆由細胞及細胞的衍生物所構成”,這就是細胞學說的基礎。

在德國施旺和施萊登之後的十年,科學家陸續發現新的證據,證明細胞都是從原來就存在的細胞分裂而來,而至21世紀初期的細胞學說大致上可以簡述為以下三點:細胞為一切生物的構造單位、細胞為一切生物的生理單位、細胞由原已生存的細胞分裂而來。<細胞是生物體構造與機能的基本單位>

“細胞(cell)”一詞最早出現由羅伯特·胡克發明。

中國自然科學家李善蘭1858年在其著作《植物學》中使用“細胞”作為cell的中文譯名。有學者認為李善蘭此時並未接觸過《植學啓原》,因而是獨自發明。

相關種類

按照常規的組織學分類方法,脊椎動物和人體細胞類型約有200餘種。

這些細胞在人體中呈現有序的空間分布。

細胞是人體的結構和功能單位。共約有40萬--60萬億個,細胞的平均直徑在10--20微米之間。

除成熟的紅血球外,所有細胞都有一個細胞核,是調節細胞作用的中心。

最大的是成熟的卵細胞,直徑在0.1毫米以上;最小的是血小板,直徑隻有約2微米。

而175000個精子細胞才抵得上一個卵細胞的重量。

腸粘膜細胞的壽命為3天,肝細胞壽命為500天,而腦與骨髓裏的神經細胞的壽命有幾十年,同人體壽命幾乎相等。血液中的白細胞有的隻能活幾小時。

基本結構

光學顯微鏡下觀察植物的細胞,可以看到它的結構分為下列四個部分

細胞

1.細胞壁(Cell Wall)

位于植物細胞的最外層,是一層透明的薄壁。它主要是由纖維素和果膠組成的,孔隙較大,物質分子可以自由透過。細胞壁對細胞起著支持和保護的作用。

細胞

2.細胞膜(Cell Membrane)

細胞壁的內側緊貼著一層極薄的膜,叫做細胞膜。這層由蛋白質分子和磷脂雙分子層組成的薄膜,水和氧氣等小分子物質能夠自由通過,而某些離子和大分子物質則不能自由通過。因此,它除了起著保護細胞內部的作用以外,還具有控製物質進出細胞的作用:既不讓有用物質任意地滲出細胞,也不讓有害物質輕易地進入細胞。

細胞膜在光學顯微鏡下不易分辨。用電子顯微鏡觀察,可以知道細胞膜主要由蛋白質分子和脂類分子構成。在細胞膜的中間,是磷脂雙分子層,這是細胞膜的基本骨架。在磷脂雙分子層的外側和內側,有許多球形的蛋白質分子,它們以不同深度鑲嵌在磷脂分子層中,或者覆蓋在磷脂分子層的表面。這些磷脂分子和蛋白質分子大都是可以流動的,可以說,細胞膜具有一定的流動性。細胞膜的這種結構特點,對于它完成各種生理功能是非常重要的。

物質跨膜運輸的方式分為被動運輸和主動運輸兩種。

細胞

(1)被動運輸,是順著膜兩側濃度梯度擴散,即由高濃度向低濃度。分為自由擴散和協助擴散。

①自由擴散:物質通過簡單的擴散作用進入細胞。細胞膜兩側的濃度差以及擴散的物質的性質(如根據相似相溶原理,脂溶性物質更容易進出細胞)對自由擴散的速率有影響,常見的能進行自由擴散的物質有氧氣二氧化碳、甘油、乙醇、苯、尿素、膽固醇、水、氨等。

②協助擴散:進出細胞的物質借助載體蛋白擴散。細胞膜兩側的濃度差以及載體的種類和數目對協助擴散的速率有影響。紅細胞吸收葡萄糖是依靠協助擴散。

(2)主動運輸:物質從低濃度一側運輸到高濃度一側,需要載體蛋白的協助,同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量。主動運輸保證了活細胞能夠按照生命活動的需要,主動選擇吸收所需要的營養物質,排出代謝廢物和對細胞有害的物質。各種離子由低濃度到高濃度過膜都是依靠主動運輸。

能進行跨膜運輸的都是離子和小分子,當大分子進出細胞時,包裹大分子物質的囊泡從細胞膜上分離或者與細胞膜融合(胞吞和胞吐),大分子不需跨膜便可進出細胞。

細胞膜的基本結構

細胞

(1)脂雙層:磷脂、膽固醇、糖脂,每個動物細胞質膜上約有109個脂分子,即每平方微米的質膜上約有5x106個脂分子。

(2)膜蛋白,分內在蛋白和外在蛋白兩種。內在蛋白以疏水的部分直接與磷脂的疏水部分共價結合,兩端帶有極性,貫穿膜的內外;外在蛋白以非共價鍵結合在固有蛋白的外端上,或結合在磷脂分子的親水頭上。如載體、特異受體、酶、表面抗原。

(3)膜糖和糖衣:糖蛋白、糖脂

細胞膜的特徵:

(1)結構特徵:以磷脂雙分子層作為基本骨架--流動性

(2)功能特徵:載體蛋白在一定程度上決定了細胞內生命活動的豐富程度--選擇透過性

細胞膜的生物電現象:

(1)靜息電位及其產生機製:靜息電位是指細胞膜處于安靜狀態下存在于膜內外兩側的電位差。採用細胞內電位記錄地方法所記錄到的電位是以細胞外為零電位的膜內電位,絕大多數細胞的靜息電位是穩定的負電位。靜息電位產生的機製:安靜時細胞這種數值比較穩定的內負外正的狀態稱為極化;(是靜息狀態的標志) 以靜息電位為準若膜內電位向負值增大的方向變化稱為超極化;若膜內電位向負值減少的方向變化稱為去極化;細胞發生去極化後向原先的極化方向恢復稱為復極化。

(2)動作電位及其產生機製:當細胞膜受刺激時在靜息電位的基礎上可發生電位變化。動作電位產生機製:分為上升支和下降支。包括鋒電位、去極化、反極化、超射、復極化和後電位。

3.細胞質(Cytoplasm)

細胞膜包著的黏稠透明的物質,叫做細胞質。在細胞質中還可看到一些帶折光性的顆粒,這些顆粒多數具有一定的結構和功能,類似生物體的各種器官,因此叫做細胞器。例如,在綠色植物的葉肉細胞中,能看到許多綠色的顆粒,這就是一種細胞器,叫做葉綠體。綠色植物的光合作用就是在葉綠體中進行的。在細胞質中,往往還能看到一個或幾個液泡,其中充滿著液體,叫做細胞液。在成熟的植物細胞中,液泡合並為一個中央大液泡,其體積佔去整個細胞的大半。細胞質被擠壓為一層。細胞膜以及液泡膜和兩層膜之間的細胞質稱為原生質層。

細胞

線粒體(mitochondrium)線粒體是一些線狀、小桿狀或顆粒狀的結構。在活細胞中可用詹納斯綠(Janus green)【anus Green B 別名:健那綠 化學式:C30H31N6Cl 詹納斯綠B是一種活體染色劑,專一用于線粒體的染色。它可以和線粒體中的細胞色素C氧化酶結合,從而出現藍綠色。】染成藍綠色。在電子顯微鏡下觀察,線粒體表面是由雙層膜構成的。內膜向內形成一些隔,稱為線粒體嵴(cristae)。線上粒體內有豐富的酶系統。線粒體是細胞呼吸的中心,它是生物有機體借氧化作用產生能量的一個主要機構,它能將營養物質(如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等)氧化產生能量,儲存在ATP(三磷酸腺苷)的高能磷酸鍵上,供給細胞其他生理活動的需要,因此有人說線粒體是細胞的“動力工廠”。根據對線粒體機能的了解,近些年來試驗用“線粒體互補法”進行育種工作,即將兩個親本的線粒體從細胞中分離出來並加以混合,如果測出混合後呼吸率比兩親本的都高,證明雜交後代的雜種優勢強,套用這種育種方法,能增強育種工作的預見性,縮短育種年限。

細胞

②葉綠體

葉綠體(chloroplasts)是綠色植物細胞中重要的細胞器,其主要功能是進行光合作用。葉綠體由雙層膜、基粒(類囊體)和基質三部分構成。類囊體是一種扁平的小囊狀結構,在類囊體薄膜上,有進行光合作用必需的色素和酶。許多類囊體疊合而成基粒。基粒之間充滿著基質,其中含有與光合作用有關的酶。基質中還含有DNA

細胞

③內質網

內質網(endoplasmic reticulum)是細胞質中由膜構成的網狀通路系統廣泛的分布在細胞質基質內。它與細胞膜及核膜相通連,對細胞內蛋白質及脂質等物質的合成和運輸起著重要作用。

內質網根據其表面有無附著核糖體可分為粗面內質網和滑面內質網。粗面內質網表面有附著核糖體,具有運輸蛋白質的功能,滑面內質網內含許多酶,與糖脂類和固醇類激素的合成與分泌有關。

細胞

④高爾基復合體

位于細胞核附近的網狀囊泡,是細胞內的運輸和加工系統。能將粗面內質網運輸的蛋白質進行加工、濃縮和包裝成分泌泡和溶酶體。

細胞

核糖體

核糖體(ribosomes)是橢球形的粒狀小體,有些附著在內質網膜的外表面(供給膜上及膜外蛋白質),有些遊離在細胞質基質中(供給膜內蛋白質,不經過高爾基體,直接在細胞質基質內的酶的作用下形成空間構形),是合成蛋白質的重要基地。

細胞

⑥中心體

中心體(centrosome)存在于動物細胞和某些低等植物細胞中,因為它的位置靠近細胞核,所以叫中心體。每個中心體由兩個互相垂直排列的中心粒及其周圍的物質組成。動物細胞的中心體與有絲分裂有密切關系..中心粒(centriole)這種細胞器的位置是固定的,具有極性的結構。在間期細胞中,經固定、染色後所顯示的中心粒僅僅是1或2個小顆粒。而在電子顯微鏡下觀察,中心粒是一個柱狀體,長度約為0.3μm~0.5μm,直徑約為0.15μm,它是由9組小管狀的亞單位組成的,每個亞單位一般由3個微管構成。這些管的排列方向與柱狀體的縱軸平行。中心粒通常是成對存在,2個中心粒的位置常成直角。中心粒在有絲分裂時有重要作用

細胞

⑦液泡

液泡(vacuole)是植物細胞中的泡狀結構。成熟的植物細胞中的液泡很大,可佔整個細胞體積的90%。液泡的表面有液泡膜。液泡內有細胞液,其中含有糖類、無機鹽、色素和蛋白質等物質,可以達到很高的濃度。因此,它對細胞內的環境起著調節作用,可以使細胞保持一定的滲透壓,保持膨脹的狀態。動物細胞也同樣有小液泡。

溶酶體

囊狀小體或小泡,內含多種水解酶,具有自溶和異溶作用。自溶作用是指溶酶體消化分解細胞內損壞和衰老的細胞器的過程,異溶作用是指消化和分解被細胞吞噬的病原微生物及其細胞碎片的過程。溶酶體是細胞內具有單層膜囊狀結構的細胞器。其內含有很多種水解酶類,能夠分解很多物質。

細胞

⑨微絲及微管

在細胞質內除上述結構外,還有微絲(microfilament)和微管(microtubule)等結構,它們的主要機能不隻是對細胞起骨架支持作用,以維持細胞的形狀,如在紅血細胞微管成束平行排列于盤形細胞的周緣,又如上皮細胞微絨毛中的微絲;它們也參加細胞的運動,如有絲分裂的紡錘絲,以及纖毛、鞭毛的微管。此外,細胞質內還有各種內含物,如糖原、脂類、結晶、色素等。

細胞

4.細胞核

細胞質裏含有一個近似球形的細胞核(nucleus),是由更加黏稠的物質構成的。細胞核通常位于細胞的中央,成熟的植物細胞的細胞核,往往被中央液泡推擠到細胞的邊緣。細胞核中有一種物質,易被洋紅、蘇木精、甲基綠等鹼性染料染成深色,叫做染色質(chromatin)。生物體用于傳種接代的物質即遺傳物質,就在染色質上。當細胞進行有絲分裂時,染色質在分裂間期螺旋纏繞成染色體。

細胞

多數細胞隻有一個細胞核,有些細胞含有兩個或多個細胞核,如肌細胞、肝細胞等。細胞核可分為核膜、染色質、核液和核仁四部分。核膜與內質網相通連,染色質位于核膜與核仁之間。染色質主要由蛋白質和DNA組成。DNA是一種有機物大分子,又叫脫氧核糖核酸,是生物的遺傳物質。在有絲分裂時,染色體復製,DNA也隨之復製為兩份,平均分配到兩個子細胞中,使得後代細胞染色體數目恆定,從而保證了後代遺傳特徵的穩定。還有RNA,RNA是DNA在復製時形成的單鏈,它傳遞信息,控製合成蛋白質,其中有轉移核糖核酸(tRNA)、信使核糖核酸(mRNA)和核糖體核糖核酸(rRNA)。 細胞核的機能是儲存遺傳物質,控製生化合成和細胞代謝,決定細胞或機體的性狀表現,把遺傳物質從細胞(或個體)一代一代傳下去。但細胞核不是孤立的起作用,而是和細胞質相互作用、相互依存而表現出細胞統一的生命過程。細胞核控製細胞質;細胞質對細胞的分化、發育和遺傳也有重要的作用。

動物細胞與植物細胞比較

動物細胞與植物細胞相比較,具有很多相似的地方,如動物細胞也具有細胞膜、細胞質、細胞核等結構。但是動物細胞與植物細胞又有一些重要的區別,如動物細胞的最外面是細胞膜,沒有細胞壁;動物細胞的細胞質中不含葉綠體,也不形成中央液泡。

總之,不論是植物還是動物,都是由細胞構成的。細胞是生物體結構和功能的基本單位。

5.細胞骨架(Cytoskeleton)

細胞骨架是指真核細胞中蛋白纖維的網路結構。

細胞骨架由位于細胞質中的微絲、微管和中間纖維構成。微絲確定細胞表面特征,使細胞能夠運動和收縮。微管確定膜性細胞器的位置和作為膜泡運輸的軌道。中間纖維使細胞具有張力和抗剪下力。

細胞

細胞骨架不僅在維持細胞形態、承受外力、保持細胞內部結構有序性方面起重要作用,而且還參與許多重要的生命活動,如:在細胞分裂中細胞骨架牽引染色體分離;在細胞物質運輸中,各類小泡和細胞器可沿著細胞骨架定向運轉。

細胞骨架在20世紀60年代後期才被發現。主要因為早期電鏡製樣採用低溫(0-4℃)固定,而細胞骨架會在低溫下解聚。直到採用戊二醛常溫固定,人們才逐漸認識到細胞骨架的客觀存在。

註:有部分教材把細胞核作為細胞器之一。

細胞的大小

原核細胞直徑平均: 1~10μm; 

真核細胞直徑平均: 3~30μm; 

某些不同來源的細胞大小變化很大:

人卵細胞:直徑0.1mm;鴕鳥卵細胞:直徑5cm;

同類型細胞的體積一般是相近的,不依生物個體的大小而增大或縮小;

器官的大小主要決定于細胞的數量,與細胞的數量成正比,而與細胞的大小無關,這種現象被稱為“細胞體積的守恆定律”。

細胞共性

1.所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質及糖被構成的生物膜(註意 :癌細胞無糖被,容易遊走擴散),即細胞膜

2.所有的細胞都含有兩種核酸:即DNA與RNA。

3.作為遺傳信息復製與轉錄的載體

4.作為蛋白質合成的機器─核糖體,毫無例外地存在于一切細胞內。核糖體,是蛋白質合成的必須機器,在細胞遺傳信息流的傳遞中起著必不可少的作用。

5.基本上所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂。(少數不是,如藍藻的有些種類從老細胞內產生新細胞)

6.部分細胞能進行自我增殖和遺傳(高度分化的細胞無法自我增殖。)

7.新陳代謝。

8.細胞都具有運動性,包括細胞自身的運動和細胞內部的物質運動。

細胞

註:病毒不具有細胞結構。

細胞繁殖

繁殖方式:

人體內每時每刻都有許多細胞繁殖新生,更換衰老死亡的細胞,以維持機體的生長、發育、生殖、及損傷後的修補。細胞的繁殖是通過細胞的分裂來實現的。

連續分裂的細胞從一次分裂完成時開始到下一次分裂完成時為止為一個細胞周期

分裂的方式可分為兩種

一.間接分裂(有絲分裂)

從細胞在一次分裂結束後到下一次分裂之前是分裂間期,細胞周期的大部分時間處于分裂間期,大約佔細胞的90%~95%,分裂間期中,細胞完成DNA分子的復製和有關蛋白質的合成。

細胞

在分裂間期結束之後,就進入分裂期。分裂期是一個連續的過程,人們為了研究方便,把分列期分為四個時期:前期、中期、後期、末期。

1.前期; 是細胞分裂的開始。細胞外形一般變圓,中心體的中心粒分離,並向細胞的兩極移動。四周出現發射狀細絲。核膨大、脫氧核糖酸增多,

核染色加深,不規則的染色質形成絲狀染色體,並縮短變粗。核仁及核膜消失,核質與細胞質混合。

2.中期; 兩個中心體接近兩極,它們之間有絲相連,呈紡錘形,叫紡錘體。染色體移到細胞中央赤道部,呈星芒狀排列;後來染色體縱裂為二。

3.後期;已經縱裂的染色體分為兩組,由赤道部向兩極的中心體方向移動,細胞器亦隨之均等分配。趨向兩極,細胞體在赤道部開始橫縊變窄。

4.末期;染色體移動到兩極的中心體附近,重新聚到一起,轉變為染色質絲,核膜、核仁、又重新出現。細胞體在赤道部愈益狹窄

植物細胞的有絲分裂與動物細胞類似。但是高等植物細胞中沒有中心體,紡錘絲由細胞兩級發出。分裂末期不是由細胞膜向內凹陷將兩個細胞分開,而是在細胞中央赤道處形成細胞板。可簡潔概括為:細胞核,細胞膜,(如果是植物細胞的話下一步是分裂細胞壁),細胞質》。二、直接分裂(無絲分裂) 【概念】直接分裂是最早發現的一種細胞分裂方式,早在1841年就在雞胚的血細胞中看到了。因為這種分裂方式是細胞核和細胞質的直接分裂,所以叫做直接分裂。又因為分裂時沒有紡錘絲出現,所以叫做無絲分裂。隻有部分動物的部分細胞可以進行無絲分裂,比如蛙的紅細胞。

【過程】直接分裂的早期,球形的細胞核和核仁都伸長。然後細胞核進一步伸長呈啞鈴形,中央部分狹細。最後,細胞核分裂,這時細胞質也隨著分裂,並且在滑面型內質網的參與下形成細胞膜。在直接分裂中,核膜和核仁都不消失,沒有染色體的出現,當然也就看不到染色體復製的規律性變化。但是,這並不說明染色質沒有發生深刻的變化,實際上染色質也要進行復製,並且細胞要增大。當細胞核體積增大一倍時,細胞核就發生分裂,核中的遺傳物質就分配到子細胞中去。至于核中的遺傳物質DNA是如何分配的,還有待進一步的研究。

【不同觀點】關于直接分裂的問題,長期以來就有不同的看法。有些人認為直接分裂不是正常細胞的增殖方式,而是一種異常分裂現象;另一些人則主張直接分裂是正常細胞的增殖方式之一,主要見于高度分化的細胞,如肝細胞、腎小管上皮細胞、腎上腺皮質細胞等。

二.減數分裂

這種細胞分裂形式是隨著配子生殖而出現的,凡是進行有性生殖的動、植物都有減數分裂過程。減數分裂與正常的有絲分裂的不同點,在于減數分裂時進行2次連續的核分裂,細胞分裂了2次,其中染色體隻分裂一次,結果染色體的數目減少一半。

細胞

減數分裂發生的時間,每類生物是固定的,但在不同生物類群之間可以是不同的。大致可分為3種類型,一是合子減數分裂或稱始端減數分裂,減數分裂發生在受精卵開始卵裂時,結果形成具有半數染色體數目的有機體。這種減數分裂形式隻見于很少數的低等生物。二是孢子減數分裂或稱中間減數分裂,發生在孢子形成時,即在孢子體和配子體世代之間。這是高等植物的特征。三是配子減數分裂或稱終端減數分裂,是一般動物的特征,包括所有後生動物、人和一些原生動物。這種減數分裂發生在配子形成時,發生在配子形成過程中成熟期的最後2次分裂,結果形成精子和卵。

在成熟期的2次細胞分裂中,是在初級精母細胞(2n)分裂(減數第一次分裂)到次級精母細胞(n)時,染色體減少了一半,後者再分裂(減數第二次分裂),產生4個精細胞(n),這些精細胞通過分化過程轉變成精子(n)。在雌體中這些相應的階段是初級卵母細胞(2n)、次級卵母細胞(n)和卵(n)。所不同的在于每個初級卵母細胞不是產生4個有功能的配子,而隻產生一個成熟卵和另外3個不孕的極體。這種不平均的分裂使卵細胞有足夠的營養以供將來發育的需要,而極體則失去受精發育能力,所以卵的數量不如精子多(圖1-10)。

減數分裂的具體過程是很復雜的,它包括2次細胞分裂。第一次分裂的前期較長,一般把這個前期分為細線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期,這前期Ⅰ(表示第一次分裂前期)之後是中期Ⅰ、後期Ⅰ和末期Ⅰ;經過減數分裂間期(很短或看不出來),進入前期Ⅱ、中期Ⅱ、後期Ⅱ、末期Ⅱ,也有的不經過間期。

在減數分裂過程中,細胞分裂2次,但染色體隻分裂一次,結果染色體數目減少了一半。一般說來,第一次分裂是同源染色體分開,染色體的數目減少一半,是減數分裂。第二次分裂是姊妹染色單體分開,染色體的數目沒有減少,是等數分裂。但嚴格說來,這樣說是籠統的。如果從遺傳上來分析,並不如此簡單,因為它涉及到染色體的交換、重組等。

減數分裂對維持物種的染色體數目的恆定性,對遺傳物質的分配、重組等都具有重要意義,這對生物的進化發展都是極為重要的。

細胞的生命活動細胞的生命活動包括:

1.胞生長

結果:使細胞逐漸變大。

2.胞分裂

結果:使細胞數量增多。

3.胞分化

結果:形成不同功能的細胞群(組織)。

三、養細胞生長過程:潛伏期→指數增生期→停滯期 一、潛伏期(latent phase):細胞接種後,先經過一個在培養液中呈懸浮狀態的懸浮期.此時,細胞質回縮,胞體呈圓球形.然後細胞貼附于載體表面,稱貼壁,懸浮期結束. 細胞貼壁速度與細胞種類,培養基成分,載體的理化性質等密切相關。一般情況下,原代培養細胞貼壁速度慢,可達10-24 小時或更多,而傳代細胞系貼壁速度快,通常10-30 分鍾即可貼壁。細胞貼壁後還需經過一個潛伏階段,才進入生長和增殖期.原代培養細胞潛伏期,約24-96 小時或更長,連續細胞系和腫瘤細胞潛伏期短,僅需6-24 小時。二、指數增生期(logarithmic growth phase) 這是細胞增殖最旺盛的階段,分裂相細胞增多。指數增生期細胞分裂相數量可作為判定細胞生長是否旺盛的一個重要標志。通常以細胞分裂相指數(Mitotic index,MI)表示,即細胞群中每1000 個細胞中的分裂相數。一般細胞的分裂指數介于0.1%-0.5%,原 代細胞分裂指數較低,而連續細胞和腫瘤細胞分裂相指數可高達3%-5%。指數增生期的細胞是細胞活力最好時期,是進行各種實驗最佳時期,也是凍存細胞的最好時機。在接種細胞數量適宜情況下,指數增生期持續3-5 天後,隨著細胞數量不斷增多、生長空間減少,最後細胞相互接觸匯合成片。正常細胞相互接觸後能抑製細胞運動,這種現象稱接觸抑製現象(contact inhibition)。而惡性腫瘤細胞無接觸抑製現象,能繼續移動和增殖,導致細胞向三維空間擴展,使細胞發生堆積(piled up)。細胞接觸匯合成片後,雖然發生接觸抑製,但隻要營養充分,細胞仍能進行增殖分裂,因此細胞數仍然在增多。但是,當細胞密度進一步增大,培養液中營養成分減少,代謝產物增多時,細胞因營養枯竭和代謝產物的影響,導致細胞分裂停止,這種現象稱密度抑製現象(Density Inhibition)。三、停滯期(Stagnate phase) 細胞數量達到飽和密度後,如不及時進行傳代,細胞就會停止增殖,進入停止期。此時細胞數持平,故也稱平台期(Plateau phase)。停滯期細胞雖不增殖,但仍有代謝活動。如不進行分離傳代,細胞會因培養液中營養耗盡、代謝產物積聚、pH 下降等因素中毒,出現形態改變,貼壁細胞會脫落,嚴重的會發生死亡,因此,應及時傳代。

其他資料

死亡

細胞死亡是細胞衰老的結果,是細胞生命現象的終止。包括急性死亡(細胞壞 死)和程式化死亡(細胞凋亡)。細胞死亡最顯著的現象,是原生質的凝固。事 實上細胞死亡是一個漸進過程,要決定一個細胞何時已死亡是較因難的。除非用 固定液等人為因素瞬間使其死亡。那麽,怎樣鑒定一個細胞是否死亡了呢?通常 採用活體染色法來鑒定。如用中性紅染色時,生活細胞隻有液泡系染成紅色,如 果染料擴散,細胞質和細胞核都染成紅色,則標志這個細胞已死亡。細胞衰老的研究隻是整個衰老生物學(老年學,人類學)研究中的一部分。所 謂衰老生物學(biology of senescence)(或稱老年學,gerontology)是研究 生物衰老的現象、過程和規律。其任務是要揭示生物(人類)衰老的特征,探索 發生衰老的原因和機理,尋找延後衰老的方法,根本目的在于延長生物(人類) 的壽命。多細胞有機體細胞,依壽命長短不同可劃分為兩類,即幹細胞和功能細 胞。幹細胞在整個一生都保持分裂能力,直到達到最高分裂次數便衰老死亡。如 表皮生發層細胞,生血幹細胞等。

細胞

細胞凋亡(apoptosis)是一個主動的由基因決定的自動結束生命的過程,也常 常被稱為程式化細胞死亡(programmed cell death,PCD)。凋亡細胞將被吞噬細 胞吞噬。這一假說是基于Hayflick界限提出的:1961年Hayflick根據人胚胎細胞的傳代培養實驗提出。指細 胞在發育的一定階段出現正常的自然死亡,它與細胞的病理死亡有根本的區別。細胞凋亡對于多細胞生物個體發育的正常進行,自穩平衡的保持以及抵御外界各 種因素的幹擾方面都起著非常關鍵的作用。例如:蝌蚪尾的消失,骨髓和腸的細胞凋亡,脊椎動物 的神經系統的發育,發育過程中手和足的成形過程。

分裂

一個細胞分裂為兩個細胞的過程。分裂前的細胞稱母細胞,分裂後形成的新細胞稱子細胞。細胞分裂通常包括核分裂和胞質分裂兩步。在核分裂過程中母細胞把遺傳物質傳給子細胞。在單細胞生 物中細胞分裂就是個體的繁殖,在多細胞生物中細胞分裂是個體生長、發育和繁 殖的基礎。

分化

細胞的分化是指分裂後的細胞,在形態,結構和功能上向著不同方向變化的過程。細胞分化是形成不同的組織,分化前和分化後的細胞不屬于一類型。那些形態的相似,結構相同,具有一定功能的細胞群叫做組織。不同的組織,按一定的順序組成器官。各種器官協調配合,形成系統。各種器官和系統組成生命體。細胞的癌變是細胞的一種不正常的分化方式。每個正常細胞細胞核內都有原癌基因。發生癌變的細胞原本是正常細胞,由于受到外界致癌因子(致癌因子包括物理致癌因子,主要指輻射,如紫外線,X射線等 ),化學致癌因子(例如黃曲酶毒素,亞硝酸鹽等 ),生物致癌因子(Rous肉瘤病毒、乙肝病毒等)作用,導致細胞內原癌基因被激活,激活的原癌基因控製細胞發生癌變。

癌變的細胞在細胞形態、結果、功能上都發生了一定的變化。

化學成分

組成細胞的基本元素是:O、C、H、N、Si、K、Ca、P、Mg,其中O、C、H、N四種元素佔90%以上。細胞化學物質可分為兩大類:無機物和有機物。在無機物中水是最主要的成分,約佔細胞物質總含量的75%-80%。

一、水與無機鹽

(一)水是原生質最基本的物質

水在細胞中不僅含量最大,而且由于它具有一些特有的物理化學屬性,使其在生命起源和形成細胞有序結構方面起著關鍵的作用。可以說,沒有水,就不會有生命。水在細胞中以兩種形式存在:一種是遊離水,約佔95%;另一種是結合水,通過氫鍵或其他鍵同蛋白質結合,約佔4%~5%。隨著細胞的生長和衰老,細胞的含水量逐漸下降,但是活細胞的含水量不會低于75%。

細胞

水在細胞中的主要作用是,溶解無機物、調節溫度、參加酶反應、參與物質代謝和形成細胞有序結構。

(二)無機鹽  

細胞中無機鹽的含量很少,約佔細胞總重的1%。鹽在細胞中解離為離子,離子的濃度除了具有調節滲透壓和維持酸鹼平衡的作用外,還有許多重要的作用。

主要的陰離子有Cl-、PO4-和HCO3-,其中磷酸根離子在細胞代謝活動中最為重要:①在各類細胞的能量代謝中起著關鍵作用;②是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的組成成分;③調節酸鹼平衡,對血液和組織液pH起緩沖作用。

主要的陽離子有:Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+。

二、細胞的有機分子

細胞中有機物達幾千種之多,約佔細胞幹重的90%以上,它們主要由碳、氫、氧、氮等元素組成。有機物中主要由四大類分子所組成,即蛋白質、核酸、脂類和糖,這些分子約佔細胞幹重的90%以上。

(一)蛋白質  

在生命活動中,蛋白質是一類極為重要的大分子,幾乎各種生命活動無不與蛋白質的存在有關。蛋白質不僅是細胞的主要結構成分,而且更重要的是,生物專有的催化劑--酶是蛋白質,因此細胞的代謝活動離不開蛋白質。一個細胞中約含有104種蛋白質,分子的數量達1011個。

(二)核酸  

核酸是生物遺傳信息的載體分子,所有生物均含有核酸。核酸是由核苷酸單體聚合而成的大分子。核酸可分為核糖核酸RNA和脫氧核糖核酸兩大類DNA。當溫度上升到一定高度時,DNA雙鏈即解離為單鏈,稱為變性(denaturation)或熔解(melting),這一溫度稱為熔解溫度(melting temperature,Tm)。鹼基組成不同的DNA,熔解溫度不一樣,含G-C對(3條氫鍵)多的DNA,Tm高;含A-T對(2條氫鍵)多的,Tm低。當溫度下降到一定溫度以下,變性DNA的互補單鏈又可通過在配對鹼基間形成氫鍵,恢復DNA的雙螺旋結構,這一過程稱為復性(renaturation)或退火(annealing)。

(三)糖類

細胞中的糖類既有單糖,也有多糖。細胞中的單糖是作為能源以及與糖有關的化合物的原料存在。重要的單糖為五碳糖(戊糖)和六碳糖(己糖),其中最主要的五碳糖為核糖,最重要的六碳糖為葡萄糖。葡萄糖不僅是能量代謝的關鍵單糖,而且是構成多糖的主要單體。

多糖在細胞結構成分中佔有主要的地位。細胞中的多糖基本上可分為兩類:一類是營養儲備多糖;另一類是結構多糖。作為食物儲備的多糖主要有兩種,在植物細胞中為淀粉(starch),在動物細胞中為糖元(glycogen)。在真核細胞中結構多糖主要有纖維素(cellulose)和幾丁質(chitin)。

(四)脂類

脂類包括:脂肪酸、中性脂肪、類固醇、蠟、磷酸甘油酯、鞘脂、糖脂、類胡蘿卜素等。脂類化合物難溶于水,而易溶于非極性有機溶劑。

1、中性脂肪(neutral fat)

①甘油酯:它是脂肪酸的羧基同甘油的羥基結合形成的甘油三酯(triglyceride)。甘油酯是動物和植物體內脂肪的主要貯存形式。當體內碳水化合物、蛋白質或脂類過剩時,即可轉變成甘油酯貯存起來。甘油酯為能源物質,氧化時可比糖或蛋白質釋放出高兩倍的能量。營養缺乏時,就要動用甘油酯提供能量。

②蠟:脂肪酸同長鏈脂肪族一元醇或固醇酯化形成蠟(如蜂蠟)。蠟的碳氫鏈很長,熔點要高于甘油酯。細胞中不含蠟質,但有的細胞可分泌蠟質。如:植物表皮細胞分泌的蠟膜;同翅目昆蟲的蠟腺、如高等動物外耳道的耵聹腺。

2、磷脂

磷脂對細胞的結構和代謝至關重要,它是構成生物膜的基本成分,也是許多代謝途徑的參與者。分為甘油磷脂和鞘磷脂兩大類。

3、糖脂

糖脂也是構成細胞膜的成分,與細胞的識別和表面抗原性有關。

4、萜類和類固醇類  

這兩類化合物都是異戊二烯(isoptene)的衍生物,都不含脂肪酸。

生物中主要的萜類化合物有胡蘿卜素和維生素A、E、K等。還有一種多萜醇磷酸酯,它是細胞質中糖基轉移酶的載體。

類固醇類(steroids)化合物又稱甾類化合物,其中膽固醇是構成膜的成分。另一些甾類化合物是激素類,如雌性激素、雄性激素、腎上腺激素等。

三、酶與生物催化劑

(一)酶  

酶是蛋白質性的催化劑,主要作用是降低化學反應的活化能,增加了反應物分子越過活化能屏障和完成反應的概率。酶的作用機製是,在反應中酶與底物暫時結合,形成了酶--底物活化復合物。這種復合物對活化能的需求量低,因而在單位時間內復合物分子越過活化能屏障的數量就比單純分子要多。反應完成後,酶分子迅即從酶--底物復合物中解脫出來。

細胞

酶的主要特點是:具有高效催化能力、高度特異性和可調性;要求適宜的pH和溫度;隻催化熱力學允許的反應,對正負反應的均具有催化能力,實質上是能加速反應達到平衡的速度。

某些酶需要有一種非蛋白質性的輔因子(cofactor)結合才能具有活性。輔因子可以是一種復雜的有機分子,也可以是一種金屬離子,或者二者兼有。完全的蛋白質--輔因子復合物稱為全酶(holoenzyme)。全酶去掉輔因子,剩下的蛋白質部分稱為脫輔基酶蛋白(apoenzyme)。

(二)RNA催化劑

T.Cech 1982發現四膜蟲(Tetrahymena)rRNA的前體物能在沒有任何蛋白質參與下進行自我加工,產生成熟的rRNA產物。這種加工方式稱為自我剪接(self splicing)。後來又發現,這種剪下來的RNA內含子序列像酶一樣,也具有催化活性。此RNA序列長約400個核苷酸,可褶疊成表面復雜的結構。它也能與另一RNA分子結合,將其在一定位點切割開,因而將這種具有催化活性的RNA序列稱為核酶Ribozyme。後來陸續發現,具有催化活性的RNA不隻存在于四膜蟲,而是普遍存在于原核和真核生物中。一個典型的例子核糖體的肽基轉移酶,過去一直認為催化肽鏈合成的是核糖體中蛋白質的作用,但事實上具有肽基轉移酶活性和催化形成肽鍵的成分是RNA,而不是蛋白質,核糖體中的蛋白質隻起支架作用。

真核細胞

真核細胞 eukaryotic cell 指含有真核(被核膜包圍的核)的細胞。其染色體數在一個以上,能進行有絲分裂。還能進行原生質流動和變形運動。而光合作用和氧化磷酸化作用則分別由葉綠體和線粒體進行。除細菌和藍藻植物的細胞以外,所有的動物細胞以及植物細胞都屬于真核細胞。由真核細胞構成的生物稱為真核生物。在真核細胞的核中,DNA與組蛋白等蛋白質共同組成染色體結構,在核內可看到核仁。在細胞質內膜系統很發達,存在著內質網、高爾基體、線粒體和溶酶體等細胞器,分別行使特異的功能。

真核生物包括我們熟悉的動植物以及微小的原生動物、單細胞海藻、真菌、苔蘚等。真核細胞具有一個或多個由雙膜包裹的細胞核,遺傳物質包含于核中,並以染色體的形式存在。染色體由少量的組蛋白及某些富含精氨酸和賴氨酸的鹼性蛋白質構成。真核生物進行有性繁殖,並進行有絲分裂。

原核細胞

原核細胞(prokaryotic cell)沒有核膜,遺傳物質集中在一個沒有明確界限的低電子密度區,稱為擬核(nucleoid)。DNA為裸露的環狀分子,通常沒有結合蛋白,環的直徑約為2.5nm,周長約幾十納米。大多數原核生物沒有恆定的內膜系統,核糖體為70S型,原核細胞構成的生物稱為原核生物,均為單細胞生物。

組成原核生物的細胞。這類細胞主要特征是沒有明顯可見的細胞核,同時也沒有核膜和核仁,隻有擬核,進化地位較低。

原核細胞 procaryotic/prokaryotic cell 指沒有核膜且不進行有絲分裂、減數分裂、無絲分裂的細胞。這種細胞不發生原生質流動,觀察不到變形蟲樣運動。鞭毛(flagellum)呈單一的結構。光合作用、氧化磷酸化在細胞膜進行,沒有葉綠體(chloroplast)、線粒體(mitochondrion)等細胞器(organelles)的分化,隻有核糖體。由這種細胞構成的生物,稱為原核生物,它包括所有的細菌和藍藻類。即構成細菌和藍藻等低等生物體的細胞。它沒有真正的細胞核(nucleus),隻有原核或擬核,所含的一個基因帶(或染色體),是環狀雙股單一順序的脫氧核糖核酸分子(circular DNA),沒有組蛋白(histone)與之結合無核仁(nucleolus),缺乏核膜(nuclear envelope)。外層原生質中有70 S核糖體與中間體,缺乏高爾基體(Golgi)、內質網(E.R.)、線粒體和中心體(centrosomes)等。轉錄和轉譯(transcription and translation)同時進行,四周質膜內含有呼吸酶。無有絲分裂(mitosis)和減數分裂(meiosis),脫氧核糖核酸(DNA)復製後,細胞隨即分裂為二。

古核細胞

古核細胞也稱古細菌(archaebacteria):是一類很特殊的細菌,多生活在極端的生態環境中。具有原核生物的某些特征,如無核膜及內膜系統;也有真核生物的特征,如以甲硫氨酸起始蛋白質的合成、核糖體對氯酶素不敏感、RNA聚合酶和真核細胞的相似、DNA具有內含子並結合組蛋白;此外還具有既不同于原核細胞也不同于真核細胞的特征,如:細胞膜中的脂類是不可皂化的;細胞壁不含肽聚糖,有的以蛋白質為主,有的含雜多糖,有的類似于肽聚糖,但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。

極端嗜熱菌(themophiles):能生長在90℃以上的高溫環境。如斯坦福大學科學家發現的古細菌,最適生長溫度為100℃,80℃以下即失活,德國的斯梯特(K. Stetter)研究組在義大利海底發現的一族古細菌,能生活在110℃以上高溫中,最適生長溫度為98℃,降至84℃即停止生長;美國的J. A. Baross發現一些從火山口中分離出的細菌可以生活在250℃的環境中。嗜熱菌的營養範圍很廣,多為異養菌,其中許多能將硫氧化以取得能量。

極端嗜鹽菌(extremehalophiles):生活在高鹽度環境中,鹽度可達25%,如死海和鹽湖中。

極端嗜酸菌(acidophiles):能生活在pH值1以下的環境中,往往也是嗜高溫菌,生活在火山地區的酸性熱水中,能氧化硫,硫酸作為代謝產物排出體外。

極端嗜鹼菌(alkaliphiles):多數生活在鹽鹼湖或鹼湖、鹼池中,生活環境pH值可達11.5以上,最適pH值8~10。

極端嗜鹽菌的細胞壁由富含酸性氨基酸的糖蛋白組成,這種細胞壁結構的完整由離子鍵維持,高Na+濃度對于其細胞壁蛋白質亞單位之間的結合,保持細胞結構的完整性是必需的。當從高鹽環境轉到低鹽環境後,一方面細胞壁蛋白解聚為蛋白質單體,使胞壁失去完整;另一方面細胞內外離子濃度平衡打破,細胞吸水膨脹,最終引起胞壁破裂,菌體完全自溶。

在它們生存環境中耐受或需要高鹽濃度。如Halobacterium(一種嗜鹽菌)生活在鹽湖、鹽田及含鹽的海水中,它們可污染海鹽並引起鹹魚及腌製的動物腐敗。由于嗜鹽菌細胞含類胡蘿卜素,使大多數菌落呈紅、粉紅或橘紅色。類胡蘿卜素有利于保護它們抵御環境中強烈的陽光照射。有時嗜鹽菌與某些藻類造成的污染將海水變成紅色。

研究簡史

絕大多數細胞都非常微小,超出人的視力極限,觀察細胞必須用顯微鏡。

1665年羅伯特·虎克提出細胞 在觀察軟木塞的切片時看到軟木中含有一個個小室而以之命名的。其實這些小室並不是活的結構,而是細胞壁所構成的空隙,但細胞這個名詞就此被沿用下來。羅伯特·虎克第一個觀察到了死細胞。

1677年列文·胡克用自己製造的簡單顯微鏡觀察到動物的“精蟲”時,並不知道這是一個細胞。列文·胡克第一個觀察到了活細胞。

1827年貝爾發現哺乳類動物的卵子,才開始對細胞本身進行認真的觀察。

對于研究細胞起了巨大推動作用的是德國生物學家施萊登和施旺

1838年施萊登描述了細胞是在一種粘液狀的母質中,經過一種像是結晶樣的過程產生的,並且把植物看作細胞的共同體。在他的啓發下施萬堅信動、植物都是由細胞構成的,並指出二者在結構和生長中的一致性,

1867年德國植物學家霍夫邁斯特和1873年的施奈德分別對植物和動物比較詳細地敘述了間接分裂;德國細胞學家弗勒明1882年在發現了染色體的縱分裂之後提出了有絲分裂這一名稱以代替間接分裂,霍伊澤爾描述了在間接分裂時的染色體分布;在他之後,施特拉斯布格把有絲分裂劃分為直到現在還通用的前期、中期、後期、末期;他和其他學者還在植物中觀察到減數分裂,經過進一步研究終于區別出單倍體和雙倍體染色體數目。

與此同時,捷克動物生理學家浦肯野提出原生質的概念;德國動物學家西博爾德斷定原生動物都是單細胞的。德國病理學家菲爾肖在研究結締組織的基礎上提出“一切細胞來自細胞”的名言,並且創立了細胞病理學。

從19世紀中期到20世紀初,關于細胞結構尤其是細胞核的研究,有了長足的進展。

1875年德國植物學家施特拉斯布格首先敘述了植物細胞中的著色物體,而且斷定同種植物各自有一定數目的著色物體;1880年巴拉涅茨基描述了著色物體的螺旋狀結構,翌年普菲茨納發現了染色粒,

1888年瓦爾代爾才把核中的著色物體正式命名為染色體。

1891年德國學者亨金在昆蟲的精細胞中觀察到X染色體,

1902年史蒂文斯、威爾遜等發觀了 Y染色體。

1900年重新發現孟德爾的研究成就後,遺傳學研究有力地推動了細胞學的進展。美國遺傳學家和胚胎學家摩爾根研究果蠅的遺傳,發現偶爾出現的白眼個體總是雄性;結合已有的、關于性染色體的知識,解釋了白眼雄性的出現,開始從細胞解釋遺傳現象,遺傳因子可能位于染色體上。細胞學和遺傳學聯系起來,從遺傳學得到定量的和生理的概念,從細胞學得到定性的、物質的和敘述的概念,逐步產生出細胞遺傳學。

此外,發現了輻射現象、溫度能夠引起果蠅突變之後,因突變的頻率很高更有利于染色體的實驗研究。輻射之後引起的各種突變,包括基因的移位、倒位及缺失等都司在染色體中找到依據。利用突變型與野生型雜交,並且對其後代進行統計處理可以推算出染色體的基因排列圖。廣泛開展的性染色體形態的研究,也為雌雄性別的決定找到細胞學的基礎。

20世紀40年代後,電子顯微鏡得到廣泛使用,標本的包埋、切片一套技術逐漸完善,才有了很大改變。

開始逐漸開展了從生化方面研究細胞各部分的功能的工作,產生了生化細胞學。

細胞 (雜志)

《細胞》 Cell

所屬學科 生物學

語言 英語

詳細出版信息

出版社 細胞出版社 (美國)

出版歷史 1974年始至今

頻率 雙周刊

開放獲取 文章在出刊12個月後

《細胞》(Cell)為一份同行評審科學期刊,主要發表實驗生物學領域中的最新研究發現。《細胞》是一分深受關註並具有較高學術聲譽的期刊,刊登過許多重大的生命科學研究進展。與《自然》和《科學》一樣,是全世界最權威的學術雜志之一。其2005年的影響因子為29.431,表明它所刊登的文章廣受引用。

《細胞》是由愛思唯爾(Elsevier)出版公司旗下的細胞出版社(Cell Press)發行。    

生物膜系統

在上述細胞結構和細胞器中,具有雙層膜有線粒體、葉綠體,具有單層膜的有內質網、高爾基體、溶酶體、液泡。它們都由生物膜構成,這些細胞器膜和細胞膜、核膜等結構,共同構成細胞的生物膜系統。

細胞的生物膜系統在細胞的生命活動中起著極其重要的作用。

首先,細胞膜不僅使細胞具有一個相對穩定的內環境,同時在細胞與環境之間進行物質運輸、能量轉換和信息傳遞的過程中也起著決定性的作用。

第二,細胞的許多重要的化學反應都在生物膜上進行。

細胞內的廣闊的膜面積為酶提供了大量的附著位點,為各種化學反應的順利進行創造了有利條件。

第三,細胞內的生物膜把細胞分隔成一個個小的區室,這樣就使得細胞內能夠同時進行多種化學反應,而不會相互幹擾,保證了細胞的生命活動高效、有序地進行。

細胞組成

基本:C、H、O、N(90%)

大量:C、H、O、N、P、S、(97%)K、Ca、Mg

元素微量:Fe、Mo、Zn、Cu、B、Mo等

(20種)最基本:C,佔幹重的48.4%,生物大分子以碳鏈為骨架

物質說明生物界與非生物界的統一性和差異性。

基礎水:主要組成成分;一切生命活動離不開水

無機物無機鹽:對維持生物體的生命活動有重要作用

化合物蛋白質:生命活動(或性狀)的主要承擔者/體現者

核酸:攜帶遺傳信息

有機物糖類:主要的能源物質

脂質:主要的儲能物質

一、蛋白質(佔鮮重7-10%,幹重50%)

結構元素組成C、H、O、N,有的還有P、S、Fe、Zn、Cu、B、Mn、I等

單體氨基酸(約20種,必需8種,非必需12種)

化學結構由多個氨基酸分子脫水縮合而成,含有多個肽鍵的化合物,叫多肽。

多肽呈鏈狀結構,叫肽鏈。一個蛋白質分子含有一條或幾條肽鏈。

高級結構多肽鏈形成不同的空間結構,分二、三、四級。

結構特點由于組成蛋白質的氨基酸的種類、數目、排列次序不同,于是肽鏈的空間結構千差萬別,因此蛋白質分子的結構是極其多樣的。

功能○蛋白質的結構多樣性決定了它的特異性/功能多樣性。

1.構成細胞和生物體的重要物質:如細胞膜、染色體、肌肉中的蛋白質;

2.有些蛋白質有催化作用:如各種酶;

3.有些蛋白質有運輸作用:如血紅蛋白、載體蛋白;

4.有些蛋白質有調節作用:如胰島素、生長激素等;

5.有些蛋白質有免疫作用:如抗體。

備註○連線兩個氨基酸分子的鍵(—NH—CO—)叫肽鍵。

○各種蛋白質在結構上所具有的共同特點(通式):

1.每種氨基酸至少都含有一個氨基和一個羧基連同一碳原子上;

2.各種氨基酸的區別在于R基的不同。

○變性(熟雞蛋)&鹽析&凝固(豆腐)

計算○由N個aa形成的一條肽鏈圍成環狀蛋白質時,產生水/肽鍵N個;

○N個aa形成一條肽鏈時,產生水/肽鍵N-1個;

○N個aa形成M條肽鏈時,產生水/肽鍵N-M個;

○N個aa形成M條肽鏈時,每個aa的平均分子量為α,那麽由此形成的蛋白質

的分子量為N×α-(N-M)×18;

二、核酸

一切生物的遺傳物質,是遺傳信息的載體,是生命活動的控製者。

元素組成C、H、O、N、P等

分類脫氧核糖核酸(DNA雙鏈)核糖核酸(RNA單鏈)

單體

成分磷酸H3PO4

五碳糖脫氧核糖核糖

含氮

鹼基A、G、C、TA、G、C、U

功能主要的遺傳物質,編碼、復製遺

傳信息,並決定蛋白質的合成將遺傳信息從DNA傳遞給

蛋白質。

存在主要存在于細胞核,少量線上粒

體和葉綠體中。甲基綠主要存在于細胞質中。吡羅紅

△每一個單體都以若幹個相連的碳原子構成的碳鏈為基本骨架,由許多單體連線成多聚體。

三、糖類和脂質

元素類別存在生理功能

糖類C、H、O單糖核糖C5H10O5主細胞質核糖核酸的組成成分;

脫氧核糖C4H10O5主細胞核脫氧核糖核酸的組成成分;

六碳糖:葡萄糖

C6H12O6、果糖等主細胞質是生物體進行生命活動的重要能源物質(70%以上);

二糖

C12H22O11麥芽糖、蔗糖植物

乳糖動物

多糖淀粉、纖維素植物(細胞壁的組成成分),

重要的儲存能量的物質;

糖原(肝、肌)動物

脂質C、H、O

有的還有N、P脂肪動、植物儲存能量、維持體溫恆定;

類脂/磷脂腦、豆構成生物膜的重要成分;

固醇膽固醇動物動物的重要成分;

性激素促性器官發育和第二性征;

維生素D促進鈣、磷的吸收和利用;

△組成生物體的任何一種化合物都不能夠單獨地完成某一種生命活動,而隻有按照一定的方式有機地組織起來,才能表現出細胞和生物體的生命現象。細胞就是這些物質最基本的結構形式。

四、鑒別實驗

試劑成分實驗現象常用材料

蛋白質雙縮脲A:0.1g/mLNaOH紫色大豆

雞蛋

B:0.01g/mLCuSO4

脂肪蘇丹Ⅲ橘黃色花生

還原糖班氏(加熱)磚紅色沉淀蘋果、梨、白蘿卜

淀粉碘液I2藍色馬鈴薯

○具有還原性的糖:葡萄糖、麥芽糖、果糖

五、無機物

存在方式生理作用

結合水4.5%

自由水95%部分水和細胞中

其他物質結合。細胞結構的組成成分。

絕大部分的水以

遊離形式存在,可以自由流動。1.細胞內的良好溶劑;

2.參與細胞內許多生物化學反應;

3.水是細胞生活的液態環境;

4.水的流動,把營養物質運送到細胞,並把廢物運送到排泄器官或直接排出;

無機鹽多數以離子狀態存,如K+、

Ca2+、Mg2+、Cl--、PO2+等1.細胞內某些復雜化合物的重要組成部分,如Fe2+是血紅蛋白的主要成分;

2.持生物體的生命活動,細胞的形態和功能;

3.維持細胞的滲透壓和酸鹼平衡;

六、小結

化合有機組合分化

化學元素化合物原生質細胞

○原生質1.泛指細胞內的全部生命物質,但並不包括細胞內的所有物質,如細胞壁;

2.包括細胞膜、細胞質和細胞核三部分;其主要成分為核酸、蛋白質(和脂類);

3.動物細胞可以看作一團原生質。

○細胞質:指細胞中細胞膜以內、細胞核以外的全部原生質。

○原生質層:成熟的植物細胞的細胞膜、液泡膜以及兩層膜之間的細胞質,為一層半透膜。

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