细胞的类型和结构

学习目标
1.区别原核细胞与真核细胞。
2.概述细胞膜和细胞核的结构和功能。
3.说明主要细胞器的结构和功能。
学习提示
细胞膜、细胞核以及各种细胞器的结构和功能是本节的重点。
一、原核细胞和真核细胞
1.原核细胞
原核细胞最主要的特征是没有由膜包围的细胞核，遗传物质集中存在于细胞的一个或几个区域中，这些 区域中物质密度较低，但与周围高密度的细胞质无明确的分界，把这种低密度区称拟核。大多数原核细胞体积较小，平均只有1～10μm，但支原体、立克次体要更 小一些，只有0.2～0.3μm，原核细胞也有大的，如蓝藻中的颤藻，其细胞直径可达60μm。原核细胞的形态结构较简单，内含有细胞质和拟核，外面包有细胞膜，多数在细胞膜外还有一层硬的细胞壁，使细胞保持一定形状，大多数原核细胞其细胞中没有由膜隔开的特化区域，但含有高密度的核糖体颗粒。
2.真核细胞
真核细胞最主要的特点，是细胞内由膜把细胞区分成了许多功能区。最明显的是含有由膜包围的细胞核，此 外还有由膜围成的细胞器，如线粒体、叶绿体等。
二、细胞膜和细胞 壁
1.细胞膜的化学成分
细胞膜主要含有脂类和蛋白质两大类物质，蛋白质约占膜干重的20%～70%，脂类约占30%～80%，各种膜所含的蛋白质与脂类的比例同膜的功能有关，机能活动较旺盛的膜，其蛋白质含量高，因为膜的功能活动主要由蛋白质来承担。此外，细胞膜还含有10%的糖类，但糖类均和膜蛋白或膜脂结合成糖蛋白或 糖脂，分布于细胞膜的外表面。
2.细胞膜的结构
两层磷脂分子（磷脂双分子层）构成了细胞膜的基本骨架，磷脂双分子层的表面是磷脂分子的亲水端，内部是磷脂分子疏水的脂肪酸链。磷脂双分子层有屏障作用，使膜两侧的水溶性物质不能自由通过，这对细胞正常结构和功能的保持是很重要的，蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。细胞膜的内外表面上，脂类和蛋白质分布不均衡，这也反映了膜两侧的功能不同。
3.积极思维：人细胞与鼠细胞为什么能融合
细胞融合又称细胞杂交，真核生物的体细胞经过培养，两个或多个细胞融合成一个双核或多核细胞的现象，称为融合。动物细胞融合一般要用灭活的 病毒或化学物质做诱导剂来形成杂交细胞。1970年，L.D.frye和H.Edidin做了人鼠细胞融合实验，他们用结合有绿色荧光染料的专一抗体 标记在培养的鼠细胞表面，而将培养的人体细胞，用结合有荧光染料的专一抗体进行了标记，用灭活的仙台病毒诱导融合后，最初一半显红色，一半显绿色，但37°C，40分钟以后，两种标记物完全混匀。
该实验反映了细胞膜具有一定的流动性，即活细胞的细胞膜总是处于流动变化之中，磷脂分子和蛋白质分子均可做侧向流动。
4.细胞膜的功能
细胞膜是细胞进行生命活动的重要结构基础。它能够有选择地允许物质 通过扩散、渗透和主动运输等方式出入细胞，从而保证 细胞正常代谢的进行，此外，大多数细胞膜上还存在激素的受体、抗原结合点以及其他有关细胞识别的位点，所以细胞膜在激素作用、免疫反应和细胞通讯等过程中起着重要作用。
5.细胞壁
植物细胞的细胞膜之外还有细胞壁，它是无生命的结构，其组成成分是纤维素和果胶，都是细胞分泌的产物，细胞壁的功能是支持和保护，同时还能防止细胞吸胀而破裂 ，保持细胞正常的形态。
二、细胞质和细胞器
1.细胞质基质
在细胞质基质中含有水、无机盐离子、脂类、糖类、蛋白质、氨基酸和核苷酸等物质，还有很多种酶，为生命活动提供了所需要的物质、如ATP、氨基酸和核苷酸等，也提供了一定的环境条件，是生物体进行新陈代谢的主要场所。此外细胞质基质还能影响细胞的形状、分裂和运动，以及细胞器的运转。
2.细胞器
（1）线粒体
线粒体是各类真核细胞中广泛存在的一种细胞器，一般呈条形或粒状，但在不同生理条件下，其形态有所不同，线粒体体积大都与细菌近似，不同细胞线粒体含量有所不同，一般说来，动物细胞中比植物细胞要多，同一细胞不同生理状态，线粒体数量也不同。线粒体最外面的膜是外膜，外膜对各种物质的通透性很高，内膜对各种物质的通透性很低，内膜上有多种与有氧呼吸有关的酶，基质中除了有各种酶之外 ，还有小的核糖体和环状DNA等。
（2）液泡
液泡是细胞质 中由单层膜围成的充满水液的泡，普遍存在于植物细胞中。原生动物的伸缩泡也是一种液泡，年幼的细胞只有很少的分散的小液泡，成熟植物细胞有中央大液泡，液泡中的液体成为细胞液 ，其中溶有无机盐、氨基酸、糖类以及各种色素，特别是花青素等，细胞液是高渗，所以植物细胞才能经常处于吸胀饱满的状态，细胞液中的花青素与植物颜色有关，花、果实和叶的紫色、深红色都决定于花青素。
（3）叶绿体
叶绿体是发现最早的细胞器，叶绿体的形态、数目、大小随不同植物和不同细胞而不同，生长在不同环境中的植物，叶绿体大小不一样，背阴区的植物与向阳区的植物相比，叶绿体体积要大，叶绿 素含量也多。叶绿体由双层膜构成，内部有基质，基质中有由膜围成的扁囊和管网，成为类囊体，类囊体像一摞硬币一样垛叠成基粒，类囊体膜上含有叶绿素，类囊体膜上和基质中有与光合作用有关的酶，基质中有少量DNA和核糖体，能合成某些蛋白质。
（4）内质网和核糖体
细胞质内有一系列囊腔和细管，彼此相通，形成一个隔离于细胞质的管道系统，就是内 质网。内 质网向内与核被膜的外膜相通，两层核膜间的腔就是内质网腔的一部分。内质网的结构和细胞膜一样，也是以脂类双分子层为基础的。内质网分为滑面内质网和粗面内质网两种，滑面内质网的膜上没有核糖体颗粒，这种内质网比较少见，但在与脂类代谢有关的细胞中却很多。粗面内质网的膜上附有核糖体颗粒，核糖体是细胞合成蛋白质的场所，所以粗面内质网的功能是合成并运输蛋白质。除附着在内质网上的核糖体外，细 胞质中还有游离的核糖体，两种核糖 体在合成蛋白质时有所分工，输出细胞外的蛋白质，如分泌粒等都是在内质网上的核糖体上合成，存留在细胞质中的蛋白质，如各种膜中的结构蛋白是在游离的核糖体上合成的。
（5）高尔基体
1898年，意大利医生高尔基用银染法显示出，猫头鹰和猫的小脑蒲金野氏细胞（一种神经细胞）中有一种网状结构，当时高尔基将其定名为内网器，后人为了纪念他，改名为高尔基体。
高尔基体最基本的成分是由单层膜围成的扁囊，扁囊的边缘部分为分支的小管和圆泡。高尔基体的主要功能之一是形成和包装分泌物，分泌颗粒通过外排作用被输往细胞外。有些蛋白质的合成是先形成无生物活性的前体物，这种前体物要经过高尔基体加工才能活化。植物细胞含有纤维素和果胶的细胞壁物质也是在高尔基体中合成的。在植物细胞分裂过程中，高尔基体形成了多糖，并加以包装 形成高尔基小泡，移至赤道面上，相互融合为细胞板，细胞板中所含的细胞壁物质形成了细胞壁。
（6）中心体
中心体是1888年首先由Boveri发现的。动物细胞和几种原始藻类细胞，在核的附近有两个（或多个）圆管状的短筒结构，称为中心粒。中心体由中心粒及中心粒周围物质共同组成。中心粒由9组三联体微管围 成的圆筒状结构，一个细胞中成对的两个中心粒总是在一端相互垂直排列。中心粒的功能是形成鞭毛和参加有丝分裂。中心粒在细胞内具有自我装配能力。在分裂后的子细胞中，一对中心粒在一端互相垂直排列。G1时期，两个中心粒略微分开，到将进入S期时，在每一中心粒的近端附近出现一短的中心粒，称为前中心粒。到分裂前期，前中心粒延长，从而形成两对成熟的中心粒。其中一对中心粒向另一极移动，与另一对中心粒逐渐分开，在前期末移到核的对侧，这样，便确定了细胞的两极。
四、边做边学：使用高倍显微镜观察细胞结构讨论
1.细胞质中的叶绿体不是静止不动的，因为细胞质时刻处于流动状态，它会随细胞质的流动而运动。
2.叶绿体呈扁平的椭球形或球形，可以减少运动时的阻力，有利于叶绿体的运动。叶绿体在细胞质中 散乱地分布，相互不重叠，有利于每个叶绿体充分接受光照，在不同光照条件下，叶绿体可以运动，改变椭球体的方向，这样既能接受较多的光照，又不至于被强光灼伤。在弱光下，叶绿体以其椭球体的侧面朝向光源，在强光下，以其椭球体的正面朝向光源。
五、细胞核
1.细胞核的形态
细胞核大多呈球形或卵圆形，但也随物种和细胞类型的不同有很大差别，在哺乳动物中嗜中性白细胞的核为多叶形，而平滑肌的细胞核则为杆状。
2.细胞核的结构
细胞核的最外围是一双层膜结构，称为核膜，在核膜外层的表面上有颗粒状的核糖体，有合成蛋白质的功能，核膜并不是完全连续的，有许多部位，核膜内外两层互相连接，形成了穿过核膜的小孔，称为核孔。核孔是核内物质与细胞质进行物质交换的重要通道。细胞进行有丝分裂时，于前期末核膜破裂，到末期核膜又重新形成。真核细胞的间期核有一个或几个浓密的球形小体，称为核仁，因为它较周围的核液要浓密得多，所以在光学显微镜下清晰可见，核仁的形状、大小、数目 ，因生物种类和生理状态不同而有所不同，一般生理活动旺盛的细胞，核仁大，不太活动的细胞，核仁就小，核仁无膜包围，核仁的功能是转录rRNA和组装核糖体亚单位。在光学显微镜下还可以看到细胞核中有一种嗜碱性很强的物质，称为染色质，染色质的基本成分是DNA和蛋白质，蛋白质包括组蛋白和非组蛋白，染色质中DNA和组蛋白的重量比例很固定， 总是1∶1。在细胞分裂的间期是细丝状的染色质，进入分裂期，高度螺旋化成为染色体。
3.细胞核的功能
细胞核在 细胞的代谢、生长和分化中，都起着重要的作用。遗传物质主要是位于核中，它的复 制也主要在细胞核中进行，所以细胞核是细胞遗传特性和代谢活动的控制中心，是细胞结构中最重要 的部分

知识阅读??细胞工程研究的进展
细胞是生物体的结构单位和功能单位。细胞工程就是利用 细胞的全能性，采用组织与细胞培养技术对动、植物进行修饰，为人类提供优良品种、产品和保存珍贵物种。细胞工程主要包括体细胞融合、核移植、细胞器摄取和染色体片段的重组等。
体细胞融合是指两个不同种类的细胞，加上融合剂，在一定条件下，彼此融合成杂交细胞，使来自两个亲本细胞的基因有可能都被表达，这就打破了远源生物不能杂交的屏障，提供了创造新物种的可能。用这种体细胞融合的技术，如今已在动物间实现了小鼠和田鼠，小鼠和小鸡，甚至于小鼠和人等许多远源和超远源的体细胞杂交。虽然目前动物的杂交细胞还只停留在分裂传代的水平，不能分化发育成完整的个体，但在理论研究和基因定位上都有重大意义。而植物间的体细胞融合所得到的杂交细胞，已达到了完整的植株水平，获得了新的杂交植物，如我们所熟悉的“西红柿马铃薯”“拟南芥油菜”和 “蘑菇白菜”等。
细胞核移植对动物优良杂交种的无性繁殖具有重大意义。1981年瑞士学者伊梅恩斯等用灰鼠的细胞核注入到除去了精核和卵核的黑鼠的受精卵内，然后再将这个由黑鼠细胞质和灰鼠细胞核组成的卵体外培养4～5天，形成胚胎后再移植到白色雌鼠的子宫里，经过21天的发育，得到的仔鼠是灰色的。说明仔鼠的性状取决于细胞核的来源。这一技术的成功与完善对于优良家禽的无性繁殖和濒临绝迹的珍贵动物的传种意义重大。

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