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细胞

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[拼音]：xibao

[外文]：cell

生物体的基本形态结构单位和生命活动的功能单位。生物的生长、发育、繁殖与进化都以细胞为基础，一切代谢活动都是在以细胞为单位的结构内进行的。细胞也是有机体发生退行性变化与发生疾病的基础。每个细胞包含有全套的遗传信息，即具有遗传的全能性。植物的单个雄性生殖细胞或体细胞，经人工培养与诱导可发育成为完整的植物株。

一般特征

细胞具有极其复杂的化学成分和细微的结构；但构成细胞结构的基本生物大分子是核酸、蛋白质、脂类和糖类，这些分子一般以复合分子的形式如核蛋白、脂蛋白与糖蛋白等组成细胞的重要结构。在亚显微结构水平上，所有细胞的基本结构可以分为：

（1）主要由脂蛋白构成的生物膜系统如细胞膜、核膜，以及一系列重要细胞器包括线粒体、高尔基器、内质网、溶酶体与液泡等的封闭膜。

（2）主要由核蛋白成分构成的颗粒状结构系统，如染色质与核仁以及核蛋白体等。

（3）主要由蛋白质构成的细胞骨架系统(主要是微丝与微管)以及中心体、纺锤体与纤毛、鞭毛等专门结构。

（4）主要由 DNA与RNA构成的核酸系统，作为遗传信息的复制与转录的物质基础。而非细胞形态的生命体病毒只有一种核酸，DNA或RNA。

组成生物体的细胞，其形态与大小悬殊很大，结构的复杂程度也很不一样。已知最小与最简单的细胞是支原体（兽医学中也称霉形体），其直径只有0.1～0.15微米。绝大多数的细菌细胞直径约1～2微米。原生动物细胞的直径可由几百微米至1毫米，形态多样，很多是依靠鞭毛或纤毛运动，有的进行变形运动。大多数高等动植物细胞的直径是在15～30微米之间，但也有不少例外，如鸟类的卵细胞可达数厘米、动物神经细胞可长达 1米以上，但其直径一般不超过20微米。细胞的形状与它们的功能是相关的。红血球与淋巴球是圆形的，有利于血管内循环；肌细胞是梭形的，适应于肌肉的收缩运动；大多数神经细胞具有很多突起，以便传导冲动；卵细胞是大而圆的，含有丰富的营养物质；而精子细胞较小，绝大多数具有一条能运动的尾鞭。

细胞的增殖都是通过分裂方法进行的。

在种类繁多的细胞世界中，根据其进化程度与结构的复杂程度，可分成原核细胞与真核细胞两大类。原核细胞如支原体、立克次体、细菌、粘菌、放线菌与蓝绿藻等，没有典型的核结构，只有一个比较集中的核区，分布着环状DNA丝，而无核膜，也没有内质网、线粒体、高尔基器与溶酶体等细胞器。细菌为原核细胞的代表。真核细胞是进化程度较高、结构相对复杂的细胞，包括一些单细胞生物（原生生物细胞）和全部多细胞生物（动植物）的细胞。

动物细胞

一般由细胞膜、细胞核和细胞质组成。细胞质中还有许多具有一定结构和功能的小“器官”，称细胞器（图 1）。

细胞膜

又称质膜，存在于细胞质的表面。在真核细胞中，除细胞膜外，还有各种内膜系统（如内质网、高尔基器、线粒体、核膜等），其总重量可达细胞干重的70～80％。细胞膜与内膜系统各种膜的基本结构非常相似，总称为生物膜。在电镜下可以看到生物膜由平行排列的3层结构所组成:中间电子密度较小的一层由双层磷脂分子所组成，构成了膜的连续部分；内外两层电子密度较大的由膜蛋白组成。膜蛋白镶嵌在磷脂分子层的两侧或中间。磷脂层和蛋白质都能流动，因此有人把双分子的磷脂层比作海洋，把膜蛋白比为飘浮在海洋上的冰山。

细胞膜是细胞的活跃而敏感的部分，能主动有选择地使物质通过。细胞彼此通过细胞膜来识别；识别的机理与细胞膜上的抗原有关，糖蛋白和糖脂在抗原决定簇上起重要作用。细胞膜也是一种通信系统，可通过电位变化或通过化学物质来传递信息。

细胞核

是细胞中的一个相当大的结构，并不总是位于细胞中部。真核细胞的核以双层膜与细胞质分开，称核膜。核膜的外膜与内膜在有些地方融合而成孔，称核膜孔，为核与细胞质提供了通道。有时则核孔为一种致密的物质所塞住。外核膜往往与内质网相连通。核内含有遗传物质 DNA，并以它为主体与组蛋白、非组蛋白等结合成复杂的念珠状复合体，可用碱性染料着色，在光学显微镜下呈网状或颗粒状结构，称染色质丝。在细胞分裂时，染色质丝经过紧密缠绕、凝缩而形成染色体，其形态随细胞结构、机能状态的不同而变化。每种生物细胞中染色体的数目是固定的，如马蛔虫只有2条，人的体细胞有46条。核内还常有一个折光率较强的球状体，其大小和数目常有变化，称为核仁，在细胞分裂时不可见。它与蛋白质合成有密切关系，核糖体 RNA前体分子系在核仁内合成并降解，然后经核孔转运至细胞质以装配核蛋白体。凡合成蛋白质十分活跃的细胞，其核仁通常较大。细胞核中除染色质丝和核仁外，其余部分为内含低分子的核酸、蛋白质、糖类和氨基酸的透明液体，称核液。在核的所有组分中，目前认为只有染色体能从一个细胞转到下一代的细胞中去。

细胞质和细胞器

质膜以内、细胞核以外的全部物质称为细胞质。真核细胞的细胞质中悬有膜和非膜型的细胞器。前者包括内质网、高尔基器、线粒体和溶酶体等；后者包括核蛋白体、中心体和细胞骨架等。

（1）内质网。是一种膜网结构。有人认为内质网与细胞质膜是连续的，内质网是质膜凹陷的部分，直接开口在细胞外；但大多数学者认为内质网不与细胞膜相连。内质网的膜系有利于酶与膜表面的接触，以及基质内的化学反应。内质网腔内积聚的细胞产物，能通过内质网运送到细胞的其他部分中去。按形态可分为粗糙型和光滑型两大类。光滑型内质网还与脂类合成、糖原代谢、离子调节等有关。

（2）高尔基器。是一种膜层结构。1898年首先由意大利组织学家高尔基在神经细胞中发现。由扁平袋状的膜组成的本体及其边缘产生的小泡组成，与内质网有密切联系。动物细胞的高尔基器常分布在核附近；而在植物细胞中则可分散在整个细胞质中。高尔基器对于装配、贮存和分泌某些细胞产物具有重要作用。

（3）线粒体。是细胞质中另一类具膜层结构的细胞器。在光学显微镜下呈短棒状或球状颗粒；在电子显微镜下观察到的线粒体具双层膜结构，外膜是光滑的，内膜的突起也可以是一系列的管状物。嵴上排列着约50种细胞呼吸的酶类。线粒体可称为细胞的“动力车间”。它把机体贮藏的潜能转变为细胞在活动中能直接利用的ATP化学能。在不能进行光合作用的细胞中，所有ATP都是由线粒体合成并释放到细胞中去的。因此活动特别旺盛的细胞，其线粒体的数目也愈多，并倾向于集中在细胞活动最旺盛的部分。线粒体内也含有核蛋白体，能合成一部分线粒体自身的蛋白质；并含有RNA和少量DNA，后者的结构与细胞核中的 DNA有差异，能在细胞不分裂时复制。线粒体的构造与活动有一定程度的自主性，但仍受核的控制。

（4）溶酶体。是内含多种水解酶类的具有囊泡状结构的细胞器。其作用与细胞内消化有关。所含消化液有如高等动物消化道内分泌的消化液，能分解多种生物物质。细胞内不需要的物质或外来物质与溶酶体结合，并在其中被消化掉；不能消化的物质有时也进入溶酶体并积累。如老年人寿斑的色素等。如溶酶体所包被的膜破裂，膜内的水解酶类就释放到细胞中，细胞随即死亡。

（5）核蛋白体。是蛋白质合成的中心场所。由大小两个亚单位组成，各亚单位均由核糖体 RNA和蛋白质构成。所有类型的活细胞中均有存在。游离在细胞质中或附着在粗糙型内质网上，在快速增殖的细胞中含量更多。此外也存在于细胞核和线粒体内。

（6）中心体。存在于大多数动物细胞的近核处，有2个或2个以上，中空，呈圆柱形。由9组微管组成，每组3根微管，彼此有纤维状物联系。在细胞分裂时2个中心体分离并移向细胞两极，以后分裂的染色体即向两极的中心体集中。细胞分裂之前，中心体复制一次，使每个子细胞仍具有2个。中心体也有一定程度的自主性。

（7）细胞骨架。即真核细胞质中的胞质纤维网。根据纤维直径的大小可分为微管 (200～ 250┱)、微丝(50～60┱)和中等纤维（70～110┱）。其功能在于使分散在细胞质中的细胞器组织起来，固定在一定的位置上，并对细胞器执行各自的功能起协同作用。此外，微管还与细胞运动有关。鞭毛和纤毛都由微管构成。细胞有丝分裂中的纺锤丝也是一种微管。微丝在非肌肉细胞中履行细胞分裂、内吞、外排，细胞运动，胞质分裂和维持细胞形状等功能。中等纤维可能与支持和强制细胞核处在细胞中一定的位置有关。

植物细胞

在许多方面与动物细胞相似。其不同于动物细胞的特殊构造（图2）主要表现如下述。

细胞壁

植物细胞质膜的外面有壁，是区别于动物细胞的显著特征之一。由半纤维素、果胶质、纤维素、蛋白质和脂类等构成，分为中胶层、初生壁和次生壁 3层。中胶层将相邻细胞粘合在一起形成组织；初生壁在中胶层两侧；次生壁在初生壁里面，又分为外、中、内 3层，厚而硬，但并非所有植物细胞都有。细胞壁层层加固结构，对整个植物体起机械支持作用。构成细胞壁的成分在植物生长发育过程中不断变化。幼嫩细胞的细胞壁中常含有少量蛋白质，其中羟脯氨酸尤为丰富。当细胞成熟和次生壁发育时，细胞壁就开始不同程度地木质化，形成木质素，沉积在细胞壁上，经常和纤维素或其他糖类结合。不同细胞的壁中还分别含有角质、木栓质、蜡质或硅质等。有些植物茎、叶的表皮细胞壁含有的角质、蜡质和木栓质，是由脂肪酸组成的高度聚合物，水分和气体不能透过，可防止水分流失，并阻止不良气体和寄生物侵入植物体内。禾本科植物茎秆表皮细胞壁内含有的硅，也有保护作用。植物细胞壁上有胞间连丝联结两个相邻细胞的原生质体，具有物质运输、刺激传导、某些代谢物质的转移等功能；植物体细胞的核穿壁与生殖细胞间的染色质穿壁运动，都是通过胞间连丝或细胞融合道进行的。

叶绿体

植物细胞进行光合作用的细胞器，是质体的一种。质体是植物细胞所特有的，可分为具色素的叶绿体和有色体，以及不具色素的白色体包括合成淀粉的造粉体、合成脂肪的造油体和造蛋白体。叶绿体可用光学显微镜进行观察，其形状因植物种类不同有很大变化。高等植物的叶绿体一般为凸透镜状，直径约为5～10微米，厚约2～3微米。各种植物细胞中叶绿体的数目不同，一般植物细胞有20～100个叶绿体，有的可达500个。叶绿体的周围被有两层光滑的叶绿体膜，膜内充满流动状态的基质，其中有许多片层结构。每个片层由周围闭合的两层膜组成，呈扁囊状，称类囊体。类囊体互相堆叠而形成基粒。植物进行光合作用过程中，光能向化学能的转化是在类囊体膜上进行的，因此类囊体膜也称光合膜。叶绿体的主要功能是光合作用，同时在叶绿体中也合成DNA、RNA和各种蛋白质等。

液泡系

植物细胞中有大小不同的液泡，成熟的植物细胞有一个很大的中央液泡，约占细胞体积的90％，由许多小液泡合并而成。液泡系中包括圆球体、糊粉粒及某些其他液泡。液泡的功能是多方面的：维持细胞的紧张度；贮藏各种物质，如甜菜的糖分就贮藏在液泡中;许多植物花的颜色就是由色素在花瓣细胞的液泡内浓缩而产生；含有水解酶，可吞噬消化细胞质中破坏的成分等。此外，液泡在植物细胞的自溶中也起一定作用，植物有些衰老退化的细胞通过自溶被消化掉，这时液泡受到破坏，其中的水解酶被释放出来，导致细胞成分的分解和细胞死亡。

植物细胞除在构造上有别于动物细胞外，在某些生理功能上也具有特殊性。如植物细胞在有丝分裂后有一个体积增长与成熟的过程，比动物细胞表现明显。但动物细胞所特有的中心粒，在高等植物细胞内则缺少。高等植物细胞没有中心体和星射线，因此属于无星有丝分裂。而动物及低等植物细胞的有丝分裂则有中心体及星体，属于有星有丝分裂。

参考书目