书城科普读物科学我知道——Why生命科学
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第6章 你了解细胞吗?

1.细胞的大小和形状

细胞是生物有机体的基本结构单位。目前已知的最小细胞为支原体,直径0.1微米,最大的为鸟类卵细胞,直径可达150毫米,植物中纤维细胞最长的可达100毫米。大多数细胞直径在10微米至100微米之间,需要借助于显微镜方能观察到。

不同的生物体所含的细胞数目各有不同。单细胞生物(原生生物)的每一个体仅有一个细胞。据估计,个体最大的多细胞生物的每一个体所含细胞可达1015个。

在各类生物或在同一生物的不同部位的细胞形状变化极大。一般说来,单个支原体的或者游离的细胞多为球状、接近球状或其他不规则形态,结构致密的组织中细胞常为多面体或其他形态如纤维状、柱状、片状等。

2.细胞的结构

细胞有两种主要类型:原核细胞与真核细胞。细菌和蓝藻都是原核细胞,细胞内的遗传物质(DNA)没有以核膜包围而形成细胞核,细胞中的其他部分也相对简单。大多数生物的细胞都是真核细胞,其结构包括如下几部分:

(1)细胞膜和细胞壁

细胞膜:也称为质膜,它位于原生质体表面,厚度7~8纳米,为单层的生物膜。生物膜的机构基础是具流动性的磷脂双分子层,蛋白质镶嵌在磷脂双分子层的中间或表面。细胞膜具选择性透性,可以控制物质进出细胞。细胞膜上有负责细胞内外物质转运的蛋白质分子,细胞膜的表面则携带有作为细胞识别的分子及某些生物活性物质如激素等的受体。

细胞壁:它是植物、细菌、真菌等所具。

细胞壁是什么?

有的细胞结构。植物细胞壁的主要成分为纤维素及半纤维素,次生加厚的细胞壁则有木质、栓质等成分;两相邻细胞壁之间为胞间层,主要成分是果胶质;相邻细胞壁间有小孔并有胞间连丝(原生质丝)穿过。细菌、真菌等虽然也有细胞壁,但其中不含纤维素成分。

(2)细胞核

细胞核是真核生物细胞中的结构,它是由核被膜将核物质包裹起来而形成的,遗传物质就主要存在于细胞核中。细胞核在细胞壁中占有显著位置,可以将其认为是细胞中最大和最重要的细胞器。大多数细胞只有一个细胞核,也有多核细胞。原核生物虽然也有核物质,但不具备细胞核这一结构。细胞核包括以下几部分:核被膜是核的外层,包括核膜和核纤层。核膜为双层的单位膜结构,两层膜间有宽10~50纳米的核周腔;外膜上常附有核糖体并于内质网相连;膜上有核孔。核膜与核孔对物质进出细胞核起选择和调控作用。核纤层位于核膜内,成分为纤维蛋白,在细胞分裂过程中对分裂形成的子细胞的核膜的重新组装起重要作用。

什么是染色质?

染色质是核被膜内的主要部分,真核细胞的染色质的成分为DNA和蛋白质及少量RNA。经苏木精染色后在光学显微镜下可见它在核内呈丝状交织并有染色更深的团块。丝状者为常染色质,是DNA长链分子的伸展部分;团块状者为异染色质,是DNA长链分子紧缩盘绕而成。细胞分裂时,染色质丝收缩为光学显微镜下更为明显可见的染色体。

在光学显微镜下核内有折光更为强烈的区域(染色后更为明显),这就是核仁。它是由某一个或几个特定染色体的核仁组织区及蛋白质和RNA(核糖体RNA,即rRNA)分子构成的,核仁组织区内的一部分DNA即转录rRNA的基因。

细胞核内还有由蛋白质构成的网状的核基质,它是支持染色质的结构,核基质网孔中还充满液体。

(3)细胞质和细胞器

细胞质是什么?

细胞质是细胞膜内除细胞核外的部分,包括胞质溶胶和多种细胞器。胞质溶胶为透明、粘稠状,具胶体性质而且呈流动状态,汇集了细胞中25%~50%的蛋白质,含有多种酶,是代谢活动的主要场所之一。细胞质中还常有储藏物质,如植物胚乳细胞中的淀粉粒、糊粉粒(蛋白质的储存形式)和动物肝脏细胞中的糖原等。细胞器是存在于细胞质中的微小结构,通常只有借助于电子显微镜下才能看清其结构。细胞中的细胞器一部分是由生物膜围成的结构,另一部分则是非膜结构。

有膜结构的细胞器主要有:内质网、高尔基体、线粒体、质体、溶酶体、液泡。

非膜结构的细胞器主要有:核糖体、微管和微丝。

3.细胞的分裂

细胞是在地球由非生命世界向生命世界演变的过程中由生物大分子逐渐形成的一种多分子体系,这种演变是在特定的气候条件下发生的,现今地球上自然条件下可能已不再具备由生物大分子直接组装为细胞的条件。因此,早在1858年德国细胞学家微耳和就提出有这样一个著名的论断:“细胞来自细胞。”

生物有机体中总有一部分细胞走向衰亡,而又有一部分新的细胞产生。产生新的细胞的方式只能是细胞分裂,细胞分裂是生长、发育和繁殖的基础。

细胞的有丝分裂

细胞的分裂总是一分为二的,但经过一个又一个生活周期(从受精卵发育为成熟个体,再产生精子和卵,经过受精作用又形成下一代的受精卵)后必须维持核物质的稳定,因此,每一次细胞分裂前细胞内都会有一个DNA复制过程。

细胞分裂有两种类型:有丝分裂和减数分裂。有丝分裂是在有机体的整个生活周期中尤其是在营养生长过程中出现的一种分裂方式,在分裂间期中细胞核中DNA复制一次,细胞分裂时DNA长链反复缠绕、紧缩为一条条染色体(每条染色体含两条相同的染色单体),在由微管组成的纺锤丝的牵引下每条染色体的两条染色单体被分配到两个子细胞中,而后。

什么叫减数分裂?

染色体又变回染色质丝并恢复细胞核的形态。经过一个细胞周期后,细胞中无论染色体数目还是核物质的总量都维持不变。

减数分裂总是伴随着有性生殖过程而发生,通常在配子(精子和卵)或配子体产生前进行,只有少数生物的减数分裂发生在受精作用之后。由于有性生殖过程中必然有受精作用,即精子与卵的细胞融合,这一过程会使核物质和染色体数加倍,因此必须通过减数分裂使染色体减半。减数分裂之前的细胞间期中细胞核中DNA复制一次,但细胞分裂却接连进行两次,因而经过减数分裂后细胞中的染色体减少至分裂前的一半。