第三章细脆的基本结构 STRUCTURES OF THE CELL
细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。一般认为： 1.细胞是由膜包围的原生质[1](protoplasm)团，通过质膜与周围环境进行物质和信息交 流； ·是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力，是有机体生长发育的基础； 是代谢与功能的基本单位，具有一套完整的代谢和调节体系； 4. 是遗传的基本单位，具有发育的全能性。 第一节真核细胞 一、质膜 细胞表面的一层单位膜，特称为质膜(plasmolemma;plasma membrane)。真核细胞 除了具有质膜、核膜外，发达的细胞内膜形成了许多功能区隔。由膜围成的各种细胞器，如核 膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等。在结构上形成了一个连续的体系，称为 内膜系统(endomembrane system)。内膜系统将细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔 化(compartmentalization)。区隔化是细胞的高等性状，它不仅使细胞内表面积增加了数十 倍，各种生化反应能够有条不紊地进行，而且细胞代谢能力也比原核细胞大为提高。 二、细胞核 细胞核(ucleus)是细胞内最重要的细胞器，核表面是由双层膜构成的核被膜 (nuclear envelope),核内包含有由DNA和蛋白质构成的s染色体(chromosome)。间期染 色体结构疏松，称为染色质(chromatin);有丝分裂过程中染色体凝缩变短，称为染色体。 其实染色质与染色体只是同一物质在不同细胞周期的表现。染色体的数目因物种而异，有的如 蕨类植物Ophioglossum reticulum的染色体数多达1260个；有的如马蛔虫Ascaris megalocephala只有两条染色体。核内1至数个小球形结构，称为核仁(nucleolus)。 三、细胞质 存在于质膜与核被膜之间的原生质称为细胞质(cytoplasm)，细胞之中具有可辨认形态 和能够完成特定功能的结构叫做细胞器(organelles)。除细胞器外，细胞质的其余部分称为 细胞质基质(cytoplasmic matriⅸ)或胞质溶胶(cytosol),其体积约占细胞质的一半。细胞 质基质并不是均一的溶胶结构，其中还含有由微管、微丝和中间纤维组成的细胞骨架结构。 (一)细胞质基质的功能： 1)具有较大的缓冲容量，为细胞内各类生化反应的正常进行提供了相对稳定的离子环境。 2)许多代谢过程是在细胞基质中完成的，如①蛋白质的合成、②核酸的合成、③脂肪酸合 成、④糖酵解、⑤磷酸戊糖途径、⑥糖原代谢、⑦信号转导
细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。一般认为： 1. 细胞是由膜包围的原生质[1]（protoplasm）团，通过质膜与周围环境进行物质和信息交 流； 2. 是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力，是有机体生长发育的基础； 3. 是代谢与功能的基本单位，具有一套完整的代谢和调节体系； 4. 是遗传的基本单位，具有发育的全能性。 第一节 真核细胞 一、质膜 细胞表面的一层单位膜，特称为质膜（plasmolemma；plasma membrane）。真核细胞 除了具有质膜、核膜外，发达的细胞内膜形成了许多功能区隔。由膜围成的各种细胞器，如核 膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等。在结构上形成了一个连续的体系，称为 内膜系统（endomembrane system）。内膜系统将细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔 化（compartmentalization）。区隔化是细胞的高等性状，它不仅使细胞内表面积增加了数十 倍，各种生化反应能够有条不紊地进行，而且细胞代谢能力也比原核细胞大为提高。 二、细胞核 细胞核（nucleus）是细胞内最重要的细胞器，核表面是由双层膜构成的核被膜 （nuclear envelope），核内包含有由 DNA 和蛋白质构成的染色体（chromosome）。间期染 色体结构疏松，称为染色质（chromatin）；有丝分裂过程中染色体凝缩变短，称为染色体。 其实染色质与染色体只是同一物质在不同细胞周期的表现。染色体的数目因物种而异，有的如 蕨类植物 Ophioglossum reticulum 的染色体数多达 1260 个；有的如马蛔虫 Ascaris megalocephala 只有两条染色体。核内 1 至数个小球形结构，称为核仁（nucleolus）。 三、细胞质 存在于质膜与核被膜之间的原生质称为细胞质（cytoplasm），细胞之中具有可辨认形态 和能够完成特定功能的结构叫做细胞器（organelles）。除细胞器外，细胞质的其余部分称为 细胞质基质（cytoplasmic matrix）或胞质溶胶（cytosol），其体积约占细胞质的一半。细胞 质基质并不是均一的溶胶结构，其中还含有由微管、微丝和中间纤维组成的细胞骨架结构。 （一）细胞质基质的功能： 1） 具有较大的缓冲容量，为细胞内各类生化反应的正常进行提供了相对稳定的离子环境。 2） 许多代谢过程是在细胞基质中完成的，如①蛋白质的合成、②核酸的合成、③脂肪酸合 成、④糖酵解、⑤磷酸戊糖途径、⑥糖原代谢、⑦信号转导
3)供给细胞器行使其功能所需要的一切底物。 4)细胞骨架参与维持细胞形态，做为细胞器和酶的附着点，并与细胞运动、物质运输和信号 转导有关。 5)控制基因的表达与细胞核一起参与细胞的分化，如卵母细胞中不同的RNA定位于细胞 质不同部位，卵裂是不均等的。 6)参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解。 (二)主要细胞器 1.内质网(endoplasmic reticulum):由膜围成一个连续的管道系统。；粗面内质网 (rough endoplasmic reticulum,RER),表面附有核糖体，参与蛋白质的合成和加工： 光面内质网(smooth endoplasmic reticulum,SER)表面没有核糖体，参与脂类合成。 2.高尔基体(Golgi body;Golgi apparatus):由成摞的扁囊和小泡组成，与细胞的分泌 活动和溶酶体的形成有关。 3.溶酶体(ysosome):动物细胞中行细胞内消化作用的细胞器，含有多种酸性水解酶。 4.线粒体(mitochondrion):由双层膜围成的与能量代谢有关的细胞器，主要作用是通过 氧化磷酸化合成ATP。 5.叶绿体(chloroplast):植物细胞中与光合作用有关的细胞器，由双层膜围成。 6.细胞骨架(cytoskeleton):由微管、微丝和中间丝构成与细胞运动和维持细胞形态有 关。 7.中心粒(centriole):位于动物细胞的中心部位，故名，由相互垂直的两组9+0三联微 管组成。中心粒加中心粒周物质称为中心体(centrosome)。 8.微体(microbody):由单层单位膜围成的小泡状结构，含有多种氧化酶，与分解过氧化 氢和乙醛酸循环有关
3） 供给细胞器行使其功能所需要的一切底物。 4） 细胞骨架参与维持细胞形态，做为细胞器和酶的附着点，并与细胞运动、物质运输和信号 转导有关。 5） 控制基因的表达与细胞核一起参与细胞的分化，如卵母细胞中不同的 mRNA 定位于细胞 质不同部位，卵裂是不均等的。 6） 参与蛋白质的合成、加工、运输、选择性降解。 （二）主要细胞器 1. 内质网（endoplasmic reticulum）：由膜围成一个连续的管道系统。；粗面内质网 （rough endoplasmic reticulum，RER），表面附有核糖体，参与蛋白质的合成和加工； 光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）表面没有核糖体，参与脂类合成。 2. 高尔基体（Golgi body；Golgi apparatus）：由成摞的扁囊和小泡组成，与细胞的分泌 活动和溶酶体的形成有关。 3. 溶酶体（lysosome）：动物细胞中行细胞内消化作用的细胞器，含有多种酸性水解酶。 4. 线粒体（mitochondrion）：由双层膜围成的与能量代谢有关的细胞器，主要作用是通过 氧化磷酸化合成 ATP。 5. 叶绿体（chloroplast）：植物细胞中与光合作用有关的细胞器，由双层膜围成。 6. 细胞骨架（cytoskeleton）：由微管、微丝和中间丝构成与细胞运动和维持细胞形态有 关。 7. 中心粒（centriole）：位于动物细胞的中心部位，故名，由相互垂直的两组 9+0 三联微 管组成。中心粒加中心粒周物质称为中心体（centrosome）。 8. 微体（microbody）：由单层单位膜围成的小泡状结构，含有多种氧化酶，与分解过氧化 氢和乙醛酸循环有关
cell membrane microtubule smooth ER lysosome centrioles rough ER nucleus nuclear enve eterochromatin peroxisome polysome mitochondrion copyright Russell Kightley Medla,www.rkm.com.au 图3-1动物细胞的的结构图片来自http:ww.rkm.com.au
图 3-1 动物细胞的的结构 图片来自 http://www.rkm.com.au
cell wall smooth ER plasmodesmata nucleus rough ER vacuole nucleolus tonoplast- mitochondrion Golgi body(dictyosome) starch grain peroxisome- copyright Russell Kightley Media,rkm.com.au 图3-2植物细胞的结构图片来自http://www.rkm.com au 四、细胞的形状和大小 由于结构、功能和所处的环境不同，各类细胞形态千差万别，有圆形、椭圆形、柱形、 方形、多角形、扁形、梭形，甚至不定形
图 3-2 植物细胞的结构 图片来自 http://www.rkm.com.au 四、细胞的形状和大小 由于结构、功能和所处的环境不同，各类细胞形态千差万别，有圆形、椭圆形、柱形、 方形、多角形、扁形、梭形，甚至不定形
原核细胞的形状常与细胞外沉积物（如细胞壁）有关，如细菌细胞呈棒形，球形，弧 形、螺旋形等不同形状。单细胞的动物或植物形状更复杂一些，如草履虫像鞋底状，眼虫呈梭 形且带有长鞭毛，钟形虫呈袋状。 图3-3一种钟形虫（伪彩色）图片来自http://www.denniskunkel.coml 高等生物的细胞形状与细胞功能和细胞间的相互关系有关。如动物体内具有收缩功能的 肌肉细胞呈长条形或长梭形；红细胞为圆盘状，有利于O2和CO2的气体交换。植物叶表皮的 保卫细胞成半月形，2个细胞围成一个气孔，以利于呼吸和蒸腾。细胞离开了有机体分散存在 时，形状往往发生变化，如平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形
原核细胞的形状常与细胞外沉积物（如细胞壁）有关，如细菌细胞呈棒形，球形，弧 形、螺旋形等不同形状。单细胞的动物或植物形状更复杂一些，如草履虫像鞋底状，眼虫呈梭 形且带有长鞭毛，钟形虫呈袋状。 图 3-3 一种钟形虫（伪彩色） 图片来自 http://www.denniskunkel.com/ 高等生物的细胞形状与细胞功能和细胞间的相互关系有关。如动物体内具有收缩功能的 肌肉细胞呈长条形或长梭形；红细胞为圆盘状，有利于 O2和 CO2的气体交换。植物叶表皮的 保卫细胞成半月形，2 个细胞围成一个气孔，以利于呼吸和蒸腾。细胞离开了有机体分散存在 时，形状往往发生变化，如平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形
图3-4植物气孔SEM照片（伪彩色）图片来自hto:ww.denniskunkel..coml 一般说来，真核细胞的体积大于原核细胞，卵细胞大于体细胞。大多数动植物细胞直径 一般在20~30μm间。鸵鸟的卵黄直径可达5cm,支原体仅0.1μm,人的坐骨神经细胞可长达 1m。 表3-1几种细胞的大小 名称 人卵 口腔上皮细胞 肝细胞 红细胞 变形虫 伤寒菌 肺炎球菌 大小(m) 120 75 20 7 100 2.4x0.5 0.2x0.1 [1]Purkinje(1839)用原生质一词指细胞的全部活性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核 (或拟核)
图 3-4 植物气孔 SEM 照片（伪彩色） 图片来自 http://www.denniskunkel.com/ 一般说来，真核细胞的体积大于原核细胞，卵细胞大于体细胞。大多数动植物细胞直径 一般在 20~30μm 间。鸵鸟的卵黄直径可达 5cm，支原体仅 0.1μm，人的坐骨神经细胞可长达 1m。 表 3-1 几种细胞的大小 名称 人卵 口腔上皮细胞 肝细胞 红细胞 变形虫 伤寒菌 肺炎球菌 大小（μm） 120 75 20 7 100 2.4x0.5 0.2x0.1 [1] Purkinje（1839）用原生质一词指细胞的全部活性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核 （或拟核）
第二节原核细胞与古细胞 原核细胞(prokaryotic cell)没有核膜，遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度 区。DNA为裸露的环状分子，通常没有结合蛋白，环的直径约为2.5nm,周长约几十纳米。 没有恒定的内膜系统，核糖体为7OS型，原核细胞构成的生物称为原核生物(prokaryote), 均为单细胞生物，通常称为细菌(bacterium)。 古细菌的细胞(archaeal cell)在形态上与原核细胞相似，同样没有核被膜和内膜系统。 古细菌所栖息的环境和地球发生的早期有相似之处，如：高温、缺氧，加之古细菌在结构和代 谢上的特殊性，似乎是最古老的生命形式。但分子生物学的研究表明，古细菌在系统发育上与 真核生物相近。 图3-5大肠杆菌TEM照片，核区为低电子密度区 一、细菌 细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。细 菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成，有的细菌还有夹膜、鞭毛、菌毛等特 殊结构（图3-6）。绝大多数细菌的直径大小在0.5~5μm之间。可根据形状分为三类，即：球 菌（图3-7）、杆菌（图3-8）和螺旋菌（包括弧形菌，图3-9）
第二节 原核细胞与古细胞 原核细胞（prokaryotic cell）没有核膜，遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度 区。DNA 为裸露的环状分子，通常没有结合蛋白，环的直径约为 2.5nm，周长约几十纳米。 没有恒定的内膜系统，核糖体为 70S 型，原核细胞构成的生物称为原核生物（prokaryote）， 均为单细胞生物，通常称为细菌（bacterium）。 古细菌的细胞（archaeal cell）在形态上与原核细胞相似，同样没有核被膜和内膜系统。 古细菌所栖息的环境和地球发生的早期有相似之处，如：高温、缺氧，加之古细菌在结构和代 谢上的特殊性，似乎是最古老的生命形式。但分子生物学的研究表明，古细菌在系统发育上与 真核生物相近。 图 3-5 大肠杆菌 TEM 照片，核区为低电子密度区 一、细菌 细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。细 菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成，有的细菌还有夹膜、鞭毛、菌毛等特 殊结构（图 3-6）。绝大多数细菌的直径大小在 0.5~5μm 之间。可根据形状分为三类，即：球 菌（图 3-7）、杆菌（图 3-8）和螺旋菌（包括弧形菌，图 3-9）
Gram +ve cell wall -flagellum inclusion body capsule ribosomes plasmid helical protein filaments nucleoid mesosome S-layer plasma mem peptidoglycan Russell Kightley km.com.au outer mem. Gram -ve cell wall lipopolysaccharide pili 图3-6细菌的结构.图片来自http://www.km.com.au
图 3-6 细菌的结构，图片来自 http://www.rkm.com.au
图3-7淋病球菌图片来自http:www.denniskunkel.coml
图 3-7 淋病球菌图片来自 http://www.denniskunkel.com/