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细胞Cell,䏭

时间:2020-01-17 22:33:31
分类:医学

细胞(英语:Cell)旧称,是生物体结构和功能的基本单位。它是除了病毒之外所有具有完整生命力的生物的最小单位,也经常被称为生命的积木(病毒仅由DNA/RNA组成,并由蛋白质和脂肪包裹其外)。细胞可分为两大类:原核细胞和真核细胞。细菌界和古菌界的生物由原核细胞构成。原生生物,真菌,植物和动物均由真核细胞构成。

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生物可分为单细胞生物(仅由单个细胞构成,包括大多数的细菌)和多细胞生物,人体包含数十万亿个细胞(局部样本实验估计总计约3.72 × 1013个)。植物细胞和动物细胞的大小在1μm到100μm之间,所以在显微镜下可见。

细胞生物学,旧称细胞学是研究细胞的形态结构、生理机能、发育、生活史,以及各种细胞器及信号转导路径的学科,可根据研究的尺度来分类,包括显微水平,超微水平和分子水平等不同层次研究细胞的结构、功能及生命活动。

解剖学

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真核细胞(左)和原核细胞(右)

生物界由两种细胞构成:原核细胞和真核细胞。生命最先演化成原核细胞;地球上存在生命的最初的15亿年间,原核细胞是唯一的生存形式。化石证据可推断出生命演化成真核细胞是在大约21亿年以前。真核细胞最大的特点是其内部包含了以膜封围的细胞核来存储DNA。真核(eukaryotic)一词源自希腊语,其中前缀“eu”是“真正的”(true)意思,而“karyon”是内核的意思,这里指细胞核(nucleus)。原核(prokaryotic)是指“在细胞核出现之前”,其中前缀“pro”是“在…之前”(before)的意思,映射了原核细胞是在真核细胞之前出现的事实。

原核细胞

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一个典型的原核细胞结构

原核细胞比真核细胞更简单因此也更小,它没有真核细胞中的细胞核和各种的细胞器。原核细胞分两种:细菌和古菌;他们拥有相似的结构。 构成原核细胞的核物质的是直接与细胞质接触的单个染色体。这个未与细胞质完全隔离的区域称为拟核。 从结构上看,原核细胞分三个区域:

虽然原核细胞没有细胞核,但是紧缩后的DNA会形成拟核。原核细胞拟核外可携带环形的外因子控制的DNA,称为质粒;质粒可提供额外的功能,如对抗生素的耐药性。

真核细胞

植物,动物,真菌,黏菌,原生动物,及藻类均属于真核生物。这类细胞,其宽度可达典型原核细胞宽度的15倍,而体积可达原核细胞的1000倍。原核细胞和真核细胞的最大不同点在于真核细胞内包含有以膜边界的隔间,这些隔间是进行特定的新陈代谢活动的场所。其中最重要的是细胞核,这个隔间正是遗传物质DNA的所在地。细胞核是真核细胞命名的由来,它的意思是“真正带细胞核的细胞”。其他的不同点包括:

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典型动物细胞结构图

亚细胞成分

细胞是生物体的构造和生理的基本单位,却不能因此认为所有的生物细胞都相同,即使在同一个个体内,也有因为分化而产生各式各样外观与功能不同的细胞,即使相同种类的细胞,也可能正在执行的生理工作也有差异,但是基本上彼此都有共同的基本构造。

细胞膜

细胞膜为细胞与环境之间以及细胞器与细胞质之间的分界,能够调节物质的进出,而膜上的蛋白质有许多种类,有的可以适时协助物质进出,有的能够传递讯息,有的则负责防御(免疫系统)的功能。细胞膜(又称原生质膜)为细胞结构中分隔细胞内、外不同介质和组成成分的界面。原生质膜普遍认为由磷脂质双层分子作为基本单位重复而成,其上镶嵌有各种类型的膜蛋白以及与膜蛋白结合的糖和糖脂。 原生质膜是细胞与周围环境和细胞与细胞间进行物质交换和信息传递的重要通道。原生质膜通过其上的孔隙和跨膜蛋白的某些性质,达到有选择性的,可调控的物质运输作用。

细胞质

细胞膜就像一个塑料袋一样,装着满满的液状、胶体状的细胞质,可粗略分为细胞质基质和细胞器。细胞质含有维持生命现象所需要的基本物质,例如糖类、脂质、蛋白质、与蛋白质合成有关的核糖核酸,因此也是整个细胞运作的主要场所,透过细胞膜外接收的讯息、细胞内部的物质,共同调节基因的表现,影响生理活动。另外,细胞质内部也有多种网状构造,称为细胞骨架(Cytoskeleton),可以协助维持细胞形状,也能引导内部物质的移动,一些细胞骨架会于细胞分裂时,形成可以透过染色而观察的纺锤丝,有一些骨架更能帮助细胞运动。

细胞器

人类癌细胞,特别是海拉细胞,DNA被染成蓝色。在中央的和最右边的细胞处于间期,因此它们的DNA是弥散的并且整个细胞核都被标记。 左边的细胞正在经历有丝分裂,其染色体已经凝聚。

细胞膜之外的结构

细胞壁

分类在细菌、真菌、植物的生物,其组成的细胞都具有细胞壁,而原生生物则有一部分的生物体具有此构造,但是动物没有。细胞壁是由细胞质的分泌物构成,在电子显微镜的发明之后,有许多的研究因此可以让人们知道,其成分与组成。而细胞壁可以保护细胞减少外界伤害、维持形状,并且避免因为水分过多而胀破。

原核生物

荚膜

部分细菌,在细胞膜和细胞壁外还有着胶状荚膜(Bacterial capsule)。荚膜可以是多糖的,例如在肺炎球菌与脑膜炎双球菌中,或是多肽的,例如在炭疽芽孢杆菌,或是玻尿酸的,例如在链球菌属中。荚膜没有被正常的染色方案标记,并且可以被印度墨水或甲基蓝检测到; 这允许用于观察的细胞之间的较高对比度。

鞭毛

鞭毛是细胞移动的细胞器。 细菌鞭毛从细胞质延伸穿过细胞膜并通过细胞壁挤出。它们是长而粗的线状附属物,天然蛋白质。在古菌中发现了一种不同类型的鞭毛,以及在真核生物中发现了一种不同类型的鞭毛。

菌毛

一种菌毛也被称为性菌毛是在细菌表面上发现的短而薄的头发状细丝。 菌毛或性菌毛由称为菌毛蛋白(抗原性)的蛋白质形成,并负责将细菌附着于人细胞的特定受体(细胞粘附)。 有特定类型的特定菌毛参与细菌接合。

细胞过程

增殖及调控

细胞周期亦称有丝分裂周期,细胞生长到一定程度,不是繁殖就是死亡。细胞分裂后产生的新细胞生长增大,随后又平均地分裂成两个和原来母细胞“一样”的子细胞,细胞这种生长与分裂的循环称细胞周期。

较为普遍的细胞分裂方式为有丝分裂和减数分裂,在生物的个体发育中,这两种分裂方式交替发生,以保证生物种族的延续

分化与基因表达

细胞分化是个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。所以,细胞分化是指同源细胞通过分裂,发生形态、结构与功能特征稳定差异的过程。

细胞分化的实质是基因选择性表达的结果,在个体发育过程中基因按照一定程序相继激活的现象,称为基因的差次表达(differential expression)或顺序表达(Sequential expression)。即在同一时间内不是所有的基因都具活性,而是有的有活性,有的无活性,有些细胞是这部分基因有活性,有些细胞则是另外一些基因有活性。

组织特异性基因和管家基因 一类是维持细胞最基本生命活动的基因,是所有一切细胞都需具备的,由此译制基本生命活动所必需的结构和功能蛋白。这类基因称“House-keeping gene”,译为“管家基因”,它们与细胞分化关系不大。如编码与细胞分裂、能量代谢、细胞基本建成有关的蛋白质的基因属此类。另一类是译制特异蛋白质的基因,与细胞的基本生存无直接关系,但与细胞分化关系密切,被称为“Luxury gene”,译为奢侈基因。

组合调控引发组织特异性基因的表达 弄清了细胞分化的实质,研究者们便把注意力集中到基因选择表达的控制机理方面。除细胞核与细胞质的相互作用对细胞分化的影响外,包括环境在内的诸多因素均对细胞分化有重要的影响。

细胞衰老与凋亡

细胞衰老的研究只是整个衰老生物学(老年学,人类学)研究中的一部分。所谓衰老生物学(biology of senescence,或称老年学、老人学,gerontology)是研究生物衰老的现象、过程和规律。其任务是要揭示生物(人类)衰老的特征,探索发生衰老的原因和机理,寻找推迟衰老的方法,根本目的在于延长生物(人类)的寿命。

多细胞有机体细胞,依寿命长短不同可划分为两类,即干细胞和功能细胞。干细胞在整个一生都保持分裂能力,直到达到最高分裂次数便衰老死亡。如表皮生发层细胞,生血干细胞等。

细胞死亡是细胞衰老的结果,是细胞生命现象的终止。包括急性死亡(细胞坏死)和程序化死亡(细胞凋亡)。细胞死亡最显著的现象,是原生质的凝固。事实上细胞死亡是一个渐进过程,要决定一个细胞何时已死亡是较困难的。除非用固定液等人为因素瞬间使其死亡。那么,怎样鉴定一个细胞是否死亡了呢?通常采用活体染色法来鉴定。如用中性红染色时,生活细胞只有液泡系染成红色,如果染料扩散,细胞质和细胞核都染成红色,则标志这个细胞已死亡。

细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程,所以也常常被称为程序化细胞死亡。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。这一假说是基于Hayflick界限提出的:1961年Hayflick根据人胚胎细胞的传代培养实验提出。指细胞在发育的一定阶段出现正常的自然死亡,它与细胞的病理死亡有根本的区别。细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行,自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。例如:蝌蚪尾的消失,骨髓和肠的细胞凋亡,脊椎动物的神经系统的发育,发育过程中手和足的成形过程。