學習目標
1.區(qū)別原核細胞與真核細胞。
2.概述細胞膜和細胞核的結(jié)構(gòu)和功能。
3.說明主要細胞器的結(jié)構(gòu)和功能。
學習提示
細胞膜、細胞核以及各種細胞器的結(jié)構(gòu)和功能是本節(jié)的重點。
一、原核細胞和真核細胞
1.原核細胞
原核細胞最主要的特征是沒有由膜包圍的細胞核，遺傳物質(zhì)集中存在于細胞的一個或幾個區(qū)域中，這些 區(qū)域中物質(zhì)密度較低，但與周圍高密度的細胞質(zhì)無明確的分界，把這種低密度區(qū)稱擬核。大多數(shù)原核細胞體積較小，平均只有1～10μm，但支原體、立克次體要更 小一些，只有0.2～0.3μm，原核細胞也有大的，如藍藻中的顫藻，其細胞直徑可達60μm。原核細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)較簡單，內(nèi)含有細胞質(zhì)和擬核，外面包有細胞膜，多數(shù)在細胞膜外還有一層硬的細胞壁，使細胞保持一定形狀，大多數(shù)原核細胞其細胞中沒有由膜隔開的特化區(qū)域，但含有高密度的核糖體顆粒。
2.真核細胞
真核細胞最主要的特點，是細胞內(nèi)由膜把細胞區(qū)分成了許多功能區(qū)。最明顯的是含有由膜包圍的細胞核，此 外還有由膜圍成的細胞器，如線粒體、葉綠體等。
二、細胞膜和細胞 壁
1.細胞膜的化學成分
細胞膜主要含有脂類和蛋白質(zhì)兩大類物質(zhì)，蛋白質(zhì)約占膜干重的20%～70%，脂類約占30%～80%，各種膜所含的蛋白質(zhì)與脂類的比例同膜的功能有關(guān)，機能活動較旺盛的膜，其蛋白質(zhì)含量高，因為膜的功能活動主要由蛋白質(zhì)來承擔。此外，細胞膜還含有10%的糖類，但糖類均和膜蛋白或膜脂結(jié)合成糖蛋白或 糖脂，分布于細胞膜的外表面。
2.細胞膜的結(jié)構(gòu)
兩層磷脂分子（磷脂雙分子層）構(gòu)成了細胞膜的基本骨架，磷脂雙分子層的表面是磷脂分子的親水端，內(nèi)部是磷脂分子疏水的脂肪酸鏈。磷脂雙分子層有屏障作用，使膜兩側(cè)的水溶性物質(zhì)不能自由通過，這對細胞正常結(jié)構(gòu)和功能的保持是很重要的，蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌在磷脂雙分子層中。細胞膜的內(nèi)外表面上，脂類和蛋白質(zhì)分布不均衡，這也反映了膜兩側(cè)的功能不同。
3.積極思維：人細胞與鼠細胞為什么能融合
細胞融合又稱細胞雜交，真核生物的體細胞經(jīng)過培養(yǎng)，兩個或多個細胞融合成一個雙核或多核細胞的現(xiàn)象，稱為融合。動物細胞融合一般要用滅活的 病毒或化學物質(zhì)做誘導劑來形成雜交細胞。1970年，L.D.frye和H.Edidin做了人鼠細胞融合實驗，他們用結(jié)合有綠色熒光染料的專一抗體 標記在培養(yǎng)的鼠細胞表面，而將培養(yǎng)的人體細胞，用結(jié)合有熒光染料的專一抗體進行了標記，用滅活的仙臺病毒誘導融合后，最初一半顯紅色，一半顯綠色，但37°C，40分鐘以后，兩種標記物完全混勻。
該實驗反映了細胞膜具有一定的流動性，即活細胞的細胞膜總是處于流動變化之中，磷脂分子和蛋白質(zhì)分子均可做側(cè)向流動。
4.細胞膜的功能
細胞膜是細胞進行生命活動的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。它能夠有選擇地允許物質(zhì) 通過擴散、滲透和主動運輸?shù)确绞匠鋈爰毎�，從而保證 細胞正常代謝的進行，此外，大多數(shù)細胞膜上還存在激素的受體、抗原結(jié)合點以及其他有關(guān)細胞識別的位點，所以細胞膜在激素作用、免疫反應(yīng)和細胞通訊等過程中起著重要作用。
5.細胞壁
植物細胞的細胞膜之外還有細胞壁，它是無生命的結(jié)構(gòu)，其組成成分是纖維素和果膠，都是細胞分泌的產(chǎn)物，細胞壁的功能是支持和保護，同時還能防止細胞吸脹而破裂 ，保持細胞正常的形態(tài)。
二、細胞質(zhì)和細胞器
1.細胞質(zhì)基質(zhì)
在細胞質(zhì)基質(zhì)中含有水、無機鹽離子、脂類、糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸和核苷酸等物質(zhì)，還有很多種酶，為生命活動提供了所需要的物質(zhì)、如ATP、氨基酸和核苷酸等，也提供了一定的環(huán)境條件，是生物體進行新陳代謝的主要場所。此外細胞質(zhì)基質(zhì)還能影響細胞的形狀、分裂和運動，以及細胞器的運轉(zhuǎn)。
2.細胞器
（1）線粒體
線粒體是各類真核細胞中廣泛存在的一種細胞器，一般呈條形或粒狀，但在不同生理條件下，其形態(tài)有所不同，線粒體體積大都與細菌近似，不同細胞線粒體含量有所不同，一般說來，動物細胞中比植物細胞要多，同一細胞不同生理狀態(tài)，線粒體數(shù)量也不同。線粒體最外面的膜是外膜，外膜對各種物質(zhì)的通透性很高，內(nèi)膜對各種物質(zhì)的通透性很低，內(nèi)膜上有多種與有氧呼吸有關(guān)的酶，基質(zhì)中除了有各種酶之外 ，還有小的核糖體和環(huán)狀DNA等。
（2）液泡
液泡是細胞質(zhì) 中由單層膜圍成的充滿水液的泡，普遍存在于植物細胞中。原生動物的伸縮泡也是一種液泡，年幼的細胞只有很少的分散的小液泡，成熟植物細胞有中央大液泡，液泡中的液體成為細胞液 ，其中溶有無機鹽、氨基酸、糖類以及各種色素，特別是花青素等，細胞液是高滲，所以植物細胞才能經(jīng)常處于吸脹飽滿的狀態(tài)，細胞液中的花青素與植物顏色有關(guān)，花、果實和葉的紫色、深紅色都決定于花青素。
（3）葉綠體
葉綠體是發(fā)現(xiàn)最早的細胞器，葉綠體的形態(tài)、數(shù)目、大小隨不同植物和不同細胞而不同，生長在不同環(huán)境中的植物，葉綠體大小不一樣，背陰區(qū)的植物與向陽區(qū)的植物相比，葉綠體體積要大，葉綠 素含量也多。葉綠體由雙層膜構(gòu)成，內(nèi)部有基質(zhì)，基質(zhì)中有由膜圍成的扁囊和管網(wǎng)，成為類囊體，類囊體像一摞硬幣一樣垛疊成基粒，類囊體膜上含有葉綠素，類囊體膜上和基質(zhì)中有與光合作用有關(guān)的酶，基質(zhì)中有少量DNA和核糖體，能合成某些蛋白質(zhì)。
（4）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體
細胞質(zhì)內(nèi)有一系列囊腔和細管，彼此相通，形成一個隔離于細胞質(zhì)的管道系統(tǒng)，就是內(nèi) 質(zhì)網(wǎng)。內(nèi) 質(zhì)網(wǎng)向內(nèi)與核被膜的外膜相通，兩層核膜間的腔就是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的一部分。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和細胞膜一樣，也是以脂類雙分子層為基礎(chǔ)的。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分為滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)兩種，滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜上沒有核糖體顆粒，這種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)比較少見，但在與脂類代謝有關(guān)的細胞中卻很多。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜上附有核糖體顆粒，核糖體是細胞合成蛋白質(zhì)的場所，所以粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能是合成并運輸?shù)鞍踪|(zhì)。除附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體外，細 胞質(zhì)中還有游離的核糖體，兩種核糖 體在合成蛋白質(zhì)時有所分工，輸出細胞外的蛋白質(zhì)，如分泌粒等都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體上合成，存留在細胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)，如各種膜中的結(jié)構(gòu)蛋白是在游離的核糖體上合成的。
（5）高爾基體
1898年，意大利醫(yī)生高爾基用銀染法顯示出，貓頭鷹和貓的小腦蒲金野氏細胞（一種神經(jīng)細胞）中有一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當時高爾基將其定名為內(nèi)網(wǎng)器，后人為了紀念他，改名為高爾基體。
高爾基體最基本的成分是由單層膜圍成的扁囊，扁囊的邊緣部分為分支的小管和圓泡。高爾基體的主要功能之一是形成和包裝分泌物，分泌顆粒通過外排作用被輸往細胞外。有些蛋白質(zhì)的合成是先形成無生物活性的前體物，這種前體物要經(jīng)過高爾基體加工才能活化。植物細胞含有纖維素和果膠的細胞壁物質(zhì)也是在高爾基體中合成的。在植物細胞分裂過程中，高爾基體形成了多糖，并加以包裝 形成高爾基小泡，移至赤道面上，相互融合為細胞板，細胞板中所含的細胞壁物質(zhì)形成了細胞壁。
（6）中心體
中心體是1888年首先由Boveri發(fā)現(xiàn)的。動物細胞和幾種原始藻類細胞，在核的附近有兩個（或多個）圓管狀的短筒結(jié)構(gòu)，稱為中心粒。中心體由中心粒及中心粒周圍物質(zhì)共同組成。中心粒由9組三聯(lián)體微管圍 成的圓筒狀結(jié)構(gòu)，一個細胞中成對的兩個中心�？偸窃谝欢讼嗷ゴ怪迸帕小Ｖ行牧５墓δ苁切纬杀廾�和參加有絲分裂。中心粒在細胞內(nèi)具有自我裝配能力。在分裂后的子細胞中，一對中心粒在一端互相垂直排列。G1時期，兩個中心粒略微分開，到將進入S期時，在每一中心粒的近端附近出現(xiàn)一短的中心粒，稱為前中心粒。到分裂前期，前中心粒延長，從而形成兩對成熟的中心粒。其中一對中心粒向另一極移動，與另一對中心粒逐漸分開，在前期末移到核的對側(cè)，這樣，便確定了細胞的兩極。
四、邊做邊學：使用高倍顯微鏡觀察細胞結(jié)構(gòu)討論
1.細胞質(zhì)中的葉綠體不是靜止不動的，因為細胞質(zhì)時刻處于流動狀態(tài)，它會隨細胞質(zhì)的流動而運動。
2.葉綠體呈扁平的橢球形或球形，可以減少運動時的阻力，有利于葉綠體的運動。葉綠體在細胞質(zhì)中 散亂地分布，相互不重疊，有利于每個葉綠體充分接受光照，在不同光照條件下，葉綠體可以運動，改變橢球體的方向，這樣既能接受較多的光照，又不至于被強光灼傷。在弱光下，葉綠體以其橢球體的側(cè)面朝向光源，在強光下，以其橢球體的正面朝向光源。
五、細胞核
1.細胞核的形態(tài)
細胞核大多呈球形或卵圓形，但也隨物種和細胞類型的不同有很大差別，在哺乳動物中嗜中性白細胞的核為多葉形，而平滑肌的細胞核則為桿狀。
2.細胞核的結(jié)構(gòu)
細胞核的最外圍是一雙層膜結(jié)構(gòu)，稱為核膜，在核膜外層的表面上有顆粒狀的核糖體，有合成蛋白質(zhì)的功能，核膜并不是完全連續(xù)的，有許多部位，核膜內(nèi)外兩層互相連接，形成了穿過核膜的小孔，稱為核孔。核孔是核內(nèi)物質(zhì)與細胞質(zhì)進行物質(zhì)交換的重要通道。細胞進行有絲分裂時，于前期末核膜破裂，到末期核膜又重新形成。真核細胞的間期核有一個或幾個濃密的球形小體，稱為核仁，因為它較周圍的核液要濃密得多，所以在光學顯微鏡下清晰可見，核仁的形狀、大小、數(shù)目 ，因生物種類和生理狀態(tài)不同而有所不同，一般生理活動旺盛的細胞，核仁大，不太活動的細胞，核仁就小，核仁無膜包圍，核仁的功能是轉(zhuǎn)錄rRNA和組裝核糖體亞單位。在光學顯微鏡下還可以看到細胞核中有一種嗜堿性很強的物質(zhì)，稱為染色質(zhì)，染色質(zhì)的基本成分是DNA和蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)包括組蛋白和非組蛋白，染色質(zhì)中DNA和組蛋白的重量比例很固定， 總是1∶1。在細胞分裂的間期是細絲狀的染色質(zhì)，進入分裂期，高度螺旋化成為染色體。
3.細胞核的功能
細胞核在 細胞的代謝、生長和分化中，都起著重要的作用。遺傳物質(zhì)主要是位于核中，它的復 制也主要在細胞核中進行，所以細胞核是細胞遺傳特性和代謝活動的控制中心，是細胞結(jié)構(gòu)中最重要 的部分

知識閱讀??細胞工程研究的進展
細胞是生物體的結(jié)構(gòu)單位和功能單位。細胞工程就是利用 細胞的全能性，采用組織與細胞培養(yǎng)技術(shù)對動、植物進行修飾，為人類提供優(yōu)良品種、產(chǎn)品和保存珍貴物種。細胞工程主要包括體細胞融合、核移植、細胞器攝取和染色體片段的重組等。
體細胞融合是指兩個不同種類的細胞，加上融合劑，在一定條件下，彼此融合成雜交細胞，使來自兩個親本細胞的基因有可能都被表達，這就打破了遠源生物不能雜交的屏障，提供了創(chuàng)造新物種的可能。用這種體細胞融合的技術(shù)，如今已在動物間實現(xiàn)了小鼠和田鼠，小鼠和小雞，甚至于小鼠和人等許多遠源和超遠源的體細胞雜交。雖然目前動物的雜交細胞還只停留在分裂傳代的水平，不能分化發(fā)育成完整的個體，但在理論研究和基因定位上都有重大意義。而植物間的體細胞融合所得到的雜交細胞，已達到了完整的植株水平，獲得了新的雜交植物，如我們所熟悉的“西紅柿馬鈴薯”“擬南芥油菜”和 “蘑菇白菜”等。
細胞核移植對動物優(yōu)良雜交種的無性繁殖具有重大意義。1981年瑞士學者伊梅恩斯等用灰鼠的細胞核注入到除去了精核和卵核的黑鼠的受精卵內(nèi)，然后再將這個由黑鼠細胞質(zhì)和灰鼠細胞核組成的卵體外培養(yǎng)4～5天，形成胚胎后再移植到白色雌鼠的子宮里，經(jīng)過21天的發(fā)育，得到的仔鼠是灰色的。說明仔鼠的性狀取決于細胞核的來源。這一技術(shù)的成功與完善對于優(yōu)良家禽的無性繁殖和瀕臨絕跡的珍貴動物的傳種意義重大。

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