跳至内容

AP 生物学/细胞结构

来自维基教科书,开放世界中的开放书籍

细胞是生命最小的单位。如今,绝大多数生物体都是由真核细胞组成的,真核细胞含有明显的、膜结合的细胞器,并且含有膜结合的细胞核。早期没有膜结合的细胞器和没有明确的细胞核的生物被称为原核生物。每种类型都有其独特的解剖结构。

细胞器

[编辑 | 编辑源代码]

"真核生物"一词来自希腊语 (eu, "好", "真") 和 κάρυον](karyon, "坚果").

Karyon 指的是细胞的细胞核,因此指出每个真核生物必须具有以下特征

  • 包含膜结合的细胞核
  • 由膜结合的细胞器组成

通常,真核细胞与原核细胞相比更大、更复杂。据信真核生物是从早期原核生物通过内共生(参见 内共生理论)进化而来的,大约在第一个原核生物和古细菌进化后 10 亿年。现代线粒体和叶绿体之间的内共生关系,以及它们相应的膜排列,为该理论提供了一些最强的证据。以下是构成真核细胞的主要细胞器的概述。

细胞膜

[编辑 | 编辑源代码]

细胞膜用于允许某些物质进入并阻止其他物质进入,反之亦然。

细胞壁

[编辑 | 编辑源代码]

细胞壁是围绕细胞的或多或少坚固的层。它们存在于细菌、古细菌、真菌、植物和藻类中。动物和其他大多数原生生物具有细胞膜,但没有周围的细胞壁。当使用细胞壁降解酶去除细胞壁时,细胞及其周围的细胞膜剩余的部分称为原生质体。

细胞液是一种稀释的液体,存在于许多植物细胞的中央大液泡中。它含有水、氨基酸、葡萄糖和盐。汁液有很多功能,例如储存有用的物质,并为非木本植物提供机械支撑;它还有助于植物细胞进行渗透作用。

中心体

[编辑 | 编辑源代码]

在生物学中,中心体是一种桶状的微管结构,存在于大多数动物细胞以及真菌和藻类的细胞中,但植物中并不常见。每个中心体的壁由九个三联微管组成,或者在果蝇的情况下,由九个二联微管组成。构成中心体的微管非常稳定,并且被乙酰化。中心体在细胞分裂过程中很重要,组织有丝分裂纺锤体,染色体被拉开。有些动物细胞可以在没有中心体的情况下分裂其染色体,例如在女性减数分裂中。中心体通过有丝分裂过程和男性减数分裂过程帮助细胞。

细胞质

[编辑 | 编辑源代码]

细胞质包括细胞内部的所有东西,在细胞膜内,但不包括细胞核。胞质溶胶构成细胞质的液体部分,填充细胞的细胞内空间。它起着为细胞反应提供介质、悬浮细胞器以及帮助感觉传导和信号传导的作用。

叶绿体

[编辑 | 编辑源代码]

叶绿体是植物细胞和真核藻类中进行光合作用的细胞器。它们类似于线粒体,但只存在于植物中。两种细胞器都被双层膜包围,并且有膜间隙;它们都有自己的 DNA,并且参与能量代谢;它们都有网状结构,或许多折叠,填充它们的内部空间。叶绿体通过称为光合作用的过程将来自太阳的光能转化为 ATP。

细胞骨架

[编辑 | 编辑源代码]

细胞骨架是细胞内的“支架”或“骨架”,像所有其他细胞器一样,它包含在细胞质中。它是一个动态结构,可以维持细胞形状,使一些细胞运动(使用鞭毛和纤毛等结构),并在细胞内运输(例如,囊泡和细胞器的运动)和细胞分裂中发挥重要作用。细胞骨架的三种类型是微丝、中间丝和微管。

内质网

[编辑 | 编辑源代码]

内质网ER(内质网表示“在细胞质内”,网状结构表示“小网”)是所有真核细胞中的一种细胞器。ER 修饰蛋白质,制造大分子,并在细胞中转运物质。原核生物没有膜结合的细胞器,因此没有 ER。ER 的基本结构和组成与质膜相似,尽管它是核膜的延伸部分。ER 是蛋白质翻译、折叠和运输的位点,这些蛋白质将成为细胞膜的一部分(例如,跨膜受体和其他整合膜蛋白),以及将从细胞分泌或“胞吐”的蛋白质(例如,消化酶)。

高尔基体

[编辑 | 编辑源代码]

高尔基体的结构和内部功能非常复杂,也是科学争议的主题。高尔基体与 ER 一样,由膜结构组成。它由一堆扁平的池和类似的囊泡组成。顺面是指面向 ER 的一面,中间区域位于中间,而反面是指面向质膜的一面(图 1)。顺面和反面具有不同的膜组成。高尔基体被认为是细胞的“邮局”。它处理所有传入的脂类、蛋白质等,并控制它们的输出。

溶酶体

[编辑 | 编辑源代码]

溶酶体含有消化酶(酸性水解酶)来消化大分子。它们存在于植物和动物细胞中,但由于动物细胞也有液泡,因此动物细胞含有更多的溶酶体。它们是在高尔基体中构建的。在 pH 4.8 时,溶酶体的内部比胞质溶胶(pH 7)更酸性。溶酶体单层膜通过从胞质溶胶中泵入质子 (H+) 来稳定低 pH,并且还保护胞质溶胶以及因此保护细胞免受溶酶体内的降解酶的破坏。消化酶需要溶酶体中的酸性环境才能正常发挥作用。因此,如果溶酶体的酸性水解酶泄漏到胞质溶胶中,它们破坏细胞的潜力将降低,因为它们不会处于最佳 pH 值。所有这些酶都是在内质网中产生的,并在通过高尔基体运输和加工时产生的。高尔基体通过出芽产生溶酶体。然后,每个酸性水解酶都被靶向溶酶体。溶酶体本身可能受到消化酶保护,因为它具有独特的内部 3-D 结构,可以防止酶促作用[1]

溶酶体中一些重要的酶是

  • 脂肪酶,它消化脂类,
  • 碳水化合物酶,它消化碳水化合物(例如,糖),
  • 蛋白酶,它消化蛋白质,
  • 核酸酶,它消化核酸。

线粒体

[编辑 | 编辑源代码]

线粒体(来自希腊语 mitos 线 + khondrion 粒)是一种存在于大多数真核细胞中的细胞器,包括植物、动物、真菌和原生生物。一些细胞,例如锥虫原生动物,只有一个大型线粒体,但通常一个细胞有数百或数千个线粒体。线粒体的确切数量取决于细胞的代谢活动水平:活动越多,线粒体越多。线粒体可以占据细胞胞质溶胶的 25%。

线粒体有时被称为“细胞动力工厂”,因为它们的主要功能是将有机物转化为 ATP 形式的能量。

值得注意的是,线粒体实际上是独立的细胞。它们曾经是生活在互利共生原核生物群落中的独立原核生物。随着时间的推移,它们进化为生活在真核细胞中的内共生体。它们独立于宿主细胞繁殖,具有自己的遗传物质。

线粒体具有由磷脂双层组成的内膜。

细胞核

[编辑 | 编辑源代码]

细胞核的直径在 10 到 20 微米之间。它被一个称为核膜的双层膜包围。内膜和外膜在规则间隔处融合,形成核孔。核膜调节和促进核与细胞质之间的运输,同时将细胞质中发生的化学反应与核中发生的反应隔离开来。外膜与粗面内质网 (RER) 连续,并且可能布满了核糖体。两个膜之间的空间(称为“核周间隙”)与 RER 的腔连续。核膜的核面被一个称为核纤层(核纤层)的丝状支架包围。

过氧化物酶体

[编辑 | 编辑源代码]

过氧化物酶体是真核生物中普遍存在的细胞器,其功能是清除细胞中的有毒物质。它们由一个单层膜组成,将它们与细胞质(细胞的内部液体)隔开。过氧化物酶体于 1965 年由克里斯蒂安·德·迪夫发现。与在分泌途径中形成的溶酶体不同,过氧化物酶体通常通过扩大然后分裂来自我复制,尽管有一些迹象表明新的过氧化物酶体可能直接形成。它们还具有对各种功能至关重要的膜蛋白,例如将蛋白质导入其内部以及增殖和分离到子细胞中。

过氧化物酶体的功能是清除细胞中的有毒物质,例如过氧化氢或其他代谢物,并且包含与氧气利用有关的酶,例如 D-氨基酸氧化酶和脲酶氧化酶。过氧化物酶体含有过氧化氢酶,它将 H2O2(过氧化氢,细胞代谢的有毒副产物)转化为 H2O 和 O2,反应方程式为 2H2O2 → 2H2O + O2

核糖体

[编辑 | 编辑源代码]

由 rRNA(在核仁中合成)和核糖体蛋白组成的细胞器。它将 mRNA 翻译成多肽链(例如,蛋白质)。可以将其视为一个工厂,根据一组遗传指令构建蛋白质。核糖体可以在细胞质(细胞的内部液体)中自由漂浮,也可以与称为内质网的另一个细胞器或核膜结合。由于核糖体是核酶,所以人们认为它们可能是RNA 世界的残留物。

原核细胞

[编辑 | 编辑源代码]

术语“原核生物”来自以下组合词

“pro”,意思是之前 “karyote”,意思是核(指细胞核)

因此,原核生物是在细胞核出现之前存在的细胞。它们没有膜结合的细胞器,也没有膜结合的细胞核。它们比真核生物简单得多。

拟核是细胞质中单个细菌染色体所在的区域

核糖体

[编辑 | 编辑源代码]

- 由 RNA 分子和蛋白质组成。

细胞覆盖物

[编辑 | 编辑源代码]

细胞膜

[编辑 | 编辑源代码]

在细菌中,这也称为质膜。

细胞壁

[编辑 | 编辑源代码]

- 存在于植物细胞、真菌、原生生物和细菌中。它们在质膜外部形成,为细胞提供支持。

包涵体

[编辑 | 编辑源代码]

细胞质

[编辑 | 编辑源代码]
华夏公益教科书