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按照现代概念,每个细胞都是生命普遍的结构和功能单位。所有生物体的细胞都具有相似的结构。细胞仅通过分裂进行繁殖。

细胞(cellula)是生命的基本有序单位。它执行识别、代谢和能量、繁殖、生长和再生以及适应不断变化的内外环境的功能。细胞的形状、结构、化学成分和功能多种多样。人体内的细胞有扁平细胞、球形细胞、卵形细胞、立方体细胞、棱柱形细胞、金字塔形细胞和星形细胞。细胞的大小从几微米(小淋巴细胞)到200微米(卵细胞)不等。

每个细胞的内容物通过细胞膜(质膜)与周围环境和邻近细胞隔开,从而确保细胞与细胞外环境的联系。细胞膜内的细胞组成成分包括细胞核和细胞质,细胞质由透明质体、细胞器及其内含物组成。

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细胞膜

细胞膜,或称质膜,是厚度为9-10纳米的细胞膜。它具有分裂和保护功能,并通过受体(接收功能)感知环境影响。细胞膜具有交换和运输功能,将各种分子(颗粒)从细胞周围环境转移到细胞内或从细胞外转移到细胞外。将颗粒转移到细胞内的过程称为内吞作用。内吞作用分为吞噬作用和胞饮作用。在吞噬作用中,细胞捕获并吸收大颗粒(死细胞颗粒、微生物颗粒)。在胞饮作用中,细胞膜形成突起,这些突起变成囊泡,囊泡内含有溶解或悬浮在组织液中的小颗粒。胞饮作用囊泡将其中的颗粒混合到细胞中。

细胞膜也参与物质从细胞中排出的过程——胞吐。胞吐是在囊泡(液泡)的帮助下进行的,从细胞中排出的物质首先在囊泡中移动到细胞膜。囊泡膜与细胞膜融合,其内容物进入细胞外环境。

受体功能在细胞膜表面通过糖脂和糖蛋白实现,这些物质能够识别化学物质和物理因素。细胞受体能够识别激素、介质等生物活性物质。细胞膜的接收是细胞间相互作用中最重要的环节。

细胞膜是一种半透性生物膜,分为外层、中层和内层。细胞膜的内外层厚度各约为2.5纳米,形成一个电子致密的脂质双层(双层膜)。在两层之间是一个由脂质分子组成的电子-光疏水区,其厚度约为3纳米。脂质双层膜的每个单层中都含有不同的脂质:外层是细胞色素、糖脂,其碳水化合物链朝外;内层是面向细胞质的单层,其中含有胆固醇分子和ATP合成酶。蛋白质分子位于细胞膜的整个厚度中。其中一些(整体或跨膜)穿过整个细胞膜厚度。其他蛋白质(外周或外部)位于膜的内单层或外单层中。膜蛋白发挥多种功能:一些是受体,另一些是酶,还有一些是各种物质的载体,因为它们具有运输功能。

细胞膜的外表面覆盖着一层薄薄的纤维状糖萼层(厚度为7.5至200纳米)。糖萼由糖脂、糖蛋白和其他碳水化合物的侧链构成。多糖形式的碳水化合物通过细胞膜的脂质和蛋白质连接形成支链。

一些细胞表面的细胞膜形成特殊的结构:微绒毛、纤毛、细胞间连接。

微绒毛(microvilli)长可达1-2 µm,直径可达0.1 µm。它们是由细胞膜覆盖的指状突起。微绒毛的中心是平行的肌动蛋白丝束,这些肌动蛋白丝在微绒毛的顶部和侧面附着于细胞膜。微绒毛增加了细胞的自由表面。在白细胞和结缔组织细胞中,微绒毛较短;在肠上皮中,微绒毛较长,并且数量众多,形成所谓的刷状缘。由于肌动蛋白丝的存在,微绒毛具有移动性。

纤毛和鞭毛也能活动,它们的运动呈钟摆状、波浪状。呼吸道、输精管和输卵管的纤毛上皮的自由表面覆盖着纤毛,纤毛长可达5-15微米,直径可达0.15-0.25微米。每根纤毛的中心有一根轴丝(轴丝),由九根相互连接的外周双微管组成,轴丝环绕着轴丝。微管的起始(近端)部分以基体的形式结束,位于细胞质中,也由微管组成。鞭毛的结构与纤毛相似,它们通过微管之间的相对滑动进行协调的振荡运动。

细胞膜参与细胞间连接的形成。

细胞间连接形成于细胞间的接触点,提供细胞间的相互作用。此类连接(接触)分为简单连接、齿状连接和致密连接。简单连接是指相邻细胞的细胞膜(胞间隙)在15-20纳米的距离处汇合。在齿状连接中,一个细胞的细胞膜的突起(齿)会插入(楔入)另一个细胞的齿之间。如果细胞膜的突起很长,并且深深地插入另一个细胞的相同突起之间,则这种连接被称为指状连接(交错连接)。

在特殊的致密细胞间连接中,相邻细胞的细胞膜紧密相连,以至于它们彼此融合。这形成了一个所谓的阻断区,分子无法通过。如果细胞膜的致密连接发生在有限的区域内,则会形成一个粘附点(桥粒)。桥粒是一个高电子密度区域,直径可达1.5微米,其功能是将一个细胞与另一个细胞机械连接起来。这种接触在上皮细胞之间更为常见。

还有一些间隙状连接(神经连接),其长度可达2-3微米。此类连接中的细胞膜彼此间隔2-3纳米。离子和分子很容易穿过此类接触。因此,神经连接也被称为传导连接。例如,在心肌中,兴奋通过神经连接从一个心肌细胞传递到另一个心肌细胞。

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透明质体

透明质体(hyaloplasma;源自希腊语 hyalinos,意为透明)约占细胞质总体积的 53-55%,形成一个成分复杂的均质团块。透明质体含有蛋白质、多糖、核酸和酶。在核糖体的参与下,蛋白质在透明质体中合成,并发生各种中间交换反应。透明质体还包含细胞器、内含体和细胞核。

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细胞器

细胞器(细胞器)是所有细胞的必需微结构,执行某些重要功能。细胞器分为膜细胞器和非膜细胞器。膜细胞器通过膜与周围的透明质隔开,包括内质网、内部网状结构(高尔基复合体)、溶酶体、过氧化物酶体和线粒体。

细胞的膜细胞器

所有膜细胞器均由基本膜构成,其组织原理与细胞膜的结构相似。细胞生理过程与膜的持续粘附、融合和分离相关,而只有拓扑结构相同的单层膜才能粘附和融合。因此,任何细胞器膜朝向透明质体的外层与细胞膜的内层相同,而朝向细胞器腔体的内层与细胞膜的外层相似。

细胞的膜细胞器

细胞的非膜细胞器

细胞的非膜细胞器包括中心粒、微管、细丝、核糖体和多核糖体。

细胞的非膜细胞器

细胞内物质和膜的运输

物质在细胞内循环,被包裹在膜中(“细胞内容物在容器中移动”)。物质的分类及其移动与高尔基复合体膜上特殊受体蛋白的存在有关。跨膜运输,包括跨质膜(细胞膜),是活细胞最重要的功能之一。运输分为两种类型:被动运输和主动运输。被动运输不需要消耗能量,而主动运输则依赖于能量。

细胞内物质和膜的运输

细胞核

除红细胞和血小板外,所有人类细胞都有细胞核(s. karyon)。细胞核的功能是储存遗传信息并将其传递给新生(子)细胞。这些功能与细胞核中DNA的存在有关。蛋白质(核糖核酸、RNA和核糖体物质)的合成也在细胞核中进行。

细胞核

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细胞分裂、细胞周期

生物体的生长是通过细胞分裂增加细胞数量来实现的。人体细胞分裂的主要方式是有丝分裂和减数分裂。这两种细胞分裂方式的过程虽然相同,但结果却不同。

细胞分裂:细胞周期

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