1.區(qū)別原核細(xì)胞與真核細(xì)胞。
2.概述細(xì)胞膜和細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能。
3.說明主要細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能。
學(xué)習(xí)提示
細(xì)胞膜、細(xì)胞核以及各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能是本節(jié)的重點(diǎn)。
一、原核細(xì)胞和真核細(xì)胞
1.原核細(xì)胞
原核細(xì)胞最主要的特征是沒有由膜包圍的細(xì)胞核，遺傳物質(zhì)集中存在于細(xì)胞的一個(gè)或幾個(gè)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(xì)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(xì)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(xì)胞也有大的，如藍(lán)藻中的顫藻，其細(xì)胞直徑可達(dá)60μm。原核細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)較簡單，內(nèi)含有細(xì)胞質(zhì)和擬核，外面包有細(xì)胞膜，多數(shù)在細(xì)胞膜外還有一層硬的細(xì)胞壁，使細(xì)胞保持一定形狀，大多數(shù)原核細(xì)胞其細(xì)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(xì)胞
真核細(xì)胞最主要的特點(diǎn)，是細(xì)胞內(nèi)由膜把細(xì)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(xì)胞核，此 外還有由膜圍成的細(xì)胞器，如線粒體、葉綠體等。
二、細(xì)胞膜和細(xì)胞 壁
1.細(xì)胞膜的化學(xué)成分
細(xì)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(jī)能活動(dòng)較旺盛的膜，其蛋白質(zhì)含量高，因?yàn)槟さ墓δ芑顒?dòng)主要由蛋白質(zhì)來承擔(dān)。此外，細(xì)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(xì)胞膜的外表面。
2.細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)
兩層磷脂分子（磷脂雙分子層）構(gòu)成了細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞與鼠細(xì)胞為什么能融合
細(xì)胞融合又稱細(xì)胞雜交，真核生物的體細(xì)胞經(jīng)過培養(yǎng)，兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞融合成一個(gè)雙核或多核細(xì)胞的現(xiàn)象，稱為融合。動(dòng)物細(xì)胞融合一般要用滅活的 病毒或化學(xué)物質(zhì)做誘導(dǎo)劑來形成雜交細(xì)胞。1970年，L.D.frye和H.Edidin做了人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，他們用結(jié)合有綠色熒光染料的專一抗體 標(biāo)記在培養(yǎng)的鼠細(xì)胞表面，而將培養(yǎng)的人體細(xì)胞，用結(jié)合有熒光染料的專一抗體進(jìn)行了標(biāo)記，用滅活的仙臺(tái)病毒誘導(dǎo)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(biāo)記物完全混勻。
該實(shí)驗(yàn)反映了細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性，即活細(xì)胞的細(xì)胞膜總是處于流動(dòng)變化之中，磷脂分子和蛋白質(zhì)分子均可做側(cè)向流動(dòng)。
4.細(xì)胞膜的功能
細(xì)胞膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)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(kuò)散、滲透和主動(dòng)運(yùn)輸?shù)确绞匠鋈爰?xì)胞，從而保證 細(xì)胞正常代謝的進(jìn)行，此外，大多數(shù)細(xì)胞膜上還存在激素的受體、抗原結(jié)合點(diǎn)以及其他有關(guān)細(xì)胞識別的位點(diǎn)，所以細(xì)胞膜在激素作用、免疫反應(yīng)和細(xì)胞通訊等過程中起著重要作用。
5.細(xì)胞壁
植物細(xì)胞的細(xì)胞膜之外還有細(xì)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(xì)胞分泌的產(chǎn)物，細(xì)胞壁的功能是支持和保護(hù)，同時(shí)還能防止細(xì)胞吸脹而破裂 ，保持細(xì)胞正常的形態(tài)。
二、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器
1.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)
在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中含有水、無機(jī)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(dòng)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(jìn)行新陳代謝的主要場所。此外細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)還能影響細(xì)胞的形狀、分裂和運(yùn)動(dòng)，以及細(xì)胞器的運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.細(xì)胞器
（1）線粒體
線粒體是各類真核細(xì)胞中廣泛存在的一種細(xì)胞器，一般呈條形或粒狀，但在不同生理?xiàng)l件下，其形態(tài)有所不同，線粒體體積大都與細(xì)菌近似，不同細(xì)胞線粒體含量有所不同，一般說來，動(dòng)物細(xì)胞中比植物細(xì)胞要多，同一細(xì)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(xì)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(xì)胞中。原生動(dòng)物的伸縮泡也是一種液泡，年幼的細(xì)胞只有很少的分散的小液泡，成熟植物細(xì)胞有中央大液泡，液泡中的液體成為細(xì)胞液 ，其中溶有無機(jī)鹽、氨基酸、糖類以及各種色素，特別是花青素等，細(xì)胞液是高滲，所以植物細(xì)胞才能經(jīng)常處于吸脹飽滿的狀態(tài)，細(xì)胞液中的花青素與植物顏色有關(guān)，花、果實(shí)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(xì)胞器，葉綠體的形態(tài)、數(shù)目、大小隨不同植物和不同細(xì)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(xì)胞質(zhì)內(nèi)有一系列囊腔和細(xì)管，彼此相通，形成一個(gè)隔離于細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)。除附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體外，細(xì) 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(shí)有所分工，輸出細(xì)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(xì)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(xì)胞（一種神經(jīng)細(xì)胞）中有一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)時(shí)高爾基將其定名為內(nèi)網(wǎng)器，后人為了紀(jì)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(xì)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(xì)胞含有纖維素和果膠的細(xì)胞壁物質(zhì)也是在高爾基體中合成的。在植物細(xì)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(xì)胞板，細(xì)胞板中所含的細(xì)胞壁物質(zhì)形成了細(xì)胞壁。
（6）中心體
中心體是1888年首先由Boveri發(fā)現(xiàn)的。動(dòng)物細(xì)胞和幾種原始藻類細(xì)胞，在核的附近有兩個(gè)（或多個(gè)）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(gè)細(xì)胞中成對的兩個(gè)中心�？偸窃谝欢讼嗷ゴ怪迸帕�。中心粒的功能是形成鞭毛和參加有絲分裂。中心粒在細(xì)胞內(nèi)具有自我裝配能力。在分裂后的子細(xì)胞中，一對中心粒在一端互相垂直排列。G1時(shí)期，兩個(gè)中心粒略微分開，到將進(jìn)入S期時(shí)，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(dòng)，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(xì)胞的兩極。
四、邊做邊學(xué)：使用高倍顯微鏡觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu)討論
1.細(xì)胞質(zhì)中的葉綠體不是靜止不動(dòng)的，因?yàn)榧?xì)胞質(zhì)時(shí)刻處于流動(dòng)狀態(tài)，它會(huì)隨細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
2.葉綠體呈扁平的橢球形或球形，可以減少運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，有利于葉綠體的運(yùn)動(dòng)。葉綠體在細(xì)胞質(zhì)中 散亂地分布，相互不重疊，有利于每個(gè)葉綠體充分接受光照，在不同光照條件下，葉綠體可以運(yùn)動(dòng)，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(qiáng)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(qiáng)光下，以其橢球體的正面朝向光源。
五、細(xì)胞核
1.細(xì)胞核的形態(tài)
細(xì)胞核大多呈球形或卵圓形，但也隨物種和細(xì)胞類型的不同有很大差別，在哺乳動(dòng)物中嗜中性白細(xì)胞的核為多葉形，而平滑肌的細(xì)胞核則為桿狀。
2.細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)
細(xì)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(xì)胞質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)交換的重要通道。細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂時(shí)，于前期末核膜破裂，到末期核膜又重新形成。真核細(xì)胞的間期核有一個(gè)或幾個(gè)濃密的球形小體，稱為核仁，因?yàn)樗^周圍的核液要濃密得多，所以在光學(xué)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(dòng)旺盛的細(xì)胞，核仁大，不太活動(dòng)的細(xì)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(xué)顯微鏡下還可以看到細(xì)胞核中有一種嗜堿性很強(qiáng)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(xì)胞分裂的間期是細(xì)絲狀的染色質(zhì)，進(jìn)入分裂期，高度螺旋化成為染色體。
3.細(xì)胞核的功能
細(xì)胞核在 細(xì)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(fù) 制也主要在細(xì)胞核中進(jìn)行，所以細(xì)胞核是細(xì)胞遺傳特性和代謝活動(dòng)的控制中心，是細(xì)胞結(jié)構(gòu)中最重要 的部分
知識閱讀??細(xì)胞工程研究的進(jìn)展
細(xì)胞是生物體的結(jié)構(gòu)單位和功能單位。細(xì)胞工程就是利用 細(xì)胞的全能性，采用組織與細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)對動(dòng)、植物進(jìn)行修飾，為人類提供優(yōu)良品種、產(chǎn)品和保存珍貴物種。細(xì)胞工程主要包括體細(xì)胞融合、核移植、細(xì)胞器攝取和染色體片段的重組等。
體細(xì)胞融合是指兩個(gè)不同種類的細(xì)胞，加上融合劑，在一定條件下，彼此融合成雜交細(xì)胞，使來自兩個(gè)親本細(xì)胞的基因有可能都被表達(dá)，這就打破了遠(yuǎn)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(xì)胞融合的技術(shù)，如今已在動(dòng)物間實(shí)現(xiàn)了小鼠和田鼠，小鼠和小雞，甚至于小鼠和人等許多遠(yuǎn)源和超遠(yuǎn)源的體細(xì)胞雜交。雖然目前動(dòng)物的雜交細(xì)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(gè)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(xì)胞融合所得到的雜交細(xì)胞，已達(dá)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(xì)胞核移植對動(dòng)物優(yōu)良雜交種的無性繁殖具有重大意義。1981年瑞士學(xué)者伊梅恩斯等用灰鼠的細(xì)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(gè)由黑鼠細(xì)胞質(zhì)和灰鼠細(xì)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(xì)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(dòng)物的傳種意義重大。
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