细胞的基本结构_正常人体结构

时间:2020-02-15  栏目:百科知识  

细胞的基本结构_正常人体结构

尽管组成人体不同组织和器官的细胞大小、形态和功能不同(图1-1),但是细胞的基本结构相似。在光学显微镜下,细胞可分为细胞膜、细胞质和细胞核三部分(图1-2)。

图1-1 不同形态的细胞

(一)细胞膜

细胞膜是包围在细胞最外面的一层薄膜,又称为质膜。细胞膜将细胞与外界环境分隔开,使细胞具有相对独立和稳定的内环境,同时在细胞与环境之间进行物质运输、能量转换及信号传导等过程中也起着重要作用。

图1-2 细胞超微结构

细胞膜主要由脂类、蛋白质和糖等物质组成,此外,还有水、无机盐和少量的金属离子。

细胞膜在电镜下呈现三层结构:内、外两层电子密度高,呈深暗色,中层电子密度低,呈浅色,总厚度为7.5~9.0nm。细胞内的各种膜结构也与细胞膜相似,因此,这三层结构形式的膜称为生物膜或单位膜。

关于细胞膜的分子结构,科学家们提出了多种细胞膜分子结构模型,最具代表性的是液态镶嵌模型(图1-3)。

液态镶嵌模型认为:流动的脂类双分子层构成膜的基本骨架,膜蛋白分子以各种镶嵌的形式与膜脂双分子层相结合,糖类分子连在脂质或蛋白质分子上伸于膜外。

细胞膜具有两个明显的特性:流动性和不对称性。细胞膜的流动性主要体现在膜脂和膜蛋白的流动性上;不对称性则表现在细胞膜内外两层的组成成分和功能有很大的差异,这是因为膜脂、膜蛋白和膜糖类分布的不对称性造成的。

(二)细胞质

细胞质是指存在于细胞膜与细胞核之间的物质,由基质、细胞器和包含物组成。

1.基质为透明而均匀的胶状物,又称胞质溶胶,主要成分是水(约80%)及脂质、蛋白质、多种可溶性酶、糖、无机盐等。基质为各种细胞器维持其正常结构提供所需的离子环境,同时也是细胞进行物质代谢的场所。

2.细胞器为基质中具有一定形态的特殊结构,如核糖体、线粒体、中心体、高尔基复合体、内质网、溶酶体、微管、微丝等(图1-2)。

图1-3 细胞膜液态镶嵌模型

(1)核糖体:又称核蛋白体,电镜下为近似球形的致密颗粒,由核糖体核糖核酸(rRNA)和核糖体蛋白质组成,可分为大亚基和小亚基两部分(图1-4)。除成熟红细胞外,核糖体几乎存在于所有的细胞。核糖体是细胞内合成蛋白质的场所。核糖体在细胞内可有两种存在形式:游离于细胞质内的游离核糖体和附着于内质网表面的附着核糖体。游离核糖体可制造用于细胞本身或参与组成细胞自身结构的蛋白质——结构蛋白质;附着核糖体可制造专门输送到细胞外面发挥作用的蛋白质——输出蛋白质,如酶、抗体、蛋白类激素等。

图1-4 不同侧面观的核糖体立体结构

(2)线粒体:线粒体在光镜下呈线状、粒状和棒状等。在电镜下,线粒体是由双层单位膜围成的封闭性囊状结构,外膜平整,内膜向内伸出,折叠成嵴(图1-5)。线粒体是细胞的供能站,细胞内营养物质在线粒体内氧化磷酸化产生ATP,并释放出大量的能量,供细胞的生命活动需要,故称线粒体为细胞的“动力车间”。

图1-5 线粒体的形态结构

(3)内质网:是由一层单位膜构成的膜性管道系统,分布在基质中。电镜下内质网为相互连续的小管状、小泡状和扁平囊样的三维网状膜结构(图1-6)。根据内质网膜的表面是否附有核糖体,可将内质网分为两类:有核糖体附着的为粗面内质网,无核糖体附着的为滑面内质网。粗面内质网可以是少数小的、游离的囊泡,也可以形成互相连通的扁平囊,主要参与细胞内蛋白质的合成,同时还是细胞内物质转运的通道;滑面内质网通常为分支小管或小泡的网状结构,主要参与糖原、脂肪的合成和分解。

图1-6 粗面内质网和滑面内质网(www.benninghoven.com.cn)

(4)高尔基复合体:又称内网器(图1-7),光镜下多位于细胞核附近,常呈囊泡状。电镜下,由扁平囊群、大泡和小泡三部分组成,其囊壁由一层单位膜构成。高尔基复合体的主要功能是对内质网合成的蛋白质进一步加工和修饰,形成糖脂、蛋白多糖、溶酶体酶等物质,进一步形成分泌颗粒并准确地送往细胞的各个部分;同时,高尔基复合体还参与了膜的转运,在转运物质的过程中发挥了一定的作用。

图1-7 高尔基复合体

(5)溶酶体:是高尔基复合体形成的一种特殊囊泡,是由一层单位膜包被的含有多种水解酶的囊状小体。可分解消化细胞内的蛋白质、脂类和核酸以及损坏、衰亡的细胞器,还可以消化分解被细胞吞噬的异物、细菌、病毒等,在细胞结构更新中起着重要作用。故溶酶体有“细胞内的消化器”之称(图1-8)。

(6)过氧化物酶体:又称微体,是由一层单位膜围成的圆形小体,多见于肝细胞和肾小管上皮细胞。过氧化物酶体中含有多种氧化酶和过氧化物酶,具有解毒的功能,可消除细胞内的过氧化物,保护细胞。

(7)中心体:位于细胞核的一侧。光镜下中心体由1~2个中心粒及外面的中心球组成。电镜下每个中心粒呈圆筒状,相互垂直,由9组三联微管组成,状如风车旋翼。中心体能自我复制,参与细胞分裂活动及鞭毛和纤毛的形成。

(8)微丝(肌动蛋白纤维):是由肌动蛋白组成的实心的细丝状结构。微丝与细胞的收缩、变形运动等有关。

(9)微管:是由微管蛋白二聚体组成的微细的管状结构。微管壁由13个原纤维排列组成。微管的功能是维持细胞的形态,与细胞内运输、鞭毛运动、纤毛运动、纺锤体和染色体运动等有关。

细胞骨架为细胞内的结构网架,包括微丝、微管、中间丝。他们对于细胞的形状维持、细胞的运动、细胞内物质运输以及细胞分裂等起重要作用。

3.包含物是细胞质中本身没有代谢活性,却有特定形态的结构。有的为细胞储存的能源物质,如糖原颗粒、脂滴;有的是细胞的代谢产物,如分泌颗粒。糖原颗粒是细胞储存葡萄糖的形式,与PAS反应时呈红色。脂滴在脂肪细胞中最多,其次为分泌类固醇激素的细胞。分泌颗粒常见于各种腺细胞,内含酶、激素等生物活性物质。

图1-8 溶酶体的消化过程

(三)细胞核

细胞核是细胞中最大、最重要的有形部分,是细胞活动的控制中心,在细胞的代谢、生长、发育、繁殖和分化中起着重要作用。电镜下,可见细胞核由核膜、核仁、染色质和核基质组成(图1-9)。人体细胞除成熟的红细胞外,都有细胞核,一般一个细胞只有一个细胞核,但也有多个核,如肝细胞、心肌细胞可有双核,骨骼肌细胞、破骨细胞有多个核。

图1-9 细胞核

细胞核一般位于细胞中央,但也有细胞核位于细胞周边。细胞核的形状大小一般和细胞的形状大小相适应,如圆形、立方形和星形细胞的核为圆形,而柱状、梭形细胞的核多为椭圆形或杆状。

1.核膜是包在细胞核外的双层单位膜结构。外层核膜附有核糖体,与内质网相连。两层膜之间的腔隙称为核周隙,核周隙与内质网相通。核膜上有许多散在的核孔,是细胞核与细胞质进行物质交换的通道。细胞核内生成的mRNA、tRNA和核糖体亚基以及细胞质中合成的所有细胞核所需要的蛋白质,都是通过核孔出入细胞核的。

2.核仁呈球状的小体。一般细胞有1~2个核仁。核仁的大小、形态和数量随细胞类型和细胞代谢状态而异。蛋白质合成旺盛、生长活跃的细胞,核仁体积较大;不具有蛋白质合成能力或合成能力较低的细胞,其核仁很小,甚至没有。核仁位置通常不固定,可位于核内的任何部位。核仁主要由蛋白质和RNA组成。核仁是细胞内合成rRNA、装配核糖体亚基的部位。

3.染色质和染色体主要由DNA和蛋白质组成,是遗传物质的载体。间期细胞核内伸展、弥散、呈丝网状分布、在光镜下不能分辨、易被碱性染料着色的物质,称为染色质。在细胞分裂期,染色质高度折叠、盘曲而凝缩成条状或棒状的特殊形态,称为染色体。因此,染色质和染色体是同一物质在不同的细胞时相所表现出来的不同形态(图1-10)。人体除生殖细胞为23个染色体外,其余细胞都含46个(23对)染色体。

4.核基质是细胞核内除核膜、核仁、染色质有形结构外,以蛋白为主要成分的网架结构体系,这些网架结构为直径3~30nm不等的细丝状和颗粒状,相互交错排列。由于这一网架的结构和功能与细胞质骨架颇为相似,同时与细胞质骨架有一定的结构联系,故将其称为核骨架。核骨架对染色质和核仁起到支撑作用,同时也维持了细胞核的外形;并参与DNA的复制、基因的表达及染色体的包装构建。

知识链接…

细胞核移植技术

细胞核移植,就是将一个细胞核用显微注射的方法放进另一个细胞里去。前者为供体,可以是胚胎的干细胞核,也可以是体细胞的核。故可分为胚细胞核移植与体细胞核移植两种。受体大多是动物的卵子。因卵子的体积较大,操作容易,而且可以通过发育把特征表现出来。细胞核移植技术主要是用来研究胚胎发育过程中,细胞核和细胞质的功能,以及二者间的相互关系,探讨有关遗传、发育和细胞分化等方面的一些基本理论问题。

图1-10 染色质纤维螺旋和折叠形成染色体