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编号:147078
细 胞
http://www.100md.com 2002年1月7日 中国心理热线
     生命的基本单位,即细胞是一种物理性实体。比细胞小的物质单位不存在生命所具备的增殖、突变以及对刺激反应的能力。

    我们可以把细胞打碎,用离心方法分离其中某些成分进行研究。这些碎片可以暂时继续进行它们的许多活动,诸如消耗氧气、酵解糖分,甚至形成新的分子,但这些个别的活动不能组成生命。正如亚原子质粒的行为并不等同于完整原子的行为一样,打碎的细胞再也不能无限地延续生命活动。病毒比细胞小,也不那么复杂,但不能独立生存,必须寄生在细胞中。

    与原子和分子比较,细胞是大得多复杂得多的单位,是有一定边界、内部进行着恒定化学活动的和能量运转的小天地。在通常的温度下没有化学活动的细胞是死细胞。

    生物是开放的系统,不断消耗能量、转化能量和摄入能量。一切物理及化学过程均趋向平衡,由有序状态趋向无序状态。一个系统一旦达到平衡,它内部的能量呈最大的无序状态。无序的能量称为熵,不再用于作功;用于作功的总能量成分即有用能,称为自由能。宇宙整体的熵由于退降过程而增大,趋向最小自由能或最大熵状态。生物是这一过程的受惠者。绿色植物或某些细菌通过光合作用或化学能的利用,从无序中继续建立有序,维持高度的自由能状态。动物和微生物利用低级形式的能,即食物的有机分子的化学能,维持同样高度的自由能状态,但能量利用率低,明显增大环境中的熵。生命现象基本上是能量转换和能量消耗的过程,只有在提供各种所需能量的情况下,生命才能够继续存在。
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    生物的这种特性是由于细胞的特性决定的。这是因为细胞是一个开放的系统。不但单细胞生物还是多细胞生物,其存在都必须要求能量获取,能量利用和能量释放,这过程也可以称为能量代谢。生命一旦发生,就获得了控制周围环境的手段,在某种意义上支配外界能源为其自身使用。正是因为要增强能量获取和能量利用的能力,细胞才会积聚在一起,有所分工,形成复杂的多细胞生物,人类正是细胞有效集结的最高体现。在漫长的进化过程中,在存在需求和发展需求以及生存竞争和环境的共同作用下,生命(细胞)通过某种方式获得特定类型的结构。生命系统的能量支配不是随意的,而是由细胞特殊部分的编码信息所指导的。支配能量的结构和方式的演变,构成了生物进化的过程。

    细胞可分为两大类:原核细胞(prokaryotic cell),以细菌和蓝绿藻为典型代表;真核细胞(eukaryotic cell),见于所有的其他生物。病毒可能是完全退化的细胞,或细胞片段,除核酸形式的遗传装置以及蛋白质形式的保护和感染装置以外,所有其他非必需的结构均已丢失,不能独立生存,必须感染细胞才能增殖。
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    原核细胞为已知的最简单的细胞。懒得在这里介绍太多。我们人的细胞是真核细胞,在《身体奥秘》里知道这点就够了。更多资料请向发E-mail索取。其实,在这些年的资料研究中,我发现人类对细胞的认识真的很有限,有太多无法解释的现象和结果。比如我一直疑惑是什么原因使RNA选择性地降解,而断裂的部分在重组时如何不出差错。没有答案。

    辐射能一旦被细胞摄取并转变成化学键能,则在细胞内进行的全部其他过程均通过化学反应完成。细胞及其作用取决于细胞内正在发生的和已经发生过的化学反应。酶控制细胞内及细胞之间的全部化学反应以及最终地控制全部能量使用,所以正是细胞的酶复合体为细胞提供一种专一的物质。酶是首先被细胞利用的可见编码信息的表达。心总体也是同源编码信息的表达。

    酶是高度专一的生物催化剂。每一类酶控制一个特殊的化学反应,不是决定反应是否发生,而是决定反应进行的速度。细胞是一个精确的团结系统,如果正常行使功能,则细胞内发生的化学反应必须在时间、部位和速度上受到控制。一个细胞可能具有上千种酶。
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    酶在细胞中一般不是自由漂浮的,尤其真核细胞,酶严格地分隔或定位在细胞膜内或膜上,在核、线粒体、叶绿体(植物)、溶酶体、过氧化质体及液泡内,以及确有膜结构存在的部位,如内质网及高尔基复合体中。一般酶不能在远离反应部位进行作用,就科实现酶作用的空间控制,使这个化学反应过程不受细胞内其他过程的影响。

    细胞的结构:

    人类细胞由细胞膜、细胞质、高尔基体、细胞核、内质网、核糖体、线粒体、中心体构成。

    细胞核:细胞核通常是一个球形体,某些白血细胞的细胞核具有许多分叶。无论核的形状如何,它都被一双层膜(核膜)与细胞质分隔。通过细胞质与细胞核之间的任何物质均需通过核膜。核膜上零星分布有一些小孔,这些核孔使分子甚至相当大的分子容易穿过核膜。但核孔不是核膜上的简单开口,孔内经常充塞着电子密度大的物质构成的小栓,核与细胞质之间的氢离子浓度差别也表明,物质通过并非如所设想的膜结构那么自由。核膜仅在细胞分裂时消失,这是个短暂时期。核膜外膜与内质网的膜常常是连续的,并可能保持更早的联系,核靠细胞质的一边常常被覆核糖体。
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    细胞核经酸固定后容易被碱性物质染色,显示出细线网架结构,其中分布着更加粗的染色物质团块,这就是染色质。细线是常染色质,粗糙团块是异染色质。异染色质是更多的直径更小的相同细线网架结构。染色质在细胞分裂期间浓缩变成小体,通常称为染色体,每一物种正常时的染色体数目、大小和形状是特定的。

    细胞核除染色质外还有一个或几个致密小体,即核仁。核仁由特定染色体的特殊区段所形成,并附着在这些区段上。这类特殊区段叫做核仁组织区。核仁组织区不但合成核仁物质中的核酸部分,还把它们组成一个致密小体。核仁的特征因细胞类型及代谢状态而异。在活跃细胞、快速生长的胚胎细胞以及进行蛋白质合成的细胞中,核仁比较大也比较致密。在细胞分裂过程中,核仁时隐时现。核仁内部可区分为松散的线状网架及颗粒物质。核仁及其有关的染色质与核糖体的形成有关,核糖体在细胞质中逐渐积累,最终组成细胞合成蛋白质上的结构。核仁不被孚尔根染料染色,表明核仁与染色质结构中所含的核酸种类是不同的。

    大多数细胞都是单核的,单核情况是分隔生活物质为容易控制单位的最有效、最经济的方式。虽然红细胞在生存的大部分时期内不具备细胞核,但它们在较短的分化阶段是有细胞核的。无核的细胞是短命的没有后代的细胞,细胞核(主要是染色质)是必不可少的细胞器,它提供维持细胞质长期行使功能的信息或能力。横纹肌细胞通过细胞融合形成多核。
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    细胞核是细胞的调控中心。遗传学就是建立在这种假说之上:染色体是遗传传递的载体,染色体中DNA是遗传的分子基础。

    细胞质包括基质、细胞器和包含物,在生活状态下为透明的胶状物。

    基质指细胞质内呈液态的部分,是细胞质的基本成分,主要含有多种可溶性酶、糖、无机盐和水等。

    细胞器是分布于细胞质内、具有一定形态、在细胞生理活动中起重要作用的结构。它包括:线粒体、内质网、内网器、溶酶体、微丝、微管、中心粒等。

    1、线粒体:除成熟的红细胞外,所有的细胞都有线粒体,一般细胞内有数十至数千个。光学显微镜下,线粒体呈颗粒状或杆状。电子显微镜下观察,线粒体为双层单位膜构成的椭圆形小体,外膜平滑,内膜向线粒体内折叠成许多嵴。线粒体内含有很多酶系,参与细胞内物质氧化并释放出能量,因此线粒体是细胞的供能站。
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    2、内质网:内质网是分布在基质中的膜管状结构,只有在电子显微镜下才能见到。内质网是由单位膜形成的互相通连的扁平囊状、管状或泡状结构。根据内质网表面有无颗粒而分为两种:

    粗面内质网:膜的表面富有颗粒状的核糖体,参与蛋白质的合成与运输。

    滑面内质网:膜的外表面光滑,没有核糖体附着。它的功能复杂,与脂类、脂蛋白、糖原、激素的合成与分泌有关。

    3、内网器:内网器又称高尔基复合体,是位于细胞核附近的一些网状结构。在电子显微镜下观察,内质器是一些扁平囊和大小不等的泡状结构。内质器是糖的合成场所,并参与细胞的分泌功能。

    4、溶酶体:电子显微镜下观察,溶酶体为一层单位膜包围形成的球形小体。内含多种酸性水解酶,可分解蛋白质、脂类、核酸等物质。溶酶体是细胞内重要的消化器官,对细胞吞噬的异物进行消化分解,称异溶作用;对细胞本身损坏或衰老的细胞器进行分解,称自溶作用。
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    5、微丝:电子显微镜下呈实心丝状结构,由肌动蛋白组成,与细胞的运动、吞噬及分泌物的排出有关。

    6、微管:电子显微镜下呈管状结构,长短不一,存在于细胞质内或细胞的纤毛与鞭毛中。对细胞起支持作用,也与细胞运动有关。

    7、中心体:存在于细胞核附近,光学显微镜下为1-2个小颗粒。电子显微镜下观察为两个短筒状的小体,两者相互垂直。中心粒是由9组微管围成的圆筒状结构,在横切面上可见每组微管又由三个微管组成。中心体有复制能力,参与细胞分裂活动。

    包含物:在细胞之中除细胞器外,还有一些其它有形成分,这些物质有的是细胞的代谢产物,有的是贮存的营养物质,总称为包含物。如脂滴、糖原和色素等。

    发育中的生长不仅只是细胞增大或增殖,它是一种错综复杂的形式,不同时期有不同的生长活跃中心和不同发育速度。这些中心的协作,使生物体的形状以及功能得以成分发展,使人于动物相区别,人与人相区别。发育还包括分化。一个未分化的细胞,由于连续变化的过程,渐渐转化成一个专门化的细胞。当不同的细胞获得(或失去)特殊的结构和功能的性质时,这些细胞就变得专门化,在不同的方面发挥各式各样的作用,具有功能的生物体就有了不同的细胞和组织。
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    分化是一个定向的变化过程,这是无机界所没有的现象。在生命是有创造性的意义上讲,分化过程亦是有创造性的,因为除了一切细胞共有的一般特性之外,又增加了专门化细胞所特有的结构和功能。分化赋予集体不同的外形、功能和行为,但无损于作为一个有机体的整体性。已分化的细胞仍然保留着为完整生物体进行全部活动所必需的信息,一切细胞具有同样的潜能和制造生物体全部蛋白质的能力。细胞分化不是由于遗传学潜能的变化,而是由于那种潜能的不同表现。决定潜能如何表现的,是细胞本身所处的环境,尤其是核本身所处的环境。细胞由于分化而经历了许多变化,要恢复原状,即使不是不可能,也是困难的。愈专门化的细胞类型,要改变其分化的程度就愈困难,不管是直接改变还是通过移植细胞核改变。在多细胞生物体中,分化是一项进行性的事,需要几代细胞才能达到最后稳定的分化状态。当分化过程达到某种程度后,细胞就受到限制,不容易由此改变其分化的途径。

    在多细胞生物体中,协调的发育依赖于不同的细胞和不同组织之间的相互联络,激素就是参与这种联络的化学物质。它产生于生物体的某一部位,而在另一个不同部位发挥效用。对激素有反应的细胞,必须具有能接受激素作用的受体,还必须具有导致特定的生化改变的反应能力。某些激素,即使一点都没有进入细胞,也可以发挥它们的效用,它们在细胞表面同特定部位相互作用,随后,细胞内部发生相应的变化。
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    为什么说细胞是生命之砖?

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    我们身体的任何器官或组织;都包含有这些基本的结构—-细胞.许多细胞结合在一起,就组成一种组织,比如肌肉、神经,就是分别由肌肉细胞(如棱形的骨骼肌细胞)或不规则的呈放射状的神经细胞聚集在一起,细胞和细胞是由细胞间质(有如砖头缝的泥灰)连结起来的。

    身体中除组处中还有许许多多的器官,比如心、肝、脾、肺、肾、脑,还有五官、生殖器官等等。这些器官全都是由不同的组织结合起来构成的。组织除去上面提到曲肌肉、神经组织外,还有上皮、结缔两种组织。拿肠胃来说吧,都是由靠近胃肠内腔的一层上皮细胞、中层肌肉组织和最外一层结缔组织组成的。这些组织结合在一起,共同完成时食物的消化任务。
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    从结构上面,本论细胞有多么大的差异,其基本结构都是相似的。大致可以分成细胞膜、细胞质和细胞核这三部分。

    细胞膜是包裹整个细胞外的一层薄膜,其厚度大约只有75埃(一埃是一厘米的一亿分之一)。近年来,人们用电子显微镜的技术把细胞放大数十万倍观察了细胞膜。发现它并不是毫无构造的一层简单的膜,而是具有一定形态结构和十分重要生理功能的一层生物膜。再说,它也不是“天衣无缝的,而是有着小小的“豁口”,由这里通过微细的管道,与细胞内的各种结构及细胞核相互通联。细胞内进行着各种人体生命必不可少的生理活动,如新陈代谢(吸收各种营养物质排出代谢废物)、生物电的发生、免疫活动等等,都靠这层薄膜来维持。它对物质的通透性,具有严格的选择作用,只有生命活动所需要的各种物质,它才予以“放行”,其余的一律拒绝通行。

    细胞质是包裹在细胞膜内的半透明的胶状物质。含有大量水分、无机盐,当然还有蛋白质、糖类和类脂质。在这里面,还有许多种有形的结构,例如膜状的内质网、溶酶体、内网器、线粒体等等,它们有的负责供应身体生理活动所需要的能量(细线粒体),有的负责贮存细胞合成的营养物质,待需要时再输送到细胞外(如内网器),有的则负责细胞的繁殖和分裂(如中心体)。
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    细胞核是细胞膜内最大的结构,也是细胞的主要构成成分。核的外面也有一层膜包裹,叫核膜,核膜内就是核质,核质包含一个或数个较致密的核仁,以及其他一些小块或小粒,称为染色质。核仁含有核糖核酸(RNA),它是负责人体蛋白质合成的。染色质中含有去氧核糖核酸(DNA),它含有遗传物质和信息,决定着人体的性别、遗传特征等等。

    从这些结构来看,小小细胞虽然只能在显微镜下才能见得到,但它却是人体生命活动的中心,是构成人体最重要最基本的单位。

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    待续……

    主要参考书籍:《细胞》C·P·斯旺森 P·L·韦伯斯特 著 科学出版社 1985/4 355页

    《人体形态学》董建文 主编 人民卫生出版社 1991/8 346页, http://www.100md.com