介绍
生活物质的最小单位,存在本身就是细胞。一些生物,如细菌,只由一个细胞。其他人,如人类和橡树,数十亿的细胞组成。
细胞中存在各种各样的形状和大小。红细胞是盘状,而一些皮肤细胞类似于立方体。单个细胞可能一个网球或小数以千计更适用于周期结束时,这个句子。不管大小,然而,每一个细胞都包含维持生命所需的组件。细胞正常功能的效率,尽管他们容易患病。(另请参阅癌症;疾病,人类;病毒。)
细胞大小通常以微米。一微米等于1000000米,约25000微米等于1英寸。最小的细菌是直径约0.2微米。平均人类细胞的直径大约是10微米,使它不借助显微镜的话几乎看不见。
研究细胞包括生物学的分支称为细胞学,和专业的科学家们在这个领域被称为细胞学者。一个相关的字段分子生物学,检查核酸和蛋白质等大分子和他们的角色在细胞结构和功能。
原核生物和真核生物
基于基本的细胞结构的差异,生物体可以分为两个主要groups-prokaryotes和真核生物。细菌和古细菌是原核生物。动物,植物,真菌,原生生物是真核生物。(另请参阅生物。)
原核和真核细胞的一些关键特征。两种细胞类型包含DNA作为他们的遗传物质。然而,原核生物的DNA单链和圆形,细胞内自由浮动。真核生物DNA双链和线性和封闭的膜结合结构被称为原子核。真核生物也有其他专业的膜结合结构称为细胞的细胞器,做太多的工作。原核生物没有细胞器,尽管他们必须完成许多类似的重要任务。这无法“委托”任务会降低原核生物新陈代谢的效率比真核生物。
在真核生物中,动物、植物和真菌细胞有许多共同特点,但可以区分几个关键特性。例如,植物细胞和真菌细胞有细胞壁,但动物细胞没有。然而,植物和真菌细胞壁可以区分它们包含关键材料。植物细胞壁主要由纤维素组成,而真菌细胞壁含有丰富的甲壳素。(细菌细胞也有细胞壁,它主要由肽聚糖组成)。所有三个真核细胞类型包含一个细胞核,细胞器,线粒体。植物细胞还包含一个中央液泡和叶绿体。
细胞结构
所有的细胞都含有细胞质,物质由水、蛋白质和其他分子膜包围。真核细胞的细胞质中也包含许多细胞器。细胞的工作发生在细胞质中。
细胞膜
细胞只能生存在食物和液体介质,会带走体内的废物。单细胞生物(单细胞),如细菌、藻类、原生动物,这种液体可以外部水体,如湖泊或流。然而,对于多细胞生物(many-celled),液体介质中包含生物体。例如,在植物、它是sap;在动物中,血和淋巴。
细胞膜是semipermeable-that,一些物质可以通过,但其他人不能。这一特点使细胞承认或阻止物质周围的流体和排泄废物进入环境。
细胞膜是由两个薄层磷脂分子镶嵌着大蛋白质。磷脂是化学相关的脂肪和油。有些膜蛋白的结构;其他人形成气孔,函数作为网关允许或阻止物质跨膜运输。
在几个方面物质穿过细胞膜。小无电荷的分子,比如水,通过自由的浓度梯度(从膜的一边,他们在更高浓度的低浓度)。这种运动称为扩散。其他的材料,如离子(带电分子)和某些其他物质,必须通过channels-proteins嵌入细胞膜跨膜运输,形成毛孔受到化学信号的细胞。这个过程称为方便运输。有两种形式的促进交通:被动和主动。被动转运(有时称为易化扩散)发生在分子如葡萄糖或某些离子进入细胞通过特定渠道,旅行的浓度梯度。这个过程被称为“被动”,因为它不需要能量。主动运输发生在分子进入细胞对其浓度梯度(从一个区域的低浓度更高的浓度)。这些物质必须“护送”穿过细胞膜,细胞需要花精力。 Chemical signals in the cell control active transport by signaling the membrane channels when to start and when to stop the process.
内吞作用是另一个过程使用的细胞需要在某些材料。细胞膜周围形成一个口袋里的物质环境。细胞内,填满口袋上脱离膜,形成一个bubblelike飘到细胞质液泡,其内容在哪里“消化”:泡壁被分解并释放到细胞质中内容。这个过程被称为胞饮(皮诺-来自希腊pinein,意思是“喝”)当材料溶解在液体和吞噬作用(phago -来自希腊phagein,意思是“吃”)细胞摄食大,颗粒物,如另一个细胞。胞外分泌,相反的过程是用来去除材料的细胞。
细胞壁
几乎所有的原核生物,以及植物的细胞,真菌,和一些藻类细胞细胞膜周围墙刚性结构。大多数细胞壁由polysaccharides-long糖分子链与强大的债券(看到无机化学)。细胞壁帮助维持细胞的形状,使更大的生物如植物生长直立。细胞壁也保护细胞免受某些渗透条件下破裂(看到渗透)。
植物细胞壁,以及绿藻和其他一些原生生物,主要是多糖纤维素。有些植物的纤维素与含有不同比例的混合其他多糖,如木质素,树皮和木材的重要组成部分。在某些真菌的细胞壁是由甲壳素,多糖,也形成了许多无脊椎动物如昆虫的外骨骼和螃蟹。细菌的细胞壁主要由肽聚糖组成,它是由多糖和氨基酸。硅藻细胞壁有高浓度的硅,这给了他们一个玻璃状外观。(另请参阅植物;木)。
细胞质
水是细胞质的最大组成部分。根据细胞和它的需求和条件,水从约65%至约95%浓度的变化。悬浮在水等各种固体蛋白质,碳水化合物,脂肪滴,颜料。因此,细胞质是一个胶体而不是简单的固体或液体。
固体的浓度变化产生明显的细胞质流从细胞内的地方。在显微镜下,可见膜和纤维结构更容易在细胞质中固体颗粒的浓度增加。这能见度降低固体含量减少。
细胞器及其功能
细胞不断努力活着。食物分子变成所需的能源、材料和生长所需的物质合成和修复,或制造。在真核细胞大部分这些任务发生在膜结合的细胞质中细胞器。根据内共生理论,某些细胞器中特定的叶绿体和mitochondria-originated小型独立的原核细胞入侵或被原始真核细胞吞噬,形成一个相互依存的关系。
叶绿体
叶绿体是植物和藻类细胞中发现使用光合作用制造和储存食物。叶绿体色素母细胞,白色体是最常见的叶绿体。光合作用发生在叶绿体,它包含叶绿素一个绿色颜料,捕捉来自太阳的能量,并使用它使糖葡萄糖。色素母细胞,通常发现在水果和花瓣,包含其他颜料,如橙色的胡萝卜素,黄色的叶黄素,红色和蓝色的花青素。这些颜料给水果和鲜花的颜色和产生灿烂的秋天的色调里可以看到许多树种。白色体是无色的,通常包含淀粉颗粒或其他材料。
叶绿体的内部和外膜;内膜高度不透水,外透。叶绿体有自己的DNA;它是不同于细胞核的DNA发现独立复制和继承。叶绿体制造他们自己的一些蛋白质,但依赖于细胞的DNA和核糖体合成。
线粒体
通常被称为细胞的强国,腊肠线粒体产生的能量所需的细胞功能。葡萄糖分子进入细胞线粒体和氧化,或燃烧能量。叶绿体、线粒体内和外膜。也喜欢叶绿体,他们有自己的DNA尽管他们依赖于细胞的DNA和核糖体对某些蛋白质。(另请参阅生物化学。)
内质网和核糖体
内质网(ER),网络膜管和囊,曲折通过细胞膜的细胞质膜周围的细胞核。位于内质网的一部分是核糖体,微小的身体由核糖核酸(RNA)制造的蛋白质发挥至关重要的作用。还发现分散在细胞质中核糖体;不同类型的核糖体在叶绿体和线粒体。
内质网的部分包含核糖体被称为粗面内质网(r)。地区的网络,不包含核糖体被称为光滑型内质网(SER)。后者主要在合成和细胞参与新陈代谢脂质和一些药物的解毒。
高尔基氏复合体
高尔基氏体、高尔基体,成堆的薄囊组成的膜性结构。新了蛋白质和脂质从r和爵士,分别到高尔基氏复合体。里面的材料运输囊泡形成的膜。高尔基氏复合体,囊泡融合与高尔基体膜和内容在高尔基体的内腔,或中心,随后进一步修改和存储。当细胞信号,需要特定的蛋白质,后者是“打包”高尔基export-part高尔基体膜的形成囊泡,然后味蕾,或休息,从更大的装置。泡可能迁移到细胞膜和出口其内容通过胞外分泌或者它可能前往一个细胞内的位置如果其内容所需的细胞本身。脂质是由相同的方法处理。
液泡
液泡是存储细胞器,通常携带食物分子或废物的解决方案。植物细胞有一个中央大液泡,储存水和其他材料。中央液泡帮助细胞保持其体积和结构。一些细胞的中央液泡构建茎和茎中扮演了重要的角色。如果形成层细胞成为树皮或木材,其膜生长的液泡和存款层细胞壁增加刚度。在维管束细胞成为传递sap,液泡变得圆柱和发展机会两端通过sap从细胞到细胞。(另请参阅植物。)
一些单细胞生物,以及某些简单的动物,如海绵的细胞和九头蛇,有一个或多个收缩液泡,调节细胞的含水量。液泡收集多余的液体从细胞和一些废物,然后合同,向周围释放液体介质。
溶酶体与过氧化物酶体
溶酶体与过氧化物酶体空泡的外貌很相似。溶酶体充满了酶,帮助细胞消化的大分子,以及旧细胞部分和外国粒子,如细菌。过氧化物酶体含有酶,破坏有毒材料,如过氧化物,形成最终产品的一些正常的细胞活动。在高尔基氏体溶酶体产生;过氧化物酶体自我复制。
中心体
中心体是真核生物细胞的细胞核附近的球形结构。在细胞分裂的早期阶段,或有丝分裂,中心体复制,导致两个相同的细胞中心体,前往两端。在动物、真菌和藻类细胞,结构的中心体含有一对中心粒产生微管。这些小管形成一个主轴延伸穿过细胞并帮助细胞的染色体在细胞分裂的分离。植物细胞缺乏中心粒,但他们有中心体,产生细胞分裂过程中纺锤体纤维。(另请参阅有丝分裂。)
细胞骨架
细胞骨架帮助细胞保持其形状,艾滋病在细胞运动,并帮助与内部运动。只存在于真核细胞,细胞骨架蛋白细丝和小管网络扩展整个细胞质。如纤毛和鞭毛微管帮助形成结构,帮助单细胞生物和梭形纤维细胞分裂过程中,染色体移动。细胞微丝骨架给它的形状和帮助其合同;中间丝给它的力量。
核
在所有真核细胞的中心是细胞核。细胞核是细胞的控制中心和包含染色体传递遗传特征(看到遗传学)。细胞核通常至少有一个核仁,网站的结构RNA合成和存储。
原子核是由两层膜封闭和包含一个糖浆的核浆和股DNA缠绕在蛋白质的方式类似于字符串的珠子。每个链包含一长串基因段的DNA继承了上一代。基因决定有机体的遗传特征。基因调控细胞活动,包括生产的RNA,进而控制特定蛋白质的制造。
被称为染色质的DNA链,因为他们容易与染料染色,通常是太薄看到光学显微镜。当一个细胞准备分裂,chromatin-protein股线圈周围反复本身,冷凝成染色体。
如何细胞分裂
像所有的生物,细胞生命周期并开始生长,保持自己,和繁殖。细胞周期包括两个stages-one阶段的细胞生长和执行各种生活功能,和其他阶段的细胞分裂,或自我繁殖。
尽管所有细胞分裂,这个过程和目的不同在单细胞和多细胞生物。在单细胞生物体,细胞分裂是reproduction-prokaryotes和手段之一原生生物可以通过接受简单的裂变,产生新细胞的细胞分裂后,复制它的DNA (看到细菌)。在多细胞生物中,细胞分裂是更复杂的。的体细胞(生殖细胞以外的任何细胞类型),它是一个增长和修复的方法。生殖细胞(产生精子,鸡蛋,和花粉)接受一种特殊类型的细胞分裂称为减数分裂繁殖的一部分。
有丝分裂
在真核体细胞有丝分裂,细胞分裂时染色体分裂,胞质分裂,分裂的细胞质和细胞膜产生两个完全相同的子细胞。自事件紧密相连,然而,他们往往简单地讨论了有丝分裂。有丝分裂的简要概述。过程的详细描述,看到有丝分裂。
interphase-the细胞阶段之前细胞division-each染色体精确复制本身。现在每个染色体由两个相同的副本(称为染色单体)由一个着丝粒。也是在间期,细胞中心体分裂为二。
有丝分裂有四个phases-prophase,中期,后期,末期。随着前期开始,染色质浓缩。两个中心体的两端细胞移动,产生形成纺锤体的微管长度的纤维细胞。在中期,配对的染色体附加到个人主轴沿赤道细胞的纤维和排队。在后期,着丝粒分裂;染色体对分离和被他们拉向相反的两极纺锤体纤维细胞。一个新核膜周围形成每组末期的女儿染色体;在胞质分裂,细胞分裂,产生两个子细胞各自与染色体的相同的补充。
减数分裂
减数分裂是一种特殊的细胞分裂发生在生殖细胞进行有性生殖的生物。像体细胞,生殖细胞包含一套完整的配对chromosomes-one从每对染色体是遗传自生物体的母亲,一个是遗传自父亲。每个生殖细胞在减数分裂过程中,经历了两个细胞分裂(减数分裂我和减数分裂II)等产生四个gametes-reproductive细胞精子和卵子(鸡蛋)的动物。每个配子包含原始的染色体数目的一半,或者父母,生殖细胞。
生殖细胞周期的各个阶段和事件与体细胞。在间期,每对染色体的复制,所以,每个染色体由两个相同的染色单体加入了一个着丝粒。前期我的染色体配对。每一对染色体homologous-it相同基因的两个副本。例如,染色体在一对眼睛颜色的基因,而另一个可能携带血型的基因。同源染色体可能交换基因,通过这一过程被称为交叉(看到遗传学)。在中期我同源染色体在细胞的赤道,然后在后期我分开,一条染色体的细胞每一对朝着相反的两极。末期我和胞质分裂后的细胞分裂,产生两个细胞,每一个都有完整的染色体。在第二部门(减数分裂II),两个细胞的染色体不重复自己。在每一个细胞,细胞染色体在赤道(中期II),然后分开,又搬到电池的两端(后期II)。末期二世和胞质分裂后的细胞分裂,产生四个配子。每个配子只包含一个从每个同源染色体pair-half染色体出现在母细胞的数量。时恢复完整的染色体雄性配子结合在有性生殖雌配子。例如,一个人类精子和人类卵细胞每个包含23条染色体。精子使卵子受精时,两个配子融合,形成一套完整的细胞46 chromosomes-the正常人类的染色体数量。这种新的细胞称为受精卵,并开始一个新的有机体。 (另请参阅生殖系统。)
专门的细胞
修改一些细胞在多细胞生物进行一个特定的功能,如运输某种物质或执行一个特定任务。这些细胞被称为特殊细胞。虽然它们有相同的大多数特性与其他细胞,特殊细胞具有特殊的结构适应性帮助他们完成各自的工作。
根毛细胞,栅栏细胞,保卫细胞是专门的植物细胞的例子。细胞壁和细胞膜的根毛细胞大大拉长。这就增加了细胞的表面积和最大化的从土壤中吸收水和矿物质。
栅栏细胞和保卫细胞主要在叶子。栅栏细胞是专门用于光合作用:它们是位于叶的上层和大量的叶绿体吸收入射光。
保卫细胞主要位于叶片背面的,他们帮助调节植物气体交换和水分损失。限于保卫细胞环绕毛孔称为时打开和关闭的气孔保卫细胞放大或缩小,分别。(另请参阅植物。)
动物有很多种类的特殊细胞。红细胞运输氧气从肺部的人体组织,含有血红蛋白,一种富含铁的蛋白质,它结合氧气。细胞小,高度灵活,这有助于他们挤过即使是最小的血管,和他们的两面凹的形状允许氧气交换以恒定速率。
男性的精子和女性的卵子(鸡蛋)也特殊细胞。精子细胞有一个尾巴,或鞭毛,帮助推动了女性生殖系统找到卵子受精。精子的头部包含特殊的酶,帮助它穿透卵细胞受精。卵子细胞质大,含有丰富的营养,帮助滋养发展中受精卵在受精。
纤毛上皮细胞是一种专门细胞发现衬砌部分哺乳动物的生殖系统和呼吸道。每个细胞都有数百名在其表面细微的纤毛,一起工作就像一把扫帚将材料的刷毛。纤毛上皮细胞线雌性哺乳动物的输卵管,帮助移动卵子(鸡蛋)对子宫在排卵。在气管和支气管纤毛清除垃圾和其他废弃物向鼻子和喉咙,它可以驱逐打喷嚏或咳嗽。(另请参阅生殖系统;呼吸系统。)
细胞学说的历史
细胞第一次描述了由英国科学家罗伯特·虎克,他在1665年出版了一本关于他的发现。胡克切薄片的软木查看下显微镜自己的设计。他能够看到的那一刻,软木是由像箱子一样的单位。胡克称为这些结构细胞,因为他认为这个盒子看起来像修道院细胞。第一个活细胞的描述提供了1674年由荷兰的科学家安东尼·范·列文虎克在他的显微镜下观察,细菌和原生动物。十年后列文虎克给了第一个准确的描述红细胞。
提高显微镜的19世纪允许更详细的调查。在1830年代苏格兰植物学家罗伯特•布朗发现了细胞核,和两个德国科学家,马蒂亚斯·j·Schleiden和西奥多·施万独立地得出,细胞是所有生命的基础,一个视图称为细胞学说。Rudolf Virchow另一个德国科学家在1858年表示,所有细胞发展从以前现有细胞。在19世纪晚期,修复技术和染色组织保存细胞为密集的研究开辟了道路。
科学家们使用各种显微镜来研究细胞。光学、光显微镜使用光束和光学镜片观察标本。亮场光学显微镜,背景是明亮的,放大的约1000所能达到的水平。电子显微镜,最早在20世纪早期,使用磁场来控制一束电子(带负电荷的粒子)来得到一个形象。电子显微镜可以产生一个图像放大一百万的力量,让生物学家研究细胞的结构和内容以极细的规模。(另请参阅生物化学;生物学。)
