细胞是人体和其他生物体结构和功能的基本单位。人体细胞的大小不一,形态各 异,往往与细胞的功能有关。如能收缩的肌细胞呈梭形,传导冲动的神经细胞有长的突
根据光学显微镜观察,细胞包括细胞膜、细胞质和细胞核。电镜下看到细胞内部还有 多种重要的超微结构。
一、细胞膜
细胞膜又称质膜。细胞的正常功能活动,是建立在通过细胞膜进行的物质交换的基础 上的。激素或神经递质等化学物质,以及进人体内的某些药物或异物等,很多都是首先作 用于细胞膜,然后再影响细胞内的生理过程。因此,细胞膜不但是细胞与环境之间的屏障, 也是细胞与环境之间进行物质交换、信息传递的门户。
(一)细胞膜的化学组成和分子结构
在电镜下,细胞膜可分为内、中、外三层结构。这样三层结构的膜不仅见于各种细胞的 表面,亦见于细胞内的各种膜性结构,如内质网膜、线粒体膜等„因此,这种膜被认为是细 胞中普遍存在的一种基本结构形式,称为单位膜或生物膜。
生物膜是以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质。细 胞膜脂质膜的脂质分子中,以磷脂为主,其次是胆固醇等。所有的膜脂都是一些双嗜性分 子。由于疏水性基团受到具有极性的水分子的排斥。于是形成脂质分子的亲水性极性基 团朝向膜内、外两侧的水溶液,而它们的疏水基团则朝向膜的内部,从而构成脂质双分子
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层•脂质的熔点较低,在正常体温条件下是液晶态,细胞膜具有流动性,镶嵌在细胞膜上的 蛋白质可在腆内发生构型的变化而被激活。
细胞膜的蛋白质主要是镶嵌在脂质双分子层之间的球形蛋白质,称为镶嵌蛋白质。根 据膜蛋白的功能,大致将其归为几类:①与细胞膜的物质转运功能有关的蛋白质,如载体、 通道和离子泵等;②与“辨认”和“接受”细胞环塊中特异的化学性刺激有关的蛋白质,统称 为受体属于酶类的膜蛋白质,如几乎所有细胞膜内侧面都有腺苷酸环化酶;④与细胞的 免疫功能有关的膜蛋白质。此外,还有大量尚不确知其功能的膜蛋白质。细胞膜亦含有少 量的寡糖或多糖,它们和膜内的脂质和蛋白质结合成糖脂和糖蛋白。糖脂和糖蛋白的糖链 部分,几乎都裸餺于膜的外表面。由于组成这‘糖链的单糖在排列顺序上有差异,这就成 为细胞特异性的“标志”。例如在人的ABO血型系统中,红细胞膜上是A凝集原还是B凝 集原,其差别仅在于膜糖脂的糖链中一个糖基的不同。
(二)
细胞縝的物质转运功能
1. 单纯扩散指小分子的脂溶性物质,通过膜的脂质分子间隙,由膜的浓度髙的一侧 向浓度低的一侧移动的现象。移动董的大小取决于该物质分子的浓度梯度和膜对其通透 性。带电离子的移动还取决于离子所受的电场力。能够通过细胞膜进行单纯扩散的物质 并不多,目前能肯定的只有a* ca等气体,以及脂溶性小分子物质。
2. 易化扩散不溶于脂质或很难溶于脂质的某些物质,在细胞膜特殊蛋白质的帮助下 顺浓度差扩散的过程•因此,称之为易化扩散。易化扩散主要分为两种类型。
一种是以所谓“载体”为中介的易化扩散,葡萄糖、氨基酸顺浓度差通过细胞膜就属于 这种类型。
另一种是以所谓“通道”为中介的易化扩散。“通道”也是镶嵌在细胞膜内的一种蛋白 质,称通道蛋白质,简称“逋道'通道蛋白质最重要的特性,是随着其构型的变化,功能状 态发生改变。根据导致通道开关的条件将通道分为:①电压依从(门控)性通道,这类通道 的开关取决于通道蛋白所在膜两侧的电位差。细胞膜上的某些离子通道即属于此类。② 化学依从性通道,这类通道的开关取决于膜所在的环境中存在的化学物质(如递质、激素或 药物等)。有些离子通道属于此类。
单纯扩散和易化扩散的共同特点是:物质分子或离子都是顺浓度差和顺电位差移动; 物质转移所需能量来自溶液浓度差所包含的势能,因而当时不需要细胞另外供能。这样的 转运方式称为被动转运,
3. 主动转运主动转运是指细胞膜将物质分子或离子从浓度低的一侧向浓度髙的一 侧转运的过程。在这个过程中,需要消耗细胞代谢产生的能量。通过细胞膜主动转运的物 质有、CH等离子和葡萄糖、氨基酸等分子。其中最重要而且研究较 充分的是Na
+、K
+的主动转运。
各种细胞的细胞膜上普遍存在着一种称为钠钾泵的结构,简称钠泵•在细胞代谢供能 的情说下,钠泵能够逆浓度差将细胞内的Na+移出膜外,同时将细胞外的K+移入膜内,以 形成和保持Na
+、K
+在膜两侧的不均衡分布。现已证明,钠泵就是镶嵌在膜脂质双分子层 中的一种膜蛋白质。这种蛋白质不仅有转运物质的功能,而且具有三磷腺苷酶的活性, 当它被激活时可以分解三磷腺苷(ATP)释放能量,并利用此能量进行Na+、K+的主动 转运。
帮;和
钠泵广泛存在于各种细胞膜上。据估计,一般细胞把物质代谢能量的
2〇%〜
3〇%用于 钠泵的转运。钠泵活动最重要的意义在于它建立起一种势能储备,供细胞的其他耗能过程 利用。例如Na+、K+在膜两侧的不均匀分布,是神经和肌肉等组织具有兴奋性的基础。
主动转运是人体最重要的物质转运形式,除钠泵外,还有钙泵、氢泵、负离子泵、碘
泵等。
—些大分子物质或物质团块进出细胞是通过细胞的人胞和出胞形式来实现的。淳涉 及细胞膜结构和功能发生较大的变化。
(三)细胞膜的受体功能
细胞环境中各种因素的变化,是通过细胞膜受体的作用而影响细胞的生理功能的。受 体蛋白质一般由两个亚单位组成:裸露于细胞膜外表面的部分叫调节亚单位,即一般所说 的受体,它能“识别”环境中的特异化学物质(如激素、神经递质、抗原、药物等)并与之结合; 裸露于细胞内表面的部分叫催化亚单位,常见的是无活性的腺苷酸环化酶(AC)。当某一配 体与其耙细胞膜上的特异性受体结合时,调节亚单位构型变化,随即激活膜上的AC,在 M
g2+存在的条件下,AC催化细胞内一系列生物化学反应,进而引起靶细胞生理功能的改 变。也有的膜受体与配体结合后并不继发生化学反应,而是通过改变细胞膜对离子的通透 性而产生生理效应。
二、细胞质
细胞膜和细胞核之间的部分为细胞质,包括细胞器和基质。基质在活体细胞为透明胶 状物,其中有许多具有一定形态结构的细胞器;光镜下有线粒体、髙尔基复合体、中心体等; 电镜下有内质网、核糖体、溶酶体和细胞的骨架结构微管、微丝等。这些细胞器与细胞的物 质和能量代谢、细胞的增殖、运动和正常结构和功能的维持等都有直接关系。
三、细胞核
人体除红细胞外都有细胞核,一个细胞一般只有一个核。细胞核内的主要组分是核仁 和染色体。核仁是细胞合成蛋白质的场所。
染色质或染色体:光镜下见到的核内被碱性染料着色的块状或颗粒状物质,称染色质。 染色质的基本化学成分是脱氧核糖核酸(简称DNAI和组蛋白。染色质和染色体实际上是 同一物质在细胞增殖周期的间期和分裂期的不同形态表现。
_分子是遗传信息的载体,其功能主要有:①贮藏、复制和传递遗传信息。遗传信 息就是DNA分子中不同核苷酸的碱基顺序,一定的碱基顺序就是一般所说的基因;不同基 因所含的核苷酸数童和顺序都不同。因此,DNA链上贮藏着大童的遗传信息。DNA分子 能自我复制,形成与自己完全一样的一条DNA;复制后增加一倍的DNA与蛋白质结合成 染色质纤维,并在细胞有丝分裂时,螺旋、折叠成染色体,两套染色体被平均地分配到两个 子细胞。这样,DNA链上贮藏的遗传信息就全部传给了子代细胞;②控制细胞合成各种蛋 白质。合成的蛋白质具有不同的功能,从而使机体表现出形态和功能的各种特征。即储存 的各种遗传信息通过控制蛋白质的合成而表达为各种遗传性状。