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02细胞的结构
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所有真核细胞都具有相同的基本结构,包括位于细胞外围的细胞膜、位于内部的细胞质以及悬浮于细胞质中的多种细胞器。
细胞器由生物膜包被,各自行使着独特的功能,其中含有DNA的细胞核是细胞器的一个主要成员。
与真核细胞相比,细菌等原核生物具有与之相类似的结构体系,但原核生物的组成结构相对简单,体积也仅为真核细胞的千分之一左右。
细菌的细胞膜与真核细胞的相同,均由脂质双分子层构成(这一点将在下面的内容中进行讨论)。
细菌的分子装置,如用于蛋白质组装的核糖体,其功能也与真核生物的大致相同。
此外,细菌有着鞭毛等一类特化的细胞结构,用于维持自身的运动特性,并可能具有内膜结构,如参与助浮作用的气泡等。
然而,细菌细胞中的DNA仅以单条环状分子的形态悬浮于细胞质中,而无相对独立的细胞核区域,这一点与真核细胞有所不同。
细胞膜
所有细胞都由细胞质膜所包被。
细胞质膜作为屏障,可将细胞与周围其他细胞及外界环境隔开。
虽然细胞膜通常是细胞边界的标志,但单细胞生物(包括细菌)的细胞膜外常常还存在一些附加结构。
此外,植物细胞的最外围结构也并非细胞膜,而是由纤维素所构成的刚性细胞壁(图4)。
经过一个多世纪的研究,人们已经了解到细胞膜由脂质分子和蛋白质构成,其成分十分复杂,且具有动态变化的特征。
细胞质膜的基本结构为脂质双分子层,虽然其厚度极薄,却极坚韧而富有弹性,同时具有一定的通透性,允许细胞与周围环境实现持续的分子交换。
细胞的物质交换依赖于水分子在多因素调控下的持续性进出。
在这一过程中,可溶性分子如氧气被带入细胞,而代谢产物如二氧化碳则被排出至细胞外。
一些分子较大的外界物质可以通过细胞膜的内吞作用进入细胞,这一过程被称为胞吞(phagocytosis),其相反的过程则被称为胞吐(exocytosis)。
在胞吐过程中,即将被排出细胞外的物质可被包膜的小泡所包裹。
当小泡到达细胞内表面时,小泡膜与细胞质膜相融合,细胞便可在不破坏细胞质膜完整性的前提下将内容物释放至胞外。
细胞质膜每小时均会“翻转”
(替换)一次,细胞膜的动态变化特性正体现于此。
图4植物细胞切片
图中显示了植物细胞与动物细胞的主要区别:植物细胞具有细胞壁、含有淀粉颗粒(star,SG)的叶绿体,以及位于细胞中心区域的大液泡
最早关于细胞膜特性的探究可以追溯到19世纪末,彼时阿格尼斯·波克尔斯(AgnesPockels)在德国的一张餐桌上进行了一系列脂质与水相互作用的实验。
阿格尼斯将油倒入盛有水的平皿中,通过研究油的变化特点发现了杂质对**表面张力的影响。
随后,阿格尼斯将她的研究结果寄给了雷利勋爵(Lh),并给其留下了非常深刻的印象。
1891年,在雷利勋爵的帮助下,这一结果成功发表在科学期刊《自然》上。
1932年,在纽约工作的欧文·朗缪尔(IrvingLangmuir)因发现了脂质在水中扩散后可形成单一朝向的单分子层,而获得了当年的诺贝尔化学奖。
该现象的原因在于脂质分子的一端与水亲和(亲水性),而另一端则与水相斥(疏水性)。
脂质分子的结构类似于老式的木制晾衣夹子,其头部对应了亲水端,两条腿则代表着疏水端。
当所有“夹子”
漂浮于水面上时,其头部全部朝下与水相亲和,腿部则全部朝上,最终形成单层的分子结构。
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