经典解剖 | ​最小的生命单位:细胞

最小的生命单位是细胞。生物可分为单细胞生物,即原生动物(protozoa)和多细胞生物,称后生动物(metazoa)。人类细胞大小5~200μm不等,生命周期也各不相同。某些细胞仅能存活几天,如血液中的粒细胞,有的可伴随人的一生,如神经细胞。

每个细胞被细胞膜包绕,由细胞质(1,cytoplasma)和含有核仁小斑(3,nucleoli)的细胞核(2,nucleus)组成。细胞核膜(4)将细胞核与细胞质隔开。

细胞质

细胞质由三个不同的部分组成:

1.透明质(基质)

2. 在透明质内形成较晚,不同类型的细胞由其特有的结构组成,如原纤维等。

3.副质 包括与细胞的代谢有关的包含物。

透明质(hyaloplasm)具有高度分化的超微结构。活体细胞的透明质在光镜下不显示任何结构,但死亡固定的细胞在显微镜下显示出由于固定剂的作用而产生的丝状物和颗粒。

电子显微镜显示细胞质被三层膜(5,细胞膜,cytolemma)包绕。细胞质内含细胞器,细胞器包括密度不等的、三维网状物,即内质网(6,endoplasmic reticulum)。内质网由微泡和微管组成,呈现无颗粒或有颗粒(6)的排列。细小的微粒称核糖体(由于它们含有大量核糖核甘酸),位于颗粒内质网双层膜的表面,形成颗粒状的外观。

在细胞质内,其他大小不同的结构有过氧化物酶体、色素细胞质体,如溶酶体(7,lysosomes)。

细胞质的基质含有许多具有种种独特功能的细胞器,包括中心粒(8,centrioles)、线粒体(9,mitochondria)、高尔基体(10,Golgi apparatus)、微丝(filaments)和基体(kinetosomes)。

中心粒又称中心体,通常为成对的颗粒状结构(双心体),能分离。它们位于中心质内,靠近细胞核,并与细胞核一起共同形成微中心(microcenter)。线粒体(9)呈丝状,最大长度6μm,并能以迂曲和旋转的方式运动。线粒体的数量和大小依细胞的类型或功能状态而异。线粒体代表细胞能量的产生,由蛋白质、类脂化合物和核苷酸组成,此外还含有酶。

高尔基体(10)由数个网体(高尔基区)构成,每个网体由一堆5~10个扁平的碗状小囊(扁平囊泡)构成。

在动纤毛的根部可见基体。

副质(paraplasm)由蛋白质、碳水化合物、脂肪和类脂化合物(11)组成。这些物质以颗粒、小滴或晶体的形式存在,部分为营养物质,部分为贮存物质。不同的细胞,其外观不同。黑色素(12,melanin)属于副质。碳水化合物以糖原(13,glycogen)形式存在于许多细胞,尤其在肝细胞内。

细胞核

细胞核(A,nucleus)对于活体细胞来说是必须的。正常的细胞有一个或多个细胞核。在活体细胞,由于细胞核有很强的折光能力,所以通常可观察到。纤细的、双折射的核膜(A1)将细胞核与细胞质隔开。被固定细胞的细胞核内出现网状结构;在两次细胞分裂之间的间期核(interphase nucleus,也称静止核)其核酸成分称染色质(A2,chromatin),染色质携带遗传物质。在分裂核,染色质则形成染色体(chromosomes)。

核体(A3),即核仁(nucleolus)由蛋白质和大量的核糖核酸(RNA)组成。核仁的数目和大小在不同的细胞明显不同。在活动的细胞(仅见于女性),有一个特殊的染色质核仁,即性染色质(B4,sexchromatin)位于核膜或核仁附近。可根据性染色质来判断一个细胞的性别,从而决定个体的性别。性染色质在白细胞(粒细胞)中特别容易观察到,在粒细胞中呈鼓槌状突起。要诊断为女性,在500个粒细胞中至少应观察到6个鼓槌状突起。

细胞的生命功能

每一个细胞表现出新陈代谢活动(metabolic activity),新陈代谢活动可分为合成代谢和分解代谢。合成代谢是细胞同化已吸收的物质,并用合成的方法合成细胞自身的组成物质。分解代谢包含需要维持当前细胞功能的过程。

在细胞内氧化的全过程称为细胞呼吸(cell respiration)。细胞能够运动。常见的运动形式有细胞质的流动或线粒体在细胞内的运动和由伪足开始的变形运动,细胞体随之运动。在体内“游走”的细胞称游走细胞(wandering cells)。也有的运动是由细胞表面的纤毛引起的。纤毛由能运动的纤丝(动纤毛)组成。许多纤毛细胞排成一层(纤毛上皮,ciliated epithelium),其纤毛的运动可产生“纤毛液流”。纤毛起自位于细胞表层深面的基体。如果一个细胞仅有一个大而强壮的纤毛,此纤毛称做鞭毛(flagellum)。

增殖(multiplication)由细胞分裂产生。细胞分裂有三种形式:有丝分裂、成熟分裂和无丝分裂。每个细胞分裂包括细胞核由间期核变为分裂核,使核分裂。当核分裂时,染色体显现,并以独特的方式移动(有丝分裂)。有丝分裂(mitosis)的过程可分为不同的时期:前期(C)、前中期(D)、中期(E)、后期(F、G)、末期(H)和重建期,此时两个子细胞的核恢复到细胞间期(静止期)。成熟分裂(meiosis)是一种减数分裂,在分裂中,染色体的配子是一半(单倍体)。此种分裂发生在男性和女性的性细胞准备受精的过程之中的第1次和第2次成熟分裂。

无丝分裂(amitosis)过程中,细胞核出现缢痕,染色质也未形成可见的染色体。虽然染色质的分配过程不清楚,但这种分裂可发展至细胞分裂。

详细描述可查阅Leonhardt,H. :人体组织学、细胞学和显微解剖学,第8版,Thieme,Stuttgart 1990.

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