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細胞
 

細胞 (英文名:cell)並沒有統一的定義,比較普遍的提法是:細胞是生物體基本的結構和功能單位。已知除病毒之外的所有生物均由細胞所組成,但病毒生命活動也必須在細胞中才能體現。

一般來說,細菌等絕大部分微生物以及原生動物由一個細胞組成,即單細胞生物,高等植物與高等動物則是多細胞生物。細胞可分為原核細胞、真核細胞兩類,但也有人提出應分為三類,即把原屬於原核細胞的古核細胞獨立出來作為與之並列的一類。研究細胞的學科稱為細胞生物學。

細胞體形極微,在顯微鏡下始能窺見,形狀多種多樣。主要由細胞核細胞質構成,表面有細胞膜。高等植物細胞膜外有細胞壁,細胞質中常有質體,體內有葉綠體和液泡,還有線粒體。動物細胞無細胞壁,細胞質中常有中心體,而高等植物細胞中則無。細胞有運動、營養和繁殖等機能。

中文名稱:細胞

定義:能進行獨立繁殖的有膜包圍的生物體的基本結構和功能單位。一般由質膜、細胞質和核(或擬核)構成,是生命活動的基本單位。

英文名稱:cell

應用學科:細胞生物學(一級學科);總論(二級學科)

發現歷史

 

絕大多數細胞都非常微小,超出人的視力極限,觀察細胞必須用顯微鏡

1665年羅伯特•虎克(是物理學家:在物理學研究方面,他提出了描述材料彈性的基本定律-虎克定律,且提出了萬有引力的平方反比關係。在機械製造方面,他設計製造了真空泵,顯微鏡和望遠鏡,並將自己用顯微鏡觀察所得寫成《顯微術》一書,細胞一詞即由他命名。在新技術發明方面,他發明的很多設備至今仍然在使用。除去科學技術,胡克還在城市設計和建築方面有着重要的貢獻。1677年至1683年就任英國皇家學會秘書並負責出版會刊。學會的工作條件使他在當時自然科學的前沿(如機械儀器改制、彈性、重力、光學,乃至生物、建築、化學、地質等方面)做出了自己的貢獻。1676年,胡克發表了著名的彈性定律。)提出細胞在觀察軟木塞的切片時看到軟木中含有一個個小室而以之命名的。其實這些小室並不是活的結構,而是細胞壁所構成的空隙,但細胞這個名詞就此被沿用下來。羅伯特•虎克第一個觀察到了死細胞。

1677年列文•胡克用自己製造的簡單顯微鏡觀察到動物的「精蟲」時,並不知道這是一個細胞。列文•胡克第一個觀察到了活細胞。

1827年貝爾發現哺乳類動物的卵子,才開始對細胞本身進行認真的觀察。

對於研究細胞起了巨大推動作用的是德國生物學家施萊登施旺

1838年施萊登描述了細胞是在一種粘液狀的母質中,經過一種像是結晶樣的過程產生的,並且把植物看作細胞的共同體。在他的啟發下施萬堅信動、植物都是由細胞構成的,並指出二者在結構和生長中的一致性,

 

1867年德國植物學家霍夫邁斯特和1873年的施奈德分別對植物和動物比較詳細地敘述了間接分裂;德國細胞學家弗萊明1882年在發現了染色體的縱分裂之後提出了有絲分裂這一名稱以代替間接分裂,霍伊澤爾描述了在間接分裂時的染色體分布;在他之後,施特拉斯布格把有絲分裂劃分為直到現在還通用的前期、中期、後期、末期;他和其他學者還在植物中觀察到減數分裂,經過進一步研究終於區別出單倍體和雙倍體染色體數目。

與此同時,捷克動物生理學家浦肯野提出原生質的概念;德國動物學家西博爾德斷定原生動物都是單細胞的。德國病理學家菲爾肖在研究結締組織的基礎上提出「一切細胞來自細胞」的名言,並且創立了細胞病理學。

從19世紀中期到20世紀初,關於細胞結構尤其是細胞核的研究,有了長足的進展。

1875年德國植物學家施特拉斯布格首先敘述了植物細胞中的着色物體,而且斷定同種植物各自有一定數目的着色物體;1880年巴拉涅茨基描述了着色物體的螺旋狀結構,翌年普菲茨納發現了染色粒,

1888年瓦爾代爾才把核中的着色物體正式命名為染色體。

1891年德國學者亨金在昆蟲的精細胞中觀察到X染色體,

1902年史蒂文斯威爾遜等發觀了 Y染色體。

1900年重新發現孟德爾的研究成就後,遺傳學研究有力地推動了細胞學的進展。美國遺傳學家和胚胎學家摩爾根研究果蠅的遺傳,發現偶爾出現的白眼個體總是雄性;結合已有的、關於性染色體的知識,解釋了白眼雄性的出現,開始從細胞解釋遺傳現象,遺傳因子可能位於染色體上。細胞學和遺傳學聯繫起來,從遺傳學得到定量的和生理的概念,從細胞學得到定性的、物質的和敘述的概念,逐步產生出細胞遺傳學。

此外,發現了輻射現象、溫度能夠引起果蠅突變之後,因突變的頻率很高更有利於染色體的實驗研究。輻射之後引起的各種突變,包括基因的移位、倒位及缺失等都司在染色體中找到依據。利用突變型與野生型雜交,並且對其後代進行統計處理可以推算出染色體的基因排列圖。廣泛開展的性染色體形態的研究,也為雌雄性別的決定找到細胞學的基礎。

20世紀40年代後,電子顯微鏡得到廣泛使用,標本的包埋、切片一套技術逐漸完善,才有了很大改變。開始逐漸開展了從生化方面研究細胞各部分的功能的工作,產生了生化細胞學。[1]

細胞結構

 

1.細胞壁(Cell Wall) 【動物細胞沒有】

位於植物細胞的最外層,是一層透明的薄壁。它主要是由纖維素果膠組成的,孔隙較大,物質分子可以自由透過。細胞壁對細胞起着支持和保護的作用。

2.細胞膜(Cell Membrane)

細胞壁的內側緊貼着一層極薄的膜,叫做細胞膜。這層由蛋白質分子和磷脂雙層分子組成的薄膜,水和氧氣等小分子物質能夠自由通過,而某些離子和大分子物質則不能自由通過,因此,它除了起着保護細胞內部的作用以外,還具有控制物質進出細胞的作用:既不讓有用物質任意地滲出細胞,也不讓有害物質輕易地進入細胞。

3.細胞質(Cytoplasm)

細胞膜包着的黏稠透明的物質,叫做細胞質。在細胞質中還可看到一些帶折光性的顆粒,這些顆粒多數具有一定的結構和功能,類似生物體的各種器官,因此叫做細胞器。例如,在綠色植物的葉肉細胞中,能看到許多綠色的顆粒,這就是一種細胞器,叫做葉綠體。綠色植物的光合作用就是在葉綠體中進行的。

4.細胞核

細胞質里含有一個近似球形的細胞核(nucleolus),是由更加黏稠的物質構成的。細胞核通常位於細胞的中央,成熟的植物細胞的細胞核,往往被中央液泡推擠到細胞的邊緣。細胞核中有一種物質,易被洋紅、蘇木精、甲基綠等鹼性染料染成深色,叫做染色質(chromatin)。生物體用於傳種接代的物質即遺傳物質,就在染色質上。 細胞核的機能是保存遺傳物質,控制生化合成和細胞代謝,決定細胞或機體的性狀表現,把遺傳物質從細胞(或個體)一代一代傳下去。但細胞核不是孤立的起作用,而是和細胞質相互作用、相互依存而表現出細胞統一的生命過程。細胞核控制細胞質;細胞質對細胞的分化、發育和遺傳也有重要的作用。

種類及功能

 

人體細胞分為四大組織,分別是:上皮組織、結締組織、肌肉組織、神經組織。[2] 1、上皮組織:是由密集的細胞和少量的細胞間質組成,在細胞之間又有明顯的連接複合體。一般細胞密集排列呈膜狀,覆蓋在體表和體內各種器官、管道、囊、腔的內表面及內臟器官的表面。上皮組織具有保護、吸收、排泄、分泌、呼吸等作用。

2、結締組織:是由多種細胞和大量的細胞間質構成的。細胞的種類多,分散在細胞間質中。細胞間質有液體、膠狀體、固體基質和纖維,形成多樣化的組織。其具有支持、保護、營養、修復和物質運輸等功能。

3、肌肉組織:主要由收縮性強的肌細胞構成,一般細胞排列呈柱狀。其主要機能是將化學能轉變為機械能,使肌纖維收縮,機體進行各種運動。

4、神經組織:由神經元和神經膠質細胞組成。神經元具有高度發達的感受刺激和傳導興奮的能力。神經膠質細胞有支持、保護、營養和修補等作用。神經組織是組成腦、脊髓以及周圍神經系統其他部分的基本成分,它能接受內外環境的各種刺激,並能發出衝動聯繫骨骼肌和機體內部臟器協調活動。

分裂與分化

 

分裂

一個細胞分裂為兩個細胞的過程。分裂前的細胞稱母細胞,分裂後形成的新細胞稱子細胞。細胞分裂通常包括核分裂和胞質分裂兩步。在核分裂過程中母細胞把遺傳物質傳給子細胞。在單細胞生 物中細胞分裂就是個體的繁殖,在多細胞生物中細胞分裂是個體生長、發育和繁 殖的基礎。[3]

分化

細胞的分化是指分裂後的細胞,在形態,結構和功能上向着不同方向變化的過程。細胞分化是形成不同的組織,分化前和分化後的細胞不屬於一類型。那些形態的相似,結構相同,具有一定功能的細胞群叫做組織。不同的組織,按一定的順序組成器官。各種器官協調配合,形成系統。各種器官和系統組成生命體。細胞的癌變是細胞的一種不正常的分化方式。每個正常細胞細胞核內都有原癌基因。發生癌變的細胞原本是正常細胞,由於受到外界致癌因子(致癌因子包括物理致癌因子,主要指輻射,如紫外線X射線等 ),化學致癌因子(例如黃麴黴毒素亞硝酸鹽等 ),生物致癌因子(Rous肉瘤病毒、乙肝病毒等)作用,導致細胞內原癌基因被激活,激活的原癌基因控制細胞發生癌變。

癌變的細胞在細胞形態、結果、功能上都發生了一定的變化。

屬性特徵

大小

原核細胞直徑平均: 1~10μm;

真核細胞直徑平均: 3~30μm;

某些不同來源的細胞大小變化很大:

人卵細胞:直徑0.1mm;鴕鳥卵細胞:直徑5cm;

同類型細胞的體積一般是相近的,不依生物個體的大小而增大或縮小;

器官的大小主要決定於細胞的數量,與細胞的數量成正比,而與細胞的大小無關,這種現象被稱為「細胞體積的守恆定律」。

共性

1.所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質及糖被構成的生物膜(注意 :癌細胞無糖被,容易遊走擴散),即細胞膜。

2.所有的細胞都含有兩種核酸:即DNA與RNA。

 

3.作為遺傳信息複製與轉錄的載體。

4.作為蛋白質合成的機器─核糖體,毫無例外地存在於一切細胞內。核糖體,是蛋白質合成的必須機器,在細胞遺傳信息流的傳遞中起着必不可少的作用。

5.基本上所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂。(少數不是,如藍藻的有些種類從老細胞內產生新細胞)

6.部分細胞能進行自我增殖和遺傳(高度分化的細胞無法自我增殖。)

7.新陳代謝

8.細胞都具有運動性,包括細胞自身的運動和細胞內部的物質運動。

註:病毒不具有細胞結構。

相關視頻

1、最全細胞知識

2、細胞核的結構

外部連結

參考來源

  1. 細胞發現史及爭議,科學網,2019-4-10
  2. 人體所有細胞及分類 類型怎麼分,快資訊網,2019-03-16
  3. 細胞分裂過程示意圖,快資訊網,2019-10-18