细胞的基本结构与功能

更新于 2026年10月10日 版权声明
一、细胞的基本结构与功能

细胞在光学显微镜下(以下简称光镜),结构可分为细胞膜、细胞质、细胞核三部分。

(一)细胞膜

又称质膜,是细胞表面的一层薄膜,主要由类脂、蛋白质和糖类构成。光镜下细胞膜难以分辨。在电子显微镜下(以下简称电镜),细胞膜呈两暗夹一明的3层结构,称单位膜。

1.细胞膜的分子结构 目前比较公认的是“液态镶嵌模型”学说,该学说认为:单位膜以液态的脂质双分子层为基本骨架,其中镶嵌着各种不同功能的蛋白质,糖类分子与脂质、蛋白质结合后附在膜的表面。

考点提示

细胞膜的物质转运方式。

2.细胞膜的基本功能 细胞膜需要把细胞内外的物质分隔开,构成细胞的屏障,保证细胞内的成分相对独立和稳定,但细胞在进行新陈代谢过程中,需要不断从细胞外液获取营养物质,同时把代谢产物排出细胞外,这些过程都需要物质通过细胞膜,所以细胞膜是一种具有特殊结构和功能的生物膜。常见的物质转运方式主要有:单纯扩散、易化扩散、主动转运和入胞出胞作用。

(1)单纯扩散:脂溶性小分子物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程称为单纯扩散。人体体液中存在的小分子脂溶性物质的数量并不多,因而靠单纯扩散方式进出细胞膜的物质也不多,只有O2、N2、CO2、乙醇、尿素等以单纯扩散的方式进出细胞膜。

(2)易化扩散:非脂溶性物质或脂溶性很小的分子及离子在细胞膜中特殊蛋白质的帮助下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程称为易化扩散。易化扩散根据参与的膜蛋白不同,可分为两种类型:一种是以载体为介导的易化扩散;另一种是以通道为介导的易化扩散。“载体”“通道”都是镶嵌于细胞膜上的特殊蛋白质。

载体能在细胞膜的一侧与被转运物质相结合,通过本身构型改变将物质运至膜的另一侧。载体介导的易化扩散有三个特点:①特异性:即一种载体一般只转运某一种物质,如葡萄糖载体只能转运葡萄糖,氨基酸载体只能转运氨基酸。②饱和性:即当被转运物质增加到一定限度时,转运量不随之增加,这是由于载体数量有限的缘故。③竞争性抑制:即一种载体同时转运两种或两种以上物质时,一种物质浓度增加,将减弱对另一种物质的转运。

通道像贯通细胞内外带有闸门的管道,开放时允许某种离子顺电位梯度或浓度梯度扩散,关闭时转运停止,各种离子的易化扩散主要是通过这种方式进行的。一般情况下,一种通道只允许一种离子通过。通道的开放和关闭受一定的因素控制。根据门控因素的不同,通道可分为电压门控通道、化学门控通道和机械门控通道三种。

单纯扩散和易化扩散都是顺浓度梯度或电位梯度进行的,细胞本身不消耗能量,所以称为被动转运。

(3)主动转运:离子或小分子物质在膜上“泵”的作用下,逆浓度差或逆电位差跨膜转运的过程称为主动转运。泵是细胞膜上一种特殊的镶嵌蛋白质,具有ATP酶的活性,可将细胞内的ATP水解为ADP,并能利用其释放的能量供物质逆浓度差或逆电位差转运。由于此种转运方式细胞需消耗能量,故称为主动转运。

细胞膜上有多种离子泵,最主要的是Na+-K+泵,简称Na+泵,Na+泵实际上是一种Na+-K+依赖式ATP酶。当细胞内Na+浓度增高时和/或细胞外K+浓度增高时,Na+泵就被激活,可将细胞内的Na+运至细胞外,同时细胞外的K+运至细胞内,保证细胞内高K+、细胞外高Na+的生理状态。

(4)出胞和入胞:大分子物质或物质团块进入细胞的过程称为入胞。入胞包括两种类型吞饮和吞噬,液态物质进入细胞称为吞饮,固态物质进入细胞称为吞噬。细胞内大分子物质或物质团块的外排过程称为出胞。如细胞代谢产物的排出、腺细胞分泌物的分泌及神经纤维末梢突触小泡内神经递质的释放都属于出胞作用。

(二)细胞质

细胞质由基质、细胞器和内含物组成。

1.基质 是一种无定型的胶状物质,主要含有水、无机盐、脂类、糖类、蛋白质等,是细胞质内有形成分的生活环境及物质代谢的重要场所。(https://www.daowen.com)

2.细胞器 是指悬浮于细胞质基质中的有形成分,具有一定的形态结构,执行一定的生理功能。

(1)线粒体:是一种膜性细胞器,除成熟红细胞外,普遍存在于各种细胞中。光镜下,线粒体呈线状或颗粒状;电镜下,呈椭圆形,由内外两层单位膜构成。外膜平整光滑,内膜内褶形成线粒体嵴,其中含有多种酶。线粒体的功能主要是氧化分解细胞内的营养物质,产生能量(ATP)。

(2)核糖体:是一种非膜性结构。电镜下呈椭圆形小体,由RNA和蛋白质构成。核糖体以两种形式存在:一种游离于细胞质内,称游离核糖体;另一种附着在内质网上,称附着核糖体。两种核糖体均为合成蛋白质的场所。游离核糖体主要合成结构蛋白,附着核糖体主要合成分泌蛋白。

(3)内质网:是由一层单位膜围成的囊状或小管状结构。根据其表面有无核糖体附着,可分为粗面内质网和滑面内质网。粗面内质网与蛋白质合成有关;滑面内质网与糖原、脂类代谢及固醇类激素的合成有关。

(4)高尔基复合体:由一层单位膜构成。在光镜下,呈网状结构;电镜下,可分为扁平囊泡、小泡和大泡三部分,故称复合体。高尔基复合体可以对蛋白质进行加工,还跟溶酶体的形成有关。

(5)溶酶体:是由一层单位膜围成的小体,内含多种酸性水解酶,具有极强的消化分解物质的能力,可以消化分解细胞内衰老的细胞器和细胞所吞噬的异物,因此在巨噬细胞、单核细胞及中性粒细胞中含量较多。

(6)微体:又称过氧化物酶体,是由一层单位膜包裹的圆形或卵圆形小体,内含多种酶。其主要作用是消除对细胞有害的H2O2,对细胞起保护作用。

(7)细胞骨架:包括微管、微丝和中间丝,它们构成细胞支架,维持细胞的形状,参与细胞运动和细胞分裂。

(8)中心体:成对出现,由两个互相垂直的中心粒形成,其位置接近细胞中央,参与细胞的分裂。

3.内含物 不是细胞器,而是一些代谢产物或细胞贮存的物质,如脂滴、糖原、吞噬体等。

(三)细胞核

细胞核是细胞中最大的细胞器,是细胞遗传和代谢活动的控制中心。除成熟的红细胞外,所有细胞都具有细胞核。人体细胞通常只有一个核,但也可有两个核(如干细胞),甚至多个核(如骨骼肌细胞)。在电镜下观察,细胞核主要由核膜、核仁、染色质和核基质构成。

1.核膜 为核表面的双层单位膜。膜上有核孔,是细胞核和细胞质之间进行物质交换的通道。核膜包围染色质及核仁构成核内环境,可以保证遗传物质的稳定性,有利于细胞核完成其各种生理功能。

2.核仁 一般呈球形,无膜包被,主要成分是RNA和蛋白质。主要功能是加工和部分装配核糖体亚单位,是合成核糖体的场所。

3.染色质与染色体 染色质主要成分是脱氧核糖核酸(DNA)和蛋白质。在细胞分裂间期,染色质分散成网状;分裂期时,染色质螺旋凝集成染色体。染色质与染色体是同一物质在不同时期的不同表现形式。

人体细胞有46条染色体,组成23对。其中22对为常染色体;1对为性染色体,决定人类的性别,在男性为XY,在女性为XX。

4.核基质 是一种黏稠液体,含水、无机盐、酸性蛋白质等,其中酸性蛋白质构成核内骨架。

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