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细胞质

细胞质 细胞质(cytoplasm)又称胞浆,是一种使细胞充满的凝状物质,由细胞质基质、膜系统、细胞架和包涵物组成。细胞质包括基质、细胞器和包含物,在生活状态下为透明的状物,是生命活动的要场所。基质指细胞质呈液态的部分,是细胞质的基本成分,要含有多种可溶性酶、糖、无机盐和水等。细胞器是分布于细胞质、具有一定态、在细胞生理活动中起重要作用的结构细胞质在细胞有着重要的角色,就是用作“分......
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物种起源

1665英国人RobertHook用自己设计与制造的显微镜(放大倍数为40-140倍,图1-1)观察了软木(栎树皮)的薄,第一次描述了植物细胞的构造,并首次用拉丁文cella(小室)这个词来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封状小室(实际上只是观察到到纤维质的细胞壁)。

1672,1682英国人NehemaihGrew出版了两卷植物显微图谱,注意到了植物细胞中细胞壁细胞质的区

1846德国人H.vonMohl研究了植物原生质,发表了“identifiesprotoplasmasthesubstanceofcells”。

1865德国人J.vonSuchs发现绿体。

1868英国人T.H.Huxley在爱丁堡作题为“生命的物质基础”(thephysicalbasisoflife)的演讲报告时首次把原生质的概念介绍给了英国公众。

1882德国人E.Strasburger提出细胞质(cytoplasm)和核质(nucleoplasm)的概念。

1898意大利人C.Golgi用银染法观察高尔基体

50年代就有人看到绿体中有呈孚尔反应的颗粒存在,推测其中可能有DNA。

1962年,Ris和Plant用电镜观察衣藻,玉米植物绿体超薄切,发现在基质中电子密度较低的部分有20.5nm左右的细纤维.用DNA酶处理时消失,明是DNA。

基本简介

细胞质细胞质(cytoplasm)是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。细胞质要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种养物和大分子的单体等,少数细菌还有类囊体、羧酶体、或伴孢晶体等。细胞质基质又称胞质溶,是细胞质中均质而半透明的体部分,充填于其他有结构之间,是细胞质的基本成分,要含有多种可溶性酶、糖、无机盐和水等。细胞质基质的要功能是:为各种细胞器维持其正常结构提供所需要的离子环境,为各类细胞器完成其功能活动供给所需的一切物质。细胞质是进新陈代谢的要场所,绝大多数的化反应都在细胞质中进。同时它对细胞核也有调控作用

结构组成

细胞质细胞质(cytoplasm)又称胞浆是由细胞质基质、膜系统、细胞架和包涵物组成。

细胞质包括基质、细胞器和包含物,在生活状态下为透明的状物。

基质指细胞质呈液态的部分,是细胞质的基本成分,要含有多种可溶性酶、糖、无机盐和水等。

细胞器是分布于细胞质、具有一定态、在细胞生理活动中起重要作用的结构。它包括:线粒体绿体、质网、网器、高尔基体溶酶体微丝微管、中粒、核糖体等。

胞质溶胶

细胞质基质又称胞质溶(cytosol)是细胞质中均质而半透明的体部分,充填于其它结构之间。细胞质基质的化组成可其分子量大小分为三类,即小分子、中等分子和大分子。小分子包括水、无机离子;属于中等分子的有脂类、糖类、氨基酸、核苷酸及其衍生物等;大分子则包括多糖、蛋白质、脂蛋白和RNA等。细胞质基质的要功能是:为各种细胞器维持其正常结构提供所需要的离子环境,为各类细胞器完成其功能活动供给所需的一切底物,同时也是进某些生化活动的场所。

细胞骨架

细胞的特定状以及运动等,均有赖于细胞质蛋白质丝织成的网状结构——细胞架(cytoskeleton)。细胞架是由微管微丝、中间丝和微梁网组成。

微管

(microtubule)是细而长的中空柱状结构。管径约15nm,长短不等,常数排列。微管微管蛋白(thbulin)聚而成。微管蛋白单体为直径约5nm的球蛋白质,它们连成原纤维,13条原纤维纵向平排列围成微管微管有单微管、二联微管和三联做管三种类型。细胞中绝大部分微管为单微管,在低温、Ca2+和水仙素作均下易解聚为微管蛋白,故属于不稳定微管。二联微管要位于纤毛与精子鞭毛中,三联微管参与构成中体和基体,均为稳定微管

微管具有多种功能。微管的支架作用可保持细胞状,如周边部的环微管使其呈双凸盘状,神经细胞的微管支撑其突起,如果加入水仙素使微管解聚,则神经细胞突起缩回。微管参与细胞的运动,如细胞分裂时,由微管组成的纺锤体可使染色体向两极移动,如果加入水仙素则分裂停止于中期,纤毛和鞭毛的摆动、胞吞和胞吐作用、细胞物质的运送都需要微管参与。

微丝

(microfilament)广泛存在于多种细胞中,微丝常成群或成束存在,在一些高度特化的细胞(如细胞),它们能成稳定的结构,但更常见的是成不稳定的束或复杂的网。它们可据细胞周期和运动状态的需要,改变其在细胞态和空间位置,并能够据在细胞的不同状态而聚或解聚。

分布于细胞和非细胞中的微丝分细丝和粗丝两种。细丝(thinfilament)直径约6nm,长约lμm,要由动蛋白(actin)组成,故又称动蛋白丝(actinfilament),通常所说的微丝指此而言。细胞松弛素B能使细丝解聚,从而抑制细胞运动;粗丝(thickfilament)直径侧10~15nm,长约1.5μm,要由球蛋白(myosin)组成,故又称球蛋白丝(myosinfilament)。微丝细胞的恒定结构。在横纹细胞;细丝与粗丝以一定比例(约为2:1)有规则排列成纤维,其收缩机制已明确。平滑细胞细丝与粗丝之比约为15:1,二者的排列不规则。非细胞中一般只能看到细丝,粗丝可能因存在时间短暂,或于电镜标本制备过程中解聚为球蛋白,难于观察到。在某些因素作用下,非细胞中的微丝迅速解策为其结构蛋白;在相反因素作用下,结构蛋白又装配成微丝。其中细丝交联成网以构成细胞架的一部分,并维持细胞质基质的质状态;细丝与粗丝的局部相互作用能发运动。在活跃运动的细胞(要在细胞质周边部)或细胞局部(如伪足),以及需察机械支持的部位(如微绒毛),都有丰富的微丝。因此,微丝除具有支持作用外,还参与细胞的收缩、变运动、细胞质流动、细胞质分裂以及胞吞、胞吐过程。

中间丝

(intermediate filament)又称中等纤维,直径约为8~11nm,介于细丝与粗丝之间,因而得。中间丝可分为五种,各由不同蛋白质构成。在成体中绝大部分细胞仅含有一种中间丝,故具有组织特异性,且较稳定。五种中间丝的态相仿,难于分辨。但用免疫组织法则能将它们区分,从而可进一步分析细胞的类型。

(1)角质蛋白丝(keratin filament): 分布于上皮细胞,在复层扁平上皮细胞尤其丰富,常聚集成束,又称张力丝(tonofilament)。张力丝附着于桥粒(一种细胞连接),能加固细胞间的连接。张力丝除起支持作用外,还有助于保持细胞的韧性和弹性。

(2)结蛋白丝(desmin filament):分布于细胞,在横纹细胞,结蛋白丝所成的细网连接相邻纤维并使位置对齐;在Z膜处,细网包围纤维并与细胞膜连接。在平滑细胞,结蛋白丝连接在密体与密斑之间成立体网架,并与动蛋白丝相连。总之,结蛋白丝作为细胞的细胞架网,发挥固定和机械性整作用。

(3)波蛋白丝(vimentin filament):要存在于成纤维细胞和来自胚胎间充质的细胞。在少数含有两种中间丝的细胞中,波蛋白丝是其中的一种,波蛋白丝要在核周成网架,对核起机械性支持,并稳定其在细胞的位置。

(4)神经丝(neurofilament):存在于神经细胞的胞体与突起中,由神经丝蛋白组成,与微管共同构成细胞架,并协助物质运输。

(5)神经质丝(neurogial filament):要存在于星质细胞,由质原纤维酸性蛋白组成,多聚集成束,交织走于胞体,并伸入突起

微梁网

(microtrabecularlattict)是用超高压电镜等技术在完整细胞中观察到的由直径3~6nm的纤维交织成的立体网架。有人认为它是一种镶嵌在其它纤维系统中的微梁网格。也有人认为,它是微管微丝和中间丝系统紧密联系和交错相插,或是某些被磨

损的细胞架所显示的图像。总之,它仍是一个有争议的结构

内膜系统

膜系统(endomembranesystem)是通过细胞膜的内陷而演变成的复杂系统。它构成各种细胞器(organelle),如质网、线粒体、高尔基复体、溶酶体等。这些细胞器均是互相分隔的封性区室,各具备一套独特的酶系,执着专一的生理功能。

质网

(endoplasmicreticulum,ER)是扁平囊状或管状膜性结构,它们以分支互相成为网,其表面有附着核糖核蛋白s体者称为粗面质网(roughendoplasmicreticulum,RER),膜表面不附着核糖核蛋白体者称为滑面质网(smoothendoplasmicreticulum,SER),两者有通连。

核糖核蛋白体附着在质网上,其要功能是成分泌蛋白质(如免疫球蛋白、消化酶等),但也制造某些结构蛋白质(如膜镶嵌蛋白质、溶酶体酶等)。粗面质网分布于绝大部分细胞中,而在分泌蛋白旺盛的细胞(如浆细胞、腺细胞),粗面质网特发达,其扁囊密集呈层状,并占据细胞质很大一部分空间。一般说来,可据粗面质网的发达程度来判断细胞的功能状态和分化程度。

滑面质网多是管状,仅在某些组胞中很丰富,并因含有不同的酸类而功能各异,①类固醇激素成,在分泌类固醇激素的细胞中;滑面质网膜上有固醇所需的酶系,在此成的固醇再转变为类固醇激素;②脂类代谢,小肠吸收细胞摄入脂肪酸、甘油甘油一酯,在滑面质网上酯化为甘油三酯,细胞摄取的脂肪酸也是在滑面质网上被氧化还原酶分解,或者再度酯化;③解毒作用,细胞的滑面质网含有参与解毒作用的各种酶系,某些外来药物、有毒代谢产物及激素等在此过氧化、还原,水解或结等处理,成为无毒物质排出体外;④离于贮存与调,横纹细胞中的滑面质网又称浆网,其膜上有钙泵,可将细胞质基质中的Ca2+泵入、贮存起来,导致细胞松弛,在特定因素作用下,贮存的Ca2+释出,细胞收缩。底腺壁细胞的滑面质网有氯泵,当分泌盐酸时将CIˉ释放,参与盐酸的成。

高尔基复

(Golgicomplex)由扁平囊、小和大三部分组成,它在细胞中仿分布和数量依细胞的类型不同而异。扁平囊(saccule)有3-10层,平紧密排列构成高尔基复体的体,它有一面常凸超称生成面(formingface),另一面凹陷,称成熟面(maturingface)扁平羹上有孔穿通,并朝向生成面。生成面附近有一些小(vesicle),直径为40~80nm,是由附近粗面质网生而来,将租面质网中成的蛋白质轻运到扁平囊,故小又称运输小。大(vacuole)位于成熟面,是高尔基复体的生成产物,包括溶酶体、分泌等。溶酶体逐渐离高尔基复体而分到细胞各部。分泌互相融,其容物电子密度增高,成为分泌颗粒。在蛋白质分泌旺盛的细胞中高尔基复体发达。高尔基复体对来自粗面质网的蛋白质进加工、修饰、糖化与浓缩,使之变为成熟的蛋白质,如在胰岛B细胞中将前胰岛素加工成为胰岛素。高尔基复体具有多种糖基转移酶,许多蛋白质在此被糖化成糖蛋白。此外,种溶酶也在高尔基复体浓聚成初级溶酶体

溶酶体

(lysosome)为有膜包裹的小体,含多种酸性水解酶,如酸性磷酸酶、组织蛋白酶、原蛋白酶、核糖核酸酶、葡萄糖苷酸和脂酶等,能分解各种源性或外源性物质。它们的最适ph为5.0。不向细胞中的溶酶体不尽相同,(但均含酸性磷酸酶,故该酶为溶酶体的标志酶。溶酶体是否含有被消化物质(底物)可将其分为初级溶酶体(primarylysosme)和次级溶酶体(secondarylysosome)。

(1)初级溶酶体:也称原溶酶体(protolysosome)。一般呈,直径多介于25~50nm近年发现亦有长杆状或缓状溶酶体。其容物呈均质状,电子密度中等或较高不含底物。在少数细胞,如破细胞和炎症部位的中性粒细胞,溶酶体酶可被释放到细胞外发挥水解作用

(2)次级溶酶体:也称吞噬性溶酶体(phagolysosome),是由次级溶酶体和将被水解的各种吞噬底物融而构成,因此其体积较大,态多样,容物为非均质状。据其作用废物的来源不同,分为自噬性溶酶体和异噬性溶酶体。自噬性溶酶体(autophagolysosome)的作用底物是源性的,即来自细胞衰老和崩解的细胞器或局部细胞质等。异噬性溶酶体(heterophagolysosome)的作用底物是由细胞的吞饮或吞噬而被摄入细胞的外源性物质,是溶酶体与吞噬体融而成,多见于吞噬了细菌的中性粒细胞和吞噬了异物的巨噬细胞。并噬性溶酶体与自噬性溶酶体中的底物有的被分解为单糖、氨基酸等小分子物质,它们可通过溶酶体膜进入细胞质基质,被细胞利用;有的则不能被消化(如尘埃、金属颗粒等异物、衰老细胞器的某些类脂成分),它们残留于溶酶体中,当溶酶体酶活性耗竭,溶酶体完全由残留物占据,则称之为残余体(residualbody)。在哺乳动物,残余体滞留在细胞中,常见的残余体有脂褐素颗粒和结构。均由自噬性溶酶体演化而来。脂褐素颗粒(lipofuscingranule)为不规则,由电子密度不同的物质及脂滴构成,在光镜下呈褐色,多见于神经细胞、细胞、细胞及分泌类固醇激素的细胞,并随年龄增长而增多。结构(myelinfigure)的部为大量层排列的膜,可能因膜性成分消化不全所致。初级溶酶体与吞饮小其它成多体(multivesicularbody),其外有界膜,含很多低电子密度小,基质具有酸性鳞酸酶活性。

线粒体

(mitochondria)常为杆或,横径为0.5~1ηm长2~6ηm但在不同类型激胞中线粒体状、大小和数量差异甚大。电镜下,线粒体具有双层膜,外膜光滑,厚6~7nm,膜中有2~3nm小孔,分子量为1万以的物质可自由通过;膜厚5~6nm,通透性较小。外膜与膜之间有约8nm。膜间腔,或称外腔。由膜向折叠线粒体嵴(mitochohdrialcrista),嵴之间为嵴间腔,或称腔,充满线粒体基质。基质中常可见在的,直径25~50nm。电子致密的嗜饿酸基质颗粒(matrixgranule),要由磷脂蛋白组成,并含有钙、镁、磷等元素。基质中除基质颗粒外还含有脂类、蛋白质、环状DNA分子核糖体线粒体嵴膜上有许多有柄小球体,即基粒(elementaryparticle),其直径为8~10nm,它由头、柄和基三部分组成。球的头与柄相连而突出于膜表面,基镶嵌于膜脂中。

基粒中含有ATP成酶,能利用呼吸链产生的能量成ATP,并把能量贮存于ATP中。细胞生命活动所需能量的约95%由线粒体以ATP的式提供,因此,线粒体是细胞能量代谢中线粒体嵴实为扩大了膜面积,故代谢率高,耗能多的细胞。嵴多而密集大部分细胞的线粒体嵴为层状。杆状线粒体的嵴多与其长轴垂直排列,线粒体的嵴多以周围向中央放射状排列;在少数细胞,要基分泌类固醇激素的细胞(如上腺皮质细胞等),线粒体峭多呈管状状;有些细胞(如细胞)的线粒体兼有层状和管状两种。

线粒体另一个功能特点是可以成一些蛋白质。据推测,在线粒体成的蛋白质约占线粒体全部蛋白的10%,这些蛋白疏水性强,和膜结在一起。线起体成蛋白质均是细胞核基因组的编码成。如果没有细胞核遗传系统,线粒体RNA则不能表达。因此表明线粒体会成蛋白质的半自性。

线粒体成的机制,较普遍接受的看法是,线粒体依靠分裂而进增殖。线粒体的发生过程可分为两个阶段,在第一阶段中,线粒体的膜进生长和复制,然后分裂增殖。第二阶段包括线粒体本身的分化过程,建成能够使氧化磷酸化功能的机构。线粒体生长分化阶段分接受两个独立遗传系统的控制,因此,它不是一个完全自我复制的实体。

过氧化氢酶体

过氧化物酶体(peroxisome)又称微体(microbody),是有膜包裹的小体,直径为0.2~0.4μm,多见于细胞与小管上疫细胞。在人其容物为低电子密度的均质状;在某些动物尚含电子致密的核,是尿酸氢化酶的结晶。过氧化物体含有40多种酶,不同细胞所含酶的种类不同,但过氧化氢酶则存在所有细胞的过氧化物酶体中。各种氧酶能使相应的底物氧化,在氧化底物过程中,氧化酶使氧还原成过氧化氢,而过氧化氢酶能使过氧化氢还原成水。这种氧化反应在细胞中是非常重要的。

核糖体

(ribosme)是由核糖体RNA(rRNA)和蛋白质组成的致密颗粒,并非膜性结构,(因属细胞器,故在此叙述)颗粒大小约为15nm×25nm。核糖体由一个大亚基与一个小亚基构成。大亚基两条rRNA与约40个相蛋白质分子,并有一条中央曾;小亚基含一条rRNA与约40个相蛋白质分子,非功能状态的核糖体单个存在。当一定数量(3~30)的核糖体由一条mRNA细丝穿于它们的大、小亚基之间把它们联起来,则成为功能状态的多核糖体(polyribosome),电镜下呈珠状或簇状。核糖体能将mRNA所含的核苷酸密码翻译为氨基酸序列,即肽链成的肽链从大亚基中央管释出,肽链可进一步聚成蛋白质细胞质基质中的游离核糖体(freeribosome)成细胞自身的结构蛋白,如细胞架蛋白细胞基质中的酶类等,供细胞代谢、增殖和生长需要。因此,在旺盛增殖中的细胞游离核糖体极多。于质网膜表面的附着核糖体(attachedribosome)除结构蛋白外,成分泌性蛋白。核糖体丰富的细胞,光镜下胞质呈嗜碱性。

中心体

体(centrosome)多位于细胞核周围,由一对互相垂直的中粒(centriole)构成。中粒呈是短筒状,长0.5μm直径为外0.2μm,由9组三联微管与少量电子致密的均质状物构成其壁。相邻的三联微管相互斜向排列,状如车旋翼。在壁外侧有时可见9个球的中粒卫星(centriolarsatellite)。大小约70nm。在细胞分裂时,以中粒卫星为起点成纺锤体,参与染色体的分离(详见"细胞周期")。有纤毛或鞭毛的细胞,中成基体,参与微管组的成。

包涵物

细胞质中本身没有代谢活性,却有特定态的结构。有的是贮存的能源物质,如糖源颗粒、脂滴;有的是细胞产物,如分泌颗粒、黑素颗粒;残余体也可视为包涵物。

糖原颗粒

(glycogengranule)是细胞贮存葡萄糖的存在式,于PAS反应时呈红色。电镜下,其电子密度高,无膜包裹,并呈两种类型:β颗粒,直径为20~30nm,状不规则,分存在。多见于细胞;α颗粒,是β颗粒的聚体,呈簇状,大小不一,多见于细胞。

脂滴

(fatdrop)是细胞贮存脂类的存在式,甘油三酯、脂肪酸、固醇等。脂滴在脂肪细胞中最多,其次为分泌类固醇激素的细胞。在前者,常常一个脂滴即占据细胞的绝大部分空间;在后者,则多是小的球状。在普通光镜标本制备过程中,脂滴被二甲苯、乙醇溶解而遗留大小不等的空。电镜下,脂滴无膜包裹,多是低或中等电子密度,与所含脂肪酸的不饱和程度有

分泌颗粒

(secretorygranule)常见于各种腺细胞、含酶、激素等生物活性物质。分泌颗粒的态、大小及在细胞的分布位置因细胞种类而异,但都有膜包裹。

细胞质遗传

细胞质遗传的物质基础是细胞质中的DNA,细胞质遗传在实践中的应用很广泛。

概念

细胞质基因所决定的遗传现象和遗传规律,也称为非孟德尔遗传,核外遗传。

特性

1.后代的表型象母亲(又叫母系遗传,偏母遗传);

2.不遵孟德尔遗传,后代不出现一定的比例;

3.正交和反交后代的表型不同。

机制

卵结成的合子父母双亲所提供的遗传物质不均等,在杂种卵的原生质体中,核来自于父母双,而细胞质却几乎完全来自其母亲(精子时胞质很少甚至不能进入卵细胞中)。

在细胞分裂过程中,细胞质基因呈现不均等分配,因此细胞质遗传不遵孟德尔定律。

物质基础

线粒体基因组(mtDNA)

绿体基因组(ctDNACpDNA)

细胞共生体基因组

细菌质粒基因组

细胞器基因组

细胞器基因组

细胞质基因组

绿体基因组

1.细胞核遗传与细胞质遗传的区

(1)细胞核细胞质的遗传物质都是DNA分子,但是分布的位置不同。细胞核遗传的遗传物质在细胞核中,细胞质遗传的遗传物质在细胞质中。

(2)细胞核细胞质的遗传桥梁都是配子,但是细胞核遗传雌雄配子的核遗传物质相等,而细胞质遗传物质要存在于卵细胞中。

(3)细胞核细胞质的性状表达要通过体细胞进的。核遗传物质的载体(染色体)有均分机制,进均分遵遗传规律;细胞质遗传物质的载体(具有DNA的细胞器)没有均分机制,而是随机的。

(4)细胞核遗传时,正反交相同.细胞质遗传时,F1的性状均与母本相同,即母系遗传。

2.线粒体绿体是半自细胞器

研究发现,线粒体绿体中除有DNA外,还有RNA(mRNA、tRNA、rRNA),核糖体等。说明这两种细胞器都具有独立进转录和翻译的功能,也就是说,线粒体绿体都具有自身转录RNA和翻译蛋白质的体系。但迄今为止,人们发现绿体只能成13种蛋白质,线粒体能够成的蛋白质也只有60多种,而参与组成线粒体绿体的蛋白质却分上千种。这说明,线粒体绿体中自身编码,成的蛋白质并不多,它们中的绝大多数蛋白质是由核基因编码,在细胞质核糖体成的。也就是说,线粒体绿体的自程度是有限的,它们对核遗传系统有很大的依赖性。因此,线粒体绿体的生长和增殖是受核基因组及自身的基因组两套遗传信息系统控制的,所以它们都被称为半自细胞器

主要作用

细胞质是进新陈代谢的要场所,绝大多数的化反应都在细胞质中进。同时它对细胞核也有调控作用。

细胞质(cytoplasm)细胞质膜以细胞核以外的部分。由均质半透明的胞质溶(cytosol)和细胞器含物组成。胞质溶约占细胞体积1/2,含无机离子(如K+、Mg2+、Ca2+等)、脂类、糖类、氨基酸、蛋白质(包含酶类及构成细胞架的蛋白)等。架蛋白与细胞态和运动密切相,被认为对胞质溶中酶反应提供了有利的框架结构。绝大部分物质中间代谢(如醣酵解作用、氨基酸、脂肪酸和核苷酸代谢)和一些蛋白的修饰作用(如磷酸化)在胞质溶中进。悬浮在胞质溶中的细胞器,有具界膜的和无界膜的,它们参与了细胞的多种代谢途径。含物则是在细胞生命代谢过程中成的产物,如糖原、色素粒、脂肪滴等。

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同义词

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