細胞器

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細胞器是細胞質中具有一定結構和功能的微結構。細胞中的細胞器主要有:線粒體內質網、中心體、葉綠體,高爾基體核糖體等。它們組成了細胞的基本結構,使細胞能正常的工作,運轉。

定義及簡介

細胞核

  細胞器是細胞內各種膜包被的功能性結構,是真核細胞的典型結構特徵之一。   細胞器分為:線粒體;葉綠體;內質網;高爾基體溶酶體液泡,核糖體,中心體。其中,葉綠體和液泡只存在於植物細胞,中心體只存在於低等植物細胞和動物細胞。另外,細胞核是最大的細胞器。   線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所。又稱"動力車間"。細胞生命活動所需的能量,大約95%來自線粒體。雙層膜,形狀為橢球形,有少量DNA和RNA,能相對獨立遺傳。存在於所有真核生物細胞中(厭氧菌除外)。   葉綠體是綠色植物能進行光合作用的細胞含有的細胞器,是植物細胞的「養料製造車間」和「能量轉換站」。雙層膜,形狀為扁平橢球形或球形,。   內質網是由膜連接而成的網狀結構,是細胞內蛋白質的合成和加工,以及脂質合成的「車間」。   高爾基體對來自內質網的蛋白質加工,分類和包裝的「車間」及「發送站」。在植物細胞中與細胞壁形成有關。   溶酶體是「消化車間」,內部含有多種水解酶,能分解衰老損傷的細胞器,吞噬並殺死入侵的病毒細菌。   液泡是調節細胞內的環境,是植物細胞保持堅挺的細胞器。含有細胞液色素花青素)。   核糖體是由RNA和蛋白質構成的微小顆粒,是合成蛋白質的場所。

內質網(endoplasmic reticulum)

內質網

  一般真核細胞中都有內質網,只有少數高度分化真核細胞,如人的成熟紅細胞以及原核細胞中沒有內質網。在電鏡下可以看到內質網是一種複雜的內膜結構,它是由單層膜圍成的扁平囊狀的腔或管組成,這些管腔彼此之間以及與核被膜之間是相連通的。內質網按功能分為糙面內質網(rough ER)和光面內質網(smooth ER)兩類。糙面內質網上所附著的顆粒是核糖體,它是蛋白質合成的場所。因此糙面內質網最主要的功能是合成分泌性蛋白質,膜蛋白以及內質網和溶酶體中的蛋白質。所合成蛋白質的糖基化修飾及其摺疊與裝配也都發生在內質網中。其次是參與制造更多的膜。光面內質網上沒有核糖體,但是在膜上卻鑲嵌著許多具有活性的酶。光面內質網最主要的功能是合成脂類,包括脂肪磷脂和甾醇等。

粗面內質網

  內質網是指細胞質中一系列囊腔和細管,彼此相通,形成一個隔離於細胞質基質的管道系統。它是細胞質的膜系統,外與細胞膜相連,內與核孔複合體相通,將細胞中的各種結構連成一個整體,具有承擔細胞內物質運輸的作用。內質網能有效地增加細胞內的膜面積,內質網能將細胞內的各種結構有機地聯結成一個整體。根據內質網膜上有沒有附著核糖體,將內質網分為滑面型內質網(smooth ER)和粗面型內質網(rough ER)兩種。滑面內質網上沒有核糖體附著,這種內質網所占比例較少,但功能較複雜,它與脂類、糖類代謝有關。粗面內質網上附著有核糖體,其排列也較滑面內質網規則,功能主要與蛋白質的合成有關。這兩種內質網的比例與細胞的功能有著密切的聯繫,如胰腺細胞中粗面型內質網特別發達,這與胰腺細胞合成和分泌大量的胰消化酶蛋白有關,在XX和卵巢中分泌激素的細胞中,則滑面型內質網特別發達,這與合成和分泌性激素有關。細胞質中內質網的發達程度與其生命活動的旺盛程度呈正相關

滑面內質網

  內質網可分為滑面內質網和粗面內質網。電鏡下,內質網是由單位膜構成的扁囊(池)和小管,並互相通連。粗面內質網由扁囊和附著在其外表面的核糖體構成,表面粗糙,細胞核周圍的粗面內質網可與核膜外層通連。主要功能是合成分泌蛋白質。滑面內質網表面光滑無核糖體附著,主要參與類固醇、脂類的合成與運輸,糖代謝及激素的滅活等。   內質網是細胞內蛋白質合成和加工的及脂質合成「車間」。

核糖體(ribosome)

核糖體

  核糖體是蛋白質合成的場所,它是由rRNA和蛋白質構成的,蛋白質在表面(稱為大亞基),rRNA在內部(稱為小亞基),並以共價鍵結合。核糖體是多種酶的集合體,有多個活性中心共同承擔蛋白質合成功能。而每個活性中心又都是由一組特殊的蛋白質構成,每種酶或蛋白也只有在整體結構中才具有催化活性。   每一細胞內核糖體的數目可達數百萬個,大部分處在細胞溶膠中,也有一些處在線粒體、葉綠體中。遊離核糖體合成細胞質留存的蛋白質,如膜中的結構蛋白;而附在內質網上的核糖體合成向細胞外分泌的蛋白質,合成後向S-ER輸送,形成分泌泡,輸送到高爾基體,由高爾基體加工、排放。   圖:在粗面型的內質網上

高爾基體(Golgi bodies)

高爾基體

  由一系列扁平小囊和小泡所組成,分泌旺盛的細胞,較發達。在電鏡下得到確認的高爾基體是由單層膜圍成的扁平囊和小泡,成堆的囊並不像內質網那樣相互連接。在一個細胞中高爾基體只有少數幾堆,至多不過上百。   (1)細胞分泌物的最後加工和包裝的場所,分泌泡通過外排作用排出細胞外。

高爾基體

  (2)能合成多糖,如粘液,植物細胞的各種細胞外多糖。   3)斷裂后形成溶酶體。   高爾基體主要是對來自內質網的蛋白質進行加工、分類和包裝的「車間」及「發送站」。   (注:囊泡產生的方向是細胞膜或者說高爾基體的成熟面面向細胞膜,形成面面向細胞質。)

溶酶體(lysosomes)

細胞器-溶酶體

  溶酶體是由高爾基體斷裂產生,單層膜包裹的小泡,數目可多可少,大小也不等,含有60多種能夠水解多糖,磷脂,核酸和蛋白質的酸性酶,這些酶有的是水溶性的,有的則結合在膜上。溶酶體的pH為5左右,是其中酶促反應的最適pH。根據溶酶體處於,完成其生理功能的不同階段,大致可分為:初級溶酶體,次級溶酶體和殘餘小體。溶酶體的功能有二:一是與食物融合,將細胞吞噬進的食物或致病菌等大顆粒物質消化成生物大分子,殘渣通過外排作用排出細胞;二是在細胞分化過程中,某些衰老細胞器和生物大分子等陷入溶酶體內並被消化掉,這是機體自身重組織的需要。

線粒體(mitochondria)

線粒體

  線粒體具有雙層膜結構,外膜是平滑而連續的界膜;內膜反覆延伸折入內部空間,形成嵴。內外膜不相通,形成膜腔。光鏡下,線粒體成顆粒狀或短桿狀,橫徑0.2um~8um,細菌大小。線粒體是細胞內產生ATP的重要部位,是細胞內動力工廠或能量轉換器。線粒體具有半自主性,腔內有成環狀的DNA分子、少量RNA和70S核糖體,它們都能自行分化,但是部分蛋白質還要在胞質內合成。   ( 注:厭氧性生物無線粒體)線粒體使細胞進行有氧呼吸的主要場所,是細胞的「動力車間」。細胞生命活動所需的能量,大約90%來自線粒體   飛翔鳥類胸肌細胞中線粒體的數量比不飛翔鳥類多。運動員肌細胞線粒體的數量比缺乏鍛煉的人多。在體外培養細胞時,新生細胞比衰老細胞或病變細胞的線粒體多。   線粒體是有氧呼吸的主要場所,「細胞動力車間」。

葉綠體(chloroplast)

葉綠體

  葉綠體屬於有色體(與白色體相對),由質體前體受光照刺激發育而成。   高等植物葉綠體外形如凸透鏡,具有雙層膜結構,兩膜間沒有聯繫。在葉綠體內部存在複雜的層膜結構,它懸浮於基質中,這些層膜又叫類囊體(thylakoids),類囊體是葉綠體內膜系統的構造單位,為扁平袋狀結構。類囊體通常是幾十個垛疊在一起而成為基粒(grana),類囊體膜上有光合作用的色素和電子傳遞系統。   在綠色植物和藻類中普遍存在的葉綠體是光合作用場所。同時葉綠體也有自己特有的雙鏈環狀DNA、少量RNA、核糖體和進行蛋白質生物合成的酶,能合成出一部分自己所必需的蛋白質,因此葉綠體內共生起源假說為許多人所認可。   葉綠體是綠色植物進行光合作用的細胞含有的細胞器,是植物細胞的「養料製造車間」和「能量轉換站」

中心體(centriole)

  中心體是細胞中一種重要的無膜結構的細胞器,存在於動物及低等植物細胞中。每個中心體主要含有兩個中心粒。它是細胞分裂時內部活動的中心。高中《生物》對「中心體和中心粒」是這樣描述的:「動物細胞和低等植物細胞中都有中心體。它總是位於細胞核附近的細胞質中,接近於細胞的中心,因此叫中心體。在電子顯微鏡下可以看到,每個中心體含有兩個中心粒,這兩個中心粒相互垂直排列。中心體與細胞的有絲分裂有關。」筆者認為如此描述不盡嚴謹,有以下幾處值得商榷:   1 中心體的位置   中心體一般位於細胞核旁,高爾基區中央。在細胞分裂前,中心體完成自身複製成兩個,然後分別向細胞兩極移動;到中期時,兩個中心體分別移到細胞兩極;到細胞分裂後期末期,隨細胞的分裂分配到兩個子細胞中。而且,絕大多數動物細胞的中心是細胞核區,而中心體只是位於細胞核一側的高爾基區的中央。   因此,以「位於……接近於細胞的中心」而命名「中心體」不盡科學,只能說:「中心體通常位於細胞核一側的細胞質中」。   2 中心體的組成及其可視度   (1)發現及組成   早在19世紀Von Beneden(1876)觀察細胞有絲分裂過程中發現中心粒(centrioles)。在光學顯微鏡下可以看到中心粒成對存在。中心粒在細胞分裂時,周圍出現一個比較明亮的區域稱中心粒團。在中心粒團的外面還有一圈染色較深的區域,合起來稱為中心球(centrosphere)。成對的中心粒及其所附屬的中心球統稱中心體(centrosome)。   (2)可視度   在電子顯微鏡下可以看到中心粒的超微結構。中心粒為成對的圓筒狀小體,長度大約為0.3—0.5微米,直徑為0.15—0.20 微米。每個中心粒由27條很短的微管組成。在橫切面上,可以看到中心粒圓筒狀的壁是由9組三聯體微管盤繞成環狀結構。儘管普通光學顯微鏡的解析度為0.2微米,但已可以看到成對的中心粒的存在了。   因此,在普通光學顯微鏡下可以看到、每個中心體主要含有兩個中心粒。而在電子顯微鏡下已經可以看到中心粒的三聯體組成等更細微的結構了。   3 中心粒與細胞分裂   在細胞分裂間期的S期,兩個相互垂直的中心粒已自身複製形成兩對中心體。在細胞分裂前期,兩對中心體分別向細胞兩極移動,當中有凝膠化的紡錘絲相連。到中期時,成對的中心粒(中心體)移到細胞兩極,當中的紡錘絲形成紡錘體。到了分裂後期、末期,紡錘絲、紡錘體逐漸不鮮明,已在細胞兩極的中心體也隨細胞的分裂分配到兩個子細胞中。   中心體在細胞分裂時期,中心粒在結構上也發生一定的變化。首先是在中心粒的周圍生長出一些圓形小體,每個圓形小體有一個短桿與中心粒上的每個三聯體微管相聯。因此,實際上每個中心粒上是相聯九對圓形紡錘絲、紡錘絲以中心粒向四周放XX,這种放XX的紡錘絲——星XX線就構成中心粒四周的星體。中心體之間的紡錘絲(星XX線)牽引染色體,導致了染色體的移動,故稱為染色體絲。   因此,中心粒(中心體)參加細胞分裂的活動,是細胞分裂時內部運動的中心。即,中心粒與細胞分裂有關,而不僅僅「與細胞的有絲分裂有關」。只是,中心體在有絲分裂過程中發現,在有絲分裂過程中研究得較多而已。   綜上所述,對於「中心體和中心粒」應如此描述:「動物細胞和低等植物細胞中都有中心體,它通常位於細胞核一側的細胞質中。在光學顯微鏡下可以看到,每個中心體主要含有兩個中心粒,這兩個中心粒互相垂直排列,中心體與細胞分裂有關」。

微體(microbodies)

  含有酶的單層膜囊泡狀小體,與溶酶體功能相似,但所含的酶不同於溶酶體。微體在短時間內幫助多種物質轉換成別的物質。   過氧化物酶體(peroxisomes),是存在於動植物細胞的一種微體,其中所含的一些酶可將脂肪酸氧化分解,產生過氧化氫

乙醛酸循環體(glyoxisome)

  存在與富含脂類的植物細胞中,其中一些酶能將脂肪酸核油轉換成酶,以供植物早期生長需求。

液泡(vacuole)

液泡

  在成熟的活的植物細胞中經常都有一個大的充滿液體的中央液泡,是在細胞生長和發育過程中由小的液泡融合而成的,是單層膜包圍的充滿水液的泡。液泡中含有無機鹽氨基酸、糖類以及各種色素等代謝物,甚至還含有有毒化合物,並處於高滲狀態,使細胞處於吸漲飽滿的狀態。

微絲(microfilaments)

  微絲(肌動蛋白纖維)是指真核細胞中由肌動蛋白組成的骨架纖維。微絲的功能:肌肉收縮微絨毛,應變纖維,胞質環流和阿米巴運動,胞質分裂環。

微管(microtuble)

  微管由α,β兩種類型的微管蛋白亞基組成,兩種蛋白形成微管蛋白二聚體,是微管裝配的基本單位。微管是由微管蛋白二聚體組成的長管狀細胞器結構,微管壁由13個原纖維排列組成,微管可裝配成單管,二聯管(纖毛鞭毛中),三聯管(中心粒和基體中)。微管的功能:維持細胞形態,細胞內運輸,鞭毛運動和纖毛運動,紡錘體和染色體運動,基粒與中心粒。

中間纖維(Intermediate filaments)

  中間纖維蛋白合成后基本上都裝配成中間纖維,遊離的單體很少。在一定生理條件下,在植物細胞中也存在類似中間纖維結構。中間纖維按其組織來源和免疫原性可分為6類:角蛋白纖維,波形纖維,結蛋白纖維,神經纖維神經膠質纖維和核纖層蛋白。中間纖維與微管關係密切,可能對微管裝配和穩定有作用。此外,中間纖維從核纖層通過細胞質延伸,它不僅對細胞剛性有支持作用和對產生運動的結構有協調作用,而且更重要的是中間纖維與細胞分化,細胞內信息傳遞,核內基因傳遞,核內基因表達等重要生命活動過程有關。

鞭毛、纖毛和中心粒

  (flagellum, cilium, centrioles)   細胞表面的附屬物,功能是運動。鞭毛和纖毛的基本結構相同,主要區別在於長度和數量。鞭毛長但少,纖毛短,常覆蓋細胞全部表面,兩者的基本結構都是微管。基部與埋藏在細胞質中的基粒(9(3)+0)相連。中心粒,結構與基粒相似,埋藏在中心體中,許多微管都發自這裡。

胞質溶膠(cytosol)

  細胞質中除細胞器以外的液體部分,即細胞質基質。富含蛋白質,占細胞內的25~50%;含有多種酶,是細胞代謝活動的場所;還有各種細胞內含物,如肝糖原脂肪細胞的脂肪滴、色素粒等。   用差速離心的方法分離細胞勻漿物中的各種細胞組分,先後除去細胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細胞質膜等細胞器及細胞結構后,存留在上清液中的主要是細胞質基質的成分。生物化學家多稱之為胞質溶膠。

細胞質和細胞質基質的區別

  細胞質:組成真核生物細胞質有細胞基質,細胞骨架和各種細胞器   細胞質基質也稱為細胞漿,是富含蛋白質(酶)、具有一定粘度、能流動的、半透明的膠狀物質。它是細胞重要的組分,具有以下功能:   (1)代謝場所很多代謝反應如糖酵解、戊糖磷酸途徑、脂肪酸合成、蔗糖的合成等都在細胞質基質中進行,而且這些反應所需的底物與能量都由基質提供。   (2)維持細胞器的結構與功能 細胞質基質不僅為細胞器的實體完整性提供所需要的離子環境,供給細胞器行使功能所必需的底物與能量,而且流動的細胞基質十分有利於各細胞器與基質間進行物質與能量的交換。

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