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1、细胞器的结构和功能【细胞质】 在细胞膜以内和细胞核以外的部分称为细胞质。包括细胞质基质、细胞器和内含物等。细胞质基质是细胞质的基本成分，主要由水、无机盐、脂类、糖、蛋白质等组成，内含物是细胞生命活动中的代谢产物，如色素粒、分泌颗粒、脂肪滴和糖元等。 【细胞器】 分布在细胞质中、具有特定的形态、结构和生理功能的小“器官”，称为细胞器。如线粒体、质体、内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、中心体、液泡、微丝和微管等。 【线粒体】 广泛存在于真核细胞的细胞质中的一种由双层单位膜围成的细胞器。是细胞呼吸产生 ATP 的主要场所。最早发现线粒体的是 R A 科里凯尔 (1857 年 ) ， C 贝尔于 18
2、97 年命名为线粒体。线粒体用詹姆斯绿稀溶液活体染色后，在光学显微镜下即可看到。线粒体一般呈圆形、近圆形、棒状或线状，大小约 0 3m 0 8 m 0 4m 3m 。细胞内线粒体的数目和分布与供能活动有关，消耗能量较多的细胞内线粒体数目多，细胞内需能部位线粒体比较集中。植物细胞内线粒体数目比动物细胞少，因线粒体的某些功能已被叶绿体取代。电镜下观察，线粒体由两层单位膜围成。外膜厚约 6 nm ，蛋白质与脂质含量比为 1 ： 1 ，膜的通透性很高。内膜厚约 6 nm 8 nm ，蛋白质与脂质含量比约为 4 ： 1 ，膜的通透性很低。内膜向内折叠成嵴，内膜和嵴的内表面上有许多有柄基粒。外膜上含有 N
3、ADH 一细胞色素 C 一还原酶系统，而内膜含有呼吸链和氧化磷酸化酶系。内外膜之间有宽约 8 5 nm 的膜间腔，与嵴内腔形成一个连续的空间，其中充满液体，含有腺苷酸激酶和核苷二磷酸激酶。内膜包围的线粒体内腔中充满基质，内有小的核糖体、磷酸钙沉淀颗粒，少量的环状 DNA 和 RNA ，以及三羧酸循环和脂肪磷酸化酶系等。线粒体是细胞呼吸的主要场所，三羧酸循环在线粒体基质中完成，通过呼吸链的氧化磷酸化在内膜上完成。在线粒体中葡萄糖、脂肪和氨基酸氧化分解释放的能量，以高能磷酸键形式储存在 ATP 中，细胞生命活动需要的能量大约有 95 来自线粒体中形成的 ATP ，故线粒体被称为化能转换器和细胞内能
4、量供应的“动力工厂”。此外，线粒体还有储存 Ca 2+ 的作用。线粒体 DNA 能够复制，并有相应的蛋白质合成系统，但线粒体蛋白质大部分是由核控制。线粒体的增殖和生长是核基因和线粒体基因相互作用的结果。线粒体以分裂或出芽方式进行增殖。线粒体基因与细胞质遗传有一定关系。细胞中线粒体通过运动改变在细胞中的位置，不仅能够随着原生质流动而运动，而且能够向细胞需能更多的部位移动。线粒体基因指导合成蛋白质所用的遗传密码与核基因所用的密码有所不同。 【质体】 是真核细胞的细胞器。质体一般包括原质体、白色体、叶绿体和有色体。 【白色体】 是无色的质体，存在于分生组织和阳光照射不到部分的细胞中。可分为制造淀粉的
5、造粉体和制造蛋白质的蛋白体和制造脂质的造油体等。 【有色体】 是含有胡萝卜素、叶黄素等色素，但不含叶绿素的质体，在光学显微镜下往往呈橘红色和橘黄色。它的形状有球形、椭圆形、线状、环状等。常见于花瓣、果实和肉质根的细胞中，使它们具有鲜艳的颜色。 【叶绿体】 绿色植物细胞中广泛存在的一种含有叶绿素等色素的质体，是植物细胞进行光合作用的场所。高等植物的叶绿体一般为椭圆形或卵圆形，平均直径为 4m 6m 。一个细胞中可能有 10 个 100 个叶绿体，多在核周围或近壁处集中，并能随光线的强弱而移位。电镜下观察，叶绿体为封闭的双层膜结构，内外膜之间平均约为 20 nm 的膜间隙。由叶绿体膜所围成的叶绿体
6、腔中，充满液体基质和类囊体膜。每个类囊体膜是由周围闭合的双层膜组成的扁囊。基粒类囊体的直径约为 0 25m 0 8m ，厚约 0 01m ，由 5 个 30 个基粒类囊体叠置成一个基粒，每个叶绿体腔中约有 60 个 80 个基粒。基质类囊体横贯基质，延伸出的分枝网管贯穿于两个以上的基粒之间。类囊体与基质接触的外表面有两种颗粒：一是含有 RuBP 羧化酶的方形颗粒；一是具有 ATP 酶活性的呈多角形的偶联因子 I 颗粒。类囊体膜中含有叶绿素和类胡萝卜素等各种光合色素，这些色素与专一蛋白质结合形成复合物颗粒：一是具有光系统 I 活性的小颗粒；一是具有光系统活性的大颗粒。类囊体膜中还有光反应的各种酶
7、系。类囊体腔中充满水溶液。叶绿体腔内基质中，含有少量的环状 DNA 、 RNA 和小核糖体，以及大量的 RuBP 羧化酶颗粒和其他代谢活跃的物质等。叶绿体是光合作用的场所，光反应在类囊体部分进行，类囊体膜中的光合色素分子吸收和传递光能，在反应中心光能转化为化学能，形成 ATP 和 NADPH ，同时使水分解放氧；暗反应在叶绿体基质中进行，利用光反应形成的 ATP 和 NADPH ，同化 CO 2 形成储能有机物。叶绿体 DNA 能以半保留方式复制，并有自己的蛋白质合成系统。叶绿体中重要的蛋白质，分别由核基因和叶绿体基因编码形成。此外，叶绿体基因与细胞质遗传有一定关系。在个体发育中，叶绿体是由前
8、质体分化来的。发育中的幼龄叶绿体分裂能使叶绿体增殖。在光照条件下，白色体可变成具有正常结构和功能的叶绿体。 【内质网】 细胞质中由膜围成的分支小管、小囊或扁平囊状结构连通而成的管道系统，其周缘常分离出一种小泡状结构。电镜下观察，内质网膜厚度约为 5m 6m ，按形态结构的不同分为两个区域：一是粗面内质网，多为扁平囊状结构，膜上含有两种核糖体亲和蛋白，因而在膜的细胞质面上附着有核糖体；一是滑面内质网，多呈网状分布的小管，膜的细胞质面上不附着核糖体。滑面内质网不仅在一定部位与粗面内质网相通，而且有的与质膜或核外膜相连。内质网扩大了细胞质内的膜面积，在内质网膜上附有的多种酶，为生命活动的各种化学反应
9、的正常进行创造有利条件。粗面内质网不仅是核糖体的支架，而且是在核糖体上合成的分泌蛋白的运输通道。此外，它还能够对核糖体合成的多肽链进行一定的改造，或用于自身的装配和生成。滑面内质网具有解毒、合成脂类和分解糖元的功能，还参与分泌性蛋白的运输蛋白。 【粗面内质网】 又叫颗粒型内质网，常见于蛋白质合成旺盛的细胞中，多为扁平囊状结构，在膜的细胞质面上附着有核糖体。粗面内质网既是新合成的蛋白质的运输通道，又是核糖体附着的支架。 【滑面内质网】 又叫非颗粒型内质网，多呈网状分布的小管，膜的细胞质面上没有核糖体附着。滑面内质网与蛋白质的合成无关，它可能参与糖元和脂质的合成、固醇类激素的合成以及具有分泌等功能
10、。 【核糖体】 广泛存在于各类细胞的一种颗粒状细胞器，是细胞内合成蛋白质的场所。 1953 年罗伯逊和布朗用电镜观察到植物细胞内的核糖体颗粒， 1955 年帕拉登观察到动物细胞中核糖体颗粒。 1958 年罗伯特建议命名为核糖核蛋白体。核糖体的主要化学成分是蛋白质和 rRNA 。核糖体颗粒的直径一般为 15 nm 20nm ，由大小两个亚单位组成。真核细胞中核糖体类型为 80 s 型，原核细胞为 70 s 型，叶绿体中核糖体也为 70 s 型，但线粒体中核糖体因种类不同而不同，有 55 s 到 80 s 多种。 80 s 型核糖体的大小亚单位分别为 60 s 和 40 s ， 70 s 型的核糖
11、体的两个亚单位分别是 50 s 和 30 s ；电镜下观察肝细胞的单核糖体，大亚单位略呈半圆形，直径约为 23 nm ，有一侧伸出三个突起，中央为一凹陷；小亚单位呈葫芦状，其大小为 23 nm 。大小两个亚单位结合在一起时，凹陷部位彼此对应形成一个隧道，在翻译过程中， mRNA 穿行于隧道中。在核糖体上有功能活性的部位，在蛋白质合成过程中，核糖体上的功能活性部位配合作用，把 tRNA 转运的氨基酸，按照 mRNA 的信息密码顺序连接起来，形成具有特定氨基酸序列的多肽链。 【高尔基体】 真核细胞的细胞质内，由单层滑面膜围成的扁平囊、大囊泡和小囊泡集结而成的细胞器，它与细胞的分泌活动有关。高尔基体
12、是 1898 年高尔基用还原态银盐固定和染色后的神经细胞中发现的。电镜下观察，高尔基体是由滑面膜围成的扁囊和泡状结构组成的，从形态上可分为三部分：中部是 4 个 8 个平列的扁囊，囊腔宽约 15 nm 20 nm 。扁囊之间的距离为 25nm 30 nm 。在近核一侧的形成面呈凸面；在靠近质膜一侧的分泌面呈凹面。形成面一侧有直径约为 40 nm 80 nm 的分枝小管，小管顶端可膨大成小泡。分泌面一侧有直径达 1m 左右的高尔基液泡，泡中为无定形或颗粒状物质。高尔基体在细胞中的位置依细胞种类而不同。含有一个高尔基体的细胞，高尔基体常位于细胞核与蛋白质分泌物之间；含有许多高尔基体的细胞，它则分散
13、在细胞质的各个部位。高尔基体主要功能之一就是形成分泌物和溶酶体酶，由内质网运输分泌蛋白到形成面的扁囊中，然后经传递进入分泌面的扁囊中，包装成小泡。有的小泡内的物质为分泌物，则排出细胞；有的小泡内为溶酶体酶，则形成溶酶体。高尔基体能合成和运输多糖，并促进形成糖蛋白。在植物细胞分裂过程中，高尔基体对细胞板及其初生壁的生成有一定作用。此外，高尔基体对脂质 ( 如磷脂 ) 的运输起着重要作用。 【中心体】 动物细胞和某些低等植物的细胞内，由中心粒及其周围物质共同组成的一种细胞器，它与细胞的有丝分裂有关。平时不明显，仅在细胞分裂时清楚。在光镜下观察，在细胞核附近可见两个点状的中心粒，其周围为透明的细胞质
14、区域，这个区域所含有的物质称为中心粒周围物质。中心粒及其周围物质统称为中心体。电镜下观察，每个中心粒为圆筒形，长约 0 3 m 0 7m ，直径为 0 15m 0 3m 。圆筒的壁由 9 组三联体微管按一定角度排列成风车状，三联体之间有细丝相连。中心粒轴心向外辐射出细丝与每个三联体内侧微管相连。此外，三联体外侧存在着一些致密物质。中心粒在细胞内具有自我装配的能力。在分裂后形成的子细胞中，两个中心粒呈垂直排列。在间期的 G 1 期，两个中心粒略略分开；将进入 S 期时，在每个中心粒的近端附近又装配一个短的前中心粒；到 G 2 期的晚期，前中心粒延长，从而形成两对成熟的中心粒。在动物细胞有丝分裂过
15、程中，中心粒与有丝分裂器的形成有关，每对中心粒形成纺锤体的极。前期开始时，每对中心粒周围发出星射线和极微管。星射线形成的结构为星体。极微管不断延长，将核一侧的两个中心粒推开，使之沿核膜彼此远离到细胞的两极，每一极的极微管构成半纺锤体，由两个半纺锤体构成纺锤体。星体和纺锤体为动物细胞有丝分裂器，与后期染色单体向两极移动有关。此外，中心粒与纤毛或鞭毛的形成有关。 【液泡】 动植物细胞中由单层膜围成的一种泡状结构。植物细胞中有大小不同的液泡，成熟植物细胞中许多小液泡合并成一个很大的液泡。动物细胞中的液泡小，不显著。液泡中主要成分是水。不同种类细胞的液泡中含有不同物质，如无机盐、有机酸、糖类、脂类、蛋
16、白质、酶、树胶、丹宁、生物碱等。液泡对维持细胞的紧张程度有明显作用，并储存细胞代谢的产物；液泡含有水解酶，有与溶酶体相似的作用。有人认为液泡来源于内质网。 【溶酶体】 广泛存在于动植物细胞中的一种由单层膜围成的泡状结构。其中含有多种酸性水解酶。溶酶体有两种类型：初级溶酶体是由高尔基体扁囊边缘膨大而分离形成的泡状结构，其中含有各种水解酶处于没有激活状态；次级溶酶体是初级溶酶体与吞噬小泡融合而成的，其中的各种水解酶正进行着消化作用。溶酶体的主要功能是进行细胞内消化，既分解由外界进入细胞的物质，也消化细胞内破损的细胞器碎片，对细胞有营养和防御的作用。在某些刺激或生理条件下，溶酶体膜破裂，则导致细胞自溶而死亡。 【细胞骨架】 真核细胞的细胞质中一些呈纤维状
