4.2.3. 細(xì)胞—生物的基本單位
（一）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能
1.細(xì)胞的種類及其特點(diǎn)。
非細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物主要是病毒等，它們的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，往往是由蛋白質(zhì)和DNA（或RNA）構(gòu)成。原核細(xì)胞，沒有成形的細(xì)胞核，只有核區(qū)，核區(qū)內(nèi)DNA分子上不含蛋白質(zhì)成分，所以它沒有染色體結(jié)構(gòu)，沒有復(fù)雜的細(xì)胞器，只有分散的核糖體，主要有支原體、細(xì)菌、藍(lán)藻和放線菌等單細(xì)胞生物。真核細(xì)胞種類繁多，它們都有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核等基本結(jié)構(gòu)，有各種復(fù)雜的細(xì)胞器。
2.細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)。
細(xì)胞膜主要由脂類和蛋白質(zhì)組成。還有糖類和膜蛋白或膜脂結(jié)合成糖蛋白或糖脂，分布在膜的外表面，蛋白質(zhì)和脂類的比例不是固定不變的，一般來說，功能多而復(fù)雜的生物膜，蛋白質(zhì)含量比例大。各種蛋白質(zhì)在膜上的分布是不對(duì)稱的。這樣磷脂雙分子層構(gòu)成了膜的連續(xù)體，而蛋白質(zhì)分子不均勻地分布其間，磷脂和蛋白質(zhì)都是可運(yùn)動(dòng)的，表現(xiàn)出細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有一定的流動(dòng)性。細(xì)胞膜作為細(xì)胞與外界環(huán)境的一道屏障，當(dāng)外界物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞時(shí)，不僅大分子物質(zhì)不能通過細(xì)胞膜，沒有被選擇的離子或小分子物質(zhì)也不能通過，因此細(xì)胞膜是一種選擇透過性膜。細(xì)胞膜的選擇性為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供了穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。
3.具有獨(dú)立遺傳系統(tǒng)的細(xì)胞器———線粒體和葉綠體。
線粒體普遍存在于動(dòng)植物細(xì)胞（哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞除外）中，具雙層膜，內(nèi)膜向內(nèi)腔折疊形成嵴（擴(kuò)大內(nèi)膜面積），嵴上有基粒。線粒體是細(xì)胞有氧呼吸的主要場(chǎng)所，葉綠體主要存在綠色植物的葉肉細(xì)胞中，也是雙層膜。葉綠體的內(nèi)部含有幾個(gè)到幾十個(gè)基粒，在基粒這種囊狀結(jié)構(gòu)的薄膜上分布著光合色素，主要進(jìn)行光反應(yīng)，在基粒和基粒之間充滿基質(zhì)，主要進(jìn)行暗反應(yīng)。線粒體和葉綠體都含少量遺傳物質(zhì)，在遺傳上有相對(duì)的獨(dú)立性。
4.細(xì)胞膜系統(tǒng)。
細(xì)胞通過細(xì)胞膜把細(xì)胞與外界隔開，通過核膜把細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)分開，通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜把各個(gè)細(xì)胞器分隔開，通過高爾基體膜把要分泌的物質(zhì)進(jìn)行包裝運(yùn)輸（指動(dòng)物細(xì)胞，通過液泡膜創(chuàng)造植物細(xì)胞的生活環(huán)境，因此整個(gè)細(xì)胞的膜系統(tǒng)不僅化學(xué)組成大致相同，而且在功能上聯(lián)系緊密。如分泌蛋白往往是在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成，合成后經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（加工）→高爾基體（包裝和轉(zhuǎn)運(yùn)）→細(xì)胞膜（分泌）出細(xì)胞體。因此一些科學(xué)工作者認(rèn)為，高爾基體是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)變而來的，在活細(xì)胞中高爾基體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、細(xì)胞膜三者可以相互轉(zhuǎn)化。
5.核糖體是由核糖體的核糖核酸（rRNA）和蛋白質(zhì)構(gòu)成的橢圓形的粒狀小體，其中rRNA和蛋白質(zhì)的比例為1∶1。蛋白質(zhì)分子基本上排列于核糖體的表面上，rRNA分子被包圍于中央。核糖體是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體所合成的主要是專供輸送到細(xì)胞外面的分泌物質(zhì)如抗體，酶或蛋白質(zhì)類激素等;游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的核糖體所合成的蛋白質(zhì)不同，多半是分布在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中或供細(xì)胞本身生長(zhǎng)所需要的蛋白質(zhì)分子（包括酶分子）。在分裂活動(dòng)旺盛的細(xì)胞中，游離核糖體的數(shù)目就比較多，而且分布比較均勻，這一點(diǎn)已被用來作為辨認(rèn)腫瘤細(xì)胞的標(biāo)志之一。核糖體是細(xì)胞不可缺少的基本結(jié)構(gòu)，存在于所有細(xì)胞中。核糖體往往并不是單個(gè)獨(dú)立地執(zhí)行功能，而是由多個(gè)核糖體串連在一條mRNA分子上高效地進(jìn)行肽鏈的合成，這種具有特殊功能與形態(tài)的核糖體與mRNA的聚合體稱為多聚核糖體。
（二）細(xì)胞增殖
1.細(xì)胞增殖的意義和方式。
細(xì)胞增殖是生命的重要特征，細(xì)胞以分裂的方式進(jìn)行增殖。細(xì)胞增殖是生物體生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和遺傳的基礎(chǔ)，真核細(xì)胞的分裂方式主要有有絲分裂、無(wú)絲分裂、減數(shù)分裂三種，原核細(xì)胞的分裂方式一般為二分裂，不屬于無(wú)絲分裂。只有個(gè)別真核生物體的細(xì)胞可進(jìn)行無(wú)絲分裂，如蛙的紅細(xì)胞，增殖迅速的腫瘤細(xì)胞等。
2.細(xì)胞分裂的原因及細(xì)胞增殖周期。
生物生長(zhǎng)發(fā)育過程中，當(dāng)細(xì)胞的體積逐步增加時(shí)，表現(xiàn)積和體積的比例就會(huì)愈來愈小，使細(xì)胞內(nèi)部和外界的物質(zhì)交換適應(yīng)不了細(xì)胞的生命活動(dòng)需要而引起細(xì)胞分裂，一般地說，一定量的原生質(zhì)，如果分得愈小，它和外界接觸與交換物質(zhì)的機(jī)會(huì)就會(huì)越多。由于細(xì)胞質(zhì)中的一切生命功能都靠細(xì)胞核中的遺傳信息控制，當(dāng)細(xì)胞質(zhì)體積增長(zhǎng)太大時(shí)，造成核質(zhì)調(diào)控不平衡，這樣引起細(xì)胞分裂，同時(shí)，染色體的復(fù)制和蛋白質(zhì)的相互作用是引起細(xì)胞分裂的動(dòng)力。一個(gè)細(xì)胞周期可分為兩個(gè)階段，間期和分裂期，間期又分G1（DNA合成前期）、S（DNA合成期）、G2（DNA合成后期）。分裂期（M）又分前、中、后、末期。
3.植物細(xì)胞有絲分裂各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)。
分裂間期是分裂的準(zhǔn)備期，主要變化是DNA的復(fù)制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成，結(jié)果核內(nèi)每個(gè)染色體都形成兩個(gè)完全一樣的姐妹染色單體，它們共用一個(gè)著絲點(diǎn)，因此只能算是一條染色體，但含有兩個(gè)DNA分子。分裂期包括細(xì)胞核的連續(xù)變化，染色體和紡錘體的出現(xiàn)，染色體平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中等一系列復(fù)雜變化，前期最主要的特征是“兩消失兩出現(xiàn)”———核膜、核仁消失，染色體出現(xiàn)，紡錘絲形成的紡錘體出現(xiàn);中期染色體的著絲點(diǎn)排列在細(xì)胞赤道板上，染色體數(shù)目，形態(tài)最清晰，是辨認(rèn)染色體形態(tài)和數(shù)目的最佳時(shí)期;后期著絲點(diǎn)一分為二，姐妹染色單體分開，染色體暫時(shí)加倍，末期染色體解旋變成細(xì)絲狀的染色質(zhì)、核膜、核仁重現(xiàn)，子細(xì)胞形成
4.動(dòng)、植物細(xì)胞有絲分裂過程的異同。
相同點(diǎn)
分裂過程基本相同;染色體變化規(guī)律相同;分裂間期染色體復(fù)制;分裂期實(shí)現(xiàn)染色體平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去。
不同點(diǎn)
1.形成紡錘體的方式不同;植物細(xì)胞從細(xì)胞的兩極發(fā)出許多紡錘絲形成紡錘體，動(dòng)物細(xì)胞由中心體發(fā)出的星射線形成紡錘體。原來在動(dòng)物細(xì)胞分裂前，細(xì)胞中有兩組中心粒。細(xì)胞分裂時(shí)，一組中心粒不動(dòng)，另一組中心粒移向細(xì)胞的另一極，在這兩組中心粒之間發(fā)出無(wú)數(shù)條放射狀的星射線，形成了紡錘體。
2.末期形成兩個(gè)子細(xì)胞的方式不同。植物細(xì)胞在原來赤道板的位置出現(xiàn)細(xì)胞板，動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞膜從中部?jī)?nèi)陷，細(xì)胞質(zhì)分裂成兩部分。
5.無(wú)絲分裂。
無(wú)絲分裂是最簡(jiǎn)單的分裂方式，因在整個(gè)分裂過程中不經(jīng)歷紡錘絲和染色體的變化而得名。一般核先分裂，細(xì)胞核首先伸長(zhǎng)。核仁向核的兩端移動(dòng)，同時(shí)在核的中部，從一側(cè)或兩側(cè)向內(nèi)凹陷橫縊，使核成腎形或“8”字形。然后從細(xì)胞中部收縮成兩個(gè)相似的子細(xì)胞。無(wú)絲分裂通常是單細(xì)胞生物的分裂方式，也可以說是它們的生殖方式。在高等生物中也比較普遍地存在，而且應(yīng)該看作是一種正常的細(xì)胞分裂方式。
（三）細(xì)胞的分化、癌變和衰老
1.細(xì)胞分化。
細(xì)胞分化是生物界中普遍存在的一種生命現(xiàn)象。一般多細(xì)胞生物體的發(fā)育起點(diǎn)是受精卵，受精卵經(jīng)過有絲分裂只能產(chǎn)生許多相同的細(xì)胞，只有在功能上分化才能形成不同類型的細(xì)胞，分化的細(xì)胞所呈現(xiàn)出的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能多源于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的變化。當(dāng)細(xì)胞開始分化時(shí)，不同的細(xì)胞的不同基因會(huì)在不同時(shí)間內(nèi)被激活，活化一段時(shí)間后，一批基因的活動(dòng)可能停止而另一批基因還在活動(dòng)，從而產(chǎn)生了特定的蛋白質(zhì)，進(jìn)而產(chǎn)生了不同的組織。因此細(xì)胞的分化是生物體發(fā)育的基礎(chǔ)。
2.細(xì)胞的全能性。
細(xì)胞的全能性是指已經(jīng)分化的細(xì)胞，仍然具有發(fā)育的潛能。由于體細(xì)胞一般是通過有絲分裂繁殖而來的，一般已分化的細(xì)胞都有一整套的受精卵相同的染色體，攜帶有本物種相同的基因，因此分化的細(xì)胞具有發(fā)育成完整新個(gè)體的潛能。在合適的條件下，有些分化的細(xì)胞恢復(fù)分裂，如高度分化的植物細(xì)胞具有全能性。動(dòng)物細(xì)胞隨著胚胎的發(fā)育，有些細(xì)胞有分化出多種組織的潛能，但卻失去了發(fā)育成完整個(gè)體的能力，但是它的細(xì)胞核仍然保持著全能性，這是因?yàn)榧?xì)胞核內(nèi)含有保持物種遺傳性所需要的全套遺傳物質(zhì)。
3.細(xì)胞的癌變。
含義:在個(gè)體發(fā)育中，有的細(xì)胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成細(xì)胞分化，而變成了不受有機(jī)體控制的，連續(xù)進(jìn)行分裂的惡性增殖細(xì)胞。
特征:能夠無(wú)限增殖;癌細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化;癌細(xì)胞的表面發(fā)生了變化，特別是細(xì)胞膜上糖脂、糖蛋白等物質(zhì)減少，細(xì)胞失去接觸抑制，因此可以“轉(zhuǎn)移”;癌細(xì)胞的分裂常有“多極分裂”的現(xiàn)象;癌細(xì)胞對(duì)不良的環(huán)境，一般都有較強(qiáng)的抵抗力。引起癌變的因子主要有外界因素和內(nèi)部因素兩方面，外界因素包括物理致癌因子（如輻射致癌），化學(xué)致癌因子（如砷、苯、煤焦油等）和病毒致癌因子。內(nèi)部因素是由于致癌基因激活，細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化引起的。
4.細(xì)胞的衰老是正常的生理現(xiàn)象。
生物體內(nèi)的絕大多數(shù)細(xì)胞，都要經(jīng)過未分化、分化、衰老、死亡這幾個(gè)階段。細(xì)胞衰老的過程是細(xì)胞內(nèi)生理和生化復(fù)雜變化的過程，最終反映在細(xì)胞的形態(tài)，結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生了變化，具體表現(xiàn)為:
1）在衰老的細(xì)胞內(nèi)水分減少，結(jié)果使細(xì)胞萎縮，體積變小，細(xì)胞新陳代謝的速度減慢;
2）衰老的細(xì)胞內(nèi)，有些酶的活性降低;
3）細(xì)胞內(nèi)的色素會(huì)隨著細(xì)胞衰老而逐漸積累;
4）衰老的細(xì)胞內(nèi)呼吸速度減慢，細(xì)胞核體積增大，染色質(zhì)固縮染色加深;
5）細(xì)胞膜通透性功能改變，使物質(zhì)運(yùn)輸功能降低。細(xì)胞衰老的因素非常復(fù)雜，一方面是衰老因子的積累引起細(xì)胞衰老。另一方面來自于細(xì)胞內(nèi)“衰老鐘”的程序表達(dá)。衰老是發(fā)育的一個(gè)正常階段。
5.細(xì)胞工程。
細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的方法，通過類似于工程學(xué)的步驟，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)以獲得新型生物或一定細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合性科學(xué)技術(shù)，主要包括細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)、細(xì)胞核移植技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等方面。細(xì)胞培養(yǎng)就是把生物體內(nèi)的某一組織（或分散成單個(gè)細(xì)胞），接種在人工配制的適于細(xì)胞生長(zhǎng)的培養(yǎng)基上，然后在適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)條件下進(jìn)行培養(yǎng)，使細(xì)胞在體外繼續(xù)生長(zhǎng)和增殖。動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)主要是從動(dòng)物胚胎或出生后不久的幼齡動(dòng)物的臟器，如腎、肺、肌肉等組織細(xì)胞，經(jīng)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)獲得細(xì)胞系。植物細(xì)胞具有“全能性”不同植物細(xì)胞或一種植物從不同部位培養(yǎng)的細(xì)胞發(fā)育成植株的能力是不同的。常用的植物細(xì)胞培養(yǎng)有花粉培養(yǎng)和原生質(zhì)培養(yǎng)。細(xì)胞融合技術(shù)是指在一定的條件下，將兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞（可以是同種細(xì)胞，也可以是異種細(xì)胞）在促融因子（如聚乙二醇或滅活的仙臺(tái)病毒）的作用下，融合成一個(gè)雜種細(xì)胞。細(xì)胞融合又稱細(xì)胞雜交。細(xì)胞核移植技術(shù)是將生物體細(xì)胞的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)拆開，然后再把分離和細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)重新組合成一個(gè)新細(xì)胞。同時(shí)把從細(xì)胞中分離出來的染色體或基因轉(zhuǎn)入另一個(gè)細(xì)胞，以及把具有經(jīng)過修復(fù)的染色體的細(xì)胞核重新放回，賦予重建的細(xì)胞以某種新的功能的技術(shù)。胚胎移植是在高等脊椎動(dòng)物，特別是哺乳動(dòng)物的細(xì)胞，目前不能人工在體外培養(yǎng)成一個(gè)個(gè)體。只能在體外把受精卵（或具有分裂能力的細(xì)胞）培養(yǎng)成早期胚胎后再移植到母體子宮，生長(zhǎng)發(fā)育成子代的過程，如試管嬰兒。
