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什麼是細胞?概念、存在類型、組成部分和功能

2024-09-12自然科學76

我們解釋什麼是細胞以及存在哪些類型的細胞。另外,細胞的組成部分和功能是什麼。

什麼是細胞?概念、存在類型、組成部分和功能

細胞是所有生物體的基本、形態和功能單位。

什麼是細胞?

細胞是所有生物體的結構和功能單位。它構成了生物組織的最小和最簡單的形式,即已知的最小的有序的、有生命的結構。細胞的例子是精子和神經元。

細胞是被認為是生命的最小實體。

細胞的大小可能變化很大。平均大小的細胞約 10 µm(微米)。絕大多數細胞都是微觀的,也就是說,它們只能用顯微鏡才能看到。另一方面,有些細胞可以用肉眼觀察到,例如人類卵子,其尺寸為100微米,與鉛筆尖的大小相似。

細胞的發現被認為是現代生命研究(生物學)的奠基步驟,因為它使我們能夠了解生物體的巨大複雜性 ,並催生了許多後續科學和學科。

另見:真核細胞

細胞類型

細胞可以根據細胞核周圍是否有膜(稱為「核膜」)進行分類。根據這種分類,細胞可以是原核細胞或真核細胞。

原核細胞

什麼是細胞?概念、存在類型、組成部分和功能

原核細胞具有簡單的基本結構,沒有核膜,因此它們的遺傳物質是分散的,佔據一個稱為類核的空間,並與細胞質的其餘部分直接接觸

原核細胞很小,大小在 1-5 µm 之間。它們是地球上最早的生命形式,據我們所知,所有由原核細胞組成的生物都是單細胞的。

另請參見:原核細胞

真核細胞

什麼是細胞?概念、存在類型、組成部分和功能

真核細胞比原核細胞具有更複雜的結構。它們的細胞核被核膜包圍,因此它們的遺傳物質包含在細胞核中。此外,這些細胞的細胞質中具有細胞器(也稱為「細胞器」),這些細胞器可能由膜界定。

真核細胞的大小在10-100微米之間變化,因此它們比原核細胞大。在地球的演化史上,真核細胞是在原核細胞之後出現的。

動物細胞

什麼是細胞?概念、存在類型、組成部分和功能

動物細胞屬於真核類型。

  • 它們由質膜和不同的細胞器(高爾基複合體、粒線體、核醣體、溶酶體、光滑和粗糙內質網等)組成。

  • 遺傳物質存在於包裹著核膜的細胞核中。

  • 它們沒有細胞壁並且形狀非常多樣化。

  • 它們具有溶小體(動物細胞特有的細胞器),溶小體是含有消化酶的囊泡,專門用於降解某些化合物和細胞結構。

  • 它們具有中心粒(動物細胞獨有的細胞器),在細胞分裂中具有非常重要的功能。

植物細胞

植物細胞屬於真核類型。

  • 它們的細胞核被核膜包圍,遺傳物質就存在於核膜中。

  • 它們具有主要由纖維素組成的剛性細胞壁。這種結構賦予細胞形狀並為植物提供支撐(植物有機體不像動物那樣有骨骼)。

  • 它們具有葉綠體(植物細胞獨有的細胞器),葉綠體是進行光合作用的細胞器,光合作用是利用陽光將無機化合物合成有機化合物的過程。

細胞的各個部分

  • 質或細胞質膜(存在於真核細胞和原核細胞)。它是將細胞的外部與內部分開的膜。插入或粘附在其表面的連續雙層磷脂和蛋白質形成。該膜的功能是賦予細胞形狀和穩定性,將細胞的內部內容物與其周圍的介質分開,允許物質進出細胞並幹預細胞之間的相互作用。

  • 細胞壁(存在於植物、真菌和藻類的原核細胞和真核細胞中)。它是位於質膜外側的一層厚且相當堅硬的層。它賦予細胞抵抗力和穩定性。其組成因細胞類型而異,例如,在植物中,細胞壁主要由纖維素組成,而在細菌中,細胞壁由肽聚醣(由糖和氨基酸形成的共聚物)組成。

  • 細胞核(存在於真核細胞中)。它包含細胞幾乎所有的遺傳物質(DNA ),並被含有孔的核膜包圍。它的主要功能是儲存遺傳訊息、控制所有細胞器的活動和協調細胞繁殖。

  • 類核(存在於原核細胞中)。它是 DNA 所在的區域,在原核細胞中,DNA 是具有圓形和閉合形狀的單一分子。與真核細胞中的細胞核不同,類核沒有核膜。

  • 細胞質(存在於真核細胞和原核細胞)。它是細胞的一部分,位於細胞質膜和細胞核之間。它由稱為「細胞質」的液體部分組成,該部分由水、離子和蛋白質組成。所有細胞器都浸入細胞質中。細胞質的主要功能是支持細胞的細胞器並幫助細胞內發生的代謝過程。

細胞器浸入細胞質中,細胞質是實現一種或多種特定功能的結構。與“器官”一詞類比,它們被稱為“細胞器”。細胞器是細胞內的小器官。

有些細胞器是:

  • 粒線體。它們存在於動物和植物的真核細胞中。它們是細胞呼吸發生的結構,細胞呼吸是細胞以ATP形式獲取能量的過程。粒線體通常位於細胞內氧氣進入的地方。一個細胞可以有多達數千個粒線體,這取決於它所進行的活動。

  • 溶小體。它們存在於動物的真核細胞中。它們是起源於高爾基體的膜包圍的囊泡。它們內部有消化酵素和水解酵素(加速化學鍵水解的酵素),可以消化大量的分子。另一方面,它們可以消化細胞內的另一個細胞器,並將其成分返回到細胞質中以供細胞重新使用(這個過程稱為“自噬”),並消化整個細胞(這個過程稱為“自溶」)。溶小體消化的成分來自細胞外,這個過程稱為「異噬作用」。

  • 核醣體。它們存在於真核和原核細胞中。它們負責蛋白質的合成。在真核細胞中,這些細胞器由兩個亞基組成,這兩個亞基分別在核仁(位於細胞核內的物體)中形成,並在細胞質中結合在一起以合成蛋白質。另一方面,在真核細胞中,這些細胞器存在於核膜、粗面內質網、細胞質、粒線體和葉綠體中(對於植物而言)。在原核細胞中,核醣體存在於細胞質中。

  • 高爾基體。它存在於大多數真核細胞中。它負責運輸和修飾在附著於粗面內質網的核醣體中合成的蛋白質。

  • 內質網。它存在於真核細胞中。它是一組從核膜延伸到細胞質的膜。內質網有兩種:

    • 粗面內質網(RER)。它是位於核膜之後的結構。 RER 的表面覆蓋著核醣體(負責蛋白質合成的細胞器)。

    • 光滑內質網(SER)。它是一個從 RER 延伸出來的結構。 REL的表面不含有核醣體,因此其結構中不合成蛋白質,但合成脂肪酸和類固醇。

  • 中心體。它存在於動物的真核細胞中。此細胞器由中心粒和中心粒周圍材料(圍繞中心粒的一組蛋白質)組成。中心粒是由微管形成的結構,微管被中心粒周圍材料包圍,該材料由微管蛋白複合物形成。微管蛋白複合體是有絲分裂紡錘體(參與細胞分裂的一組微管)生長的組織中心。

  • 細胞骨架。它存在於真核細胞中,並在原核生物中具有類似的結構。它由一組延伸穿過細胞質的蛋白質絲組成。它用於建立細胞的形狀並組織內部的內容物。此外,它還有助於細胞內細胞器、細胞分裂中染色體和整個細胞的運動。

  • 纖毛。它們存在於動物和一些藻類的原核細胞和真核細胞中。它們是質膜的延伸,類似頭髮。纖毛會像槳一樣移動,使細胞周圍的液體移動。

  • 鞭毛。它們存在於動物的原核細胞和真核生物以及一些藻類。它們的結構與纖毛相似,但較長。鞭毛移動整個細胞,就像它們是讓細胞運動的小螺旋槳。人體內唯一有鞭毛的細胞是精子。

  • 葉綠體。它們存在於植物和綠藻的真核細胞中。它們由兩層膜組成,內部含有囊泡、葉綠素和類囊體。從陽光中吸收光子進行光合作用的反應發生在類囊體中。雖然葉綠體是植物和藻類細胞所獨有的,但有一種名為翡翠蛞蝓 (Elysia chlorotica) 的軟體動物以藻類 Vaucheria litore 的葉綠體為食。因此,利用藻類的葉綠體,這種軟體動物能夠進行光合作用。

  • 液泡。它們存在於所有真核植物細胞和一些動物細胞中。此外,它們可能存在於一些原核細胞中。這些細胞器是由質膜形成的囊泡。它的功能是儲存水、分子和營養物質。

  • 有色體。它們存在於真核植物細胞中。這些細胞器儲存胡蘿蔔素,胡蘿蔔素是賦予根、花和果實顏色的色素。

  • 白體。它們存在於真核植物細胞中。它們儲存很少的有色物質,並有助於將糖轉化為多醣、脂肪和蛋白質。

  • 霹靂。它們存在於原核細胞中。菌毛是由菌毛蛋白組成的毛髮狀延伸物。它們位於某些細菌的表面,允許它們將遺傳物質轉移給其他細菌。

細胞的功能

細胞功能由細胞類型決定。它的一些基本功能是:

  • 結構功能。細胞可以形成支撐動物身體及其器官的組織,例如脂肪組織(脂肪)、肌肉組織和骨組織(骨頭)。例如: 成骨細胞是在骨骼中發現的形成新骨組織的細胞。

  • 分泌功能。細胞可以合成物質,然後分泌到細胞外介質中,因為這些物質在細胞外發揮功能,或因為它們是廢物。例如:腺泡分泌上皮細胞,存在於人類的唾液腺中,最早分泌唾液。

  • 代謝功能。細胞進行必要的化學反應以獲得能量和執行其不同功能所需的物質。從這個意義上說,它們可以合成或分解化合物。例如:蛋白質合成反應發生在細胞的胞漿中,細胞呼吸發生在粒線體。

  • 防禦功能。某些類型的細胞有助於消除病原體和對抗疾病。例如:T 淋巴細胞是特異性辨識某些抗原並隨後將其破壞的細胞。它們也會破壞人體自身被感染的細胞。

  • 互動或關係功能。細胞對內部和外部刺激做出反應,並產生反應。例如:溫度感受器是因溫度突然變化而活化的皮膚細胞。

  • 生殖功能。真核細胞可以透過有絲分裂(體細胞)和減數分裂(生殖細胞)進行分裂,而原核細胞可以透過二元裂變進行分裂。例如:精子是生殖細胞經由減數分裂產生的細胞。

細胞繁殖

真核細胞的細胞分裂過程可以透過有絲分裂或減數分裂發生。

有絲分裂

有絲分裂是體細胞核分裂的過程,而細胞質的分裂稱為「細胞分裂」。

透過有絲分裂進行的細胞分裂產生兩個相同的細胞,其染色體類型和數量與原始細胞相同。這種類型的繁殖允許在組織生長過程中替換死亡細胞並產生新細胞。它還允許更換受損的細胞。

減數分裂

減數分裂是生殖細胞產生配子的核分裂過程。

細胞減數分裂產生四個細胞,其染色體數量是原始細胞的一半。在減數分裂過程中,同源染色體會重組,即遺傳訊息交換。

考慮到:

  • 體細胞(非生殖細胞)是與多細胞生物組織和器官生長有關的細胞。它們是二倍體細胞,也就是說,它們具有所有同源染色體組。

  • 生殖細胞可以透過有絲分裂產生其他生殖細胞。它們也透過減數分裂產生配子(例如人類的卵子和精子)。配子是單倍體細胞,也就是說,它們有一半的染色體對。

二元裂變

原核細胞以二元裂變進行分裂。二元裂變包括原核環狀 DNA 的複製,以產生兩個新的相同 DNA 分子,但也有一些例外。

此外,細胞質被複製,細胞骨架蛋白被組織以產生新的細胞壁和細胞質膜,產生兩個相同的子細胞。

細胞學說

細胞學說解釋了細胞在生物體的形成和特性以及生命的組成中的作用。

根據這個理論,細胞是形成每個生物體的形態和生理單位,為了證實這個說法,它是基於以下假設:

  • 所有生物體都是由細胞或其分泌物質所組成。生物體可以根據組成它們的細胞數量進行分類:

    • 單細胞生物。它們是由單一細胞組成的生物體。例如:細菌、古細菌和一些真菌(如酵母)。

    • 多細胞生物。它們是由多個細胞組成的生物體。這些生物體的細胞專門執行各種功能。例如:動物、植物和蘑菇類真菌。

  • 細胞是所有生物的功能單位,因為它們的重要功能(營養、生長、繁殖、對刺激的反應)發生在細胞內或其附近。

  • 所有細胞都來自另一個細胞,也就是說,沒有任何細胞源自於無生命物質。

  • 所有細胞都含有遺傳訊息,使它們能夠執行和控制其功能,並將遺傳訊息傳遞給後代細胞。

繼續: 細胞理論

標籤: 生物學

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