元素医生自己当（连载51）

02节人体细胞基本知识与修正

人体的微观概念是细胞，生命活动主要是以细胞为基本单位进行的。细胞表面有细胞膜，它使每个细胞与周围环境隔离开，维持着相对稳定的细胞内部环境，并且具有保护细胞的作用。同时，细胞与周围环境不断地交换与运输物质，主要依靠细胞膜进行。此外，活细胞中的各种代谢活动，都与细胞膜的结构和功能有密切关系。

（1）细胞膜的分子结构：

研究人体细胞膜的化学组成，大都以动物细胞、红细胞、神经髓质等作为研究对象。通过对这些细胞膜的化学分析知道，细胞膜主要是一层由磷脂和蛋白质构成的膜。在不同的细胞膜中，磷脂和蛋白质的比例不同。

观察细胞膜，只有在电子显微镜下才能真正看到一层厚约80×10-10m的膜。细胞膜具有三个层次，内层和外层，以及中间层。具体来说，在膜的中间是磷脂双分子层，实际上包括两层磷脂分子，这是细胞膜的基本支架，由它支持着许多蛋白质分子。有些蛋白质分子排布在磷脂双分子层的外侧，镶嵌在膜的表层；另一类蛋白质分子，有的嵌插在磷脂双分子层中，有的甚至贯穿在整个磷脂双分子层中。分布在磷脂双分子层表层的蛋白质分子，与嵌插、贯穿在内的蛋白质分子，是不均匀、不对称的。

构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的，而不是静止的。细胞膜的这种结构特点，对于它完成各种生理功能是非常重要的。

在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与多糖结合形成的糖蛋白，叫做糖被。它在细胞生命活动中具有重要的功能。例如，消化道和呼吸道等表皮细胞表面的糖蛋白有保护和润滑作用，而尤其是糖被对于细胞表面的识别有密切关系。经研究发现，动物细胞表面糖蛋白的识别作用，好比是细胞与细胞之间，或者细胞与其他大分子之间，互相联络用的文字或语言。

以前认为细胞的表面仅仅有一层细胞膜而已，现在认识到细胞膜是一个复合的结构体系，并且也是一个多功能体系。据目前的研究知道，细胞表面主要包括：细胞膜、糖被和膜下溶胶层，以及细胞表面的一些特化结构，细胞之间的各种联结结构。关于细胞表面的研究，还需进一步探讨。

细胞膜的主要功能：

细胞膜有多方面的重要功能，它与细胞的物质交换、细胞识别、分泌、排泄、免疫等都有密切的关系。

活细胞不停地进行新陈代谢作用，它必须不断地与周围环境交换物质，物质通过细胞膜进出细胞。无机离子和小分子有机物质进出细胞主要通过自由扩散和主动运输等方式，而大分子和颗粒性物质主要通过内吞作用进入细胞。

自由扩散： 这种方式是被选择吸收的物质，从浓度高的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运，例如O2、CO2、甘油、乙醇、苯等物质，可以从浓度高的一侧转运到浓度低的一侧。这种物质出入细胞的方式叫做自由扩散。自由扩散不需要消耗细胞内新陈代谢所释放的能量，若说成运输，而是主动运输。

主动运输：主动运输的特点是被选择吸收的物质是从浓度低的一侧，通过细胞膜运输到浓度高的一侧，必须有载体蛋白质的协助，这是因为蛋白质能自由运动，而不需要消耗细胞内新陈代谢所释放的能量，这个能量是热量，是维护体温的，不是人体运动的能量。例如，轮藻细胞中K+的含量比它所生存的水环境中的K+大63倍，说明它喜钾元素。人的红细胞中K+的浓度比血浆中K+的浓度要高出30倍，也说明而红细胞喜钾云素。而Na+的浓度却比血浆中Na+的浓度低6倍，说明红细胞厌钠元素。这是轮藻细胞和人的红细胞的共同之处是喜钾厌钠。不能说“具有不断地积累K+和运出Na+的能力”，因为细胞膜内外的K+和Na+都能自由运动，至于为什么细胞内液钾多钠少，而外液钾少钠多，这是因为钾有天然放射性同位素40K，而钠没有放射性同位素，放射性电子，才是真能量。

主动运输这种物质出入细胞的方式，能够保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要的营养物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞有害的物质。可见，主动运输对于活细胞完成各项生命活动有重要作用。

上面讲述的物质通过细胞膜出入细胞的两种方式，可以说明细胞膜是一种选择透过性膜。这种膜可以让水分子自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。

细胞的内吞作用和外排作用： 大分子和颗粒性物质主要通过内吞作用进入细胞。这些物质由于与细胞膜上的某些蛋白质有特异的亲和力而附着在膜上，然后这部分细胞膜内陷，形成小囊，这些物质就被包围在内。接着，小囊从细胞膜上分离下来而形成小泡，并且进入细胞内部，这种现象叫做内吞作用。

与内吞作用相反，有些物质在细胞膜内被一层膜所包围，形成小泡，小泡逐渐移到细胞表面，小泡膜与细胞膜融合在一起，并且向细胞外张开，使内含物质排出细胞之外，这种现象叫做外排作用。细胞通过外排作用向外分泌物质。

植物细胞在细胞膜的外面还有一层细胞壁，它的化学成分主要是纤维素和果胶。细胞壁对于植物细胞有支持和保护作用。

（2）细胞质的结构和功能：

在细胞膜以内、细胞核以外的全部原生质，叫做细胞质。用光学显微镜观察活细胞，可以看到细胞质是均匀透明的胶状物质。活细胞中的细胞质处于不断流动的状态。细胞质主要包括细胞质基质和细胞器。

细胞质基质中含有水、无机盐离子、脂类、糖类、氨基酸和核苷酸等，还有很多种酶。细胞质基质是活细胞进行新陈代谢的主要场所，细胞质基质为新陈代谢的进行，提供所需要的物质和一定的环境条件。例如，提供ATP、核苷酸、氨基酸等。

在细胞质基质中，悬浮着多种细胞器：主要有线粒体和叶绿体，此外还有内质网、核糖体、高尔基体、中心体和液泡等。每一种细胞器都有特定的形态结构，完成各自专有的功能。

线粒体普遍存在于植物细胞和动物细胞中，它是活细胞进行有氧呼吸的主要场所。现在知道，细胞生命活动所必需的能量，大约95％来自线粒体。因此，有人把线粒体叫做细胞内供应能量的“动力工厂”。

在光学显微镜下观察，线粒体大多数呈椭球形。在电子显微镜下观察，线粒体是由内外两层膜构成的。外膜使线粒体与周围的细胞质基质分开。内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠，形成嵴。嵴的周围充满液态的基质。在内膜和基质中，有许多种与有氧呼吸有关的酶。

线粒体一般是均匀地分布在细胞质基质中，但是它在活细胞中能自由地移动，往往在细胞内新陈代谢旺盛的部位比较集中。例如，线粒体在小鼠受精卵的分裂面的附近比较集中。叶绿体是绿色植物叶肉细胞中，进行光合作用的细胞器。因此，有人把它比喻为“养料制造工厂”和“能量转换站”。

在光学显微镜下观察高等植物的叶绿体，可以看到它一般呈扁平的椭球形或球形。在电子显微镜下，可以看到叶绿体的外面有双层膜，使叶绿体内部与外界隔开。叶绿体的内部含有几个到几十个基粒。在叶绿体的内膜上、基粒上和基质中，含有许多进行光合作用所必需的酶。

绝大多数植物和动物的细胞内都有内质网。内质网有两种：一种是表面光滑的；另一种是上面附着许多小颗粒状的核糖体的。内质网是由膜结构连接而成的网状物，广泛地分布在细胞质基质内。内质网增大了细胞内的膜面积，膜上附着很多种酶，为细胞内各种化学反应的正常进行提供了有利条件。内质网与蛋白质、脂类和糖类的合成有关，也是蛋白质等的运输通道。有人比喻说，内质网是有机物合成的“车间”。

核糖体是椭圆形的粒状小体，有些附着在内质网上，有些游离在细胞质基质中。核糖体是细胞内将氨基酸合成为蛋白质的场所，因此，有人把它比喻成蛋白质的“装配机器”。

高尔基体普遍存在于植物细胞和动物细胞中。大多位于细胞核附近的细胞质中。一般认为，动物细胞中的高尔基体与细胞分泌物的形成有关，还与细胞质内蛋白质的浓缩和运输有关，有人把它比喻成蛋白质的“加工厂”。植物细胞分裂时，高尔基体与细胞壁的形成有关。

动物细胞和低等植物的细胞中有中心体，通常位于细胞核附近。每个中心体由两个互相垂直排列的中心粒及其周围物质组成。动物细胞的中心体与有丝分裂有关。液泡是植物细胞质中的泡状结构。成熟的植物细胞中的液泡很大，可占据整个细胞体积的90％。

液泡的表面有液泡膜。液泡内有细胞液，其中含有有机酸、生物碱、糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质，可以达到很高的浓度。因此，它对细胞的内环境起着调节作用，可以使细胞保持一定的渗透压，保持膨胀的状态。

溶酶体是具有单层膜的囊状结构的细胞器。几乎各种动物细胞内都有溶酶体，在植物细胞内有类似溶酶体的细胞器——圆球体和糊粉粒。在不同的细胞内，溶酶体的数量和形态有很大的差别。

溶酶体内含有很多种水解酶类，能够分解很多种物质，因此有人比喻说溶酶体是细胞内的“酶仓库”、“消化系统”。事实证明，溶酶体对于种子的萌发、卵细胞的受精等多种生理过程都起着积极作用。

由上述内容可以知道，细胞质基质是活细胞新陈代谢的主要场所。在活细胞完成各种生命活动的过程中，细胞质基质和细胞器是相互协调的，各种细胞器之间也是密切联系的。

（3）细胞核的结构和功能：

真核细胞绝大多数都有细胞核。每个真核细胞通常只有一个细胞核，而有的细胞有2个以上的细胞核。但是，有极少数种类的细胞，却没有细胞核，如哺乳动物的成熟的红细胞。

细胞核的形状，最常见的是圆形、卵形的。细胞核的直径在 7μm左右。

细胞核的结构：

用电子显微镜观察经过固定、染色的有丝分裂间期的真核细胞，可以看到细胞核的主要结构有核膜、核仁和染色质等。

核膜 核膜包围在细胞核的外面，由内外两层膜构成，把细胞质与核内的物质分开。在核膜上有许多小孔，叫做核孔。核孔是细胞核和细胞质之间进行物质交换的孔道。大分子物质可以自由通过核孔而进入细胞质内，如细胞核内的信使RNA。

离子和比较小的分子，可以通透核膜，如氨基酸和葡萄糖。在核膜上有大量的多种的酶，这有利于各种化学反应的顺利进行。

核仁在大多数真核细胞间期细胞核内，核仁是最显著的结构，因为它的折光性较强，与细胞的其他结构很容易区分。核仁通常是匀质的球形小体，在细胞有丝分裂过程中，核仁周期性地消失和重建。

染色质这个名词最早在 1882年提出，主要是指细胞核内容易被洋红或苏木精等碱性染料染成深色的物质，因此叫做染色质。染色质主要由DNA和蛋白质组成。

在分裂间期细胞核中，染色质呈细长的丝状，并且交织成网状，这是细胞间期遗传物质存在的特定形态。当细胞进入分裂期时，每条染色质细丝就高度螺旋化，缩短变粗，成为一条圆柱状或杆状的染色体，这是细胞分裂期遗传物质存在的特定形态。因此，染色质和染色体是同一种物质在不同时期细胞中的两种形态。

细胞核的主要功能：

细胞核是遗传物质储存和复制的场所，是细胞遗传性和细胞代谢活动的控制中心，因此，它是细胞结构中最重要的部分。

大量科学实验表明：凡是无核的细胞，既不能生长也不能分裂，如成熟的红细胞。人工去核的细胞，一般存活不久。例如变形虫去除细胞核以后，新陈代谢减弱，运动停止，当重新移入细胞核后，又能够恢复生命活动。由此可见，细胞核在细胞生命活动中起着决定性的重要作用。