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第二章 細胞

動物細胞的超微結構

?        可在電子顯微鏡下看到的細胞的精細結構稱為超微結構ultra-structure)。

 

一、 動物細胞的超微結構

?       普通動物細胞的原生質包含有一個中央細胞核,周圍被細胞膜包圍的是細胞質

 

二、 細胞膜

2.1  基本結構

?        光學顯微鏡下的細胞膜是一條線狀結構,但在電子顯微鏡下它出現了三層構造:上下兩層是深淺度較高的蛋白質,中間是較淺的脂類分子(磷脂)。

?        這種三層式的質膜是所有有膜細胞器的基本構造。

?        然而近代研究發現這並非共通的。有一些細胞膜是由小球體的磷脂所構成,蛋白只是在磷脂層表面,而並非雙層蛋白質包圍脂類。

?        更有一些膜出現不對稱的現象,就是某一面的蛋白質比另一面厚(膜外蛋白質膜內蛋白質),或只是蛋白質是以小球體橫跨磷脂層(跨膜蛋白質),而不是層狀的。

 

2.2  功能

?        細胞膜是選透性的,控制不同物質進出細胞的運動。當能量被消耗,某些分子或離子會被推出細胞膜以外,同時其他分子會被拉進細胞。換句話說,細胞膜控制了物質進出細胞的通道。

 

三、 細胞質

?       細胞質包含可溶蛋白質、碳水化合物、油、糖原顆粒等。

?       懸浮於細胞質中的是經特化以進行特定功能的細胞器。細胞器分為有膜細胞器(有被膜包圍的細胞器)和無膜細胞器。

?       細胞質內出現有膜細胞器的好處:

i.            增加膜面積與細胞體積之比例,讓更多參與代謝作用的酶附在表面。

ii.          在膜表面按反應順序排列,加快反應速率。

iii.         有害反應物局限於細胞器內,避免損害細胞。

iv.         把不同的代謝過程分隔成受膜限制的不同區域,達致分室作用

 

3.1  內質網endoplasmic reticulum

?       複雜的膜狀管道和囊,於整個細胞質內延伸。

?       主要功能:

i.            把細胞質分為不同區域以進行不同的代謝作用(分室作用)。

ii.          為代謝反應提供寬闊表面,增加其進行的面積。

iii.         作為一個運輸系統把細胞內的物質運送到細胞外。

?       大部分內質網表面以核糖體依附,稱為粗糙內質網;沒有核糖體的是光滑內質網。兩類內質網都是與核膜連結的。

(a)  粗糙內質網

?       功能:蛋白分子合成和儲存的地方,以便細胞使用或運輸到細胞外。

?       常見於一些分泌酶的細胞,如胰臟。

(b)  光滑內質網

?       用於合成和運輸類固醇激素脂類,和產生高爾基體

?       常見於分泌類固醇激素的細胞,如睾丸的間質細胞(interstitial cells)和腎上腺的間質細胞,以及小腸上皮組織(脂類的代謝)。

 

3.2  高爾基器

(a)  結構

?       包含一層層扁平的囊狀構造堆疊而成,邊緣有泡囊釋出。

?       每一層高爾基器稱為高爾基體Golgi body)。

?       其中有一些膨大扁平狀膜囊形成瀦泡cisterna)。瀦泡被膜所包圍。

?       估計高爾基器是由光滑內質網所形成。構造與光滑內質網相似,但高爾基器比較緊密。

(b)  功能

?       把細胞內所合成的物質集中,然後藉泡囊運輸到細胞外。

?       動物細胞常分泌一些糖蛋白glycoprotein),如呼吸道和消化道上的黏液分泌細胞的黏液。蛋白質於粗糙內質網內合成後,於高爾基器內加上碳水化合物

?       來自粗糙內質網的蛋白質先到達順式cis face高爾基器網絡作辨認,誤送往高爾基器的蛋白質會送返內質網。

?       蛋白質在瀦池經處理後送到反式trans face高爾基器網絡進行分類及送到目的地。

(c)  位置

?       在所有動物細胞內都有高爾基器,尤其在活躍於分泌的細胞

?       植物中高爾基器只出現於某些低等植物,如藻、真菌。

?       於高等植物中,高爾基器只出現於分生組織meristem),即活躍分裂的細胞。這可能與合成細胞壁的物質有關,如半纖維素(hemi-cellulose)和果膠(pectin)。

 

3.3  核糖體

(a)  結構

?       細小球狀物質,由一大(60S)一小亞單位(40S)構成(60S+40S = 80S),直徑約20nm1 nm = 10-9 m)(原核細胞的較小, 70S)。

?       含有40%蛋白質60% RNA核糖體RNA, rRNA)。

?       多個核糖體可以與一條信使RNAmRNA)結合形成多核糖體

?       核糖體也可以依附於內質網上形成粗糙內質網,使合成的蛋白質能運輸進內質網內,再透過內質網和高爾基器網絡運輸到細胞外。

?       一些核糖體會於細胞質內游離,以助合成蛋白質。

?       核糖體是一個無膜結構。

(b)  功能

?       根據信使RNA的遺傳密碼,沿著移動,用來合成蛋白質。

 

3.4  中心體

(a)  結構

(1)   於細胞核附近,由兩粒中心粒以直角排列所組成。每個中心粒是一個空心的圓筒狀構造,由27微質管3´9組)特徵性排列。

(2)   鞭毛纖毛底部的基粒basal body)有相似的構造。但鞭毛(幼長的細胞質延伸構造)和纖毛(細胞表面短小的細胞質延伸構造)內部除了有外圍18個(2´9組,即9對)微質管外,還有2個(1´2組)中央微質管(所以常稱為9+2)。

 

(b)  功能

(1)   有絲細胞分裂減數細胞分裂時,一對中心粒分裂形成兩對,並各自移向細胞兩極。中心粒放出微質管(紡錘體),連接染色體,有助染色體移向細胞兩極。

(2)   分化成可活動細胞時,中心粒分裂形成基粒,基粒再發展形成鞭毛或纖毛。

 

(c)  位置

?       中心粒出現於所有動物細胞內(一些高度特化,失去分裂能力的細胞除外,如神經元)。

?       高等植物細胞內中心粒不常見,但細胞分裂時仍會放出紡錘體

 

3.5  溶菌體

(a)  結構

?       溶菌體是有膜的細胞器,含有很多不同的酶,能分解細胞內的巨大分子。

(b)  功能

?       吞噬作用時,溶菌體與含食物的泡囊結合,讓溶菌酶把食物消化。

?       消化老化或破損的細胞器(自體吞噬)。

?       老化細胞的自溶autolysis):溶菌體外膜自行破裂,放出溶菌酶,把細胞殺死。

?       把酶釋放到細胞外(胞吐作用),以將細胞分解,如蝌蚪變態時把尾部消除。

?       把種子內子葉的儲存食物消化。

 

(c)  位置

?       於動物細胞中最常見,不常見於植物細胞。

 

3.6  粒線體

(a)  結構

?       在光學顯微鏡下可以看到的粒狀構造,在電子顯微鏡下是圓球狀或長條狀的構造,直徑約0.2 mm1 mm = 10-6 m),長度約5 mm

?       具有雙層被膜的空心構造;外膜圓滑和平均,控制化學物質的進出;內膜向內摺疊形成向內伸長的脊(crista),因而大幅增加呼吸酶電子傳遞系統細胞色素)所能依附的表面積。脊上有很多帶柄的微粒,用以產生ATP

?       中央的基質有大量參與克雷伯氏循環Kreb’s cycle的酶

?       粒線體內有DNA作為遺傳物質,具有自我分裂的能力(self-replication)。它也有核糖體(RNA

 

(b)  功能

?       脊上的呼吸酶(電子傳遞系統和細胞色素)和中央的基質內參與克雷伯氏循環(Kreb’s cycle)的酶均負責氧化磷酸化作用oxidative phosphorylation),把食物分解釋放能量。

 

(c)  位置

?       需要能量的細胞有大量粒線體,如肌肉細胞(收縮)、腎小管(主動運輸)、精子(運動)

?       在紅血球、細菌和藍綠藻(或稱為藍細菌)內沒有粒線體。

 

四、 細胞核

?       雙層被膜(核膜)包圍的構造,內含核仁,染色體和核質。

4.1  核膜

?       雙層膜,外膜與內質網相連(通常是粗糙內質網)。

?       核膜上有直徑40-100 nm核孔,控制物質進出細胞核的通道,如RNA

 

4.2  核仁

?       沒有被膜的構造,電子顯微鏡下是電子密集的區域。

?       含有大量核糖體RNA,可能是組合成核糖體的位置。

?       於細胞分裂早期消失,分裂後會重現。

 

4.3  染色體

?       桿狀結構,含有DNA和蛋白質,其上有不同段落的基因

?       同一物種內細胞的染色體數量維持不變。

?       於細胞分裂期間出現。非分裂的細胞中很難看見,通常是絲狀的染色質

 

4.4  核質

?       細胞核內的液體,有不同的分子,如染色質。

資料來源:以撒之家