后来有科学家进一步发现其实内质网不仅仅存在于细胞的细胞质里面,有时还会和质膜及核膜相连。内质网是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,有些还会伴有许多线粒体。
内质网按形态结构的不同常被分为两种:一是粗面内质网又称颗粒型内质网,常见于蛋白质合成旺盛的细胞中,且大多为扁平的囊,少数为球形或管泡状的囊,膜上附着有核糖体;另一个是滑面内质网,形状基本上都是分支小管及小囊,有时小管排列得非常紧密,以同心圆形式围绕在分泌颗粒和线粒体的周围,膜上一般不附着核糖体,滑面内质网不仅在一定部位与粗面内质网相连通,而且有的与质膜或细胞核外膜相连。内质网的存在,扩大了细胞质内的膜面积。在内质网膜上附着多种酶,为生命活动的各种化学反应的正常进行创造了很多有利的条件。粗面内质网不仅是核糖体的支架,而且是分泌蛋白的运输通道。滑面型内质网与蛋白质的合成虽然无关,可是它的功能却更为复杂,它可能参与糖原和脂类的合成、固醇类激素的合成,以及具有分泌等功能。
(4)核糖体
是蛋白质合成的场所,也是最小的细胞器,只有在电镜下才可以寻找到它微小的身影。核糖体是一种颗粒状物质,是科学家在1953年用电镜观察植物细胞时发现的。1955年,当帕拉德用电镜观察动物细胞时,同样也在细胞质中看到了这些小小的颗粒。他进一步研究了这些颗粒的化学成分和结构。直到1958年,罗伯特斯根据前人的知识和经验以及自己对这些颗粒化学成分的观察和研究,将命名它为核糖核蛋白体,简称核糖体,又称核蛋白体。
除哺乳类红细胞以外,一切活细胞中均有核糖体。它是一种非常重要的细胞器,负责细胞内蛋白质的合成。增殖快速、分泌功能旺盛的细胞中含有的核糖体尤其多。
(5)高尔基体
这里的“高尔基”不是我们所熟悉的苏联文学家,而是位是意大利人。高尔基于1898年在神经细胞中首先观察到的细胞器,是所有动物、植物细胞中都有的一种细胞器。
高尔基体是细胞分泌物的最后加工和包装的场所。从内质网断下来的分泌小泡移至高尔基区,与高尔基体融合。小泡中的分泌物在这里加工后,围以外膜而成分泌泡。分泌泡脱离高尔基体向细胞外周移动,最后分泌泡外膜与细胞膜愈合而将分泌物排出细胞之外。
动物细胞的高尔基体通常定位于细胞核的一侧。而植物细胞高尔基体分散于整个细胞中。
高尔基体可以先将内质网合成的蛋白质拿过来进行加工、分类与包装,然后再分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。高尔基体还有其他功能,如在某些原生动物中高尔基体与调节细胞的液体平衡有关系。
(6)溶酶体
溶酶体是由高尔基体断裂产生的由单层膜包裹着的一种小泡状结构。溶酶体的主要作用是消化作用,是细胞内的消化器官,与细胞自溶、防御以及对某些物质的利用均与溶酶体的消化作用有关。
溶酶体在消化过程中,一般先与食物泡融合,将细胞吞噬进的食物或致病菌等大颗粒物质消化成生物大分子,残渣等则通过外排作用排出细胞。
在细胞分化过程中,某些衰老的细胞器和生物大分子等陷入溶酶体内也会被消化掉,这是机体自身重新组织的一种需要。溶酶体里面的酶很有威力,不过它的膜和细胞膜一样都是选择透过性膜,所以不用担心它里面的化学物质会随意泄漏出来伤害细胞的其他部分。一般来说,溶酶体在植物细胞里比较少见。
细胞中还有一种和溶酶体很相似的小体,也成单层膜泡状,但所含的酶却和溶酶体不同。这种小体称为微体。一种微体称过氧化物酶体(见右上图),是动物、植物细胞都有的微体。
4.细胞的大脑——细胞核
当我们用显微镜观察细胞内部时,最显眼的是个又大又圆又亮的物体,它就是我们要介绍的细胞核。
细胞核可谓是细胞的控制中心,因为它可以指挥着细胞里的一切活动。细胞核一般是球形或者卵形,大小一般在7微米左右。细胞核的数目:大多数生物体的细胞中都是含有一个细胞核;人体内的成熟红细胞内则没有细胞核;植物在个体发育的过程中可能还会同时出现多个胚乳核的现象;人的骨骼肌细胞中的细胞核数目可以多达数百个。
细胞核在细胞的代谢、生长和分化中,都起着重要的作用。有人用变形虫做实验,去掉细胞核的变形虫虽然还能活几天,但不能取食,也不能生长,逃不脱死亡的命运。遗传物质(基因)主要是位于核中的,所以细胞核可说是细胞的控制中心。
通常细胞核还包括核膜、染色质和核仁等部分。
(1)核膜
核膜包裹着细胞核的表面,它是双层膜,是由基本平行的内层膜、外层膜所构成的。核膜上有很多的小孔,它们就是核孔,物质进出细胞核都需要通过它。一般认为,水离子等小分子物质可直接通过核膜进出细胞核;而蛋白质等大分子则必须经过核孔才可以出入细胞核。核功能活跃的细胞核孔数量多。
(2)染色质
在细胞核中,有一种易被碱性染料染上颜色的物质,叫做染色质。
细胞核如何指挥细胞,真正的答案还是在染色质里。染色质包含着遗传信息,它是调节细胞生长、分裂、分化,以至于决定生物体新陈代谢、遗传和变异等一切活动的物质基础。
(3)核仁
它通常是单一的或者多个匀质的球形小体,呈中圆形或椭圆形的颗粒状结构,没有外膜。核仁是核中最明显的结构,是产生核糖体的地方。核糖体又是生产蛋白质的细胞器。核仁的大小、形状随生物的种类、细胞类型和细胞代谢状态而变化。蛋白质合成旺盛、活跃生长的细胞,如分泌细胞、卵母细胞,其核仁大,可占总核体积的25%。不具蛋白质合成能力的细胞,如肌肉细胞、休眠的植物细胞,其核仁很小。在细胞周期过程中,核仁是一个高度动态的结构,在有丝分裂期间表现出周期性的消失与重建。细胞分裂时,核仁消失;分裂结束后,两个子细胞分别产生新的核仁。
第四节原核生物
自然界的生物千变万化。在微观世界里,细胞多样,细胞的形状也多种多样,大小各不相同,结构的复杂性程度相差悬殊。
按照结构的复杂程度及进化顺序,全部细胞可归并为两类:一类是原核细胞,一类是真核细胞。
按照细胞的营养类型,还可将大部分真核细胞分为植物细胞和动物细胞。下面我们就来分别介绍这两种细胞。
1.原核细胞
生命的进化是从简单到复杂的过程。
原核细胞是地球上起源最早、细胞结构最简单的生命形式,是组成原核生物的细胞。这类细胞的主要特征是没有明显可见的细胞核,同时也没有核膜和核仁,只有拟核,进化地位较低。这类细胞主要包括细菌和蓝细菌(蓝藻)等微生物。
原核细胞的基本结构的特点是:(1)没有细胞核、核区(类核),遗传信息量小,遗传信息载体多为一个环状DNA构成;(2)没有细胞器。
原核生物的特征是体积较小,直径0.2纳米~10纳米;进化地位较原始,在30亿~35亿年前就出现;在地球上的分布广度与适应性比真核生物大得多。代表性的原核生物有细菌、蓝藻、支原体、螺旋藻等。
原核细胞构成的生物称为原核生物。根据外表特征,可把原核生物粗分为“三菌三体”6种类型,即细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。
2.细菌
细菌这个名词最初由德国科学家埃伦伯格在1828年提出,用来指代某种细菌。直到1866年,德国动物学家海克尔建议使用“原生生物”,包括所有单细胞生物(细菌、藻类、真菌和原生动物)。1878年,法国外科医生塞迪悦提出“微生物”的概念,来描述细菌细胞,或者更普遍地用来指微小生物体。
大家平时喝的酸奶中就添加了有益菌。细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体,是大自然物质循环的主要参与者。细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成,有的细菌还有夹膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。绝大多数细菌的直径大小在0.5微米~5微米。广义的细菌即为原核生物,是指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称做核区(或拟核)的裸露DNA的原始单细胞生物,包括真细菌和古生菌两大类群,其中除少数属古生菌外,多数的原核生物都是真细菌。可粗分为6种类型,即细菌(狭义)、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。人们通常所说的即为狭义的细菌。狭义的细菌为原核微生物的一类,是一类形状细短、结构简单、多以二分裂方式进行繁殖的原核生物,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体,是大自然物质循环的主要参与者。
细菌可根据形状分为三类,即:球菌、杆菌和螺旋菌(包括弧形菌)。
还有一种利用细菌的生活方式来分类,即可分为3大类:腐生生活、寄生生活及自养生存。
细菌的个体非常小,目前已知最小的细菌只有0.2微米长,因此大多只能在显微镜下才能看到它们。细菌一般是单细胞,细胞结构简单,缺乏细胞核、细胞骨架以及膜状胞器,例如粒线体和叶绿体。
基于这些特征,细菌属于原核生物。原核生物中还有另一类生物称为古细菌,是科学家依据演化关系而另辟的类别。为了区别,原核生物也被称做真细菌。细菌广泛分布于土壤和水中,或者与其他生物共生。人体身上也带有相当多的细菌。据测算,人体内及表皮上的细菌细胞总数约是人体细胞总数的十倍。
3.放线菌
放线菌是原核生物的一个类群。大多数有发达的分枝菌丝。菌丝纤细,宽度近于杆状细菌,约0.5微米~1微米。可分为:营养菌丝,又称基质菌丝,主要功能是吸收营养物质,有的可产生不同的色素,是菌种鉴定的重要依据;气生菌丝,叠生于营养菌丝上,又称二级菌丝。
放线菌由菌丝体组成,在光学显微镜下观察,菌落周围具辐射状菌丝。总的特征介于霉菌与细菌之间。因其种类不同,可分为两类:
一类是由产生大量分枝的气生菌丝和菌种所形成的菌落。链霉菌的菌落是这一类型的代表。链霉菌菌丝较细,生长缓慢,分枝多而且相互缠绕,故形成的菌落质地致密、表面呈较紧密的绒状;或坚实、干燥、多皱,菌落较小而不蔓延。营养菌丝长在培养基内,所以菌落与培养基结合较紧,不易挑起或挑起后不易破碎。当气生菌丝尚未分化成孢子丝以前,幼龄菌落与细菌的菌落很相似,光滑或如发状缠结。有时气生菌丝呈同心环状,当孢子丝产生大量孢子并布满整个菌落表面后,才形成絮状、粉状或颗粒状的典型的放线菌菌落。有些种类的孢子含有色素,使菌落表面或背面呈现不同颜色。
另一类菌落由不产生大量菌丝体的种类形成。如诺卡氏放线菌的菌落,黏着力差,结构呈粉质状,用针挑起则粉碎。若将放线菌接种于液体培养基内静置培养,能在瓶壁液面处形成斑状或膜状菌落,或沉降于瓶底而不使培养基混浊;如以震荡培养,常形成由短的菌丝体所构成的球状颗粒。
(1)放线菌菌丝类型
根据菌丝形态和功能的不同,放线菌菌丝可分为基内菌丝、气生菌丝和孢子丝三种。链霉菌属是放线菌中种类最多、分布最广、形态特征最典型的类群。
①基内菌丝
基内菌丝匍匐生长于营养基质表面或伸向基质内部,它们像植物的根一样,具有吸收水分和养分的功能。有些还能产生各种色素,把培养基染成各种美丽的颜色。放线菌中多数种类的基内菌丝无隔膜,不断裂,如链霉菌属和小单孢菌属等;但有一类放线菌,如诺卡氏菌型放线菌的基内菌丝生长一定时间后形成横隔膜,继而断裂成球状或杆状小体。
②气生菌丝
气生菌丝是基内菌丝长出培养基外并伸向空间的菌丝。在显微镜下观察时,一般气生菌丝颜色较深,比基内菌丝粗;而基内菌丝色浅、发亮。有些放线菌气生菌丝发达,有些则稀疏,还有的种类无气生菌丝。
③孢子丝
孢子丝是当气生菌丝发育到一定程度,其上分化出的可形成孢子的菌丝。放线菌孢子丝的形态多样,有直形、波曲、钩状、螺旋状、一级轮生和二级轮生等多种,是放线菌定种的重要标志之一。
孢子丝发育到一定阶段便分化为分生孢子。在光学显微镜下,孢子呈圆形、椭圆形、杆状、圆柱状、瓜子状、梭状和半月状等,孢子的颜色十分丰富。孢子表面的纹饰因种而异,在电子显微镜下清晰可见,有的光滑,有的褶皱状、疣状、刺状、毛发状或鳞片状,刺又有粗细、大小、长短和疏密之分。
(2)放线菌繁殖方式
放线菌主要繁殖的方式大致有两种:通过形成无性孢子的方式进行繁殖,也可借菌体为裂片段繁殖。当放线菌长到一定阶段,则一部分气生菌丝形成孢子丝;孢子丝成熟便分化形成许多孢子,称为分生孢子。
孢子的产生有以下几种方式。
凝聚分裂形成凝聚孢子。其过程是孢子丝孢壁内的原生质围绕核物质,从顶端向基部逐渐凝聚成一串体积相等或大小相似的小段,然后小段收缩,并在每段外面产生新的孢子壁而成为圆形或椭圆形的孢子。孢子成熟后,孢子丝壁破裂释放出孢子。多数放线菌按此方式形成孢子,如链霉菌孢子的形成多属此类型。