餐桌上的细胞生物学-动物细胞模型第一部分- Rs科学开云体育全站app下载安装

细胞是生命的组成部分。建立一个细胞模型应该加深你对细胞、每个细胞器的作用以及它们如何完成工作的理解。有些细胞器一直存在于细胞中。有些细胞器是暂时性的，只在细胞进行特定过程如有丝分裂时才出现。因此，我们有4篇系列博文来介绍动物细胞经历不同过程的模型。

本文将介绍

设计您自己的单元模型项目

当你浏览Facebook、Instagram或Pinterest时，你见过这些五颜六色的细胞模型吗?当然，你可以买一个塑料电池模型网上。然而，我更喜欢DIY我自己的独特版本的细胞模型，世界上没有人会有相同的设计。是时候发挥创造力了!

[在这张图中]我在Pinterest上保存的各种3D细胞模型。

选择材料的合理性

我个人保存了很多我找到的这些非常漂亮的模型的照片，我希望有一天我可以制作我自己版本的3D细胞模型。有些是用粘土或泡沫塑料做的。其中一些是用回收纸板和旧玩具制成的。有些是可食用的，由蛋糕、糖果甚至披萨制成!

毫无疑问，所有这些细胞模型都是美丽的和有教育意义的。这让我想知道如何在我的细胞模型的原始版本中添加创造性的想法，并使其脱颖而出。

我要在餐桌上教你《细胞生物学

构建单元模型应该加深您对单元的理解。制作你自己的细胞模型的关键步骤是选择材料代表不同的细胞器(如细胞核和线粒体)。了解每个细胞器的功能以及它们在细胞内如何协同工作也很重要。

我的想法是制作一个可食用的细胞模型我家里已经有的食物．更重要的是，我想选择食物(大部分是水果和蔬菜)根据它的“科学意义这代表了特定细胞器的生物功能。

[在这张图中]并排比较我画的单元图和我做的单元模型。
左:具有多种细胞器的动物细胞。每个细胞器对整个细胞的存活起着独特而关键的作用。我们将在这一系列的文章中涵盖所有这些细胞器。右图:我的第一个版本“可食用细胞模型”。你能猜到我用的是什么材料吗?

在本文中，我将逐步向您展示如何构建我的细胞模型。同时，我会向你们解释这些细胞器的生物学以及我为什么选择，例如，樱桃番茄来代表线粒体的原因。

细胞膜-一个充满水的气球

我们的细胞实际上是一个充满水的气球(我们体重的70%是水)。这个柔软而坚韧的气球是由细胞膜(也称为质膜)构成的。细胞膜是一种生物膜，它将细胞内部与外部空间隔开，保护细胞不受外界环境的影响。

[在这张图中]细胞膜决定了细胞的内外空间。

细胞膜是由两层脂质膜(油分子)和各种各样的蛋白质组成的。它控制着诸如水、离子、营养物质和氧气等分子进出细胞的运动。此外，细胞膜还参与细胞的运动和细胞之间的交流。植物细胞在细胞膜周围有一层额外的细胞壁。

[在这张图中]细胞膜由两层脂质膜构成，称为脂质双分子层。

为什么要用香蕉

在我的细胞模型中，我用香蕉皮作为细胞膜。香蕉皮，顾名思义，是香蕉果实的外皮，其功能与细胞膜类似。事实上，香蕉皮很有营养，可以用来喂养动物，也可以用来生产乙醇。

[在这张图中]我把香蕉皮切成1-2条，排列成一个圆圈，代表我的细胞膜(3)。

顺便说一下，香蕉皮之所以如此湿滑的是因为香蕉果实中产生了一层叫做多糖滤泡凝胶的润滑物质。一些单细胞微生物(如纤毛虫)也可以在细胞膜周围产生类似的物质来帮助它们移动或游泳。

细胞溶胶——神秘的细胞汤

胞浆就像浓缩汤在牢房里。它是溶于水的各种物质的复杂混合物。你可以找到小分子，如离子(钠、钾或煅烧钙)、氨基酸、核苷酸(DNA的基本单位)、脂类、糖和大分子，如蛋白质和RNA。

细胞质不是一个均匀的池。事实上，一种特定物质的浓度在细胞质的不同子区域会有很大的差异。

更令人惊讶的是，细胞质内部有一个高速公路系统，叫做细胞骨架．细胞骨架是由蛋白丝相互连接而成的动态网络。它的网络遍布细胞内部的每一寸地方。一旦细胞骨架的一部分收缩或扩展，它就会使细胞变形，使细胞改变形状和运动。

[在这张图中]变形虫是细胞如何利用细胞骨架移动的绝佳例子。

此外，细胞骨架充当细胞内运输系统。有一组“马达蛋白”可以在沿着细胞骨架行走时携带货物。各种细胞内的货物，包括蛋白质，rna，囊泡，甚至整个细胞器，可以通过坐在这些马达蛋白上在细胞内四处移动。

[在这个视频中]动画显示运动蛋白(动力蛋白)携带货物并在微管的细胞骨架上行走。

为什么它是空的

为了简单起见，我的细胞模型中的空隙属于细胞质。

澄清一下，细胞质是细胞内除细胞核外被细胞膜包围的所有物质。因此，细胞质包括细胞质和所有的细胞器。

细胞核-细胞的大脑

的关键特性把我们(真核细胞，包括所有的动物和植物)和细菌(原核细胞)区分开来的是细胞核。细胞核是一种膜结合的细胞器，储存了我们大部分的遗传信息(以DNA的形式)。相比之下，细菌的DNA位于细胞质中，没有任何膜结合的细胞器。

[在这张图中]真核细胞与原核细胞

我们的基因在DNA中被写成遗传密码(A, T, G, C)。该基因是制造蛋白质的蓝图。在细胞核内，以按摩rna (mRNAs)的形式复制特定基因的过程称为转录。这些信使rna将被输出到细胞核外，供核糖体制造蛋白质。

[在这张图中]遗传密码的解密包括两个步骤:(1)转录-从DNA到mRNA，发生在细胞核内;和(2)翻译-从mRNA到蛋白质，发生在核糖体中。(来源:可汗学院）

如果你将单个细胞的所有DNA拉伸成一条线状，它可以长达3米(或10英尺)。令人难以置信的是，细胞可以将整个DNA打包到一个很小的细胞核中(通常细胞核的直径小于2-3微米;一微米= 0.000001米)。大多数情况下，我们无法在普通光学显微镜下看到DNA分子。

[在这张图中]虽然我们看不到一条DNA线，但我们可以用亚甲基蓝染色整个DNA，以可视化细胞核。这些是我的脸颊细胞。你可以按照本指南染色并查看自己的细胞核．

[在这张图中]DNA、基因、染色体、细胞核和细胞之间的关系。

我们所有的基因(称为基因组)都位于46条长长的DNA线上。当细胞准备分在美国，每条DNA线都由一种特殊的蛋白质组成组蛋白，形成开云体育电脑官网(现在通过适当的染色可以看到)。我们有23对染色体(1-22,X和Y)，开云体育电脑官网在细胞分裂之前，染色体的数量会翻倍。

[在这张图中]23对人类(男性)染色体的显微技术称为Giemsa开云体育电脑官网显带(g显带)核型。

在分裂过程中，细胞核的膜(称为核膜)会暂时消失。复制的染色体会被中心体拉向细胞开云体育电脑官网的两端，形成两个子核。然后，其余的细胞也分裂成两个子细胞，每个子细胞都有一个细胞核。

[在这张图中]动物细胞有丝分裂．
寄生线虫的卵，蛔虫是研究动物细胞有丝分裂的很好的标本。在光学显微镜开云体育电脑官网下很容易看到它们的染色体。

为什么要用牛油果籽

在我的细胞模型中，什么可以很好地替代细胞核?我今天早餐刚好吃了我最喜欢的牛油果吐司，为什么不回收牛油果籽呢?

一粒种子，承载着所有的遗传信息并且能够长成一株全新的植物，在某种程度上，就像细胞核一样。

你还记得克隆羊“多莉”吗?事实上，科学家们从一个成熟的细胞(提供遗传物质)中取出细胞核，并将其植入一个去除自身细胞核(提供细胞质和其他细胞器)的卵母细胞中。几个月后，一只名为“多莉”的绵羊出生了，它的基因组与核捐赠者完全相同。

[在这张图中]在家里让牛油果发芽的一种常见方法是用牙签戳牛油果，并将其部分浸泡在间接光线中。来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Avocado

牛油果的种子是一个坚硬的，巨大的核心在水果的中心，就像细胞核在一个细胞。如果你把鳄梨种子切成两半，你可以看到一个白色的核，外面有一层薄薄的壳。我喜欢把壳想象成一个核膜，白色的核是一团DNA。

[在这张图中]牛油果与细胞核．
左边的图片是一个切成两半的牛油果。你可以在中间看到一颗巨大的种子。鱼被一层叫做内果皮的硬皮保护着。我们吃的中间大块部分是中果皮。果皮的外层叫做外果皮，是果皮的正式名称。
右边的图像是细胞核。细胞核由两层膜包围，称为核膜。包膜上有许多核孔，便于分子的运输。核仁是核糖体产生的地方。

除了牛油果籽，我想到了蘑菇作为细胞核的很好的代表。为什么?因为蘑菇富含DNA。

你听说过"痛风"吗?痛风是关节炎的一种，症状包括关节剧烈疼痛、发红和压痛。痛风患者被告知要避免高剂量的食物(如蘑菇)嘌呤．嘌呤会在我们体内代谢成尿酸。过多的尿酸会在关节处形成晶体，引起疼痛。嘌呤是DNA分子的一部分，食物中的嘌呤确实来自细胞核。

[在这张图中]DNA分子的逐步分解。
你一定听说过DNA是双螺旋结构。双螺旋之所以能形成，是因为每一半的遗传密码序列是完全互补的。" A "总是和" T "配对" G "总是和" C "配对。在原子尺度上，你可以看到互补匹配发生在每个核苷酸单位的“氮基”之间。

[在这张图中]嘌呤和嘧啶是我们DNA和RNA分子中的两种含氮碱基。

线粒体是细胞的能量来源

线粒体(单数:线粒体)是杆状的细胞器，被认为是发电机细胞的。在细胞呼吸过程中，线粒体将葡萄糖和氧气转化为三磷酸腺苷(三磷酸腺苷)，这是细胞进行其他活动所需的生化能量“货币”。

线粒体的数量可以反映细胞类型的能量需求。例如，心脏肌肉拥有更多的线粒体，以便为心脏碰撞提供动力。另一方面，我们的红细胞失去了线粒体和细胞核，以便携带更多的氧气。

线粒体的两个独特特征

线粒体是独特的，与其他细胞器在两个基本方面有很大的不同。这两个特征也揭示了线粒体的来源。

两层膜

首先，线粒体有双层膜:线粒体外膜(OMM)和线粒体内膜(IMM)。OMM和IMM之间是膜间空间。细胞膜内部的区域称为基质。

[在这张图中]线粒体的显微解剖。
左图:两层线粒体膜(OMM和IMM)分隔膜间空间和基质。在基质内，你可以找到线粒体自身的DNA (mtDNA)和核糖体(mitoribosomal)。
右图:透射电子显微镜下的线粒体。折叠的IMM，叫做嵴，是识别线粒体最明显的结构。

这种双层结构对线粒体的动力源功能至关重要。事实上，线粒体就像水力大坝一样产生ATP。在IMM，有一组蛋白质组装成一个叫做电子传递链．

在电子传输的前三步中，这些蛋白质撞击质子(H+;失去电子后的氢离子)从基质进入膜间空间。随着时间的推移，这会在IMM中形成质子梯度。然后，在最后一步，所有的质子流经一种叫做ATP合酶的蛋白质复合体，它就像涡轮发电机一样。ATP合酶利用质子通量的能量将ADP转化为ATP。

Mitochondrial-Electron-transport-chain-ATP

[图中]电子传递链。
ATP的生成发生在线粒体内膜(IMM)上。首先，质子(H+)穿过IMM进入膜间空间，形成质子梯度。然后，ATP合酶利用质子内流的能量驱动ADP化学转化为高能ATP。在这个过程中，有两个电子(e-)在蛋白质复合体之间传递，称为电子传递链。

线粒体有自己的DNA

其次，线粒体是除细胞核外唯一具有自身DNA的细胞器(在植物细胞中，叶绿体也有自己的DNA)。线粒体DNA (mtDNA)是圆形的(与细菌DNA非常相似)，储存在基质中。与核DNA相比，线粒体DNA要短得多，只编码13个基因。这13个基因编码了我们上面提到的电子传递链的组成部分。

内共生理论

科学家们认为线粒体来源于被今天真核细胞的早期祖先所吞噬的细菌。这个理论叫做内共生理论．

大约15亿年前，一些原核生物将其他原核生物合并到它们的细胞中。这些合并的原核生物随后失去了独立生活的能力，成为宿主的一部分。它们后来专攻特定功能，比如在线粒体和叶绿体中产生能量。

线粒体似乎与立克次体变形菌门，叶绿体似乎与固氮丝状体有关蓝藻．线粒体和叶绿体仍然保留自己的DNA来制造一些蛋白质，但它们的大部分蛋白质仍然需要来自宿主细胞的核DNA。

[在这张图中]内共生过程综述。来源:https://ib.bioninja.com.au/

线粒体膜的双层是内共生起源的另一个证据。IMM可能是被吞噬细菌的原始膜。OMM是宿主细胞吸收细菌时剩下的囊泡。其吞噬过程类似于阿米巴的“吞噬”。

[在这张图中]阿米巴细胞的吞噬作用。

IMM形成许多称为嵴．嵴极大地增加了IMM的表面积，使ATP产生的能力更大。嵴是科学家在电子显微镜下识别线粒体的关键特征，也是绘制线粒体图片时必须具备的特征。

为什么要用圣女果

综合考虑，我选择樱桃番茄来代表我的细胞模型中的线粒体。它们都是杆状的。樱桃番茄火红的颜色传达出细胞活力充沛的形象。更重要的是，圣女果切片也有内部褶皱，就像嵴在线粒体内部。

[在这张图中]樱桃番茄代表我细胞模型中的线粒体。

总结

瞧!这周我们学习了细胞膜、细胞质、细胞核和线粒体的功能。

细胞膜

细胞膜是由两层脂质膜(油分子)和各种各样的蛋白质组成。它将细胞与外界环境分离。

胞质

细胞质是细胞内除细胞核和细胞器外的物质。它是蛋白质、铁、氨基酸和小分子的混合物。因为里面有很多东西，你可以想象它像浓缩汤。

核

细胞核是基因组所在的地方。也就是储存有机体遗传信息的地方。它的功能就像细胞的“大脑”，因为它指示和协调不同的细胞器的功能。

线粒体

线粒体是杆状的细胞器，被认为是发电机细胞的。它产生ATP，一种细胞能量的货币。

下周，我们会讲到内质网，核糖体，高尔基体，过氧物酶体,而且溶酶体！请继续关注!