细胞器及其功能——Rs科学开云体育全站app下载安装

本文将介绍

什么是细胞器?

细胞器是在细胞内执行特定功能的微小细胞结构。你可以把细胞器看作是细胞的内部器官。例如，细胞核是细胞的大脑，线粒体是细胞的心脏。细胞器通常被它们自己的膜包围着，它把细胞分成许多小的隔间，用于不同的生化反应。

[在这张图中]带有标记的动物细胞的解剖学。

细胞器有广泛的职责，从为细胞产生能量到控制细胞的生长和繁殖。从这个角度来看，你也可以把细胞器想象成工厂里不同的团队。每个团队执行其特定的任务和协调，以确保整个工厂的顺利运行。

下面是动物和植物细胞中的细胞器列表，我们将用它们作为我们讨论的指南。

细胞器	生物功能	工厂的一部分
核	DNA存储	文件和蓝图管理
线粒体	能源生产	动力装置
核糖体	蛋白质合成	从机器到产品的玩具
粗糙的呃	蛋白质的生产和修饰	协调玩具生产线和装饰
光滑的呃	脂质产生和解毒	配件生产
高尔基体	蛋白质运输与出口	包装运输部
过氧物酶体	脂质分解;氧化还原反应	危险化学品处理
溶酶体	蛋白的破坏	回收
细胞骨架	细胞运动;胞内运输	输送系统
细胞膜	定义单元格的内部和外部	厂房
细胞壁	结构支撑和保护(植物细胞)	加固厂房
胞质	细胞的液体	内部空间和平面图
叶绿体	光合作用(植物细胞)	太阳能电池板
液泡	储存和调节水分(植物细胞)	存储空间

细胞器可分为三种类型

在本文中，我们将把这些细胞器/结构分为三种类型:

1.一般细胞器:它们一直存在于动物和植物细胞中——细胞膜、细胞质、细胞质、细胞核、线粒体、粗面和光滑内质网、高尔基体、过氧化物酶体、溶酶体和细胞骨架。

2.颞细胞器:它们只存在于细胞生命周期的特定阶段——染色体、中心体、自噬体和核内体。

3.特定细胞类型的细胞器:他们只有存在于植物细胞-叶绿体，中央液泡和细胞壁。

许多独特的细胞器/结构只存在于特定的细胞类型中。例如，变形虫中的食物液泡和草履虫的毛囊，这在人类细胞中是找不到的。另一方面，一些人类细胞也有独特的细胞器，在其他任何地方都找不到，比如血管细胞中的Weibel-Palade体。

1.每个细胞中的一般细胞器

细胞膜

细胞膜是一种生物膜，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。
细胞膜是由两层脂质膜(油分子)和多种膜蛋白组成的。
细胞膜控制分子的运动，如水、离子、营养物质和氧气进出细胞。
细胞膜上的蛋白质也参与细胞运动和细胞间的通讯。例如，细胞通过像微型天线一样插入细胞膜上的各种受体蛋白接收外界的信号。

[在这张图中]细胞膜决定了细胞的内外空间。细胞膜上或细胞膜内有许多蛋白质。它们的功能是通道(控制分子的进出)或受体(从外界接收信号)。
这张照片是由BioRender.com网站制作的。

胞质

胞质是细胞内的细胞液它充满了整个细胞内空间。
水是细胞内最丰富的分子，占细胞总质量的70%或更多。
胞浆是溶解在水中的各种物质的复杂混合物，包括小分子，如离子(钠、钾或钙)、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

细胞质是指细胞内除细胞核外被细胞膜包围的所有物质。
细胞质包括细胞质和所有的细胞器。

细胞骨架

细胞骨架是细胞的骨架系统。它的网络遍布细胞内部的每一寸地方。
细胞骨架是由蛋白丝相互连接而成的动态网络。它由三种主要成分构成:肌动蛋白丝、中间丝和微管。
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。
细胞骨架也在细胞质内充当高速公路系统。马达蛋白在沿着细胞骨架行走时可以携带货物。各种细胞内货物，包括蛋白质，rna，囊泡，甚至整个细胞器，可以通过这个细胞内运输系统在细胞内移动。

[在这张图中]细胞骨架由三种类型的丝蛋白组成:微管、肌动蛋白和中间丝。
这张照片是由BioRender.com网站制作的。

[在这张图中]人体细胞中的一种中间丝蛋白(绿色)的荧光图像。细胞核染成蓝色。

[在这张图中]细胞内微管(橙色)和细胞核(青色)的荧光图像。
微管是细胞内的一种细胞骨架，它塑造了细胞的形态。放大63倍。
图片来源:杰森·柯克，2020年显微摄影比赛．

[在这张图中]细胞内微管(黄色)和细胞核(青色)的荧光图像。
微管从组织细胞培养物中辐射出来。注意微管延伸到细胞膜的最末端。放大63倍。
图片来源:杰森·柯克，2020年显微摄影比赛．

核

的核(复数:细胞核)是一种膜结合的细胞器，它储存了我们大部分的遗传信息(基因组)。
真核细胞(动物、植物和真菌)与原核细胞(细菌和古生菌)的主要区别在于细胞核的存在。开云体育网址
细胞核的膜叫做核被膜．核孔控制着包膜的运输。
在细胞分裂过程中核膜会暂时消失使染色体分离开云体育电脑官网
DNA复制和RNA转录发生在原子核内部。携带遗传信息的信使RNA (mRNA)将通过核孔输出到细胞质中，进行蛋白质合成(翻译)。

[在这张图中]细胞核是一种膜结合的细胞器，储存DNA。
这张照片是由BioRender.com网站制作的。

核仁

核仁(复数:核仁)是细胞核内部的结构。
核仁是核糖体生物发生的场所。

线粒体

线粒体(复数:线粒体)是一种杆状的细胞器，被认为是细胞的发电机。
线粒体进行细胞呼吸，将葡萄糖和氧气转化为三磷酸腺苷(ATP)。ATP是细胞所有活动的生化能量“货币”。
线粒体有两层膜: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。
线粒体像水力大坝一样产生ATP。它通过通过IMM的电子传递链发生。
线粒体(植物细胞和叶绿体中也有)是唯一除了细胞核之外有自己DNA的细胞器。线粒体DNA (mtDNA)是环状的，只编码13个基因。
科学家们认为，线粒体和叶绿体来源于被今天真核细胞的早期祖先所吞噬的细菌。这个理论被称为内共生理论。

[在这张图中]左图:线粒体结构，显示膜和线粒体dna的许多褶皱。右图:透射电子显微镜下被粗糙ER包围的线粒体。

内质网

内质网(ER)是一种内部膜，由许多相互连接的囊和管组成分支网络。
有两种类型的ER:粗糙ER和光滑的呃．
粗内质网的外侧(面向细胞质)布满核糖体。电镜下，致密的粒状核糖体被称为“粗”ER。
粗ER靠近细胞核，协调蛋白质合成。
平滑ER缺乏核糖体。它专门从事脂质合成、类固醇激素生产和解毒。

[在这张图中]急诊室的解剖。
左:细胞核、粗糙ER和光滑ER之间的关系。右图:粗略的ER三维视图。
这张照片是由BioRender.com网站制作的。

核糖体

核糖体是我们细胞中合成蛋白质的地方。
核糖体由两个主要成分组成:小核糖体亚基和大核糖体亚基。它们由蛋白质和核糖体RNA (rRNA)组装而成。
核糖体将mRNA翻译成多肽链，多肽链折叠并组装成蛋白质。
转移RNA (tRNA)携带相应的氨基酸。只有正确的tRNA才能进入核糖体并与mRNA上的编码配对。一旦tRNA和mRNA匹配，核糖体就会将这种氨基酸添加到不断增长的多肽链上。
核糖体可以在粗糙的内质网上找到，也可以在胞浆中自由漂浮。

[在这张图中]核糖体就像一台机器，将mRNA的编码序列翻译成蛋白质。

高尔基体

高尔基体(或高尔基体)由几层膜结合的池(囊)组成。
高尔基体通常位于ER附近．它从急诊室接收原始蛋白质产品，对其进行修改(例如，添加由糖链制成的标签)，然后将蛋白质出口到各种目的地。
蛋白质的运输是在小气泡中完成的，称为囊泡。
囊泡是由内质网和高尔基体的膜出芽产生的。一旦囊泡到达目的地，膜的融合就会释放出它们所携带的蛋白质。
有三大目的地蛋白质:(1)送到其他细胞器，(2)释放到细胞液，(3)在细胞外分泌。分泌囊泡也可以储存这些蛋白质，直到它们收到在特定事件中释放的信号。

[在这张图中]蛋白质合成和运输的过程。
蛋白质在粗内质网中合成后，会进入高尔基体进行进一步的修饰。然后，蛋白质会被装入囊泡，并到达它们的最终目的地。

过氧物酶体

过氧物酶体是一种球形细胞器，负责分解脂肪酸(油分子)以产生能量。
肝细胞中的过氧化物酶体也处理许多化学物质的解毒，包括酒精和毒品。
过氧化物酶体中的许多酶催化氧化还原(还原-氧化)反应，产生过氧化氢(H₂O₂)是一种危险的副产品。
过氧化氢酶(过氧化氢酶)能将H₂O₂浸入水中(H₂O)和氧(O₂)以保证牢房的安全。

[在这张图中]过氧化物酶体。
左:过氧化物酶体的结构。右:过氧化物酶体的电子显微镜图像。(图片来自施拉德，M.和法希米，2008。过氧化物酶体:仍然是一个神秘的细胞器。组织化学和细胞生物学129(4)，第421-440页。）

溶酶体

溶酶体是一个充满消化酶的膜界球体，像细胞中的循环中心一样工作。
这些酶可以将进入溶酶体的任何物质分解成原料(如氨基酸、核苷酸、脂类和糖)，因此细胞可以重新利用这些原料来构建新的细胞器。
溶酶体内部是酸性环境(pH值5)，它能激活消化酶。这些酶在细胞质(pH值为7)中不会活跃。这是细胞中的一种安全机制，以防溶酶体以某种方式泄漏或破裂。

[在这张图中]溶酶体是细胞的循环中心。

2.用于特定任务的临时细胞器

自噬体

自噬体是自噬的临时细胞器。
自噬(又名“自食”)是指由于营养供应不足，细胞回收一些原有蛋白质和细胞器的过程。
受损的蛋白质或细胞器会贴上“垃圾标签”。细胞识别这些标签，并将这些回收材料打包到自噬体中。
自噬体将细胞垃圾带到溶酶体进行降解。
降解坏线粒体的特殊自噬称为线粒体自噬。

[在这张图中]自噬的过程

核内体

核内体是一种膜结合的临时细胞器，用于吞噬细胞外的物质。
内小体是由细胞膜内陷形成的，这个过程被称为“内吞作用”。
内吞作用后，核内体可以携带它的货物到细胞的不同地方。

[在这张图中]吞噬vs.内吞。

染色体

当细胞准备细胞分裂时，每个DNA线被组织成一个非常紧凑的结构，称为“染色体”。
每个人类细胞有23对染色体(1-22,X或Y)。开云体育电脑官网
染色体是由组蛋白周围的DNA包裹成核小体的核心复合体而形成的。

[在这张图中]为了处理长DNA分子，我们的细胞将DNA线打包成许多紧凑的结构，称为“染色体”。

姐妹染色单体

姐妹染色单体是x型染色体，在DNA复制开云体育电脑官网后仍然附着在着丝粒区(着丝粒)。
姐妹染色单体在有丝分裂时分裂成两条相同的染色体。开云体育电脑官网

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[在这张图中]染色体复制形成姐妹染色单体。

中心体

中心体是细胞器，只出现在有丝分裂和作为主要的微管组织中心(MTOC)。
每个细胞有两个中心体。当有丝分裂开始时，它们移动到细胞的相反位置。
微管从中心体延伸到姐妹染色单体的着丝粒上。两个着丝粒同时获得它们的微管，分裂姐妹染色单体并进入新的细胞。

[在这张图中]中心体的插图和电子显微照片。

3.植物细胞中独特的细胞器

[在这张图中]动物和植物细胞的解剖学。
动物细胞和植物细胞有许多共同的细胞器，如细胞核、内质网、细胞质、溶酶体、高尔基体、细胞膜和核糖体。植物细胞特有的细胞器有液泡、细胞壁和叶绿体(以橙色字体显示)。

细胞壁

细胞壁是植物细胞细胞膜外的一层额外的结构支撑和保护。
细胞壁是由纤维素构成的，纤维素是一种聚合物类型的糖。
细胞壁的结构支持使植物能够长到很高的高度(如松树)。木本植物成熟的木质部组织死亡后，细胞壁上残存的纤维素纤维构成了木材。
当罗伯特·c·胡克(Robert C. Hooke)在17世纪60年代提出“细胞”一词时，他实际上是在观察死植物细胞的细胞壁上的一层薄软木。

[在这张图中]细胞壁在细胞膜外提供额外的保护层。

液泡

液泡是含有大量液体的膜结合细胞器。
大的中央液泡只存在于植物细胞中。
液泡是植物细胞的贮藏空间。它可以储存细胞存活所需的各种营养物质(包括糖、矿物质、氨基酸、核酸、离子和特殊化学物质)。
液泡也是细胞储存多余水分的蓄水池。液泡中的水量将决定细胞的膨压(对细胞壁的静水压力)。一株下垂的植物失去了大部分水分，液泡也在萎缩。

[在这张图中]植物细胞图，显示一个大液泡。

叶绿体

叶绿体细胞器会传导吗光合作用为植物细胞提供能量。
叶绿体将太阳的光能转化为糖(这个过程称为“光合作用)可以被细胞利用。同时，反应产生氧(O₂)并消耗二氧化碳(CO₂）.
叶绿体由许多堆叠的囊结构组成，称为类囊体系统。吸收太阳能量的分子(叶绿素)位于类囊体囊内。
叶绿体在其中起着重要的作用植物先天免疫．
叶绿体和线粒体有许多共同之处。它们都有两层膜，自己的DNA和核糖体。它们被认为来自于被今天真核细胞的早期祖先吞噬的内共生细菌。

[在这张图中]叶绿体的结构

细胞器及其功能