A细胞结构与成像
A1原核生物细胞结构
要点
原核生物
原核生物是地球上数量最多的生物体，可将它们分为细菌（或真细菌）和古生菌（或古 细菌）。原核细胞无核膜包绕的细胞核。
细胞结构
每个原核细胞都由细胞质膜包围，没有亚细胞结构，只有质膜内折叠形成的中体。脱 氧核糖核酸（DNA）在细胞溶胶内浓缩形成拟核。
细菌细胞壁
由肽聚糖（蛋白质和寡糖）构成的细胞壁防止原核细胞遭受机械和渗透压的损伤。一 些抗生素，如青霉素，作用于与细胞壁合成相关的酶。革兰氏阳性菌的质膜外有一层 厚的细胞壁，但革兰氏阴性菌细胞壁较薄，细胞壁外还有一层外膜，在细胞壁和外膜之 间是壁膜间隙。
细菌的鞭毛
一些原核生物具有尾状鞭毛。借助鞭毛的旋转，细菌对化学物质做出反应而移动（趋 化性）。细菌的鞭毛是由许多鞭毛蛋白形成的长丝，由鞭毛钩将其附着在鞭毛马达上。
相关主题
真核生物细胞结构（A2）膜蛋白和糖（E2）
细胞骨架和分子马达（A3）基因和染色体（F2）
氨基酸（B1）电子传递和氧化磷酸化（L2）
膜脂（E1）
原核生物
原核生物是地球上数量最多、分布最广的生物体，它们均无核膜包绕的细胞核.原核生 物包括互不相同却又相互联系的两大类：细菌（bacteria，又称为真细菌eubacteria）和古 生菌（archaea，又称古细菌archaebacteria）.这两种原核生物在地球生命史的早期就已经明显不同.因此，生物界总共分为三个主要界或域：细菌、古细菌和真核生物（见 A2）。细菌是生活在土壤中、水中以及在较大的生物的体内或体表的常见原核生物，包 括大肠杆菌、芽孢杆菌和蓝细菌（光合作用蓝细菌）。古细菌主要生长于异常环境如卤 水、酸性温泉、沼泽和海洋深处，包括硫细菌和产甲烷菌，但是也可以在一些相对温和的 环境发现古细菌。
细胞结构
原核生物的大小为0.1~lum，包括三种基本形状：球状（球菌）、杆状（杆菌）和螺旋状 （螺旋菌）。与所有的细胞相同，原核生物由质膜（plasma membrane）将细胞溶胶完全围 住，将细胞与外界环境隔开。质膜约8nm厚，由含蛋白质的脂双层（lipid bilayer）组成 （见E1和E2 ）。尽管原核生物缺少真核生物特有的膜状的亚细胞器（subcellula* organelle）（见A2），但它们的质膜可向内折叠形成中体（mesosome）（图A1-1 ）。中体可 能是脱氧核糖核酸（DNA）复制以及其他特殊酶反应的部位。在光合细菌中，中体含有 捕获光并生成腺苷三磷酸（ATP）的蛋白质和色素。含水的细胞溶胶中含有细胞代谢所 需要的大分子酶、信使核糖核酸（mRNA）、转运RNA（RNA）和核糖体]、有机化合物 和离子。原核细胞的“染色体”（ChiomosomC）也存在于细胞溶胶中，它由一条环状DNA 分子压缩成一个小体，称为拟核（nucleoid）（图A1-1）（见F2）。
细菌细胞壁
为了保护细胞免受机械损伤和承受渗透压，大多数原核细胞都由3~25nm厚的坚韧细 胞壁（cell wall）包围（图A1 -1）。细胞壁由寡糖（oligosaccharide）和蛋白质形成的复合物肽聚糖（peptidoglycan）组成。寡糖组分是由N-乙酰葡萄糖胺[N-acctylglucosaminc（Gl-cNAc）]和N-乙酰胞壁酸[N-acctylmuramic acid（NAM）]以（1-4 ）键交替相连构成的直链分子（见J1）。通过酰胺键与NAM上的乳酸基团相连接的是一个含D-氨基酸的四 肽。相邻的平行肽聚糖链通过其他短肽与四肽侧链共价交联。肽聚糖细胞壁中的广泛 交联使细胞壁变得强硬。肽聚糖中的D-氨基酸使细胞壁能抵抗通常水解L-氨基酸的 蛋白酶（protease）（见B1）的作用，但也为某些抗生素（antibiotic）如青霉素（penicillin）提 供独有的作用位点。青霉素通过抑制形成肽聚糖共价交联的酶削弱了细胞壁的强度和 硬度。NAM和GlcNAc之间的p（1-4）糖苷键易被溶菌酶（ysozyme）水解，该酶存在于 眼泪、黏液和其他分泌物中。
根据是否吸收革兰氏染料（Gram-stain），可将细菌分为革兰氏阳性（Gram-positive） 菌和革兰氏阴性（Gram-negative）菌。革兰氏阳性菌（如多黏芽抱杆菌Bacillus poly-myxa ）有一厚（25nm）细胞壁包围质膜，而革兰氏阴性菌（如大肠杆菌Escherichia cod ） 则细胞壁较薄（nm），另外还有一层外膜（outer membrane）包绕（图A1-2）。与质膜不 同，外膜对较大的分子（分子质量>1000Da）也有很大的通透性，这是由于其脂双层中存 在形成孔的孔蛋白（porin protein）。在内膜和细胞壁之间为壁膜间隙（periplasm），其间 充满了细胞分泌的蛋白质。
图A1-1原核生物的细胞结构
图A1-2革兰氏阳性菌（a）和革兰氏阴性菌（b）的细胞壁结构
细菌的鞭毛
许多细菌含有一条或多条尾状附属结构，称为鞭毛（flagella）。通过鞭毛旋转，细菌可泳 向引诱剂，逃离忌避剂，即趋化性（chemotaxis）。细菌的鞭毛与真核细胞的纤毛和鞭毛 相比主要有以下两个不同点：①细菌的鞭毛由与微管蛋白相似的鞭毛蛋白（flagellin） （53kDa的亚基）所组成（见A3）;②鞭毛活动方式是旋转，而不是弯曲。一个大肠杆菌 大约含有6条从细菌表面随机位点长出的鞭毛。鞭毛是一种细的螺旋状纤丝，直径为 15nm，长为10pm。电镜显示鞭毛丝含有由11个亚基环成两圈的螺旋结构，从一端看 去，此结构是一个中空的含有11个叶片的螺旋桨。新的亚基可通过中心空隙转移到鞭毛丝末端使鞭毛不断增加新的鞭毛蛋白亚基逐渐向外生长.鞭毛丝和细胞膜之间有鞭 毛钩（flagellar hook），它是一种由42kDa亚基组成的钩状蛋白形成的短小、弯状的结构. 位于质膜中的基体或鞭毛马达（flagellar motor）由蛋白质经复杂的组装而成.这种柔韧 的鞭毛钩与一系列位于内膜（质膜）或外膜中的蛋白环相连.鞭毛的旋转由质子穿越称 为定子的蛋白质外侧环所驱动，类似于RFrATP酶合成ATP时的质子驱动马达（见 12）。
A2真核生物细胞结构
要点
真核生物
真核细胞具有核膜包绕的细胞核及一些被膜包绕的亚细胞（内部的）细胞器。它们各有特殊的功能。
质膜
质膜环绕着细胞，将细胞与外界环境分开由于具有特异的转运蛋白和结合特异配体的受体蛋白，质膜是一种选择性的通透屏障。此外，质膜还能进行胞吐和胞吞。
细胞核
细胞核染色体DNA中贮存细胞的遗传信息，它被双层膜包绕，但膜中的膜孔允许分子进出细胞核。细胞核中的核仁是核糖体核糖核酸的合成部位。
内质网
膜囊泡的相互连接的网络分为两种明显不同的部分：散布着核糖体的粗面内质网，是膜蛋白和分泌蛋白生物合成及翻译后加工的部位；与磷脂的合成和对有毒化合物的解 毒有关的是光面内质网。
高尔基体
高尔基体是由膜包围的扁平囊状结构，是细胞的分拣和包装中心。它接受来自粗面内质网的膜囊泡，对其中的蛋白质进行进一步修饰，然后将这些修饰的蛋白质在其他小泡中进行包装，这些小泡最终与质膜或其他亚细胞器的膜融合。
线粒体
线粒体有内膜和外膜，两层膜之间为膜间隙。外膜有孔蛋白，因此比内膜通透性强。内膜折叠形成的嵴，是氧化磷酸化生成ATP的部位。内膜中间的基质是脂肪酸降解及柠檬酸循环进行的场所。
叶绿体
植物细胞中的叶绿体由双层膜所包裹，并有类囊体小泡的内膜系统，这些类囊体小泡堆集形成基粒。类囊体小泡中含有叶绿素，是光合作用的部位。类囊体小泡周围的可溶性物质称基质，是固定二氧化碳的部位
溶酶体
在动物细胞中的溶酶体由单层膜覆盖，由膜上的蛋白质泵入H+维持溶酶体内的酸性环境（pH4~5）。溶酶体内的酸性水解酶降解大分子，包括那些由内吞作用被内化的 大分子。
过氧化物酶体
过氧化物酶体含有降解氨基酸和脂肪酸的酶，其副产物是过氧化氢。这个有毒性的化合物迅速被过氧化物酶体中的过氧化氢酶催化而降解。
细胞溶胶
细胞溶胶是胞质中的可溶性部分，很多代谢反应是在此进行。在细胞溶胶内有细胞骨架，它是一种由纤维组成的网络，维持细胞的形状。这些纤维有微管、中间纤维和微丝。
植物细胞壁
包裹着植物细胞的细胞壁是由多糖纤维素组成的。在木本植物中，称为木质素的酹多聚体可增加细胞壁的强度和硬度。
植物细胞液泡
膜包裹着的液泡是用来贮存营养物和废物的，pH呈酸性。由于水向液泡内流动，当液泡压向细胞壁时，可在细胞内产生膨压。
相关主题
细胞骨架和分子马达（A3） 基因和染色体（F2）
生物成像（A4 ） 蛋白质导向（H4 ）
小分子的转运（E3） 电子传递和氧化磷酸化（L2）
大分子的转运（E4） 光合作用（L3）
信号转导（E5）
真核生物
真核细胞由质膜（plasma membrane）所包裹，内含一个膜包被的细胞核和其他各种不同 的亚细胞器（subcellular organelle）（图A2-1）。这些细胞器均有膜被结构，分别具有各自 的功能，并各自含有特殊的蛋白质成分和其他分子。动物和植物细胞具有相同的基本 结构，但也有些细胞器和结构只存在于一方（如植物细胞中的叶绿体、液泡、细胞壁和动 物细胞中的溶酶体）。
图A2-1真核细胞结构。（a）典型的动物细胞；（b）典型的植物细胞
质膜
质膜包裹着细胞使细胞与外界环境隔开，维持细胞溶胶中正常的离子组成和渗透压。 与所有的膜相似，质膜对大多数物质均不能通透，但膜上专一的蛋白质允许某些分子通 过，因而使质膜对物质具有选择通透作用（见E3）。质膜与其他细胞能进行通信，特别 是通过配体（一些小分子如激素、神经递质等）与膜表面的受体蛋白（receptor protein）结 合（见E5）。质膜还能对蛋白质和其他大分子进行胞吐作用（exocytosis）和胞吞作用（en-docytosis），即分泌和内化（见E4）。
细胞核
细胞核（nucleus）由核内膜和核外膜双层膜覆盖。这两层膜在核孔（nuclear pore）处融合 在一起。一些分子[信使核糖核酸（mRNA）、蛋白质、核糖体等]可通过核孔，在细胞核和细胞溶胶间移动。还有一些蛋白质，如那些涉及调控基因表达的蛋白质，可以从细胞 溶胶中通过核孔进人细胞核。核外膜通常与粗面内质网（rough endoplasmic reticulum， RER）相连续。在细胞核内，DNA紧紧地环绕在组蛋白（histone）上组成复合物，称为染 色体（chromosome）（见F2）。在光学显微镜下（见A3）可以看到核仁（nucleolus），它是细 胞核的亚区，是核糖体核糖核酸（RNA）的合成部位。
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