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原生质

原生质是细胞内生命物质的总称。它的主要成分是糖类、蛋白质、核酸、脂质等。原生质分化产生细胞膜、细胞质和细胞核,构建成具有特定结构体系的原生质体,即细胞。

一个动物细胞就是一个原生质体。植物细胞由原生质体和细胞壁组成。

普遍认为原生质(plasma)并非单一的某种或某些化合物,而是由多种化合物所组成的复杂的胶体,其中水含量很高,往往占细胞总重量的绝大部分。这种胶体具有不断自我更新能力,成为一种生命物质的体系。换言之,原生质是构成细胞的生命物质。

1835年杜雅丁(Dujardin)把低等动物根足虫和多孔虫细胞内的粘稠物质称为肉样质。1839年,捷克生理学家浦肯野(J.E.Purkinje)把填满细胞的胶状液体定名为原生质(生命的原始物质)。直到19世纪中叶以后,法国植物学家默尔用原生质概括细胞中的所有内含物(包括细胞质和细胞核)。德国解剖学家舒尔策(M.Schltze)在他的原生质理论中强调指出,原生质是“生命的物质基础”,并证明在所有的细胞里,不论是动物或植物,也不论它们的结构是多么复杂还是非常简单,它们的原生质基本上都是相似的。十九世纪末,英国博物学家托马斯亨利赫胥黎(Thomas Henry Huxley,18251895)给原生质下了一个定义:原生质是生命的物质基础。

活着的细胞腔内被半液体的物质所充满。原生质是构成生活细胞的生活物质,细胞中有生命的部分是由原生质构成的,所以原生质是细胞结构和生命活动的物质基础。原生质的化学组成虽然极其复杂而不断地变化,但可分成有机物和无机物两大类。

1.无机物原生质中最普遍而含量最多的无机物是水,一般含水约达60-90-。

2.有机物 原生质中的有机物,大量的有蛋白质、核酸、脂类和糖类,此外,还有极其微量的生理活性物质

(1)蛋白质

蛋白质:生命活动的主要承担者。蛋白质是高分子量的复杂的有机物(分子量通常从五千到百万以上)。在原生质的干物质中,以蛋白质的含量为最多,约占60-。蛋白质不仅是原生质的结构成分,而且在细胞内参与调节各种代谢活动。蛋白质的元素组成,至少含碳、氢、氧、氮四种元素,有些蛋白质还含有硫、磷、碘、铁、锌等元素。

蛋白质不但分子量极大,而且分子结构也极其复杂。蛋白质和细胞内的核酸、多糖等大分子物质一样,分别由较小的基本单元构成。构成蛋白质分子的基本单元是氨基酸,已发现的氨基酸有20多种。

氨基酸合成蛋白质分子时,每种氨基酸的数目成百上千,氨基酸形成肽链时,不同种类氨基酸的排列顺序千变万化,肽链的盘曲折叠方式及其形成的空间结构千差万别,同时,蛋白质在原生质内不是以单纯的、孤立的状态存在的,它们可以和某些物质的分子或离子结合。例如,和脂类结合形成脂蛋白,和核酸结合成核蛋白和某些金属离子结合形成色素蛋白。这些都充分地表现着蛋白质的多样性

构成蛋白质的基本单元--氨基酸在其基本结构上既有共性,又有其特殊性。

所有细胞内,都有一类较重要的蛋白质,叫做酶。酶是生物体内生化反应的有机催化剂。在大多数情况下,一种酶只能催化一种反应,这是酶的专一性。细胞内要进行多种生化反应,因此,细胞内有很多不同的酶。据估计,一个细胞内有多种酶,合理地分布在特定的部位;使各种生化反应同时在细胞中有条不紊地进行。所以,原生质的不同部分或结构的特定功能,就和所在部位的特定酶类有关。

(2)核酸

核酸都跟蛋白质结合形成核蛋白

核酸对于生物的遗传和蛋白质合成特别重要。

构成核酸的基本单元是核苷酸。每个核苷酸含有一个五碳糖、一个磷酸基团和一个含氮碱基。有些核酸所含的五碳糖是核糖,因此叫做核糖核酸(RNA),另一些核酸的五碳糖是脱氧核糖,因此叫做脱氧核糖核酸(DNA)。

DNA的结构根据沃森一克里克(Watson-Crick)模型为双螺旋结构,好似螺旋形的梯子。

(3)脂类

是一类脂肪性物质,经水解后产生脂肪酸,其共同特点是难溶于水,脂类也叫脂质,分为脂肪、固醇(包括胆固醇、性激素和维生素D)和磷脂。其中脂肪是细胞中良好的储能物质。

脂类在原生质中可作为结构物质,如磷脂和蛋白质结合,是构成质膜细胞内膜的重要材料,对维持细胞的结构与功能起着十分重要的作用。

(4)糖类

糖类参与原生质和细胞壁的构成,并作为能量来源用于原生质的生命活动,或贮存于细胞内供植物体以后的生命活动的需要。

糖类由碳、氢、氧三种元素组成,可分为单糖、双糖和多糖三类。

单糖是简单的糖类,以戊糖(五碳糖)和己糖六碳糖)最重要。

植物细胞中最重要的双糖是蔗糖和麦芽糖

多糖是由许多单糖分子脱去相应数目的水分子聚合而成的大分子量糖类。多糖是细胞的重要支持材料。

蛋白质、核酸、多糖和脂类这四大类物质,极其错综复杂地、有机地结合,构成原生质或细胞的各种形态上或生理上特化的组成部分。

此外,原生质还有含量极微,但生理作用额大的生理活跃物质。

原生质是具有一定弹性和粘度的、半透明的、不均一的亲水胶体。胶体由分散相和连续相构成。原生质胶体的分散相是生物大分子,主要是蛋白质、核酸和多糖,形成直径约0.1-0.001微米的小颗粒,均匀地分散在以水为主而溶有简单的糖类、氨基酸、无机盐的溶液中。这些大分子颗粒保持悬浮,并进行布朗运动。这样以分散程度很高存在的大分子颗粒有巨大的表面。业已证明,许多化学反应都是在界面上发生的。

在通常情况下,原生质胶体的胶粒悬浮在液体的介质中,称为溶胶。但在一定条件下;如温度降低,水分减少时,布朗运动缓慢,胶粘水合层变薄,胶粒之间互相连接形成网状结构,而液体介质分散在胶粘网中,胶粒失去活动性,称为凝胶。

生活细胞的原生质是不断运动的。原生质的运动是生命活动的表现,有利于维持细胞正常代谢、物质转移和信息传递

1.原生质的旋转运动 细胞内原生质以顺时针或逆时针方向沿着细胞壁围绕着中央大液泡流动,称为旋转运动。

2.原生质的循环运动 细胞内原生质以不同方向围绕着一些小液泡流动,称为循环运动。此过程中,原生质在细胞核四周以不同方向散射成细小的原生质丝。每条原生质丝的运动围绕一个或几个液泡来回于细胞核。

生活的原生质必须不断地从环境中吸取水分、空气和营养物质,经过一系列复杂的生理生化作用,使之成为原生质自身的物质,这个过程称为同化作用。与此同时,原生质的某些物质不断地分解成为简单的物质并释放能量,供生命活动的需要,这个过程称为异化作用

原生质又可以分为:细胞膜、细胞质、细胞核,细胞膜和液泡膜及中间夹的细胞质称作原生质层。(注:细胞壁不属于原生质,去掉细胞壁后的植物细胞称为原生质体。)或细胞膜以内和液泡膜以外包括细胞膜、液泡膜在内的所有物质。

细胞膜

细胞膜,又称质膜,为细胞中最重要的分隔细胞内和细胞外不同介质和组分的界面。质膜普遍认为由脂双层分子作为基本单位重复而成,其上镶嵌有各种类型的膜蛋白以及与膜蛋白结合的糖和糖脂。 质膜是细胞与周围环境和细胞与细胞间进行物质交换和信息传递的重要通道。质膜通过其上的孔隙和跨膜蛋白的某些性质,达到有选择性的,可调控的物质运输作用

细胞质

细胞质包括基质、细胞器包含物,在生活状态下为透明的胶状物。基质指细胞质内呈液态的部分,是细胞质的基本成分,主要含有多种可溶性酶、糖、无机盐和水等。细胞器是分布于细胞质内、具有一定形态、在细胞生理活动中起重要作用的结构。它包括:线粒体内质网、内网器、溶酶体微丝微管中心粒等。

细胞核

细胞核,为真核细胞中最重要的器官,内含染色质(在细胞分裂期染色质浓缩形成染色体),储存细胞的遗传信息,控制细胞的代谢,指导蛋白质的合成,主导细胞的增殖和凋亡。真核细胞的细胞核由双层核膜包被。核膜上有核孔,供物质进出细胞核(如mRNA)。原核细胞没有成型的细胞核,一般仅有染色较深,含DNA多的区域,称为核区(或拟核,Nucloid)。细胞核在活细胞中通常是必要的。但在有些功能性细胞内(如成熟的人红细胞)中,细胞核由于不再行使功能而分解消失。许多的遗传病与染色体或细胞核的病变有关,如先天性愚型病、镰刀状红细胞型贫血等。

原生质是构成细胞的生活物质。1839年J.E.浦金野(Purkinje)把植物细胞中物质称为原生质。同年,冯莫尔(vonMohl)等指出,动物细胞中的肉样质和植物细胞中的原生质具有共性。他还观察到植物细胞中的原生质流动。1856年雷弟(Loydig)提出,细胞是含核的原生质小块。此后,对原生质认识逐渐深化。原生质是生命的物质基础。组成原生质的化学元素主要有碳、氢、氧、氮,这4种元素约占细胞全重的90-以上;其次,有硫、磷、钾、钠、钙、镁、氯、铁等元素,约占细胞全重的百分之几;此外,还有硼、硅、锰、钴、铜、锌、钼等微量元素。组成原生质的各种化学元素,互相结合成多种化合物,如水分、无机盐、糖类、脂类、蛋白质和核酸等,原生质则是以游离形式存在的自由水为分散介质,以蛋白质等各种大分子为分散相的复杂胶体系统。在原生质胶体系统中,各种大分子之间相互作用,聚合成膜状、线状和颗粒状等基本造形,各种基本造形结构单独或互相结合,形成原生质中的亚显微结构显微结构。在细胞的生命活动中,原生质中各种微细结构各自有着特定能,彼此间在功能上又协调一致,使细胞成为生命的单位。许多微细结构在细胞的生命活动中不断进行自我更新。综上所述看出,原生质是由水的胶体溶液和各种微细结构组成的、能够自我更新的动态体系,是细胞生命活动的物质基础。

原核生物真核生物的结构和功能的基本单位是细胞,除病毒外,一切生物均由细胞构成,根据细胞内核结构分化程度的不同,细胞可以分为原核细胞真核细胞两大类型。化石研究表明,大约在35亿年前地球就已出现了原核细胞,大约在12~14亿年前才出现真核细胞。关于真核细胞的起源,主要有两种假说:一是“内共生假说”,认为真核细胞的各部分别起源于几种共生的原核细胞,需氧细菌穿入异养厌氧原核生物变为线粒体蓝藻穿入变成叶绿体螺旋体穿入变成鞭毛纤毛等;一是“质膜内褶假说”,认为古原核生物随着体积增大,质膜发生内褶而形成内质网细胞器,以及核膜造成细胞核等;同时,DNA复制成许多拷贝,质膜围绕着DNA发生内褶,最后形成有双层膜的细胞器,如线粒体、叶绿体等。细胞的形状和大小随生物的种类而不同,即使同一生物不同部位细胞的形态也不相同。单独存在的游离细胞常呈球形或近似球形,但由于细胞表面张力或原生质粘度及其不均匀性,细胞的外形有时也会发生变化。构成组织的细胞受相邻细胞之间机械力和方向性的制约,往往呈现出不同的形态。一般说来,细胞形态与其生理功能密切相关。不同种类的细胞大小悬殊,细菌细胞一般直径为0.5~1.5微米,长1~5微米,种子植物的幼嫩细胞直径约为5~25微米,成熟细胞直径均为15~65微米。高等动物的组织细胞通常比植物细胞小,但卵细胞一般都较大,有的神经细胞的突起可长达1米以上。最小的细胞为支原体细胞,直径只有0.1微米。单细胞生物由一个细胞组成。多细胞生物体的细胞数目差别很大。人出生时约有1014即百万亿个细胞;成人约有1014×16即1600万亿个细胞,近百种类型。尽管生物细胞类型多样,却具有大致相同的基本结构,真核细胞亚显微结构可分为表面结构和内部结构两大部分。表面结构包括细胞膜和膜外物质层,如植物细胞的细胞壁和某些动物细胞细胞外被;内部结构包括细胞核和细胞质。细胞核由核膜核质核仁染色质组成。细胞质中未分化的半透明胶态溶液称为基质;具有特殊功能的各种微细结构称为细胞器,如线粒体质体内质网核糖体高尔基体溶酶体中心体微管微丝,以及鞭毛纤毛等;细胞质内常含有许多代谢产物形成的颗粒,如淀粉粒糊粉粒、脂肪滴、糖原粒等,统称后成质。细胞是生命活动的单位,一些生命活动的基本过程,如物质代谢能量转换、运动、发育、繁殖和遗传等,都是以细胞为结构基础来实现的。

原生质(plasma)并不是一种化合物,而是有多种化合物组成的复杂胶体,他因具有不断自我更新的能力而成为一种生命物质的体系。

植物细胞内指无生命物质(ergastic substances )又称后生质(metaplasm) 是细胞代谢作用之产物。如细胞壁等。

原生质就只在细胞膜以内。

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