第一節(jié) 細(xì)胞的種類(lèi)
一、性命的基礎(chǔ)單位
生物的種類(lèi)很多,體型結(jié)構(gòu)各異,但構(gòu)成它們身材結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)單位是一樣的,即都是由細(xì)胞構(gòu)成的。
二、細(xì)胞的形態(tài)和大小
細(xì)胞一般比擬小,須要用顯微鏡才干看見(jiàn),通常以微米(1mm=1/1000mm)盤(pán)算其大小。組成高級(jí)動(dòng)物組織的大多數(shù)細(xì)胞,直徑在20~30mm之間。
細(xì)胞的形態(tài)也是多種多樣的。游離的細(xì)胞多為圓形或橢圓形,如血細(xì)胞和卵;緊密銜接的細(xì)胞有扁平、方形、柱形等;具有壓縮機(jī)能的肌細(xì)胞多為紡錘形或纖維形;具有傳導(dǎo)性能的神經(jīng)細(xì)胞則為星形,多具長(zhǎng)的崛起。
三、細(xì)胞的分類(lèi)
1.原核細(xì)胞
少數(shù)單細(xì)胞有機(jī)體的細(xì)胞核不具核膜(核物資存在于細(xì)胞質(zhì)中的必定區(qū)域),稱為原核細(xì)胞,如細(xì)菌、藍(lán)藻。
2.真核細(xì)胞
具有核膜的細(xì)胞核是真正的細(xì)胞核,具有真正細(xì)胞核的細(xì)胞稱為真核細(xì)胞。
3.細(xì)胞和機(jī)能
細(xì)胞能夠應(yīng)用能量和改變能量,例如細(xì)胞能將化學(xué)鍵能改變?yōu)闊崮芎蜋C(jī)械能等,以保持細(xì)胞各種生命運(yùn)動(dòng);細(xì)胞具有生物合成的才能,能把小分子的簡(jiǎn)略物質(zhì)合成大分子的龐雜物質(zhì),如合成蛋白質(zhì)、核酸等;細(xì)胞還具有自我復(fù)制和分裂滋生的才能,如遺傳物質(zhì)的復(fù)制,通細(xì)致胞分裂將細(xì)胞的特征遺傳給下一代細(xì)胞。這后一點(diǎn)正是遺傳學(xué)所關(guān)注的。
細(xì)胞固然各種各樣,但它們?cè)谛螒B(tài)結(jié)構(gòu)和性能上還是有共同的特征。在形態(tài)結(jié)構(gòu)上,一般細(xì)胞都具有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)(包含各種細(xì)胞器)和細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)。
第二節(jié)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能
高級(jí)動(dòng)物的細(xì)胞一般可分為細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核等部分。細(xì)胞的外面由細(xì)胞膜包被著,這個(gè)膜又稱為質(zhì)膜,里面是細(xì)胞核及四周的細(xì)胞質(zhì)。
一、細(xì)胞膜(質(zhì)膜)
(一)細(xì)胞膜的構(gòu)造
細(xì)胞膜是一個(gè)可塑的、流動(dòng)的、嵌有蛋白質(zhì)的類(lèi)脂雙分子層結(jié)構(gòu)。
?。ǘ┘?xì)胞膜的功效
細(xì)胞膜能夠保持細(xì)胞的外形,有維護(hù)細(xì)胞免受外界環(huán)境的侵害的才能。
細(xì)胞膜是有選擇性的滲透性膜,能夠防止性命所必須的物質(zhì)滲出細(xì)胞,可以調(diào)節(jié)水、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)和養(yǎng)分物質(zhì)等進(jìn)進(jìn)細(xì)胞,堅(jiān)持細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交流和接洽。
哺乳動(dòng)物細(xì)胞表面存在各種表面抗原,不同物種的細(xì)胞之間,同一物種不同遺傳類(lèi)型的個(gè)體細(xì)胞之間,表面抗原有差異,這在遺傳學(xué)上是有意義的。
二、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器
細(xì)胞膜以內(nèi),細(xì)胞核之外的物質(zhì),統(tǒng)稱為細(xì)胞質(zhì)。細(xì)胞器是細(xì)胞質(zhì)內(nèi)具有一定形態(tài)特色和不同功能的結(jié)構(gòu),如線粒體、質(zhì)體、中心體、核糖核蛋白體、高爾基體等。
在電子顯微鏡下察看,很多細(xì)胞器都是由膜圍成的,這些膜統(tǒng)稱生物膜。
?。ㄒ唬﹥?nèi)質(zhì)網(wǎng)
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一種互相通連的扁平囊泡構(gòu)成的膜性管道體系。這種結(jié)構(gòu)并不局限于細(xì)胞質(zhì)內(nèi),也會(huì)延長(zhǎng)到細(xì)胞邊沿,并與細(xì)胞膜連通。
粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能是參與蛋白質(zhì)的合成與運(yùn)輸,因此,這種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)常見(jiàn)于蛋白質(zhì)合成茂盛的細(xì)胞中,滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能較為龐雜,與脂類(lèi)的合成以及糖元和其它糖類(lèi)的代謝有關(guān),也參與細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸。
?。ǘ└郀柣w
高爾基體位于細(xì)胞核鄰近,由單層膜圍成的扁平囊泡,由大泡和小泡組成。
其功效是將粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到高爾基體后,在高爾基體內(nèi)儲(chǔ)存、加工,濃縮成分泌顆粒,或與高爾基體本身合成的糖類(lèi)物資形成糖蛋白,一起轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞,供細(xì)胞外應(yīng)用。
?。ㄈ┚€粒體
線粒體多為絲狀、棒狀或粒狀。由內(nèi)外兩層膜組成,內(nèi)膜的不同部位向內(nèi)折疊形成很多褶脊,把線粒體內(nèi)部隔成許多小室。線粒體是細(xì)胞內(nèi)天生高能磷酸鍵ATP的氧化磷酸化的重要場(chǎng)合,細(xì)胞主要的性命運(yùn)動(dòng)依附于線粒體發(fā)生的能量,線粒體是細(xì)胞的“動(dòng)力站”,是細(xì)胞能量代謝的中心。
(四)溶酶體
溶酶體是由一層生物膜圍成的球形小體。其中含有很多酸性水解酶,其重要作用是溶解和消化。溶酶體不僅能消化細(xì)胞外源性物質(zhì),還能消化細(xì)胞本身的一些朽邁或損傷的結(jié)構(gòu),使細(xì)胞內(nèi)的一些結(jié)構(gòu)不斷更新,以保持細(xì)胞的正常生涯性能。
(五)核糖核蛋白體
核糖核蛋白體簡(jiǎn)稱核糖體,是由核糖體核糖核酸(rRNA)和蛋白質(zhì)構(gòu)成的略呈球形的顆粒狀小體。核糖體是合成蛋白質(zhì)的主要場(chǎng)合。
(六)中心體
中心體的地位比擬接近細(xì)胞的中心因而得名,由兩部分組成,即中心粒和中心球。中心體的功能與細(xì)胞的有絲分裂和染色體的分別有親密關(guān)系。
三、細(xì)胞核
?。ㄒ唬┘?xì)胞核的構(gòu)造
1.核膜 是一層極薄的膜。在電子顯微鏡下,核膜有多孔的雙層膜構(gòu)造。內(nèi)外兩層平行排列,外膜上附有核蛋白體,與細(xì)胞質(zhì)中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連通。
2.核質(zhì) 為間期核內(nèi)非染色或染色很淺的基質(zhì),染色質(zhì)和核仁懸浮在其中,并含有蛋白質(zhì)和酶等,成為細(xì)胞核行使各種功能的內(nèi)環(huán)境。
3.核仁 是細(xì)胞核內(nèi)一個(gè)或幾個(gè)圓球形的結(jié)構(gòu),是由核仁絲、顆粒和基質(zhì)構(gòu)成的。
核仁是核中的主要結(jié)構(gòu),是形成核糖體的部位有研討證實(shí),核仁與細(xì)胞信息的傳遞也有關(guān)系。
4.染色質(zhì) 主要由DNA和蛋白質(zhì)組成。在間期細(xì)胞核中,染色質(zhì)呈纖維狀結(jié)構(gòu),稱為染色質(zhì)絲。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入分裂期時(shí),每條染色質(zhì)絲均高度螺旋化,變短變粗,成為一個(gè)圓柱狀或桿狀的染色體。
第三節(jié) 染色體
一、染色體的形態(tài)與結(jié)構(gòu)
一個(gè)典范的染色體可以分成下面幾個(gè)部分:
1.著絲點(diǎn) 在染色體上有一個(gè)縊縮而染色較淺的部分稱為主縊痕,這是紡錘絲附著的處所,又稱著絲點(diǎn)。在著絲點(diǎn)的兩側(cè)是染色體的兩臂,長(zhǎng)的一端叫長(zhǎng)臂,短的一端叫短臂。著絲點(diǎn)的功能與細(xì)胞分裂時(shí)染色體的移動(dòng)有關(guān),著絲點(diǎn)在每條染色體上的位置是恒定的,因此,依據(jù)著絲點(diǎn)的位置可以把不同的染色體區(qū)離開(kāi)來(lái)。
2.次縊痕 次縊痕是某些染色體所特有的另一形態(tài)特點(diǎn),染色較淺。次縊痕在染色體上的位置和范疇大小也是恒定的。
3.隨體 是染色體上的一種圓形或長(zhǎng)形的突出物,由一根纖細(xì)的染色體細(xì)絲與染色體相連,必定染色體所具有的隨體,其形態(tài)和大小是恒定的。
4.核仁組織區(qū) 這是細(xì)胞中某一個(gè)或幾個(gè)染色體與核仁接洽的處所,它與核仁的形成有親密的關(guān)系。許多生物的核糖體DNA就集中在這個(gè)特定的位點(diǎn)上。
二、染色體的類(lèi)型和數(shù)目
依據(jù)染色體上著絲點(diǎn)的地位、染色體臂的是非和隨體的有無(wú),可以把染色體分成:中心著絲點(diǎn)染色體;近中著絲點(diǎn)染色體;近端著絲點(diǎn)染色體;末端著絲點(diǎn)染色體四種類(lèi)型。
可以通過(guò)對(duì)染色體形態(tài)的研討來(lái)辨別染色體。鑒定染色體形態(tài)一般根據(jù)著絲點(diǎn)的位置、次縊痕、隨體的有無(wú)及位置。
每種生物細(xì)胞中的染色體數(shù)目是恒定的,必定形態(tài)和數(shù)目標(biāo)染色體,常成為各種生物的細(xì)胞學(xué)特點(diǎn)。每種生物的染色體數(shù)目在體細(xì)胞中為2n,稱為二倍體,而在性細(xì)胞中染色體通常為n,稱為單倍體。
各種生物體細(xì)胞中的染色體大都成對(duì)存在,即在一個(gè)體細(xì)胞中雷同的染色體有兩條,這兩條染色體的形狀大小、著絲點(diǎn)的地位雷同,一條來(lái)自父方,一條來(lái)自母方。通常把這對(duì)染色體稱為同源染色體。在同種生物的體細(xì)胞中除成對(duì)的染色體外,還因性別不同而有一對(duì)染色體的大小、外形、作用不同且與性別發(fā)育有關(guān),這對(duì)染色體叫做性染色體,如X和Y或Z和W,其余的稱為常染色體。
三、細(xì)胞分裂周期
生物細(xì)胞的生長(zhǎng)、分裂是有其周期性的。通常把細(xì)胞從上一次分裂停止到下一次分裂停止的時(shí)光,稱為細(xì)胞周期。一個(gè)細(xì)胞周期可以分為間期和分裂期兩個(gè)階段。
?。ㄒ唬╅g期
細(xì)胞從一次分裂停止到下一次決裂開(kāi)端前的一段時(shí)光,稱為間期。已知間期細(xì)胞核處于高度活潑的狀況,此期DNA進(jìn)行了復(fù)制,數(shù)目加倍,組蛋白等的含量也有相應(yīng)的增添,從而為子細(xì)胞的形成籌備了物資條件。
?。ǘ┓至哑?
細(xì)胞一旦完成分裂前的籌備,便進(jìn)入有絲分裂期。
有絲分裂的遺傳學(xué)意義,在于把S期加倍了的DNA形成染色體,然后再均勻分配到兩個(gè)子細(xì)胞中往,使每個(gè)子細(xì)胞得到一套和母細(xì)胞完整雷同的遺傳物質(zhì)。
四、有絲分裂
有絲分裂一般包含兩個(gè)持續(xù)的進(jìn)程,一是核分裂,重要是核的外形及其內(nèi)含物產(chǎn)生一系列變更,使本來(lái)的核成為兩個(gè)子核;二是細(xì)胞質(zhì)分裂和細(xì)胞分裂,即在兩個(gè)子細(xì)胞和之間形成新的細(xì)胞膜,從而成為兩個(gè)子細(xì)胞。
有絲分裂各時(shí)代的主要特點(diǎn)如下:
1.前期 前期開(kāi)始,細(xì)胞核膨大,染色質(zhì)進(jìn)入高度螺旋化狀況,并逐漸變粗變短,形成具有一定形態(tài)、數(shù)目標(biāo)染色體。此時(shí)可以看到每條染色體是由兩條染色單體組成的。兩條染色單體并不完整分開(kāi),仍有著絲點(diǎn)相連。接著核仁逐漸變小而消逝,到前期末核膜也消散。此時(shí)一對(duì)中心粒也彼此分開(kāi),向細(xì)胞兩極移動(dòng)。每個(gè)中心粒四周呈現(xiàn)許多放射狀的細(xì)絲,形成星體。在兩個(gè)中心粒之間涌現(xiàn)紡錘絲,紡錘絲與星體銜接形成紡錘體。
2.中期 到中期時(shí),染色體更加致密而顯明,有規(guī)律地排列在細(xì)胞兩極間的赤道平面上,形成赤道板。在中期,紡錘體也變得更加清楚可見(jiàn)。著絲點(diǎn)分成兩個(gè),并分辨于兩極的紡錘絲相連。這時(shí)細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)目比本來(lái)增添了一倍。
3.后期 兩條染色單體從著絲點(diǎn)處罰開(kāi)后,開(kāi)始向細(xì)胞兩極移動(dòng),分到兩極的染色體數(shù)目與原來(lái)的染色體數(shù)目相等。染色體向兩極移動(dòng)與紡錘絲和著絲點(diǎn)有親密關(guān)系。
4.末期 當(dāng)兩組染色體移動(dòng)到兩極后,細(xì)胞分裂便進(jìn)進(jìn)末期。這時(shí)染色體又逐漸變成修長(zhǎng)而盤(pán)曲的染色質(zhì)絲,紡錘絲也逐漸消散,核膜、核仁又重新呈現(xiàn),形成新的細(xì)胞核,與此同時(shí),細(xì)胞質(zhì)也開(kāi)端分裂為兩部分,形成兩個(gè)子細(xì)胞。
五、減數(shù)分裂
減數(shù)分裂又稱為成熟分裂,是有性生殖的生物個(gè)體形成性細(xì)胞的一種特別的有絲分裂方法。其特色是每個(gè)低級(jí)精母細(xì)胞或卵母細(xì)胞經(jīng)過(guò)兩次持續(xù)的細(xì)胞分裂,形成四個(gè)子細(xì)胞。而染色體在全部減數(shù)分裂進(jìn)程中只分裂一次,因此每個(gè)子細(xì)胞(性細(xì)胞)中染色體數(shù)目(以n代表)只有本來(lái)初級(jí)精母細(xì)胞和初級(jí)卵母細(xì)胞的一半。
構(gòu)成減數(shù)分裂的兩次持續(xù)分裂,通常稱為減數(shù)第一次分裂和減數(shù)第二次分裂,它們都可以分為前、中、后、末四個(gè)時(shí)期,習(xí)慣上以前期Ⅰ、中期Ⅰ、前期Ⅱ、中期Ⅱ等來(lái)表現(xiàn)。
?。ㄒ唬p數(shù)第一次決裂
1.前期Ⅰ 在減數(shù)分裂進(jìn)程中為時(shí)Zui長(zhǎng),其間染色體產(chǎn)生一系列的龐雜變化。又分為四期。
細(xì)線期:第一次分裂開(kāi)始,染色質(zhì)濃縮呈細(xì)線狀盤(pán)繞成團(tuán),此時(shí)已經(jīng)過(guò)復(fù)制,但一般看不出是成雙的。
偶線期:每對(duì)同源染色體開(kāi)始兩兩并列,即配對(duì),這種現(xiàn)象叫做聯(lián)會(huì)。配對(duì)具有嚴(yán)厲的選擇性,只有同源染色體才干配合在一起。
粗線期:染色體不斷縮短變粗,此時(shí)可以明白地看到同源染色體的配對(duì),這種配對(duì)染色體叫做二價(jià)體,此時(shí)二價(jià)體的每一條染色體已復(fù)制為二,但著絲點(diǎn)尚未復(fù)制離開(kāi)。所以每條二價(jià)體都包括有四條染色單體,故又稱四分體??梢援a(chǎn)生某些片斷的互換,從而發(fā)生遺傳性狀的重組。
雙線期:染色體持續(xù)縮短,組成二價(jià)體的兩條同源染色體之間開(kāi)端彼此分別,即進(jìn)進(jìn)雙線期。雙線期的染色體比粗線期的縮得更短更粗。
終變期:又稱濃縮期,染色體縮到Zui短并且分散到四周近核膜處,這時(shí)是對(duì)染色體分辨鑒定和計(jì)數(shù)Zui為明白的時(shí)期,核仁還依然存在。但核膜變得含混。
2.中期Ⅰ 核膜、核仁消散,二價(jià)染色體排列在赤道上,每條二價(jià)體的兩個(gè)著絲點(diǎn)分辨排列在赤道的兩側(cè),同源染色體將要分向兩極,此時(shí)是辨認(rèn)染色體的Zui佳時(shí)代。
3.后期Ⅰ 構(gòu)成二價(jià)體的同源染色體對(duì)相互分別,各自向兩極移動(dòng),這時(shí)多條染色體的兩個(gè)姊妹染色單體由于還共有一個(gè)著絲點(diǎn)而不分開(kāi),并一起移向一極。
4.末期Ⅰ 染色體達(dá)到兩極后解開(kāi)螺旋成染色質(zhì)就進(jìn)入末期。隨著核膜和核仁重新形成,著絲點(diǎn)仍未分裂。接著進(jìn)行細(xì)胞質(zhì)分裂,形成兩個(gè)子細(xì)胞。至此完成了第一次減數(shù)分裂。這時(shí)的兩個(gè)子細(xì)胞內(nèi)分辨含有各同源染色體中的一個(gè),為單倍體。
?。ǘp數(shù)第二次分裂
通常在末期Ⅰ后,緊接著進(jìn)入減數(shù)第二次分裂的前期,但也有的經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的間期。減數(shù)第二次分裂和一般有絲分裂十分類(lèi)似,也可分為四個(gè)時(shí)代。
前期Ⅱ的歷時(shí)很短,有的基本沒(méi)有。此時(shí)染色體呈線狀,由兩條染色單體組成。隨著紡錘體的呈現(xiàn)進(jìn)入中期Ⅱ,這時(shí)染色體縮短并排列在赤道面上,接著著絲點(diǎn)復(fù)制并分裂。著絲點(diǎn)的分裂促使一對(duì)姊妹染色體離開(kāi)并移向兩極,這標(biāo)記著中期Ⅱ的開(kāi)始。當(dāng)兩組染色體各自達(dá)到兩極后,解螺旋湊集重新成為新的子核便進(jìn)入第二次減數(shù)分裂的末期,同時(shí)細(xì)胞質(zhì)也一分為二,形成子細(xì)胞,即性細(xì)胞。
減數(shù)分裂保證了子代和親代間染色體數(shù)目標(biāo)恒定,為后代的性狀發(fā)育和性狀遺傳供給了物質(zhì)基本;同時(shí)保證了物種的相對(duì)穩(wěn)固性。而且由于同源染色體在中期Ⅰ排列在赤道面上,然后分向兩極,而各對(duì)同源染色體中的兩個(gè)成員在后期Ⅰ各移向哪一極是隨機(jī)的,這樣不同對(duì)的染色體可以自由組合在一起進(jìn)入同一配子。同時(shí),在前期Ⅰ的粗線期,同源染色體的非姊妹染色單體之間可以發(fā)生片斷的互換,為生物的變異供給了物質(zhì)基本,有利于生物的適應(yīng)與進(jìn)化,并為人工選擇供給了豐盛的資料。
高級(jí)動(dòng)物的雄性性腺中有精原細(xì)胞,雌性性腺中有卵原細(xì)胞,它們通過(guò)多次有絲分裂,然后生長(zhǎng)分化為初級(jí)精母細(xì)胞和低級(jí)卵母細(xì)胞。初級(jí)精母細(xì)胞(2n)經(jīng)過(guò)減數(shù)第一分裂產(chǎn)生兩個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞(n),次級(jí)精母細(xì)胞再經(jīng)過(guò)減數(shù)第二分裂和一系列變更,終極產(chǎn)生四個(gè)精子。初級(jí)卵母細(xì)胞(2n)經(jīng)過(guò)減數(shù)第一分裂發(fā)生兩個(gè)大小懸殊的細(xì)胞,大的是次級(jí)卵母細(xì)胞(n),奧林巴斯工業(yè)顯微鏡,小的是第一極體,極體只有細(xì)胞核,幾乎沒(méi)有細(xì)胞質(zhì),次級(jí)卵母細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)第二分裂后,產(chǎn)生兩個(gè)大小不同的細(xì)胞,大的為卵細(xì)胞,小的為第二極體,第一極體有的還分裂一次,有的不分裂,以后和第二極體一起退化,因此低級(jí)卵母細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)決裂,只產(chǎn)生一個(gè)有功效的卵子。精致胞和卵細(xì)胞通過(guò)受精作用形成合子,又恢復(fù)了二倍體的染色體數(shù)目。
六、染色體在動(dòng)物生涯史中的周期變更
動(dòng)物體是由受精卵發(fā)育而來(lái)的,所以體內(nèi)的細(xì)胞都是二倍體。二倍體細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂成為單倍體細(xì)胞(精子或卵子),再經(jīng)過(guò)受精作用,形成受精卵又恢復(fù)成二倍體。
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