CELL

細胞是生物結構和功能最基本的單位，所有的活的生物體，是有時被稱為“建築砌塊的生活”。一些生物，例如細菌，只有一個細胞組成細胞，構成一個單細胞生物。其他生物，如人類，是多細胞生物，（人類有一個估計100000000000000或1014細胞；一個典型的單元尺寸是10μm的，一個典型的細胞團一奈克）。

細胞理論，首先是發達國家在1839年由施萊登和施旺，國家所有生物體組成一個或多個細胞；所有細胞來自既存細胞；所有重要的職能，有機體發生的細胞，細胞含有遺傳所需要的信息調節細胞的功能和信息傳遞給下一代的細胞。

這個詞細胞來自拉丁美洲室，一間小房間。名稱被選為羅伯特虎克當他相比，軟木細胞，他看到向小房間僧侶生活英寸

細胞並沒有統一的定義，近年來比較普遍的提法是：細胞是生物體結構和功能的基本單位。已知除病毒之外的所有生物均由細胞所組成，但病毒生命活動也必須在細胞中才能體現。一般來說，細菌等絕大部分微生物以及原生動物由一個細胞組成，即單細胞生物；高等植物與高等動物則是多細胞生物。細胞可分為兩類：原核細胞、真核細胞。但也有人提出應分為三類，即把原屬於原核細胞的古核細胞獨立出來作為與之並列的一類。研究細胞的學科稱為細胞生物學。世界上現存最大的細胞為鴕鳥的卵子。

細胞（cell）是由英國科學家羅伯特·胡克（RobertHooke，1635-1703）於1665年發現的。當時他用自製的光學顯微鏡觀察軟木塞的薄切片，放大后發現一格一格的小空間，就以英文的cell命名之，而這個英文單字的意義本身就有小房間一格一格的用法，所以並非另創的字彙。而這樣觀察到的細胞早已死亡，僅能看到殘存的植物細胞壁，雖然他並非真的看見一個生命的單位（因為無生命跡象）後世的科學家仍認為其功不可沒，還是將他當作發現細胞的第一人。而事實上真正首先發現活細胞的，還是荷蘭生物學家雷文·霍克（列文·虎克）。

1674年，雷文·霍克發現微生物，他也是歷史上可找到的第一個發現細菌的業餘科學家。

1809年，法國博物學家（博物學即二十世紀後期所稱的生物學、生命科學等的總稱）拉馬克（Jean-BaptistedeLamarck，1744-1829）提出：“所有生物體都由細胞所組成，細胞裡面都含有些會流動的‘液體’。”卻沒有具體的觀察證據支持這個說法。

1824年，法國植物學家杜托息（HenriDutrochet，1776～1847）在論文中提出“細胞確實是生物體的基本構造”又因為植物細胞比動物細胞多了細胞壁，因此觀察技術還不成熟的時候比動物細胞更容易觀察，也因此這個說法先被植物學者接受 。

1830年後，隨著工業生產的發展，顯微鏡製作克服了鏡頭模糊與色差等的缺點，解析度提高到1微米，顯微鏡也開始逐漸普及。改進后的顯微鏡，細胞及其內含物被觀察得更為清晰。1839年，德國植物學家施萊登（MatthiasSchleiden，1804～1881）從大量植物的觀察中得出結論：所有植物都是由細胞構成的。與此同時，德國動物學家施旺做了大量動物細胞的研究工作。當時由於受胡克的影響，對細胞的觀察側重於細胞壁而不是細胞的內含物，因而對無細胞壁的動物細胞的認識就比植物細胞晚得多。施旺進行了大量研究，第一個描述了動物細胞與植物細胞相似的情況

19世紀中期，德國動物學家許旺(TheodorSchwann,1810-1882)進一步發現動物細胞里有細胞核，核的周圍有液狀物質，在外圈還有一層膜，卻沒有細胞壁，他認為細胞的主要部分是細胞核而非外圈的細胞壁。同一時期，德國植物學家許萊登(MatthiasSchleiden,1804-1881)以植物為材料，研究結果獲得與施旺相同的結論，他們都認為“動植物皆由細胞及細胞的衍生物所構成”，這就是細胞學說的基礎。

在德國許旺和許萊登之後的十年，科學家陸續發現新的證據，證明細胞都是從原來就存在的細胞分裂而來，而至21世紀初期的細胞學說大致上可以簡述為以下三點：細胞為一切生物的構造單位、細胞為一切生物的生理單位、細胞由原已生存的細胞分裂而來。（細胞是生物體構造與機能的基本單位。）

“細胞”一詞最早出現在日本蘭學家宇田川榕庵1834年的著作《植學啟原》。

中國自然科學家李善蘭1858年在其著作《植物學》中使用“細胞”作為Cell的中文譯名 。有學者認為李善蘭此時並未接觸過《植學啟原》，因而是獨自發明。

一切生物都由細胞和細胞構成的。從最小的變形蟲和細菌到最大的鯨和紅杉都是由細胞組成的。最簡單的低等生物單細胞生物僅由一個細胞組成，複雜的高等生物一般由數以萬億計的細胞組成。病毒是非細胞形態的有機體，但病毒不能獨立生存，不是獨立的生物體。從生命的層次上看，細胞是具有完整生命力的最簡單的物質集合形式，即細胞是構成生物體的最基本的單位。細胞學說在生命的多樣性的背後首先是找到了生命在構造上的共性。

細胞是一個獨立有序的、能夠進行自我調控的結構與功能體系。每一個細胞都具有一整套完整的裝置以滿足自身代謝的需要。單細胞生物能夠獨立地進行全部的生命活動。在多細胞生物中，儘管每一個細胞的功能受到整體的協調與控制，但每一個細胞都是一個獨立的、自我控制的、高度有序的代謝系統，有相對獨立的生命活動，各種組織都是以細胞為基本單位來執行特定的功能，整個機體的新陳代謝活動都是以細胞為單位協調地進行的。

只要具備合適的生存條件，每一個分離的細胞都可以在體外生長繁殖，表現出生命的特徵。所以細胞是生命活動的基本功能單位。

新的細胞必須經過已存在的細胞的分裂而產生，每一個生命體都是從一個細胞生長發育而來的，不論是簡單的單細胞生物還是複雜的多細胞生物，其生長和發育可以部分地通過細胞體積的增加來實現，但細胞體積不可能無限地增加，因此多細胞生物的生長主要是通過細胞分裂、增加細胞數量並伴隨細胞的分化來實現的。細胞是生物生長發育的基本實體。一個多細胞生物即使已經完成了組織的分化和個體的發育，即完全長大后，仍然需要細胞分裂的過程。這種分裂生成的新細胞可用來替代不斷衰老和死亡的細胞，維持細胞的新陳代謝，或用於生物組織損傷的修復。

對於像“胚胎是如何生長的”、“動物的器官是如何形成的”這樣一些生物體個體發育的問題，人類思考已久。有一種學說“預成論”，曾經統治人的思想一百多年。“預成論”認為動物的肢體和器官在胚胎髮育的過程中是一個預成構造在機械地放大。在胡克觀察到細胞壁后不久，竟然有人宣布在顯微鏡下看到了精子里有預成的微型人。一切生物都是由胚種產生的，而這些胚種是宇宙中原來就存在的。“上帝創世說”給生物發育問題蒙上了一層神秘的面紗。

細胞學說的建立首次科學地觸及了生命運動的過程。細胞學說把細胞運動與生物發育和胚胎生長相聯繫，把細胞的形成生物生長發育的普遍原則。細胞學與胚胎學的研究結合起來，證明了在發育過程中細胞本身可以複製，這就是細胞分裂。卵和精子原本也是簡單的細胞，胚胎髮育過程就是細胞分裂分化的過程。病變細胞（比如癌細胞）是由正常細胞變化來的，所以“細胞來自細胞”。

在多細胞生物體中，儘管數目眾多的各種細胞形態和功能各不相同，但它們又都是由同一個受精卵分裂和分化而來的，因而這個生命體中的每一個細胞都具有這個生命體的全部遺傳信息，因為在細胞的中心細胞核中“存在著生命的本質”——遺傳信息。植物的生殖細胞和體細胞都具有遺傳的全能性，單個細胞都可以在合適的條件下誘導發育為完整的植物個體。在高等動物體內，卵細胞無疑具有遺傳的全能性，而體細胞也具有這一生命體的全部遺傳信息，經過一定的操作，例如運用細胞核移植的方法，也可以使單個的體細胞表現出遺傳上的全能性。所以細胞是遺傳的基本單位。

細胞結構完整性的任何破壞都會導致細胞生命特徵的喪失和細胞的死亡。比如從細胞分離出的任何結構，即使是保存完好的細胞核或是含有遺傳信息、具有相對獨立性的線粒體和葉綠體，都不能在細胞外作為生命活動的單位而獨立生存。細胞才是生命活動的最小單位，只有完整的細胞結構才能保證細胞具有生命的各種基本特徵，使其能獨立自主、協調有序地進行各種生命活動。

細胞學說不僅是生物體構成的學說，也是生物體繁殖和生長發育的學說以及生命活動的學說。一切生物都由細胞構成，這些細胞又按照同樣的規律形成和生長。面對多樣性的生命世界，細胞學說宣布：生命的共同基礎是細胞，就像原子是化學現象的共同基礎一樣。19世紀人們開始把構成細胞的物質叫原生質，人們為在多樣的自然物體和自然現象背後找到統一的、共同的東西而欣喜，因為每一次自然界本質和規律的發現都是一種統一的、共同的東西的發現，都是科學的進步，當然這也是科學的任務。為此曾有人自豪地說，“我能把我的祖先一直追溯到原生質的初始原子小球”。

細胞是生物體的構造和生理的基本單位，卻不能因此認為所有的生物細胞都相同，即使在同一個個體內，也有因為分化而產生各式各樣外觀與功能不同的細胞，即使相同種類的細胞，也可能正在執行的生理工作也有差異，但是基本上彼此都有共同的基本構造。

分類在細菌、真菌、植物的生物，其組成的細胞都具有細胞壁（cellwall），而原生生物則有一部分的生物體具有此構造，但是動物沒有。細胞壁是由細胞質的分泌物構成，在電子顯微鏡的發明之後，有許多的研究因此可以讓人們知道，其成分與組成。而細胞壁可以保護細胞減少外界傷害、維持形狀，並且避免因為水分過多而脹破。

植物細胞壁主要成分是纖維素，經過有系統的編織形成網狀的外壁。可分為中膠層、初生細胞壁、次生細胞壁。中膠層是植物細胞剛分裂完成的子細胞之間，最先形成的間隔，主要成份是果膠質（一種多糖類），隨後在中膠層兩側形成初生細胞壁，初生細胞壁主要由果膠質、木質素和少量的蛋白質構成。次生細胞壁主要由纖維素組成的纖維排列而成，如同一條一條的線以接近直角的方式排列，再以木質素等多醣類黏接。真菌細胞壁則是由幾丁質、纖維素等多糖類組成，其中幾丁質是含有氮的一類多糖。細菌細胞壁組成以肽聚糖為主。細胞膜細胞膜（cellmembrane）為細胞與環境之間以及胞器與細胞質之間的分界，能夠控制物質的進出，而膜上的蛋白質有許多種類，有的可以適時協助物質進出，有的能夠傳遞訊息，有的則負責防禦（免疫系統）的功能。

細胞壁的內側緊貼著一層極薄的膜，叫做細胞膜（CellMembrane）。這層由蛋白質分子和磷脂雙分子層組成的薄膜，水和氧氣等小分子物質能夠自由通過，而某些離子和大分子物質則不能自由通過。因此，它除了起著保護細胞內部的作用以外，還具有控制物質進出細胞的作用：既不讓有用物質任意地滲出細胞，也不讓有害物質輕易地進入細胞。此外，它能進行細胞間的信息交流。

細胞膜在光學顯微鏡下不易分辨。用電子顯微鏡觀察，可以知道細胞膜主要由蛋白質分子和脂類分子構成。在細胞膜的中間，是磷脂雙分子層，這是細胞膜的基本骨架。在磷脂雙分子層的外側和內側，有許多球形的蛋白質分子，它們以不同深度鑲嵌在磷脂分子層中，或者覆蓋在磷脂分子層的表面。這些磷脂分子和蛋白質分子大都是可以流動的，可以說，細胞膜具有一定的流動性。細胞膜的這種結構特點，對於它完成各種生理功能是非常重要的。

物質跨膜運輸的方式分為被動運輸和主動運輸兩種。

（1）被動運輸，是順著膜兩側濃度梯度擴散，即由高濃度向低濃度。分為自由擴散和協助擴散。

①自由擴散：物質通過簡單的擴散作用進入細胞。細胞膜兩側的濃度差以及擴散的物質的性質（如根據相似相溶原理，脂溶性物質更容易進出細胞）對自由擴散的速率有影響，常見的能進行自由擴散的物質有氧氣、二氧化碳、甘油、乙醇、苯、尿素、膽固醇、水、氨等。

②協助擴散：進出細胞的物質藉助載體蛋白擴散。細胞膜兩側的濃度差以及載體的種類和數目對協助擴散的速率有影響。紅細胞吸收葡萄糖是依靠協助擴散。

（2）主動運輸：物質從低濃度一側運輸到高濃度一側，需要載體蛋白的協助，同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量。主動運輸保證了活細胞能夠按照生命活動的需要，主動選擇吸收所需要的營養物質，排出代謝廢物和對細胞有害的物質。各種離子由低濃度到高濃度過膜都是依靠主動運輸。

能進行跨膜運輸的都是離子和小分子，當大分子進出細胞時，包裹大分子物質的囊泡從細胞膜上分離或者與細胞膜融合（胞吞和胞吐），大分子不需跨膜便可進出細胞。

細胞膜就像一個塑膠袋一樣，裝著滿滿的液狀、膠體狀的細胞質(cytoplasm)，可粗略分為細胞液和胞器。細胞質含有維持生命現象所需要的基本物質，例如醣類、脂質、蛋白質、與蛋白質合成有關的核糖核酸，因此也是整個細胞運作的主要場所，透過細胞膜外接收的訊息、細胞內部的物質，共同調節基因的表現，影響生理活動。另外，細胞質內部也有多種網狀構造，稱為細胞骨架，可以協助維持細胞形狀，也能引導內部物質的移動，一些細胞骨架會於細胞分裂時，形成可以透過染色而觀察的紡錘絲，有一些骨架更能幫助細胞運動。

細胞中還有一些細胞器，它們具有不同的結構，執行著不同的功能，共同完成細胞的生命活動。這些細胞器的結構需用電子顯微鏡觀察。在電鏡下觀察到的細胞結構稱為亞顯微結構。

①線粒體

線粒體（Mitochondria/Mitochonrion）線粒體是一些線狀、小桿狀或顆粒狀的結構，在活細胞中可用詹納斯綠（Janusgreen）染成藍綠色。在電子顯微鏡下觀察，線粒體表面是由雙層膜構成的。內膜向內形成一些隔，稱為線粒體嵴（Cristae）。在線粒體內有豐富的酶系統。線粒體是細胞呼吸的中心，它是生物有機體借氧化作用產生能量的一個主要機構，它能將營養物質（如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等）氧化產生能量，儲存在ATP（三磷酸腺苷）的高能磷酸鍵上，供給細胞其他生理活動的需要，因此有人說線粒體是細胞的“動力工廠”。

②葉綠體

葉綠體（Chloroplasts）是綠色植物細胞中重要的細胞器，其主要功能是進行光合作用。葉綠體由雙層膜、基粒（類囊體）和基質三部分構成。類囊體是一種扁平的小囊狀結構，在類囊體薄膜上，有進行光合作用必需的色素和酶。許多類囊體疊合而成基粒。基粒之間充滿著基質，其中含有與光合作用有關的酶。基質中還含有DNA。 

③內質網

內質網（EndoplasmicReticulum）是細胞質中由膜構成的網狀管道系統廣泛的分佈在細胞質基質內。它與細胞膜及核膜相通連，對細胞內蛋白質及脂質等物質的合成和運輸起著重要作用。內質網根據其表面有無附著核糖體可分為粗面內質網和滑面內質網。粗面內質網表面有附著核糖體，具有運輸蛋白質的功能，滑面內質網內含許多酶，與糖脂類和固醇類激素的合成與分泌有關。

④高爾基複合體

高爾基複合體（GolgiApparatus/GolgiBody）位於細胞核附近的網狀囊泡，是細胞內的運輸和加工系統。能將粗面內質網運輸的蛋白質進行加工、濃縮和包裝成分泌泡和溶酶體。

⑤核糖體

核糖體（Ribosomes）是橢球形的粒狀小體，有些附著在內質網膜的外表面（供給膜上及膜外蛋白質），有些遊離在細胞質基質中（供給膜內蛋白質，不經過高爾基體，直接在細胞質基質內的酶的作用下形成空間構形），是合成蛋白質的重要基地。

⑥中心體

中心體（Centrosome）存在於動物細胞和某些低等植物細胞中，因為它的位置靠近細胞核，所以叫中心體。每個中心體由兩個互相垂直排列的中心粒及其周圍的物質組成，動物細胞的中心體與有絲分裂有密切關係。中心粒（Centriole）這種細胞器的位置是固定的，具有極性的結構。在間期細胞中，經固定、染色后所顯示的中心粒僅僅是1或2個小顆粒。而在電子顯微鏡下觀察，中心粒是一個柱狀體，長度約為0.3μm～0.5μm，直徑約為0.15μm，它是由9組小管狀的亞單位組成的，每個亞單位一般由3個微管構成。這些管的排列方向與柱狀體的縱軸平行。

⑦液泡

液泡（Vacuole）是植物細胞中的泡狀結構。成熟的植物細胞中的液泡很大，可占整個細胞體積的90%。液泡的表面有液泡膜。液泡內有細胞液，其中含有糖類、無機鹽、色素和蛋白質等物質，可以達到很高的濃度。因此，它對細胞內的環境起著調節作用，可以使細胞保持一定的滲透壓，保持膨脹的狀態。動物細胞也同樣有小液泡。

⑧溶酶體

囊狀小體或小泡，內含多種水解酶，具有自溶和異溶作用。自溶作用是指溶酶體消化分解細胞內損壞和衰老的細胞器的過程，異溶作用是指消化和分解被細胞吞噬的病原微生物及其細胞碎片的過程。溶酶體是細胞內具有單層膜囊狀結構的細胞器。其內含有很多種水解酶類，能夠分解很多物質。

⑨微絲及微管

在細胞質內除上述結構外，還有微絲（Microfilament）和微管（Microtubule）等結構，它們的主要機能不只是對細胞起骨架支持作用，以維持細胞的形狀，如在紅血細胞微管成束平行排列於盤形細胞的周緣，又如上皮細胞微絨毛中的微絲；它們也參加細胞的運動，如有絲分裂的紡錘絲，以及纖毛、鞭毛的微管。此外，細胞質內還有各種內含物，如糖原、脂類、結晶、色素等。

細胞質里含有一個近似球形的細胞核（Nucleus），是由更加黏稠的物質構成的。細胞核通常位於細胞的中央，成熟的植物細胞的細胞核，往往被中央液泡推擠到細胞的邊緣。細胞核中有一種物質，易被洋紅、蘇木精、甲基綠、龍膽紫溶液等鹼性染料染成深色，叫做染色質（Chromatin）。生物體用於傳種接代的物質即遺傳物質，就在染色質上。當細胞進行有絲分裂時，染色質在分裂間期螺旋纏繞成染色體。

多數細胞只有一個細胞核，有些細胞含有兩個或多個細胞核，如肌細胞、肝細胞等。細胞核可分為核膜、染色質、核液和核仁四部分。核膜與內質網相通連，染色質位於核膜與核仁之間。染色質主要由蛋白質和DNA組成。DNA是一種有機物大分子，又叫脫氧核糖核酸，是生物的遺傳物質。在有絲分裂時，染色體複製，DNA也隨之複製為兩份，平均分配到兩個子細胞中，使得後代細胞染色體數目恆定，從而保證了後代遺傳特性的穩定。還有RNA，RNA是DNA在複製時形成的單鏈，它傳遞信息，控制合成蛋白質，其中有轉移核糖核酸（tRNA）、信使核糖核酸（mRNA）和核糖體核糖核酸（rRNA）。細胞核的機能是保存遺傳物質，控制生化合成和細胞代謝，決定細胞或機體的性狀表現，把遺傳物質從細胞（或個體）一代一代傳下去。但細胞核不是孤立的起作用，而是和細胞質相互作用、相互依存而表現出細胞統一的生命過程。細胞核控制細胞質；細胞質對細胞的分化、發育和遺傳也有重要的作用

具有雙層膜的胞器，主要攜帶遺傳物質(DNA)，包括染色體（脫氧核糖核酸加上一些特殊的蛋白質）、核糖核酸等，核膜上有許多小孔稱做核孔，由數十種特殊的蛋白組成特別的構造，容許一些物質自由通過，但是分子量很大的核糖核酸、蛋白質就必須依賴這些蛋白輔助，以消耗能量的主動運輸，來往於細胞質跟細胞核之間。細胞分裂的期間可以看到細胞核中最顯著的構造——核仁，其組成為核糖體RNA，以及合成核糖體所需的蛋白質。除核仁外，細胞核中還有許多其它核細胞器，如柯浩體（Cajalbody)，PML體等。有趣的是，有些細胞為了執行特別的工作而沒有細胞核：哺乳綱動物的紅血球，為了減少攜帶的氧氣，被紅血球本身消耗，而成熟后就沒有細胞核；植物則以篩管、導管、假導管為了運輸功能，成熟后沒有細胞核。

真核細胞

真核細胞（eukaryoticcell）指含有真核（被核膜包圍的核）的細胞。其染色體數在一個以上，能進行有絲分裂。還能進行原生質流動和變形運動。而光合作用和氧化磷酸化作用則分別由葉綠體和線粒體進行。除細菌和藍藻植物的細胞以外，所有的動物細胞以及植物細胞都屬於真核細胞。由真核細胞構成的生物稱為真核生物。在真核細胞的核中，DNA與組蛋白等蛋白質共同組成染色體結構，在核內可看到核仁。在細胞質內膜系統很發達，存在著內質網、高爾基體、線粒體和溶酶體等細胞器，分別行使特異的功能。

真核生物包括我們熟悉的動植物以及微小的原生動物、單細胞海藻、真菌、苔蘚等。真核細胞具有一個或多個由雙膜包裹的細胞核，遺傳物質包含於核中，並以染色體的形式存在。染色體由少量的組蛋白及某些富含精氨酸和賴氨酸的鹼性蛋白質構成。真核生物進行有性繁殖，並進行有絲分裂。

原核細胞

原核細胞（Prokaryoticcell）沒有核膜，遺傳物質集中在一個沒有明確界限的低電子密度區，稱為擬核（nucleoid）。DNA為裸露的環狀分子，通常沒有結合蛋白，環的直徑約為2.5nm，周長約幾十納米。大多數原核生物沒有恆定的內膜系統，核糖體為70S型，原核細胞構成的生物稱為原核生物，均為單細胞生物。

組成原核生物的細胞。這類細胞主要特徵是沒有明顯可見的細胞核，同時也沒有核膜和核仁，只有擬核，進化地位較低。

原核細胞（Procaryotic/Prokaryoticcell）指沒有核膜且不進行有絲分裂、減數分裂、無絲分裂的細胞。這種細胞不發生原生質流動，觀察不到變形蟲樣運動。鞭毛（Flagellum）呈單一的結構。光合作用、氧化磷酸化在細胞膜進行，沒有葉綠體（Chloroplast）、線粒體（Mitochondrion）等細胞器（Organelles）的分化，只有核糖體。由這種細胞構成的生物，稱為原核生物，它包括所有的細菌和藍藻類。即構成細菌和藍藻等低等生物體的細胞。它沒有真正的細胞核（Nucleus），只有原核或擬核，所含的一個基因帶（或染色體），是環狀雙股單一順序的脫氧核糖核酸分子（CircularDNA），沒有組蛋白（Histone）與之結合無核仁（Nucleolus），缺乏核膜（Nuclearenvelope）。外層原生質中有70S核糖體與中間體，缺乏高爾基體（Golgi）、內質網（E.R.）、線粒體和中心體（Centrosomes）等。轉錄和轉譯（Transcriptionandtranslation）同時進行，四周質膜內含有呼吸酶。無有絲分裂（Mitosis）和減數分裂（Meiosis），脫氧核糖核酸（DNA）複製后，細胞隨即分裂為二。

古核細胞

古核細胞也稱古細菌（Archaebacteria）：是一類很特殊的細菌，多生活在極端的生態環境中。具有原核生物的某些特徵，如無核膜及內膜系統；也有真核生物的特徵，如以甲硫氨酸起始蛋白質的合成、核糖體對氯黴素不敏感、RNA聚合酶和真核細胞的相似、DNA具有內含子並結合組蛋白；此外還具有既不同於原核細胞也不同於真核細胞的特徵，如：細胞膜中的脂類是不可皂化的；細胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白質為主，有的含雜多糖，有的類似於肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。

極端嗜熱菌（Themophiles）：能生長在90℃以上的高溫環境。如斯坦福大學科學家發現的古細菌，最適生長溫度為100℃，80℃以下即失活，德國的斯梯特（K.Stetter）研究組在義大利海底發現的一族古細菌，能生活在110℃以上高溫中，最適生長溫度為98℃，降至84℃即停止生長；美國的J.A.Baross發現一些從火山口中分離出的細菌可以生活在250℃的環境中。嗜熱菌的營養範圍很廣，多為異養菌，其中許多能將硫氧化以取得能量。

極端嗜鹽菌（Extremehalophiles）：生活在高鹽度環境中，鹽度可達25%，如死海和鹽湖中。極端嗜鹽菌的細胞壁由富含酸性氨基酸的糖蛋白組成，這種細胞壁結構的完整由離子鍵維持，高Na+濃度對於其細胞壁蛋白質亞單位之間的結合，保持細胞結構的完整性是必需的。當從高鹽環境轉到低鹽環境后，一方面細胞壁蛋白解聚為蛋白質單體，使胞壁失去完整；另一方面細胞內外離子濃度平衡打破，細胞吸水膨脹，最終引起胞壁破裂，菌體完全自溶。

極端嗜酸菌（Acidophiles）：能生活在pH值1以下的環境中，往往也是嗜高溫菌，生活在火山地區的酸性熱水中，能氧化硫，硫酸作為代謝產物排出體外。

極端嗜鹼菌（Alkaliphiles）：多數生活在鹽鹼湖或鹼湖、鹼池中，生活環境pH值可達11.5以上，最適pH值8～10。

細胞分化（celldifferentiation）是個體發育過程中細胞之間產生穩定差異的過程。所以，細胞分化是指同源細胞通過分裂，發生形態、結構與功能特徵穩定差異的過程。

細胞分化的實質是基因選擇性表達的結果，在個體發育過程中基因按照一定程序相繼活化的現象，稱為基因的差次表達（differentialexpression）或順序表達（Sequentialexpression）。即在同一時間內不是所有的基因都具活性，而是有的有活性，有的無活性，有些細胞是這部分基因有活性，有些細胞則是另外一些基因有活性。

組織特異性基因和管家基因一類是維持細胞最基本生命活動的基因，是所有一切細胞都需具備的，由此譯制基本生命活動所必需的結構和功能蛋白。這類基因稱“House-keepinggene”，譯為“管家基因”，它們與細胞分化關係不大。如編碼與細胞分裂、能量代謝、細胞基本建成有關的蛋白質的基因屬此類。另一類是譯制特異蛋白質的基因，與細胞的基本生存無直接關係，但與細胞分化關係密切，被稱為“Luxurygene”，譯為奢侈基因。

組合調控引發組織特異性基因的表達弄清了細胞分化的實質，研究者們便把注意力集中到基因選擇表達的控制機理方面。除細胞核與細胞質的相互作用對細胞分化的影響外，包括環境在內的諸多因素均對細胞分化有重要的影響。

植物的生長是由於體內細胞繁殖和增大，細胞繁殖是通過細胞分裂方式進行的，通過細胞分裂完成個體發育，細胞更替以及植物（微生物）繁殖。分裂方式有：有絲分裂無絲分裂和.減數分裂。

一．細胞周期：細胞從第一次分裂結束到下一次分裂終了所經歷的全部過程。包括間期和分裂期。

1.間期：一次分裂結束開始，到下一次分裂開始的一段時間是分列前的準備期間，為分裂進行物質上的準備（主要是RNA，蛋白質合成和DNA複製）和積累能量又分為G1期,S期，G2期。

2.分裂期：開始出現染色體，紡錘絲，複製的DNA將以染色體的形式平均分到兩個子細胞中。

二．有絲分裂：

最普遍最常見的分裂方式，是一個連續的過程，據核內發生的可見變化分為前中后末四個時期。

1.前期：核的變化：兩極兩現，（染色單體，染色體，著絲點）

2.中期：染色體排列到赤道板上，紡錘絲完全形成，此時紡錘體，清晰可見，染色體最清楚時期。

3.後期：兩條染色單體分開，分別向赤道兩極移動。

4.末期：到兩極后，染色體消失膜，核仁再現，出現新細胞壁，形成兩個新細胞。

三．減數分裂：

植物有性生殖中進行的一種細胞分裂方式，種子植物發生在大小孢子形成期，其過程包括兩個連續的細胞分裂，而DNA只複製一次。一個母細胞經減數分裂后形成四個子細胞，每個子細胞的染色體數目為母細胞的一半。比較複雜。

第一次分裂：前期：細線期——偶線期（聯會現象）——粗線期（交叉現象）——雙線期（同源染色體開始分離）——終變期（最短粗，膜仁消失，紡錘絲再現）

中期：同源染色體排列在赤道面上。

後期：同源染色體被分離。

末期；核再現，細胞板，二分體（染色體減半）

第二次分裂：前期：染色體出現，膜仁消失，紡錘絲再現。

中期2：

後期2；染色體分開，在紡錘絲牽引下向兩極移動。

末期2：到兩極后形成絲狀，核膜，核仁再現，細胞板再現，形成四個子細胞。

細胞死亡是細胞衰老的結果，是細胞生命現象的終止。包括急性死亡（細胞壞死）和程序化死亡（細胞凋亡）。細胞死亡最顯著的現象，是原生質的凝固。事實上細胞死亡是一個漸進過程，要決定一個細胞何時已死亡是較因難的。除非用固定液等人為因素瞬間使其死亡。那麼，怎樣鑒定一個細胞是否死亡了呢？通常採用活體染色法來鑒定。如用中性紅染色時，生活細胞只有液泡系染成紅色，如果染料擴散，細胞質和細胞核都染成紅色，則標誌這個細胞已死亡。

細胞衰老的研究只是整個衰老生物學（老年學，人類學）研究中的一部分。所謂衰老生物學（biologyofsenescence）（或稱老年學，gerontology）是研究生物衰老的現象、過程和規律。其任務是要揭示生物（人類）衰老的特徵，探索發生衰老的原因和機理，尋找推遲衰老的方法，根本目的在於延長生物（人類）的壽命。多細胞有機體細胞，依壽命長短不同可劃分為兩類，即幹細胞和功能細胞。幹細胞在整個一生都保持分裂能力，直到達到最高分裂次數便衰老死亡。如表皮生髮層細胞，生血幹細胞等。

細胞凋亡(apoptosis)是一個主動的由基因決定的自動結束生命的過程，也常常被稱為程序化細胞死亡（programmedcelldeath,PCD）。凋亡細胞將被吞噬細胞吞噬。這一假說是基於Hayflick界限提出的：1961年Hayflick根據人胚胎細胞的傳代培養實驗提出。指細胞在發育的一定階段出現正常的自然死亡，它與細胞的病理死亡有根本的區別。細胞凋亡對於多細胞生物個體發育的正常進行，自穩平衡的保持以及抵禦外界各種因素的干擾方面都起著非常關鍵的作用。例如：蝌蚪尾的消失，骨髓和腸的細胞凋亡，脊椎動物的神經系統的發育，發育過程中手和足的成形過程。

癌細胞是健康細胞核結構改變的結果，是人體（其它動物一樣）自身健康細胞在各種外因和內因作用下形成的質變性病細胞。細胞癌之後，由於它對機體的破壞作用超過任何病毒、細菌、放線菌、真菌和其它微生物，所以人們（特別是醫生）對它恨之入骨，在治療上採取了毫不手軟的格殺無論，然而，癌細胞是病細胞，我們應該同情它，幫它治病，使它恢復原狀，照常為機體工作，這不更好嗎？為了說明應該和可能，我想用理論和事實兩個方面的證據說明一下它的逆轉原理。

在正常情況下，細胞內存在著與癌症有關的基因，這些基因的正常表達是個體發育、細胞增殖、組織再生等生命活動不可缺少的，這些基因只有發生突變時才有致癌作用，變成癌基因。這些具有引起細胞癌變潛能的基因稱為原癌基因（proto-oncogenes）。原癌基因屬於顯性基因，等位基因中的一個發生突變，就會引起細胞癌變。正常細胞中雖然存在著原癌基因，但是原癌基因的活動受到嚴格的精密調控，其編碼產物是細胞生長和分化所必需的，不會引起癌變。然而，當原癌基因發生了變化，產生了超出細胞活動所需要的產物，就會引起細胞癌變。原癌基因的這種變化稱為原癌基因的激活。

癌症起始於一個細胞突變，而人體是由大量體細胞組成的。人的一生大約要進行1016次細胞分裂。即使不接觸致癌劑，每個基因發生自然突變的概率為10-6。可以推算出人的一生中每個基因會有1010突變概率。由此估計，一個突變細胞中應當有許多與細胞增殖有關的基因發生突變，失去了對細胞增殖的調控能力。然而事實上，人體癌症發病率並沒有預想的那樣高。由此可見，一次突變並不足以將一個健康細胞轉變為癌細胞。一個細胞癌變要求在一個細胞中發生幾次單獨的突變，它們共同作用才能誘發細胞癌變。經統計，一個細胞轉化需要發生3-7次單獨的隨機突變。

雖然癌症起始於一個細胞突變，但是這個突變細胞的後代必須經過幾次突變，才能形成癌細胞。流行病學的統計表明，癌症的發病率隨年齡的增長而提高，而且是幾何級數提高，癌症的發病率是年齡的3次方、4次方甚至5次方。癌症的漸進發生過程非一日之寒，需要數年時間，在此期間既有內因的作用，也有外因的誘發，致癌因子需要有劑量累積效應。癌症的發生要有許多因子的共同作用。體內還有免疫監控系統，可以隨時消滅癌細胞。因此，許多癌症不是不可避免的。

細胞周期是指細胞從一次分裂結束時起，到下一次分裂結束為止的一段時期。在一個細胞周期中，細胞發生了一系列複雜的變化，其中特別是DNA的容量增加了一倍。細胞經過增長后平均分裂為與母細胞相同的2個子細胞。細胞周期又可根據其中DNA的變化分成四個連續進行的過程，它們分別是：

1、G1期，也即DNA合成前期；

2、S期，即DNA合成期；

3、G2期，也稱DNA合成後期；

4、M期，此期為細胞的有絲分裂期，在此期中，細胞內的遺傳物質--染色體平均縱裂為2，並隨細胞的分裂而均分至兩個子細胞中。

一個細胞分裂為兩個細胞的過程。分裂前的細胞稱母細胞，分裂后形成的新細胞稱子細胞。細胞分裂通常包括核分裂和胞質分裂兩步。在核分裂過程中母細胞把遺傳物質傳給子細胞。在單細胞生物中細胞分裂就是個體的繁殖，在多細胞生物中細胞分裂是個體生長、發育和繁殖的基礎。

細胞分化是指在個體發育過程中，細胞在形態、結構和功能上的特化過程。對個體發育而言，細胞分化得越多，說明個體成熟度越高。只有通過細胞分化，才能形成各種不同的細胞，進而形成不同的各具功能的器官，使生物體成為一個個體，否則假如細胞只是長大變多也就是說只有乾重的增加而不分化，所有的細胞都只能保持原始的幹細胞的狀態也就無法形成生物體了

細胞周期亦稱有絲分裂周期，細胞生長到一定程度，不是繁殖就是死亡。細胞分裂后產生的新細胞生長增大，隨後又平均地分裂成兩個和原來母細胞“一樣”的子細胞，細胞這種生長與分裂的循環稱細胞周期。較為普遍的細胞分裂方式為有絲分裂和減數分裂，在生物的個體發育中，這兩種分裂方式交替發生，以保證生物種族的延續。

一個由生物學家組成的研究小組構建了一種能夠描繪掌控整個自然界生活的各種生物體的控制環路模型。這以研究是系統生物學領域一個新的里程碑。它將使研究人員能夠模擬生物體如何逐漸適應環境。這項研究標誌著研究人員首次能夠在基因組水平上精確預測一個細胞的動力學變化。這些發現是通過對一種自由生活在極端環境中的嗜鹽細菌取得的。他們的研究結果發表在2007年最後一期的《Cell》雜誌上。領導這項研究的是來自紐約大學的助理教授RichardBonneau。

研究人員將目光集中在能夠生活在高鹽、高輻射和其他脅迫環境中的微小生物上，這些環境對其他大多數生物來說是無法存活的。通過對這種極端環境中的生物進行研究，研究人員證實他們能夠通過同時測量基因組中所有基因來了解和模擬控制細胞的環路。這就是所謂的系統生物學實驗。

系統生物學是分析基因如何通過巨大的相互作用網路來相互影響以及這些網路對刺激如何反應、如何適應新的環境和細胞狀態。這個領域在過去的10年間因為描繪基因組系統技術的進步而獲得了很大的發展。

通過結合這個領域的實驗和數學研究成果，已經證實能夠通過基因組分析來在較短的時間裡獲得整個生物體的一個功能和動態模型。這個領域之前的研究確定出了細胞組成和細胞成分如何相互聯繫。

這項新的研究則是對之前該領域研究的一次超越，研究人員能精確模擬嗜鹽細菌如何工作並如何對環境的變化作出反應。研究人員首次能夠預測基因組中80%的成分如何對刺激作出反應。

研究人員表示，通過了解生物系統如何功能，研究人員就能夠將他們的注意力放在改造生物燃料和藥物的生物合成上。研究人員目前正在對幾種其他類型的生物進行這種分析。（生物通雪花）

合成生物學，人工設計與合成細胞信號傳導與基因調控網路，用作生物計算機的分子運算系統，對比硅電子計算機來說稱為濕（wet）計算機或活體計算機、細胞計算機（2002年曾邦哲）概念與原理，還人工設計次生代謝酶與反應鏈優化為轉基因生物反應器提供了新的發展前景-細胞工廠。

大小

原核細胞直徑平均：1～10μm。

真核細胞直徑平均：3～30μm。

某些不同來源的細胞大小變化很大：

人卵細胞：直徑0.1mm；鴕鳥卵細胞：直徑5cm。

同類型細胞的體積一般是相近的，不依生物個體的大小而增大或縮小。

器官的大小主要決定於細胞的數量，與細胞的數量成正比，而與細胞的大小無關，這種現象被稱為“細胞體積的守恆定律”。 

共性

1.所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質及糖被構成的生物膜（注意：癌細胞無糖被，容易遊走擴散），即細胞膜。

2.所有的細胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA。

3.作為遺傳信息複製與轉錄的載體。

4.作為蛋白質合成的機器——核糖體，毫無例外地存在於一切細胞內。核糖體，是蛋白質合成的必須機器，在細胞遺傳信息流的傳遞中起著必不可少的作用。

5.基本上所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂。（少數不是，如藍藻的有些種類從老細胞內產生新細胞）

6.部分細胞能進行自我增殖和遺傳（高度分化的細胞無法自我增殖。）

7.新陳代謝。

8.細胞都具有運動性，包括細胞自身的運動和細胞內部的物質運動。

註：病毒不具有細胞結構。

組成細胞的基本元素是：O、C、H、N、S、K、Ca、P、Mg，其中O、C、H、N四種元素佔90%以上。細胞化學物質可分為兩大類：無機物和有機物。在無機物中水是最主要的成分，約佔細胞物質總含量的75%－80%。

一、水與無機鹽

（一）水是原生質最基本的物質

水在細胞中不僅含量最大，而且由於它具有一些特有的物理化學屬性，使其在生命起源和形成細胞有序結構方面起著關鍵的作用。可以說，沒有水，就不會有生命。水在細胞中以兩種形式存在：一種是遊離水，約佔95%；另一種是結合水，通過氫鍵或其他鍵同蛋白質結合，約佔4%~5%。隨著細胞的生長和衰老，細胞的含水量逐漸下降，但是活細胞的含水量不會低於75%。

水在細胞中的主要作用是，溶解無機物、調節溫度、參加酶反應、參與物質代謝和形成細胞有序結構。

（二）無機鹽

細胞中無機鹽的含量很少，約佔細胞總重的1%。鹽在細胞中解離為離子，離子的濃度除了具有調節滲透壓和維持酸鹼平衡的作用外，還有許多重要的作用。

主要的陰離子有Cl－、PO4－和HCO3－，其中磷酸根離子在細胞代謝活動中最為重要：①在各類細胞的能量代謝中起著關鍵作用；②是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的組成成分；③調節酸鹼平衡，對血液和組織液pH起緩衝作用。

主要的陽離子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+。

二、細胞的有機分子

細胞中有機物達幾千種之多，約佔細胞乾重的90%以上，它們主要由碳、氫、氧、氮等元素組成。有機物中主要由四大類分子所組成，即蛋白質、核酸、脂類和糖，這些分子約佔細胞乾重的90%以上。

（一）蛋白質

在生命活動中，蛋白質是一類極為重要的大分子，幾乎各種生命活動無不與蛋白質的存在有關。蛋白質不僅是細胞的主要結構成分，而且更重要的是，生物專有的催化劑——酶是蛋白質，因此細胞的代謝活動離不開蛋白質。一個細胞中約含有104種蛋白質，分子的數量達1011個。

（二）核酸

核酸是生物遺傳信息的載體分子，所有生物均含有核酸。核酸是由核苷酸單體聚合而成的大分子。核酸可分為核糖核酸RNA和脫氧核糖核酸兩大類DNA。當溫度上升到一定高度時，DNA雙鏈即解離為單鏈，稱為變性（denaturation）或熔解（melting），這一溫度稱為熔解溫度（meltingtemperature，Tm）。鹼基組成不同的DNA，熔解溫度不一樣，含G－C對（3條氫鍵）多的DNA，Tm高；含A－T對（2條氫鍵）多的，Tm低。當溫度下降到一定溫度以下，變性DNA的互補單鏈又可通過在配對鹼基間形成氫鍵，恢復DNA的雙螺旋結構，這一過程稱為復性（renaturation）或退火（annealing）。

（三）糖類

細胞中的糖類既有單糖，也有多糖。細胞中的單糖是作為能源以及與糖有關的化合物的原料存在。重要的單糖為五碳糖（戊糖）和六碳糖（己糖），其中最主要的五碳糖為核糖，最重要的六碳糖為葡萄糖。葡萄糖不僅是能量代謝的關鍵單糖，而且是構成多糖的主要單體。

多糖在細胞結構成分中佔有主要的地位。細胞中的多糖基本上可分為兩類：一類是營養儲備多糖；另一類是結構多糖。作為食物儲備的多糖主要有兩種，在植物細胞中為澱粉（starch），在動物細胞中為糖元（glycogen）。在真核細胞中結構多糖主要有纖維素（cellulose）和幾丁質（chitin）。

（四）脂類

脂類包括：脂肪酸、中性脂肪、類固醇、蠟、磷酸甘油酯、鞘脂、糖脂、類胡蘿蔔素等。脂類化合物難溶於水，而易溶於非極性有機溶劑。

1、中性脂肪（neutralfat）

①甘油酯：它是脂肪酸的羧基同甘油的羥基結合形成的甘油三酯（triglyceride）。甘油酯是動物和植物體內脂肪的主要貯存形式。當體內碳水化合物、蛋白質或脂類過剩時，即可轉變成甘油酯貯存起來。甘油酯為能源物質，氧化時可比糖或蛋白質釋放出高兩倍的能量。營養缺乏時，就要動用甘油酯提供能量。

②蠟：脂肪酸同長鏈脂肪族一元醇或固醇酯化形成蠟（如蜂蠟）。蠟的碳氫鏈很長，熔點要高於甘油酯。細胞中不含蠟質，但有的細胞可分泌蠟質。如：植物表皮細胞分泌的蠟膜；同翅目昆蟲的蠟腺、如高等動物外耳道的耵聹腺。

2、磷脂

磷脂對細胞的結構和代謝至關重要，它是構成生物膜的基本成分，也是許多代謝途徑的參與者。分為甘油磷脂和鞘磷脂兩大類。

3、糖脂

糖脂也是構成細胞膜的成分，與細胞的識別和表面抗原性有關。

4、萜類和類固醇類

這兩類化合物都是異戊二烯（Isoptene）的衍生物，都不含脂肪酸。

生物中主要的萜類化合物有胡蘿蔔素和維生素A、E、K等。還有一種多萜醇磷酸酯，它是細胞質中糖基轉移酶的載體。

類固醇類（Steroids）化合物又稱甾類化合物，其中膽固醇是構成膜的成分。另一些甾類化合物是激素類，如雌性激素、雄性激素、腎上腺激素等。