細胞的結構不是一樣的嗎?為什麼有不同部位種類的細胞?

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細胞的結構當然是形形色色的。不同部位的細胞具有不同的結構那是因為不同的細胞表達的基因是不一樣的,由此它們就發育為具有不同形態、結構和功能的細胞。和單細胞生物不同,多細胞生物的體細胞並不會表達所有基因,它們會受到其它細胞的調控從而按需只表達特定的基因,從而實現了細胞的分化。


細胞學快速科普

地球上一切生命體的所有細胞都可以分為兩種基本細胞類型之一:原核和真核。原核細胞往往很小,原始並且獨立於其他細胞,包含細菌、藍藻和古細菌。在所有其他植物、動物、真菌和原生生物中發現的真核細胞更大,更復雜。不同的真核細胞類型是按結構和功能組織的,其中一些相互獨立存在,另一些則與其他具有特定功能的細胞結合構成多細胞生物。人體包含數百種不同類型的細胞,其中許多具有獨特的功能結構。


細胞是生命中最小的部分,是生命所必需的所有化學過程的環境。

  • 原核細胞是最簡單的細胞形式,沒有細胞核或細胞器。這些細胞沒有染色體 ; 環狀質粒包含遺傳物質。一些原核細胞不需要氧氣即可進行生命過程。

  • 真核細胞具有確定的細胞核,其中含有組織成線性染色體的遺傳物質。他們擁有各種專門的細胞器,可以執行維持生命所需的過程和能量轉移。動物,植物,真菌和原生質細胞彼此非常不同。真菌可以是單細胞或多細胞的,具有不止一個核,並且具有未密封的細胞壁,允許細胞質在細胞之間自由流動。



  • 植物細胞具有執行多種功能的幾種類型的細胞。最不特化的植物細胞是薄壁組織細胞,該薄壁組織代謝並儲存營養;木質部細胞傳導水;韌皮部細胞傳導有機養料;表皮細胞像皮膚一樣覆蓋葉子、莖和根;海綿狀葉細胞吸收光併為植物製造有機物;根毛細胞位於根部,具有較大的表面積以吸收水分。
  • 人類和動物細胞的類型根據功能和位置的不同而有很大差異。一些細胞獨立於其他細胞而存在。白細胞就是一個例子。諸如皮膚細胞之類的其他細胞牢固地附著於其他皮膚細胞之上,並共同發揮多種功能。許多細胞具有專門的部分來執行其他細胞類型無法執行的操作。例如,視覺桿狀細胞的光色素可以對光做出反應,並向神經細胞傳遞信息,而神經細胞則將信息傳遞給大腦,讓人類產生視覺。人和動物體內的細胞大小差異很大。人體中最小的細胞是精子細胞和小腦的顆粒細胞。一些神經元或神經細胞則可能長到幾十釐米。


人體細胞數萬億,形態各異。這些微小的結構是生物的基本單位。細胞由組織組成,組織構成器官,器官形成器官系統,而器官系統構造成為了有機體並使之保持生命。

人體中每種類型的細胞都根據其作用而有不同的外觀和結構。例如,消化系統的細胞在結構和功能上與骨骼系統的細胞有很大不同。身體的細胞彼此依賴,使身體作為一個整體發揮功能。細胞的類型有數百種,下面列出幾種最典型的細胞類型,讀者來看看它們的外觀和結構與功能的關係:


幹細胞

上圖:一個多能幹細胞。

幹細胞的獨特之處在於具有發育為可用於構建特定器官或組織的特定細胞的能力。幹細胞可以分裂和複製很多次,以補充和修復組織。不同的組織具有分化到一定程度的次級幹細胞用於定向分化為特定類型的細胞系。例如毛囊幹細胞就是專門負責分化為生成毛髮的角質細胞;而毛囊色素幹細胞則定向分化為毛囊色素細胞,負責給毛髮染色。而胚胎幹細胞就是人體所有細胞的老祖宗。

骨細胞

上圖:骨質(灰色)包圍的凍裂了的骨細胞(紫色)的彩色電鏡掃描照片(SEM)。


骨骼是一種礦化了的結締組織,它構成骨骼系統的主要組成部分。骨頭由膠原蛋白和磷酸鈣礦物質的基質組成。人體中有三種主要的骨細胞類型:破骨細胞、成骨細胞和骨細胞。

  • 破骨細胞是一種大細胞,它們在癒合時會分解骨骼,以便吸收和吸收。

  • 成骨細胞調節骨的礦化併產生類骨質,類骨質是骨基質的有機物質,其礦化後才形成骨質。

  • 成骨細胞成熟後變成骨細胞。骨細胞有助於骨骼的形成並有助於維持鈣平衡。


血細胞

血液中的紅細胞和白細胞。

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從向身體輸送氧氣到抵抗感染,血細胞活性對生命至關重要。血細胞是由骨髓產生的。血液中三種主要的細胞類型是紅細胞、白細胞和血小板。

  • 紅細胞決定了血型,並負責輸送氧氣。

  • 白細胞是破壞病原體並提供免疫力的免疫系統細胞。

  • 血小板有助於凝結血液,以防止由於血管破裂或損壞而引起的過多失血。

肌肉細胞

上圖:平滑肌細胞的免疫熒光照片。


肌肉細胞形成肌肉組織,使身體能夠運動。肌肉細胞的三種類型是骨骼肌、心肌肉和平滑肌。
  • 骨骼肌組織附著在骨骼上,有助於自主運動。這些肌肉細胞被結締組織覆蓋,結締組織保護和支撐著肌肉纖維束。
  • 心肌細胞類似骨骼肌但沒有自主性,而且只見於心髒中。這些細胞有助於心臟的泵血功能,並通過分支與相鄰的心機細胞連接以實現同步收縮實現心跳。
  • 平滑肌組織不像心肌和骨骼肌那樣具有橫紋。平滑肌是構成體腔內諸多器官內壁(如腎臟、腸、血管和肺氣道)的非自主肌肉。

*非自主是指你無法用意識去控制這些肌肉的收縮


脂肪細胞

上圖:一個圓滾滾的脂肪細胞。

脂肪細胞將能量作為脂肪存儲,並構成某種絕緣層或緩衝層,此類細胞的大部分體積被大的脂質(脂或油)液滴佔據。

脂肪細胞是脂肪組織的主要細胞成分。脂肪細胞含有可用於能量儲存的脂肪(甘油三酸酯)液滴。儲存脂肪後,脂肪細胞就會變圓且鼓脹。而當身體消耗了脂肪之後,這些細胞會收縮。脂肪細胞還具有一個臨界內分泌功能:它們產生激素影響性激素代謝(能分泌一些雌激素)、血壓調節、胰島素敏感性、脂肪的儲存和使用、血液凝固和細胞信號傳導等等。


皮膚細胞

上圖:皮膚表面的鱗狀細胞。這些扁平的、角質化的死細胞不斷脫落,並從底層被新的細胞取代。

皮膚是由最外面的上皮組織(表皮)、其下方的結締組織(真皮)以及其下的皮下組織支持構成。皮膚的最外層由緊密堆積在一起的扁平鱗狀上皮細胞組成。皮膚具有多種作用。它可以保護人體內部結構免遭破壞、防止脫水,充當抵抗細菌的屏障,還可以產生維生素和激素。

神經細胞


神經細胞或神經元是神經系統的最基本單位。神經通過神經衝動在大腦、脊髓和其他身體器官之間發送信號。在結構上,神經元由細胞體和棘突部分組成。中央細胞體包含神經元的核以及相關的細胞質和細胞器。神經棘突包含軸突和樹突,從細胞體延伸到其它細胞並傳輸信號。

內皮細胞


內皮細胞形成心血管系統和淋巴系統結構的內層。它們組成血管、淋巴管和器官(包括腦、肺、皮膚和心臟)的內層。內皮細胞負責血管生成或新血管的產生。它們還調節大分子、氣體和液體在血液與周圍組織之間的運動,並有助於控制血壓。

性細胞

上圖:精子進入卵子的藝術描繪。


性細胞或配子是在男性和女性性腺中產生的生殖細胞,它們使新生命得以存在。男性性細胞或精子能動,並有長尾狀突起,稱為鞭毛。女性性細胞或卵子不運動,與男性配子相比相對較大。在有性生殖中,性細胞在受精過程中結合形成一個新個體。當其他身體細胞通過有絲分裂複製時,配子通過減數分裂繁殖。

胰腺細胞

胰腺同時具有外分泌和內分泌的功能,這意味著它既通過導管向器官外分泌激素,也向體內血液循環(內環境)直接排出激素。胰腺細胞對於調節血糖濃度以及消化蛋白質、碳水化合物和脂肪很重要。

胰腺產生的外分泌腺泡細胞分泌消化酶,這些酶被通過導管輸送到小腸。極少數的胰腺細胞具有內分泌功能或將激素分泌到細胞和組織中的能力。胰腺內分泌細胞存在於稱為朗格罕島的小島中,也被稱為胰島。這些細胞產生的激素包括胰島素、胰高血糖素和胃泌素。

癌細胞

上圖:正在分裂的宮頸癌細胞。


與列出的所有其他細胞不同,癌細胞可以破壞人體。癌症是由異常細胞的發展導致的,這些異常特性導致細胞無法控制地分裂並擴散到其他位置。癌細胞的發展可能源於暴露於化學物質、輻射和紫外線引起的突變。癌症也可能具有遺傳起源,例如染色體複製錯誤和致癌病毒等等。


癌細胞在體內被允許迅速擴散,因為它們對抗生長信號的敏感性降低,並且在沒有停止命令的情況下迅速增殖。它們還喪失了執行凋亡或程序性細胞死亡的能力,從而使其變得更加強大。


為什麼不同部位的細胞會不同?

雖然幾乎所有細胞(紅細胞就不包含細胞核和染色體)都具有相同的DNA和生物體全部基因。基因指示著細胞如何製造體內的每種蛋白質。但是任何特定類型的細胞僅使用一組特定的基因來製造蛋白質。如果某個基因“關閉”,則該基因將不會產生對應的蛋白質。開啟和關閉基因的機制對於每個細胞的功能來說至關重要。所以,只有胰腺中的細胞才能產生胰島素。

但是所有這些“各司其職”的細胞都是從最初的那個受精卵發育而來的,這是怎麼一回事呢?這就需要談一下細胞“分化”的概念了。


較不特化的細胞變成較特化的細胞類型的過程稱為細胞分化。這是僅在多細胞生物中可以看到的過程。從受精後開始,合子開始分化成專門的細胞網絡。分化是成體幹細胞的一個常見過程,它分裂並分化成專門的子代細胞。這些能夠分化的細胞被稱為“幹細胞”(是“主幹”的意思,而不是“乾溼”的意思)。人體中有許多不同類型的幹細胞。可以分化為構成人體的所有類型細胞的幹細胞稱為多能幹細胞。在動物和哺乳動物中被稱為胚胎幹細胞。它們可以分化為幾乎所有類型細胞的細胞,包括胎盤細胞。


  • 造血幹細胞——來自骨髓,參與紅細胞、白細胞以及血小板的產生。

  • 間充質幹細胞——同樣來自骨髓,這些細胞參與脂肪細胞、基質細胞以及特定類型骨細胞的產生。

  • 上皮幹細胞——這些是祖細胞、並參與某些皮膚細胞的產生。


  • 肌肉衛星細胞——這些祖細胞有助於分化出肌肉組織。


細胞分化的過程始於卵的受精。卵受精後,立即開始細胞增殖,形成稱為胚泡的細胞球。正是這個細胞球附著在子宮壁上並繼續分化,胚胎才得以形成。

隨著胚泡的分化,它分裂並形成與子宮結合以獲取營養的結構——胎盤。隨著它繼續增殖並增加大小,分化過程最終導致胚胎不同器官的形成。


一旦雌卵受精,卵細胞在分裂後形成的所有細胞都將含有相同的DNA(如果複製過程沒有發生變異的話)。也就是說,所有細胞中的DNA都應該是相同的。但是,染色體的不同區域(DNA纏繞在染色體上)編碼具有不同的功能和細胞類型。在這裡,只有執行細胞所需功能的區域才在相關細胞中表達。表達的基因決定了要發育而成的細胞的類型。雖然不同類型的細胞包含相同的DNA,但不同基因的表達導致了不同類型的細胞的形成。也就是說,並非所有基因在分化過程中都表達。

基因表達使用給定基因的信息來知道特定細胞結構的發育。

在分化過程中,細胞逐漸發育成特定的細胞類型。

有兩種機制可以在早期胚胎的不同部位中改變細胞的質能:

  • 細胞質定位

細胞質定位發生在胚胎髮育的最早階段。在此階段,胚胎分裂而沒有生長,並通過分裂形成卵裂球(分裂而成的多個細胞)。這些細胞中的每一個都繼承原始細胞的細胞質的給定區域,這些區域內可能包含著細胞質決定簇(可能是一些微RNA)。這些胞質決定簇使得細胞朝正確的方向分化。

  • 誘導

一組細胞分泌的一種生化物質引起另一組細胞發育的變化叫做誘導。在早期發育過程中,在存在誘導生化信號的情況下,組織會發育為給定的狀態——誘導就像是某種來自細胞外部的信息指導。

誘導信號還以不同的濃度引起各種響應,這導致形成一組細胞群序列,每個細胞群處於不同的狀態。


上圖:血細胞的分化全圖。左上角那個是造血幹細胞,右邊那個大細胞是巨核細胞,右下角是血小板。



總結

多細胞生物體內的各種細胞就像我們的社會,雖然都是由非常類似的“個體”組成,但實際上各有分工。


小宇堂


細胞基本結構(注意,是基本結構)一樣,但是物質和結構構成不同,功能也有所不同。因為這主要與基因的選擇性表達有關。

我就以真核細胞裡面的人體細胞,下面的血細胞為例解釋下。(其實如果細胞結構完全一樣,那就沒必要對細胞進行劃分。)

血細胞分為紅細胞:主要功能是運送氧。 白細胞:主要扮演了免疫的角色。當病菌侵入人體時,白細胞能穿過毛細血管壁,集中到病菌入侵部位,將病菌包圍後吞噬。 血小板:止血過程中起著重要作用。(白細胞又劃分出了5種細胞,這裡我不會詳講,太多了)

紅細胞直徑6-9.5μm,平均7.2μm,呈雙凹圓盤狀,中央較薄(1.0μm),周緣較厚(2.0μm),故在血塗片標本中呈中央染色較淺、周緣較深,無細胞核。紅細胞的這種形態使它具有較大的表面積(約140μm2),從而能最大限度地適應其功能――攜O2。新鮮單個紅細胞為黃綠色。成熟紅細胞無細胞核,也無細胞器,胞質內充滿血紅蛋白

白細胞無色有核的球形細胞,體積比紅細胞大,能作變形運動,具有防禦和免疫功能。光鏡下,根據白細胞胞質有無

特殊顆粒,可將其分為有粒白細胞和無粒白細胞兩類。有粒白細胞又根據顆粒的嗜色性,分為中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和嗜鹼性粒細胞。無粒白細胞有單核細胞和淋巴細胞兩種。

血小板是骨髓巨核細胞細胞質的脫落物,無細胞核,表面有完整的細胞膜。血小板體積甚小,直徑2~4μm,呈雙凸扁盤狀;當受到機械或化學刺激時,則伸出突起,呈不規則形。血小板中央部分有著藍紫色的顆粒,稱顆粒區(granulomere);周邊部呈均質淺藍色,稱透明區(hyalomere)。電鏡下,

血小板的膜表面有糖衣,細胞內無核,但有小管系、線粒體、微絲和微管等細胞器,以及血小板顆粒和糖原顆粒等

從上面可以看出細胞的結構不一定相同,通常我們說的結構相同,是指都有細胞核,細胞質,細胞膜這幾種結構但是就只說細胞核就有DNA、RNA、真核、原核之分,有的細胞特殊可能有多個細胞核(比如骨骼肌細胞)或者沒有細胞核(比如成熟紅細胞)

不同種類細胞的存在原因與基因表達有很大關係。結構決定功能,同時功能也會反過來影響結構。因為要想達到血液的功能,就需要不同的結構,要想一種細胞就達到所有功能需求,不現實,這樣會使得細胞體積變大。

細胞的體積與表面積比例會嚴重影響細胞工作效率。因此,為了達成血液的功能,就需要多種細胞,而功能結構息息相關。此時就需要基因調控,因此基因選擇性表達決定結構,結構決定功能


見聞行事


以人的細胞為例,最早都是由胚胎幹細胞分裂,但是在發育過程中會分化,因此最最終不一樣


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