细胞的结构不是一样的吗?为什么有不同部位种类的细胞?

superKun


细胞的结构当然是形形色色的。不同部位的细胞具有不同的结构那是因为不同的细胞表达的基因是不一样的,由此它们就发育为具有不同形态、结构和功能的细胞。和单细胞生物不同,多细胞生物的体细胞并不会表达所有基因,它们会受到其它细胞的调控从而按需只表达特定的基因,从而实现了细胞的分化。


细胞学快速科普

地球上一切生命体的所有细胞都可以分为两种基本细胞类型之一:原核和真核。原核细胞往往很小,原始并且独立于其他细胞,包含细菌、蓝藻和古细菌。在所有其他植物、动物、真菌和原生生物中发现的真核细胞更大,更复杂。不同的真核细胞类型是按结构和功能组织的,其中一些相互独立存在,另一些则与其他具有特定功能的细胞结合构成多细胞生物。人体包含数百种不同类型的细胞,其中许多具有独特的功能结构。


细胞是生命中最小的部分,是生命所必需的所有化学过程的环境。

  • 原核细胞是最简单的细胞形式,没有细胞核或细胞器。这些细胞没有染色体 ; 环状质粒包含遗传物质。一些原核细胞不需要氧气即可进行生命过程。

  • 真核细胞具有确定的细胞核,其中含有组织成线性染色体的遗传物质。他们拥有各种专门的细胞器,可以执行维持生命所需的过程和能量转移。动物,植物,真菌和原生质细胞彼此非常不同。真菌可以是单细胞或多细胞的,具有不止一个核,并且具有未密封的细胞壁,允许细胞质在细胞之间自由流动。



  • 植物细胞具有执行多种功能的几种类型的细胞。最不特化的植物细胞是薄壁组织细胞,该薄壁组织代谢并储存营养;木质部细胞传导水;韧皮部细胞传导有机养料;表皮细胞像皮肤一样覆盖叶子、茎和根;海绵状叶细胞吸收光并为植物制造有机物;根毛细胞位于根部,具有较大的表面积以吸收水分。
  • 人类和动物细胞的类型根据功能和位置的不同而有很大差异。一些细胞独立于其他细胞而存在。白细胞就是一个例子。诸如皮肤细胞之类的其他细胞牢固地附着于其他皮肤细胞之上,并共同发挥多种功能。许多细胞具有专门的部分来执行其他细胞类型无法执行的操作。例如,视觉杆状细胞的光色素可以对光做出反应,并向神经细胞传递信息,而神经细胞则将信息传递给大脑,让人类产生视觉。人和动物体内的细胞大小差异很大。人体中最小的细胞是精子细胞和小脑的颗粒细胞。一些神经元或神经细胞则可能长到几十厘米。


人体细胞数万亿,形态各异。这些微小的结构是生物的基本单位。细胞由组织组成,组织构成器官,器官形成器官系统,而器官系统构造成为了有机体并使之保持生命。

人体中每种类型的细胞都根据其作用而有不同的外观和结构。例如,消化系统的细胞在结构和功能上与骨骼系统的细胞有很大不同。身体的细胞彼此依赖,使身体作为一个整体发挥功能。细胞的类型有数百种,下面列出几种最典型的细胞类型,读者来看看它们的外观和结构与功能的关系:


干细胞

上图:一个多能干细胞。

干细胞的独特之处在于具有发育为可用于构建特定器官或组织的特定细胞的能力。干细胞可以分裂和复制很多次,以补充和修复组织。不同的组织具有分化到一定程度的次级干细胞用于定向分化为特定类型的细胞系。例如毛囊干细胞就是专门负责分化为生成毛发的角质细胞;而毛囊色素干细胞则定向分化为毛囊色素细胞,负责给毛发染色。而胚胎干细胞就是人体所有细胞的老祖宗。

骨细胞

上图:骨质(灰色)包围的冻裂了的骨细胞(紫色)的彩色电镜扫描照片(SEM)。


骨骼是一种矿化了的结缔组织,它构成骨骼系统的主要组成部分。骨头由胶原蛋白和磷酸钙矿物质的基质组成。人体中有三种主要的骨细胞类型:破骨细胞、成骨细胞和骨细胞。

  • 破骨细胞是一种大细胞,它们在愈合时会分解骨骼,以便吸收和吸收。

  • 成骨细胞调节骨的矿化并产生类骨质,类骨质是骨基质的有机物质,其矿化后才形成骨质。

  • 成骨细胞成熟后变成骨细胞。骨细胞有助于骨骼的形成并有助于维持钙平衡。


血细胞

血液中的红细胞和白细胞。

<strong>

从向身体输送氧气到抵抗感染,血细胞活性对生命至关重要。血细胞是由骨髓产生的。血液中三种主要的细胞类型是红细胞、白细胞和血小板。

  • 红细胞决定了血型,并负责输送氧气。

  • 白细胞是破坏病原体并提供免疫力的免疫系统细胞。

  • 血小板有助于凝结血液,以防止由于血管破裂或损坏而引起的过多失血。

肌肉细胞

上图:平滑肌细胞的免疫荧光照片。


肌肉细胞形成肌肉组织,使身体能够运动。肌肉细胞的三种类型是骨骼肌、心肌肉和平滑肌。
  • 骨骼肌组织附着在骨骼上,有助于自主运动。这些肌肉细胞被结缔组织覆盖,结缔组织保护和支撑着肌肉纤维束。
  • 心肌细胞类似骨骼肌但没有自主性,而且只见于心脏中。这些细胞有助于心脏的泵血功能,并通过分支与相邻的心机细胞连接以实现同步收缩实现心跳。
  • 平滑肌组织不像心肌和骨骼肌那样具有横纹。平滑肌是构成体腔内诸多器官内壁(如肾脏、肠、血管和肺气道)的非自主肌肉。

*非自主是指你无法用意识去控制这些肌肉的收缩


脂肪细胞

上图:一个圆滚滚的脂肪细胞。

脂肪细胞将能量作为脂肪存储,并构成某种绝缘层或缓冲层,此类细胞的大部分体积被大的脂质(脂或油)液滴占据。

脂肪细胞是脂肪组织的主要细胞成分。脂肪细胞含有可用于能量储存的脂肪(甘油三酸酯)液滴。储存脂肪后,脂肪细胞就会变圆且鼓胀。而当身体消耗了脂肪之后,这些细胞会收缩。脂肪细胞还具有一个临界内分泌功能:它们产生激素影响性激素代谢(能分泌一些雌激素)、血压调节、胰岛素敏感性、脂肪的储存和使用、血液凝固和细胞信号传导等等。


皮肤细胞

上图:皮肤表面的鳞状细胞。这些扁平的、角质化的死细胞不断脱落,并从底层被新的细胞取代。

皮肤是由最外面的上皮组织(表皮)、其下方的结缔组织(真皮)以及其下的皮下组织支持构成。皮肤的最外层由紧密堆积在一起的扁平鳞状上皮细胞组成。皮肤具有多种作用。它可以保护人体内部结构免遭破坏、防止脱水,充当抵抗细菌的屏障,还可以产生维生素和激素。

神经细胞


神经细胞或神经元是神经系统的最基本单位。神经通过神经冲动在大脑、脊髓和其他身体器官之间发送信号。在结构上,神经元由细胞体和棘突部分组成。中央细胞体包含神经元的核以及相关的细胞质和细胞器。神经棘突包含轴突和树突,从细胞体延伸到其它细胞并传输信号。

内皮细胞


内皮细胞形成心血管系统和淋巴系统结构的内层。它们组成血管、淋巴管和器官(包括脑、肺、皮肤和心脏)的内层。内皮细胞负责血管生成或新血管的产生。它们还调节大分子、气体和液体在血液与周围组织之间的运动,并有助于控制血压。

性细胞

上图:精子进入卵子的艺术描绘。


性细胞或配子是在男性和女性性腺中产生的生殖细胞,它们使新生命得以存在。男性性细胞或精子能动,并有长尾状突起,称为鞭毛。女性性细胞或卵子不运动,与男性配子相比相对较大。在有性生殖中,性细胞在受精过程中结合形成一个新个体。当其他身体细胞通过有丝分裂复制时,配子通过减数分裂繁殖。

胰腺细胞

胰腺同时具有外分泌和内分泌的功能,这意味着它既通过导管向器官外分泌激素,也向体内血液循环(内环境)直接排出激素。胰腺细胞对于调节血糖浓度以及消化蛋白质、碳水化合物和脂肪很重要。

胰腺产生的外分泌腺泡细胞分泌消化酶,这些酶被通过导管输送到小肠。极少数的胰腺细胞具有内分泌功能或将激素分泌到细胞和组织中的能力。胰腺内分泌细胞存在于称为朗格罕岛的小岛中,也被称为胰岛。这些细胞产生的激素包括胰岛素、胰高血糖素和胃泌素。

癌细胞

上图:正在分裂的宫颈癌细胞。


与列出的所有其他细胞不同,癌细胞可以破坏人体。癌症是由异常细胞的发展导致的,这些异常特性导致细胞无法控制地分裂并扩散到其他位置。癌细胞的发展可能源于暴露于化学物质、辐射和紫外线引起的突变。癌症也可能具有遗传起源,例如染色体复制错误和致癌病毒等等。


癌细胞在体内被允许迅速扩散,因为它们对抗生长信号的敏感性降低,并且在没有停止命令的情况下迅速增殖。它们还丧失了执行凋亡或程序性细胞死亡的能力,从而使其变得更加强大。


为什么不同部位的细胞会不同?

虽然几乎所有细胞(红细胞就不包含细胞核和染色体)都具有相同的DNA和生物体全部基因。基因指示着细胞如何制造体内的每种蛋白质。但是任何特定类型的细胞仅使用一组特定的基因来制造蛋白质。如果某个基因“关闭”,则该基因将不会产生对应的蛋白质。开启和关闭基因的机制对于每个细胞的功能来说至关重要。所以,只有胰腺中的细胞才能产生胰岛素。

但是所有这些“各司其职”的细胞都是从最初的那个受精卵发育而来的,这是怎么一回事呢?这就需要谈一下细胞“分化”的概念了。


较不特化的细胞变成较特化的细胞类型的过程称为细胞分化。这是仅在多细胞生物中可以看到的过程。从受精后开始,合子开始分化成专门的细胞网络。分化是成体干细胞的一个常见过程,它分裂并分化成专门的子代细胞。这些能够分化的细胞被称为“干细胞”(是“主干”的意思,而不是“干湿”的意思)。人体中有许多不同类型的干细胞。可以分化为构成人体的所有类型细胞的干细胞称为多能干细胞。在动物和哺乳动物中被称为胚胎干细胞。它们可以分化为几乎所有类型细胞的细胞,包括胎盘细胞。


  • 造血干细胞——来自骨髓,参与红细胞、白细胞以及血小板的产生。

  • 间充质干细胞——同样来自骨髓,这些细胞参与脂肪细胞、基质细胞以及特定类型骨细胞的产生。

  • 上皮干细胞——这些是祖细胞、并参与某些皮肤细胞的产生。


  • 肌肉卫星细胞——这些祖细胞有助于分化出肌肉组织。


细胞分化的过程始于卵的受精。卵受精后,立即开始细胞增殖,形成称为胚泡的细胞球。正是这个细胞球附着在子宫壁上并继续分化,胚胎才得以形成。

随着胚泡的分化,它分裂并形成与子宫结合以获取营养的结构——胎盘。随着它继续增殖并增加大小,分化过程最终导致胚胎不同器官的形成。


一旦雌卵受精,卵细胞在分裂后形成的所有细胞都将含有相同的DNA(如果复制过程没有发生变异的话)。也就是说,所有细胞中的DNA都应该是相同的。但是,染色体的不同区域(DNA缠绕在染色体上)编码具有不同的功能和细胞类型。在这里,只有执行细胞所需功能的区域才在相关细胞中表达。表达的基因决定了要发育而成的细胞的类型。虽然不同类型的细胞包含相同的DNA,但不同基因的表达导致了不同类型的细胞的形成。也就是说,并非所有基因在分化过程中都表达。

基因表达使用给定基因的信息来知道特定细胞结构的发育。

在分化过程中,细胞逐渐发育成特定的细胞类型。

有两种机制可以在早期胚胎的不同部位中改变细胞的质能:

  • 细胞质定位

细胞质定位发生在胚胎发育的最早阶段。在此阶段,胚胎分裂而没有生长,并通过分裂形成卵裂球(分裂而成的多个细胞)。这些细胞中的每一个都继承原始细胞的细胞质的给定区域,这些区域内可能包含着细胞质决定簇(可能是一些微RNA)。这些胞质决定簇使得细胞朝正确的方向分化。

  • 诱导

一组细胞分泌的一种生化物质引起另一组细胞发育的变化叫做诱导。在早期发育过程中,在存在诱导生化信号的情况下,组织会发育为给定的状态——诱导就像是某种来自细胞外部的信息指导。

诱导信号还以不同的浓度引起各种响应,这导致形成一组细胞群序列,每个细胞群处于不同的状态。


上图:血细胞的分化全图。左上角那个是造血干细胞,右边那个大细胞是巨核细胞,右下角是血小板。



总结

多细胞生物体内的各种细胞就像我们的社会,虽然都是由非常类似的“个体”组成,但实际上各有分工。


小宇堂


细胞基本结构(注意,是基本结构)一样,但是物质和结构构成不同,功能也有所不同。因为这主要与基因的选择性表达有关。

我就以真核细胞里面的人体细胞,下面的血细胞为例解释下。(其实如果细胞结构完全一样,那就没必要对细胞进行划分。)

血细胞分为红细胞:主要功能是运送氧。 白细胞:主要扮演了免疫的角色。当病菌侵入人体时,白细胞能穿过毛细血管壁,集中到病菌入侵部位,将病菌包围后吞噬。 血小板:止血过程中起着重要作用。(白细胞又划分出了5种细胞,这里我不会详讲,太多了)

红细胞直径6-9.5μm,平均7.2μm,呈双凹圆盘状,中央较薄(1.0μm),周缘较厚(2.0μm),故在血涂片标本中呈中央染色较浅、周缘较深,无细胞核。红细胞的这种形态使它具有较大的表面积(约140μm2),从而能最大限度地适应其功能――携O2。新鲜单个红细胞为黄绿色。成熟红细胞无细胞核,也无细胞器,胞质内充满血红蛋白

白细胞无色有核的球形细胞,体积比红细胞大,能作变形运动,具有防御和免疫功能。光镜下,根据白细胞胞质有无

特殊颗粒,可将其分为有粒白细胞和无粒白细胞两类。有粒白细胞又根据颗粒的嗜色性,分为中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞。无粒白细胞有单核细胞和淋巴细胞两种。

血小板是骨髓巨核细胞细胞质的脱落物,无细胞核,表面有完整的细胞膜。血小板体积甚小,直径2~4μm,呈双凸扁盘状;当受到机械或化学刺激时,则伸出突起,呈不规则形。血小板中央部分有着蓝紫色的颗粒,称颗粒区(granulomere);周边部呈均质浅蓝色,称透明区(hyalomere)。电镜下,

血小板的膜表面有糖衣,细胞内无核,但有小管系、线粒体、微丝和微管等细胞器,以及血小板颗粒和糖原颗粒等

从上面可以看出细胞的结构不一定相同,通常我们说的结构相同,是指都有细胞核,细胞质,细胞膜这几种结构但是就只说细胞核就有DNA、RNA、真核、原核之分,有的细胞特殊可能有多个细胞核(比如骨骼肌细胞)或者没有细胞核(比如成熟红细胞)

不同种类细胞的存在原因与基因表达有很大关系。结构决定功能,同时功能也会反过来影响结构。因为要想达到血液的功能,就需要不同的结构,要想一种细胞就达到所有功能需求,不现实,这样会使得细胞体积变大。

细胞的体积与表面积比例会严重影响细胞工作效率。因此,为了达成血液的功能,就需要多种细胞,而功能结构息息相关。此时就需要基因调控,因此基因选择性表达决定结构,结构决定功能


见闻行事


以人的细胞为例,最早都是由胚胎干细胞分裂,但是在发育过程中会分化,因此最最终不一样


分享到:


相關文章: