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第13章 细胞和分子基础(1)

人体的基本组织

组织是构成人体器官的基本结构,根据它们的结构及功能特点可将其分为上皮组织、结缔组织、肌组织和神经组织四大类。

一、上皮组织

上皮组织简称上皮,结构上有以下特点:①细胞排列紧密,细胞间质少;②具极性,即一面朝向体表或管、腔、囊的内表面,称游离面;另一面为基底面,借一层很薄的基膜与深层的结缔组织相连。③无血管,其营养来自深层结缔组织。④有丰富的神经末梢,对外界刺激很敏感。⑤再生能力强。

根据上皮组织的形态结构和功能特点,可分为被覆上皮、腺上皮及感觉上皮。

(一)被覆上皮

根据上皮细胞排列层次和形态结构,被覆上皮分为单层上皮和复层上皮。单层上皮又分为单层扁平上皮、单层立方上皮、单层柱状上皮和假复层柱状纤毛上皮。复层上皮又分为复层扁平上皮、复层柱状上皮和变移上皮。

(二)腺上皮

腺上皮是具有分泌功能的上皮。以腺上皮为主要成分构成的器官称为腺体或腺。腺可分为两大类,即外分泌腺和内分泌腺,已于第一篇中叙述。

(三)感觉上皮

感觉上皮是能接受体内、外刺激形成神经冲动的上皮细胞。如视网膜的视锥细胞和视杆细胞,内耳的毛细胞,味蕾中的味细胞等。

二、结缔组织

结缔组织由细胞和大量细胞间质构成,其结构特点是:①细胞种类较多,但数量少,细胞间质多,间质包括纤维和基质两种成分;②无极性;③含丰富的血管。

结缔组织在人体内分布很广,起着支持、连接、营养、保护、防御、修复等作用。根据其形态、功能的不同,可分为:①固有结缔组织(疏松结缔组织、致密结缔组织、网状结缔组织和脂肪组织);②骨和软骨;③血液和淋巴。

骨和软骨、血液和淋巴属于特殊结缔组织。通常所说的结缔组织,即指固有结缔组织而言。

1.疏松结缔组织疏松结缔组织充填在组织或器官之间,松软而富有弹性和韧性。纤维排列疏松,相互交织呈网状,故又称蜂窝组织。它由细胞、纤维和基质3种成分组成。

(1)细胞成纤维细胞是疏松结缔组织的主要细胞成分,常呈多突起的扁平星形。成纤维细胞能合成基质和纤维,与创伤的愈合有密切关系。

巨噬细胞呈圆形、卵圆形或带有短突起的不规则形。具有很强的吞噬能力。能吞噬细菌、异物和衰老死亡的细胞等。

浆细胞呈卵圆形,胞质嗜碱性。浆细胞主要合成、储存、分泌免疫球蛋白(抗体),参与体液免疫。

肥大细胞呈圆形或卵圆形。细胞质内含许多粗大的碱性颗粒。颗粒内含肝素、组织胺和慢反应物质。肝素具抗血液凝固作用,组织胺和慢反应物质与过敏反应有关。

脂肪细胞体积大,呈圆形,细胞内含脂肪滴,将胞质和核挤到一侧。脂肪细胞具有合成、储存脂肪的功能。

(2)细胞间质细胞间质包括纤维和基质。

纤维分为3种:①主要纤维是胶原纤维,其韧性大,化学成分为胶原蛋白。在胶原纤维形成过程中需要维生素C,因此,创伤后患者服用维生素C,可促进伤口愈合。②弹性纤维弹性大,其化学成分为弹性蛋白。③网状纤维较细,分支多交织成网,其化学成分也是胶原蛋白。

2.致密结缔组织致密结缔组织的主要特点是纤维成分多,而且排列紧密,细胞和基质都较少。其纤维以胶原纤维为主,外形粗大,并行排列或相互交错。致密结缔组织分布于腱、韧带、皮肤的真皮及器官的被膜等处,具有连接支持和保护等功能。

3.网状结缔组织网状结缔组织由网状细胞、网状纤维和基质组成。网状细胞有生成网状纤维的功能。网状纤维细而多分支,沿网状细胞分布,并被网状细胞突起包围。网状结缔组织主要分布在造血器官、骨髓、脾和淋巴组织等处。

4.脂肪组织脂肪组织由大量脂肪细胞构成,常被疏松结缔组织分隔为许多脂肪小叶。主要分布在皮下、大网膜、肠系膜、肾脏周围等处。具有储存脂肪、供给能量、保温、缓冲外界压力的作用。

三、肌组织

肌组织由肌细胞组成。肌细胞细长呈纤维状,又称肌纤维,肌纤维的细胞膜称肌膜,细胞质又称肌浆,内含大量很细的细丝,称肌原纤维。肌原纤维沿肌纤维的长轴排列,是肌细胞进行舒缩运动的基础。在肌细胞之间有少量结缔组织、血管及神经等。

根据肌组织的形态、结构和功能特点,可将其分为骨骼肌、心肌、平滑肌三类。

(一)骨骼肌

骨骼肌的肌细胞呈细长圆柱形,肌浆内含有大量的肌原纤维。细胞核数量较多,位于肌膜的深面,胶原纤维呈细丝状,沿细胞长轴紧密排列。每条胶原纤维有多条明暗相间的横纹,故又称横纹肌。骨骼肌收缩迅速而有力,一般受意识支配,是随意肌。

(二)心肌

心肌构成心的肌层。肌细胞为短柱状,有许多纤维分支互相连接,其连接的分界部位称闰盘。此结构连接牢固,电阻小,有利于心肌细胞间兴奋的传递及心肌纤维的同步舒缩。心肌纤维也有横纹,但不如骨骼肌明显,核卵圆形位于肌纤维的中央。

(三)平滑肌

平滑肌细胞呈长棱形,中央有一卵圆形的核。主要分布在内脏,如气管、支气管、消化管、血管、膀胱的肌层等处。受交感和副交感神经双重支配,其收缩较缓慢而持久,有较大的伸展性,以适应脏器内容物的充盈。

四、神经组织

神经组织由神经细胞和神经胶质细胞组成。神经细胞又称神经元,它具有接受刺激和传导兴奋的功能。神经胶质细胞起支持、营养和保护神经元的作用。

1.神经元每个神经元都由胞体和突起两部分组成。

(1)胞体胞体形态多样,大小不等。细胞核较大,圆形,多位于细胞的中央。核仁明显,胞质内含有丰富的线粒体、高尔基复合体、包合物、神经原纤维、尼氏体等。①神经元纤维:为细丝状结构,在胞体内交织成网,对神经元起支持、传递信息和运输等作用。②尼氏体:光镜下可见,是细胞质内的嗜碱性颗粒或小块。电镜观察,尼氏体由粗面内质网和游离的核蛋白体构成。主要功能是合成蛋白质和神经递质,供神经活动需要。

(2)突起神经元的突起由胞体发出,可分树突和轴突两种。①树突:分支多,呈树枝状,愈向外周分支愈细,表面常有刺状物,称棘刺。棘刺是其他神经元终末枝与树突的接触点。树突的功能是接受刺激,将神经冲动传至胞体。②轴突:每个神经元只有一个轴突。轴突由胞体发出的部位呈圆锥形隆起,称轴丘。在轴丘和轴突内无尼氏体。轴突细长光滑,粗细均匀,可有侧支,其末端分支较多,称神经末梢。它与其他神经元或其他组织广泛联系,功能是将神经冲动由胞体传送到其他神经元或效应细胞。轴突较长,最长的轴突可达1m左右。

2.神经胶质细胞神经胶质细胞广泛分布于中枢和周围神经系统内,其数量比神经元多10~50倍。神经胶质细胞也是有突起的细胞,但其细胞质中没有尼氏体。它的突起无树突和轴突之分,无传导兴奋的能力。

3.神经纤维神经纤维由神经元的轴突或长树突,以及包在其外表的神经胶质细胞构成。它可分为有髓神经纤维和无髓神经纤维两种。

4.神经末梢神经末梢是神经纤维的末端在各组织和器官内形成的特殊结构,可分为感觉神经末梢和运动神经末梢两种。运动神经末梢又可分为躯体运动神经末梢(分布于骨骼肌,又称运动终板)和内脏运动神经末梢(分布于内脏器官的平滑肌、心肌及腺体)两种。

细胞的基本概念

细胞是生命结构和功能的基本单位,自然界存在有原核细胞与真核细胞两类。真核细胞中既有简单的单细胞生物,如变形虫是一个细胞又是一个完整的生物体,本身具有代谢、生长、发育、繁殖、遗传和应激等一切特性;同时又有复杂的多细胞生物。多细胞生物的细胞在结构和功能上分化成各种细胞,以专营一种独特的功能,如专营繁衍后代的生殖细胞、可兴奋传导功能的神经细胞、富有运动功能的肌细胞等。这些细胞分工合作,互相协调,以实现多细胞生物体完整的生命活动过程。

一、细胞的形态

细胞是由膜包围着内含生活物质的原生质团。其中包括细胞核与其周围的细胞质。细胞核位于细胞的中央或一边,通常呈圆球形。核内有一个或多个核仁,悬浮在核基质中。细胞质内包含多种细胞器。有的细胞还分化出具有一定功能的衍生物,称为后成质,如纤毛、鞭毛等。另外,还有在细胞代谢过程中形成的产物,如分泌颗粒、脂肪粒、乳液等,称为副质。

细胞的形态多种多样,有球形、杆状、立方形、梭形、星形、多角形和圆柱形等。多细胞生物体,依照细胞在各种组织和器官中所承担的各种功能,而分化出不同的形态结构。如白细胞、精子、红细胞、上皮细胞、神经细胞、分泌细胞等都保持各自固有形态。这些细胞的形态一方面取决于功能性的适应,另一方面亦受细胞的表面张力、胞质的黏滞性、细胞膜的坚韧程度以及微管和微丝骨架等影响。

二、细胞的大小

不同细胞的大小变化很大,如人卵细胞的直径只有0.1mm,而鸵鸟卵细胞的直径可达12~15cm。大多数细胞的直径为4~10μm。有些细胞因为与功能相适应,形态也特殊,如神经细胞的直径为100μm,而轴突却很长,短的数厘米,长的可达1m。一般细胞的体积大多在200~15000μm3之间。同类型细胞的体积一般是相近的,不依生物体个体大小而增大或缩小,如牛、马、人、小鼠的肾细胞或肝细胞的大小基本相同。器官的总体积与细胞的数目呈一定比例,而与细胞的大小无关,这种关系为细胞的体积守恒定律。

三、细胞的计量单位

人类对生物界的认识是不断发展的。显微镜打破了肉眼观察的界限(肉眼分辨力为0.1~0.2mm),而用微米(μm)做计量单位。显微镜虽然不断地改进,但受到光波波长的限制也只能分辨到0.2μm。电子显微镜又打破了显微镜观察的界限,向更微细乃至分子水平认识有机体的结构,而用纳米(nm)作为计量单位。1μm=1000nm,大于0.2nm者为超微结构水平,而小于0.1nm为原子结构水平。

四、原核细胞与真核细胞

(一)原核细胞

原核细胞是具有生命物质的最小质块,是一种简单或原始的生命单位。与真核细胞不同,原核细胞不具有核膜和膜性细胞器,所含物质与原生质混杂在一起,DNA裸露,不与蛋白质结合,如支原体和细菌等。

1.支原体支原体为目前所知能独立生活的最小生命单位,广泛存在于自然界中,是代表细胞中各种结构与功能的最简单化的一种形式。基本形状为球形和丝形,最小球形颗粒为125~250nm,大的可达2~10μm,丝形者可达150μm。另外,还有环状、星状和螺旋状等多种形态。支原体没有细胞壁,只有由三层膜组成的细胞膜,厚7.5~10nm。胞质内含有大量核糖体和分散的环状双股DNA。无鞭毛,一般无活动能力,有的呈现滑动或旋转运动。繁殖时有二分裂、节裂和出芽等多种形式。

2.细菌球菌的大小一般为1μm左右;杆菌长2~3μm、宽0.5~1μm,大的杆菌可达3~10μm。细菌的最外面有一层薄而坚韧的细胞壁,厚10~25nm,含有蛋白质、多糖和脂质分子。其主要功能为维持细菌的外形和起保护作用。细胞壁上有很多微细的小孔,具有相对的通透性,直径1nm的可溶性分子能自由通过。当细菌分裂时,胞体中央部位的细胞壁不断向内陷,形成横隔,而分裂成为两个子细胞。细胞壁的里面有一层细胞膜或质膜,紧密地围绕在胞浆的外面,厚5~10nm,由磷脂双层和蛋白质组成。质膜能控制小分子和离子的进出,与细胞壁共同完成细胞内外物质的交换。参与代谢氧化的酶和组成呼吸链的酶都与质膜结合在一起,而在真核细胞中这些酶则限定在线粒体膜内。

细胞质呈胶体状态,主要成分是水、蛋白质、核酸和脂类,有少量的糖和盐类。胞质内含有大量的核糖体与少量的膜状中介体和质粒。核糖核蛋白体系70S的颗粒,由一个30S的小亚单位和一个50S的大亚单位组成,比真核细胞者要小。化学组成为40%蛋白质、60%RNA。细菌中的RNA,大约有90%存在于核糖体中。当核糖体与mRNA连成多聚核糖核蛋白体时,即成为合成蛋白质的场所。中介体是膜状结构,由细胞膜内陷折叠而成,故亦称拟线粒体。质粒是比染色体小的遗传物质,为环状的双股DNA小块,具有染色体的很多特性,在胞质中能自行复制而且能维持很多世代。此外,胞质中还有异染颗粒、脂类颗粒和多糖颗粒等。

拟核为DNA与少量RNA或蛋白质的结合物,没有核膜包被,而形成核区;也没有核仁与有丝分裂器。拟核是细菌新陈代谢、生长、繁殖所必需的物质,与遗传变异有密切的关系。

此外,细菌体上还有菌毛和鞭毛。菌毛有两种。一种是短而直的细丝,数目很多,每个细菌有150~500根,具有吸附作用。另一种是数量较少,细丝稍长的性菌毛,为雄性菌体所具有。当雌雄菌株接合时,雄性菌株借性菌毛将遗传物质传递到雌性菌株中去。鞭毛是附在菌体上细长呈波形弯曲的丝状物,是细菌的运动器官。经X线衍射研究证明,鞭毛蛋白质的氨基酸组成与横纹肌中的肌动蛋白相似。

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