第一篇第七章细胞结构的认识(一)
生物体最基本的结构单位是细胞，它尽管极其微小，但在其内部，却包含了极其繁多的细胞
器、生物分子等，这些众多的内容物就是细胞王国的成员。所谓“麻雀虽小，五脏俱全”，
接下来，我们一起来看看细胞的“五脏六腑”。
动物细胞一般包括细胞膜、细胞质和细胞核，植物细胞还有细胞壁，细胞壁对植物细胞主要
起到了支撑和保护的作用。
细胞膜
细胞膜又称质膜，细胞膜虽薄，却罩着细胞的“天”，包着细胞的“地”，可谓是细胞王国
的国界。
细胞膜是由蛋
白质分子和磷脂分子巧妙地构成的。磷脂是甘油和磷酸的脂化物，是一种有头有尾的大分子
，头部喜欢水，尾巴不喜欢水。许多磷脂分子排成两列纵队，头朝外，尾巴靠在一起。这两
排磷脂分子就是细胞膜的骨架。还有一些蛋白质分子镶嵌在双层磷脂之间，这一铜墙铁壁，
真是天衣无缝。
细胞膜的出现在漫长的生命进化过程中，具有特殊的意义。我们知道，细胞来自非细胞
的生命物质。由非细胞到细胞的发展过程，是在特定的历史环境条件下发生的，这个过程
经历了亿万年的漫长时间。而细胞膜的形成就是非细胞的有机体走向细胞生物的一个转折点
。已知原始有机体最初出现在海水中，它的生存一点也离不开水，但又不能同水完全混在一
起。离开了水，原始的有机体就失去了养料来源，干枯而死。但如果完全和水混为—体，原
始有机体内的生命物质就完全跑到海水里或者外面的海水大量挤进了有机体的内部，有机体
本身的存在也就不可能。因此，既要靠水吃水，又要抗水防水，这是一个尖锐的矛盾。也正
是这个矛盾促进了原始有机体内物质的一分为二，其中脂类分子和一部分蛋白质分子逐渐同
其他生命物质分离，在四周形成了一层极为精致的薄膜——这就是细胞膜。由于脂类不溶
于水，这就解决了防水抗水的问题，同时又由于膜的内外两侧布满了蛋白质分子，又大大提
高了原始有机体与外界进行物质交换的水平，原来水溶液中的物质依靠渗透作用通过一定的
膜质界团时，一般总是从浓度高的一边流向浓度低的一边。有了细胞膜，进入细胞的物质都
要经受蛋白质上蛋白质分子的检验和选择。这里的蛋白质分子可以比作“边防哨兵
”。这样，细胞膜既保证了细胞与外界正常的物质交换，又有效地防止体内生命物质的外流
和敌害的侵入，提高了细胞与环境作斗争的主动性和生活能力。总之，细胞膜的形成宣告了
原始细胞的诞生，同时又推动了细胞内物质的进一步分化，向着更高的细胞形态——真核细
胞发展。
膜的存在让细胞“封闭”起来，与外界环境分隔开，便于各种物质在其中完成各自的功
能，使细胞有一个稳定的内环境。但是，这种“封闭”又是相对的，细胞可通过这层膜与外
界进行物质交换和运输，此时质膜又是“开放”的。质膜始终处于“封闭”与“开放”的矛
盾之中。“封闭”与“开放”的辩证统一就是细胞膜的功能。下面我们重点分析细胞膜“开
放”的功能。更确切地讲，“开放”是细胞通过细胞膜从外界获取物质和信息等的过程。
细胞与外界环境进行物质交换都要通过细胞膜。细胞膜可允许一定的物质穿过，从而使
物质由膜的一侧到达另一侧。物质的穿膜运输可分为被动运输和主动运输。
被动运输是一种物质浓度从浓度高的一侧向浓度低的一侧进行的运输。不需要细胞代谢
提供能量。如果在运输过程中既不需要能量，同时也不需要运载物(载体)，这种被动运输称
做简简扩散，一些疏水性的非极性分子就是以这种方式进行运输。如果运输过程中虽然不需
要能量，但需要载体，这种被动运输则称之为协助扩散。
有时细胞膜的运输作用并非一律听从浓度差的摆布；对于需要吸收的物质，可以从浓度
低得多的外界不断吸收到细胞内。对于不需要的物质，可以“拒绝”接受。它们还可以把必
须排出的物质从浓度很低的细胞质内不断送到浓度高得多的外界。这种逆浓度差的运输方式
称主动运输。生活在海洋中的藻类植物，其体内含有很高的碘，碘是从海水中吸收来的，海
藻细胞中的含碘量，已高出海水100万倍。可以说碘在细胞里已经拥挤不堪了，可守卫“哨
口”的蛋白质卫士仍然只准碘进而不准出。
还有血浆中的红细胞，细胞内的钾离子浓度已经比血浆中高不知多少倍，可是守卫在红
细胞膜上的蛋白质卫士，能识别钾离子，还为钾离子的入境，设置了1 000多个临时通
道，这叫“位点”；在消耗能量情况下，专放钾离子入境。
土壤中的根毛细胞，要把捆绑在土粒周围的氮、磷、钾、钙、镁、铁等营养元素，
吸收到细胞内来，是要付出代价的。这些元素成为带电荷的微粒，即离子化，如铵
离子、钾离子、钙离子等都是阳离子。而硝酸根离子、磷酸根离子等都是阴离子。它们
在国境线之外，在小土粒的周围游离，当细胞呼吸加快时，从碳酸中解离出阴、阳离子和它
们进行等价交换后，它们才进入到细胞内来。
有些大个的分子，蛋白质卫士便伸出“大手”，将它们“捕获”，抓住后，再经转手给
其他蛋白质分子，运载过境，然后“释放”到细胞王国内。葡萄糖分子和氨基酸分子，虽然
都是大个的分子，可它们的入境却十分顺利，常常是在细胞内的浓度已高出外面10倍时，
仍不断地、高速度地穿越国境线，这就是“哨口”蛋白质卫士帮忙的结果。有人把这种载
体蛋白比作小河中摆渡的小船。小船每摆渡一次就把货物从此岸运送到彼岸。只要提供能
量，小船就能不断地摆渡，货物也可以不断运送到彼岸。在这里，大家应该知道，载体蛋白
对物质的运输具有严格的选择性和专一性，一定的载体只能和一定的物质结合。
细胞核
细胞在其一生中所发生的一切变化，所进行的一切生命活动都具有严格的规律性和时间
性。那么，细胞中哪一部分结构作为“中枢神经系统”，来调控其生命周期活动的呢？科
学家通过研究发现，细胞核是操纵细胞生命活动的“大本营”。
细胞核是真核细胞中最明显、最重要的一个细胞器，并且是细胞中最大的细胞器。它是由
英国生物学家布朗于1831年发现命名的。细胞核的出现是细胞进化的显著标志之一，原核细
胞与真核细胞的主要区别在于有无真正的细胞核。细胞核的形态多为圆形或卵形，大小差异
较大，最小的不到1微米，最大的为苏铁科植物的卵细胞核，可达500～600微米。细胞核的
数目通常是一个细胞一个核，也有2个以上的，在动物细胞中多核现象较常见。在某些
特化的细胞中有时候也呈现无核现象，如哺乳动物成熟的红细胞。
分裂间期细胞核的主要结构有核膜、核仁、染色质及核液。
核膜是细胞核的最外一层结构，它把细胞质与细胞核分开。核膜是双层膜，内层核膜
光滑。外层核膜粗糙，常有核糖体附着，在局部位置与内质网相通。另外，核膜的内、外
两层在一定部位可彼此融合，形成许多环状的开口，称为核孔。核孔是细胞质与细胞核之间
重要物质通道。核孔的数目因不同的细胞类型而异，功能活性强的细胞其核孔数目较多。核
膜的最重要功能是作为核与质之间的屏障，使细胞核有一个相对独立和稳定的内环境。另外
它还参与细胞的一些代谢活动，某些物质还可以通过核膜及核孔在质与核之间进行交流。
核仁是细胞核内最显著的结构，它的数量一般是一个，但有时出现两个或多个。核仁
的大小变化幅度很大，其数量与大小随细胞的类型而异，而且在同种细胞里也因生理状态不
同而有变化。如肝细胞中核仁数目可在1至5个之间变化。核仁常位于细胞核的一侧，靠近核
膜。它由蛋白质、DNA、RNA、酶类和少量脂类组成。它在细胞分裂前期消失，分裂后期产生
，与核膜的消失和重建在时间上是一致的。核仁的结构比较复杂，在电子显微镜下观察可分
为纤维
区、颗粒区和基质三部分。纤维区的纤维成分主要是rDNA以及初转录产物rRNA；颗粒区的颗
粒成分是处于不同成熟阶段的核糖体大亚基的前体，常分布在核仁边缘；核仁基质则是颗
粒和纤维存在的环境，与核液相互连同。核仁的功能主要是转录rRNA和装配核糖体大亚基单
位。
染色质是细胞核最重要的结构，是遗传物质DNA的载体。
核液是间期细胞核内染色质和核仁存在的环境，主要成分是水、蛋白质、酶、无机盐等。
细胞核的出现是细胞进化的显著标志之一。与原核细胞相比，遗传信息量大大增加，并且装
置复杂化。遗传信息的贮存、复制和转录都在北进行，并控制着整个细胞的结构和全部生命
活动。