高等生物

细胞是生物结构和功能最基本的单位，所有的活的生物体，是有时被称为“建筑砌块的生活”。一些生物，例如细菌，只有一个细胞组成细胞，构成一个单细胞生物。其他生物，如人类，是多细胞生物，（人类有一个估计100000000000000或1014细胞；一个典型的单元尺寸是10μm的，一个典型的细胞团一奈克）。

细胞理论，首先是发达国家在1839年由施莱登和施旺，国家所有生物体组成一个或多个细胞；所有细胞来自既存细胞；所有重要的职能，有机体发生的细胞，细胞含有遗传所需要的信息调节细胞的功能和信息传递给下一代的细胞。

这个词细胞来自拉丁美洲室，一间小房间。名称被选为罗伯特虎克当他相比，软木细胞，他看到向小房间僧侣生活英寸

细胞

细胞并没有统一的定义，近年来比较普遍的提法是：细胞是生物体结构和功能的基本单位。已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成，但病毒生命活动也必须在细胞中才能体现。一般来说，细菌等绝大部分微生物以及原生动物由一个细胞组成，即单细胞生物；高等植物与高等动物则是多细胞生物。细胞可分为两类：原核细胞、真核细胞。但也有人提出应分为三类，即把原属于原核细胞的古核细胞独立出来作为与之并列的一类。研究细胞的学科称为细胞生物学。世界上现存最大的细胞为鸵鸟的卵子。

细胞（cell）是由英国科学家罗伯特·胡克（RobertHooke，1635-1703）于1665年发现的。当时他用自制的光学显微镜观察软木塞的薄切片，放大后发现一格一格的小空间，就以英文的cell命名之，而这个英文单字的意义本身就有小房间一格一格的用法，所以并非另创的字汇。而这样观察到的细胞早已死亡，仅能看到残存的植物细胞壁，虽然他并非真的看见一个生命的单位（因为无生命迹象）后世的科学家仍认为其功不可没，还是将他当作发现细胞的第一人。而事实上真正首先发现活细胞的，还是荷兰生物学家雷文·霍克（列文·虎克）。

1674年，雷文·霍克发现微生物，他也是历史上可找到的第一个发现细菌的业余科学家。

1809年，法国博物学家（博物学即二十世纪后期所称的生物学、生命科学等的总称）拉马克（Jean-BaptistedeLamarck，1744-1829）提出：“所有生物体都由细胞所组成，细胞里面都含有些会流动的‘液体’。”却没有具体的观察证据支持这个说法。

1824年，法国植物学家杜托息（HenriDutrochet，1776～1847）在论文中提出“细胞确实是生物体的基本构造”又因为植物细胞比动物细胞多了细胞壁，因此观察技术还不成熟的时候比动物细胞更容易观察，也因此这个说法先被植物学者接受??。

1830年后，随着工业生产的发展，显微镜制作克服了镜头模糊与色差等的缺点，分辨率提高到1微米，显微镜也开始逐渐普及。改进后的显微镜，细胞及其内含物被观察得更为清晰。1839年，德国植物学家施莱登（MatthiasSchleiden，1804～1881）从大量植物的观察中得出结论：所有植物都是由细胞构成的。与此同时，德国动物学家施旺做了大量动物细胞的研究工作。当时由于受胡克的影响，对细胞的观察侧重于细胞壁而不是细胞的内含物，因而对无细胞壁的动物细胞的认识就比植物细胞晚得多。施旺进行了大量研究，第一个描述了动物细胞与植物细胞相似的情况

19世纪中期，德国动物学家施旺(TheodorSchwann,1810-1882)进一步发现动物细胞里有细胞核，核的周围有液状物质，在外圈还有一层膜，却没有细胞壁，他认为细胞的主要部分是细胞核而非外圈的细胞壁。同一时期，德国植物学家施莱登(MatthiasSchleiden,1804-1881)以植物为材料，研究结果获得与施旺相同的结论，他们都认为“动植物皆由细胞及细胞的衍生物所构成”，这就是细胞学说的基础。

在施旺和施莱登之后的十年，科学家们陆续发现新的证据，证明细胞都是从原来就存在的细胞分裂而来，而至21世纪初期的细胞学说大致上可以简述为以下三点：细胞为一切生物的构造单位、细胞为一切生物的生理单位、细胞由原已生存的细胞分裂而来。（细胞是生物体构造与机能的基本单位。）

“细胞”一词最早出现在日本兰学家宇田川榕庵1834年的著作《植学启原》。

中国自然科学家李善兰1858年在其著作《植物学》中使用“细胞”作为Cell的中文译名??。有学者认为李善兰此时并未接触过《植学启原》，因而是独自发明。

一切生物都由细胞和细胞构成的。从最小的变形虫和细菌到最大的鲸和红杉都是由细胞组成的。最简单的低等生物单细胞生物仅由一个细胞组成，复杂的高等生物一般由数以万亿计的细胞组成。病毒是非细胞形态的有机体，但病毒不能独立生存，不是独立的生物体。从生命的层次上看，细胞是具有完整生命力的最简单的物质集合形式，即细胞是构成生物体的最基本的单位。细胞学说在生命的多样性的背后首先是找到了生命在构造上的共性。

细胞

细胞是一个独立有序的、能够进行自我调控的结构与功能体系。每一个细胞都具有一整套完整的装置以满足自身代谢的需要。单细胞生物能够独立地进行全部的生命活动。在多细胞生物中，尽管每一个细胞的功能受到整体的协调与控制，但每一个细胞都是一个独立的、自我控制的、高度有序的代谢系统，有相对独立的生命活动，各种组织都是以细胞为基本单位来执行特定的功能，整个机体的新陈代谢活动都是以细胞为单位协调地进行的。

只要具备合适的生存条件，每一个分离的细胞都可以在体外生长繁殖，表现出生命的特征。所以细胞是生命活动的基本功能单位。

细胞

新的细胞必须经过已存在的细胞的分裂而产生，每一个生命体都是从一个细胞生长发育而来的，不论是简单的单细胞生物还是复杂的多细胞生物，其生长和发育可以部分地通过细胞体积的增加来实现，但细胞体积不可能无限地增加，因此多细胞生物的生长主要是通过细胞分裂、增加细胞数量并伴随细胞的分化来实现的。细胞是生物生长发育的基本实体。一个多细胞生物即使已经完成了组织的分化和个体的发育，即完全长大后，仍然需要细胞分裂的过程。这种分裂生成的新细胞可用来替代不断衰老和死亡的细胞，维持细胞的新陈代谢，或用于生物组织损伤的修复。

对于像“胚胎是如何生长的”、“动物的器官是如何形成的”这样一些生物体个体发育的问题，人类思考已久。有一种学说“预成论”，曾经统治人的思想一百多年。“预成论”认为动物的肢体和器官在胚胎发育的过程中是一个预成构造在机械地放大。在胡克观察到细胞壁后不久，竟然有人宣布在显微镜下看到了精子里有预成的微型人。一切生物都是由胚种产生的，而这些胚种是宇宙中原来就存在的。“上帝创世说”给生物发育问题蒙上了一层神秘的面纱。

细胞学说的建立首次科学地触及了生命运动的过程。细胞学说把细胞运动与生物发育和胚胎生长相联系，把细胞的形成生物生长发育的普遍原则。细胞学与胚胎学的研究结合起来，证明了在发育过程中细胞本身可以复制，这就是细胞分裂。卵和精子原本也是简单的细胞，胚胎发育过程就是细胞分裂分化的过程。病变细胞（比如癌细胞）是由正常细胞变化来的，所以“细胞来自细胞”。

细胞

在多细胞生物体中，尽管数目众多的各种细胞形态和功能各不相同，但它们又都是由同一个受精卵分裂和分化而来的，因而这个生命体中的每一个细胞都具有这个生命体的全部遗传信息，因为在细胞的中心细胞核中“存在着生命的本质”——遗传信息。植物的生殖细胞和体细胞都具有遗传的全能性，单个细胞都可以在合适的条件下诱导发育为完整的植物个体。在高等动物体内，卵细胞无疑具有遗传的全能性，而体细胞也具有这一生命体的全部遗传信息，经过一定的操作，例如运用细胞核移植的方法，也可以使单个的体细胞表现出遗传上的全能性。所以细胞是遗传的基本单位。

细胞结构完整性的任何破坏都会导致细胞生命特征的丧失和细胞的死亡。比如从细胞分离出的任何结构，即使是保存完好的细胞核或是含有遗传信息、具有相对独立性的线粒体和叶绿体，都不能在细胞外作为生命活动的单位而独立生存。细胞才是生命活动的最小单位，只有完整的细胞结构才能保证细胞具有生命的各种基本特征，使其能独立自主、协调有序地进行各种生命活动。

细胞学说不仅是生物体构成的学说，也是生物体繁殖和生长发育的学说以及生命活动的学说。一切生物都由细胞构成，这些细胞又按照同样的规律形成和生长。面对多样性的生命世界，细胞学说宣布：生命的共同基础是细胞，就像原子是化学现象的共同基础一样。19世纪人们开始把构成细胞的物质叫原生质，人们为在多样的自然物体和自然现象背后找到统一的、共同的东西而欣喜，因为每一次自然界本质和规律的发现都是一种统一的、共同的东西的发现，都是科学的进步，当然这也是科学的任务。为此曾有人自豪地说，“我能把我的祖先一直追溯到原生质的初始原子小球”。

细胞是生物体的构造和生理的基本单位，却不能因此认为所有的生物细胞都相同，即使在同一个个体内，也有因为分化而产生各式各样外观与功能不同的细胞，即使相同种类的细胞，也可能正在执行的生理工作也有差异，但是基本上彼此都有共同的基本构造。

细胞壁

分类在细菌、真菌、植物的生物，其组成的细胞都具有细胞壁（cellwall），而原生生物则有一部分的生物体具有此构造，但是动物没有。细胞壁是由细胞质的分泌物构成，在电子显微镜的发明之后，有许多的研究因此可以让人们知道，其成分与组成。而细胞壁可以保护细胞减少外界伤害、维持形状，并且避免因为水分过多而胀破。

植物细胞壁主要成分是纤维素，经过有系统的编织形成网状的外壁。可分为中胶层、初生细胞壁、次生细胞壁。中胶层是植物细胞刚分裂完成的子细胞之间，最先形成的间隔，主要成份是果胶质（一种多糖类），随后在中胶层两侧形成初生细胞壁，初生细胞壁主要由果胶质、木质素和少量的蛋白质构成。次生细胞壁主要由纤维素组成的纤维排列而成，如同一条一条的线以接近直角的方式排列，再以木质素等多醣类黏接。真菌细胞壁则是由几丁质、纤维素等多糖类组成，其中几丁质是含有氮的一类多糖。细菌细胞壁组成以肽聚糖为主。细胞膜细胞膜（cellmembrane）为细胞与环境之间以及胞器与细胞质之间的分界，能够控制物质的进出，而膜上的蛋白质有许多种类，有的可以适时协助物质进出，有的能够传递讯息，有的则负责防御（免疫系统）的功能。

细胞膜

细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜，叫做细胞膜（CellMembrane）。这层由蛋白质分子和磷脂双分子层组成的薄膜，水和氧气等小分子物质能够自由通过，而某些离子和大分子物质则不能自由通过。因此，它除了起着保护细胞内部的作用以外，还具有控制物质进出细胞的作用：既不让有用物质任意地渗出细胞，也不让有害物质轻易地进入细胞。此外，它能进行细胞间的信息交流。

细胞膜在光学显微镜下不易分辨。用电子显微镜观察，可以知道细胞膜主要由蛋白质分子和脂类分子构成。在细胞膜的中间，是磷脂双分子层，这是细胞膜的基本骨架。在磷脂双分子层的外侧和内侧，有许多球形的蛋白质分子，它们以不同深度镶嵌在磷脂分子层中，或者覆盖在磷脂分子层的表面。这些磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的，可以说，细胞膜具有一定的流动性。细胞膜的这种结构特点，对于它完成各种生理功能是非常重要的。

物质跨膜运输的方式分为被动运输和主动运输两种。

（1）被动运输，是顺着膜两侧浓度梯度扩散，即由高浓度向低浓度。分为自由扩散和协助扩散。

①自由扩散：物质通过简单的扩散作用进入细胞。细胞膜两侧的浓度差以及扩散的物质的性质（如根据相似相溶原理，脂溶性物质更容易进出细胞）对自由扩散的速率有影响，常见的能进行自由扩散的物质有氧气、二氧化碳、甘油、乙醇、苯、尿素、胆固醇、水、氨等。

②协助扩散：进出细胞的物质借助载体蛋白扩散。细胞膜两侧的浓度差以及载体的种类和数目对协助扩散的速率有影响。红细胞吸收葡萄糖是依靠协助扩散。

（2）主动运输：物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。主动运输保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。各种离子由低浓度到高浓度过膜都是依靠主动运输。

能进行跨膜运输的都是离子和小分子，当大分子进出细胞时，包裹大分子物质的囊泡从细胞膜上分离或者与细胞膜融合（胞吞和胞吐），大分子不需跨膜便可进出细胞。

细胞质

细胞膜就像一个塑胶袋一样，装著满满的液状、胶体状的细胞质(cytoplasm)，可粗略分为细胞液和胞器。细胞质含有维持生命现象所需要的基本物质，例如醣类、脂质、蛋白质、与蛋白质合成有关的核糖核酸，因此也是整个细胞运作的主要场所，透过细胞膜外接收的讯息、细胞内部的物质，共同调节基因的表现，影响生理活动。另外，细胞质内部也有多种网状构造，称为细胞骨架，可以协助维持细胞形状，也能引导内部物质的移动，一些细胞骨架会于细胞分裂时，形成可以透过染色而观察的纺锤丝，有一些骨架更能帮助细胞运动。

细胞器

细胞中还有一些细胞器，它们具有不同的结构，执行着不同的功能，共同完成细胞的生命活动。这些细胞器的结构需用电子显微镜观察。在电镜下观察到的细胞结构称为亚显微结构。

①线粒体

线粒体（Mitochondria/Mitochonrion）线粒体是一些线状、小杆状或颗粒状的结构，在活细胞中可用詹纳斯绿（Janusgreen）染成蓝绿色。在电子显微镜下观察，线粒体表面是由双层膜构成的。内膜向内形成一些隔，称为线粒体嵴（Cristae）。在线粒体内有丰富的酶系统。线粒体是细胞呼吸的中心，它是生物有机体借氧化作用产生能量的一个主要机构，它能将营养物质（如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等）氧化产生能量，储存在ATP（三磷酸腺苷）的高能磷酸键上，供给细胞其他生理活动的需要，因此有人说线粒体是细胞的“动力工厂”。

②叶绿体

叶绿体（Chloroplasts）是绿色植物细胞中重要的细胞器，其主要功能是进行光合作用。叶绿体由双层膜、基粒（类囊体）和基质三部分构成。类囊体是一种扁平的小囊状结构，在类囊体薄膜上，有进行光合作用必需的色素和酶。许多类囊体叠合而成基粒。基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。基质中还含有DNA。?

③内质网

内质网（EndoplasmicReticulum）是细胞质中由膜构成的网状管道系统广泛的分布在细胞质基质内。它与细胞膜及核膜相通连，对细胞内蛋白质及脂质等物质的合成和运输起着重要作用。内质网根据其表面有无附着核糖体可分为粗面内质网和滑面内质网。粗面内质网表面有附着核糖体，具有运输蛋白质的功能，滑面内质网内含许多酶，与糖脂类和固醇类激素的合成与分泌有关。

④高尔基复合体

高尔基复合体（GolgiApparatus/GolgiBody）位于细胞核附近的网状囊泡，是细胞内的运输和加工系统。能将粗面内质网运输的蛋白质进行加工、浓缩和包装成分泌泡和溶酶体。

⑤核糖体

核糖体（Ribosomes）是椭球形的粒状小体，有些附着在内质网膜的外表面（供给膜上及膜外蛋白质），有些游离在细胞质基质中（供给膜内蛋白质，不经过高尔基体，直接在细胞质基质内的酶的作用下形成空间构形），是合成蛋白质的重要基地。

⑥中心体

中心体（Centrosome）存在于动物细胞和某些低等植物细胞中，因为它的位置靠近细胞核，所以叫中心体。每个中心体由两个互相垂直排列的中心粒及其周围的物质组成，动物细胞的中心体与有丝分裂有密切关系。中心粒（Centriole）这种细胞器的位置是固定的，具有极性的结构。在间期细胞中，经固定、染色后所显示的中心粒仅仅是1或2个小颗粒。而在电子显微镜下观察，中心粒是一个柱状体，长度约为0.3μm～0.5μm，直径约为0.15μm，它是由9组小管状的亚单位组成的，每个亚单位一般由3个微管构成。这些管的排列方向与柱状体的纵轴平行。

⑦液泡

液泡（Vacuole）是植物细胞中的泡状结构。成熟的植物细胞中的液泡很大，可占整个细胞体积的90%。液泡的表面有液泡膜。液泡内有细胞液，其中含有糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质，可以达到很高的浓度。因此，它对细胞内的环境起着调节作用，可以使细胞保持一定的渗透压，保持膨胀的状态。动物细胞也同样有小液泡。

⑧溶酶体

囊状小体或小泡，内含多种水解酶，具有自溶和异溶作用。自溶作用是指溶酶体消化分解细胞内损坏和衰老的细胞器的过程，异溶作用是指消化和分解被细胞吞噬的病原微生物及其细胞碎片的过程。溶酶体是细胞内具有单层膜囊状结构的细胞器。其内含有很多种水解酶类，能够分解很多物质。

⑨微丝及微管

在细胞质内除上述结构外，还有微丝（Microfilament）和微管（Microtubule）等结构，它们的主要机能不只是对细胞起骨架支持作用，以维持细胞的形状，如在红血细胞微管成束平行排列于盘形细胞的周缘，又如上皮细胞微绒毛中的微丝；它们也参加细胞的运动，如有丝分裂的纺锤丝，以及纤毛、鞭毛的微管。此外，细胞质内还有各种内含物，如糖原、脂类、结晶、色素等。

细胞核

细胞质里含有一个近似球形的细胞核（Nucleus），是由更加黏稠的物质构成的。细胞核通常位于细胞的中央，成熟的植物细胞的细胞核，往往被中央液泡推挤到细胞的边缘。细胞核中有一种物质，易被洋红、苏木精、甲基绿、龙胆紫溶液等碱性染料染成深色，叫做染色质（Chromatin）。生物体用于传种接代的物质即遗传物质，就在染色质上。当细胞进行有丝分裂时，染色质在分裂间期螺旋缠绕成染色体。

多数细胞只有一个细胞核，有些细胞含有两个或多个细胞核，如肌细胞、肝细胞等。细胞核可分为核膜、染色质、核液和核仁四部分。核膜与内质网相通连，染色质位于核膜与核仁之间。染色质主要由蛋白质和DNA组成。[2]DNA是一种有机物大分子，又叫脱氧核糖核酸，是生物的遗传物质。在有丝分裂时，染色体复制，DNA也随之复制为两份，平均分配到两个子细胞中，使得后代细胞染色体数目恒定，从而保证了后代遗传特性的稳定。还有RNA，RNA是DNA在复制时形成的单链，它传递信息，控制合成蛋白质，其中有转移核糖核酸（tRNA）、信使核糖核酸（mRNA）和核糖体核糖核酸（rRNA）。细胞核的机能是保存遗传物质，控制生化合成和细胞代谢，决定细胞或机体的性状表现，把遗传物质从细胞（或个体）一代一代传下去。但细胞核不是孤立的起作用，而是和细胞质相互作用、相互依存而表现出细胞统一的生命过程。细胞核控制细胞质；细胞质对细胞的分化、发育和遗传也有重要的作用

具有双层膜的胞器，主要携带遗传物质(DNA)，包括染色体（脱氧核糖核酸加上一些特殊的蛋白质）、核糖核酸等，核膜上有许多小孔称做核孔，由数十种特殊的蛋白组成特别的构造，容许一些物质自由通过，但是分子量很大的核糖核酸、蛋白质就必须依赖这些蛋白辅助，以消耗能量的主动运输，来往于细胞质跟细胞核之间。细胞分裂的期间可以看到细胞核中最显著的构造——核仁，其组成为核糖体RNA，以及合成核糖体所需的蛋白质。除核仁外，细胞核中还有许多其它核细胞器，如柯浩体（Cajalbody)，PML体等。有趣的是，有些细胞为了执行特别的工作而没有细胞核：哺乳纲动物的红血球，为了减少携带的氧气，被红血球本身消耗，而成熟后就没有细胞核；植物则以筛管、导管、假导管为了运输功能，成熟后没有细胞核。

真核细胞

真核细胞（eukaryoticcell）指含有真核（被核膜包围的核）的细胞。其染色体数在一个以上，能进行有丝分裂。还能进行原生质流动和变形运动。而光合作用和氧化磷酸化作用则分别由叶绿体和线粒体进行。除细菌和蓝藻植物的细胞以外，所有的动物细胞以及植物细胞都属于真核细胞。由真核细胞构成的生物称为真核生物。在真核细胞的核中，DNA与组蛋白等蛋白质共同组成染色体结构，在核内可看到核仁。在细胞质内膜系统很发达，存在着内质网、高尔基体、线粒体和溶酶体等细胞器，分别行使特异的功能。

真核生物包括我们熟悉的动植物以及微小的原生动物、单细胞海藻、真菌、苔藓等。真核细胞具有一个或多个由双膜包裹的细胞核，遗传物质包含于核中，并以染色体的形式存在。染色体由少量的组蛋白及某些富含精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质构成。真核生物进行有性繁殖，并进行有丝分裂。

原核细胞

原核细胞（Prokaryoticcell）没有核膜，遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度区，称为拟核（nucleoid）。DNA为裸露的环状分子，通常没有结合蛋白，环的直径约为2.5nm，周长约几十纳米。大多数原核生物没有恒定的内膜系统，核糖体为70S型，原核细胞构成的生物称为原核生物，均为单细胞生物。

组成原核生物的细胞。这类细胞主要特征是没有明显可见的细胞核，同时也没有核膜和核仁，只有拟核，进化地位较低。

原核细胞（Procaryotic/Prokaryoticcell）指没有核膜且不进行有丝分裂、减数分裂、无丝分裂的细胞。这种细胞不发生原生质流动，观察不到变形虫样运动。鞭毛（Flagellum）呈单一的结构。光合作用、氧化磷酸化在细胞膜进行，没有叶绿体（Chloroplast）、线粒体（Mitochondrion）等细胞器（Organelles）的分化，只有核糖体。由这种细胞构成的生物，称为原核生物，它包括所有的细菌和蓝藻类。即构成细菌和蓝藻等低等生物体的细胞。它没有真正的细胞核（Nucleus），只有原核或拟核，所含的一个基因带（或染色体），是环状双股单一顺序的脱氧核糖核酸分子（CircularDNA），没有组蛋白（Histone）与之结合无核仁（Nucleolus），缺乏核膜（Nuclearenvelope）。外层原生质中有70S核糖体与中间体，缺乏高尔基体（Golgi）、内质网（E.R.）、线粒体和中心体（Centrosomes）等。转录和转译（Transcriptionandtranslation）同时进行，四周质膜内含有呼吸酶。无有丝分裂（Mitosis）和减数分裂（Meiosis），脱氧核糖核酸（DNA）复制后，细胞随即分裂为二。

古核细胞

古核细胞也称古细菌（Archaebacteria）：是一类很特殊的细菌，多生活在极端的生态环境中。具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统；也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白；此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。

极端嗜热菌（Themophiles）：能生长在90℃以上的高温环境。如斯坦福大学科学家发现的古细菌，最适生长温度为100℃，80℃以下即失活，德国的斯梯特（K.Stetter）研究组在意大利海底发现的一族古细菌，能生活在110℃以上高温中，最适生长温度为98℃，降至84℃即停止生长；美国的J.A.Baross发现一些从火山口中分离出的细菌可以生活在250℃的环境中。嗜热菌的营养范围很广，多为异养菌，其中许多能将硫氧化以取得能量。

极端嗜盐菌（Extremehalophiles）：生活在高盐度环境中，盐度可达25%，如死海和盐湖中。极端嗜盐菌的细胞壁由富含酸性氨基酸的糖蛋白组成，这种细胞壁结构的完整由离子键维持，高Na+浓度对于其细胞壁蛋白质亚单位之间的结合，保持细胞结构的完整性是必需的。当从高盐环境转到低盐环境后，一方面细胞壁蛋白解聚为蛋白质单体，使胞壁失去完整；另一方面细胞内外离子浓度平衡打破，细胞吸水膨胀，最终引起胞壁破裂，菌体完全自溶。

极端嗜酸菌（Acidophiles）：能生活在pH值1以下的环境中，往往也是嗜高温菌，生活在火山地区的酸性热水中，能氧化硫，硫酸作为代谢产物排出体外。

极端嗜碱菌（Alkaliphiles）：多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中，生活环境pH值可达11.5以上，最适pH值8～10。

细胞分化（celldifferentiation）是个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。所以，细胞分化是指同源细胞通过分裂，发生形态、结构与功能特征稳定差异的过程。

细胞分化的实质是基因选择性表达的结果，在个体发育过程中基因按照一定程序相继活化的现象，称为基因的差次表达（differentialexpression）或顺序表达（Sequentialexpression）。即在同一时间内不是所有的基因都具活性，而是有的有活性，有的无活性，有些细胞是这部分基因有活性，有些细胞则是另外一些基因有活性。

组织特异性基因和管家基因一类是维持细胞最基本生命活动的基因，是所有一切细胞都需具备的，由此译制基本生命活动所必需的结构和功能蛋白。这类基因称“House-keepinggene”，译为“管家基因”，它们与细胞分化关系不大。如编码与细胞分裂、能量代谢、细胞基本建成有关的蛋白质的基因属此类。另一类是译制特异蛋白质的基因，与细胞的基本生存无直接关系，但与细胞分化关系密切，被称为“Luxurygene”，译为奢侈基因。

组合调控引发组织特异性基因的表达弄清了细胞分化的实质，研究者们便把注意力集中到基因选择表达的控制机理方面。除细胞核与细胞质的相互作用对细胞分化的影响外，包括环境在内的诸多因素均对细胞分化有重要的影响。

植物的生长是由于体内细胞繁殖和增大，细胞繁殖是通过细胞分裂方式进行的，通过细胞分裂完成个体发育，细胞更替以及植物（微生物）繁殖。分裂方式有：有丝分裂无丝分裂和.减数分裂。

一．细胞周期：细胞从第一次分裂结束到下一次分裂终了所经历的全部过程。包括间期和分裂期。[1]

1.间期：一次分裂结束开始，到下一次分裂开始的一段时间是分列前的准备期间，为分裂进行物质上的准备（主要是RNA，蛋白质合成和DNA复制）和积累能量又分为G1期,S期，G2期。

2.分裂期：开始出现染色体，纺锤丝，复制的DNA将以染色体的形式平均分到两个子细胞中。

二．有丝分裂：

最普遍最常见的分裂方式，是一个连续的过程，据核内发生的可见变化分为前中后末四个时期。

1.前期：核的变化：两极两现，（染色单体，染色体，着丝点）

2.中期：染色体排列到赤道板上，纺锤丝完全形成，此时纺锤体，清晰可见，染色体最清楚时期。

3.后期：两条染色单体分开，分别向赤道两极移动。

4.末期：到两极后，染色体消失膜，核仁再现，出现新细胞壁，形成两个新细胞。

三．减数分裂：

植物有性生殖中进行的一种细胞分裂方式，种子植物发生在大小孢子形成期，其过程包括两个连续的细胞分裂，而DNA只复制一次。一个母细胞经减数分裂后形成四个子细胞，每个子细胞的染色体数目为母细胞的一半。比较复杂。

第一次分裂：前期：细线期——偶线期（联会现象）——粗线期（交叉现象）——双线期（同源染色体开始分离）——终变期（最短粗，膜仁消失，纺锤丝再现）

中期：同源染色体排列在赤道面上。

后期：同源染色体被分离。

末期；核再现，细胞板，二分体（染色体减半）

第二次分裂：前期：染色体出现，膜仁消失，纺锤丝再现。

中期2：

后期2；染色体分开，在纺锤丝牵引下向两极移动。

末期2：到两极后形成丝状，核膜，核仁再现，细胞板再现，形成四个子细胞。

细胞死亡是细胞衰老的结果，是细胞生命现象的终止。包括急性死亡（细胞坏死）和程序化死亡（细胞凋亡）。细胞死亡最显著的现象，是原生质的凝固。事实上细胞死亡是一个渐进过程，要决定一个细胞何时已死亡是较因难的。除非用固定液等人为因素瞬间使其死亡。那么，怎样鉴定一个细胞是否死亡了呢？通常采用活体染色法来鉴定。如用中性红染色时，生活细胞只有液泡系染成红色，如果染料扩散，细胞质和细胞核都染成红色，则标志这个细胞已死亡。

细胞衰老的研究只是整个衰老生物学（老年学，人类学）研究中的一部分。所谓衰老生物学（biologyofsenescence）（或称老年学，gerontology）是研究生物衰老的现象、过程和规律。其任务是要揭示生物（人类）衰老的特征，探索发生衰老的原因和机理，寻找推迟衰老的方法，根本目的在于延长生物（人类）的寿命。多细胞有机体细胞，依寿命长短不同可划分为两类，即干细胞和功能细胞。干细胞在整个一生都保持分裂能力，直到达到最高分裂次数便衰老死亡。如表皮生发层细胞，生血干细胞等。

细胞

细胞凋亡(apoptosis)是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，也常常被称为程序化细胞死亡（programmedcelldeath,PCD）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。这一假说是基于Hayflick界限提出的：1961年Hayflick根据人胚胎细胞的传代培养实验提出。指细胞在发育的一定阶段出现正常的自然死亡，它与细胞的病理死亡有根本的区别。细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。例如：蝌蚪尾的消失，骨髓和肠的细胞凋亡，脊椎动物的神经系统的发育，发育过程中手和足的成形过程。

癌细胞是健康细胞核结构改变的结果，是人体（其它动物一样）自身健康细胞在各种外因和内因作用下形成的质变性病细胞。细胞癌之后，由于它对机体的破坏作用超过任何病毒、细菌、放线菌、真菌和其它微生物，所以人们（特别是医生）对它恨之入骨，在治疗上采取了毫不手软的格杀无论，然而，癌细胞是病细胞，我们应该同情它，帮它治病，使它恢复原状，照常为机体工作，这不更好吗？为了说明应该和可能，我想用理论和事实两个方面的证据说明一下它的逆转原理。

在正常情况下，细胞内存在着与癌症有关的基因，这些基因的正常表达是个体发育、细胞增殖、组织再生等生命活动不可缺少的，这些基因只有发生突变时才有致癌作用，变成癌基因。这些具有引起细胞癌变潜能的基因称为原癌基因（proto-oncogenes）。原癌基因属于显性基因，等位基因中的一个发生突变，就会引起细胞癌变。正常细胞中虽然存在着原癌基因，但是原癌基因的活动受到严格的精密调控，其编码产物是细胞生长和分化所必需的，不会引起癌变。然而，当原癌基因发生了变化，产生了超出细胞活动所需要的产物，就会引起细胞癌变。原癌基因的这种变化称为原癌基因的激活。

癌症起始于一个细胞突变，而人体是由大量体细胞组成的。人的一生大约要进行1016次细胞分裂。即使不接触致癌剂，每个基因发生自然突变的概率为10-6。可以推算出人的一生中每个基因会有1010突变概率。由此估计，一个突变细胞中应当有许多与细胞增殖有关的基因发生突变，失去了对细胞增殖的调控能力。然而事实上，人体癌症发病率并没有预想的那样高。由此可见，一次突变并不足以将一个健康细胞转变为癌细胞。一个细胞癌变要求在一个细胞中发生几次单独的突变，它们共同作用才能诱发细胞癌变。经统计，一个细胞转化需要发生3-7次单独的随机突变。

虽然癌症起始于一个细胞突变，但是这个突变细胞的后代必须经过几次突变，才能形成癌细胞。流行病学的统计表明，癌症的发病率随年龄的增长而提高，而且是几何级数提高，癌症的发病率是年龄的3次方、4次方甚至5次方。癌症的渐进发生过程非一日之寒，需要数年时间，在此期间既有内因的作用，也有外因的诱发，致癌因子需要有剂量累积效应。癌症的发生要有许多因子的共同作用。体内还有免疫监控系统，可以随时消灭癌细胞。因此，许多癌症不是不可避免的。

细胞周期是指细胞从一次分裂结束时起，到下一次分裂结束为止的一段时期。在一个细胞周期中，细胞发生了一系列复杂的变化，其中特别是DNA的容量增加了一倍。细胞经过增长后平均分裂为与母细胞相同的2个子细胞。细胞周期又可根据其中DNA的变化分成四个连续进行的过程，它们分别是：

1、G1期，也即DNA合成前期；

2、S期，即DNA合成期；

3、G2期，也称DNA合成后期；

4、M期，此期为细胞的有丝分裂期，在此期中，细胞内的遗传物质--染色体平均纵裂为2，并随细胞的分裂而均分至两个子细胞中。

一个细胞分裂为两个细胞的过程。分裂前的细胞称母细胞，分裂后形成的新细胞称子细胞。细胞分裂通常包括核分裂和胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。在单细胞生物中细胞分裂就是个体的繁殖，在多细胞生物中细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础。

细胞分化是指在个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能上的特化过程。对个体发育而言，细胞分化得越多，说明个体成熟度越高。只有通过细胞分化，才能形成各种不同的细胞，进而形成不同的各具功能的器官，使生物体成为一个个体，否则假如细胞只是长大变多也就是说只有干重的增加而不分化，所有的细胞都只能保持原始的干细胞的状态也就无法形成生物体了

细胞周期亦称有丝分裂周期，细胞生长到一定程度，不是繁殖就是死亡。细胞分裂后产生的新细胞生长增大，随后又平均地分裂成两个和原来母细胞“一样”的子细胞，细胞这种生长与分裂的循环称细胞周期。较为普遍的细胞分裂方式为有丝分裂和减数分裂，在生物的个体发育中，这两种分裂方式交替发生，以保证生物种族的延续。

一个由生物学家组成的研究小组构建了一种能够描绘掌控整个自然界生活的各种生物体的控制环路模型。这以研究是系统生物学领域一个新的里程碑。它将使研究人员能够模拟生物体如何逐渐适应环境。这项研究标志着研究人员首次能够在基因组水平上精确预测一个细胞的动力学变化。这些发现是通过对一种自由生活在极端环境中的嗜盐细菌取得的。他们的研究结果发表在2007年最后一期的《Cell》杂志上。领导这项研究的是来自纽约大学的助理教授RichardBonneau。

研究人员将目光集中在能够生活在高盐、高辐射和其他胁迫环境中的微小生物上，这些环境对其他大多数生物来说是无法存活的。通过对这种极端环境中的生物进行研究，研究人员证实他们能够通过同时测量基因组中所有基因来了解和模拟控制细胞的环路。这就是所谓的系统生物学实验。

系统生物学是分析基因如何通过巨大的相互作用网络来相互影响以及这些网络对刺激如何反应、如何适应新的环境和细胞状态。这个领域在过去的10年间因为描绘基因组系统技术的进步而获得了很大的发展。

通过结合这个领域的实验和数学研究成果，已经证实能够通过基因组分析来在较短的时间里获得整个生物体的一个功能和动态模型。这个领域之前的研究确定出了细胞组成和细胞成分如何相互联系。

这项新的研究则是对之前该领域研究的一次超越，研究人员能精确模拟嗜盐细菌如何工作并如何对环境的变化作出反应。研究人员首次能够预测基因组中80%的成分如何对刺激作出反应。

研究人员表示，通过了解生物系统如何功能，研究人员就能够将他们的注意力放在改造生物燃料和药物的生物合成上。研究人员目前正在对几种其他类型的生物进行这种分析。（生物通雪花）

合成生物学，人工设计与合成细胞信号传导与基因调控网络，用作生物计算机的分子运算系统，对比硅电子计算机来说称为湿（wet）计算机或活体计算机、细胞计算机（2002年曾邦哲）概念与原理，还人工设计次生代谢酶与反应链优化为转基因生物反应器提供了新的发展前景-细胞工厂。

大小

原核细胞直径平均：1～10μm。

真核细胞直径平均：3～30μm。

某些不同来源的细胞大小变化很大：

人卵细胞：直径0.1mm；鸵鸟卵细胞：直径5cm。

同类型细胞的体积一般是相近的，不依生物个体的大小而增大或缩小。

器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，这种现象被称为“细胞体积的守恒定律”。?

共性

1.所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质及糖被构成的生物膜（注意：癌细胞无糖被，容易游走扩散），即细胞膜。

2.所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA。

3.作为遗传信息复制与转录的载体。

4.作为蛋白质合成的机器——核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。核糖体，是蛋白质合成的必须机器，在细胞遗传信息流的传递中起着必不可少的作用。

5.基本上所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。（少数不是，如蓝藻的有些种类从老细胞内产生新细胞）

6.部分细胞能进行自我增殖和遗传（高度分化的细胞无法自我增殖。）

7.新陈代谢。

8.细胞都具有运动性，包括细胞自身的运动和细胞内部的物质运动。

注：病毒不具有细胞结构。

组成细胞的基本元素是：O、C、H、N、S、K、Ca、P、Mg，其中O、C、H、N四种元素占90%以上。细胞化学物质可分为两大类：无机物和有机物。在无机物中水是最主要的成分，约占细胞物质总含量的75%－80%。

一、水与无机盐

（一）水是原生质最基本的物质

水在细胞中不仅含量最大，而且由于它具有一些特有的物理化学属性，使其在生命起源和形成细胞有序结构方面起着关键的作用。可以说，没有水，就不会有生命。水在细胞中以两种形式存在：一种是游离水，约占95%；另一种是结合水，通过氢键或其他键同蛋白质结合，约占4%~5%。随着细胞的生长和衰老，细胞的含水量逐渐下降，但是活细胞的含水量不会低于75%。

水在细胞中的主要作用是，溶解无机物、调节温度、参加酶反应、参与物质代谢和形成细胞有序结构。

（二）无机盐

细胞中无机盐的含量很少，约占细胞总重的1%。盐在细胞中解离为离子，离子的浓度除了具有调节渗透压和维持酸碱平衡的作用外，还有许多重要的作用。

主要的阴离子有Cl－、PO4－和HCO3－，其中磷酸根离子在细胞代谢活动中最为重要：①在各类细胞的能量代谢中起着关键作用；②是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的组成成分；③调节酸碱平衡，对血液和组织液pH起缓冲作用。

主要的阳离子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+。

二、细胞的有机分子

细胞中有机物达几千种之多，约占细胞干重的90%以上，它们主要由碳、氢、氧、氮等元素组成。有机物中主要由四大类分子所组成，即蛋白质、核酸、脂类和糖，这些分子约占细胞干重的90%以上。

（一）蛋白质

在生命活动中，蛋白质是一类极为重要的大分子，几乎各种生命活动无不与蛋白质的存在有关。蛋白质不仅是细胞的主要结构成分，而且更重要的是，生物专有的催化剂——酶是蛋白质，因此细胞的代谢活动离不开蛋白质。一个细胞中约含有104种蛋白质，分子的数量达1011个。

（二）核酸

核酸是生物遗传信息的载体分子，所有生物均含有核酸。核酸是由核苷酸单体聚合而成的大分子。核酸可分为核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸两大类DNA。当温度上升到一定高度时，DNA双链即解离为单链，称为变性（denaturation）或熔解（melting），这一温度称为熔解温度（meltingtemperature，Tm）。碱基组成不同的DNA，熔解温度不一样，含G－C对（3条氢键）多的DNA，Tm高；含A－T对（2条氢键）多的，Tm低。当温度下降到一定温度以下，变性DNA的互补单链又可通过在配对碱基间形成氢键，恢复DNA的双螺旋结构，这一过程称为复性（renaturation）或退火（annealing）。

（三）糖类

细胞中的糖类既有单糖，也有多糖。细胞中的单糖是作为能源以及与糖有关的化合物的原料存在。重要的单糖为五碳糖（戊糖）和六碳糖（己糖），其中最主要的五碳糖为核糖，最重要的六碳糖为葡萄糖。葡萄糖不仅是能量代谢的关键单糖，而且是构成多糖的主要单体。

多糖在细胞结构成分中占有主要的地位。细胞中的多糖基本上可分为两类：一类是营养储备多糖；另一类是结构多糖。作为食物储备的多糖主要有两种，在植物细胞中为淀粉（starch），在动物细胞中为糖元（glycogen）。在真核细胞中结构多糖主要有纤维素（cellulose）和几丁质（chitin）。

（四）脂类

脂类包括：脂肪酸、中性脂肪、类固醇、蜡、磷酸甘油酯、鞘脂、糖脂、类胡萝卜素等。脂类化合物难溶于水，而易溶于非极性有机溶剂。

1、中性脂肪（neutralfat）

①甘油酯：它是脂肪酸的羧基同甘油的羟基结合形成的甘油三酯（triglyceride）。甘油酯是动物和植物体内脂肪的主要贮存形式。当体内碳水化合物、蛋白质或脂类过剩时，即可转变成甘油酯贮存起来。甘油酯为能源物质，氧化时可比糖或蛋白质释放出高两倍的能量。营养缺乏时，就要动用甘油酯提供能量。

②蜡：脂肪酸同长链脂肪族一元醇或固醇酯化形成蜡（如蜂蜡）。蜡的碳氢链很长，熔点要高于甘油酯。细胞中不含蜡质，但有的细胞可分泌蜡质。如：植物表皮细胞分泌的蜡膜；同翅目昆虫的蜡腺、如高等动物外耳道的耵聍腺。

2、磷脂

磷脂对细胞的结构和代谢至关重要，它是构成生物膜的基本成分，也是许多代谢途径的参与者。分为甘油磷脂和鞘磷脂两大类。

3、糖脂

糖脂也是构成细胞膜的成分，与细胞的识别和表面抗原性有关。

4、萜类和类固醇类

这两类化合物都是异戊二烯（Isoptene）的衍生物，都不含脂肪酸。

生物中主要的萜类化合物有胡萝卜素和维生素A、E、K等。还有一种多萜醇磷酸酯，它是细胞质中糖基转移酶的载体。

类固醇类（Steroids）化合物又称甾类化合物，其中胆固醇是构成膜的成分。另一些甾类化合物是激素类，如雌性激素、雄性激素、肾上腺激素等。