单元结构
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背景
细胞代表了所有生物体最基本的生物单位，无论是像细菌这样的简单单细胞生物，还是像大象和巨型红杉树这样的大型多细胞生物。在 19世纪中叶，细胞理论被提出来定义细胞，其中指出:
- 每个生物体都由一个或多个细胞组成。
- 细胞是所有生物体的功能单位。
- 所有细胞都来自预先存在的细胞。
所有细胞都具有共同的特征，例如具有质膜、细胞质、DNA 和核糖体。质膜是围绕细胞的磷脂双层。细胞周围的这一薄而流动的层用于将细胞的内容物与其环境隔离，并调节与环境的物质交换，同时也促进与其他细胞的相互作用。在质膜内部，细胞充满了一种称为细胞质的凝胶状液体，其中含有有机分子、盐和其他对细胞功能至关重要的物质。因此，支持生命的生化反应，即所谓的代谢过程，发生在细胞质内部。细胞可以执行的代谢过程的类型取决于其遗传信息。所有细胞都使用 DNA 作为遗传物质，这是构建细胞结构和产物的遗传蓝图。最后，所有细胞都使用核糖体来合成它们的蛋白质产物。
根据其遗传物质位置，有两种类型的细胞:原核细胞，意思是"细胞核之前"，以及真核细胞，意思是"真正的细胞核"。因此，虽然这两种类型的生物都有 DNA，但像细菌这样的原核生物具有类核或"核状"成分而不是细胞核，而真核生物具有真正的膜结合细胞核来包含它们的 DNA。此外，原核生物相对较小，约为 0.1-5.0 微米 （μm），而真核生物的大小通常为 10-100 μm。原核生物体积小，可在细胞内快速轻松地分配物质并执行代谢过程，以及从细胞中快速清除废物或其他产物。因此，真核细胞具有称为细胞器的特殊结构，例如线粒体或高尔基体，以执行重要功能。
真核细胞
真核细胞是所有真核生物的共同衍生特征，这意味着它有一个单一的起源，此后所有真核生物都继承了该起源。最早的真核细胞出现在大约 24 亿年前的化石中，并且由于它们比原核细胞大而易于识别1。这种细胞类型的起源是由于一个内共生事件的结果，其中一个变形虫样细胞吞噬了一个微球菌并形成稳定的共存2。被吞噬的细菌进化成第一个产生能量的细胞器，线粒体，它们是细胞中的好氧代谢细胞器。线粒体有自己独立的基因组，大小与原核生物相似。它们包含两层膜，这些膜包围着两个不同的隔室。一些分解高能生物分子的反应发生在内室，而外室则容纳了将这些化合物释放的能量捕获成三磷酸腺苷 （ATP） 分子以用作细胞能量货币的反应。
细胞核和线粒体并不是真核细胞的唯一共享结构。其他普遍存在的真核细胞器是光滑粗糙的内质网 （ER）、高尔基体、溶酶体和液泡。内质网的意思是"血浆内部的网络"，顾名思义，它是细胞内的一个大型膜网络，尤其是细胞核周围。粗糙的 ER 的一部分从核膜延伸出来，与光滑的 ER 的区别在于由于其表面有许多核糖体而具有粗糙的外观。粗内质网是蛋白质合成的位点，例如嵌入质膜中的蛋白质或从细胞分泌的蛋白质。相比之下，光滑的 ER 会产生基于脂质的产品，但也含有用于解毒有害化学物质的酶。因此，肝细胞含有丰富的光滑内质网。此外，由于这种细胞器的钙储存功能，肌肉细胞含有大量的平滑 ER，这对肌肉收缩至关重要。高尔基体对囊泡内的细胞产物进行分类、修饰和包装，囊泡与质膜融合以释放产物。粗面 ER 中产生的一些蛋白质是细胞内消化酶。这些酶在高尔基体中被包装成称为溶酶体的特殊囊泡。溶酶体的主要功能是消化被细胞吞噬的食物颗粒以及旧的细胞部分。液泡是细胞膜的囊，用作细胞内的储存单元。它们可能用于储存水以调节细胞的水分含量以及储存代谢产物甚至有毒分子，具体取决于细胞类型和生物体。
Kingdom 特异性细胞器
真核细胞还发育出不同的细胞器，每个界都有所特有。例如，植物界和动物界都是真核生物，但是植物和动物细胞的细胞器在关键方面有所不同，这使它们能够分别作为生产者和消费者进行生活。陆生植物需要长得很高，并且有坚硬的茎来容纳叶子，它们用于光合作用。它们还需要能够保留根部吸收的水分。他们的细胞反映了这些特定需求。与动物细胞不同，植物细胞具有叶绿体，叶绿体用于光合作用，通常含有绿色色素叶绿素。此外，它们被细胞壁包围，细胞壁是由纤维素制成的刚性外层，可支持生长和保水。因为它们需要储存大量的水来维持细胞中的水压，所以它们的液泡比动物细胞大。此外，植物细胞还有另一种称为质体的特殊储存细胞器，它包含色素以及淀粉等光合产物。这些差异很明显，并将植物细胞与动物细胞区分开来:植物细胞由于其坚硬的细胞壁通常具有规则的矩形形状，而动物细胞则是圆形且更不规则。
显微术
一些细胞，例如青蛙卵母细胞，足够大，可以用肉眼看到，但大多数细胞在没有任何视觉辅助的情况下是无法看到的。因此，科学家使用显微镜技术来研究细胞结构并区分细胞类型。虽然显微镜能够放大人眼难以或不可能看到的物体，但大多数组织自然缺乏色素沉着。因此，已经创建了可以根据分子组成对细胞进行选择性染色的溶液。这使研究人员能够区分细胞中的细胞器、植物茎中的组织类型和动物中的脂肪层，仅举几个例子。亚甲蓝染料对死细胞的核酸进行染色，与带负电荷的 DNA 结合。番红溶液是另一种使细胞核染红的生物染料。细胞只需在染色溶液中停留一小段时间，并且可以在染色步骤后立即封片。常用的安装技术是湿式安装和油浸。通过收集样品并将其放在载玻片上，在载玻片和盖玻片之间放置液体来制作湿式镶嵌剂。细胞样品悬浮在水或甘油等液体中。甘油更适合与活培养物一起使用，因为它可以防止细菌增殖3.可以在盖玻片顶部添加浸油，以改善在高放大倍率下对样品的观察。这是因为油具有与玻璃相同的折射率，这意味着它允许光线像玻璃一样穿过它。玻璃-空气界面比油或玻璃更能散射光，因此当样品"干"或无油封片时，图像的清晰度会受到影响。一旦细胞被染色和封片，就可以在显微镜下进行研究了。
显微镜技术多种多样，从允许研究人员在原子水平上观察物体的电子扫描技术，到允许实时监测单个细胞内分子运动的荧光活细胞成像4。明场显微镜是最简单的显微镜技术，只需要一个卤素光源、一个聚光镜来聚焦光线、一个目镜来观察图像和一个物镜来放大图像。对于任何显微镜技术，在使用显微镜之前了解显微镜的各个部分都很重要。一般来说，用于明场成像的复合显微镜在瞄准镜顶部有一个目镜，该目镜连接到头部和物镜上。目镜的放大倍率为 10 倍，物镜的放大倍率设置为 4 倍至 100 倍范围内的特定放大倍率。标准显微镜上有 3 到 5 个物镜。物镜向下指向载物台，这是放置标本以供观察的地方。舞台通常具有机械部件和舞台夹，用于固定幻灯片并在观看时移动它。孔径是舞台上供光线通过的孔。该灯由照明器或光源上方的可调节聚光镜控制。为了控制被观察物体的载物台缩放，显微镜配备了粗焦和细焦调节旋钮。粗调焦旋钮的移动范围比微调旋钮大，但它们位于同一轴上。当载物台上的物体靠近物镜时，精细聚焦非常有用。重要的是不要让物镜接触载物台上的物体，因为它会划伤镜头。在切换到更高放大倍率的物镜之前，应始终首先在最低放大倍率的物镜上观察物体并清晰聚焦。
显微镜是医学领域许多方面的重要工具，包括研究、诊断和治疗。这有在医学中使用纳米技术的应用，作为一种新的治疗方法，代替更具侵入性的手术5。外科医生还使用显微镜，其中一些显微镜已被修改为安装在外科医生的头上，并使用脚踏板进行作。这些显微镜的放大倍率甚至比今天使用的光学显微镜低得多，但它们有助于安全执行精细的手术，例如光学和神经外科手术。
引用
- 本特森 S、拉斯穆森 B、伊瓦尔森 M、穆林 J、布罗曼 C、马罗内 F、斯坦帕诺尼 M、贝克尔 A.24 亿年前的泡状玄武岩中的真菌状菌丝体化石。自然生态与进化。 2017 年，第 1 卷，文章编号:0141。
- 维莱 T，维达 G。真核生物的起源:原核细胞和真核细胞的区别。Proc. R. Soc. Lond. B. 1999 年，第 266 卷，1571-1577。
- Gouet V、Roger G、Fonty C、Andre P.甘油对瘤胃纤维素分解细菌和厌氧真菌的生长、粘附和纤维素分解活性的影响。当前微生物学。 24,1992 年，第 4 卷，197-201。
- Cognet L、Leduc C、Lounis B。活细胞单粒子跟踪和动态超分辨率成像的进展。Curr Opin 化学生物学。 2014 年 6 月;20:78-85。
- Asiyanbola B， Soboyejo W.对于外科医生:纳米技术简介。J 外科教育。 2008 年，第 65 卷，2 （155-61）。
