Chapter 2 Cell structure（對應(yīng)Campbell 6）

熟悉的Cell 但是有很多很煩人的細(xì)節(jié)

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讓我們以一個(gè)觀測者的視角出發(fā)去研究一個(gè)cell

人觀測細(xì)胞用的是LM和EM（AP應(yīng)該不會考到但是Campbell上有：light microscope & electron microscope； EM還有SEM和TEM的細(xì)分）因?yàn)檫@玩意兒實(shí)在太小了。

那為什么細(xì)胞這么小呢？

這是surface area to volume ratio造成的。

因?yàn)榧?xì)胞需要和外界交換物質(zhì)，而這一過程的效率很重要。

一個(gè)細(xì)胞所產(chǎn)生的waste或者它所需要的nutrient隨體積增大而增大。而細(xì)胞和外界交換物質(zhì)的界面是細(xì)胞膜。所以細(xì)胞膜面積越大，物質(zhì)交換越快。

但是由于細(xì)胞的體積增長遠(yuǎn)快過表面積增長（立方倍和平方倍），細(xì)胞的表面積很快就無法滿足它所需要的物質(zhì)交換速率了。因此，細(xì)胞要盡可能小來增大效率。

記住越小的細(xì)胞surface area to volume ratio也就越大

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Cell structure 細(xì)胞結(jié)構(gòu)

又到了我們喜聞樂見的常識回顧

細(xì)胞被一個(gè)叫plasma membrane（和cell membrane 是一個(gè)東西）的屏障包起來，里面是啫喱狀的cytosol胞液。基因?qū)懺贒NA里（可以把DNA當(dāng)做一種文字），DNA以chromosome的形式存儲在細(xì)胞內(nèi)。Ribosomes核糖體負(fù)責(zé)把基因以蛋白質(zhì)的形式表達(dá)出來。這就是所有細(xì)胞的基本特征。

那么生物分哪些呢？

古細(xì)菌archaea(不考）

真細(xì)菌bacteria

真核Eukaryotes

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由簡單到復(fù)雜的順序來看先來看單細(xì)胞的原核生物?

Prokaryotic cell?原核

這種簡單的單細(xì)胞生物只有1-10μm大

它們的DNA是雙螺旋，環(huán)狀的，裸露的（雖然書上說是裸露，但是原核生物只是沒有histone罷了，還是有類似的相同作用的蛋白在上面的）

沒有線粒體，葉綠體，溶酶體，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，和高爾基體。

Bacterial Chromosome 在一個(gè)叫擬核nucleoid的一個(gè)沒有核膜的區(qū)域聚集（因?yàn)橄窦?xì)胞核但是不一樣所以叫擬核）

有cell wall，是由肽聚糖peptidoglycan組成，可以防止細(xì)胞吸水炸掉

然后在漫長的演化過程中出現(xiàn)了復(fù)雜的真核生物

到底這玩意咋出現(xiàn)的呢？

最經(jīng)典的學(xué)說是內(nèi)共生endosymbiosis?model?傳說一個(gè)原核生物通過胞吞吃掉了一個(gè)另一種細(xì)菌結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以共生，于是就合體變成真核細(xì)胞了，這解釋了線粒體和葉綠體雙層膜以及獨(dú)立DNA。但是它還是有不足之處，比如沒有解釋細(xì)胞核的出現(xiàn)方式以及為何真核細(xì)胞會有如此大的genome等問題。

Eukaryotic cell 真核

比原核大多了10-100μm

有各種帶膜的細(xì)胞器（按照endosymbiosis?model是胞吞，所以線粒體等細(xì)胞器是外層為囊泡，內(nèi)層為自己的膜）

Linear DNA纏在histone（組蛋白會在后面gene regulation里細(xì)說）上變成chromosomes

在nucleus里存著Chromosomes，被兩層膜包起來（這是真的細(xì)胞核，注意拼寫區(qū)分）

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細(xì)說細(xì)胞器

從基因到表達(dá)，看看細(xì)胞器如何工作

最中間的是細(xì)胞核nucleus，儲存著大部分的基因（一小部分在線粒體和葉綠體里）

它由雙層膜的核被膜?nuclear envelope包裹，與外界隔絕。上面有pore complex來控制物質(zhì)的進(jìn)出。其中，有核纖層 nuclear lamina和核基質(zhì) nuclear matrix 來維持nuclear envelope的形狀大小，同時(shí)還會參與基因的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄等加工和修飾。

DNA 到RNA?的轉(zhuǎn)錄在核內(nèi)，從RNA到蛋白在核外的核糖體 ribosome 里

它的結(jié)構(gòu)是由 ribosomal?RNA（rRNA) + protein組成。

它們要么附著在endoplasmic reticulum/nuclear envelope上被稱為bound ribosome

?要么在cytosol里飄蕩稱為free ribosome

兩者沒有結(jié)構(gòu)上的區(qū)別但是功能上有些許的不同。從分布的位置上來看很好理解，bound ribosome主要是合成需要放到細(xì)胞膜里的蛋白或者export到外界的蛋白。Free ribosome一般是合成細(xì)胞內(nèi)需要用到的蛋白

?后面molecular components of Translation里會細(xì)講ribosome的結(jié)構(gòu)和合成蛋白的步驟。

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接下來，基因已經(jīng)被轉(zhuǎn)變成蛋白了，它們需要在細(xì)胞內(nèi)移動然后打包郵寄出去

內(nèi)膜系統(tǒng)endomembrane system是包含各種細(xì)胞器的系統(tǒng)，功能眾多。其中有ER, Golgi apparatus, Lysosome, 和各種Vesicle和Vacuoles

以細(xì)胞核為中心向外擴(kuò)張的順序

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Endoplasmic reticulum (ER) 是cytoplasm內(nèi)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分為smooth 和 rough 兩種

粗糙與否是由上面是否附著核糖體決定的。

光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) smooth endoplasmic reticulum(SER / smooth ER)主要的作用有脂類的合成（類固醇，新的細(xì)胞膜，和oil），碳水化合物的代謝，有毒物質(zhì)的解毒（通過往毒性物質(zhì)上加一個(gè)羥基hydroxyl group來提升水溶性，更快的從體內(nèi)沖走）以及儲存Ca+

因此你在腺體的細(xì)胞里會發(fā)現(xiàn)它們具有高含量的SER來制造hormones

同時(shí)在肝細(xì)胞里也會發(fā)現(xiàn)大量的SER來進(jìn)行detoxification（像alcohol，barbiturates等）

糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) rough endoplasmic reticulum (RER / rough ER)如上文所說，是生產(chǎn)protein的，大多數(shù)是secretory protein（大部分是糖蛋白glycoprotein），因?yàn)橐\(yùn)出去所以要包起來。

在transitional ER這一塊兒區(qū)域里secretory protein被transport vesicles裝起來運(yùn)出去。這種專門用于運(yùn)輸?shù)膙esicle會在后面再次出現(xiàn)。

不管你怎么寄快遞都得要有個(gè)物流轉(zhuǎn)運(yùn)中心，高爾基體Golgi body（golgi apparatus）就是一個(gè)集中，分流，打包和加工蛋白質(zhì)的地方。

結(jié)構(gòu)是一沓扁平囊泡，叫做潴泡cisterna(中文讀作“豬”泡，復(fù)數(shù)cisternae）它有兩個(gè)面，cis和trans（之前在isomers那里講到過）cis面距ER近，接收ER的包裹，trans面距cell membrane近，是往外運(yùn)輸?shù)奈恢谩?/span>

隨著包裹經(jīng)過golgi body的時(shí)候被再次修飾加工最后從trans那一面出去。

除了打包加工之外，golgi body還可以造一些大分子。比如一些多糖就是由golgi body造出來的。

Golgi body并不是不變的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在主流學(xué)說是cisternal maturation model，大致的猜想是新的cis cisternae會融合到cis面，帶著里面的物質(zhì)一塊兒往trans那一端移動。從cis cisternae變成median cisternae最后變成trans cisternae稱為maturation

那么有了這一套優(yōu)秀的體系怎么能少了回收再造的回收站呢？溶酶體Lysosome正是這digestive component

作為一輛垃圾車，它里面裝滿了enzyme去對物質(zhì)進(jìn)行hydrolyzation

回收后更新細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)被叫為自噬autophagy

在細(xì)胞進(jìn)行胞吞phagocytosis時(shí)帶著食物的vacuole會和lysosome合起來，然后hydrolytic enzyme就會分解這些食物。

除此之外，在多細(xì)胞生物中，有一些特定的細(xì)胞在胚胎發(fā)育過程中注定要死亡，lysosome在這一過程中起到關(guān)鍵作用，這一過程叫做細(xì)胞凋亡apoptosis，要是沒有這一步驟人的手指還會有蹼。

細(xì)胞里所謂的包裹就是vesicles，而大號版本的vesicle就是液泡vacuoles

它是一個(gè)倉庫，可以裝食物，也就變成了食泡food vacuoles，有些水生生物為了避免細(xì)胞內(nèi)水太多所以有伸縮泡contractile vacuoles去排除多余的水。

大部分植物為了儲存水分會在細(xì)胞內(nèi)有一個(gè)大號的vacuole，叫中央液泡central vacuole。

以上就是內(nèi)膜系統(tǒng)的構(gòu)成

線粒體和葉綠體在后面cellular respiration和photosynthesis在一塊兒講。因?yàn)閏ytoskeleton在Campbell上的細(xì)節(jié)大多是競賽內(nèi)容，作為給AP準(zhǔn)備的復(fù)習(xí)資料就不會按Campbell去講

為啥說cytosol是啫喱狀的？因?yàn)檫@玩意里面被細(xì)胞骨架cytoskeleton給支撐起來，因此是啫喱狀的。

同時(shí)，cell motility（movement）也靠它們。Cell motility分為細(xì)胞移動和細(xì)胞器移動。

細(xì)胞移動靠的是鞭毛flagella與纖毛cilia

細(xì)胞器的移動靠的是馬達(dá)蛋白motor protein拖著走在骨架上（微管）

cytoskeleton 分為三個(gè)種類，微管microtubules, 微絲microfilaments, 和 中間纖維intermediate filaments

微管是中空的管狀物，由微管蛋白tubulin構(gòu)成，主要為纖毛，鞭毛和紡錘絲spindle fiber的構(gòu)成物

微管有兩種結(jié)構(gòu)，9+0和9+2， AP 不會考但是也可以看一下

微絲的主要的作用是

形成卵裂溝cleavage furrow，分開兩個(gè)細(xì)胞。后面cell division也會講。

阿米巴蟲用于伸出偽足pseudopods(pseudo偽pods足）

骨骼肌收縮（競賽內(nèi)容，要和微管和中間纖維一塊兒作用）

在動物細(xì)胞的nuclear membrane外，有中心體centrosomes，microtubules從中長出來，由兩個(gè)中心粒centrioles組成（也是9+0結(jié)構(gòu)）

介于細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換以及細(xì)胞之間的連接與后續(xù)Campbell第7章的membrane structure and function有很強(qiáng)的聯(lián)系，所以放在下一份里一起講（真的不是我懶得寫）