▷ 动物细胞:构成动物体的基本单位,你该了解这些
动物细胞是构成动物体的基本结构和功能单位,我们的皮肤、肌肉、心脏、大脑等所有组织和器官,都是由大量动物细胞共同组成的。虽然不同部位的动物细胞形态可能不一样,比如肌肉细胞呈纤维状、神经细胞有长长的突起,但它们的基本结构和核心功能是相通的,都围绕 "维持生命活动" 展开。
一、动物细胞的基本结构与功能
动物细胞的基本结构主要包括细胞膜、细胞质和细胞核,这三部分分工明确,共同支撑细胞的正常运作:
细胞膜:包裹在细胞最外层,就像细胞的 "大门"。它能控制物质进出细胞 -- 让氧气、葡萄糖等有用物质进入,同时阻止有害物质随意进入,也能把细胞产生的废物排出体外。细胞膜不是完全固定的,它的结构具有一定流动性,能更好地适应细胞的生理需求。
细胞质:细胞膜以内、细胞核以外的部分就是细胞质,它是细胞进行生命活动的主要场所。细胞质里除了液体状的基质,还分布着多种 "细胞器",这些细胞器各有专属功能:
线粒体:负责分解葡萄糖等物质,释放能量,供给细胞各项活动,比如肌肉细胞收缩、神经细胞传递信号都需要它提供能量;
内质网:分为粗面和滑面两种,粗面内质网表面附着核糖体,能参与蛋白质的合成和加工;滑面内质网则主要参与脂类合成,比如身体里的某些激素就需要它参与制作;
高尔基体:能对内质网加工后的蛋白质进行进一步处理,然后运送到细胞需要的地方,或者送到细胞外;
溶酶体:里面含有多种酶,能分解细胞内衰老、受损的细胞器,也能清除进入细胞的细菌等异物,相当于细胞的 "清洁站";
核糖体:是合成蛋白质的地方,身体里的酶、抗体等很多重要物质,都是在这里制造出来的;
中心体:主要在细胞分裂时发挥作用,帮助细胞把遗传物质均匀分配到新形成的细胞中。
细胞核:通常位于细胞中央,被核膜包裹着,里面含有由 DNA 和蛋白质构成的染色体。细胞核就像细胞的 "控制中心",它能控制细胞的生长、分裂和各项生命活动,比如细胞什么时候分裂产生新细胞,细胞要执行什么功能(是变成皮肤细胞还是神经细胞),都由细胞核里的遗传物质决定。
二、动物细胞的特性
和植物细胞、微生物细胞相比,动物细胞有几个明显特点:
没有细胞壁:这是动物细胞和植物细胞最核心的区别之一。植物细胞外面有一层厚而坚硬的细胞壁,能起到支撑和保护作用;而动物细胞没有细胞壁,所以细胞适应环境的能力相对较差,也更容易受到外界损伤。
体积大小:动物细胞的体积比微生物细胞(比如细菌)大几千倍,直径一般在 20~30 微米左右(1 微米等于 1 毫米的千分之一),比植物细胞略小一些。
存在形式与培养特点:在动物体内,大部分动物细胞不是单独存在的,而是相互粘连在一起,以集群形式构成组织和器官。如果在实验室里培养动物细胞,大部分细胞还具有 "群体效应"(单独培养时生长不好,聚集在一起才容易存活)、"锚地依赖性"(需要贴附在培养瓶壁上才能生长)和 "接触抑制性"(细胞长到互相接触时就会停止分裂)的特点。
三、动物细胞的培养
在实验室里,科学家会通过 "细胞培养" 的方式让动物细胞在体外生长,这个过程不像培养植物那样简单,有特定的要求:
培养液的成分与特点:
成分:培养液里必须包含细胞生长需要的营养物质,比如葡萄糖(提供能量)、氨基酸(合成蛋白质的原料)、无机盐(维持细胞正常生理环境)、维生素等。另外,还需要加入动物血清 -- 因为目前还有一些细胞生长必需的成分没研究清楚,动物血清能模拟细胞在生物体内的生长环境,同时提供激素、酶等物质,帮助细胞发育。
特点:动物细胞的培养液是液体状态的,和植物细胞常用的固体培养基不同。
培养条件:
无菌无毒环境:培养液和培养用具都要经过严格消毒,还要在培养液里加少量抗生素防止细菌污染;同时要定期更换培养液,避免细胞代谢产生的废物积累对细胞造成伤害。
适宜的温度和 pH:温度一般控制在 36.5±0.5℃,和人体体温接近;pH 则要保持在 7.2~7.4 之间,这个范围最适合动物细胞生长。
合适的气体环境:需要在 95% 空气和 5% 二氧化碳的混合气体环境中培养,其中二氧化碳能帮助维持培养液的 pH 稳定。
基本过程:
首先从动物胚胎或幼龄动物的器官、组织中获取材料,把材料剪碎后,用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理,让组织分散成单个细胞;
把单个细胞放到培养液中,制成细胞悬浮液,这些细胞会很快贴附在培养瓶壁上生长,这一步叫 "细胞贴壁";
当贴壁的细胞分裂生长到互相接触时,会停止分裂(也就是 "接触抑制"),这时需要再次用胰蛋白酶处理,把细胞分散开,再分到新的培养液中继续培养;
刚从机体取出直接培养的细胞叫 "原代培养",把原代培养的细胞分份接种到新培养基中继续培养,叫 "传代培养"。如果培养超过 50 代,部分细胞可能发生遗传改变,获得无限传代的能力,这类细胞被称为 "细胞系"。