AP生物课程知识点：细胞里到底有什么？

今天要和大家分享的是AP生物大家必须要掌握的——细胞里到底有什么？ 世界上的一切生命，不论是小小的蚂蚁还是高耸的树木，都是由细胞构成的。当然，也包括我们人类自己。

如果将人体类比为一个公司，那么细胞则是公司中的员工。员工们有着不同的分工：例如，免疫细胞负责安保，抵御病毒的入侵，神经细胞则负责在公司中传递信息。细胞们各司其职，在大脑的指挥下让人体井然有序地运作。

那么细胞又是如何完成自己的工作的呢？

要回答这个问题，我们就需要了解细胞内部的结构。

细胞里必不可少的四个零件

和人体一样，细胞也有着自己的结构。组成细胞的零件们被称为细胞器（organelle）。不同种类的生物，有着不同的细胞结构，但对所有细胞来说，有四个细胞器是必不可少的：细胞质（cytoplasm），细胞膜（plasmamembrane），核糖体（ribosome）和遗传物质（geneticmaterials）。

细胞质（cytoplasm）

细胞质是一种半透明、胶状的物质。细胞里所有的空隙都被细胞质所填满，其他的细胞器也都浸透在细胞质内。细胞质的一大功能是储存。许多酶(enzymes),营养物质以及盐、水等无机物都储存在细胞质中。这些物质给细胞提供了能量和养分。细胞质也是细胞中新陈代谢（metabolism）的主要场所。新陈代谢代指在生物体内发生的一切用于维持生命的生化反应，如营养物质的分解和蛋白质的合成。有了新陈代谢，细胞才能获取养分，维持功能，因此细胞质是细胞中必不可少的成分。

细胞膜（plasmamembrane）

细胞膜是包围在细胞质外的一层膜，起到保护细胞和控制物质进出的作用。细胞膜是由两层磷脂（phospholipid）构成的。磷脂是一种特殊的脂肪（lipids），它的头部是亲水的（hydrophilic），而尾部则是疏水的。在细胞膜中，两层磷脂尾部相连，因此细胞膜的最外层和最内层是疏水的，而中间则是亲水的。这种结构被称为磷脂双分子层（phospholipidbilayer），可以让细胞膜控制物质的进出。

水、氧气、二氧化碳等非极性分子（non-polarmolecules）可以顺着浓度梯度（concentrationgradient）通过扩散（diffusion）的方式自由穿过细胞膜。以氧气为例，当氧气在细胞膜外的浓度高，细胞膜内的浓度低时，外界的氧气就会通过细胞膜扩散到细胞内；反之，内部的氧气会从细胞内扩散到细胞外。这个过程是自动发生的，不需要细胞膜的辅助。而钠，钾等离子（ions）和极性分子（polarmolecules）则无法用这种方式自由通过，只能通过细胞膜上嵌入的蛋白质通道（channelprotein）进出细胞。这种通道一般只允许某种特定的物质通过，而且开关可以被控制，因此这些物质的进出会变得更为可控。

细胞膜上也有其他种类的蛋白质，承担着和其他细胞通信，接收内分泌系统和神经系统的信号，分解物质等功能。一些蛋白质上还会有碳水化合物（carbohydrates）。这些碳水化合物可以让细胞们识别出对方的身份。

遗传物质（geneticmaterial）

遗传物质来源于一个生物的上一代。人类的遗传物质中，一半来源于母亲，另一半来源于父亲。大部分细胞中的遗传物质是DNA（deoxyribonucleicacid），DNA上存储着基因（genes）。每个基因可以指导细胞制造不同的蛋白质。通过这种方式，基因可以决定一个生物如何生长发育，如何繁殖，甚至是每个细胞的功能。可以说基因控制了一个细胞所有的特点和行动。每个细胞里都存储着所属生物的所有基因，无论这个细胞的功能是什么。也就是说，负责决定你眼睛颜色的基因实际上不只储存在了你的眼睛里，也存储在你的手里，胃里，以及身体上所有其他的细胞里。

核糖体（ribosome）

核糖体最主要的作用是在DNA的指导下制造蛋白质。细胞中有一个基因的搬运工，它被称为信使RNA（messengerRNA）。信使RNA会将DNA中所存储的信息送到核糖体的手里。

核糖体就像是一座生产蛋白质的工厂，而信使RNA传递来的这些信息就像是生产蛋白质的配方。核糖体会先根据配方生产出氨基酸链条，也就是蛋白质最基本的组成单位，然后核糖体只需要把这些氨基酸组装在一起，折叠成对应的形状，就能生产出蛋白质了。

原核细胞和真核细胞

细胞可以被分为两大类：原核细胞（prokaryote）和真核细胞（eukaryote）。这两种细胞最大的区别是细胞核（nucleus）。原核细胞没有细胞核，而真核细胞有细胞核。细胞核其实就是细胞里负责储存遗传物质的容器。这个容器的存在可以保护遗传物质，也能让细胞更好地调控蛋白质的合成。

原核细胞（prokaryote）

原核细胞是组成原核生物的细胞。大部分原核生物只由单一细胞组成，结构较为简单，就比如细菌。下面这张图描绘了一个典型的原核细胞：

图中标注出的核糖体，细胞膜和细胞质都是我们已经熟知的结构，这里就不再介绍了~

拟核

拟核（nucleoid）则是原核细胞的遗传物质，它其实就是一条DNA。被称为拟核，是因为它承担了和细胞核相同的任务——储存基因，但它并没有像细胞核一样，将DNA储存在容器里，而是直接和细胞质接触。因此，它只是一个模拟的细胞核，也就是拟核。

细胞壁

细胞壁（cellwall）是包裹在细胞膜外的保护层。和细胞膜相比，它较为坚硬和厚，能为细胞提供更好的保护，并让细胞维持原有的形状。但细胞壁没有控制物质进出的作用，任何物质都能自由地出入细胞壁，因此对原核生物来说细胞膜的存在依然是有意义的。

纤毛（pili）和鞭毛（flagella）

纤毛和鞭毛的外观都非常像毛发。但不同的是，纤毛生长于细胞表面，而鞭毛则是从细胞膜延伸出来的。它们都可以通过摆动来帮助细胞运动。不过，运动并不是纤毛最重要的作用。它还可以帮助原核细胞黏附于其它细胞的表面。

真核细胞

我们最为熟知的两类生物——动物和植物都是由真核细胞构成的。不过，它们的结构有着很大的区别。我们可以分开来了解。

动物细胞

上图所示的就是一个典型的动物细胞。动物细胞中包含的许多结构我们还没有了解到，但它们的功能是AP生物的重要考点。不过不要担心，下面我会一一介绍。

• 核仁（nucleolus）：核仁是位于细胞核的核心，由蛋白质和RNA构成。它最主要的功能是制造核糖体（ribosome）。前面我们有学习过，核糖体是负责制造蛋白质的，而基因正是通过指导核糖体生产蛋白质来掌控细胞的。因此，核仁可以说是一个细胞的核心。

• 核被膜（nuclear envelope）：核被膜是双层的。它包裹在细胞核外部，将细胞核与细胞质分隔开来，并帮助细胞核保持应有的形状。

• 染色质（chromatin）：染色质包含了细胞中所有的染色体（chromosome）。而染色体则是DNA的载体。它就像是电脑的硬盘，存储了细胞的所有信息。

• 内质网（Endoplasmic reticulum/E.R.）：内质网分为光滑和粗糙两个类型。 其中，光滑内质网（smooth E.R.）负责辅助脂肪的合成，碳水化合物的分解，以及钙（calcium）的储存。粗糙内质网（rough E.R.）则负责蛋白质的合成与运输。能够合成蛋白质，是因为rough E.R.上有很多核糖体（ribosome）。

• 高尔基体（Golgi apparatus）：高尔基体负责对合成出的蛋白质进行修改和包装。如果说蛋白质的生产是一条流水线，那么高尔基体负责的则是生产的最后一道工序。

• 溶酶体（lysosome）：溶酶体是一个球状的小容器。根据细胞功能的不同，溶酶体的数量也不相同。溶酶体里面储存的是酶（enzymes）。有了酶，细胞中诸如消化，合成一类的化学反应才能发生。

• 线粒体（mitochondrion）：线粒体负责给细胞提供能量。它会将运输到细胞中的营养物质，如碳水化合物、蛋白质和脂肪转化为ATP，也就是一种细胞可以利用的能量。我们可以把它看作细胞的食品加工厂。

• 中心体（centrosome）：中心体将细胞中所有的微管（microtubules）组合在了一起。这些微管可以帮助细胞维持形状和移动。同时，它们也在细胞的有丝分裂（mitosis）中起到了重要作用。

植物细胞

植物细胞有三个动物细胞没有的结构：细胞壁（cellwall），叶绿体（chloroplast）和大液泡（centralvacuole）。细胞壁负责支撑和保护；叶绿体负责进行光合作用（photosynthesis），将太阳光的能量转化为植物可以利用的化学能量；而液泡则是植物细胞的仓库，负责储存植物生长所需的各种物质。它也可以帮助细胞吸收水分，清除有毒物质。

原核细胞vs 动物细胞vs 植物细胞

在AP生物中，不同种类的细胞间的区别是一大考点。下面的表格总结了最主要的三种细胞在结构上的区别：

Ending：

看到这里，你应该已经大概了解了细胞的工作原理，并理解了不同种类的细胞之间的区别了。

懂得这些，你就可以放心地学习AP生物中更为复杂的一些知识点了，比如蛋白质的合成、细胞的分裂、光合作用等。