细胞生物学

细胞曾经是肉眼不可见的，随着复合显微镜的发明，在17世纪的欧洲，细胞首次被观察到。罗伯特·胡克（Robert Hooke）是第一个在观察了软木后将所有生物体的结构单元称为“细胞”的人。^[3]细胞学说指出所有生物都是由细胞组成的。^[4]该理论还指出，植物和动物都由细胞组成，这一点在1839年得到了植物科学家马蒂亚斯·施莱登（Matthias Schleiden）和动物科学家西奥多·施旺（Theodor Schwann）的证实。^[4]19年后，鲁道夫·魏尔啸（ Rudolf Virchow ）对细胞学说做出了贡献，其认为所有细胞都来自于原始细胞的分裂。^[4]近年来，有许多研究对细胞学说提出了质疑。科学家们难以确定病毒是否属于生物。病毒缺乏活细胞所具有的共同特征，如细胞膜、细胞器和自身繁殖的能力。^[5]病毒的大小从0.005微米到0.03微米，而细菌的大小从1微米到5微米。^[6]现代细胞生物学研究着眼于在体外以不同的方法培养和处理细胞，以进一步研究人体解剖学和生理学，从而促进疾病的治疗和药物研发等。用于研究细胞的技术在不断发展。显微镜技术的进步，如荧光显微镜、相差显微镜、暗场显微镜、共聚焦显微镜、细胞计量术、透射电子显微镜等，让科学家对细胞结构有了更好的理解。^[7]

细胞有两种基本分类:原核细胞和真核细胞。两者的主要区别是有无细胞器。其他因素，如大小、它们增殖的方式和细胞数目，使它们不同于彼此。^[8]真核细胞包括动物、植物、真菌，和原生动物细胞，它们都有一个被膜包裹的细胞核，且细胞的形状大小各不相同。原核细胞，包括细菌和古生菌，其缺乏膜包裹的细胞核。原核细胞比真核细胞小得多，这使原核细胞成为最小的生命形式。^[9]细胞学家通常关注真核细胞，而微生物学家关注原核细胞，但是也存在例外。

细胞的普遍结构和分子组成

3.1 化学和分子环境

对细胞的研究是在分子水平上进行的；然而，大部分的细胞生理过程是由有机小分子、无机离子、激素和水的混合物组成的。水分子大约占了细胞体积的75-85%，由于其极性和结构，水成为不可缺少的溶剂。细胞内的这些分子作为底物，为细胞进行代谢反应和信号传递提供了合适的生理环境。因为细胞的形状在不同种类的生物中有所不同，所以可以将其分为两类:真核生物和原核生物。就真核细胞而言，其由动物、植物、真菌和原生动物细胞组成，形状通常为圆形、球形或椭圆形^[10]。然而，对于原核细胞，其由细菌和古生菌组成，形状为球形(球菌)、杆状(芽孢杆菌)、弯曲状(弧菌)和螺旋状(螺旋菌)。^[10]

细胞生物学更多地关注真核细胞及其信号通路的研究，而不是包含在微生物学中的原核细胞。细胞一般分子组成的主要成分包括蛋白质和脂类，它们要么自由流动，要么与膜结合，以及与被称为不同的内部隔间的细胞器结合。细胞的生理环境是由亲水和疏水区域所组成，其促进上述提及的分子和离子的交换。细胞的亲水区域主要位于细胞的内部和外部，而疏水区域位于细胞膜中的磷脂双分子层。细胞膜由脂质和蛋白质组成，由于这些属于非极性物质，所以细胞膜具有疏水性。因此，为了使这些分子参与细胞内的反应，它们需要能够穿过这个膜层进入细胞。它们通过渗透压、扩散、浓度梯度和膜通道实现进入细胞的过程。细胞内部含有大量的内部亚细胞的膜结合的区室，其被称为细胞器。

3.2 细胞器

细胞包含特殊的亚细胞区室，包括细胞膜,细胞质，线粒体，和核糖体。

4.1 生长与发育

细胞的生长过程不涉及细胞的大小，而是指在给定时间内存在于生物体中细胞数目的密度。细胞生长是指生物体生长发育过程中细胞数目的增加；随着生物体变得越来越大，存在的细胞数目也越来越多。 细胞是所有生物体的基础，它们是生命的基本单位。细胞的生长和发育对于宿主的维持和生物体的生存至关重要。在这个过程中，细胞经历了细胞周期和发育的步骤，包括细胞生长、DNA（脱氧核糖核酸)复制、细胞分裂、再生、特化和细胞死亡。细胞周期分为四个不同的阶段，G1、S、G2和M。G期是细胞生长阶段，约占细胞周期的95%。^[11]细胞的增殖起始于祖细胞，然后细胞分化变得特化，相同类型的分化细胞聚集形成组织，然后形成器官，最终形成系统。^[12]G期和S期包括DNA复制、损伤和修复，其被视为是细胞周期的间期部分。 而M期(有丝分裂和胞质分裂)是细胞周期的细胞分裂部分。^[11]细胞周期受一系列信号传递因子和复合物调节，举几个来说，例如细胞周期素依赖性激酶和p53 。当细胞完成其生长过程时，如果发现它受到损伤或发生变异，其会经历细胞死亡，要么凋亡要么坏死，从而消除它可能对生物体生存造成的危害。

4.2 其他细胞过程

• 主动运输和被动运输-分子进出细胞的运动。
• 自噬 -细胞“吃掉”自身内部成分或微生物入侵者的过程。
• 粘附性 -将细胞和组织结合在一起。
• 细胞迁移-趋化性,收缩,纤毛和鞭毛。
• 细胞信号传导 -外部信号对细胞行为的调节。
• 分裂 -细胞通过有丝分裂(产生母细胞的克隆)或减数分裂(产生单倍体配子) 进行增殖。
• DNA修复-细胞死亡和细胞衰老。
• 代谢 - 糖酵解、呼吸、光合作用和化学合成。
• 信号传递 -调节细胞内活动的过程。
• 转录和 mRNA剪接 - 基因表达。

• Penner-Hahn, James E. (2013). "Chapter 2. Technologies for Detecting Metals in Single Cells. Section 4. Intrinsic X-Ray Fluorescence". In Bani, Lucia. Metallomics and the Cell. Metal Ions in Life Sciences. 12. Springer. pp. 15–40. doi:10.1007/978-94-007-5561-1_2. ISBN 978-94-007-5560-4. PMID 23595669.电子书ISBN 978-94-007-5561-1 ISSN 1559-0836电子-ISSN 1868-0402

• 《细胞和分子生物学》，卡普第五版，ISBN 0-471-46580-1
•  本条目引用的公有领域材料来自NCBI的文档《Science Primer》。

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