细菌细胞
Inside a bacterial cell
开始之前
细菌是地球上最古老的生命形式之一,至今仍无处不在:土壤里、海洋里,还有我们自己的肠道里,其中大多数对我们无害。在动物细胞页面,DNA 位于由双层膜包围的细胞核中。细菌要小得多,根本没有细胞核,却同样能保存指令、制造蛋白质并成功繁殖。看看细菌缺少了什么,就能知道哪些细胞结构是真正必不可少的。这里所示的代表性细菌,分裂方式比我们的细胞简单:复制环状 DNA,然后一分为二。它不必经过有丝分裂与减数分裂页面讲的那套过程,那一页也不用先读。
细菌没有被核膜包围的细胞核,那么它的遗传物质在哪里?先打开这个细菌模型,找到细胞膜,再观察内部保存信息的 DNA 和制造蛋白质的核糖体。我们会分别解释这些结构,再比较有没有核膜会带来什么不同。这里画的是一种示意细菌,其中的附加结构并不是每一种细菌都有。
实验设置这是一个放大的杆状细菌,被切开以便看清它的各层结构。在模型中或列表里选择一个结构,可以读到它的名称、作用以及辨认它的线索;“看近一点”会移近观察细节。剖面开关可以把细胞合上,显示带有毛发状菌毛和鞭毛的外表面。
怎样观察从边界开始:这个细菌有一层外膜、一层薄薄的网状细胞壁,以及内侧的细胞膜,依次选中每一层。然后在内部寻找盘绕的 DNA,即拟核,并注意它周围没有膜包裹。再找到散布在它周围的核糖体,以及叫作质粒的小 DNA 环。没有细胞核,并不等于没有 DNA。
先预测细菌没有细胞核。它的边界是一层还是几层?
细胞膜
细胞既要从外面取得物质,也不能让所有物质自由流进流出,所以需要有选择性的边界。细胞膜主要由磷脂和蛋白质组成。磷脂是一种一端容易接触水、另一端不容易接触水的分子。在有水的环境里,它们排成两层:怕水的一头朝里,两两相对;容易接触水的一头朝外。两层贴在一起,合起来只算一层细胞膜。膜中的蛋白质可提供通道,或帮助特定物质跨过这层边界。
包围细胞内部的薄膜。有细胞壁的细胞,细胞壁位于细胞膜外;动物细胞没有细胞壁。
跟随一份制造蛋白质的信息
细胞模型展示结构的位置;这个分步构造解释“用 DNA 信息制造蛋白质”中间发生了什么。DNA 保存制造信息,工作副本是照着它抄下来的信使 RNA。由你逐步前进,不会自动跳到下一步。
每个数字方块表示指定一个氨基酸单位的信息,每个圆表示氨基酸单位本身。氨基酸是蛋白质链上的小单位,像串起来的小珠子。相同颜色让我们跟随信息与链的顺序。这些是信息标记,不是 DNA 或 RNA 分子的真实形状。距离和单位数量均为看清步骤而选择。
细胞的边界控制什么能进出,内部结构负责制造和保存信息。跟随一份制造蛋白质的信息,看看这些部分怎样配合,也看看这个细胞有哪些特别的结构。
前置知识:细胞是能进行生命活动的基本单位。它要取得物质、制造内部结构,还要保存并传递制造信息。细胞里的不同结构承担着这些工作,我们会在介绍每个结构时,把它和相应的需要联系起来。从三层边界开始
先预测细菌没有细胞核。它的边界是一层还是几层?
这个示例细菌从外向内有三层:外膜、薄薄的细胞壁,以及最内侧的细胞膜。外膜是额外的一道边界,细胞壁主要提供支撑,细胞膜控制物质进出。选择细胞膜可以看到最内侧的边界;它外面还有细胞壁和外膜,可以分别选中比较。不是每一种细菌都有外膜。
怎样观察
- 选择外部边界或内部结构查看说明,比较细胞壁与细胞膜的不同作用。
- 点选一个结构,读它在细胞中做什么,再用聚焦按钮看细节。
- 寻找拟核和核糖体;“没有细胞核”不等于“没有 DNA”。
这个模型简化了什么
结构比例、数量和颜色为教学调整;剖面不代表显微镜原始图像。细胞内结构不是固定不变的。此处各用一种代表细胞,不意味着该类所有细胞都完全相同;细菌附属结构、植物叶绿体、真菌形态尤其存在差异。
