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在光学显微镜下,单细胞植物(如绿藻门的衣藻)的叶绿体中,可以观察到一种被称为“眼点”
的结构。
眼点是一种复杂的三明治状膜结构,其上有多排颗粒,每个颗粒中含有大约200种不同的蛋白质。
其中有一种被称为视紫红质的物质,它与在人类视网膜中发现的视紫红质结构完全相同。
因此,眼点具有感光的特性,可在受到光刺激后产生相应信号并促使鞭毛以不同的方式摆动,使藻类细胞游向相对明亮而又不被强光照射的区域。
虽然眼点可以被看作是一个原始的眼睛,但它并不具有成像功能。
即便如此,眼点已足以为生物体提供其需要的所有信息,帮助其控制昼夜节律,并优化光合作用活动。
组织培养
哺乳动物细胞的相关知识大多源自大量离体研究的成果。
在离体研究中,细胞通常生活在含有培养基的玻璃或塑料瓶中,温度维持在37℃,气体环境为含有5%二氧化碳的空气,从而尽可能地模拟体内环境。
植物细胞也可以进行培养,但通常需要对其细胞壁进行剥离处理。
体外细胞与组织培养的实验可追溯到19世纪末。
1910年左右,罗斯·哈里森(RossHarrison)在美国巴尔的摩首次建立了组织与细胞培养的方法。
取自实验小鼠胚胎的组织(如肺等)通常可以像培养的单细胞一般生长良好,并形成“原代培养物”
,但它们通常寿命有限,在经过50轮左右的细胞分裂后将逐渐死亡。
从固体组织中分离的细胞需要附着在塑料器皿的表面才能继续生长并完成细胞分裂。
但通常情况下,存在于血液中的血细胞则不需要附着于器皿表面,而是通过“悬浮”
的方式进行培养。
细胞通常以单一类型的方式进行培养,但混合的细胞培养物(如从骨髓中分离出的细胞集群)也可以成功存活,同时还能如在体内一般保持细胞间的相互作用。
当一小块组织被切下并置于培养条件下时,最先开始生长的细胞是生物体内可对损伤做出响应的细胞,即成纤维细胞(fibroblast)。
成纤维细胞是组成我们身体结构框架的结缔组织(如韧带和筋腱)的重要成员。
当机体受到损伤后,成纤维细胞可以将伤口的边缘聚拢,同时分泌出胶原蛋白以形成疤痕组织。
在体外培养时,成纤维细胞呈现出长而薄的形状,当其在培养器皿表面移动时,细胞的前部会伸出并呈扇形展开(如图3c所示)。
几天之内,连续几轮的细胞分裂将导致细胞培养瓶的表面变得越发拥挤,当培养瓶没有足够的空间提供给新分裂的细胞时,细胞分裂将会停止。
这被称为密度依赖的细胞生长抑制,是正常细胞所具有的特征,而从肿瘤中分离的细胞则不具备这一特性。
当发生密度依赖的生长抑制时,我们需要对细胞进行传代,并将细胞以较低的密度接种于新的培养瓶中。
原代细胞在经过约50次分裂后就会死亡,这给大多数实验带来时间限制的不便,因此,研究人员往往更喜欢使用能无限次分裂的“永生”
细胞系(通常来源于肿瘤)进行实验。
图3细胞的类型及其形状
a.造血(血液)干细胞(haemopoieticstemcell),呈球形;b.上皮细胞(epithelialcell),呈多边形;c.成纤维细胞(fibroblast);d.脂肪细胞(adipocytefatcell);e.通过触手吸食草履虫的奇异枝吸管虫
图a~d中的细胞均通过组织培养的方式生长。
其中脂肪细胞的表面较为光滑,不过其他类型的细胞更为典型,即表面具有膜皱褶以及指状延伸(微绒毛)。
图d中左下角的圆形细胞为正常细胞,从图中可以看出脂肪细胞与正常细胞之间的大小差异
海拉细胞——第一个永生的人类细胞系
虽然永生的人类细胞系通常来源于肿瘤,但众所周知,肿瘤活检标本的原代培养体系极难建立,其成功率仅为1%。
第一个人类永生细胞系由美国巴尔的摩的乔治·盖伊(Geey)于1951年成功建立,即海拉细胞。
海拉细胞的名字取自细胞的来源——位名叫亨丽埃塔·莱克斯(HeaLacks)的女士的宫颈肿瘤活检标本。
亨丽埃塔的病情确诊于约翰·霍普金斯医院。
在1951年,约翰·霍普金斯医院是美国为数不多的几家可以接待无医疗保险的黑种人就诊的医院之一。
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