細(xì)胞生物學(xué)：細(xì)胞的大小及體積的恒定
來源：網(wǎng)絡(luò)發(fā)布時間：2009-09-22
細(xì)胞最為典型的特點(diǎn)是在一個極小的體積中形成極為復(fù)雜而又高度組織化的結(jié)構(gòu)。典型的原核細(xì)胞的平均大小在1～10μm之間，而真核細(xì)胞的直徑平均為3～30μm，一般為10～20μm （圖1-3）。
圖1-3 典型的原核、真核、病毒和分子的大小
■ 細(xì)胞體積的守恒定律
不同細(xì)胞的大小變化很大， 如人的卵細(xì)胞的直徑只有0.1mm， 而鴕鳥的卵細(xì)胞的直徑則有5cm.但是， 同類型細(xì)胞的體積一般是相近的，不依生物個體的大小而增大或縮小。如人、牛、馬、鼠、象的腎細(xì)胞、肝細(xì)胞的大小基本相同。因此，器官的大小主要決定于細(xì)胞的數(shù)量，與細(xì)胞的數(shù)量成正比，而與細(xì)胞的大小無關(guān)，把這種現(xiàn)象稱之為“細(xì)胞體積的守恒定律”。
■ 限制細(xì)胞體積大小的因素
● 體積同表面積的關(guān)系
以球形細(xì)胞為例（體內(nèi)的細(xì)胞并非都是球形），計算體積同表面積的關(guān)系（圖1-4）。結(jié)果表明，球形細(xì)胞增大，其體積增加的比例要比表面積增加得多。這樣，當(dāng)細(xì)胞增大到一定程度時，質(zhì)膜的表面積就不適應(yīng)細(xì)胞進(jìn)行內(nèi)外物質(zhì)的交換，細(xì)胞為了維持一個最佳的生存條件，必需維持最佳的表面積，從而限制了體積的無限增大。
圖1-4 細(xì)胞體積與表面積間的關(guān)系
● 細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵分子的濃度
一些重要的分子在細(xì)胞內(nèi)的拷貝數(shù)是很少的，當(dāng)細(xì)胞體積增大時，這些分子的濃度就越來越稀釋，一些重要的生化反應(yīng)需要一定的濃度才能進(jìn)行，所以細(xì)胞內(nèi)分子濃度就成了限制細(xì)胞體積無限增大的另一個因素�！ �
● 酶蛋白質(zhì)種類的限制
細(xì)胞不僅對體積的增大有限制，而且對體積的減少也有限制。一個生活細(xì)胞要維持正常的獨(dú)立生活功能，最低限度需要500～1000種不同類型的酶和蛋白質(zhì)，這是目前在支原體（mycoplasma）中所發(fā)現(xiàn)的酶和蛋白質(zhì)的量。而支原體是目前所知最小原核細(xì)胞，很顯然，細(xì)胞體積最小化受制于維持細(xì)胞生命活動所需的酶和蛋白質(zhì)種類的最低限度。
