细胞器在不断地合成，而各种物质也在不断地出入细胞，所有这些过程都在一定程度上包含了物质的扩散。细胞越大，物质穿过质膜到达细胞中心的时间越长。因此，由体积小的细胞形成的生物要比体积大的细胞组成的生物有优势。小细胞的好处，用表面积对体积比（surfacearea-to-volumeratio）更能直观地表现出来。当细胞的大小增加时，其体积的增加比表面积的增加要快很多。如球形细胞，表面积的增加等于半径增加的平方，而体积增加则是半径增加的立方。因此，如果两个细胞的半径相差10倍，那么其表面积差100倍，其体积相差1000倍（图5.4）。Cell radius1cm10cmSurfgce area12.57cm21257cm2细胞只能通过其表面才可(4r)Volume4189cm4.189cm2G元r)以与环境相互作用，因为图5.4表面积与体积之比。当细胞变大时，它的体积比表所有物质必须通过质膜进面积变大得更快。如果细胞的半径增大到10倍，那么其出细胞，这层膜在控制细表面积增大到100倍，而体积是1000倍。相对于一个细胞的体积，其表面积必须足够大。胞功能上起了很关键的作Cell radius细胞半径，Surfacearea表面积，Volume体积用。因为小细胞中单位体积所拥有的表面积比大细胞大，所以控制也更有效。尽管大部分细胞都很小，但仍然有某些细胞的体积很大。这是由于某些适应机制使它们可以克服表面积体积比的问题。例如，某些细胞有多个核，使遗传信息能够在较大的细胞内传布。也有某些大细胞使用主动运输在细胞质中运输物质，这可以消除因扩散作用而带来的限制。最后，一些大细胞，如我们的神经元(neuron)，又长又细，使细胞质里的每个点都可以十分靠近质膜，那么细胞内外的扩散仍可以很快进行。多细胞生物多是由许多体积很小的细胞组成的，而不是由较大的细胞组成。这是因为小细胞能更为有效地发挥功能。它们有更大的相对表面积，使细胞内外有更快的交流
图5.4表面积与体积之比。当细胞变大时，它的体积比表 面积变大得更快。如果细胞的半径增大到10倍，那么其 表面积增大到100倍，而体积是1000倍。相对于一个细胞 的体积，其表面积必须足够大。 Cell radius 细胞半径，Surface area 表面积，Volume 体积 细胞器在不断地合成，而各种物质也在不断地出入细胞，所有这些过程都在一定 程度上包含了物质的扩散。细胞越大，物质穿过质膜到达细胞中心的时间越长。 因此，由体积小的细胞形成的生物要比体积大的细胞组成的生物有优势。 小细胞的好处，用表面积对体积比（surface area-to-volume ratio）更能 直观地表现出来。当细胞的大小增加时，其体积的增加比表面积的增加要快很多。 如球形细胞，表面积的增 加等于半径增加的平方， 而体积增加则是半径增加 的立方。因此，如果两个 细胞的半径相差10倍，那 么其表面积差100倍，其体 积相差1000倍（图5.4）。 细胞只能通过其表面才可 以与环境相互作用，因为 所有物质必须通过质膜进 出细胞，这层膜在控制细 胞功能上起了很关键的作 用。因为小细胞中单位体 积所拥有的表面积比大细胞大，所以控制也更有效。 尽管大部分细胞都很小，但仍然有某些细胞的体积很大。这是由于某些适应 机制使它们可以克服表面积体积比的问题。例如，某些细胞有多个核，使遗传信 息能够在较大的细胞内传布。也有某些大细胞使用主动运输在细胞质中运输物 质，这可以消除因扩散作用而带来的限制。最后，一些大细胞，如我们的神经元 (neuron)，又长又细，使细胞质里的每个点都可以十分靠近质膜，那么细胞内外 的扩散仍可以很快进行。 多细胞生物多是由许多体积很小的细胞组成的，而不是由较大的细胞组成 ，而不是由较大的细胞组成。 这是因为小细胞能更为有效地发挥功能。它们有更大的相对表面积 。它们有更大的相对表面积，使细胞内 外有更快的交流
5.2真核细胞远比细菌要复杂。细菌是简单的细胞细菌，一种原核生物，是最简单的有机体。原核细胞很小，胞内无明显的细胞器，主要结构包括细胞质、外层的细胞膜和最外层坚硬的细胞壁。原核细胞就像一个单房PiliDNA间的小屋：Ribosomes吃，睡，甚至看电视都Flagellum在同一个房间里（图5.5）。细菌Capsule对于整个生Cell wall物圈有着重Plasmamembrane要的作用。图5.5细菌细胞的结构。细菌结构示意图。一些细菌有一些毛发状物长它们吸收光在细胞外，称之为“缴毛”。Ribosomes核糖体，Pili纤毛，Flagellum鞭毛，Capsule荚膜，Cell线进行光合wall细胞壁，Plasmamembrane质膜作用，分解死去的生物体以重新利用它们的组分，导致疾病，并涉及许多重要的工业流程。我们将在第34章对细菌作重点讨论。坚实的细胞壁大多数细菌都被一层由肽聚糖（peptidoglycan)组成的坚实的细胞壁包裹着。肽聚糖是一种以短的多肽链交联的多糖，真核生物中的细胞壁不含有该种成分。除了结核杆菌和麻风杆菌等少数例外，所有细菌都可以根据革兰氏染色法(Gramstainingprocedure）对细胞壁的染色结果，分成两种。这种染色法是以它的发明者，丹麦微生物家汉斯·克里斯丁·革兰HansChristianGram）的名字命名的。它原先用于探测某些致病的细菌。革兰氏阳性菌（Gram-positivebacteria)有一层很厚的细胞壁，可以保留革兰氏染色中的紫色染料（结晶紫
图 5.5 细菌细胞的结构 细菌细胞的结构。细菌结构示意图 。 。一些细菌有一些毛发状物长 在细胞外，称之为“繖毛”。 Ribosomes 核糖体，Pili 纤毛，Flagellum 鞭毛，Capsule 荚膜，Cell wall 细胞壁，Plasma membrane 质膜 5.2 真核细胞远比细菌要复杂 5.2 真核细胞远比细菌要复杂。 细菌是简单的细胞 细菌，一种原核生物，是最简单的有机体。原核细胞很小，胞内无明显的细 胞器，主要结构包括细胞质、外层的细胞膜和最外层坚硬的细胞壁。原核细胞就 像一个单房 间的小屋: 吃，睡，甚 至看电视都 在同一个房 间里（图 5.5）。细菌 对于整个生 物圈有着重 要的作用。 它们吸收光 线进行光合 作用，分解 死去的生物体以重新利用它们的组分，导致疾病，并涉及许多重要的工业流程。 我们将在第34章对细菌作重点讨论。 坚实的细胞壁 大多数细菌都被一层由肽聚糖(peptidoglycan)组成的坚实的细胞壁包裹 着。肽聚糖是一种以短的多肽链交联的多糖，真核生物中的细胞壁不含有该种成 分。除了结核杆菌和麻风杆菌等少数例外，所有细菌都可以根据革兰氏染色法 (Gram staining procedure) 对细胞壁的染色结果，分成两种。这种染色法是以 它的发明者，丹麦微生物家汉斯·克里斯丁·革兰 (Hans Christian Gram)的名 字命名的。它原先用于探测某些致病的细菌。革兰氏阳性菌(Gram-positive bacteria)有一层很厚的细胞壁，可以保留革兰氏染色中的紫色染料（结晶紫
校注），使之在显微镜下显示紫色。另外一些类型的细菌演化出更复杂的细胞壁，它们是多层的，而且不会保留革兰氏染色后的紫色染料，所以这种细菌就会显出背景的红色，因而被命名为“革兰氏阴性细菌”（Gram-negativebacteria)。细菌对抗生素的敏感性常常取决于它们细胞壁的结构。例如，青霉素（Penicillin）和万古霉素（vancomycin）干扰将细胞壁中的多糖结合在一起的短肽之间的交联，就像把一间木屋子的所有钉子卸下来一样。这样就破坏了基质的整体性，使细胞壁无法再阻挡水进入细菌内，细胞便胀裂而死。细胞壁保护细胞，维持它的形状和防止过度吸水。植物，真菌和大多数原生生物都具有细胞壁，只是成分不一样而已，我们将在后面对此进行讨论。我们称长链的糖为多糖，它存在于很多细菌的细胞壁上，这使细菌能粘在牙齿、皮肤和食物上一实际上几乎在任何能支持它们生长的表面。很多致病的细菌还分泌一种胶状的多糖保护囊，包裹自己。鞭毛的旋转(a)一些细菌(c)利用鞭毛来运Bacterial cell wall动。鞭毛很长，Rotary呈细丝状结motor构，从细胞表面突出，可用(b)于运动和觅SheathFlagellin食。细菌的鞭图5.6细菌靠转动它们的鞭毛来运动。（a)这是霍乱弧菌的图象，这种细菌可以导致严重的霍乱病。图顶部没有鞘的中心部分由鞭毛蛋白的毛是从细胞里单晶组成。(b)在完整的鞭毛里，中心部分是由一种弹性鞘膜包裹的。延长出来的纤(c）想像你站在弧菌的内部像转动曲柄一样转动鞭毛，就像你转动一个弹性管里的线那样，你可造成在鞭毛里传播一个螺旋性的波。当细维蛋白。每个菌游泳时，它就起动这种转动运动。细胞或许有一Bacterialcellwall细菌的细胞壁，Rotarymotor旋转马达，条或多条鞭Flagellin鞭毛蛋白，Sheath鞘毛，也有一些是没有的，这因其种类而异。细菌可以通过像螺旋奖那样摆动鞭毛来游动，速度可以达到每秒20个细胞长度（图5.6）。细菌有一个独特的”马达
图5.6 细菌靠转动它们的鞭毛来运动 细菌靠转动它们的鞭毛来运动。(a)这是霍乱弧菌的图象 。 ，这种 细菌可以导致严重的霍乱病。图顶部没有鞘的中心部分由鞭毛蛋白的 单晶组成。(b)在完整的鞭毛里，中心部分是由一种弹性鞘膜包裹的。 (c)想像你站在弧菌的内部像转动曲柄一样转动鞭毛 ,就像你转动一 个弹性管里的线那样，你可造成在鞭毛里传播一个螺旋性的波。当细 菌游泳时，它就起动这种转动运动。 Bacterial cell wall 细菌的细胞壁， Rotary motor 旋转马达， Flagellin 鞭毛蛋白， Sheath 鞘 校注），使之在显微镜下显示紫色。另外一些类型的细菌演化出更复杂的细胞壁， 它们是多层的，而且不会保留革兰氏染色后的紫色染料，所以这种细菌就会显出 背景的红色，因而被命名为“革兰氏阴性细菌” (Gram-negative bacteria)。 细菌对抗生素的敏感性常常取决于它们细胞壁的结构。例如，青霉素 （Penicillin）和万古霉素（vancomycin）干扰将细胞壁中的多糖结合在一起的 短肽之间的交联，就像把一间木屋子的所有钉子卸下来一样。这样就破坏了基质 的整体性，使细胞壁无法再阻挡水进入细菌内，细胞便胀裂而死。 细胞壁保护细胞，维持它的形状和防止过度吸水。植物，真菌和大多数原生 生物都具有细胞壁，只是成分不一样而已，我们将在后面对此进行讨论。 我们称长链的糖为多糖，它存在于很多细菌的细胞壁上，这使细菌能粘在牙 齿、皮肤和食物上—实际上几乎在任何能支持它们生长的表面。很多致病的细菌 还分泌一种胶状的多糖保护囊，包裹自己。 鞭毛的旋转 一些细菌 利用鞭毛来运 动。鞭毛很长， 呈细丝状结 构，从细胞表 面突出，可用 于运动和觅 食。细菌的鞭 毛是从细胞里 延长出来的纤 维蛋白。每个 细胞或许有一 条或多条鞭 毛，也有一些是没有的，这因其种类而异。细菌可以通过像螺旋桨那样摆动鞭毛 来游动，速度可以达到每秒20个细胞长度（图5.6）。细菌有一个独特的"马达" (b) (a) (c)