[科普中國]-細(xì)胞體積守恒定律

生物有機(jī)體內(nèi)細(xì)胞種類繁多，各種細(xì)胞的大小相差懸殊，形態(tài)各異。但是不論同類動植物的個(gè)體差異有多大，同一器官或組織的細(xì)胞大小是在一個(gè)恒定的范圍之內(nèi)，器官組織的大小主要取決于細(xì)胞的數(shù)量，而與細(xì)胞的大小無關(guān)，這就是“細(xì)胞體積守恒定律”。

釋義生物有機(jī)體內(nèi)細(xì)胞種類繁多，各種細(xì)胞的大小相差懸殊，形態(tài)各異，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。但是不論同類動植物的個(gè)體差異有多大，同一器官或組織的細(xì)胞大小是在一個(gè)恒定的范圍之內(nèi)，如人、牛、馬、鼠、象的腎細(xì)胞、肝細(xì)胞的大小基本相同。器官組織的大小主要取決于細(xì)胞的數(shù)量，而與細(xì)胞的大小無關(guān)，這就是“細(xì)胞體積守恒定律”。1

細(xì)胞特點(diǎn)細(xì)胞最為典型的特點(diǎn)是在一個(gè)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。

不同細(xì)胞大小不一樣，幾乎都不能用肉眼看到，絕大多數(shù)只能在顯微鏡下才能觀察。細(xì)胞內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)只能在電子顯微鏡下觀察。

典型的原核、真核、病毒和分子的大小如圖所示。2

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(jì)算體積同表面積的關(guān)系（如圖）。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(shí)，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(gè)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。

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(shí)，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(gè)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(gè)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。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

郭亮 - 副教授 - 中國海洋大學(xué)