1.細胞和細胞間質
細胞是有機體形態結構和功能的基本單位。動物體的結構雖然十分複雜、功能多樣，但都是由細胞和細胞分泌成分——細胞間質共同構成。細胞和細胞間質構成機體的各種組織、器官和係統，從而構成一個完整的有機體，表現出生長、發育、繁殖、衰老、死亡、變異等各種生命活動。
當今細胞學是在顯微結構、超微結構及分子水平等不同層次上，以研究細胞結構、功能及生命活動為主的學科，因此又稱為細胞生物學。其早期研究主要是以光學顯微鏡下細胞的形態觀察為主，20世紀50～60年代以來，細胞超微結構的研究取得的成就使人們對動物機體結構的認識大大加深。70年代以後，分子生物學方法與概念的引入使這門學科發展到了能夠從分子水平上探索細胞生命活動的規律。
動物體內的細胞由於功能和所處位置不同呈現出不同的形態，如適於物質穿越交換的內皮細胞和肺泡上皮呈薄而扁平形，適於血管中流動的血細胞呈球形，適於接受和傳導信息的神經細胞具有的突起等。
細胞的大小相差懸殊，小的細胞其直徑隻有數微米，如下丘腦神經元直徑僅3～4μm，而成熟哺乳動物卵細胞直徑可達100μm以上，雞卵細胞直徑可達數厘米。構成動物機體的細胞數量巨大，有統計表明，1g哺乳動物的肝與腎組織有2.5億～3億個細胞。成人有機體內約有1014個細胞，初生嬰兒體內約有1012個細胞。
1.1 細胞的構造
細胞的形態雖然不同，但基本結構都是由細胞膜、細胞質和細胞核三部分構成。
1.1.1 細胞膜
又稱細胞質膜，是指圍繞在細胞最外層，由脂類和蛋白質組成的薄膜。細胞膜構成細胞結構上的邊界，使細胞具有一個相對穩定的內環境，同時在細胞與環境進行物質交換、能量交換及信息傳遞過程中也起著決定性的作用。
動物細胞內部存在由膜圍成的各種細胞器，這些細胞內的膜係統與細胞質膜統稱生物膜。它們具有共同的結構特征。
（1）細胞膜的分子結構模型
對細胞膜的分子結構認識經曆了很長時間。1925年用有機溶劑抽提人的紅細胞膜的膜脂成分並測定單層分子在水麵的鋪展麵積，發現它為紅細胞表麵積的兩倍，提示了質膜是由雙層分子構成的。隨後，發現細胞膜表麵張力比油—水界麵的表麵張力低，且已知脂滴表麵有吸附蛋白質能力，推測細胞膜中含有蛋白質，並提出蛋白質—脂類—蛋白質的三明治式細胞膜結構模型。1959年提出單位膜模型，認為所有生物膜均由蛋白質—脂類—蛋白質為基本組成單位的膜構成。電鏡超薄切片中，經鋨酸固定的細胞膜顯示暗—亮—暗3條帶，兩側的暗帶厚約2nm，為蛋白質，中間亮帶厚3.5nm，為雙層脂質分子。
1972年，在總結前人研究基礎上，以及運用免疫熒光標記技術（證明膜的流動性）、冰凍蝕刻技術（顯示雙層膜質分子中有蛋白顆粒存在）等研究基礎上提出了細胞膜的流動鑲嵌模型，這一模型認為細胞膜的基本結構是由液態的脂質雙分子層中，鑲嵌著可移動的球形蛋白質，同時用鑲嵌在脂質分子層中的蛋白質種類和數量的不同來解釋膜功能上的差別，故能容納各類膜的差別性。該模型強調膜結構的不對稱性和膜的流動性，即認為細胞膜並不是固定不變、停滯不動的結構，而是液態、流動的結構。
（2）細胞膜的化學成分
細胞膜主要由蛋白質、脂類、糖類構成。
1）脂類主要包括磷脂、糖脂和膽固醇3種類型。磷脂又可分為兩類，即甘油磷脂和鞘磷脂，它們都是兼性分子，其構型是既有一個親水的極性部分（頭部），又有兩條疏水的非極性部分（尾部），在構成細胞膜時，脂質分子親水頭部伸向膜的兩側表麵，疏水的尾部則朝向膜的中央，彼此相對應，形成脂質雙分子層。
2）蛋白質蛋白質成分決定膜的活性。細胞膜中的蛋白質都是球蛋白，其表麵的氨基酸有的以親水基團為主，有的則以疏水性氨基酸為主。膜蛋白表麵的非極性部分與膜脂間的非極性疏水區通過疏水力牢固地結合起來。根據膜蛋白分離的難易及其與脂分子的結合方式，膜蛋白可分為兩大基本類型：外在膜蛋白或稱外周膜蛋白和內在膜蛋白或稱整合膜蛋白。
3）糖類細胞膜的糖類常和蛋白質或脂類結合形成糖蛋白和糖脂。糖蛋白和糖脂的糖基從細胞膜外表麵伸出並覆蓋在細胞外表麵形成外被（細胞衣cellcoat）。常見的單糖是半乳糖和甘露糖。
（3）細胞膜的功能細胞與周圍環境間的一切聯係都必須通過細胞膜。細胞生命活動中的許多現象，如物質運輸、能量轉換、代謝調控、細胞識別、遷移、免疫、信息傳導和腫瘤發生均與細胞膜有關。
1）物質運輸
細胞內外物質交換有下列3種主要機製。
擴散作用，指物質從高濃度區通過細胞膜運送到低濃度區的不耗能過程。擴散作用又分為簡單擴散和協助擴散兩種類型。簡單擴散是小分子物質通過熱運動方式從細胞膜一側自由擴散到另一側，這種跨膜運動的通透性主要取決於分子大小和分子的極性，小分子比大分子容易通過細胞膜，非極性分子比極性分子容易穿過細胞膜，帶電離子的跨膜運動則需要更高的自由能，可以穿過細胞膜簡單擴散的分子有H2O、O2、N2、葡萄糖、尿素等小分子。協助擴散與簡單擴散相同，也是向著小分子物質濃度減小方向進行跨膜運動，不需要消耗能量（因此二者都被稱為被動運輸，passivetransport），但協助擴散中，需要特異的膜蛋白協助轉運，這樣轉運的速度較快。膜轉運蛋白分兩類，一類稱為載體蛋白，如協助轉運葡萄糖分子的膜蛋白；另一類稱為通道蛋白，它可形成親水的通道，協助轉運一些離子成分，如K+、Na+、Ca2+等，因此又稱通道蛋白為離子通道。此結構在神經元與肌細胞衝動傳遞過程中起重要作用。
主動運輸是物質由濃度低的一側向濃度高的一側跨膜運動的方式。運輸過程需要消耗能量。如正常生理條件下細胞內的K+濃度高，Na+濃度低，要維持Na+、K+離子的這種分布狀態，防止簡單擴散使離子濃度在細胞膜內、外達到一致，細胞必須不斷向細胞外運送Na+，向細胞內運輸K+，這種主動運輸過程需要細胞膜上的“泵”。泵即細胞膜、線粒體膜等質膜上的膜蛋白，它是一種ATP酶，它可以分解ATP，放出能量，利用這個能量使作為泵的蛋白質發生構象變化，從而把物質逆濃度梯度跨膜運送。根據運送成分不同分別稱為Na+-K+泵、Ca2+泵和質子泵。主動運輸的另一種運輸形式是協同運輸跨膜轉運，而Na+離子跨膜濃度梯度的維持需要消耗ATP來實現，因此葡萄等成分的協同運輸過程是一個間接耗能過程。
胞吞作用與胞吐作用：大分子物質不能以滲透方式跨越細胞膜，而是通過細胞膜本身的運動，以形成小泡的形式將細胞膜外側（或內側）物質進行跨膜運輸。胞吞作用是通過細胞質膜內陷形成囊泡（內吞泡endosome）將外界物質裹進並運輸入細胞的過程，有些胞吞作用需要細胞膜特異受體蛋白的介導，如膽固醇在跨膜轉運時，需要通過與細胞表麵上的低密度脂蛋白受體特異的結合，然後才能形內吞進入細胞內。根據內吞物質的大小不同，胞吞作用又分為胞飲作用（吞噬液體或小分子成分，形成吞飲泡）和吞噬作用（吞噬較大的顆粒成分，形成吞噬小體）。胞吐作用是細胞內的分泌物和有界膜包裹的大分子物質形成小泡，小泡與細胞膜內側表麵靠近融合，並產生向外開放的小孔，將小泡內含物經小孔“吐”出細胞外。胞吞和胞吐作用都要消耗能量。
2）信號傳導
細胞膜上有的蛋白可作為受體，它能接受外界化學信號（如神經遞質、蛋白激素、生長因子等）的作用。信號物本身不進入細胞，隻是與細胞上的受體相結合，引起受體蛋白構型變化，從而導致細胞內部繼發一係列生理效應。細胞膜上的受體根據信號傳遞的機製不同可分為：①離子通道耦聯的受體的活化或抑製，使細胞內第二信使cAMP、IP3和DG等濃度發生變化，進而引起細胞反應。
3）細胞識別
細胞識別是細胞通過其表麵的受體與細胞信號物質分子（配基）選擇性地相互作用，從而導致細胞內一係列生理生化變化，最終表現為細胞整體生物學效應的過程。細胞膜在細胞識別過程中起著重要的作用，膜上的某些蛋白和糖鏈標記著種、屬、個體以及各型細胞的特征，這種特異的蛋白和糖鏈對另一種動物或個體可作為抗原，使其產生相應的抗體，從而引起免疫反應，同型細胞借此相互識別融合，異體組織或器官則產生相互排斥抑製。
此外，細胞膜還參與細胞運動、細胞分化和保護等作用。
1.1.2 細胞質位於細胞膜和細胞核之間，是細胞進行各種代謝過程和生理功能的主要場所。生活狀態下為半透明的膠狀物，普通染色常呈嗜酸性（粉紅色）。細胞質由基質、細胞器和包含物組成。
（1）基質基本成分有蛋白質、糖、無機鹽和水等。基質一般呈液態，具膠體的理化特性；隨生理活動的變化可實現溶膠與凝膠相互轉化。生活狀態下，各種細胞器，細胞核、包含物均懸浮於基質中。
（2）細胞器分布於細胞質內，是具有一定形態結構和執行一定功能的結構，包括線粒體、核糖體、內質網、高爾基複合體、溶酶體、過氧物酶體、中心體、微管和微絲等。
1）線粒體
除成熟的紅細胞外，所有細胞都具有線粒體。光鏡下線粒體呈線狀或粒狀，一般長為2～6μm，直徑為0.5μm。電鏡下線粒體為圓形或圓柱形小體，表麵由內外兩層單位膜包裹。外膜平整，內膜向內折疊形成許多板狀或管狀的小脊，稱為線粒體脊。外膜與內膜之間的空隙，稱為膜間腔，或外腔，寬10～20nm。脊之間的空隙，稱為脊間腔或內腔，腔內充滿線粒體基質。基質內含有多種與線粒體的功能有關的酶和電子密度很高的基質顆粒，是二價陽離子特別是Ca2+、Mg2+的聚集部位。
在脊膜與內膜的內表麵上有許多球狀的內膜基粒。它由頭、柄和基片三部分組成。頭部呈球形，直徑為8～10nm，借助於短的柄部連接在埋於內膜中的基片上。球狀的頭部實質上是ATP酶，參與ADP的磷酸化。
線粒體是糖、脂肪、氨基酸等供能物質最終氧化放能的場所。這種最終氧化的共同途徑是三羧酸循環和通過呼吸鏈的氧化磷酸化。現已知線粒體大約有100多種酶和輔酶，其中三羧酸循環的酶係主要分布於基質，氧化磷酸化作用在內膜上。由於細胞生命活動所需能量，約有95%來自線粒體，所以線粒體被喻為細胞的“動力站”。
2）內質網是一種膜性的網狀囊管係統，由不同大小的管泡或扁囊互相通連而成。根據其膜表麵是否附有核糖體，內質網可分為粗麵內質網和滑麵內質網兩種。
粗麵內質網主要是扁囊狀內質網，其膜表麵附有大量的核糖體顯得粗糙而得名。從膜的表麵看，核糖體排列成行、環或螺旋形。在不同類型和不同功能狀態的細胞內粗麵內質網的差別很大，以分泌蛋白類旺盛的細胞最為豐富，如漿細胞，胰腺細胞的胞質內，粗麵內質網的扁囊密集排列形成同心板層狀。而在分泌功能很弱的關節滑膜細胞和軟骨細胞，粗麵內質網隻是少數不規則的囊泡。
粗麵內質網的功能主要是合成分泌蛋白質，包括各種肽類、酶類和抗體等。此外，也能合成少量細胞自身所需的結構蛋白質，包括膜蛋白、溶酶體和過氧物酶體內的酶蛋白。
滑麵內質網基本上是管狀內質網，小管膜上不附有核糖體顯得光滑而得名。
多數細胞的滑麵內質網不發達。但在類固醇激素分泌細胞、肝細胞和胃腺的壁細胞則有豐富的滑麵內質網。橫紋肌纖維內的滑麵內質網特化為肌漿網。
滑麵內質網的功能複雜多樣，隨細胞種類而有很大差別。分泌和吸收脂肪性物質的細胞（如皮脂腺、腎上腺皮質、卵巢黃體、睾丸間質及小腸上皮等組織細胞），其滑麵內質網與脂類包括類固醇的合成和運輸有關。在肝細胞，它主要與糖原的生成與分解有關，並參與解毒作用，而在肌細胞和胃腺壁細胞，滑麵內質網分別與Ca2+代謝和Cl-代謝有關。
3）高爾基複合體在電鏡下，是膜性囊泡狀結構，由扁囊、大泡囊和小泡囊三部分組成。盤狀扁囊是高爾基複合體的主要組成部分，由3～7個扁囊平行疊置呈板層狀，略向一側變曲。在有極性的細胞中，凸麵通常朝向胞核，稱為形成麵或未成熟麵；凹麵多朝向細胞表麵，稱為分泌麵或成熟麵。在形成麵附近有眾多小泡，直徑為30～80nm；在分泌麵則有一些大囊泡，直徑為0.1～0.5μm。
高爾基複合體是個有極性的動態結構。一般認為大囊泡是由扁囊邊緣或分泌麵的局部膨大脫落而成，泡內含有經扁囊加工和濃縮後的各種物質，故又稱濃縮泡。大囊泡相繼脫落，使扁囊的膜不斷地消耗。小囊泡是由附近的粗麵內質網以出芽的方式形成，由於小囊泡將內質網形成的物質輸送到扁囊中，故又稱運輸小泡。當小囊泡與扁囊融合時，可使扁囊的膜成分得到不斷地補充。