生命的基础.docx

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生命的基础

生命的基础（含细胞工程）

主讲：

黄冈中学教师　张玉祥

复习策略

一、复习要点阐述

1、专题知识网络

2、高考的热点

（1）构成细胞的化合物，特别是蛋白质与核酸之间的关系。

（2）细胞器的结构与功能，特别是叶绿体与线粒体。

　　（3）生物膜系统、细胞工程原理及其应用，特别是植物体细胞杂交和单克隆抗体的制备，细胞工程还经常与遗传、代谢、生殖发育等知识相联系。

二、要点复习的策略及技巧

（一）生命的物质基础

1、组成生物体的化学元素的分析

（1）种类关系

（2）有关元素的两类关注

　　①关于生物体具有统一性的事实还有：

所有生物的DNA分子的空间结构、组成单位相同；所有生物共用一套密码子；除病毒外生物体都是由细胞构成的；生物体都以ATP为直接能源物质；组成生物体的蛋白质都由20种氨基酸构成的。

　　②在同位素标记中的应用：

　　标记水和二氧化碳中的氧元素，探究光合作用产生的氧气的来源；标记植物吸收的矿质元素，探究矿质元素在植物体内的运输途径；标记硫元素和磷元素探究噬菌体的遗传物质是DNA；标记DNA分子中的元素探究DNA分子的半保留复制。

2、组成生物体的化合物

（1）水与代谢

　　①水分的来源：

　　②水分的运输：

　　③水分的利用与排出：

（2）蛋白质

　　①蛋白质的结构：

　　特点：

蛋白质分子的结构具有多样性，这也决定了蛋白质的功能的多样性。

　　②蛋白质的功能：

功能

举例

结构功能

构成细胞和生物体的重要物质，如膜蛋白、核糖体蛋白、染色体蛋白

催化作用

各种酶，如消化酶、呼吸酶、限制性内切酶、DNA连接酶

运输作用

膜载体蛋白、血红蛋白

调节作用

蛋白质或多肽类激素（如促激素、促激素释放激素、胰岛素、生长激素、抗利尿激素、胰高血糖素等）

免疫作用

抗体、某些淋巴因子（如干扰素、白细胞介素）

信息传递作用

糖蛋白、激素（或神经递质）受体

　　③蛋白质的主要性质：

主要性质

原理

应用

蛋白质

变性

蛋白质在遇到酸碱、加热、紫外线、重金属盐和有机溶剂等都会变性失活

杀灭细菌或进行无菌操作时，常用紫外线照射、高压蒸汽灭菌、酒精消毒；在人喝卤水等重金属盐中毒时常用含蛋白质高的豆汁或牛奶解毒；利用重金属盐农药防治害虫等

颜色反应

蛋白质在遇到双缩脲试剂时，会形成紫色络合物

把蛋白质制成组织样液，然后加入双缩脲试剂进行鉴定

（二）生命的结构基础

1、细胞的结构与功能的归纳

按分布划分

原核与真核细胞均具有的细胞器

核糖体

植物特有的细胞器

叶绿体（C3植物只有叶肉细胞含叶绿体、C4植物除叶肉细胞外，维管束鞘细胞中也含无基粒的叶绿体）、液泡

动物和低等植物特有的细胞器

中心体（决定细胞有丝分裂方向）

动植物细胞均有但功能不同的细胞器

高尔基体：

植物细胞中与细胞壁形成有关；动物细胞中与细胞分泌物形成有关

动植物细胞均有且功能相同的细胞器

线粒体、内质网、核糖体、溶酶体

按膜结构划分

具单层膜结构的细胞器

内质网、液泡、溶酶体、高尔基体

具双层膜结构的细胞器

线粒体、叶绿体

不具膜结构（或无磷脂成分）的细胞器

核糖体、中心体

按特有成分划分

含DNA的细胞器（半自主性细胞器，含“T”的细胞器）

线粒体、叶绿体

含RNA的细胞器（含“U”的细胞器）

线粒体、叶绿体、核糖体

含色素的细胞器

叶绿体、液泡

按功能划分

能产生水的细胞器

线粒体、叶绿体、核糖体

能产生ATP的细胞器

线粒体、叶绿体

能复制的细胞器

线粒体、叶绿体、中心体

能合成有机物的细胞器

线粒体、叶绿体、高尔基体、内质网

与有丝分裂有关的细胞器

核糖体、线粒体、高尔基体、中心体

与蛋白质合成、分泌相关的细胞器

核糖体、内质网、高尔基体、线粒体

能发生碱基互补配对的细胞器

线粒体、叶绿体、核糖体

新陈代谢的主要场所

细胞质基质

细胞遗传特性和代谢活动的控制中心

细胞核

2、真核细胞与原核细胞的比较

真核细胞

原核细胞

细胞壁

纤维素、果胶等

注：

动物细胞无细胞壁

肽聚糖（由糖类和蛋白质结构而成的化合物

注：

青霉素可破坏原核细胞细胞壁的形成，故原核生物对青霉素敏感

细胞器

有线粒体、叶绿体、内质网、中心体、高尔基体、核糖体等各种复杂细胞器

除核糖体外，无其它复杂细胞器的分化

生物膜

系统

具备生物膜系统

不具备生物膜系统

遗传物质存在场所

细胞核（主要）；线粒体；叶绿体

拟核（主要）——大型环状DNA分子；细胞质——质粒，为小型环状DNA分子（含抗药性、固氮、抗生素生成等的基因）

基因

结构

特点：

编码区是间隔的、不连续的，有外显子、内含子之分

特点：

编码区是连续的，无内含子与外显子之分

可遗传变异来源

基因突变；染色体变异；进行有性生殖时可来自基因重组

只来自基因突变

细胞增殖方式

有丝分裂（主要）、无丝分裂、减数分裂（产生生殖细胞方式）

二分裂方式

相同点

均含细胞膜、核糖体，均以DNA作遗传物质

3、叶绿体与线粒体的比较

比较内容

叶绿体

线粒体

相似

之处

结构方面

都具有双层膜，且结构名称相似（都有外膜、内膜、基质等）；膜的化学组成基本相同

遗传方面

都含有少量的DNA，可以独立复制与表达，不完全受细胞核控制，决定了细胞质遗传

能理转换

两者与能量转换有关，只是能量的转换形式不同：

叶绿体将光能→有机物的化学能；线粒体将有机物的化学能→ATP中的化学能

物质转化

两者均与自然界的碳循环有关：

叶绿体将无机物（CO2和H2O）转化为有机物；线粒体将有机物分解为无机物

主要

差异

颜色方面

含有叶绿素显绿色

无色

结构方面

叶绿体内囊状结构薄膜重叠形成基粒

线粒体内膜向内突起形成嵴

分布方面

叶绿体只存在于绿色植物细胞内（主要是叶肉细胞）

普遍存在于动、植物体内

酶种类

与光合作用有关的酶

与呼吸作用有关的酶

功能方面

叶绿体内产生的ATP参与暗反应，侧重于同化作用

线粒体内产生的ATP用于各项生命活动，侧重于异化作用

4、生物膜及生物膜系统

（1）生物膜

　　①概念：

细胞的细胞膜、核膜以及各种细胞器的膜，化学组成相似，基本结构大致相同，统称为生物膜。

　　②特点：

（2）生物膜系统

　　①概念：

细胞膜、核膜以及由膜围成的细胞器，在结构和功能上是紧密联系的统一整体，它们形成的结构体系叫做细胞的生物膜系统。

　　②结构联系（具有一定的连续性）：

　　③功能联系（分工、合作）：

　　④生物膜系统的功能：

（三）细胞工程

1、细胞的全能性

（1）理论依据：

生物体的细胞含有该物种的全套遗传物质。

（2）全能性体现的前提

　　①离体；

　　②外界条件（温度、水分、营养物质、植物激素、动物血清等）适宜。

（3）全能性大小比较：

　　①受精卵>生殖细胞>体细胞；

　　②分化程度低的体细胞>分化程度高的体细胞；

　　③植物细胞>动物细胞。

2、植物细胞工程与动物细胞工程的主要区别

植物细胞工程

动物细胞工程

工程原理

细胞全能性

细胞的增殖

技术手段

植物组织培养、植物体细胞杂交等

动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植等

所需工具酶

纤维素酶和果胶酶

胰蛋白酶

培养基成分

固体培养基成分为：

矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素有机添加物（如氨基酸等）等。

特有成分：

植物激素、蔗糖

液体培养基成分为葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。

特有成分：

动物血清

培养过程

离体的细胞、组织或器官

愈伤组织

芽根

植株

幼龄动物细胞或胚胎细胞

分散的细胞

原代培养

传代培养

细胞株（或细胞系）

工程结果或应用

将个植体培养为植株：

获得愈伤组织产生细胞产物；获得人工种子

获得细胞产物（如单克隆抗体）；获得克隆器官或克隆动物；病毒检测；培养转基因动物胚胎，并进行胚胎移植

理解：

（1）动、植物细胞均具有全能性，但植物细胞全能性相对容易表现出来，所以前者一般只能获得细胞群（细胞株或细胞系），而后者的培养可获得完整的个体。

（2）植物细胞培养可根据需要控制培养阶段，如想繁殖名贵花卉和果树、培养无病毒植株及转基因植物需要经脱分化、再分化培养长成完整植株；如果想生产药物、食品添加剂、香料、色素等则需将材料脱分化处理培养成愈伤组织。

　　（3）动物细胞培养过程中，需不断用胰蛋白酶处理材料的原因是为了分解细胞间或细胞与瓶壁间相连的蛋白质类物质，使细胞成单个，避免细胞间相互接触抑制细胞的增殖。

　　（4）动物细胞培养的一个应用是检测有毒物质的毒性，其原理是用添加检测物质的培养基培养动物细胞，根据培养细胞中发生染色体变异的细胞占总培养细胞的比例而推测检测物质的毒性。

典例剖析

例1、（07广东）下图是由3个圆所构成的类别关系图，其中Ⅰ为大圆，Ⅱ和Ⅲ分别为大圆之内的小圆。

符合这种类别关系的是（　）

A．Ⅰ脱氧核糖核酸、Ⅱ核糖核酸、Ⅲ核酸

B．Ⅰ染色体、ⅡDNA、Ⅲ基因

C．Ⅰ固醇、Ⅱ胆固醇、Ⅲ维生素D

D．Ⅰ蛋白质、Ⅱ酶、Ⅲ激素

答案：

C

例2、（07年全国卷Ⅰ）下图表示用3H—亮氨酸标记细胞内的分泌蛋白，追踪不同时间具有放射性的分泌蛋白颗粒在细胞内分布情况和运输过程。

其中正确的是（　）

答案：

C

例3、（天津卷）利用细胞工程方法，以SARS病毒核衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体。

下列相关叙述正确的是（　）

A．用纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内，产生的血清抗体为单克隆抗体

B．体外培养单个效应B细胞可以获得大量针对SARS病毒的单克隆抗体

C．将等量效应B细胞和骨髓瘤细胞混合，经PEG诱导融合后的细胞均为杂交瘤细胞

D．利用该单克隆抗体与SARS病毒核衣壳蛋白特异性结合的方法可诊断出病毒感染者

答案：

D

例4、（江苏卷）（8分）细胞内的各种生物膜在结构上既有明确的分工，又有紧密的联系。

结合下面关于溶酶体（一类含多种水解酶、具有单层膜的囊状细胞器）发生过程和“消化”功能的示意图，分析回答下列问题。

（1）b是刚形成的溶酶体，它起源于细胞器a；e是由膜包裹着衰老细胞器d的小泡，而e的膜来源于细胞器c。

由图示可判断：

a是__________，c是__________，d是__________。

（2）f表示b与e正在融合，这种融合过程反映了生物膜在结构上具有__________特点。

　　（3）细胞器a、b、c、d膜结构的主要成分是__________等。

　　（4）细胞器膜、__________和__________等结构，共同构成细胞的生物膜系统。

生物膜的研究具有广泛的应用价值，如可以模拟生物膜的__________功能对海水进行淡化处理。

答案：

（1）高尔基体　内质网　线粒体

（2）流动性

（3）蛋白质和磷脂

（4）细胞膜　核膜　选择透过

提示：

　　明确细胞器的结构特点上解答此题的关键。

图中a是高尔基体，b是小泡，c是内质网，d是线粒体。

例5、（07重庆理综）（21分）甘薯和马铃薯都富含淀粉，但甘薯吃起来比马铃薯甜.为探究其原因，某兴趣小组以甘薯块茎为材料，在不同温度、其他条件相同的情况下处理30min后测定还原糖含量.结果表明马铃薯不含还原糖，甘薯的还原糖含量见下表：

处理温度（℃）

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

甘薯还原糖含量（mg/g）

22.1

23.3

25.8

37.6

40.5

47.4

54.7

68.9

45.3

28.6

（1）由表可见，温度为70℃时甘薯还原糖含量最高，这是因为__________。

（2）马铃薯不含还原糖的原因是____________________。

　　（3）为了确认马铃薯不含还原糖的原因，请完成以下实验：

　　实验原理：

①________________________________________；

　　②___________________________________________。

　　备选材料与用具：

甘薯提取液（去淀粉和还原糖），马铃薯提取液（去淀粉）二苯胺试剂，斐林试剂，双缩脲试剂，质量分数为3%的淀粉溶液为3%的淀粉溶液和质量分数为3%的蔗糖溶液等。

　　实验步骤：

　　第一步：

取A、B两支试管，在A管中加入甘薯提取液，B管中加入等量的马铃薯提取液。

　　第二步：

70℃水浴保温5min后，在A、B两支试管中各加入__________。

　　第三步：

70℃水浴保温5min后，在A、B两支试管中各加入__________。

　　第四步：

______________________________。

　　实验结果：

________________________________________。

　　（4）马铃薯不含还原糖，但吃起来略带甜味，这是由于__________的作用，食用马铃薯后消化分解成的葡萄糖、被小肠上皮细胞吸收后发生的代谢变化是________________。

答案：

（1）还原糖的产生是酶作用的结果，酶具有最适温度。

（2）不含淀粉酶

　　（3）实验原理：

　　①淀粉酶水解淀粉产生还原糖;

　　②还原糖与斐林试剂反应，产生砖红色沉淀。

　　实验步骤：

　　第二步：

等量淀粉溶液；第三步：

等量斐林试剂；第四步：

沸水溶加热煮沸1—2min。

　　实验结果：

A管砖红色，B管蓝色。

　　（4）唾液淀粉酶

　　代谢变化是：

氧化分解为CO2、H2O及释放能量；合成糖元（肝糖元、肌糖元）；转变成非糖物质（脂肪、某些非必需氨基酸）。

提示：

　　甘薯和马铃薯都富含淀粉，甘薯中有淀粉酶，70℃为最适温度，马铃薯则无。