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细胞的结构与功能
第3-5讲细胞的结构与功能
1、细胞器的结构与功能
(1)细胞学说
1、细胞学说的意义:
揭示了生物的统一性
2、细胞学说的内容:
细胞是生物体结构和功能的基本单位
(2)病毒
1、结构:
无细胞结构,蛋白质外壳+核酸(DNA或RNA)
2、特征严格的寄生生物,寄生于活细胞中才能生存
单独存在成晶体状
3、分类按感染的对象分:
植物病毒、动物病毒、微生物病毒
按遗传物质分DNA病毒:
噬菌体
RNA病毒:
HIV、SARS、禽流感病毒、流感病毒、烟草花叶病毒
【噬菌体侵染细胞过程】吸附、注入、合成、组装、释放
(3)
细胞的显微结构与亚显微细胞
1、光学显微镜—细胞的显微结构:
线粒体、内质网、高尔基体、核糖体、中心体、溶酶体
2、电子显微镜—亚显微结构:
细胞壁、液泡、叶绿体、线粒体、细胞核、染色体、纺锤体、细胞膜
(4)细胞的结构与功能
1、细胞的结构
2、动植物细胞结构上的相同点与不同点
植物细胞:
细胞壁、叶绿体、液泡
动物/低等植物:
中心体
3、细胞的功能
(1)细胞壁——区分动植物
功能:
支持、保护
成分植物:
纤维素+果胶;合成:
高尔基体在有丝末期;植物细胞融合:
纤维素酶、果胶酶
细菌:
肽聚糖;青霉素杀菌原理:
抑制细菌细胞壁的形成
真菌:
几丁质
特点:
全透性、收缩性小(质壁分离、质壁间的成分、细胞外液体环境)
(2)细胞核
功能:
细胞遗传和代谢的控制中心,遗传信息库
结构核膜双层膜;作用:
把细胞质与核内物质分开
核孔;作用大分子进出的通道(如蛋白质、RNA)
实现核质之间频繁的物质交换和信息交流
核仁;作用:
与RNA合成、核糖体的形成有关
染色质定义:
被碱性染料染成深色的物质
组成:
DNA+蛋白质
作用:
遗传信息载体
观察染色的染色剂:
甲基绿、龙胆紫、醋酸洋红
细胞分裂过程中现象:
核仁核膜解体,染色体出现
【问题1】细胞分泌蛋白质,它的细胞核哪个部分会比较大?
核仁;∵分泌蛋白→合成蛋白质→场所:
核糖体→形成:
与核仁有关
【问题2】是不是所有的细胞都有细胞核?
不是,如哺乳动物成熟红细胞
原核细胞PK真核细胞、病毒
原核细胞
真核细胞
病毒
大小
较小
较大
细胞核
没有由核膜包围的典型的细胞核
有成形的、真正的细胞核,有核膜、核仁
无细胞结构
蛋白质外壳+核酸
遗传物质
DNA(裸露的,无染色体)
DNA(与祖蛋白结合成染色体)
DNA和RNA
细胞器
只有核糖体
有线粒体等多种细胞器
严格的寄生生物,寄生于活细胞中才能生存,单独存在成晶状体
细胞壁
肽聚糖
纤维素、果胶
举例
蓝藻:
颤藻、念珠藻、发菜
细菌:
乳酸菌、固氮菌、杆菌、球菌
放线菌、衣原体、支原体
动物、植物
真菌:
酵母菌、霉菌、食用菌
原生生物:
草履虫、变形虫
噬菌体、HIV、SARS、禽流感病毒、流感病毒、烟草花叶病毒
项目
原核细胞
真核细胞
不同点
DNA存在形式
拟核:
大型环状
质粒:
小型环状
核内:
与蛋白质形成染色体
细胞质中:
在线粒体和叶绿叶内裸露存在
细胞分裂
一般是二分裂
无丝分裂、有丝分裂、减数分裂
转录与翻译
可同时进行
转录在核内,翻译在细胞质内。
转录在前,翻译在后
(3)细胞质——细胞膜以内,细胞核以外的部分
(5)细胞器
1、内质网
图示:
分布:
动、植物细胞
结构:
单层膜
功能:
蛋白质加工,脂质合成的车间
类型粗面内质网(上有核糖体):
增大细胞内膜面积胆固醇
光面内质网:
是细胞中表面积最大、分布最广的膜结构。
为酶提供附着位点,参与脂质运输
2、
高尔基体
图示:
分布:
动、植物细胞中(细胞核附近)
结构:
扁平小囊和小泡,单层膜
功能动物:
与分泌蛋白形成有关;对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装
植物:
与细胞壁形成有关
其他:
高尔基体是唯一一个在动植物细胞中都有,而功能不同的细胞器
3、
线粒体——动力车间
图示:
分布:
动、植物细胞中。
新陈代谢旺盛的细胞含量多
形态:
大多数呈椭球状
结构:
两层膜;外膜、内膜:
嵴(增大膜面积)、基质
成分:
含有与有氧呼吸有关的酶,少量DNA和RNA、核糖体
功能:
有氧呼吸的主要场所
其他:
蛔虫无线粒体(寄居于肠道)、哺乳动物成熟的红细胞无任何细胞器
4、
叶绿体——养料制造车间
图示:
分布:
植物细胞(并非都有)
结构:
双层膜;外膜、内膜、基粒、基质(含少量DNA、酶、色素)
功能:
光合作用的场所,产生水。
其他:
叶绿体存在于叶肉细胞和幼茎皮层细胞,根部细胞无叶绿体,特别是根尖分生区细胞既无
叶绿体,也无明显的液泡
线粒体PK叶绿体
5、
核糖体——RNA和蛋白质——生产蛋白质的机器
图示:
分布:
动、植物细胞;原核生物:
只有一种细胞器
结构:
无膜结构
功能固着核糖体:
合成分泌蛋白(消化酶、抗体、部分激素)
游离核糖体:
合成组织蛋白(血红蛋白、呼吸氧化酶、载体)
6、
中心体
图示:
分布:
动物、低等植物细胞中(如:
团藻)
结构:
无膜(蛋白质)、由两个垂直排列的中心粒组成
功能:
与动物细胞有丝分裂有关,间期复制,前期发出星射线
7、液泡——质壁分离失水为:
液泡中的水
图示:
分布:
植物(成熟的植物细胞中有一个中央大液泡,占细胞体积的90%)
结构:
单层膜;内有细胞液(色素、糖类、蛋白质、无机盐)
细胞液:
专指液泡中的液体
功能:
调节细胞内环境、保持细胞
8、溶酶体
图示:
分布:
动、植物
结构:
单层膜
功能:
含有多种水解酶分解衰老、损伤的细胞器
吞噬、杀死入侵的病毒和病菌
(6)细胞器之间的协调配合
1、分泌蛋白与细胞内蛋白的比较
分泌蛋白
细胞内蛋白
不同点
作用部位
分泌到细胞外起作用
细胞内起作用
合成部位
在粗面内质网上合成
在光面内质网上合成
举例
抗体、消化酶、一些激素
有氧呼吸酶、光合作用酶
相同点
基本单位都是氨基酸,都是在细胞内合成,需要细胞核与核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等细胞器参与
2、分泌蛋白的合成与分泌过程
涉及结构
合成与分泌
线
粒
体
细胞核
基因的转录,将遗传信息从细胞核传递到细胞质
线粒体提供能量
核糖体
利用氨基酸合成蛋白质
内质网
对蛋白质进行初级加工,形成比较成熟的蛋白质,以囊泡方式输送蛋白质到高尔基体
高尔基体
进一步加工成熟的蛋白质,以囊泡形式运输到细胞膜,并与之融合
细胞膜
囊泡与细胞膜融合,将蛋白质分泌到胞外
(7)细胞器知识点总结
1、植物特有的细胞器:
叶绿体、液泡区分动植物细胞:
细胞壁
2、动物和低等植物特有细胞器:
中心体叶绿体:
绿色植物绿色部分
3、无膜的细胞器:
中心体、核糖体液泡:
成熟细胞
4、单层膜的细胞器:
液泡、内质网、高尔基体、溶酶体
5、双层膜的细胞器:
线粒体、叶绿体
6、含DNA的细胞器:
线粒体、叶绿体
7、含RNA的细胞器:
线粒体、叶绿体、核糖体
8、含色素的细胞器:
叶绿体、液泡
9、有一种细胞含有全部8大细胞器,是什么细胞?
低等植物细胞
10、与能量转化有关的细胞器:
线粒体、叶绿体
11、产生ATP的细胞器:
线粒体、叶绿体
12、与合成反应有关的细胞器:
叶绿体、核糖体、内质网、高尔基体
13、与分解反应有关的细胞器:
线粒体、溶酶体
14、与分泌蛋白有关的细胞器:
核糖体、内质网、高尔基体、线粒体
15、与细胞分裂有关的细胞器:
线粒体、核糖体、中心体、高尔基体
16、动、植物都有,但功能不同的细胞器:
高尔基体
17、产生水的细胞器:
线粒体(有氧呼吸)、核糖体(脱水缩合)、叶绿体(光合)、高尔基体(纤维素)
18、能自我复制的细胞器:
线粒体、叶绿体、中心体
19、能合成有机物的细胞器:
叶绿体(葡萄糖等有机物)、核糖体(多肽、蛋白质)、高尔基体(纤维素)、内质网(糖类、脂质)
二、细胞膜的结构
1、细胞膜的制备
选材:
人或其他哺乳动物成熟红细胞
方法/原理:
渗透作用(将细胞放在清水中,水会进入细胞,细胞涨破,内容物流出,得到细胞膜)
提纯方法:
差速离心法
【思考1】为什么选择成熟红细胞?
①动物细胞无细胞壁,细胞易吸水涨破,制备细胞膜更容易;
②哺乳动物成熟红细胞中没有细胞核和众多细胞器,可避免其他膜结构的干扰
【思考2】植物细胞或鸡的红细胞可以吗?
植物:
受到细胞壁的限制,无法继续吸水,不会涨破
鸡的红细胞:
有细胞核,有干扰
2、细胞膜的分子结构实验
结论:
磷脂双分子层
结论:
细胞膜有一定的流动性
3、结构膜的组成成分:
脂质、蛋白质、糖类
4、细胞膜的结构——流动镶嵌型
①基本骨架:
磷脂双分子层,每个磷脂分子都是头部向外,尾部向内
②蛋白质分子:
镶嵌、贯穿在磷脂双分子层之间;覆盖于磷脂双分子层表面
③多糖:
糖被
(1)磷脂分子:
亲水头部,疏水尾部
排列形式:
双分子层,基本骨架
特点:
具有流动性,速度受温度影响
(2)蛋白质存在形式:
覆盖、贯穿、镶嵌
种类及作用糖蛋白(受体):
识别
载体蛋白、通道蛋白:
物质运输
特点:
运动
(3)多糖糖蛋白形成:
由细胞膜上的蛋白质与糖类结合
特点:
细胞识别、免疫反应、血型鉴定、保护润滑
5、细胞膜的功能
(1)将细胞与外界环境分隔开
(2)进行细胞间的信息交流①相邻细胞间接信息交流:
通过细胞分泌化学物质(激素)建立细胞交流
②相邻细胞直接信息交流:
通过细胞直接接触来交流信息
③相邻细胞间形成通道使细胞相互沟通:
如高等植物的胞间连丝
(3)控制物质进出细胞
6、细胞膜的特点不对称性:
糖蛋白
结构特点:
一定的流动性
功能特点:
选择透过性①半透性
②选择性:
蛋白质的种类、数量
三、物质跨膜运输方式
1、小分子和离子的跨膜运输方式
物质出入细胞的方式
被动运输
主动运输
自由扩散
协助扩散
图例
运输方向
高浓度→低浓度
一般低浓度→高浓度
特点
不需要载体,不消耗能量
需要载体,不消耗能量
需要载体,消耗能量
举例
水、CO2、O2、N2、乙醇、甘油、苯、脂肪酸、维生素、性激素...
葡萄糖进入红细胞
K+、Na+离子通道
氨基酸、K+、Na+、Ca2+等离子
葡萄糖进入小肠上皮细胞
曲线图
饱和点:
载体蛋白的数量影响速率的最大值
饱和点:
载体蛋白的数量影响速率的最大值
红点:
细胞进行无氧呼吸
2、大分子、颗粒进出细胞的方式
方式
胞吞
胞吐
图例
运输方向
胞外→胞内
胞内→胞外
特点
物质通过小泡转移,不需要载体,消耗能量
举例
吞噬细胞吞噬抗原/病毒,变形虫吞噬食物
分泌蛋白
影响因素
与细胞代谢有关
【对比】大分子进入细胞核:
通过核孔来完成,选择透过性、需载体、消耗能量。
不是胞吞胞吐
理解为:
核孔是提供RNA、蛋白质进出的大门
完成所需条件
能量
实例
胞吞和胞吐
与细胞膜因流动性而形成囊泡有关
ATP供能
分泌、吞噬
【总结】分泌蛋白的分泌过程中膜面积的变化
内质网:
先包裹蛋白质,变成小泡,运输到高尔基体,膜面积↘
高尔基体:
接收内质网运输过来的小泡,膜面积↗;进一步加工后运输到细胞膜,膜面积↘
细胞膜:
接收高尔基体运输过来的小泡,再将小泡内的蛋白释放到膜外,最终膜面积↗
4、细胞的生物膜系统
1、生物膜系统:
细胞膜、核膜、细胞器膜在结构、功能是紧密联系的统一整体,它们所形成的结构体系,叫生物膜系统。
【无生物膜系统的生物】原核生物、病毒
2、生物膜的组成各种生物膜的化学组成大致相同,都含磷脂、蛋白质、糖类、胆固醇...
含量不同(与膜的功能有关)
3、生物膜的种类细胞膜
核膜
细胞器膜双层膜:
叶绿体膜、线粒体膜
单层膜:
内质网膜、高尔基体膜、液泡膜...
4、生物膜系统的功能
(1)使细胞具有相对稳定的内部环境
(2)在物质运输、能量转换和信息传递过程中起决定性作用
(3)广阔的膜面积为多种酶提供附着位点,利于化学反应
(4)将细胞分为许多小室,使化学反应互不干扰,高效、有序地进行
5、渗透作用的原理与应用
1、渗透作用:
水分子/其他溶剂分子透过半透膜的扩散
2、渗透系统半透膜:
如生物膜(生物膜具有选择透过性,≈半透膜)
浓度差:
渗透压取决于单位体积内溶质微粒个数个数多,渗透压大
%相同:
质量分数相同,若分子量大,则溶质微粒个数少
mol/L相同:
单位体积内溶质微粒个数相同
3、相关概念辨析
(1)渗透作用PK自由扩散
渗透作用:
主语为细胞,描述细胞的失水/吸水
自由扩散:
主语为水、性激素等,描述物质跨膜
(2)渗透吸水PK吸胀吸水
植物细胞的吸水方式渗透吸水:
水通过自由扩散进入细胞
吸胀吸水:
植物种子浸泡后发胀,靠大分子吸水
(3)半透膜PK选择透过性膜(生物膜)
选择透过性膜≈半透膜;半透膜≈选择透过性膜
可以通过半透膜的物质:
水、葡萄糖;不可以通过半透膜的物质:
蔗糖
4、
应用
实验材料
初态
机理分析
末态
甲:
10%蔗糖
乙:
10%蔗糖
静止不动
静止不动
甲:
10%蔗糖
乙:
30%蔗糖
水向右
液面:
乙>甲
末:
乙的重力给水的压力==
向右的渗透压
浓度:
乙>甲
液面:
乙>甲
甲:
10%葡萄糖
乙:
30%葡萄糖
水向右
液面:
乙>甲
末:
葡萄糖向左
液面:
相同
浓度:
相同
甲:
1mol/L蔗糖
乙:
1mol/L葡萄糖
静止不动
初:
单位体积分子数量相同
末:
葡萄糖向左,水向左
两侧葡萄糖浓度相同
液面:
甲>乙
甲:
10%蔗糖
乙:
10%葡萄糖
水向右
液面:
乙>甲
初:
质量分数相同,但蔗糖分量大,即分子数小。
水向右
末:
葡萄糖向左,乙无蔗糖
两侧葡萄糖浓度相同
液面:
甲>乙
6、实验:
植物的质壁分离与复原
1、什么是质壁分离:
原生质层与细胞壁分离
2、实验材料:
紫色洋葱表皮、30%蔗糖或1mol/L的KNO3
【注意事项】①不能使用浓度过高的溶液(细胞会因为过度失水而死亡)
②若使用1mol/L的KNO3/尿素,会发生质壁分离后自动复原。
③若使用1mol/L的醋酸溶液,则细胞不会发生质壁分离(醋酸能杀死细胞)
3、实验步骤
4、质壁分离、复原的原理
(1)质壁分离:
外界溶液浓度>细胞液浓度,细胞失水
(2)质壁分离复原:
外界溶液浓度<细胞液浓度,细胞吸水
将外界溶液30%的蔗糖清水,会发生质壁分离复原
外界溶液为1mol/L的KNO3/尿素,由于溶质分子穿过原生质层进入细胞液,会发生自动复原
已知:
m时刻用四种溶液处理洋葱表皮,n时刻用清水处理
曲线a:
表示用清水进行实验
曲线b:
表示用0.3g/ml尿素溶液进行实验
曲线c:
表示用0.3g/ml蔗糖溶液进行实验
曲线d:
表示用0.5g/ml蔗糖溶液进行实验
5、质壁分离的条件:
植物细胞、活细胞、中央大液泡
动物细胞无细胞壁,失水皱缩吸水涨破
活细胞保持膜的选择透过性
无液泡,由于细胞质粘稠,不易失水(根尖分生区细胞无液泡)
6、质壁分离和复原的应用
(1)说明原生质层是选择透过性膜
(2)能判断植物细胞的死活
成熟的植物细胞+较高浓度的蔗糖溶液
,发生质壁分离
活细胞
(3)测定细胞液(液泡中的液体)的浓度
成熟的植物细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液
判断:
细胞液浓度=外界溶液浓度方法
理论:
描述为细胞既不吸水胀破,也不质壁分离
实际:
有的细胞不发生质壁分离,有的细胞刚开始质壁分离
为什么细胞有的开始发生质壁分离,有的不发生质壁分离?
因为不同的细胞中细胞液的浓度有差别
(4)光学显微镜下观察细胞膜
动物:
看到的细胞膜实际是一个边界
植物:
在质壁分离时看到的细胞膜也是一个边界
7、动物细胞的吸水和失水
外界溶液浓度=细胞质浓度
细胞保持原状态
外界溶液浓度>细胞质浓度
细胞失水皱缩
外界溶液浓度<细胞质浓度
细胞吸水膨胀,若胀破,则出现溶血现象
动物细胞没有细胞壁,因此不会有质壁分离现象
植物细胞由于有细胞壁的限制和保护,不会因持续吸水而涨破
8、总结细胞的吸水和失水
细胞失水
细胞吸水
成熟植物细胞
动物细胞
成熟植物细胞
动物细胞
相当于半透膜
原生质层
细胞膜
原生质层
细胞膜
浓度关系
外界溶液浓度>细胞液浓度
外界溶液浓度>细胞质浓度
外界溶液浓度<细胞液浓度
外界溶液浓度<细胞质浓度
现象
质壁分离
皱缩
质壁分离复原
膨胀,甚至胀皮
原理
渗透作用
结论
细胞的失水和吸水是水分子顺相对含量梯度跨膜运输的过程
7、
显微镜的使用
1、显微镜的使用方法
2、显微镜使用常识
(1)调亮(观察颜色)视野的两种方法:
放大光圈、使用凹面镜
(2)高倍镜:
物象大,视野暗,看到的细胞数目少
低倍镜:
物象小,视野亮,看到的细胞数目多
(3)目镜镜长与放大倍数成反比;物镜镜长与放大倍数成正比
(4)显微镜放大倍数=目镜放大倍数×物镜放大倍数
放大的是长度、宽度,不是面积
(5)成像原理:
上下倒置,左右颠倒,物像在哪往哪移
8、用高倍镜观察叶绿体、线粒体
1、原理①叶肉细胞中的叶绿体存在于细胞质的基质中,呈绿色,可在高倍镜下观察
②健那绿染液是专一性线粒体的活细胞染料,可使活细胞中的线粒体呈蓝绿色,而细胞质
接近无色,可在高倍镜下观察到
2、取材叶绿体蘚类小叶(低等植物,细胞夹层少)
菠菜叶稍带叶肉下表皮(下表皮中叶绿体少而大,便于观察,表皮细胞不含叶绿体)
线料体:
人体口腔上皮细胞(不取植物细胞,防止叶绿体干扰)
3、过程叶绿体:
载玻片上滴清水→放植物细胞→盖盖玻片→观察
线粒体:
载玻片上滴健那液→放口腔上皮细胞→盖盖玻片→观察
4、光学显微镜下可见的细胞结构:
叶绿体、线粒体、液泡、细胞核、细胞壁
光学显微镜下可观察到的现象:
胞质环流(细胞质基质沿一定方向流动,可观察到叶绿体沿一定方向流动,即可证明胞质环流)
5、实验中,需要保持细胞生理活性的有:
观察叶绿体、线粒体;探究酵母菌的呼吸方式
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