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生物(必修1)基础知识网络第一章走进细胞(复习课)知识网络从生物圈到细胞生命活动离不开细胞-------------------→生命系统的结构层次(生活实例)(宏观认识)观察细胞----------→原核细胞和真核细胞---------→细胞学说的建立(感性认识)(理性比较)(建立学说)细胞的多样性和统一性第一节从生物圈到细胞
1、生命活动离不开细胞★病毒没有细胞结构的生物,只有依赖活细胞才能生活病毒简介形状球型(冠状病毒引起SARS,即严重急性呼吸系统综合症,俗称非典型性肺炎的一种病毒);杆形(烟草花叶病毒);蝌蚪形(噬菌体)大小极其微小结构没有细胞结构,主要由核酸和蛋白质组成繁殖增殖(核酸复制)营养方式寄生种类
(1)按侵染对象分为动物病毒(冠状病毒;HIV,人类免疫缺陷病毒-----艾滋病,AIDS;鸡瘟病毒)、植物病毒(烟草花叶病毒)、细菌病毒(噬菌体)
(2)按所含的遗传物质分为DNA病毒(噬菌体)和RNA病毒(冠状病毒;HIV)★单细胞生物如细菌、单细胞藻类、单细胞动物(草履虫、变形虫)等,单个细胞就能完成各种生命活动★多细胞生物许多植物和动物,它们依赖各种分化的细胞密切合作,共同完成一系列复杂的生命活动结论细胞是生物体结构和功能的基本单位生命活动离不开细胞的实例生物生物类型生命活动基本特征说明艾滋病病毒非细胞形态的生物侵入人体的淋巴细胞繁殖病毒在活细胞中繁殖草履虫单细胞生物活动和分裂运动和繁殖单细胞生物具有生命的基本特征人多细胞生物生殖和发育繁殖、生长和发育多细胞生物的生命活动是从一个细胞开始的其生长和发育也是建立在细胞的分裂和分化基础上的.人多细胞生物缩手反射应激性反射等神经活动需要多种细胞的参与人人和高等动物免疫应激性免疫作为机体对入侵病原体微生物的一种防御反应需要淋巴细胞的参与.
2、生命系统的结构层次细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈说明1细胞生物体结构和功能的基本单位,它是地球上最基本的生命系统2组织由形态相似,结构和功能相同的细胞联合在一起举例(见表)3器官不同的组织按照一定的次序结合在一起如心脏、肝、肺等4系统能够共同完成一种或几种生理功能的多个器官,按照一定的次序组合在一起如人体八大系统(运动、循环、消化、呼吸、泌尿、神经、内分泌、生殖),由鼻腔、咽、喉、气管、支气管、肺共同构成呼吸系统5个体由各种器官或系统协调配合共同完成复杂的生命活动的生物如单细胞生物由一个细胞构成生物体6种群在同一自然区域内,同种生物的所有个体是一个种群7群落在一定的自然区域内,所有种群组成一个群落(相互之间具有直接或间接关系的各种生物的总和)包括植物、动物和微生物8生态系统生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体举例9生物圈由地球上所有的生物和这些生物生活的无机环境共同组成(地球上最大的多层次的生态系统)10人体四大组织比较人体四大组织比较类别分类分布结构特点功能上皮组织单层上皮复层上皮腺上皮体表和各管腔壁的内表面细胞排列紧密细胞间质少保护分泌结缔组织疏松结缔组织、致密结缔组织、骨组织、血液分布极广细胞间隙大细胞间质多连结、保护、支持、营养肌肉组织骨骼肌附着在骨骼上肌细胞呈纤维状上面有横纹引起头、颈、躯干、四肢的运动平滑肌胃、肠、血管等器官的壁内肌细胞呈梭形上面无横纹使心脏器官蠕动、血管舒张心肌心脏肌细胞呈圆柱形细胞间有分支相连有横纹使内脏有节律地搏动神经组织 分布在神经系统里脑、脊髓、神经由神经细胞神经元和神经胶质细胞组成接受刺激、产生兴奋、传导兴奋生物专业学习内容《生物1必修》分子与细胞《生物2必修》遗传与进化《生物3必修》稳态与环境《生物1选修》生物技术实验《生物3选修》现代生物科技专题第2节细胞的多样性和统一性重点
1、使用高倍镜观察几种细胞,比较不同细胞的异同点
2、分析细胞学说建立的过程难点原核细胞和真核细胞的区别和联系教学过程
1、显微镜的使用显微镜为一种精密的放大仪器,用以观察用肉眼或放大镜看不见的物体
(1)发现1665年,英国科学家虎克发现
(2)种类光学显微镜------放大几十倍到几百倍如细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体(需染色)、叶绿体和液泡等电子显微镜-------放大80万倍,看到更细微的结构------亚显微结构如核糖体、内质网、高尔基体、核膜、核仁
(3)结构(光学显微镜)镜座、镜臂、镜筒、载物台、遮光器、反光镜、转换器、物镜(10倍或40倍)、目镜(5倍或10倍)
(4)使用方法安装-----对光-----压片(装片、切片、涂片等)-----调焦(先低倍后高倍)-----观察(绘图)★说明
①安装指装上目镜;对光指通过调节遮光器和反光镜使视野明亮;压片指将玻片放在载物台上用压片夹夹紧;调焦指先在低倍镜下调节粗准焦螺旋,直到看清物像,并移动玻片将所要观察的目标移至视野的正中央(玻片如何移?),旋转转换器由低倍转换到高倍(适当对光,为什么?),调节细准焦螺旋直到看清物像为止;观察是指左眼观察目镜,右眼注视在纸上便于画图(用3H铅笔,图中较暗处用细点表示,越暗细点越多,不能同黑色线条或涂阴影表示)
②目镜镜头的长度与放大倍数成反比关系,即镜头越长,放大倍数越小;镜头越短,放大倍数越大物镜镜头的长度与放大倍数成正比关系,即镜头越长,放大倍数越大;镜头越短,放大倍数越小
③显微镜所成的像是倒像,即上下倒,左右也倒,如将载玻片上写一个“b”字,在显微镜下观察到的是一个“q”在观察时玻片的移动要注意实际移动玻片的方向和在视野中想要移动的方向是相反的
④显微镜的放大倍数是物镜和目镜的乘积,它表示的是物体的长度和宽度,即若显微镜放大了100倍,指的是其长度和宽度都放大了100倍
⑤低倍物镜和高倍物镜的区别透镜镜头视野物像细胞低倍镜小短亮小多高倍镜大长暗大少
⑥污点位置的判断用显微镜观察玻片标本时,目镜、物镜、所观察的材料是在同一直线上的,只要分别转动镜头或移动玻片标本,看污物是否随之而动,就可判断★了解玻片制作
1、徒手切片法------用刀片将欲观察的材料切成极薄的片,使其呈透明状,用于显微镜观察生物组织结构的一种方法如脂肪的鉴定
2、涂片法------将游离的细胞、动植物中比较疏松的组织(如血液、含细菌的培养液)均匀涂在载玻片上的一种制片方法如人血涂片
3、压片法-------将比较疏松的生物材料(如花药、根尖等)用压力压碎在载玻片上,使其成为一薄层的制片方法如洋葱根尖分生区细胞有丝分裂实验
4、装片法------实验材料可不作任何处理就可直接制片如利用新鲜的藓类的叶(或菠菜叶、黑藻叶)制成装片观察叶绿体
2、原核细胞和真核细胞
(1)原核细胞和真核细胞的主要区别 原核细胞真核细胞细胞大小较小较大细胞核无成形的细胞核,核物质集中在细胞中央区域(拟核)无核膜,无核仁DNA不与蛋白质结合有成形的真正的细胞核有核膜,有核仁DNA与蛋白质结合形成染色体细胞质除核糖体外,无其他细胞器有各种细胞器细胞壁主要成分是肽聚糖植物细胞、真菌细胞有,主要成分是纤维素和果胶,动物细胞无代表生物细菌、蓝藻、衣原体、支原体、放线菌植物、动物、真菌
(2)原核生物和真核生物★原核生物由原核细胞组成的生物常见的原核生物
①细菌如大肠杆菌、痢疾杆菌、肺炎双球菌、结核杆菌、甲烷杆菌、乳酸菌、根瘤菌、硝化细菌等等
②蓝藻如念球藻、颤藻、发菜等
③衣原体、支原体、放线菌、立克氏体等
①②相同点都属于原核细胞,都有细胞壁、细胞膜、细胞质和核糖体
①②不同点有的细菌有鞭毛、有的细菌有荚膜,有的细胞还能形成芽孢,而蓝藻没有这些结构★真核生物由真核细胞构成的生物常见的真核生物种类多,绝大多数生物都是真核生物,如植物、动物、真菌等
(3)原核细胞和真核细胞的多样性和统一性多样性原核细胞和真核细胞种类繁多,形态结构各异统一性都有细胞膜、细胞质和DNA(原核细胞存在于拟核,真核细胞存在于细胞核中的染色体)正确区分病毒、原核生物、真核生物病毒SARS病毒、人类免疫缺陷病毒HIV、流感病毒等非细胞结构生物类病毒仅由RNA分子构成原病毒由蛋白质构成,如疯牛病病原体细菌杆菌、球菌、螺旋菌生物原核生物蓝藻念球藻、蓝球藻、颤藻、发菜放线菌、支原体、衣原体、立克氏体单细胞植物衣藻细胞结构生物原生生物单细胞动物草履虫、变形虫真核生物真菌酵母菌、青霉菌、蘑菇等植物多细胞低等、高等植物动物多细胞低等、高等动物
3、细胞学说的建立
(1)建立者德国科学家施莱登和施旺
(2)内容
①细胞是一个有机体,一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成
②细胞是一个相对独立的单位,即有它自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用
③新细胞可以从老细胞中产生
(3)从细胞学说建立的过程可以领会科学研究的方法
①科学家先从宏观-----------人体的解剖和观察入手
②借助显微镜---------进入微观世界
③理论思维和科学实验结合----------不断总结创新
④细胞学说在修正中前进---------科学无止境第二章组成细胞的分子第1节细胞中的元素和化合物
1、组成细胞的元素
①细胞中常见的化学元素有20多种,根据含量不同将其分为大量元素和微量元素两大类大量元素(9种)C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg微量元素(6种)Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo主要元素C、H、O、N基本元素C人体细胞中(占细胞鲜重)最多的元素O(约占65%)人体细胞中(占细胞干重)最多的元素C(约占
48.4%)
②生物界与非生物界的统一性和差异性统一性现今在生物体内发现的20多种元素,在非生物界中都具有,没有哪一种元素是生物所特有;生物体内的元素是从无机环境中吸取而来,同时,生物又把自身的元素排出到无机环境中差异性各种元素在生物界和非生物界的含量有差异
2、组成细胞的化合物水(85%----90%)无机化合物无机盐(1%----
1.5%)蛋白质(7%---10%)脂质(1%----2%)有机化合物糖类(1%---
1.5%)核酸
3、实验可溶性还原糖、脂肪、蛋白质、淀粉的鉴定某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应生物组织中几种有机物的检测 实验材料鉴定试剂颜色反应反应条件蛋白质豆浆、蛋清、鲜肝双缩脲试剂紫色(溶液)常温脂肪花生种子、动物油苏丹Ⅲ、苏丹Ⅳ橘黄色、红色(颗粒)切片,显微镜观察还原性糖苹果、梨斐林试剂砖红色(沉淀)沸水浴淀粉马铃薯、大米粉碘液蓝色(溶液)常温说明
①还原性糖包括葡萄糖、果糖、麦芽糖;非还原性糖包括蔗糖(甘蔗、甜菜)、淀粉
②实验材料的选取及处理可溶性还原糖的鉴定实验材料要选择还原性糖含量高、白色或近于白色的植物组织(以免影响实验颜色的观察本实验会出现由淡蓝色----棕色----砖红色的变化);蛋白质鉴定实验如用蛋清一定要稀释(蛋白质附着在试管壁上,影响试管的清洗);脂肪的鉴定实验中切片一定要薄
③可溶性还原糖的鉴定实验中沸水浴加热时试管底部不要触及烧杯底部(防止试管受热不均而爆裂)
④脂肪的鉴定实验中用体积分数为50%的酒精溶液,目的是去浮色
⑤斐林试剂和双缩脲试剂的比较 斐林试剂双缩脲试剂甲液(NaOH溶液)
0.1g/ml
0.1g/ml乙液CuSO4溶液)
0.05g/ml
0.01g/ml原理实质是新配制的CuOH2实质是碱性环境下的的Cu2+使用方法NaOH溶液和CuSO4溶液混合后立即使用先加NaOH溶液再加CuSO4溶液(4滴)第2节生命活动的主要承担者--------蛋白质
1、氨基酸及其种类
(1)氨基酸的分子结构特点氨基酸是组成蛋白质的基本单位在生物体中组成蛋白质的氨基酸有20种,其结构特点为R结构通式NH2CCOOHH
①从氨基和羧基的数量关系看它们至少含有一个氨基和一个羧基(侧链基团即R基可以含有数目不等的氨基和羧基,也可以不含)
②从氨基和羧基的位置关系看都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上
③各种氨基酸之间的区别在于R基不同
(2)氨基酸的分子的种类20种氨基酸根据人体细胞能否合成,分为两大类◆必需氨基酸人体细胞不能合成,必须从外界环境中获取,共8种(婴儿有9种,多出一种组氨酸),它们是赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸是否含有必需氨基酸可作为评价各种食物中蛋白质成分营养价值的指标◆非必需氨基酸人体细胞能够合成的,共有12种,它们是甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、精氨酸、丝氨酸、组氨酸、脯氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺
2、蛋白质的结构及其多样性
(1)蛋白质的形成◆氨基酸相互结合方式脱水缩合,脱水缩合后连接两个氨基酸分子的化学键叫肽键(—NH—CO—),失去的水分子中的氢分别来至羧基和氨基二肽由两个氨基酸分子缩合而成的化合物多肽由多个氨基酸分子缩合而成的,含有多个肽键的化合物,多肽通常呈链状结构叫肽链肽、肽键、肽链的区别肽是化合物的名称;肽键是肽的连接结构;而肽链是多肽的形状脱水缩合折叠、盘曲◆氨基酸(多个)多肽(肽链)蛋白质(1条或几条)空间结构蛋白质变性高温、过酸或过碱的条件下,会使蛋白质分子的结构发生不可逆转的改变,这种改变不能恢复到原来的状态
(2)蛋白质分子结构多样性(原因)
①氨基酸的数目成百上千,一般蛋白质都含有20种氨基酸,但每一种氨基酸的数目不一样
②氨基酸的排列顺序千变万化
③肽链的盘曲折叠方式及其形成的空间结构千差万别
3、蛋白质分子功能多样性
①构成细胞和生物体结构的重要物质(结构蛋白),如毛发、指甲、羽毛、肌肉、蛛丝
②运输作用,如血红蛋白能运载氧
③信息传递作用,调节机体生命活动,如各种激素胰岛素、甲状腺激素、生长激素
④催化作用,如酶
⑤免疫作用,如抗体蛋白质分子功能多样性是由蛋白质分子结构多样性直接决定的,最终取决于遗传物质的多样性一切生命活动都离不开蛋白质,蛋白质是生命活动的主要承担者补充说明
1、有关计算的规律归纳◆蛋白质或多肽形成过程中产生的肽键数和失去水分子数的计算链状形成的肽键数=失去水分子数=氨基酸数目-肽链条数环状形成的肽键数=失去水分子数=氨基酸数目◆形成的蛋白质分子的相对分子质量的计算蛋白质相对分子质量=氨基酸数目x氨基酸相对分子质量-失去的水分子数x水分子量◆蛋白质或多肽水解形成氨基酸时,需要的水分子数与其形成时缩合失去的水分子数相等◆一条多肽链最少游离着一个氨基和一个羧基由n条多肽链组成的蛋白质中,最少游离着n个氨基和n个羧基
2、氨基酸的排列方式及其形成多肽种类的计算若有a、b、c、d4种氨基酸,由这4种氨基酸组成多肽的情况可分为以下两种
①若a、b、c、d4种氨基酸的数量不限,则可形成肽类化合物的种类形成三肽的种类4x4x4形成二肽的种类4x4形成m肽的种类4m即在多肽的每一个氨基酸位置上,都可以按放上a、b、c、d4种氨基酸的任何一种
②若a、b、c、d4种氨基酸中,每种氨基酸只有一个,则形成肽类化合物的种类形成四肽的种类4x3x2x1形成三肽的种类4x3x2即若在第一个氨基酸位置上已按放了氨基酸a,则第二个氨基酸位置上只能按放b、c、d三种氨基酸的任何一种,余者类推第3节遗传信息的携带者---核酸核酸是细胞内携带遗传信息的物质,在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用
1、核酸在细胞中的分布◆DNA主要分布在细胞核内,RNA主要分布在细胞质内真核细胞的DNA主要分布在细胞核中,线粒体、叶绿体内也含有少量的DNARNA主要分布在细胞质内原核细胞的DNA主要位于拟核区域◆实验观察DNA和RNA在细胞中的分布原理甲基绿和吡罗红两种染色剂对DNA和RNA的亲和力不同,甲基绿使DNA呈绿色,吡罗红使RNA呈红色利用甲基绿、吡罗红混合染色剂将细胞染色,可以显示DNA和RNA在细胞中的分布盐酸(质量分数为8%)能够改变细胞膜的通透性,加速染色剂进入细胞,同时使染色体中的DNA和蛋白质分离,有利于DNA与染色剂结合试剂吡罗红甲基绿染色剂(现用现配)A液吡罗红甲基绿粉1克+蒸馏水100ml,放入棕色瓶备用;B液乙酸钠
16.4克+蒸馏水1000ml,乙酸12ml+蒸馏水1000ml,PH为
4.8步骤制片-----水解(用盐酸)---冲洗(用蒸馏水)------染色(吡罗红甲基绿)----观察(显微镜)
2、核酸的种类及组成
(1)核酸由核苷酸连接而成的长链,核苷酸是核酸的基本组成单位
(2)核酸分为两类脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)(表)DNA与RNA的比较 DNARNA结构特点双螺旋结构,通常只有一种类型单链结构,有多种类型基本单位脱氧核苷酸(4种)核糖核苷酸(4种)化学组成碱基嘌呤腺嘌呤A、鸟嘌呤G腺嘌呤A、鸟嘌呤G嘧啶胞嘧啶C、胸腺嘧啶T胞嘧啶C、尿嘧啶U五碳糖脱氧核糖核糖无机酸磷酸(P)磷酸(P)存在形式主要存在于细胞核中主要存在于细胞质中主要功能储存、传递和表达遗传信息指导蛋白质的合成
3、核酸分子的多样性和特异性-----说明了生物体多样性和特异性的原因多样性碱基对的数目、排列顺序千变万化特异性每一种DNA分子中具特定的碱基对排列顺序◆真核生物无论是细胞核遗传还是细胞质遗传,它的遗传物质都是DNA;◆原核生物也是以DNA作为遗传物质的;病毒有的以DNA作为遗传物质(噬菌体),有的以RNA作为遗传物质(HIV、SARS病毒、烟草花叶病毒、禽流感病毒)第4节细胞中的糖类和脂质
1、细胞中的糖类种类分子式分布生理功能单糖五碳糖核糖C5H10O5动植物细胞组成核酸的物质脱氧核糖C5H10O4六碳糖葡萄糖果糖半乳糖C6H12O6细胞内主要能源物质二糖蔗糖麦芽糖C12H22O11甘蔗、甜菜、蔬菜、水果等;发芽的谷粒能水解成葡萄糖供能乳糖乳汁多糖淀粉C6H10O5n玉米、小麦、水稻种子马铃薯山药甘薯;棉花、棕榈、麻类、细胞壁植物细胞内的储能物质纤维素构成细胞壁的原料糖原肝脏、肌肉动物细胞内的储能物质
3、细胞中的脂质种类生理功能分布脂肪
①主要储能物质
②维持体温恒定(绝热体)
③缓冲和减压保护内脏器官某些植物种子、果实动物体的脂肪组织肥肉磷脂构成细胞膜、细胞器膜的重要成分动物的脑、卵大豆的种子中磷脂的含量较多固醇胆固醇动物细胞的重要成分代谢失调会引起心血管等方面疾病动脉硬化脑、卵细胞、肝脏、大豆性激素促进性器官的发育和生殖细胞的形成激发并维持动物的第二性征维生素D促进肠道对钙、磷的吸收说明
(1)四种有机化合物组成元素比较糖类C、H、O脂质C、H、O蛋白质C、H、O、N核酸C、H、O、N、P
(2)脂肪、糖类、蛋白质氧化释放能量比较1g脂肪在体内完全氧化所产生的能量约为39KJ,比1g糖或1g蛋白质氧化产生的能量(17KJ)高一倍以上原因脂肪含C原子数和H原子数比O原子数多得多,例如,硬脂肪酸甘油三酯中C HO=1081,而糖分子中C HO=
1214、生物大分子以碳链为骨架单体多糖、蛋白质、核酸等都是生物大分子,都是由许多基本的组成单位连接而成的,这些基本单位称为单体每一个单体都是以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架,由许多单体连接成多聚体组成多糖的单体单糖组成蛋白质的单体氨基酸组成核酸的单体核苷酸第5节细胞中的无机物⒈细胞中的水
(1)生物体中的含量一般为60~95%;水母达97%;含水量幼儿成年人,植物幼嫩部分老熟部分水是细胞和生物体的重要组分⑵水在细胞中的存在形式自由水以游离形式存在,可以自由流动组合水(
4.5%)与细胞内其他物质(如蛋白质、多糖)组合,不能自由流动⑶自由水的作用1细胞内的良好溶剂2参与许多生化反应3为细胞提供液体生活环境4运输营养物质几代谢废物⒉细胞中的无机盐(占细胞鲜重的1~
1.5%)⑴多数以离子的形式存在⑵无机盐的作用1维持细胞和生物体的正常生命活动如哺乳动物血钙低——抽搐,血钙低高——肌无力;硼促进花粉管的萌发2维持细胞的酸碱平衡如HPO/H2PO4-、H2CO4/HCO3等缓冲对能维持细胞PH平衡3是细胞中许多有机物的重要组分如Fe是血红蛋白的成分、Mg是叶绿素的成分重点难点突破⒈怎样区分自由水、结合水代谢产生的水如将植物的鲜秸杆、种子晒干,失去的主要是只有水将晒干的种子放在试管中加热,失去的主要是结合水;在干的粮食中生活的“小虫子”,其体内水的来源主要是自身代谢产生的水⒉自由水和结合水是可以互相转化的如流淌再血管中的血液,主要含自由水,血液流出凝固后,多数自由水变成了结合水又如干种子放在试管中加热后,多数结合水变成自由水蒸发出来
3.水的知识点归纳1自由水多时代谢强如幼年比成年人代谢强;植物幼嫩组织比老熟组织代谢强;干种子吸水后才能萌发自由水少时则代谢弱2结合水多时抗逆性强如寒带的植物比热带植物体内结合水多;植物体内结合水冬季比夏季多3结合水、自由水的多少影响到组织器官的形态、硬度、弹性等特征如心肌含水量(79%)与血液的含量(82%)非常相近,但一个为固态,一个为液态,原因是前者含结合水多,后者含自由水多补充饮食与健康
1、制高胆固醇食物的过量摄入防止胆固醇沉积堵塞血管
2、适量食用脂肪类食物防止肥胖,减轻内脏负担
3、糖尿病人应严格控制甜味食品,米饭、馒头定量摄入
4、经常食用奶制品,肉类、蛋类、大豆制品保证必需氨基酸的摄取促使各种蛋白质的合成
5、急性肠胃炎、大量出汗及时补充水分和无机盐维持体内水盐平衡和酸碱平衡第三章细胞的基本结构第1节细胞膜——系统的边界
一、体验制备细胞膜的方法
1、选哺乳动物成熟的红细胞作实验材料的原因
①动物细胞没有细胞壁,不但省去了去除细胞壁的麻烦,而且无细胞壁的支持保护,细胞易吸水涨破
②哺乳动物和人成熟的红细胞,没有细胞核和具有膜结构的细胞器,易用离心法得到不搀杂细胞内膜系统的纯净的细胞膜
③红细胞数量大,材料易得
2、实验原理细胞内的物质具有一定的浓度把细胞放入蒸馏水中,细胞由于吸水而涨破,除去细胞内的其他物质,得到细胞膜
3、实验步骤选材猪(或牛、羊人)的新鲜的红细胞稀释液制作装片;用滴管取一滴红细胞稀释液滴在载玻片上,盖上盖玻片观察;用显微镜观察红细胞形态(由低倍→高倍)滴蒸馏水在盖玻片的一侧用吸水纸吸引(引流法)观察;持续挂查细胞的变化结果凹陷消失,体积增大,细胞破裂,内容物流出,获得细胞膜
4、实验注意事项
(1)取得红细胞后先用适量的生理盐水稀释,目的是;
①使红细胞分散开,不易凝聚成块
②使红细胞暂时维持原宥的形态
(2)操作时载物台应保持水平,否则易使蒸馏水流走
(3)滴蒸馏水时应缓慢,边滴边用吸水纸吸引,同时用显微镜观察红细胞的形态变化
(4)如果该实验过程不是在载物台上的载玻片上操作,而是在试管中进行,那要想获取较纯净的细胞膜,红细胞破裂后,还必须经过离心、过滤才能成功
二、细胞膜的成分成分所占比例在细胞膜构成中作用脂质约50%其中磷脂是构成细胞膜的重要成分蛋白质约40%蛋白质是生命活动的主要承担者细胞膜的功能主要由其上的蛋白质来行使糖类约2%~10%与膜蛋白或膜脂结合成糖蛋白或糖脂分布在细胞膜的外表面特别提醒
①各种膜所含蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关,功能越复杂的膜,其蛋白质含量和种类越多
②糖蛋白(也叫糖被)有保护和润滑作用,还与细胞识别作用有密切关系(糖链便是特异性决定簇糖链上个别糖的种类或同一种糖由于存在位置不同,就显出不同的特异性)
③正常细胞癌变后,细胞膜上产生甲胎蛋白和癌胚抗原等物质,以此可以作为细胞是否癌变的指标之
一三、细胞膜的功能
1、将细胞与外界环境分隔开细胞膜将细胞与外界环境隔开,保障了细胞内环境的相对稳定
①对于原始生命,膜的出现起到至关重要的作用,它将生命物质与非生命物质分隔开,成为相对独立的系统
②对于原生生物,如草履虫,它属于单细胞生物,它与外界环境的分界面也是细胞膜,由于细胞膜的作用,将细胞与外界环境分隔开
2、控制物质进出细胞包括细胞膜控制作用的普遍性和控制作用的相对性两个方面,如图示营养物质废物分泌物控制的相对性病菌、病毒
3、进行细胞间的信息细胞间信息交流主要有三种方式
①通过体液的作用来完成的间接交流分泌进入体液运输信息如内分泌细胞——→激素——→体液———→靶细胞受体—→靶细胞,即激素—→靶细胞
②相邻细胞间直接接触,通过与细胞膜结合的信息分子影响其他细胞,即细胞细胞如精子与卵细胞之间的识别和结合通道
③相邻细胞间形成通道使细胞相互沟通,通过携带信息的物质来交流信息,即细胞===细胞高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,进行细胞间的信息交流思考实验探究
1、细胞膜成分的实验探究
①用溶脂剂处理细胞膜,膜被破坏,说明细胞膜中含有脂质成分
②用蛋白酶处理细胞膜,膜被破坏,说明细胞膜中含有蛋白质成分
2、细胞膜具有识别作用的实验探究提示可将大量的同种生物和亲缘关系较远的生物的精子和卵细胞混合在一起,发现只有同种生物的精子和卵细胞能结合
四、细胞壁植物细胞在细胞膜的外面还有一层细胞壁成分主要是纤维素和果胶功能对植物细胞有支持和保护作用第2节细胞器——系统内的分工合作
一、细胞的亚显微结构分析名称分布形态结构成分功能线粒体动植物细胞短棒状、圆球状、线形、哑铃形双层膜、嵴、基质有氧呼吸酶、少量DNA有氧呼吸的主要场所,“动力车间”叶绿体绿色植物扁平椭球形或球形双层膜、基粒、基质光合作用酶、色素、少量DNA光合作用的场所——“养料制造车间”和“能量转换站”内质网动植物细胞网状单层膜 蛋白质合成和加工以及脂质合成的“车间”高尔基体动植物细胞囊状单层膜 对来自内质网的蛋白质加工分类和包装的“车间”及“发送站”核糖体动植物细胞椭球形无膜结构 “生产蛋白质的机器”溶酶体动植物细胞囊状单层膜多种水解酶分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死入侵的病毒或病菌液泡主要存在于植物细胞泡状单层膜糖类、无机盐、色素和蛋白质调节细胞内的环境,使植物细胞保持坚挺中心体动物和某些低等植物细胞两个中心粒互相垂直无膜结构 与细胞的有丝分裂有关
1、细胞质细胞器见下表基质呈胶质液态,含水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸、多种酶细胞骨架(真核细胞)由蛋白质纤维组成,与细胞运动、分裂、分化、物质运输、能量交换、信息传递有关
2、八种细胞器的分布、形态、结构、成分及功能的比较说明
1、分离各种细胞器的方法差速离心法,用高速离心机在不同的转速(离心力不同)下进行离心
2、硅肺工矿企业常见职业病,肺部吸入硅尘(SiO2)后,硅尘被吞噬细胞吞噬,吞噬细胞中的溶酶体缺乏分解硅尘的酶,而硅尘却能破坏溶酶体膜,使其中的水解酶释放出来,破坏细胞结构,使细胞死亡,最终导致肺部的功能受损
3、细胞亚显微结构的相关知识归纳
(1)产生水的结构线粒体(有氧呼吸)核糖体(脱水缩合)
(2)产生ATP(与叶绿体(光合作用光能→电能→ATP→稳定化学能)能量转换有线粒体(有氧呼吸稳定的化学能→ATP)关)的结构细胞质基质(无氧呼吸、有氧呼吸的第一阶段)
(3)与主动运输有线粒体(供能)关的细胞器核糖体(合成载体蛋白)
(4)生理活动中遵循细胞核(DNA复制、转录)碱基互补配对原线粒体(自身DNA复制、转录,翻译)则的结构叶绿体(自身DNA复制、转录,翻译)核糖体(翻译)核糖体(间期蛋白质合成)
(5)参与细胞分裂中心体(前期发出星射线形成纺锤体)的细胞器高尔基体(末期与植物细胞壁形成有关)线粒体(供能)叶绿体(含叶绿素和类胡萝卜素)
(6)含色素的细胞器液泡(含花青素)有色体(含类胡萝卜素)
(7)核糖体的分附着在内质网上(合成分泌蛋白,如消化酶、抗体、部分激素)布和功能游离在细胞质基质中(合成胞内蛋白,如与有氧呼吸有关的酶)
4、线粒体与叶绿体的比较
(1)共性
①均具有能量转换功能
②均具有双层膜结构
③均含少量DNA,与细胞质遗传有关
④共同参与了自然界的碳循环
(2)差异性
①增大膜面积的方式线粒体是由内膜向内腔折叠形成嵴,叶绿体则是由囊状结构堆叠形成基粒
②完成的生理过程线粒体是有氧呼吸的主要场所,完成有氧呼吸第
二、三阶段;叶绿体是光合作用的场所,完成光合作用的全过程因此两者含有的酶的种类不同
③所形成的ATP的去路线粒体产生的ATP可用于除光合作用暗反应以外的各项生命活动,叶绿体光反应产生的ATP只用于其暗反应中C3的还原
5、动植物细胞结构的比较 动物细胞植物细胞不同点没有细胞壁、叶绿体和液泡,有中心体有细胞壁、叶绿体和液泡,高等植物中无中心体相同点都有细胞膜、细胞质、细胞核细胞质中共有的细胞器是线粒体、内质网、高尔基体、核糖体等
二、用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体
1、实验目的了解叶绿体和线粒体的形态和分布,增强对叶绿体和线粒体的感性认识;学习制作临时装片,并能在光学显微镜下观察叶绿体和线立体
2、实验材料的选取观察叶绿体时,常选用藓类叶片(或菠菜叶、黑藻叶等),(原因藓类叶片很薄,仅有一两层叶肉细胞)若选用菠菜叶作材料,撕取少许叶肉的下表皮(原因接近下表皮的叶肉细胞是海绵组织,细胞排列疏松,细胞分散,易撕取,便于观察)
3、染色剂观察叶绿体时,由于叶绿体本身含有色素,呈绿色,所以不需要染色观察线粒体时,用健那绿染液染色,健那绿染液是专一性用于线粒体染色的活细胞染料,能将线粒体染成蓝绿色,而细胞质接近无色
4、实验流程图
(1)观察叶绿体载玻片中央滴一滴清水制作临时装片藓类小叶(或菠菜稍带叶肉的下表皮)放入水滴中盖上盖玻片观察先用低倍镜观察后再用高倍镜观察
(2)观察线粒体载玻片中央滴一滴健那绿染液制作临时装片牙签刮口腔内侧壁后涂于染液中盖上盖玻片观察高倍镜下可见被染成蓝绿色的线粒体
5、实验拓展应用根据本实验原理,可以解决以下问题
(1)观察光照对叶绿体分布的影响
(2)线粒体数量与细胞功能的关系特别提醒
①临时装片应随时保持有水状态,以免影响细胞的活性
②要漱净口腔,防止杂质对观察物像的干扰
③必须先在低倍镜下将目标至视野中心,然后再转动转换器换用高倍物镜
④换上高倍镜后,只能转动细准焦螺旋使图像清晰
三、细胞的生物膜系统(细胞器膜和细胞膜、核膜等结构,共同构成)
1、各种生物膜之间的联系
(1)在化学成分上各种生物膜组成成分相似,由脂质、蛋白质和少量糖类组成,但每种成分所占的比例不同
(2)在结构上的联系囊泡核膜高尔基体内质网线粒体(间接联系)(直接联系)细胞膜囊泡(间接联系)
(3)功能上的联系在分泌蛋白的合成、运输、加工、分泌等过程中,各种细胞器之间协调配合
2、生物膜系统的功能
(1)细胞膜使细胞具有稳定的内部环境,在细胞与外部环境进行物质运输、能量转换和信息传递的过程中起着决定性作用
(2)广阔的膜面积提供了酶的附着位点,保证了化学反应的顺利进行
(3)生物膜将细胞器分隔开,使细胞内同时进行许多种化学反应,而不会互相干扰,保证了细胞生命活动高效、有序地进行
3、生物膜的应用医学血液透析膜肾功能发生障碍时,病人的血液流经人工肾时,血液透析膜能够把病人血液中的代谢废物透析掉,让干净的血液返回病人体内;工业污水处理、海水淡化等的处理第3节细胞核——系统的控制中心
一、细胞核功能的研究
1、细胞核功能的实验研究实验内容实验方法实验结果得出结论两种美西螈细胞核移植将黑色美西螈胚胎细胞核移植到白色美西螈去核卵细胞中发育成的美西螈都是黑色的美西螈皮肤颜色遗传是由细胞核控制的横缢蝾螈受精卵用头发横缢蝾螈受精卵,一半有核,一半无核有核的一半能分裂、分化,无核的一半则不能蝾螈的细胞分裂和分化是由细胞核控制的将变形虫切成两半切成的一半有核,一半无核有核部分能生长、分裂、再生,具有应激性,无核部分只能消化食物变形虫的分裂、生长、再生、应激性是由细胞核控制的伞藻嫁接与核移植将两种伞藻的“帽”、柄、假根分开后,相互嫁接与核移植“帽”的形状与具有细胞核的假根部分一致伞藻“帽”的形状是由细胞核控制的
2、细胞核的功能细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心
(1)细胞核是遗传物质(DNA)储存和复制的场所,DNA携带遗传信息,并通过复制由亲代传给子代,保证了遗传信息的连续性
(2)细胞核控制着物质合成、能量转换和信息交流,使生物体能够进行正常的细胞代谢DNA可以控制蛋白质的合成,从而决定生物的性状特别提醒凡是无核的细胞,既不能生长也不能分裂,如哺乳动物和人的成熟的红细胞;人工去核的细胞,一般也不能存活太久
二、细胞核的结构
1、核膜
(1)结构核膜是双层膜,外膜上附有许多核糖体,常与内质网相连;其上有核孔,是核质之间频繁进行物质交换和信息交流的通道;在代谢旺盛的细胞中,核孔的数目较多
(2)化学成分主要是脂质分子和蛋白质分子
(3)功能起屏障作用,把核物质与细胞质隔开;控制细胞核与细胞质之间信息交流和物质交换
2、核仁参与RNA的合成以及形成核糖体的场所在有丝分裂过程中,核仁有规律地消失和重建
3、染色质细胞核中能被碱性染料染成深色的物质,其主要成分是DNA和蛋白质染色质与染色体的关系如下 染色质染色体同种物质成分相同主要是DNA和蛋白质特性相同易被碱性染料染成深色功能相同遗传物质的主要载体不同时期分裂间期分裂期两种形态细长的丝光镜下能看到呈圆柱状或杆状结构知识拓展
①能将染色质(染色体)染成深色的染料有苏木精、龙胆紫、醋酸洋红等碱性染料
②细胞核内的液体叫核液(或核基质)
三、尝试制作真核细胞的三维结构模型
1、目的利用不同材料模拟细胞的各个结构,来建立真核细胞的结构模型
2、实验方案设计真核细胞(以动物细胞为例)的结构包括细胞质及其内含的各种细胞器,主要有线粒体、中心体、高尔基体、内质网、核糖体、溶酶体等,以及细胞核在建立模型时,可选用琼脂(或明胶)做细胞质,用各种色彩泥(有些地区可选用胶泥、面团)捏制各种细胞器,并固定在琼脂中,即可成为一个动物真核细胞模型
3、细胞器大小参考数据保证制作中各种细胞器的大小成比例核糖体最小溶酶体直径为
0.2~
0.8µm线粒体直径为
0.5~1µm,长度为2~3µm中心体直径为
0.2~
0.4µm细胞核直径为5~10µm
四、细胞的整体性细胞既是生物体结构的基本单位,也是生物体代谢和遗传的基本单位细胞作为基本的生命系统,其结构复杂而精巧,各组分之间分工合作成为一个整体,使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行细胞的整体性具体体现在
1、从结构上看细胞的各个组成部分是相互联系的,如各种细胞器之间存在着直接或间接的联系内质网广泛分布在细胞质中,连接着各种不同的细胞器,同时内质网内连核膜,外接细胞膜,将细胞膜、细胞质、细胞核连为一体
2、从功能上看细胞的不同结构虽具不同生理功能,但却是协调合作的,如蛋白质类分泌物的合成和分泌是由核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜等结构协调完成的
3、从调控上看细胞核是代谢的调控中心细胞核内的DNA通过控制蛋白质等物质的合成调控细胞内的生命活动
4、从与外界的关系上看细胞的整体性还表现在每一个细胞都要与相邻细胞进行物质和能量的交换与信息交流,而与外界环境直接接触的细胞要与外界环境进行物质和能量的交换与信息交流因此,细胞与外界环境之间形成一个统一的整体细胞的整体性是几十亿年进化的产物特别提醒细胞核和细胞质具有相互依存和相互制约的关系,细胞质为细胞核提供物质和能量,而细胞核控制着细胞的代谢和遗传,即生物的性状主要是由细胞核控制的第四章细胞的物质输入和输出第1节物质跨膜运输的实例
一、细胞的吸水和失水
1、原理发生了渗透作用发生渗透作用必须具备两个条件
(1)具有半透膜
(2)膜两侧溶液具有浓度差
2、动物细胞的吸水和失水(以红细胞为例)红细胞膜相当于一层半透膜当外界溶液浓度<细胞质的浓度时,细胞吸水膨胀当外界溶液浓度>细胞质的浓度时,细胞失水皱缩当外界溶液浓度=细胞质的浓度时,水分进出平衡
3、植物细胞的吸水和失水的条件
(1)在成熟的植物细胞中,原生质层(细胞膜+液泡膜+二者之间的细胞质)相当于一层半透膜
(2)细胞液(特指液泡内的液体)具有一定浓度当细胞液浓度<外界溶液浓度时,细胞失水,质壁分离当细胞液浓度>外界溶液浓度时,细胞吸水,细胞呈膨胀状态当细胞液浓度=外界溶液浓度时,细胞失水吸水平衡知识拓展若将两个溶液体系S1和S2用半透膜隔开,则
(1)当S1浓度>S2浓度时,S2S1的水分子数多于S1S2的水分子数,总结果水由S2流向S1
(2)当S1浓度<S2浓度时,S1S2的水分子数多于S2S1的水分子数,总结果水由S1流向S2总之,水由浓度低的溶液流向浓度高的溶液
二、植物细胞的吸水和失水的实验探究
1、探究的一般过程提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果,得出结论→表达和交流→进一步探究
2、实验原理成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜,细胞液具有一定的浓度,能够渗透失水和吸水
3、实验流程图示(质壁分离和复原实验)制作洋葱鳞片叶表皮临时装片
①有一个紫色的中央大液泡高倍显微镜下观察
②原生质层紧贴细胞壁
0.3g/ml吸水纸吸引蔗糖溶液(临时装片)高倍显微镜观察
①中央大液泡逐渐变小(紫色加深)
②原生质层与细胞壁逐渐分离吸水纸清水吸引(临时装片)高倍显微镜观察
①中央大液泡逐渐涨大
②原生质层逐渐贴近细胞壁
4、质壁分离的原因分析细胞壁伸缩性小内因原生质层具半透性→细胞渗透失水→原因原生质层伸缩性大外因外界溶液浓度大于细胞液浓度宏观上植物由坚挺→萎蔫表现液泡(大→小)微观上质壁分离细胞液颜色(浅→深)原生质层与细胞壁分离
5、实验结论成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用,当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞失水;当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞吸水
三、物质跨膜运输的其他实例分析
1、番茄和水稻吸收矿质离子的比较科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2+、Mg2+和Si4+的培养液中培养,结果及分析如下
(1)不同植物细胞对同一无机盐离子、同一植物细胞对不同无机盐离子的吸收均有差异,说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有选择性
(2)番茄吸收Ca2+、Mg2+多,吸收Si4+少;水稻吸收Si4+多,而吸收Ca2+、Mg2+少从营养学角度讲番茄的补钙效果比水稻好
(3)水稻吸收水的相对速度比吸收Ca2+、Mg2+大,造成培养液中Ca2+、Mg2+浓度上升;番茄吸收水的相对速度比吸收Si4+大,造成培养液中Si4+浓度上升
(4)植物细胞在同一时间吸收离子和吸收水的量不同,即吸收离子和吸收水是两个不同的过程
2、人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点人体甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液高20~25倍,说明碘进入甲状腺滤泡上皮细胞是从低浓度→高浓度,即逆浓度梯度
3、微生物吸收矿物质的特点不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异
(1)不同微生物的细胞膜结构有一定的差异
(2)不同微生物对矿物质的吸收有选择性
(3)不同微生物对各种矿物质的需求量不同
4、实例分析结论
(1)细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜特点是
①水分子可以自由通过
②一些离子和小分子也可以通过
③其他的离子、小分子和大分子则不能通过
(2)物质通过生物膜的跨膜运输,有的是顺相对含量梯度的,有的是逆相对含量梯度
(3)细胞对物质输入和输出的选择性是通过细胞膜实现的
四、实验探究提示
1、植物细胞吸水和失水探究实验可以用来
(1)鉴定植物细胞的死活
(2)证明原生质层具有选择透过性以及观察植物细胞的细胞膜
(3)测定细胞液的浓度大小
(4)证明细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性
2、设计实验探究细胞膜的选择透过性
(1)可利用细胞液有颜色的植物组织,放入无色溶液中,然后用高温或强碱等处理,观察处理前后无色溶液颜色的变化
(2)也可用哺乳动物成熟的红细胞来研究细胞膜选择透过性,之所以选哺乳动物的红细胞而不选哺乳动物的其他细胞,是因为红细胞无核膜及其他膜结构,能排除其他膜的干扰概念辨析
1、原生质与原生质层原生质细胞内的生命物质,它包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分原生质层由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的细胞质所组成
2、半透膜与选择透过性膜半透膜指某些物质可以通过,而另一些物质不能透过的多孔性薄膜,如动物的膀胱、肠衣及玻璃纸、羊皮纸等物质能否通过半透膜取决于分子的大小选择透过性膜指细胞膜等生物膜,生物膜的特点是具有选择透过性,只有被选择的小分子和离子才能通过当细胞死亡后,细胞膜便失去了选择透过性,变为全透性相同点水分子都可以自由通过,大分子都不允许通过不同点小分子或离子的直径比半透膜的孔径小,能通过半透膜;只有被选择的小分子或离子才能通过选择透过性膜应用
1、食物防腐(糖渍、盐渍的食物为什么不易腐败变质?)原因利用高渗溶液使细菌失水而死亡
2、农作物施肥过多会造成“烧苗”现象的原因,及补救措施?
3、为什么不能用海水代替河水灌溉农作物?
4、为什么盐碱地上生长的植物较少?
5、无土栽培农作物时,为什么每天都要补充水(特别是夏天),而培养液是定期添加?第2节生物膜的流动镶嵌模型
一、生物膜的探索历程年代、科学家依据结论或假说19世纪末欧文顿凡是可以溶于脂质的物质,比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜细胞膜是由脂质组成的20世纪初分离并分析出哺乳动物红细胞膜主要成分为脂质和蛋白质细胞膜的主要成分为脂质和蛋白质1925年荷兰把红细胞膜中的脂质提取出来,在水面上铺成单分子层,发现其面积是红细胞表面积的两倍细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层20世纪40年代在荷兰科学家研究的基础上,推测(双分子片层模型)细胞膜是由双层脂分子及内外表面附着的蛋白质构成1959年罗伯特森电镜下看到细胞膜清晰的暗—亮——暗的三层结构所有生物膜都有蛋白质——脂质——蛋白质三层结构构成特点静态结构1970年人——鼠细胞杂交实验细胞膜具有流动性1972年桑格和尼克森在前人研究的基础上,提出“流动镶嵌模型”磷脂双分子层构成了膜的基本支架,具有流动性蛋白质分子镶嵌、嵌入或横跨磷脂双分子层大多数蛋白质分子也是可以运动
二、生物膜的结构特点(依据流动镶嵌模型)
1、镶嵌性膜的基本结构是由磷脂双分子层镶嵌蛋白质构成的磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子,磷酸“头”部是亲水的,脂肪酸“尾”部是疏水的
2、流动性膜结构中的蛋白质和磷脂分子在膜中可做多种形式的移动膜整体结构也具有流动性流动性具有重要的生理意义物质运输、细胞识别、细胞融合、细胞表面受体功能调节等均与之相关
3、不对称性膜两侧的分子性质和结构不相同,如糖蛋白只分布于细胞膜的外表面,在细胞膜的内表面没有分布知识拓展构成膜的磷脂分子和蛋白质分子都具有流动性,但不是与液态水一样无规则运动磷脂分子是做与膜表面相平行的横向运动,并随温度升高而加快蛋白质分子可以在磷脂双分子层内或表面移动
三、细胞膜的流动性和选择透过性
1、区别具有一定的流动性是细胞膜的结构特点,即磷脂分子是可运动的,大多数蛋白质分子是可运动的选择透过性是细胞膜的功能特点,即水分子、被选择的离子和小分子可以通过,大分子、不被选择的离子和小分子不能通过
2、联系细胞膜的流动性是表现其选择透过性的结构基础因为只有细胞膜具有流动性,才能表现出选择透过性,如细胞膜中的部分蛋白质充当了载体,运输物质进出细胞,只有它是运动的,才能运输物质
四、证明细胞膜具有流动性的实例
1、草履虫取食过程中食物泡的形成及胞肛废渣的排除
2、变形虫捕食和运动时伪足的形成
3、白细胞吞噬细菌
4、胞吞和胞吐
5、受精时细胞的融合过程
6、动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程
7、细胞杂交时的细胞融合
8、红细胞通过狭窄毛细血管的变形
9、精细胞形成精子的变形
10、酵母菌的出芽生殖中长出芽体
11、人——鼠细胞的杂交实验
12、变形虫的切割实验
13、质壁分离和复原实验第3节物质跨膜运输的方式
一、自由扩散、协助扩散和主动运输的比较
1、影响自由扩散的因素细胞膜内外物质的浓度差
2、影响协助扩散的因素
(1)细胞膜内外物质的浓度差
(2)细胞膜上运载物质的载体数量
3、影响主动运输的因素
(1)载体是细胞膜上的一类蛋白质
①载体具有特异性,不同物质的载体不同,不同生物细胞膜上的载体的种类和数目也不同
②载体也具有饱和现象,当细胞膜上的载体已经达到饱和,细胞吸收该载体运载的物质的速度不再随物质浓度的增大而增大
(2)能量凡能影响细胞内产生能量的因素,都能影响主动运输,如氧气浓度、温度等
4、主动运输的意义主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中,能够保证活细胞按照生命活动的需要,主动地选择吸收所需要的物质,排出代谢产生的废物和对细胞有害的物质,对于细胞完成各项生命活动有非常重要的意义
5、三种物质运输方式是小分子和离子的运输方式,不包含大分子;三种方式是物质进入细胞的主要运输方式,除此之外还有其他方式
6、被动运输、主动运输的常见曲线运运运输输输速速速度度度浓度梯度浓度梯度氧分压自由扩散协助扩散主动运输
二、胞吞和胞吐作用大分子物质和颗粒性物质不能穿越细胞膜,进出细胞时依靠胞吞和胞吐作用
(1)胞吞作用内陷分离进入大分子附在细胞膜的表面——→小囊——→囊泡——→细胞内部如白细胞吞噬病菌、细胞碎片、衰老细胞,变形虫吞食细菌等食物
(2)胞吐作用移动融合大分子被膜包围形成囊泡——→细胞膜——→排出如消化腺细胞分泌消化酶、胰岛细胞分泌胰岛素、变形虫排出食物残渣等说明囊性纤维病20世纪80年代被人们认识的一种遗传病由于有的细胞中某种蛋白质结构异常,影响了Na+和Cl-的跨膜运输概念辨析扩散与渗透作用渗透指水分子或其他溶剂分子通过半透膜向溶质浓度高的一方做分子运动如当细胞液的浓度大于外界溶液浓度时,细胞就通过渗透作用吸水;当细胞液的浓度小于外界溶液浓度时,细胞就通过渗透作用失水渗透是扩散的一种特殊形式扩散指物质从密度大的空间向密度小的空间运动,如水、氧气、二氧化碳、甘油等物质通过半透膜的扩散方式属于自由扩散第五章细胞的能量供应和利用第1节降低化学反应活化能的酶
一、酶的作用和本质
1、酶在细胞代谢中的作用细胞代谢细胞中每时每刻都进行着许多化学反应细胞代谢是细胞生命活动的基础
(1)实验比较过氧化氢在不同条件下的分解试管号3%过氧化氢量控制变量点燃的卫生香检测结果分析实验处理H2O2分解速度气泡多少12ml 无助燃性H2O2自然分解缓慢22ml900C水浴加热很少有助燃性加热能促进H2O2分解32ml滴加
3.5%FeCl32滴较多助燃性较强Fe3+能催化H2O2分解42ml滴加20%肝脏研磨液2滴很多助燃性更强过氧化氢酶有催化H2O2分解的作用且效率高
(2)实验的注意点
①点燃卫生香的时间一般为实验(加入试剂)后的2~3min,这一时间要因气温和试剂的新鲜程度而定,不可千篇一律
②本实验成功的关键是;实验用的肝脏要新鲜,肝脏必须进行研磨,使过氧化氢酶释放出来
③H2O2有腐蚀性,不要使其接触皮肤
④卫生香不要插到气泡中,以免卫生香因潮湿而熄灭
(3)实验过程的理论分析自变量因变量无关变量对照组实验组2号900C水浴加热3号
3.5%FeCl32滴4号加入20%肝脏研磨液2滴 H2O2分解速度,用产生气泡的数目多少表示 加入H2O2的量;实验室的温度;FeCl3和肝脏研磨液的新鲜程度 1号试管
2、
3、4号试管说明1控制变量自变量人为改变的变量,如FeCl3溶液,肝脏研磨液变量因变量随自变量变化而变化的变量,如酶的活性无关变量除自变量外的影响实验结果的可变因素
②对照实验除了一个因素外,其余因素都保持不变分对照组和实验组
(4)实验证明的结论
①酶具有高效性
②酶的作用通过降低活化能,使生物化学反应尽快达到平衡点,并使细胞代谢在温和条件下快速进行说明
①活化能分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量
②酶降低化学反应活化能的实例H2O2的分解,当没有催化剂时需活化能4180KJ/mol;用胶态钯作催化剂时,只需活化能2594KJ/mol;而当用过氧化氢酶催化时,活化能下降到
46.5KJ/mol以下
2、酶的本质
(1)酶本质的探索过程巴斯德之前发酵是纯化学反应,与生命活动无关争论巴斯德(法国)1857年提出只有活酵母细胞参与才能进行发酵李比希(德国)指出酵母细胞死亡裂解后释放出某种物质,引起发酵毕希纳(德国)获得酵母细胞提取液,但未能分离鉴定出酶萨姆纳(美国)1926年用丙酮提取出了刀豆种子中的脲酶,并证明了脲酶是蛋白质(后来,科学家证明了绝大多数酶都是蛋白质)切赫和奥特曼(美国)20世纪80年代,发现少数RNA也具有催化功能
(2)酶的本质
①酶是活细胞产生的,绝大多数酶的化学本质是蛋白质,少数是RNA若为前者,其组成单位应为氨基酸,产生场所为核糖体;若为后者,其组成单位应为核苷酸,来源于DNA的转录
②证明酶的本质是蛋白质的依据有以下几条◆酶水解后最终产物是氨基酸,酶能被蛋白酶水解而失活◆酶是具有生物活性的大分子,凡是能使蛋白质变性的因素(高温、强酸、强碱等)都可使酶变性失活◆酶也有蛋白质所具有的化学呈色反应(与双缩脲试剂反应呈紫色),可用已知的蛋白质(如蛋清稀释液)与双缩脲反应的颜色作对照◆元素组成和蛋白质相同,也可用氨基酸人工合成
③证明酶是RNA,则可选用甲基绿、吡罗红染色剂来检验,吡罗红使RNA呈现红色
二、酶的特性
1、酶的特性与无机催化剂相比,生物催化剂——酶存在如下特性
①高效性酶的催化效率一般为无机催化剂的107~1013倍,如过氧化氢酶与Fe3+相比,催化H2O2水解效率高得多
②专一性每一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应,如过氧化氢酶对H2O2分解的催化具有高效性,而对蛋白质的水解则无效,而Fe3+则为多种化学反应的催化剂易受其他条件影响酶的催化作用需温和的条件,如适宜的温度,适宜的酸碱度,易受活化剂或抑制剂影响等相比而言,无机催化剂则不易受影响,如同样加热到1000C,过氧化氢酶早已失活,而Fe3+仍可起催化作用
2、酶的催化特性的验证实验特性原理对照实验实验结果高效性 过氧化氢酶H2O2—————→H2O+O2 Fe3+H2O2—————→H2O+O2 燃烧检验酶催化------强Fe3+催化------弱专一性 唾液淀粉酶淀粉—————→麦芽糖 唾液淀粉酶蔗糖————→无 分解后淀粉→砖红色沉淀蔗糖————→无作用条件较温和 酶在最适温度和PH范围内活性最高,超过此范围其活性会降低甚至失活 低温、高温下酶的催化情况过酸、过碱环境下酶的催化情况 酶的催化需适宜的温度和适宜的PH说明◆高效性实验
①设立对照
②实验成功的关键是所用的供酶组织是否新鲜◆专一性实验
①设立对照
②实验成功的关键是蔗糖要用新配制的,并检验其纯度◆温度影响酶活性实验
①设立对照
②实验成功的关键是在加入酶之前,先让底物和酶分别在各自温度下处理至少5min,确保温度一致◆PH影响酶活性实验
①设立对照
②实验成功的关键是酶与底物作用前,确保其PH已经改变
3、酶与一般催化剂的共性二者均只催化自然界可发生的化学反应,并只可降低分子活化能、加快反应速度、尽快达化学平衡,而对那些原本不发生的化学反应,均不起作用二者在反应前后,质与量均不发生变化
三、影响酶活性(酶促反应)的因素
1、酶浓度在有足够底物而其他因素适宜的情况下,则酶促反应速度与酶浓度成正比反应速率酶浓度
2、底物浓度当酶浓度、温度和PH恒定时,在底物浓度很低的范围内,反应速率与底物浓度近乎成正比;当底物浓度达到一定限度时,所有的酶全部与底物结合,反应速率达到最大,再增加底物浓度,反应速率也不再增加反应速率底物浓度
3、温度在一定温度范围内,酶的活性随温度升高而升高最适温度时,酶活性最高若超过最适温度,酶活性随温度升高而逐渐下降,甚至停止(酶失活)酶的活性最适温度温度记忆酶最适温度动物35~400C植物40~500C细菌和真菌最适温度差别较大,有的可高达700C
4、PH酶活性最强时的PH,为该酶的最适PH若超过或低于最适PH,酶活性降低,甚至丧失酶的活性最适PHPH记忆酶最适PH动物大多在
6.5~
8.0,但也有例外,如胃蛋白酶的最适PH为
1.5植物大多在
4.5~
6.5知识拓展什么条件下酶失去活性?
①过酸或过碱时酶失去活性,即酶的空间结构被破坏,失活后的酶即使再给予其适宜的PH,酶也不会再恢复其活性
②高温可导致酶失去活性,如绝大多数的蛋白质在700C以上,其空间结构即被破坏注意低温不会使酶失去活性,低温时酶活性降低,若再给予其适宜温度,酶活性增强
四、影响酶活性的条件的探究
1、温度对酶活性的影响
(1)原理淀粉酶斐林试剂
①淀粉————→麦芽糖;麦芽糖————→砖红色沉淀
②温度影响淀粉酶的活性,从而影响麦芽糖的生成量,滴加斐林试剂,根据生成沉淀的颜色深浅来判断麦芽糖的生成量
(2)实验设计取10支试管编号分别加入不同等量的质量分数为2%的新配制的淀粉溶液分别放入不同温度(建议设置00C、100C、200C、300C、400C、500C、600C、700C、800C、1000C)下维持5min再取10支试管编号,分别加入等量的淀粉酶溶液,也在不同的温度(如上建议)下维持5min分别将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液中,摇均后,维持各自温度5min分别加入等量的碘液观察并比较颜色反应
(3)实验结果预测在40~500C条件下加热产生的砖红色沉淀明显,其他温度条件下产生的砖红色沉淀现象不明显
(4)实验结论温度会影响酶活性,酶酶活性有一定的最适温度范围
2、PH对酶活性的影响
(1)原理过氧化氢酶
①H2O2—————→H2O+O2
②PH影响酶活性,从而影响氧气的生成量,可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少
(2)实验设计取8支试管编号分别加入等量的质量分数为3%的过氧化氢溶液用盐酸或NaOH溶液调整出不同的PH(
5.
5、
6.
0、
6.
5、
7.
0、
7.
5、
8.
0、
8.
5、
9.0)分别滴加等量的同种新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液用点燃但无火焰的卫生香来检验氧气的生成情况
(3)实验结果在PH
6.5~
8.0之间,卫生香的燃烧情况较好,其他PH条件下,燃烧情况较差
(4)实验结论PH影响酶活性,酶活性有一定的最适PH范围第2节细胞的能量“通货”——ATP
一、ATP的结构特点及生理功能ATP三磷酸腺苷
1、ATP的结构简式A—P~P~PA——表示腺苷;T——表示3个;P——表示磷酸基团;—表示普通键;~表示高能磷酸键
2、特点
①一个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸基团、2个高能磷酸键(ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中)
②ATP的一个高能磷酸键水解,形成ADP(二磷酸腺苷),两个高能磷酸键水解,形成AMP(一磷酸腺苷)
3、ATP的生理功能细胞代谢所需的能量主要是由细胞内的ATP直接提供的ATP是新陈代谢所需能量的直接来源
4、关于能量方面的知识归纳生物体生命活动的直接能源物质——ATP生物体的主要能源物质——糖类生物体的能源物质——糖类、脂肪和蛋白质生物体内主要储能物质(永久性储能物质)——脂肪(大多数植物细胞储能物质为淀粉)动物体中储能物质(暂时储能)——糖原(肝糖原、肌糖原)生物界的最终能源——光能(太阳能)ATP高能磷酸键中的能量——活跃化学能糖类、脂肪、蛋白质化学键中的能量——稳定化学能高能磷酸化合物——ATP和磷酸肌酸(存在于动物和人)(高能磷酸化合物水解时释放的能量在
20.92KJ/mol(千焦/摩)以上的磷酸化合物ATP水解时释放的能量高达
30.54KJ/mol)
二、ATP和ADP的相互转化酶
11、反应式ATPADP+Pi+能量(注意P代表磷酸基团,Pi代表磷酸)酶
22、特点
①在正常生活的细胞中,这种转化时刻不停地发生并且处于动态平衡中
②细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制,是生物界的共性
3、意义
(1)保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库
①ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键极容易水解,以保证能量及时供应
②ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键极容易形成,以保证能量相对稳定和能量持续供应
(2)ATP在能源物质供能过程中处于核心地位,其他能源物质只有转化为ATP才能为生命活动功能在生命活动中,ATP中的能量可转化为不同形式的能量,如光能、动能、电能等
4、ATP和ADP的相互转化不是可逆反应
①从反应条件上看ATP的分解是一种水解反应,催化该反应的酶属于水解酶;而ATP的合成是一种合成反应,催化该反应的酶属于合成酶,即正、逆反应所需要的酶不同
②从场所上看ATP合成的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体;而ATP分解的场所有细胞膜(供主动运输消耗能量)、叶绿体基质(将ATP中的能量转化为有机物中的化学能)、细胞核(DNA复制和RNA合成所消耗的能量)等因此,ATP合成与分解的场所不尽相同
③从能量上看ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能,释放出来后供各种生命活动之用,不能再使Pi和ADP形成ATP而储存;而合成ATP的能量主要来自有机物分解产生的化学能和太阳能因此,ATP水解和ATP合成反应产物中的能量来源和用途是不同的总之,ATP与ADP的相互转化,从物质方面看可逆,从酶、进行场所、能量方面看不可逆,即整体来看二者的反应不可逆,而是细胞内ATP与ADP的循环过程
三、ATP的形成途径
1、植物体内形成ATP的途径
(1)光合作用(形成ATP的场所叶绿体类囊体薄膜)
(2)细胞呼吸(细胞质基质和线粒体)
2、人、动物、真菌和大多数细菌形成ATP的途径只有细胞呼吸人、动物、真菌形成ATP的场所细胞质基质和线粒体大多数细菌形成ATP的场所细胞质基质(无氧呼吸)或细胞膜(有氧呼吸)
四、典型图表曲线解读如图表示某动物肌细胞中ATP产生量与O2供给量之间的关系曲线ATP产BC生A量OO2供给量从图示可解读以下信息;
①A点表示在无氧条件下,肌细胞可通过无氧呼吸分解有机物,产生少量的ATP
②AB段表示随O2供应量逐渐增多,有氧呼吸明显加强,通过有氧呼吸分解有机物释放出的能量明显增多,ATP产量随之升高4BC段表示O2供给超过一定范围,ATP的产量不再增加因为有氧呼吸产生ATP的过程还受其他条件的限制,如酶、有机物、ADP、磷酸等5知识拓展磷酸肌酸在动物和人体细胞(特别是肌细胞)内,除了ATP外,高能磷酸化合物还有磷酸肌酸(可用C~P代表)当动物和人体细胞由于能量大量消耗而使细胞内的ATP含量过分减少时,在有关酶的催化作用下,磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给ATP,从而生成ATP和肌酸(可用C代表)当ATP含量比较多时,使肌酸转变成磷酸肌酸即酶ADP+磷酸肌酸(C~P)ATP+肌酸(C)第3节ATP的主要来源——细胞呼吸
一、细胞呼吸的方式
1、细胞呼吸的概念细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程
2、探究酵母菌细胞呼吸的方式
(1)实验过程
①检测CO2的产生,装置图如图所示◆将装置(甲)连通橡皮球,让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶,既保证O2的充分供应,又使进入A瓶的空气先经过NaOH的锥形瓶,洗除空气中的CO2,保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变浑浊是由于酵母菌有氧呼吸产生CO2所致◆B瓶应封口放置一段时间后,待酵母菌将B瓶中的氧消耗完,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶,确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水
②检测酒精的产生在A、B中各取2ml酵母菌培养液的滤液,分别注入1号、2号干净的试管中,在1号、2号试管中各滴加
0.5ml溶有
0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液,并轻轻振荡,观察试管中溶液的颜色变化
(2)实验现象及分析
①现象(甲)、(乙)装置石灰水都变浑浊,装置(甲)变浑浊快且程度高2号试管由橙色变成灰绿色,1号试管不变色
②分析◆酵母菌有氧和无氧条件下都产生CO2◆酵母菌有氧比无氧条件时放出的CO2多且快◆无氧时酵母菌分解葡萄糖产生酒精
(3)实验结论酵母菌有氧和无氧条件下都进行细胞呼吸在有氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生大量的CO2;在无氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生酒精,还产生少量的CO2
二、有氧呼吸
1、有氧呼吸的主要场所——线粒体双层膜外膜光滑,内膜向内腔折叠形成嵴,增大膜面积,分布多种与有氧呼吸结构有关的酶基质含有多种与有氧呼吸有关的酶功能有氧呼吸的主要场所分布普遍存在于动植物细胞中,代谢旺盛的细胞及部位含量较多
2、有氧呼吸的反应式C6H12O6+6O2酶6CO2+6H2O+能量
3、有氧呼吸的图解和三个阶段
(1)有氧呼吸的过程图解
(2)有氧呼吸三个阶段比较 阶段项目第一阶段第二阶段第三阶段场所细胞质基质线粒体基质线粒体内膜反应物葡萄糖(C6H12O6)丙酮酸(CH3COCOOH)H+O2生成物丙酮酸+[H]CO2+[H]H2O产生ATP的数量少量少量大量与氧的关系不参与不参与必参与
4、有氧呼吸的概念有氧呼吸是指细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放能量,生成许多ATP的过程
5、与燃烧相比,有氧呼吸(细胞氧化)具有的特点
①在温和条件(常温常压)下进行
②能量是逐步释放的,一部分储存在ATP中(转化率1161/2870=40%,即能量转化效率大约是40%,这些能量大约可以使
2.3x1023个ADP转化为ATP)
三、无氧呼吸
1、进行无氧呼吸的生物及产物举例酵母菌、苹果果实、一般高等植物的根(如水淹时)无氧呼吸时产生酒精马玲薯块茎、玉米胚、甜菜块根、动物(如人)的骨骼肌细胞、乳酸菌无氧呼吸时产生乳酸(酵母菌是兼性厌氧型生物,既可进行有氧呼吸,也可进行无氧呼吸)
2、呼吸的两大阶段酶第一阶段(细胞质基质)C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量酶C2H5OH+CO2+少量能量第二阶段(细胞质基质)C3H4O3酶C3H6O3+少量能量
3、无氧呼吸的反应式酶C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量酶C6H12O62C3H5O3+少量能量
4、无氧呼吸的概念无氧呼吸是指细胞在无氧条件下,通过酶的催化作用,把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物,同时释放出少量能量的过程注意由于无氧呼吸的氧化分解不彻底,产生的不彻底氧化产物(酒精、乳酸)中还含有大量能量,因而无氧呼吸释放的能量少,能量转化率也低(
61.08/
196.65=31%)
5、发酵微生物的无氧呼吸特称为发酵注意;高等动、植物的无氧呼吸不能叫发酵酒精发酵产生酒精的发酵(如酵母菌)乳酸发酵产生乳酸的发酵(如乳酸菌)
6、有氧呼吸与无氧呼吸的比较 有氧呼吸无氧呼吸不同点场所细胞质基质和线粒体始终在细胞质基质条件需O
2、酶不需O2需酶产物 CO
2、,、H2O 酒精和CO2或乳酸能量大量合成38ATP少量合成2ATP相同点联系从葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同以后阶段不同实质分解有机物释放能量合成ATP意义为生物体的各项生物活动提供能量
四、细胞呼吸原理的应用
五、生物进行细胞呼吸类型的判断有些生物(如多数高等植物、酵母菌等)无氧呼吸产生C2H5OH和CO2,而其有氧呼吸也产生CO2,有些题型需根据生物吸收和释放题型需根据生物吸收和释放题型需根据生物吸收和释放题型需根据生物吸收O2和释放CO2的量来判断细胞呼吸的类型根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可总结出以下规律酶C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量酶C6H12O62CO2+2C2H5OH+能量
(1)当生物体(若为绿色植物,则在黑暗环境中即不考虑光合作用,下同)不吸收O2,只释放CO2时,可判断它只进行无氧呼吸
(2)当生物体释放CO2量(指体积摩尔数,下同)时大于吸收O2量时,可判断它既进行有优势
(3)生物体释放CO2量与吸收O2量相等时,可判断它只进行有氧呼吸
(4)生物体既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸,且二者消耗的葡萄糖量相等时,则其吸收O2量与释放CO2量之比为34
六、影响细胞呼吸的因素及实例
1、内部因素
(1)不同种类植物的呼吸效率不同,一般旱生植物,生长缓慢,呼吸速率比水生植物低;阴生植物所处的光照强度较弱,呼吸也较弱,呼吸速率比阳生植物低
(2)同一种植物在不同的生长发育时期,呼吸速率也不同,一般在幼苗期、开花期等生长旺盛期,呼吸速率增高
(3)同一种植物的不同器官,呼吸速率也不同,一般生殖器官比营养器官高,幼嫩组织器官比衰老的组织器官高
2、外部因素;
(1)温度温度通过影响细胞呼吸有关酶的活性而影响细胞呼吸细胞呼吸酶的最适温度一般为25~300C多数植物在00C以下,细胞呼吸就很弱或几乎停止在一定范围内,细胞呼吸的速率随温度的升高而明显加快,但超过一定限度后,细胞呼吸反而会减弱实例
①春天农田覆盖“地膜”提高地温,利于根细胞呼吸,产生更多能量用于吸收矿质、促进细胞分裂等各项生理活动,利于蔬菜、农作物的生长
②变温动物的冬眠如青蛙在冬季其体温随气温的下降而下降,体内呼吸酶的活性降低,细胞呼吸减弱,代谢降低,从而进入休眠状态
③人生病时发烧一定范围内的体温升高,有利于人体抵御疾病,原因是体温升高,细胞呼吸增强,代谢增强,肝细胞解毒能力及白细胞吞噬病菌的能力增强
④低温环境储存蔬菜水果利于保存原因是低温条件下细胞呼吸减弱、消耗的有机物少
(2)氧气在一定范围内,随着O2浓度的增加,有氧呼吸的速率也增加,超过一定限度,O2浓度再增加,有氧呼吸的速率也不再增加氧气对无氧呼吸有抑制作用如图示CO2释无氧呼吸放有氧呼吸量51015202530O2(%)实例
①作物栽培中,采取中耕松土(耕地)等措施,防止土壤板结,增加土壤中O2含量,保证根细胞有氧呼吸正常进行
②在水果、蔬菜的保鲜中,将水果、蔬菜放在低温下或降低空气中的氧含量及增加二氧化碳的浓度,减弱细胞呼吸,使代谢水平降低,减少有机物消耗,延缓老化
(3)水分在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而增加,随含水量的减少而减弱实例种子在贮藏是,必须降低含水量,是种子呈风干状态,此时细胞呼吸速率降至最低,减少了有机物消耗利于贮存,如果种子含水量过高,呼吸较强,是贮藏的种子堆中温度上升,反过来又一步促进种子的呼吸,会使种子的营养物质消耗及变坏当种子播种后,种子吸收大量水分,细胞呼吸增强,代谢增强,从而生根发芽联系粮油种子的贮藏、果实和蔬菜的保鲜第4节能量之源——光与光合作用
一、捕获光能的色素和结构
1、捕获光能的色素
(1)绿叶中色素的提取和分离
①原理◆各种色素能溶解在有机溶剂(无水乙醇等)中形成溶液,使色素从生物组织中脱离出来◆各种色素能溶解在层析液中,但在层析液中的溶解度不同溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,因而不同色素可以在滤纸上扩散而分开,各种色素分子在滤纸上可以形成不同的色素带
②实验过程提取色素取5g绿叶剪碎+少许SiO
2、CaCO3+10ml无水乙醇→研磨→漏斗过滤→收集到试管内并加棉塞将干燥的定性滤纸剪成长和宽略小于试管内径的纸条制滤纸条剪去一端两角在距剪角一端1cm处用铅笔画线画滤液线用毛细管吸滤液沿铅笔线处均匀划细线待干燥后再重复划2~3次将3ml层析液倒入试管中纸上层析将滤纸条尖端朝下轻轻插入层析液中用棉塞塞紧试管口观察结果
③实验疑点点拨◆实验中几种化学式剂的作用无水乙醇——溶解叶绿体中的色素SiO2——破坏细胞结构,使研磨充分CaCO3——防止研磨过程中色素被破坏层析液——进行色素分离◆实验成功的关键A、叶片要新鲜、颜色要深绿,含有较多色素B、研磨要迅速、充分叶绿素不稳定,易被活细胞内的叶绿素酶水解充分研磨使叶绿素完全破裂,提取较多的色素C、滤液细线不仅要求细、直,而且要求含有较多的色素,所以要求待滤液干后再划2~3次D、滤液细线不能触及层析液,否则色素溶解到层析液中,滤纸条上得不到色素带滤纸条也不能触及试管◆注意事项A、剪取干燥的定性滤纸,双手尽量不要触及纸面,手要干净、干燥(可以套上塑料袋),以免污染滤纸B、加入的SiO2和CaCO3一定要少,否则滤液浑浊,杂质多,颜色浅,实验效果差C、根据试管的长度制备滤纸条,让滤纸条长度高出试管约1cm,高出部分做直角弯折D、画滤液细线时,用力要均匀,速度要适中E、本实验中使用的试剂有毒,实验前后要洗手◆问题归纳A、过滤色素提取液时为什么不用滤纸?因为滤纸对色素有吸附作用,应用单层尼龙布过滤B、制备的滤纸条为什么要剪去两角?防止层析液(色素)在滤纸条的两侧扩散速度过快,剪去两角后可使层析出的色素带呈直带状,实验效果好C、画滤液细线时为什么要重复画2~3次?增加滤液细线上的色素量,是层析出的各条色素带颜色深,实验效果更加明显D、层析时为什么要用棉塞塞紧试管口?防止层析液挥发,毒害实验者使试管内层析液蒸汽达到饱和,利于层析
④实验拓展应用A、利用色素等能溶解在有机溶剂中的特点可以解决以下问题利用无水乙醇或汽油洗去衣物上被绿叶污染的斑点用无水乙醇或汽油洗去衣物上的油污利用有机溶剂提取花生等油料作物中的脂肪B、将长形滤纸条换成圆形滤纸观察层析实验结果C、设计实验探究用其他有机溶剂提取绿叶中的色素效果是否比无水乙醇好
(2)叶绿体中的色素
①色素的种类、颜色及吸收的光叶绿素(3/4)叶绿素a(蓝绿色)主要吸收蓝紫光和红光叶绿素b(黄绿色)类胡萝卜素(1/4)胡萝卜素(橙黄色)主要吸收蓝紫光叶黄素(黄色)知识拓展植物叶中色素的化学性质与叶色的关系色素种类叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素分子式C55H72O5N4MgC55H70O6N4MgC40H56C40H56O2化学性质四种色素都不溶于水,而溶于酒精、丙酮,石油醚等有机溶剂中叶绿素的化学性质没有类胡萝卜素稳定,叶绿素的合成易受光照、温度和Mg的影响,这些条件对类胡萝卜素影响小植物叶色正常绿色正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例为31,所以正常叶片总是呈现绿色叶色变黄寒冷时,叶绿素分子易被破坏,类胡萝卜素较稳定,显示出类胡萝卜素的颜色,叶子变黄叶色变红秋天降温时,植物体为适应寒冷,体内积累了较多的可溶性糖,有利于形成红色的花青素,而叶绿素因寒冷逐渐降解,叶子呈现红色
②色素与吸收的光谱图示仅表明叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量较大,对黄绿光区的吸收量较少,并非不吸收;而类胡萝卜素的曲线也仅表示对蓝紫光的吸收量较大,对其他光吸收量较少
③不同颜色温室大棚的光合效率◆无色透明大棚日光中各色光均能透过,有色大棚主要透过同色光,其他光被其吸收,所以用无色透明的大棚光合效率最高◆叶绿素对绿光吸收最少,因此绿色塑料大棚光合效率最低
④叶绿素溶液在不同条件下的颜色叶绿素溶液在透射光下呈绿色,而在反射光下呈红色(叶绿素a为血红色,叶绿素b为棕红色)这种现象叫荧光现象
2、叶绿体的形态结构及功能形态扁平的椭球形或球形外膜光滑,与细胞质基质分隔开结构内膜光滑基粒由2个以上类囊体堆叠而成,分布有4种色素、酶基质含有与暗反应有关的酶功能进行光合作用的场所
二、光合作用的原理和应用
1、光合作用的探究历程年代科学家过程(依据)结论或结果1771年普利斯特利(英)密闭玻璃罩+绿色植物+蜡烛→不易熄灭小鼠→不易窒息死亡植物可以更新空气1779年英格豪斯(荷兰)同普利斯特利的实验过程只有在阳光照射下和有绿叶时植物才能更新空气1845年梅耶(德国)能量转换和守恒定律植物在进行光合作用使,把光能转化成化学能储存起来1864年萨克斯(德国)黑暗中饥饿处理的绿叶→碘蒸汽1/2曝光变蓝碘蒸汽1/2遮光不变蓝绿色叶片在光合作用中产生淀粉1939年鲁宾和卡门(美国) H218O+CO2→植物→18O14CO2+H2O→植物→O2光合作用释放的氧气来自水 20世纪40年代卡尔文(美国) 利用同位素标记法(14CO2)探明了卡尔文循环 14CO2→有机物中的14C特别提醒
①在光合作用的发现中,科学家们利用了对照实验,使结果和结论更科学、准确萨克斯自身对照,自变量为光照(一半曝光与另一半遮光),因变量为颜色变化恩格尔曼自身对照,自变量为光照(照光处与不照光处;黑暗与完全曝光),因变量为好氧菌的分布鲁宾和卡门相互对照,自变量为标记物质(H218O与14CO2),因变量为O2的放射性普利斯特利缺少空白对照,实验结果说服力不强
②同位素标记法放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律用放射性同位素标记的化合物,化学性质不会改变科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物,可以弄清化学反应的详细过程这种方法叫同位素标记法
2、光合作用的过程
(1)光合作用的概念光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把CO2和H2O转化成储存着能量的有机物,并且释放出O2的过程
(2)光合作用的反应式光能CO2+H2O(CH2O)+O2叶绿体
(3)光合作用两大阶段的区别和联系 项目光反应暗反应区别条件色素、光(必须)、酶多种酶、光反应提供的、ATP场所叶绿体的类囊体薄膜叶绿体基质中物质变化
①水的光解2H2O→4[H]+O2
②ATP的形成酶ADP+Pi+能量——→ATP
①CO2的形成酶CO2+C5——→2C3
②C3的还原ATP+酶C3————→[H](CH2O)+C5+H2O能量变化光能→ATP中的活跃的化学能ATP中活跃的化学能→中的稳定的化学能实质光能转变为化学能,并放出O2同化CO2形成C6H12O6联系光反应为暗反应提供还原剂、能量ATP;暗反应为光反应提供ADP和Pi
②没有光反应,暗反应无法进行;没有暗反应,有机物无法合成总之,光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段,暗反应是光反应的继续,是物质和能量转化的完成阶段二者是光合作用全过程的两个阶段,是相辅相成的知识拓展◆叶绿体处于不同条件下,C
3、C
5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化条件C3C5[H]和ATPCH2O)合成量 停止光照CO2供应不变增加下降 减少或没有 减少或没有 突然光照CO2供应不变减少增加 增加 增加 光照不变停止CO2供应减少增加 增加 减少或没有 光照不变CO2供应增加增加减少 减少 增加 光照不变CO2供应不变(CH2O)运输受阻增加减少 增加 减少◆光合作用与有氧呼吸的比较 光合作用有氧呼吸代谢类型 合成作用(异同化作用)分解作用(或异化作用) 物质变化合成无机物——→有机物 分解有机物——→无机物能量变化 光能——→化学能(储能) 化学能——→ATP(放能)实质 合成有机物,储存能量分解有机物、释放能量,供细胞利用 场所叶绿体 活细胞(主要在线粒体)条件只在光下进行有光、无光都能进行联系 光能O2热量ATP(化学能)C6H12O6 CO2+H2O特别提醒;二者联系的具体表现1光能转化为生命动力的过程光反应暗反应细胞呼吸光能——→ATP中的活跃化学能——→有机物中稳定的化学能——→ATP中的活跃化学能利用——→各项生命活动(即光合作用储存于有机物中的能量只有通过细胞呼吸才能用于各项生命活动)
②光合作用是自然界中最基本的物质代谢与能量代谢,细胞呼吸则为生命活动提供动力并成为物质转化的枢纽◆[H]和ATP来源、去路的比较 来源去路[H] 光合作用光反应中水的光解作为还原剂用于暗反应阶段中还原C3形成(CH2O)等有氧呼吸 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸及第二阶段丙酮酸和H2O分解产生 用于第三阶段还原O2产生H2O,同时释放大量的能量 ATP光合作用 光反应阶段ATP合成所需能量来自色素吸收的太阳光能 用于暗反应阶段还原C3时的能量之需,以稳定化学能形式储存于有机物中有氧呼吸 第
一、
二、三阶段均产生,第三阶段产生最多,能量来自有机物氧化分解 作为能量通货用于各项生命活动
3、光合作用原理的应用
(1)光合作用强度指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
(2)光合作用强度的表示方法单位时间内光合作用产生糖的数量单位时间内光合作用吸收CO2的量单位时间内光合作用放出O2的量
(3)探究光照强度对光合作用强度的影响
①实验假设在一定范围内随光照强度的增强,光合作用强度也增强
②实验过程打出小圆形叶片(30片)用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出(直径=1cm)抽出叶片内气体用注射器(内有清水,小圆形叶片)抽出叶片内气体(O2等)小圆形叶片沉水底将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中,小圆形叶片全部沉到水底对照实验及结果 项目烧杯小圆形叶片加富含的清水光照强度叶片浮起数量甲10片20ml强多乙10片20ml中中丙10片20ml弱少
③实验结论在一定范围内,随光照强度不断增强,光合作用强度也不断增强(小圆形叶片中产生的O2多,浮起的多)
三、影响光合作用的因素及应用
1、内部因素叶肉(保卫)细胞的含水量决定气孔开闭,叶绿体的结构及叶绿素的种类及含量、光合作酶的多少等,是影响光合作用速率内部因素
2、环境因素因素图像关键点的含义在生产上的应用单因子影响光质光谱成分 研究发现,不同的色光对光合产物的成分有影响在蓝紫光照射下,光合产物中蛋白质和脂肪含量较多;在红橙光照射下,光合产物中的糖类含量较多 在培育水稻秧苗时,选择蓝色的塑料薄膜有利于培育壮秧光照强度 间作、套种在一年内巧妙地搭配各种农作物,从时间和空间上(阳生植物与阴生植物套种)更好地利用光能,延长单位土地面积上农作物的光合作用时间和光能利用率光合面积 适当间苗、修剪,合理施肥、浇水,避免徒长,封行过早;合理密植二氧化碳浓度 施用有机肥;温室栽培植物时可利用CO2发生器提高室内CO2的浓度;大田生产“正其行,通其风”,即提高CO2浓度,增加产量温度 适时播种;温室栽培中要控制好昼夜温差白天调到光合作用最适温度,以提高光合作用;晚上适当降低温室的温度,以降低细胞呼吸,保证植物有机物的积累矿质元素 矿质元素会直接或间接影响光合作用氮、镁、铁等是合成叶绿素所必需的,磷和钾会影响光合作用产物糖类的转化和运输,磷还参与ATP的合成,氮是构成叶绿素、酶、ATP等的元素因此 合理施肥可促进叶片面积增大,提高酶合成速率,增加光合作用速率水 水尽管是光合作用的原料和化学反应的介质,但是水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响缺水导致气孔关闭,限制CO2进入叶片;缺水引起叶片内淀粉水解加强,可溶性糖过多,光合产物输出缓慢等, 预防干旱,合理灌溉因素图像关键点的含义在生产上的应用叶龄在农作物、果树管理中应适当摘除老叶、残叶,既能减少老叶细胞呼吸消耗,又能促进幼叶、壮叶的生长光质光谱成分 研究发现,不同的色光对光合产物的成分有影响在蓝紫光照射下,光合产物中蛋白质和脂肪含量较多;在红橙光照射下,光合产物中的糖类含量较多 在培育水稻秧苗时,选择蓝色的塑料薄膜有利于培育壮秧
四、生物的代谢类型及化能合成作用概念绿色植物通过叶绿体,利用光能把二氧化碳和水转化成储存能光合量的有机物,并且释放出氧的过程作用举例绿色植物等自养生物概念生物体利用体外环境中的某些无机物氧化时释放的能量来制造化能合有机物成作用举例硝化细菌、硫细菌、铁细菌等概念生物体只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动异养生物举例人、动物、真菌及大多数细菌等土壤中的硝化细菌的化能合成作用硝化细菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量CO2+H2O(CH2O)+O2知识拓展;新陈代谢的基本类型
(1)同化作用自养型如绿色植物、硝化细菌等异养型如各种动物和营腐生、寄生生活的生物
(2)异化作用需氧型(有氧呼吸型)如绝大多数生物厌氧型(无氧呼吸型)如蛔虫、乳酸菌等注意红螺菌同化作用属兼性营养型(既能自养,由能异养)酵母菌异化作用属于兼性厌氧型(既能进行有氧呼吸,由能进行无氧呼吸)
五、实验探究提示
1、影响光合作用的因素的研究如利用盆栽植物(如天蓝葵)通过自身对照研究光照强度、温度、水、CO2等对光合作用的影响,以酒精脱色后叶片对碘液的颜色反应作为结果进行比较
2、光合速率的测试如在恒定温度等条件下测定光照下植物叶片在单位时间内CO2的吸收量及黑暗中在单位时间内CO2的释放量,计算光合速率
3、研究光合作用产物的分布规律及运输途径
(1)在光下用14CO2供给饥饿处理的植物,然后测定植物体内不同部位的放射性放射性强的地方,产物分布的多,反之则少
(2)在光下用14CO2供给饥饿处理的植物,然后测定植物体内放射性物质的运行路径
六、细胞呼吸与光合作用综合专题植物光合作用与细胞呼吸相对强度的判断根据植物光合作用的反应式和有氧呼吸的反应式可总结出以下规律光能CO2+H2O(CH2O)+O2叶绿体C6H12O6+6O2酶6CO2+6H2O+能量
(1)在黑暗条件下,植物只进行有氧呼吸不进行光合作用时植物体表现为吸收O2释放CO2只消耗有机物
(2)在较弱光照条件下,植物既进行有氧呼吸又进行光合作用,可分为
①当光合作用强度等于有氧呼吸强度时植物体表现为既不吸收O2也不释放CO2有机物生产量等于消耗量
②当光合作用强度小于有氧呼吸强度时植物体表现为吸收O2释放CO2有机物生产量小于消耗量
(3)在较强光照条件下,光合作用强度大于有氧呼吸强度时植物体表现为吸收O2释放CO2有机物生产量大于消耗量注意当植物体表现为吸收O2释放CO2时,有两种可能性一是只进行有氧呼吸不进行光合作用;二是光合作用强度小于有氧呼吸强度不能草率判断为第几种情况
七、有关光合作用与细胞呼吸的计算
1、根据反应方程式进行有关物质或能量的计算
2、光合作用与呼吸作用的综合计算光合作用的实际产氧量=实际氧气的释放量+呼吸作用的消耗量光合作用的实际二氧化碳消耗量=实际二氧化碳的吸收量+呼吸作用的二氧化碳释放量光合作用的葡萄糖的净产量=光合作用实际葡萄糖生产量—呼吸作用葡萄糖的消耗量第六章细胞的生命历程第1节细胞的增殖
一、细胞大小与物质运输的关系
1、细胞不能无限长大
(1)生物体生长的原因;细胞生长和细胞数量的增加
(2)组成不同动物(或不同植物)同类器官(如心脏)或组织(如心机)的细胞大小一般无明显差异
(3)细胞体积越大,其相对表面积越小(如10Kg大西瓜的西瓜皮比10Kg小西瓜的西瓜皮相对要少),物质运输速率越低
(4)限制细胞长大的因素细胞表面积与体积比,细胞的核质比
2、细胞大小和物质运输的关系探究
(1)实验过程制备琼脂块3块边长分别为3cm、2cm、1cm的正方体浸泡;质量分数为
0.1%的NaOH溶液,10min切割捞取、干燥,平分两半测量→记录→计算
(2)注意事项
①实验步骤2中应防止勺子破坏琼脂块的表面
②分割琼脂快之前,应用纸巾吸干NaOH溶液
③每次切割之前必须把刀擦干
(3)结果讨论
①从琼脂快的颜色变化可知NaOH扩散到多远
②在相同时间内,NaOH在每一琼脂快内扩散的深度基本相同,说明NaOH在每一琼脂快内扩散的速率是相等的
③NaOH扩散的体积与整个琼脂快的体积之比随琼脂块的增大而减小
(4)实验结论
①细胞越大,物质运输的效率越低,所以多细胞生物都是由许多细胞组成而不是由少数体积更大的细胞构成
②细胞体积越大,其表面积相对越小,细胞与周围环境之间物质交流的面积相对越小,所以物质运输的效率越低
③限制细胞生长的因素是细胞表面积与体积的关系
二、细胞周期与有丝分裂
1、细胞通过分裂进行增殖细胞分裂包括有丝分裂(体细胞增殖)、无丝分裂(原核细胞和真核细胞中的个别特例)和减数分裂(有性生殖细胞)细胞增殖是生物生长、发育、繁殖、遗传的基础知识拓展如何理解细胞增殖是生长、发育、繁殖和遗传的基础?
①多细胞生物能够以细胞分裂的方式,不断地产生新的细胞,使身体里衰老的、死亡的细胞及时得到补充——生长过程
②多细胞生物,可以由一个受精卵,经过细胞的分裂和分化,最终发育成一个新的多细胞个体——生长发育过程
③单细胞生物能够以细胞分裂方式,产生新个体——繁殖过程
④细胞以分裂方式进行增殖,在细胞分裂过程中亲代细胞的染色体经过复制传递给子代细胞——生物遗传的基础
2、有丝分裂
(1)细胞周期◆概念连续分裂的细胞,从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止分裂间期◆细胞周期前期分裂期中期后期末期A间期BC间期DE分裂期分裂期图示中AC段为一个细胞周期,CE段也为一个细胞周期分裂间期由A→B或由C→D分裂期由B→C或由D→E说明A、间期大约占整个细胞周期的90%~95%,因此在观察细胞有丝分裂装片时,绝大多数细胞处于间期B、细胞的种类不同,一个细胞周期经历的时间也不同◆具有细胞周期的细胞特点连续分裂的细胞才有细胞周期,早期胚胎细胞具有较强的分裂能力,细胞分裂能力与细胞分化程度成反比,成熟的细胞一般不分裂,不具分裂能力减数分裂不具周期性例如继续增殖植物根尖分生区细胞、茎的形成层细胞;动物骨髓中造血干细胞、消化道上皮细胞、表皮的生发层细胞不增殖人的神经细胞、骨细胞(长长软骨层产生新的骨组织;长粗骨膜中成骨细胞产生新骨组织)、肌肉细胞、成熟红细胞;植物的筛管细胞(高度分化,已彻底丧失分裂能力)暂不增殖肝细胞、肾细胞、黄骨髓、淋巴细胞,正常情况下不分裂,但在某些因子(意外刺激、组织受损伤等)的作用下,即可恢复分裂能力,重新开始增殖
(2)有丝分裂过程1细胞有丝分裂各时期的特点(以植物细胞为例)
②动植物细胞有丝分裂的比较 不同点相同点间期中心体复制前期纺锤体形成机制末期细胞分割方式间期分裂期植物细胞无 两极↓纺锤体↓纺锤体 细胞板↓细胞壁↓分割细胞(质)染色体完成复制染色体平均分配动物细胞有 两组中心粒(复制于间期)↓星射线↓纺锤体 细胞膜↓中央内陷↓缢裂细胞(质)知识拓展◆区分动、植物细胞有丝分裂的图像A、图像画成方形或图像中有细胞板结构,无中心粒结构,一般可判断为植物细胞B、图像画成圆形或有中心粒结构,无细胞板结构,通过缢裂方式平分细胞,一般可判断为动物细胞C、既有中心体又有细胞壁的细胞是低等植物细胞◆赤道板和细胞板的比较赤道板是人们想象的细胞中央的一个平面,这个平面与纺锤体的中轴相垂直,类似于地球上赤道的位置,它不是实际存在的结构细胞板是在植物细胞有丝分裂的末期在赤道板位置出现的,是实际存在的结构,细胞板向四周扩展形成新的细胞壁
③与细胞分裂有关的细胞器及相应的生理作用细胞器名称细胞类型时间生理作用核糖体动、植物间期有关蛋白质合成中心体动、低等植物前期纺锤体的形成高尔基体植物末期细胞壁的形成线粒体动、植物整个时期提供能量参考线粒体为间期DNA复制、蛋白质合成及分裂期纺锤体牵引染色体运动等提供能量核糖体在间期组成染色质的有关蛋白质的合成,是在核糖体中进行的中心体动物细胞和低等植物细胞在分裂前期,由中心体发出星射线,形成纺锤体两个中心体在细胞两极如何分布,决定者细胞分裂方向高尔基体植物细胞分裂末期,在赤道板位置有许多高尔基体、微管、微丝在这里聚集,形成细胞板扩展成细胞壁由于高等植物细胞壁的主要成分是纤维素(多糖),因此,高尔基体与多糖的形成有关
(3)有丝分裂过程中DNA含量、染色体数目的变化
①DNA含量、染色体数目的变化及相互关系(假定正常体细胞中染色体数为2N,DNA数为2a) 分裂时期比较项目间期前期中期后期末期DNA含量2a→4a4a4a4a4a→2a染色体数目2N2N2N4N4N→2N染色单体数目0→4N4N4N00同源染色体对数(对)NNN2NN染色体组数目(组)22242变化曲线
②染色体、姐妹染色单体、着丝点、DNA的关系♠染色体数目的计算,以着丝点为依据♠一条染色体上DNA的数目在复制前后不同♠当有染色单体时染色体染色单体DNA=122当无染色单体时染色体DNA=11
(4)有丝分裂的意义
①亲代细胞的染色体经过复制以后精确地平均分配到两个子细胞中去
②染色体上有遗传物质,保证了亲代和子代之间遗传物质的稳定性,对生物的遗传有重要意义
三、无丝分裂过程
①细胞核延长,从核中部凹陷,缢裂成两个细胞核
②整个细胞缢裂成两部分,形成两个子细胞特点不出现染色体和纺锤体;染色体也进行复制和分离,保证了亲代和子代细胞中遗传物质的稳定性举例原核细胞和真核细胞中的个别特例,如蛙的红细胞
四、观察细胞有丝分裂
1、原理
①植物的分生组织细胞有丝分裂较为旺盛
②有丝分裂各个时期细胞内染色体行为变化不同,根据各个时期内染色体的变化情况,识别该细胞处于有丝分裂的哪个时期
③细胞核内的染色体(质)易被碱性染料染色
(1)实验成功的关键
①剪取生长旺盛,带有分生区、带有分生区的根尖,同时注意剪取的时间一般在上午10点至下午2点左右,此时分生区细胞分裂旺盛
②解离充分,细胞才能分散,细胞才不会重叠
③染色时,染色液的浓度和染色时间必须掌握好,应注意染色不能过深,否则镜下一片紫色,无法观察
④压片时用力必须恰当,过重会将组织压烂,过轻则细胞未分散,二者都将影响观察
(2)实验注意事项
①解离完一定要漂洗,目的是洗去多余的盐酸,防止解离过度和影响染色
②将染色质(染色体)染色,时间不要太长,3~5min即可
③加盖玻片时,注意防止产生气泡
④用显微镜观察时,要遵循“先低后高”的原则
⑤观察时应先找到呈正方形的分生区细胞,在一个视野里,往往不容易找全有丝分裂过程中各个时期的细胞图象,因此,观察时要注意边观察边移动装片,观察有丝分裂各个时期,换高倍镜时,要先把低倍镜下的物像移到视野中央
(3)绘制生物图的要求
①图的大小适当,位置适中,一般稍偏左上方,以便在右侧和下方留出注字和写图名的地方
②先用削尖的铅笔轻轻画出轮廓,经过修改再正式画好
③图中比较暗的地方,用铅笔点上细点来表示
④字尽量注在图的右侧,用尺子引出水平的指示线,然后注字
⑤在图的下方写上所画图形的名称知识拓展观察细胞有丝分裂实验中的几个问题★观察到的细胞为什么处在间期的多?★观察到的是死细胞还是活细胞?★使细胞相互分开的手段
①将洋葱根尖放入解离液中解离液是质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精溶液的混合液,由于盐酸能溶解掉胞间质(主要成分是钙盐、磷酸盐),因而去掉了细胞间的粘连,使细胞相互“分离”开注意,解离后的细胞,虽然不再粘连在一起,已相互分离开,但还没有“分散”开,即还堆积在一起
②用镊子尖把根尖弄碎可使已分离开的细胞初步分散开
③在盖玻片上加一载玻片,用拇指轻压可使细胞充分分散开,即细胞呈单层分布注意,不能用拇指直接压盖玻片,以免将盖玻片压碎★从不同视角看到的分裂中期图象不同
①若人的视线与赤道板平行,则会看到处于中期的细胞中染色体的着丝点排成的“纵队”现象
②若人的视线与赤道板垂直,则会看到处于中期的细胞中染色体的着丝点正好位于一个平面上纺锤丝的纤维是由成束的微管和与微管相结合的蛋白质组成的这些纤维可分为极纤维和动粒纤维两类极纤维由纺锤体的一极延伸到另一极动纤维是附着在染色体着丝粒两侧的动粒上通常每个纺锤体平均含有约108个微管蛋白分子,纺锤体微管就是由这些微管蛋白分子组装而成的第2节细胞分化
1、细胞分化及其意义
(1)概念在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程增殖分化
(2)过程受精卵细胞组织→器官→系统→生物体
(3)特点▲稳定性和不可逆性一旦细胞沿着一定方向分化,便不再反分化到原来的状态▲持久性细胞分化发生在生物体的整个生命过程中,在胚胎时期达到最大限度
(4)原因细胞分化是在特定时间和空间条件下,基因选择性表达的结果在同一生物体内,不同部位的细胞核中遗传物质都是一样的,但是在个体发育的不同时期,细胞内表达的基因是不同的,合成的蛋白质分子也不一样,从而形成了不同的组织器官
(5)结果经过细胞分化,在多细胞生物体内就会形成各种不同的细胞和组织
(6)意义▲是生物个体发育的基础▲使多细胞生物各种细胞的功能趋向于专门化,提高了工作效率知识拓展细胞分裂、生长与分化的比较▲细胞分裂细胞分裂可使单细胞生物产生新的个体,使多细胞生物产生新细胞,用来补充体内衰老和死亡的细胞幼体可通过细胞分裂使细胞数量增加,导致生物体由小长大细胞分裂是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础▲细胞生长细胞分裂产生的子细胞体积很小,它不断地从周围环境中吸收营养物质,转变成自身物质,使细胞体积逐渐增大,这就是细胞的生长生物体的生长包括细胞数目的增加和细胞体积的增大两个方面,因而,细胞分裂和细胞生长都是生物体生长的细胞学基础▲细胞分化是细胞形态、结构和生理功能方面发生稳定性的变化,从而成为具有特定功能的细胞的过程细胞分化导致组织形成和器官成熟,是生物体发育的细胞学基础
2、细胞的全能性
(1)概念已经分化的细胞,仍然具有发育成完整个体的潜能
(2)植物细胞的全能性高度分化的植物细胞仍然具有全能性,如将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整的植株;花药离体培养
(3)动物细胞全能性高度分化的动物虚报,从整个细胞来说,它的细胞全能性受到限制,主要是细胞质内的遗传物质有所变化但是它的细胞核仍然保持着全能性,这是因为细胞核内含有保持本物种遗传性的全套遗传物质如克窿羊多莉知识拓展干细胞
①概念干细胞是尚未分化发育,能生成各种组织器官的起源细胞
②分类大致分为3种类型胚胎干细胞、多能干细胞和专能干细胞胚胎干细胞(又称全能干细胞)来源是从哺乳动物包括人的早期胚胎分离培养出来的特点具有发育的全能性,可以参加整个生物体的发育,构成人体的各种组织和器官例如受精卵便是一个最初始的全能干细胞多能干细胞(又称组织干细胞)来源胚胎干细胞进一步分化形成特点具有分化出多种细胞组织的潜能,但不能发育成完整的个体例如血液组织干细胞、神经组织干细胞和皮肤组织干细胞等专能干细胞来源多能干细胞进一步分化形成特点只能分化成某一类型的细胞例如神经组织干细胞可以分化成各种神经细胞;血液组织干细胞可以分化成红细胞、白细胞等各类血细胞
③研究意义利用干细胞在体外繁殖出各种组织或器官,并最终用这些组织或器官移植来代替病变的组织或器官利用干细胞进行各种疾病治疗的关键在于能否成功分离胚胎干细胞和成体干细胞,并将它们在体外扩增后用于替代受损的组织
④应用医疗上治疗白血病、癌症、白癜风(从胚胎中鉴别和提取能生成黑色素细胞)、心脏病、帕金森氏综合症(神经细胞在功能上出现紊乱)、糖尿病、皮肤烧伤和老年性痴呆症
3、细胞全能性的高低在生物体的所有细胞中,受精卵的全能性最高,生殖细胞的全能性也较高,尤其是卵细胞,体细胞的全能性比生殖细胞要低的多,即受精卵全能性>生殖细胞(卵细胞)>体细胞全能性越高,分化程度越低,分化的潜能就越大第3节细胞的衰老和凋亡
一、细胞的衰老细胞的生活历程未分化分化衰老死亡
1、细胞衰老的特征细胞衰老最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化
①细胞内水分减少,使细胞萎缩,体积变小,细胞新陈代谢速率减慢
②呼吸速率减慢,细胞核增大,核膜内折,染色质收缩,染色加深
③多种酶的活性降低,如老人头发变白
④色素逐渐积累(如老年斑),妨碍物质交流和传递,影响生理功能
⑤细胞膜通透性改变,使物质运输功能降低
2、细胞衰老的原因目前被大家普遍接受的是自由基学说和端粒学说
(1)自由基学说我们通常把异常活泼的带电分子或基团称为自由基自由基含有未配对电子,表现出高度的反应活泼性在生命活动中,细胞不断进行各种氧化反应,在这些反应中很容易产生自由基此外,辐射以及有害物质侵入也会刺激细胞产生自由基(例如,水在电离辐射下便会产生自由基)自由基产生后,即攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子最为严重的是当自由基攻击生物膜的组成成分磷脂分子时,产物同样是自由基这些新产生的自由基又会去攻击别的分子,由此引发雪崩式的反应,对生物膜损伤比较大此外,自由基还会攻击DNA,可能引起基因突变;攻击蛋白质,使蛋白质活性下降,致使细胞衰老
(2)端粒学说每条染色体的两端都有一段特殊序列的DNA,称为端粒端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截随着细胞分裂次数的增加,截短的部分会逐渐向内延伸在端粒DNA序列被“截”短后,端粒内侧正常基因的DNA序列就会受到损伤,结果使细胞活动渐趋异常
3、细胞衰老与人类健康
(1)细胞的正常衰老对于实现有机物的自我更新非常有利如,红细胞的快速更新,使血液中始终有足够的新生红细胞来运输氧气
(2)细胞异常衰老会给人类带来健康上的威胁如儿童早衰老产生的一种疾病
(3)人体衰老是生理功能下降和紊乱的综合表现,是不可逆转的生命过程其基本特征为皮肤干燥、皱缩、;代谢减缓;细胞数目减少;器官功能下降等
(4)对人类来说,合理的饮食结构、良好的生活习惯、适宜的体育锻炼和乐观的人生态度等都有益于延缓衰老
4、个体衰老的特征
(1)老年人和青年人相比,机体成分及结构有明显改变例如,老年年全身含水量减少,脂肪比例增加;细胞萎缩导致各器官的重量减轻(其中,老年人的性腺、脾和肾重量下降较明显,甲状腺、肾上腺和脑的重量下降则较少)但是,老年人的肺因异物沉积、纤维化,60岁左右时重量反而增加
(2)衰老器官的功能改变,主要表现为适应能力降低,抵抗力减退以及器官整体机能的减弱和丧失例如,更年期以后,女性的排卵功能基本丧失有时,衰老器官功能改变主要表现为部分细胞机能减退或细胞数目减少例如,老年人神经细胞外形完整,但传导速度减慢;而老年人基础氧利用的减少起因于有活力细胞数目的减少此外,因组织细胞萎缩减少了对营养的需求,从而使各种器官血流灌注量减少,血液供应不足由促使组织进一步萎缩,影响器官的机能
5、个体衰老与细胞衰老的关系对于单细胞生物体来说,细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡;多细胞生物体内的细胞总是在不断更新着,总有一部分细胞处于衰老或走向死亡的状态然而从总体上看,个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程
二、细胞的凋亡
1、概念由基因所决定的细胞自动结束生命的过程,又叫细胞编程性死亡
2、特点细胞凋亡表现在形态学上的一系列变化为内质网扩张呈泡状,并与细胞膜融合,线粒体无大变化细胞凋亡的突出变化是核酸内切酶激活导致的染色体DNA有序降解因此,凋亡细胞的形态改变主要在细胞核
3、细胞凋亡的过程凋亡的起始细胞皱缩,细胞连接消失,内质网膨胀,染色体固缩并沿核膜分布凋亡小体的形成核膜破裂,染色体断裂为大小不等的片段,与一些细胞器聚集后被内折的细胞膜包围,形成凋亡小体细胞的解体凋亡小体逐渐与细胞分离,脱落至细胞间质,最终被周围的细胞吞噬并消化
4、细胞凋亡的生物学意义
(1)消除多余细胞在胚胎发育至某阶段,特定区域的细胞(群)就发生自然凋亡,清除这些“多余”的细胞有利于器官的发生人的肢体发育中,早期的手和足形似桨板,只有当某些多余细胞凋亡后,才能形成正常的指或趾
(2)清除无用细胞如蝌蚪变成青蛙时,尾的细胞凋亡退化
(3)清除发育不正常的细胞
(4)清除有害细胞如某些被病毒感染的细胞和一些肿瘤细胞,可以通过细胞凋亡的方式消除,作为自身的一种保护机制
(5)清除已完成正常使命的衰老细胞人的红细胞分化成熟后是无核有功能的细胞,可存活120d,然后自然死亡动物表皮不断角化脱落是细胞从有生命向无生命转化的过程这些有序的细胞编程性死亡现象是维持个体正常生理活动及功能表达所需要的
(6)维持器官、组织、细胞数目相对平衡细胞凋亡是细胞增殖相反的过程,两者既对立又统一,相互协调,有条不紊,细胞增生低于或凋亡过盛,引起器官萎缩,肿瘤发生既与细胞增殖过度有关,又与细胞凋亡不足有关
5、细胞凋亡与细胞坏死比较细胞凋亡是细胞一种正常的重要的生命活动,是一个主动的由基因决定的细胞自动结束生命的过程凋亡的细胞内容物没有逸散到胞外环境中,不会导致炎症反应细胞坏死是极端的物理、化学因素或严重的病理刺激引起的细胞损伤或死亡(如人脑细胞因缺血而死亡)在细胞坏死时,细胞内容物释放到细胞外,对周围细胞产生伤害,引发炎症反应第4节细胞的癌变
1、癌细胞的概念机体细胞受到致癌因子的作用,细胞中遗传物质发生变化,变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞
2、癌细胞的形成致癌因子,不能正常地完成细胞分化正常细胞癌细胞不受有机体控制,恶性增殖
3、癌细胞的主要特征
①能够无限增殖
②形态结构发生显著变化(如成纤维细胞由扁平梭形变成球形)
③癌细胞表面发生了变化,细胞膜上的糖蛋白等物质减少,癌细胞间的黏着性显著降低,容易分散和转移
4、致癌因子癌细胞往往是由于正常细胞突变而来,能够引起细胞癌变的物质称为致癌因子根据致癌因子本身的性质大体上分为三大类
(1)物理致癌因子主要辐射致癌(如电离辐射、X射线、紫外线等)
(2)化学致癌因子无机物(如石棉、砷化物、铬化物、镉化物、镍化物等);有机物(如苯、亚硝酸、黄曲酶素可引起肝癌、二恶英、尼古丁在香烟烟雾中较多等
(3)病毒致癌因子现已发现有150余中病毒可引起动植物产生癌变,如劳氏(Rous)肉瘤病毒、SV
40、EB病毒等
5、原癌基因与抑癌基因正常细胞中,原癌基因实际上是一些参与细胞生长、分裂和分化的基因这些基因在正常情况下以非激活形式存在当受到多种因素作用时其结构发生改变,便激活成为癌基因,原癌基因主要负责调节细胞周期,控制细胞生长和分裂进程抑癌基因主要是阻止细胞不正常地增殖癌症就是一系列原癌基因与抑癌基因致癌突变逐渐积累的结果
6、细胞癌变的机制正常细胞的原癌基因,在致癌因子的作用下由抑制状态转变成激活状态从而使正常细胞转化为癌细胞癌变是由于生理过程发生偏差所致,亦即癌基因和抑癌基因之间的平衡关系破坏所致,是以原癌基因的激活和抑癌基因的失活和缺失为基础的在人体内,原癌基因和抑癌基因的功能相互拮抗,在细胞繁殖的调节中,共同保持正负信号相互作用的相对恒定
7、癌症的预防、诊断和治疗预防远离致癌因子,注意增强体质在诱发癌症的因素中,吸烟和不健康的饮食是诱发癌症的最主要的两大因素诊断病理切片的显微观、CT、核磁共振、癌基因检测治疗当癌症被发现但还未扩散时手术切除当癌细胞已扩散或不能彻底切除时放疗利用射线的高能量破坏癌细胞化疗利用药物杀死癌细胞知识拓展
1、肿瘤与癌肿瘤是指(人)机体某些组织的细胞在一定的内在因素和外界致病因子的作用下,产生病理改变,出现病理性异常增生的不正常的组织块人体除了毛发、牙齿和指(趾)甲外,任何部位都可能产生肿瘤根据肿瘤对人体危害程度的不同,分为良性肿瘤和恶性肿瘤两大类良性肿瘤通常生长缓慢,不转移,对人体危害不大恶性肿瘤习惯上称“癌症”,其大部分发生在上皮组织(如皮肤、黏膜、腺体等),该类肿瘤生长迅速,可转移,还会产生有害物质,破坏周围的组织
2、细胞的分化、衰老和癌变的比较细胞的分化和衰老是生物体中发生的正常生命现象细胞的分化有利于生物体复杂化,发育成不同的组织、器官和系统细胞的衰老有利于生物体不断产生和补充具有旺盛生命力的新细胞但细胞衰老过多过快对生物的正常生命活动和生存有不利的一面细胞癌变对生物体则是完全有害的,是细胞受到致癌因子的影响,不能正常分化,变成了不受机体控制、连续分裂的恶性增殖细胞,是细胞的畸形分化走进细胞光合作用有氧呼吸。