生物必修一笔记
课题1:从生物圈到细胞、高倍显微镜的使用
一、最基本的生命系统(细胞)和分子组成
1、细胞是结构和功能的单位,生命的单位
2、生命活动离不开细胞(单,多)
1) 病毒由蛋白质和核酸组成,没有细胞结构,只有依赖活细胞才能生活。
2) 单细胞生物依赖细胞完成各种生命活动。
3) 多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作,完成复杂的生命活动
3、生命系统结构层次
(1)(最小)细胞---组织---器官---系统—个体—种群—群落—生态(八层次)
细胞是最基本的生命系统的理解
①细胞是生物体结构的基本单位:除病毒等少数种类外,其他生物都是由细胞构成的。
②细胞是生物体功能的基本单位。
③没有细胞就没有完整的生命:无数实验证明,任何结构完整性被破坏的细胞,都不能实现细胞的完整生命活动。
④生命系统的其他层次都是建立在细胞基础之上的。
(2)有的生物生命系统结构层次不完整(植物没有系统)
二、高倍显微镜的使用
(一)重要结构
1、光学结构
(1)镜头:目镜——目镜长,放大倍数小;物镜——物镜长,放大倍数大。
(2)反光镜:平面——调暗视野;凹面——调亮视野。
2、机械结构
(1)准焦螺旋(有粗、细之分)——使镜筒上升或下降。
(2)转换器——转换物镜。
(3)光圈(有大、小之分)——调节视野亮度。
(二)使用方法
1、取镜、安放和对光后,首先在低倍镜下观察,找到物像,移至视野中央。然后转动转换器,换成高倍物镜观察,转动细准焦螺旋,直到看清为止。
2、显微镜操作规程:
①取放→②对光 [ 上镜头----调节(手、目)]→③放材料→④调焦 [降(手、 目)升(手 、目)细]→⑤换镜 [ 移相、换镜、调亮析]
(三)注意事项
1、调节粗准焦螺旋使镜筒下降时,双眼要注视物镜与玻片标本之间的距离,到快接近时(距离约为0.5cm )停止下降。
2、必须先用低倍镜观察,找到要观察的物像,移到视野中央,然后换用高倍物镜。
3、换用高倍物镜后,只能用细准焦螺旋来调焦。
显微镜下所成的像是倒立的放大的虚像。
1、倒立是指上下、左右均是颠倒的,相当于将观察物水平旋转了180度。
2、放大是指长度或宽度的放大,不是指面积或体积的放大。视野的大小与放大倍数成反比,即放大的倍数越大视野越小,看到的标本范围就越小。
课题2细胞的多样性和统一性
一、显微镜观察细胞所观察到的结果和结论
(一)不同的细胞形态、大小千差万别,这说明细胞具有多样性。细胞的多样性是细胞分化的结果。
(二)不同的细胞都具有细胞膜、细胞质和细胞核(或拟核)这些相似的基本结构,这说明细胞具有统一性。细胞的统一性除了都具有相似的基本结构,如细胞膜、细胞质和与遗传有关的DNA 分子外,还表
现在以下几个方面:
1、不同的细胞具有基本相同的化学组成——组成元素基本一致,化合物种类也非常相似(水、无机盐、氨基酸、核苷酸、碱基等);
2、细胞的增殖方式相同——细胞分裂;
3、细胞中的某些生命活动相似——DNA 复制、蛋白质合成等;
4、遗传物质都是核酸,遗传密码通用等。
二、原核细胞和真核细胞
(一)分类依据:有无以核膜为界限的细胞核。
(二)原核细胞和真核细胞的统一性(同上)。
(一)建立过程
1、1665年,英国科学家虎克用显微镜观察植物的木栓组织,发现并将其命名为“细胞”;
2、19世纪30年代,德国的两位科学家施旺和施莱登创立了细胞学说。
3、1858年,德国的魏尔肖提出了细胞通过分裂产生新细胞的观点,作为对细胞学说的修正和补充。
(二)内容
1、细胞是一个有机体,一切动植物都由细胞发育而来,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,既有它自己的生命,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。
(三)意义
1、揭示了细胞统一性和生物体结构的统一性;
2、揭示了生物间存在着一定的亲缘关系。
【思考感悟】细胞是一切生物体的结构和功能单位吗?为什么?
不是。病毒无细胞结构,但病毒的生命活动离不开细胞。细胞是除了病毒等无细胞结构的生物体外的其他生物的结构单位,但细胞是一切生物的功能单位。
课题3:细胞中的元素和化合物、细胞中的无机物
一、组成细胞的元素
细胞中常见的化学元素有20多种,是生物体有选择地从无机自然界中获取的。
(一)元素的分类:
1、按元素在生物体内的含量可分为(以万分之一为界):
(1)大量元素,如C 、H 、O 、N 、P 、S 、K 、Ca 、Mg 等。
(2)微量元素,如Fe 、Mn 、Zn 、Cu 、B 、Mo 等。
(3)无论是大量元素还是微量元素,都是生物体必需的元素,对于维持生物体的生命活动起着非常重要的作用,如P 是组成ATP 、膜结构等的重要成分;Ca 是组成骨骼、牙齿的成分;Mg 是叶绿素的成分;Fe 是血红蛋白的成分。
2、按元素在生物体内的作用可分为:
(1)最基本的元素是C 。
(2)主要元素,如C 、H 、O 、N 、P 、S 。
(二)元素的含量特点:
1、占细胞鲜重最多的元素是O 。
2、占细胞干重最多的元素是C 。
3、细胞中含量最多的四种元素是C 、H 、O 、N 。
(三)元素的存在形式:大多以化合物的形式存在。
(四)组成细胞的元素的主要作用:
++2+-1、调节机体生命活动:如K 、Na 、Ca 、HCO 3等。
2、参与重要化合物的组成:如I 是合成甲状腺激素的原料等。
3、影响机体的重要生命活动:如B 可促进花粉管的萌发,从而促进植物受精,油菜缺B 会“花而不实”。
二、组成细胞的化合物:组成细胞的化合物分为无机化合物和有机化合物,前者中水的含量是最多的,后者中含量最多的是蛋白质。
三、细胞中的无机物:
(一)细胞中的水:
1、存在形式:自由水和结合水。
2、含量:在构成细胞的各种化合物中,水的含量最多。
(1)不同的生物体内水的含量差别很大;
(2)同一生物体不同的生长发育阶段水的含量不同,幼儿期>成年期,幼嫩部分>老熟部分。
(3)同一生物不同器官水的含量也不同。
3、功能:
(1)是细胞和生物体的重要组成成分;
(2)是细胞内的良好溶剂,运送营养物质和代谢废物;
(3)参与许多生物化学反应,如光合作用、呼吸作用等;
(4)为细胞提供液体环境。
4、水的含量与代谢的关系:
(1)一般情况下,代谢活跃时,生物体含水量在70%以上。含水量降低,生命活动不活跃或进入休眠。
(2)当自由水比例增加时,生物体代谢活跃,生长迅速。
(3)当自由水向结合水转化较多时,代谢强度就会下降,抗寒、抗热、抗旱的性能提高。
(二)细胞中的无机盐:
1、存在形式:绝大多数以离子的形式存在,少部分是细胞内化合物的组成成分。2、功能:维持细胞和生物体的生命活动,维持细胞的酸碱平衡等。
(1)是细胞的结构成分;
(2)参与并维持生物体的代谢活动,如哺乳动物血液中钙盐含量过低就会出现抽搐;
+-+(3)维持生物体内的平衡:渗透压平衡(Na 、Cl 维持细胞外液渗透压,K 维持细胞内液渗透压),酸
-2-碱平衡(如人血浆中HCO 3、HPO 4等的调节)。
【思考感悟】为什么碳是最基本元素? 碳原子本身的化学性质使它能够通过化学键连接成链或环,从而形成各种生物大分子,使地球上的生命建立在碳元素的基础上。
课题4:生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的检测
一、生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的检测原理
利用某些化学试剂与生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应。
(一)还原糖与斐林试剂发生作用,生成砖红色沉淀。二)淀粉遇碘变蓝。
(三)脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色,或被苏丹Ⅳ染液染成红色。
(四)蛋白质与双缩脲试剂作用产生紫色。
二、实验流程归纳:
(一)选材→制备组织样液→显色反应。
(二)脂肪的检测还可利用显微镜观察法,实验流程为:取材→切片→制片→观察。
三、实验材料的选择:
(一)可溶性还原糖的鉴定实验中,最理想的实验材料是还原糖含量较高的生物组织(或器官),而且组织的颜色较浅,易于观察。可选用苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜等。
(二)脂肪的鉴定实验中,实验材料最好选富含脂肪的生物组织,若利用显微镜观察,则最好选择花生种子。如果是新鲜花生种子,可不必浸泡,浸泡效果反而不好,如果是干种子,需浸泡3h ~4h 最适宜切片(浸泡时间短,不容易切片;浸泡时间过长,组织太软,切下的薄片不易成形)。
(三)蛋白质的鉴定实验,最好选用富含蛋白质的生物组织。植物材料常用大豆,且浸泡1d ~2d ,适于研磨,动物材料常用鸡卵清蛋白。
四、实验操作中的注意事项
(一)在鉴定可溶性还原糖的实验中,加热试管中的溶液时,应该用试管夹夹住试管上部,放入盛
50℃~65℃温水的大烧杯中加热。注意试管底部不要接触烧杯底部;斐林试剂不稳定易变性,应现配现用。
(二)还原糖、蛋白质的鉴定实验中,在加相应试剂鉴定之前,要留出一部分组织样液,以便与鉴定后的样液颜色作对比,增强实验的说明力。
(三)在蛋白质的鉴定实验中,如果用蛋清稀释液作为实验材料,一定要稀释到一定程度,否则,与双缩脲试剂发生反应后会粘在试管的内壁上,使反应不彻底,试管也不易洗刷干净。
44g/mL。
2+(二)原理不同。斐林试剂的实质是新配制的Cu(OH)2浊液;双缩脲试剂实质是碱性环境中的Cu 。
(三)使用方法不同。斐林试剂是先将NaOH 溶液与CuSO 4溶液混合后再使用;双缩脲试剂是先加入NaOH 溶液,再滴加CuSO 4溶液。
【思考感悟】该实验原理、方法、步骤在生产、生活中还有什么用途?
可用于对生物组织、消化液(如唾液)、食品(如奶粉)进行某种成分的检测或鉴定,也可用于医学上某些疾病的诊断,如糖尿病、肾炎等。 R
课题5:蛋白质的结构 2一、氨基酸及其种类
氨基酸是组成蛋白质的基本单位,其结构通式是 。 (一)特点:每种氨基酸至少有一个氨基和一个羧基,并且都有一个氨基和一个羧基连在同一碳原子上,氨基酸的不同在于R 基的不同。
(二)种类和分类:组成生物体蛋白质的氨基酸约有20种。根据是否能在体内合成分为必需氨基酸[缬异亮苯蛋(甲硫)色苏赖]和非必需氨基酸。
(三)对通式的分析
3、氨基酸经脱水缩合形成蛋白质。在脱水缩合过程中一个氨基酸的非R 基上羧基和另一个氨基酸非R 基上的氨基分别脱下—OH 和—H 结合形成H 2O ,同时形成一个肽键。
二、蛋白质的结构及其多样性
(一)结构层次:氨基酸 多肽 蛋白质。
(二)结构多样性的原因 盘曲折叠
1
2、肽链方面:肽链的(三)氨基酸形成蛋白质的有关问题
1、肽键的结构式可表示如下:—NH —CO —或—CO —NH —或—C —N —。
2、关于氨基酸脱水缩合反应的计算
(1)对于n 个氨基酸来讲,至少有n 个氨基和n 个羧基;
(2)n 个氨基酸分子缩合成一条肽,失去的水分子数=肽键数=n -1,至少有1个氨基和1个羧基;
(3)n 个氨基酸分子缩合成X 条肽链,失去的水分子数=肽键数=n -X ,至少有X 个氨基和X 个羧基;
(4)n 个氨基酸分子缩合成环状肽时,失去的水分子数=肽键数=n ,氨基和羧基数与R 基团有关;
(5)蛋白质完全水解时所需要的水分子数等于该蛋白质形成时脱去的水分子数。
3、蛋白质合成过程中相对分子质量的变化:氨基酸的平均相对分子质量为a ,数目为n ,肽链数为X ,则蛋白质的相对分子质量为:a·n-18·(n-X) 。
4、氨基酸与对应的DNA 及mRNA 片段中碱基数目之间的关系:DNA (基因)︰mRNA ︰氨基酸=6︰3︰1。
【思考感悟】只要组成蛋白质的的氨基酸种类、数目、排列顺序相同则蛋白质就相同吗?
不一定,因蛋白质还受肽链的空间结构影响。
课题6:蛋白质的功能
一、蛋白质的功能
一切生命活动都离不开蛋白质,蛋白质是生命活动的承担者。
(一)结构蛋白:是构成细胞和生物体结构的重要物质,如肌肉、头发等的成分。
(二)催化作用:绝大多数酶的本质是蛋白质。
(三)运输作用:具有运输载体的功能,如血红蛋白能运输氧。
(四)信息传递作用:调节机体的生命活动,如胰岛素等激素。
(五)免疫功能:如人体内的抗体。
二、蛋白质的结构和功能及其多样性
(一)蛋白质的分子结构
1、形成:氨基酸 多肽(肽链) 蛋白质。 脱水缩合 盘曲折叠 2、蛋白质与多肽的关系:每个蛋白质分子可以由1条多肽链组成,也可由几条肽链通过一定的化学键理功能。
(二)蛋白质的多样性
1、蛋白质结构的多样性
(1)氨基酸的种类不同,构成的肽链不同。
(2)氨基酸的数目不同,构成的肽链不同。
(3)氨基酸的排列顺序不同,构成的肽链不同。
(4)肽链的数目和空间结构不同,构成的蛋白质不同。
两个蛋白质分子结构不同,则这两个蛋白质不是同种蛋白质。但并不是以上这四点同时具备才能确定两个蛋白质分子结构不同,而是只要具备以上其中的一点,这两个蛋白质的分子结构就不同。
2、蛋白质功能的多样性
蛋白质结构的多样性决定了蛋白质功能的多样性。
蛋白质据功能分为结构蛋白和功能蛋白两大类,前者如人和动物的肌肉。后者如具有催化作用的绝大多数酶,具有免疫功能的抗体等。
【思考感悟】许多蛋白质分子中含有—S —S —,它是如何形成的?
—S —S —的形成是由两个—SH 基团通过脱去一分子氢形成的。
课题7:核酸
一、核酸的结构和功能
(一)基本组成单位:核苷酸,其分子组成为五碳糖、磷酸、碱基
(二)核酸的种类及比较
(四)核酸的分布
1、观察DNA 和RNA 在细胞中分布实验中,利用甲基绿和吡罗红两种染色剂,前者使DNA 呈现绿色,后者使RNA 呈现红色,从而显示DNA 和RNA 在细胞中的分布。
2、DNA 主要存在于细胞核中,另外线粒体、叶绿体内也含有少量的DNA ;RNA 主要分布于细胞质中。
二、“观察DNA 和RNA 在细胞中的分布”实验分析
(一)实验原理(同上)。
1、0.9%NaCl溶液:保持口腔上皮细胞正常形态。
2、8%盐酸:(1)改变细胞膜等的通透性;(2)使染色体中DNA 与蛋白质分开。
3、蒸馏水:(1)配制染色剂;(2)冲洗载玻片。
1、核酸控制蛋白质的合成
2、DNA 多样性、蛋白质多样性和生物多样性的关系
【思考感悟】核酸是细胞内携带遗传信息的物质,而核酸分为DNA 和RNA 两大类,所以说人的遗传物质是DNA 和RNA ,正确吗?为什么?
不正确。对于某一具体生物体而言,遗传物质只能是核酸中的一种,绝大多数生物体的遗传物质是DNA ,只有少数病毒的遗传物质是RNA 。
课题8:糖类和脂质
一、细胞中的糖类
(一)组成元素:C 、H 、O 。
(二)分类及特点:根据是否能水解及水解成单糖的数量分为:
1、单糖:不能水解,可直接被细胞吸收,如葡萄糖、果糖、核糖等。
2、二糖:两分子单糖脱水缩合而成,必须水解成单糖才能被吸收,常见种类有蔗糖、麦芽糖和乳糖。
3、多糖:多个单糖脱水缩合而成,水解成单糖后才可被吸收。常见的种类有植物细胞中的淀粉、纤维素,动物细胞中的糖元。
(三)功能:细胞的主要能源物质,其中“生命的燃料”是指葡萄糖;是组成细胞和生物体结构的成分,如纤维素是构成植物细胞壁的成分。
二、细胞中的脂质
(一)组成元素:主要由C 、H 、O ,有的还含有P 和N
(二)分类:分脂肪、磷脂和固醇三类。
(三)功能
1、脂肪是细胞内良好的储能物质,还有保温、缓冲和减压等作用。
2、磷脂是构成细胞生物膜的重要成分。
3、固醇类物质包括胆固醇、性激素和维生素D 等。
(1)胆固醇是构成细胞膜的重要成分,在人体内还参与血液中脂质的运输;
(2)性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成;
(3)维生素D 能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收。
(二)多糖中的纤维素是构成植物细胞壁的主要成分,而原核细胞的细胞壁不含纤维素,是由肽聚糖构成的。因此能否被纤维素酶除去细胞壁,是区分植物细胞和原核细胞的依据之一。
(三)糖类和脂肪均由C 、H 、O 三种元素组成,氧化分解产生CO 2、H 2O ,同时释放能量。但脂肪中氢的含量远远高于糖类,所以同质量的脂肪储存的能量是糖类的2倍多。
【思考感悟】你能说出几种与能量有关的物质吗?
主要能源物质是糖类,直接能源物质是ATP ,主要的储能物质是脂肪,最终能源是太阳能。
课题9:组成生物体分子的综合运用
一、细胞的能源物质及能量供应 (一)细胞的能源物质:细胞中的糖类、脂肪、蛋白质都含有大量的化学能,都可以氧化分解为生命活动供能,产物中都有CO 2、H 2
O 。
1、三大能源物质的供能顺序为:糖类—脂肪—蛋白质,这是由它们的生理功能所决定的。
2、主要的能源物质:糖类,为生物体提供所需能量的70%以上。
3、主要的储能物质:脂肪,含能量高。其他储能物质还有动物细胞中的糖原、植物细胞中的淀粉。
4、直接能源物质:ATP 。
(二)细胞的能量供应
1、正常情况下,脂肪、蛋白质除正常代谢中产生部分能量供生命活动利用外,一般不供能,只有在病理状态或衰老状态下才大量氧化供能。
2、在氧化分解中,由于三大有机物的C/H不同,需氧量也不同。糖类最大,需氧最少;脂肪最小,需氧最多,产生的能量也最多。
3、能源物质为生命活动供能的过程
加热。
(二)蛋白质鉴定所用双缩脲试剂化学成分与斐林试剂相同,但使用方法和反应原理不同。
(三)鉴定DNA 和RNA 时,常用甲基绿、吡罗红混合染色剂。
【思考感悟】组成生物体各种高分子有机化合物的基本单位是什么?
组成多糖(糖原、纤维素、淀粉)的基本单位是单糖(葡萄糖),组成蛋白质的基本单位是氨基酸,组成核酸的基本单位是核苷酸。
课题10:细胞膜、细胞壁
一、细胞膜的成分及制备:细胞是最基本的生命系统,其边界是细胞膜。
(一)细胞膜的成分
1、主要成分是脂质和蛋白质,另外还有少量的糖类。
2、细胞膜成分中含量最多的是脂质,该成分含量最丰富的是磷脂。
3、与细胞膜功能复杂程度有关的是蛋白质。
(二)细胞膜的制备
1、选材:哺乳动物成熟的红细胞。
2、原理:红细胞放入清水中,水会进入红细胞,导致红细胞吸水胀破,使细胞内物质流出,从而得到细胞膜。
3、过程
(1)将红细胞稀释液制成临时装片。
(2)在高倍镜下观察,待观察清晰时,在盖玻片一侧滴加蒸馏水,另一侧用吸水纸吸引。
(3)红细胞凹陷消失,细胞体积增大,最后导致细胞破裂。
(4)利用差速离心法,获得较纯的细胞膜。
二、细胞膜的功能
(一)将细胞与外界环境分隔开,保障了细胞内部环境的相对稳定。
(二)控制物质进出细胞
1、细胞需要的营养物质进入细胞。
2、细胞产生的抗体、激素和代谢废物排到细胞外。
3、细胞膜的控制作用是相对的。
(三)进行细胞间的信息交流
1、细胞间的信息交流,大多与细胞膜的糖蛋白有关。
2、细胞间信息交流的方式
(1)通过细胞分泌的化学物质(如激素)间接传递信息。
(2)通过相邻两细胞的细胞膜直接接触传递信息。
(3)通过相邻两细胞间形成通道进行信息交流。
三、植物细胞壁的成分和作用
(一)化学成分:主要是纤维素和果胶。
(二)作用:对植物细胞有支持和保护作用。
【思考感悟】植物细胞等有细胞壁,在细胞最外层,为什么说细胞膜是边界呢? 由细胞膜的屏障功能所决定,细胞膜不仅有保护作用还具有选择透过性,而细胞壁是全透性的。
课题11:细胞器
(一)分布、形状
1、叶绿体分布于叶肉细胞的细胞质中,呈扁平的椭球形或球形。
2、线粒体分布于动植物细胞中,呈短棒状、圆球状、线形、哑铃形等。
(二)染色、观察
1、叶绿体呈现绿色,容易观察,不需染色。
2、健那绿染液是专一性染线粒体的活细胞染料,可以使活细胞中的线粒体呈现蓝绿色,而细胞质接近于无色。
(三)实验过程
1、观察叶绿体:制作藓类叶片临时装片→低倍镜下找到叶片细胞→高倍镜下观察。
2、观察线粒体:取材→染色→制片→低倍镜下找到口腔上皮细胞→高倍镜下观察。
【思考感悟】各种细胞器的比较说明不同细胞器结构和功能不相同,如何获得相应的细胞器? 采用差速离心法,即依据各种细胞器的比重不同,采用不同的转速分离出相应的细胞器。
课题12:细胞的生物膜系统
一、叶绿体与线粒体的比较:
(一)共性:
1、均具有能量转换功能:叶绿体将光能→ATP 中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能;而线粒体则将有机物中稳定的化学能→ATP 中活跃的化学能,为各项生命活动提供动力。
2、均具有双层膜结构。
3、均含有少量的DNA ,具有自主遗传特性,参与细胞质遗传。
4、均参与碳循环过程。
5、均既消耗水又产生水。
(一)形态:胶质状态。
(二)成分:水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等。
(三)功能:进行多种生物化学反应的场所。
三、细胞器之间的协调配合:
(一)分泌蛋白最初在内质网上的核糖体内形成肽链。
(二)肽链在内质网内加工,由囊泡运输到高尔基体进一步修饰加工,再运输到细胞膜,与细胞膜融合,将蛋白质分泌到细胞外。
四、细胞的生物膜系统:
(一)组成:由细胞器膜、细胞膜和核膜等结构共同构成。
(二)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,均由脂质、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(具有一定的连续性)(见下图)。
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,各细胞器之间协调配合。(见下图)
(三)生物膜系统的功能:
1
、细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境,同时在细胞的物质运输、能量转换和信息传递的过
程中起着决定性的作用。
2、广阔的膜面积为多种酶提供附着位点,有利于许多化学反应的进行。
3、把各种细胞器分隔开,使细胞内能同时进行多种化学反应,不会互相干扰,保证细胞生命活动高效、有序地进行。
【思考感悟】对于整个细胞而言,对这些细胞结构应该如何归纳比较?
(1)植物细胞特有的细胞结构有:细胞壁、叶绿体、液泡,其中一定具有的是细胞壁;(2)能产生水的细胞结构有:线粒体、叶绿体、核糖体、高尔基体、细胞核(复制、转录时);(3)与分泌蛋白合成分泌相关的细胞结构有:核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、囊泡和细胞膜;(4)产生ATP 的细胞结构有:细胞质基质、线粒体、叶绿体;(5)具有双层膜的细胞结构有:细胞核、线粒体;叶绿体。
课题13:细胞核 一、细胞核的结构与各结构的功能
(一)核膜:
1、结构:
(1)双层膜,内膜与染色质丝相连,外膜与内质网相连通。外膜的外表面上有核糖体附着。
(2)核膜并不是完全连续的,有许多部位核膜内外两层相连,形成核孔。
2、功能:使核既保持相对独立,又实现核质之间的物质交换和信息交流。 (1)化学反应的场所。在核膜上有多种大量的酶,利于多种化学反应的顺利进行。核膜在细胞周期过程中表现出周期性的消失和重建。
(2)核孔是细胞核和细胞质之间物质交换的孔道。大分子物质如mRNA 可通过核孔,离子和小分子,如氨基酸和葡萄糖可以通过核膜。实际上核膜是选择透过性膜。
(二)核仁:
1、结构:核仁是真核细胞间期核中最明显的结构,因为它的折光性较强,与细胞的其他结构很容易区分。它通常是单一的或者多个匀质的球形小体。
2、功能:是某些RNA (rRNA )的合成以及核糖体的形成有关。在有丝分裂期间表现出周期性的消失与重建。
(三)染色质:是真核细胞在间期中由DNA 和蛋白质以及少量RNA 所组成的一串念珠状的复合体,易被
碱性染料染成深色。
1、DNA 、染色质、染色体的关系可表示为:
二、细胞核的功能:
(一)是细胞代谢和遗传的控制中心。
(二)是遗传物质储存和复制的场所,是遗传信息库。
三、模型建构:
(一)模型:为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。(二)描述特点:定性的、也可以是定量的、具体实物或其他形象化手段、通过抽象的形式等。
(三)类型:物理模型、概念模型、数学模型等。
四、细胞在生命系统中的地位:细胞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。其结构复杂而精巧,各组分之间分工合作成为一个整体,使生命活动能在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。
(一)从结构上看:细胞的各个组成部分是相互联系的,如:
1、细胞核和细胞质通过核孔可以相连通;
2、核膜、内质网膜、细胞膜等相互连接成完整的生物膜系统;
3、内质网膜、高尔基体膜、细胞膜可以通过囊泡相互转化。
(二)从功能上看:细胞的不同结构虽具有不同的生理功能,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。
(三)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的生命活动。
(四)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。
(五)从细胞核与细胞质的关系看:
1、细胞核不能脱离细胞质而独立生存,这是因为细胞核在生命活动中所需的物质和能量均由细胞质提供。
2、无核的细胞质也不能长期生存,这是由细胞核的功能决定的,如哺乳动物成熟的红细胞无细胞核,其寿命较短,含细胞质少的精子寿命也很短。
细胞核与细胞质是相互依存、不可分割的关系,说明细胞只有保持结构的完整性,才能完成各项正常的生命活动。细胞的整体性是几十亿年进化的产物。
【思考感悟】既然物质可以通过核孔进出细胞核,那么核膜还具有选择透过性吗?
具有,通过核孔进出的物质只是某些大分子物质,如蛋白质和mRNA 等,离子和小分子物质仍通过跨膜运输进出细胞核,因此,核膜仍具有选择透过性。
课题14:物质跨膜运输的实例
一、细胞的吸水和失水:
(一)原理:发生了渗透作用,该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。
(二)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):1、当外界溶液浓度<细胞质浓度时,细胞吸水。
2、当外界溶液浓度>细胞质浓度时,细胞失水。 3、当
外界溶液浓度=细胞质浓度时,水分进出平衡。
(三)植物细胞的吸水和失水:
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、成熟植物细胞发生质壁分离的条件是外界溶液浓度>细胞液浓度,发生质壁分离复原的条件是外界溶液浓度<细胞液浓度。
二、渗透系统的组成分析及应用:(一)渗透系统的组成(如图)及特点: 1、半透膜,可以是生物性的选择透过性膜,如细胞膜,也可以是物理性的过滤膜,如玻璃纸。
2、半透膜两侧的溶液具有浓度差。
(二)渗透作用的发生:
1、若S 1溶液浓度大于S 2,则单位时间内由S 2→S1的水分子数多于S 1
→S2
,外观上表现为S 1液面上升;若S 1溶液浓度小于S 2,则情况相反,外观上表现为S 1液面下降。
2、在达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差Δh ,则S 1溶液浓度仍大于S 2。
(三)渗透作用的应用:
1、比较不同溶液浓度大小
(1)具半透膜。
(2)具有浓度差。
三、物质跨膜运输的其他实例
(一)对无机盐的吸收实例
1、水稻和番茄对同一离子的吸收量不同。
2、水稻或番茄对不同离子的吸收量不同。
3、人体甲状腺滤泡上皮细胞可以主动地从血液中吸收碘。
4、不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。
(二)生物膜的特性:细胞膜和其他生物膜可以让水分子自由通过,一些离子和小分子也可以通过,而
其他的离子、小分子和大分子则不能通过,因此它们都是选择透过性膜。
【思考感悟】半透膜和选择透过性膜有哪些异同点?
(1)相同点:某些物质可以通过,另一些物质不能通过。(2)不同点:选择透过性膜一定是半透膜,半透膜不一定是选择透过性膜。
课题15:实验探究植物细胞吸水和失水
一、实验探究植物细胞吸水和失水:
(一)探究实验的一般过程: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。
(二)实验原理:成熟的植物细胞的原生质相当于一层半透膜,细胞液具有一定的浓度,能够发生渗透吸水或失水。
(三)实验过程:制作装片→高倍显微镜观察→实验现象(细胞发生质壁分离或复原)→得出结论。(如下图)
(四)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,发生质壁分离;当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞吸水,发生质壁分离复原。
(五)质壁分离的原因分析(见下图)
(六)细胞吸水和失水原理的应用:
1、对农作物的合理灌溉,既满足了作物对水分的需要,同时也降低了土壤溶液的浓度,有利于水分的吸收。
2、盐碱地中的植物不易存活或一次施肥过多造成“烧苗”现象,都是因为土壤溶液浓度过高,甚至超过了根细胞液浓度,导致根细胞不易吸水甚至失水造成的。
3、糖渍、盐渍食品不易变质的原因,是在食品外面和内部形成很高浓度的溶液,使微生物不能在其中
生
存和繁殖,所以能较长时间的保存。
4、医用的生理盐水浓度为0.9%,其渗透压与人体细胞外液的渗透压相当,可以使人体细胞保持正常的形态和功能。
二、质壁分离实验的拓展应用及方法:
(一)判断细胞的死活:将待测细胞置于蔗糖溶液中进行镜检,如果发生质壁分离和复原,则是活细胞;如果不发生质壁分离,则是死细胞。
(二)测定细胞液浓度的范围:将待测细胞置于一系列浓度梯度的蔗糖溶液中并分别进行镜检,则细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。
(三)比较不同植物细胞的细胞液浓度:将不同植物细胞置于同一浓度的蔗糖溶液中进行镜检,根据对刚刚发生质壁分离所需的时间的比较,判断细胞液浓度(即时间越短,细胞液浓度越小)。
(四)比较一系列溶液的浓度的大小:将同一植物的相同成熟细胞置于未知浓度的溶液中进行镜检,记录刚刚发生质壁分离所需时间并比较所用时间的长短,判断溶液浓度的大小(时间越短,未知溶液的浓度越大)。
(五)鉴别不同种类的溶液(如KNO 3和蔗糖溶液):将成熟相同植物细胞置于不同种类溶液进行镜检,如果只发生质壁分离,说明是溶质不能通过半透膜的溶液(如蔗糖);如果质壁分离后又自动复原,则说明是溶质能通过半透膜的溶液(如KNO 3)。
【思考感悟】在实验过程中我们选择紫色洋葱鳞片叶作实验材料的原因是什么?还能举出其他的例子吗?紫色洋葱鳞片叶中有紫色的液泡,便于实验观察。另如紫色鸭趾草叶等。
题16:生物膜的流动镶嵌模型
一、生物膜的探索历程:
(一)19世纪末,欧文顿根据脂溶性物质更容易通过细胞膜,提出膜是由脂质组成的。
(二)20世纪初,化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。
(三)1925年,荷兰科学家得出结论:细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。
(四)20世纪40年代,科学家推测脂质两边各覆盖着蛋白质。
(五)1959年,罗伯特森认为生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。
(六)1970年,人鼠细胞杂交实验表明,细胞膜具有流动性。
(七)1972年,桑格和尼克森提出的生物膜的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
二、生物膜流动镶嵌模型:
(一)基本内容:
1、磷脂双分子层构成膜的基本支架,其结构特点是具有流动性。
2、蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层的表面,有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中,有的横跨整个磷脂双分子层;大多数蛋白质分子是可以运动的。
3、细胞膜表面的糖类可以和蛋白质结合形成糖蛋白,也可以和脂质结合形成糖脂。
(二)组成成分及其在膜的分布(见下图)
(三)结构特点:流动性:
1、原因:膜结构中的蛋白质分子和脂质分子是可以运动的。
2、表现:变形虫的变形运动、细胞融合、胞吞、胞吐及载体对相应物质的转运等。
3、影响因素:主要受温度影响,适当温度范围内,随外界温度升高,膜的流动性增强,但温度高出一定范围,则导致膜的破坏。
4、实例:
(1)质壁分离和复原实验;(2)变形虫捕食和运动时伪足的形成;(3)白细胞吞噬细菌;(4)胞吞与胞吐;(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(如人鼠细胞融合)。
(四)功能特点:选择透过性:
++1、表现:植物根对矿质元素的选择性吸收,神经细胞对K 的吸收和对Na 的排出,肾小管的重吸收和分
泌,小肠的吸收等。
2、原因:遗传性决定载体的种类和数量,从而也决定了选择性。
(五)细胞膜的流动性和选择透过性:流动性与选择透过性都是对细胞膜的描述,但两者既有区别又有联系。
1、区别:流动性是细胞膜结构方面的特性,选择透过性体现了细胞膜功能方面的特性,主动运输能充分说明选择透过性。
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,细胞才能完成其各项生理功能,才能表现出选择透过性。相反,如果细胞膜失去了选择透过性,细胞可能已经死亡了。总之,膜的组成、结构和功能可表示为下图:
【思考感悟】细胞膜的主动运输和被动运输对于细胞的生命活动而言是非常重要的,保证生命活动顺利进行的结构和功能基础分别是什么? 膜的流动性和选择透过性。
课题17:物质跨膜运输的方式
一、物质跨膜运输的方式:
(一)被动运输:
1、自由扩散:不需要载体和能量,如水、CO 2、O 2、甘油、乙醇等。
2、协助扩散:需要载体,但不需要能量,如红细胞吸收葡萄糖。
(二)主动运输:
++2+既需要载体协助,又需要消耗能量,如细胞吸收K 、Na 、Ca 、氨基酸等。
(三)物质跨膜运输的方式说明生物膜结构特征是流动性,功能特性是选择透过性。
(四)大分子物质以胞吞和胞吐方式进出细胞,这与细胞膜的流动性有关,但不属于跨膜运输。
二、三种物质出入细胞方式的图例比较
1协助扩散 主动运输 2、。 (三)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,不同生物细胞膜上载体的种类和数目也不同。
(2)载体具有饱和现象,当细胞膜上的载体全部参与物质的运输时,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。
(四)影响物质运输速度的曲线分析
1、物质浓度(在一定浓度范围内)对运输速率的影响曲线:
(1)自由扩散的运输方向是由高浓度一侧到低浓度一侧,其动力是两侧溶液的浓度差,在一定浓度范围内,随物质浓度的增大,其运输速率与物质浓度成正比。
(2)协助扩散或主动运输的共同点是都需要载体协助,在物质浓度较低时,随物质浓度的增大,运输速率也逐渐增大,到达一定物质浓度时,由于受膜上载体数量的限制,运输速率不再随浓度增大而增大。
2、氧气浓度对物质运输速率的影响曲线:
(1)自由扩散和协助扩散统称为被动运输,其运输方向都是从高浓度一侧到低浓度一侧,其运输的动力都是浓度差,不需要能量,因此与氧气浓度无关,运输速率不随氧气浓度增大而改变。
(2)主动运输方式既需要载体协助又需要消耗能量。在氧气浓度为零时,通过细胞无氧呼吸供能,但无氧呼吸产生能量较少所以运输速率较低,在一定范围内随氧气浓度升高,有氧呼吸加强,产生的能量逐渐增多,所以运输速率不断加快,当氧气浓度足够高时,能量供应充足,但由于受到载体数量的限制,运输速率不再随氧气浓度增大而加快。
【思考感悟】要确定某种物质的运输方式,关键应该抓住那些方面?
(1)分析被运输的物质是否通过细胞膜;(2)明确被运输物质微粒的性质(大分子、小分子、离子);(3)分析物质通过细胞膜的转运方向,是否需要载体协助,是否需要消耗能量。
课题18:酶
一、酶在细胞代谢中的作用
(一)细胞代谢:细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,是细胞生命活动的基础。
(二)酶的作用:通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,可以说明酶在细胞代谢中具有催化作用,同时证明,与无机催化剂相比,酶具有高效性的特性。
(三)酶的作用机理:
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、催化剂的作用:降低反应的活化能,促进化学反应的进行。
3、作用机理:催化剂是降低了反应的活化能。与无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著。
二、酶的本质
(一)酶本质的探索:最初科学家通过大量实验证明,酶的化学本质是蛋白质;在20世纪80年代,又发现少数RNA 也具有催化作用。
(二)酶的本质:酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数是蛋白质,少数是RNA 。
三、酶的特性
713(一)高效性:酶的催化效率大约是无机催化剂的10~10倍。
(二)专一性:每一种酶只能催化剂一种或一类化学反应。
(三)作用条件较温和:高温、过酸、过碱,都会使酶的结构遭到破坏,使酶永久失活;在低温下,酶的活性降低,但不会失活。
四、酶化学本质的实验验证
(一)证明某种酶是蛋白质:实验组:待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应。对照组:已知蛋白液+双缩脲试剂→出现紫色反应。
(二)证明某种酶是RNA :实验组:待测酶液+吡罗红染液→是否出现红色。对照组:已知RNA 溶液+吡罗红染液→出现红色。
五、酶的催化作用和高效性的验证实验分析
(一)实验原理: 运输速率 物质浓度 自由扩散 运输速率 O 协助扩散或主动运输 物质浓度 运输速率 O 自由扩散或协助扩散 O 2浓度 运输速率 O 主动运输 O 2浓度
1、
。
3+2、比较H 2O 2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe 等不同条件下气泡产生多少或卫生香燃烧剧烈程度,了解
过氧化氢酶的作用和意义。
高效性,与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
六、酶的专一性的验证实验分析
(二)实验程序
1、
2、用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后,再用斐林试剂鉴定,根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有催化作用,从而探索酶的专一性。
【思考感悟】酶的组成成分中可能含有哪一种糖?该糖主要存在于细胞核中,还是细胞质中? 核糖。主要存在于细胞质中。
课题19:“影响酶活性的条件”的探究分析
一、温度对酶活性的影响:
(一)原理解读
1、
2、温度影响酶的活性,从而影响淀粉的水解,滴加碘液,根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
(二)实验设计思路
(三)实验设计程序
二、pH 对酶活性的影响:
(一)原理解读:
1、
2、pH 影响酶的活性,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。
(二)实验设计程序:取n 支试管→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 (如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。
三、与酶有关的曲线解读
(一)表示酶高效性的曲线:
1、催化剂可加快化学反应速率,与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
2、酶只能缩短达到化学平衡所需时间,不改变化学反应的平衡点。3、酶只能催化已存在的化学反应。
(二)表示酶专一性的曲线:1、在A 反应物中加入酶A ,反应速率较未加酶时明显加快,说明酶A 催化底物A 参加反应。2、在A 反应物中加入酶B ,反应速率和未加酶时相同,说明酶B 不催化底物A 参加反应。
(三)影响酶活性的曲线:1、在一定温度范围内,随温度的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围酶催化作用将减弱。2、在最适pH 时,酶的催化作用最强,高于或低于最适pH ,酶的催化作用都将减弱。
3、过酸、过碱、高温都会使酶失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,温度升高可恢复活性。4、反应溶液pH 的变化不影响酶作用的最适温度。
(四)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响:1、在其他条件适宜、酶量一定的条件下,酶促反应速率随底物浓度增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受酶数量和酶活性限制,酶促反应速率不再增加。2、在底物充足,其他条件适宜的条件下,酶促反应速率与酶浓度成正比。
【思考感悟】在设计“影响酶活性的条件”实验中最关键的一步是什么? 在酶与反应底物接触前就应该用相应的自变量处理酶和反应底物。
课题20:ATP
一、ATP 的结构和功能
(一)结构:ATP 的结构简式是A —P ~P ~P ,一个ATP 分子中含有一个普通磷酸键,两个高能磷酸键,
三个磷酸基。
(二)功能:直接给细胞的生命活动提供能量。 二、ATP 与ADP 的相互转化
(一)ATP 水解:在有关酶的催化作用下,ATP 分子中远离腺苷的高能磷酸键很容易水解,并释放能量。 (二)ATP 形成:在有关酶的催化作用下,ADP 可以接受能量,同时与磷酸结合,重新形成ATP 。 (三)ATP 形成的能量来源
1、对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,均来自于细胞呼吸,对于绿色植物来说,则来自于光合作用和细胞呼吸。
2、细胞内ATP 与ADP 相互转化的能量供应机制,是生物体的共性。 三、ATP 的利用
(一)ATP 可用于主动运输、生物发电和发光、肌细胞收缩、大脑思考等。
(二)细胞内的吸能反应一般与ATP 的水解相联系,放能反应一般与ATP 的形成相联系。能量通过ATP 分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。 四、ATP 产生速率与O 2供给量之间的关系
(一)A 点表示在无氧条件下,细胞可通过进行无氧呼吸分解有机物,产生少量ATP 。
(二)AB 段表示随O 2供应量增多,有氧呼吸明显加强,通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多,ATP 的产生速率随之增加。
(三)BC 段表示O 2供应量超过一定范围后,ATP 的产生速率不再加快,此时的限制因素可能是酶、ADP 、磷酸等。
【思考感悟】归纳一下与能量有关的知识。
(1)主要能源物质—糖类;(2)能源物质—糖类、脂肪、蛋白质;(3)主要储能物质—脂肪;(4)直接能源物质—ATP ;(5)根本能源—光能。
课题21:细胞呼吸
一、细胞呼吸的方式
(一)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。 (二)有氧呼吸
1、反应式:C 6H 12O 6+6H 2O +6O 2 6CO2+12H 2O +能量。
1、反应式:
(1)转化成乳酸的反应式:C 6H 12O 6 2C3H 6O 3+能量。
(2)分解成酒精的反应式:C 6H 12O 6 2C2H 5OH +2CO 2+能量。
2、过程:第一阶段与有氧呼吸第一阶段相同。第二阶段的产物是酒精和二氧化碳或乳酸。其全过程都在细胞质基质中进行。
二、“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验分析 (一)实验探究过程
1、提出问题:酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条件下;酵母菌在有氧和无氧条件下细胞
呼吸的产物是什么。
2、作出假设:针对上述问题,根据已有的知识和生活经验(如酵母菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设。
3、设计并进行实验
(1)配制酵母菌培养液。
(2)检测CO 2的产生,装置如图所示。
(3)检测酒精的产生:自A 、B 中各取2mL 滤液分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5mL 溶有0.1g 重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液中的颜色变化。 4、实验现象
甲、乙两装置中石灰水都变浑浊,但甲中浑浊程度高且速度快。 2号试管中溶液由橙色变成灰绿色,1号试管不变色。 5、实验结论
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水;在无氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生酒精,还产生少量的二氧化碳。 (二)实验中的关键步骤
1、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O 2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CO 2,保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变浑浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO 2所致。
2、B 瓶应封口放置一段时间,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CO 2通入澄清的石灰水。
【思考感悟】参与有氧呼吸的酶分布场所有哪些? 细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。
课题22:有关细胞呼吸的相关曲线的分析及应用
一、有氧呼吸和无氧呼吸的过程分析 (一)有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解 (二)过程分析:
1、无氧呼吸的第二阶段是第一阶段产生的[H]将丙酮酸还原为C 2H 5OH 和CO 2或乳酸的过程。 2、有氧呼吸中H 2O 既是反应物,又是生成物,且H 2O 中的氧全部来自于O 2。 3、有氧呼吸的三个阶段共同的产物是ATP ,无氧呼吸只在第一阶段产生ATP 。 二、相关曲线的分析及应用
(一)酵母菌细胞呼吸类型的判断:
1、若只产生CO 2,不消耗O 2,则只进行无氧呼吸(图中A 点)。
2、若产生CO 2的物质的量比吸收O 2的物质的量多,则两种呼吸同时存在(图中AC 段)。 3、若产生CO 2的物质的量与吸收O 2的物质的量相等,则只进行有氧呼吸(图中C 点以后)。
4、B 点表示无氧呼吸与有氧呼吸速率相等(用CO 2释放量表示),此时CO 2的总释放量最低。D 点表示O 2浓度超过一定值(10%)以上时,无氧呼吸消失,细胞只进行有氧呼吸。 (二)影响细胞呼吸的环境因素及其在实践中的应用: 1、呼吸速率与温度的关系(如图):
(1)最适温度时,细胞呼吸最强,超过最适温度呼吸酶活性降低,甚至变性失活,细胞呼吸受抑制;低于最适温度时,酶活性下降,细胞呼吸受抑制。
(2)生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果,在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温,降低细胞呼吸,减少有机物的消耗,提高产量。 2、呼吸速率与O 2浓度的关系(如图):
(1)O 2浓度低时,无氧呼吸占优势,随O 2浓度增大,无氧呼吸逐渐被抑制,有氧呼吸不断加强;但当O 2浓度达到一定值后,随O 2浓度增大,有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。
(2)生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间,中耕松土增加根的有氧呼吸;在医疗上选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口,可抑制厌氧病原菌的繁殖。
3、呼吸速率与含水量的关系(如图):
(1)在一定范围内,细胞呼吸速率随含水量的增加而加快,随含水量的减少而减慢。 (2)在作物种子储藏时,将种子风干,以减弱细胞呼吸,减少有机物的消耗。 【思考感悟】有氧呼吸第一、二阶段的相同点有哪些? 都产生[H]和释放少量能量,都不需要氧的参与。
课题23:捕获光能的色素和结构
一、捕获光能的色素(“绿叶中色素的提取和分离”的实验分析) (一)原理解读:
1、色素的提取:可以用无水乙醇(或丙酮)作溶剂提取绿叶中的色素,而不能用水,因为叶绿体中的色素不能溶于水。
2、色素的分离:利用色素在层析液中的溶解度不同进行分离,溶解度大的在滤纸上扩散得快,反之则慢。
(二)实验流程图示:
1、提取色素:(1)称取绿叶;(2)剪碎;(3)研磨:加入少许SiO 2、CaCO 3和10mL 无水乙醇;(4)过滤:漏斗基部放一块单层尼龙布;(5)收集滤液。
2、制备滤纸条:(1)长与宽略小于试管,在一端剪去两角;(2)在距剪去两角的一端1cm 处画铅笔线。
3、画滤液细线:(1)沿铅笔线画一条直且均匀的滤液细线;(2)干燥后,再画一两次。 4、色素分离:将滤液条插入有3mL 层析液的试管中,有滤液细线的一端朝下。 5、观察结果:滤纸条上色素带有四条,如图。
(三)色素的吸收光谱:叶绿素a 和叶绿素b 主要吸收红光和蓝紫光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
(四)实验中几种化学试剂的作用: 1、无水乙醇用于提取绿叶中的色素。 2、层析液用于分离绿叶中的色素。
3、二氧化硅可增加杵棒与研钵间的摩擦力,破坏细胞结构,使研磨充分。 4、碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。 (五)实验中的注意事项:
1、选材:应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片,以保证含有较多的色素。
2、提取色素:研磨要迅速、充分,且加入各物质的量要成比例,以保证提取较多的色素和色素浓度适宜。
3、画滤液细线:用力要均匀,快慢要适中。滤液细线要细、直,且干燥后重复画一两次,使滤液细线既有较多的色素,又使各色素扩散的起点相同。
4、色素分离:滤液细线不要触及层析液,否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中,滤纸条上得不到色素带。
(六)色素提取液呈淡黄绿色的原因分析: 1、研磨不充分,色素未能充分提取出来。
2、称取绿叶过少或加入无水乙醇过多,色素溶液浓度小。 3、未加碳酸钙或加入过少,色素分子部分被破坏。 (七)不同颜色温室大棚的光合速率:
1、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。
2、叶绿素对绿光吸收量少,因此绿色塑料大棚光合速率最低。 (八)影响叶绿素合成的因素:
1、光照:光是影响叶绿素合成的主要条件,一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,因而叶片发黄。
2、温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成。低温时,叶绿素分子易被破坏,而使叶子变黄。
3、必需元素:叶绿素中含N 、Mg 等必需元素,缺乏N 、Mg 将导致叶绿素无法合成,叶变黄。另外,Fe 是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分,缺Fe 也将导致叶绿素合成受阻,叶变黄。 二、叶绿体的结构和功能:
(一)结构:一般呈扁平的椭球形或球形,外表有双层膜,内部的许多基粒是由囊状结构堆叠而成的。 (二)色素和酶的分布:吸收光能的色素分布于类囊体的薄膜上,与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中。
(三)功能:进行光合作用的场所。
【思考感悟】正常植物的叶为什么呈绿色?秋冬季有些植物叶变黄的原因是什么?
叶绿体中叶绿素的含量多,对绿色吸收量最小,绿光被反射出来,所以呈绿色。秋冬季,植物叶中的叶绿素分子易被破坏,而类胡萝卜素较稳定,所以显示出类胡萝卜素的颜色。
课题24:光合作用的探究历程
一、光合作用的探究历程
(一)直到18世纪中期,人们一起以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料。
(二)1771年,英国的普利斯特利的实验证实:植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。
(三)1779年,荷兰的英格豪斯证明了植物体的绿叶在更新空气中不可缺少。
(四)1785年,随着空气组成成分的发现,人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气,吸收的是二氧化碳。
(五)1864年,德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物除氧气外还有淀粉。
(六)1939年,美国的鲁宾和卡门利用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水。
(七)20世纪40年代,美国的卡尔文,利用同位素标记技术最终探明了CO 2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
二、光合作用的探究历程中的几个重要实验分析 (一)普利斯特利的实验 1、实验过程及现象:
密闭玻璃罩+绿色植物+蜡烛(不易熄灭)[或小鼠(不易窒息死亡)]。 2、实验分析
(1)缺少空白对照,实验结果说服力不强,应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内,作为空白对照。
(2)没有认识到光在植物更新空气中的作用,而将空气的更新归因于植物的生长。 (3)限于当时科学发展水平的限制,没有明确植物更新气体的成分。 (二)萨克斯的实验 1、实验过程及现象
黑暗中饥饿处理的绿叶一半曝光用碘蒸气处理变蓝,另一半遮光用碘蒸气处理不变蓝。 2、实验分析
(1)设置了自身对照,自变量为照光和遮光,因变量是颜色变化(有无淀粉生成)。
(2)实验的关键是饥饿处理,以使叶片中的营养物质消耗掉,增强了实验的说服力。为了使实验结果更明显,在用碘处理之前应用热酒精对叶片进行脱绿处理。
(3)本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外,还证明了光是光合作用的必要条件。 (三)鲁宾和卡门的实验 1、实验过程及结论 181818
H 2O +CO 2→植物→O 2;H 2O +C O 2→植物→O 2。光合作用释放的O 2全部来自水。 2、实验分析
1818
设置了对照实验,自变量是标记物质(H 2O 和C O 2),因变量是O 2的放射性。 【思考感悟】叶绿体的两层膜应是什么颜色,其意义是什么? 应为无色。有利于透过各种波长的光。
课题25:光合作用的过程
一、光合作用的过程 (一)光反应:
1、场所:叶绿体的类囊体上。 2、条件:光照、色素、酶等。
3、物质变化:叶绿体利用吸收的光能,将水分解成[H]和O 2,同时促成ADP 和Pi 发生化学反应,形成ATP 。
4、能量变化:光能转变为ATP 中的活跃的化学能。 (二)暗反应:
1、场所:叶绿体内的基质中。 2、条件:多种酶参加催化。 3、物质变化:
(1)CO 2的固定:CO 2与植物体内的C 5结合,形成C 3。
(2)C 3的还原:在有关酶的催化作用下,C 3接受ATP 水解释放的能量并且被[H]还原,经过一系列的变化,形成葡萄糖和C 5。
4、能量变化:ATP 中活跃的化学能转变为有机物中的稳定的化学能。 (三)反应方程式及元素去向
1818
方程式:CO 2+H 2O (CH 2O )+O 2。
1818141414
1、O 元素:H 2O→O 2。2、C 元素:CO 2→C 3→(CH 2O )。
(四)光照和CO
2浓度变化对植物细胞内C 3、C 5、[H]、
ATP 和O 2用(CH 2O )合成量的影响
1、
光照强→弱 CO 2供应不变2
23含量上升
5含量下降
C 6H 12O 6合 成量减少 仍正常进行
2、
光照弱→强 CO 2供应不变3含量下降 5含量上升
相对增加 相对增加 慢,2产生减少
C 6H 12O
6合 成量增加 仍正常进行
3、
光照不变 减少CO 2减弱
3含量下降5含量上升C 6H 12O 6合 成量减少
仍正常进行
4、
光照不变 增加CO 2增强
3含量上升5含量下降相对 相对减少 快,2产生增加
C 6H 12O 6合 成量增加 仍正常进行
二、光合作用原理的应用
(一)光合作用强度:是指植物在单位时间
内通过光合作用制造糖类的数量。
(二)增加光合作用强度的措施:控制光照的强弱和温度高低,适当增加作物环境中二氧化碳浓度等。 三、化能合成作用
(一)概念:某些细菌利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。 (二)实例:硝化细菌能利用NH 3氧化成HNO 2和HNO 3时所释放的化学能,将二氧化碳和水合成为糖类。 (三)自养生物和异养生物
1、自养生物:绿色植物和硝化细菌都能将无机物转化为自身组成物质,因此属于自养生物。
2、异养生物:人、动物、真菌以及大多数细菌只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动,属于异养生物。
【思考感悟】绿色植物和硝化细菌在代谢方面的异同点是什么?
相同点:都能将无机物合成有机物,即都是自养生物。不同点:在合成有机物时利用的能量不同,绿色植物利用光能,硝化细菌利用无机物氧化时释放的化学能。
课题26
:环境因素对光合作用强度的影响及应用
一、探究光照强度对光合作用强度的影响及应用 (一)实验流程
1、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 )。
2、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(O 2等)。
3、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清水的烧杯中,小圆形叶片全部沉到水底。
4、对照实验及结果
(二)实验结论:在一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用强度也不断增强(小圆形叶片中产生的O 2多,浮起的多)。
(三)光照强度与光合作用速率的关系曲线分析应用 1、曲线分析:
A 点:光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放的CO 2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB 段:随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强,CO 2释放量逐渐减少,这是因为细胞呼吸释放的CO 2有一部分用于光合作用,此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B 点:细胞呼吸释放的CO 2全部用于光合作用,即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B 点以上时,植物才能正常生长),B 点所示光照强度称为光补偿点。
BC 段:表明随着光照强度不断加强,光合作用强度不断加强,到C 点以上不再加强了,C 点所示光照强度称为光饱和点。
2、应用:阴生植物的B 点前移,C 点降低,如图中虚线所示,间作套种农作物的种类搭配,林带树种的配置,可合理利用光能;适当提高光照强度可增加大棚作物产量。 二、CO 2浓度对光合作用强度的影响 (一)曲线分析
图1和图2都表示在一定范围内,光合作用速率随CO 2浓度的增大而增大,但当CO 2浓度增加到一定范围后,光合作用速率不再增加。图1中A 点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO 2浓度,即CO 2补偿点;图2中的A′点表示进行光合作用所需CO 2的最低浓度。图1和图2中的B 和B′点都表示CO 2饱和点。
(二)应用:在农业生产上可以通过“正其行、通其风”,增施农家肥等增大CO 2浓度,提高光能利用
率。
三、温度对光合作用速率的影响
(一)曲线分析:温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性
而影响光合作用速率。
(二)应用:冬天,温室栽培可适当提高温度,也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度,以提高光合作用;晚上适当降低温室温度,以降低细胞呼吸,保证植物有机物的积累。 四、必需元素供应对光合速率的影响
(一)曲线分析:在一定浓度范围内,增大必需元素的供应,可提高光合作用速率,但当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。
(二)应用:根据作物的需肥规律,适时、适量地增施肥料,可提高农作物产量。 五、水分的供应对光合作用速率的影响
(一)影响:水是光合作用的原料,缺水既可直接影响光合作用,又会导致叶片气孔关闭,限制CO 2进入叶片,从而间接影响光合作用。
(二)应用:根据作物的需水规律合理灌溉。
课题27:光合作用与有氧呼吸的比较
(一)光合作用速率表示方法:通常以一定时间内CO 2等原料的消耗或O 2、(CH 2O )等产物的生成数量来
表示。但由于测量时的实际情况,光合作用速率又分为表观光合速率和真正光合速率。
(二)在有光条件下,植物同时进行光合作用和细胞呼吸,实验容器中O 2增加量、CO 2减少量或有机物的增加量,称为表观光合速率,而植物真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。如图所示:
(三)呼吸速率:将植物置于黑暗中,实验容器中CO 2增加量、O 2减少量或有机物减少量,即表示呼吸速率。
(四)一昼夜有机物的积累(用CO 2量表示)可用下式表示:积累量=白天从外界吸收的CO 2量-晚上呼吸释放的CO 2量。
课题28:细胞大小和物质运输的关系
一、细胞不能无限长大
(一)细胞体积越大,其相对表面积越小,细胞的物质运输的效率就越低,所以细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。
(二)细胞核是细胞的控制中心,其中的DNA 不会随细胞体积的扩大而增多。 (三)探究实验
1、实验原理:(1)酚酞遇NaOH 呈紫红色。(2)琼脂块大小模拟细胞大小。(3)物质扩散体积与总体积之比表示物质运输效率。
2、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。 3、结果讨论:
(1)从琼脂块的颜色变化可知NaOH 扩散到多远。
(2)在相同时间内,NaOH 在每一琼脂块内扩散的深度基本相同,说明NaOH 在每一琼脂块内扩散的速率是相同的。
(3)NaOH 扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随琼脂块的增大而减小。
4、实验结论:细胞体积越大,其相对表面积越小,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。 二、细胞增殖
(一)意义:是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。 (二)过程:包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。
(三)方式:真核细胞的分裂方式包括:有丝分裂、无丝分裂、减数分裂三种。 三、细胞周期
(一)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,为一个细胞周期。 (二)具有细胞周期的细胞的特点:连续分裂的细胞才有细胞周期,如早期胚胎细胞、干细胞、分生区细胞、生发层细胞、癌细胞(不正常分裂)。
(三)细胞分裂能力与细胞分化程度成反比。已分化的成熟的细胞一般不再具有分裂能力,没有细胞周期。
(四)有些细胞分裂结束后不再进行分裂(如减数分裂形成的细胞),它们就没有细胞周期。 (五)细胞周期表示法 1、圆周法
2、线段法
图示包含三个细胞周期(A ~C 、C ~E 、E ~G ),每个细胞周期分两个时间段,分别是较长的分裂间期(A ~B 、C ~D 、E ~F )和较短的分裂期(B ~C 、D ~E 、F ~G )。
课题29:有丝分裂过程与无丝分裂
一、有丝分裂
(一)分裂间期:主要变化:完成DNA 的复制和有关蛋白质的合成。
(二)分裂期(以高等植物细胞为例)
1、前期:染色质丝螺旋化形成染色体,核仁解体,核膜消失,细胞两极发出纺缍丝,形成纺缍体。(记忆口诀:膜仁消失显两体)。
2、中期:染色体的着丝点两侧都有纺缍丝附着,并牵引染色体运动,使染色体的着丝点排列在赤道板上。这个时期是观察染色体的最佳时期,同时注意赤道板并不是一个具体结构,是细胞中央的一个平面。(记忆口诀:形数清晰赤道齐)。
3、后期:着丝点分裂,姐妹染色单体分开,成为两条染色体,分别移向细胞两极,分向两极的两套染色体形态和数目完全相同。(记忆口诀:点裂数增均两极)。
4、末期:染色体变成染色质,纺缍体消失,出现新的核膜和核仁,出现细胞板,扩展形成细胞壁,将一个细胞分成二个子细胞。(记忆口诀:两消两现重开始)。
(三)动植物细胞有丝分裂的不同点
1、分裂前期——纺缍体的形成方式不同:高等植物细胞由两极发出纺缍丝形成纺缍体,而动物细胞靠两组中心粒发出星射线形成纺缍体。
2、分裂末期——形成两个子细胞的方式不同:植物细胞在赤道板位置形成细胞板,向四周扩展形成细胞壁,一个细胞分成两个子细胞。动物细胞膜从中央向内凹陷缢裂成两个子细胞。
(四)与细胞有丝分裂有关的细胞器及功能
1、线粒体——供能(DNA 复制、蛋白质合成、染色体分开)、复制。
2、中心体——形成纺缍体(动物、低等植物细胞)。
3、高尔基体——形成细胞板(植物细胞)。
4、核糖体——合成蛋白质。
(五) 重要意义:将亲代细胞的染色体经过复制(实质为DNA 的复制),平均分配到两个子细胞中,在亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性,对于生物的遗传有重要意义。
二、无丝分裂
(一)特点:没有出现纺缍丝和染色体的变化。
(二)实例:蛙的红细胞的分裂。
【思考感悟】在有丝分裂过程中,细胞质中的遗传物质是否也能均等分配? 不是均能分配,而是随机地、不均等地分配到两个子细胞中。
课题30:有丝分裂过程中有关数据的规律性变化
一、有丝分裂过程中有关数据的规律性变化
(一)DNA 、染色体、染色单体、同源染色体对数、染色体组数变化(二倍体生物)
(二)DNA 、染色体、染色单体、每条染色体上DNA 含量变化曲
线:1、a→b、l→m、p→q的变化原因都是DNA 分子复制。2、
g→h、n→o、r→s变化的原因都是着丝点分裂,姐妹染色单体分开,形成子染色体。3、c→d、r→s的变化很相似但时期不同。
4、染色单体在细胞周期中的起点为0,终点也为0。
(三)细胞周期中几种细胞结构的变化:
1、染色体形态变化:染色质在间期高度螺旋化、缩短、变粗而成染色体(前期、中期、后期),染色体在末期解螺旋成为细丝状
的染色质。
2、纺缍体的变化:形成(前期)→解体(末期)。
3、核仁、核膜的变化:解体消失(前期)→重建(末期)。
4、染色体行为变化:复制→散乱分布于纺缍体中央→着丝点排列
二、图表信息解读
(一)细胞分裂图。该图显示以下信息:
1、是动物细胞(无细胞壁、有中心体)。
2、有丝分裂(移向每一极的染色体中均存在同源染色体)。
3、处于分裂后期(着丝点已分裂,子染色体向两极移动,无染色
单体)。
4、该生物体细胞中染色体数为4条。
5、该生物体细胞细胞质的分裂方式为细胞膜内陷缢裂。
6、该图每极各有两个染色体组,共有四个染色单体组。
(二)坐标图:
如图为有丝分裂过程中核DNA 与染色体变化曲线:
1、根据间期核DNA 分子复制,数目加
倍,判定图中虚线表示DNA 在有丝分裂过
程中的数量变化。
2、根据后期着丝点分裂,染色体数目加
倍,可判定实线表示染色体在有丝分裂过
程中的数量变化。
3、根据实线,AB 段表示间期、前期、中
期染色体数目保持不变;BC 段表示进入
后期,着丝点分裂,姐妹染色单体分开成
为两条染色体,染色体数目加倍;CD 段
表示后期细胞内染色体数目为正常体细胞
的两倍;DE 段表示进入末期,两组相同
的染色体分别进入两个子细胞内,子细胞中染色体数目恢复正常。
4、根据虚线,间期ad 段可分为三个阶段:ab 段表示进入间期,DNA 分子复制前;bc 段表示DNA 分子的复制过程;cd 段表示DNA 分子复制完成。de 段表示前、中、后期核内DNA 分子数为正常体细胞的两倍;ef 段表示随着两组染色体进入两个子细胞中,子细胞中核内DNA 分子数目也恢复正常。
5、有丝分裂过程中,染色体或核DNA 的变化均可表示为:2N→4N→2N,这种变化保证了遗传物质的亲代细胞与子代细胞之间的稳定性。
6、图中有一不科学之处,间期所占时间过短,应占整个细胞周期的90%~95%。
课题31:观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
一、实验原理
(一)龙胆紫将染色体染成深色。
(二)盐酸和酒精混合液(1︰1)使组织中的细胞相互分离开来。
(三)显微镜可观察细胞有丝分裂各期图像。
二、有关试剂及作用
(一)解离所用药液是由质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精按1︰1混合而成的,其作用是使组织中的细胞分离开来。
(二)漂洗所用的液体是蒸馏水,其作用是洗去解离液,利于染色。
-1-1(三)染色用0.01g·mL或0.02g·mL的龙胆紫溶液,能使染色体着色。
三、装片制作步骤:解离→漂洗→染色→制片。
四、观察装片的步骤
(一)先放在低倍镜下观察,找到分生区细胞:细胞呈正方形,排列紧密。
(二)再用高倍镜观察。
(三)统计视野中处于各时期的细胞数。
课题32:细胞的分化与全能性
一、细胞的分化
(一)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。
(二)意义
1、细胞分化是生物个体发育的基础。
2、细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化,有利于提高各种生理功能的效率。
(三)实质:一个个体的各种细胞具有完全相同的遗传信息,但是,在个体发育中,不同细胞的遗传信息的执行情况不同。
二、细胞的全能性
(一)概念:已经分化的细胞,仍然具有发育成完整个体的潜能。
(二)实验表明:高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。人们还不能将单个已分化的动物体细胞培养成新的个体,但是已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。
(三)干细胞
1、概念:动物和人体内保留着的少量具有分裂能力的细胞。干细胞是一类具有自我更新和分化发育的潜
能的原始细胞。机体内的各种细胞、组织和器官都是由干细胞分化发育而成的。
2、类型及相互关系
(1)类型:干细胞分为3类,全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。
(2)相互关系(以干细胞分化为红细胞为例):
3、应用:医学上,干细胞的研究为器官移植提供了新的思路,为癌症、癫痫、糖尿病等疾病的根治带来了希望。
一、衰老细胞的特征
(一)细胞内的水分减少,细胞萎缩,体积变小,细胞新陈代谢的速率减慢。
(二)细胞内多种酶的活性降低。
(三)细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累。
(四)细胞内的呼吸速率减慢,细胞核体积增大,核膜内折,染色质收缩、染色加深。
(五)细胞膜通透性改变,物质运输功能降低。
二、细胞凋亡
(一)概念:由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。
(二)意义:对于多细胞生物体完成正常发育,维持内部环境的稳定,以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。
三、细胞癌变
(一)概念:受致癌因子的作用,细胞中遗传物质发生变化,成为不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞。
(二)主要特征
1、适宜条件下,能够无限增殖。
2、形态结构发生显著变化。
3、癌细胞的表面发生了变化,糖蛋白等物质减少,细胞之间的黏着性显著降低,容易在体内分散和转移。
(三)致癌因子:大致分为物理致癌因子、化学致癌因子、病毒致癌因子三类。
(四)细胞癌变的原因
1、致癌因子使原癌基因和抑癌基因发生突变。
2、原癌基因主要负责调节细胞周期,控制细胞的生长和分裂的进程;抑癌基因主要是阻止细胞的不正常的增殖。
不同,老年人头发变白是酪氨酸酶活性降低,合成黑色素减少,而白化病人的白发是病人体内没有控制酪氨酸合成的正常基因。