1. 生物的大小高矮和其他性状都是由他们各自的细胞结构决定吗
不是有细胞结构决定的,是有染色体,DNA,遗传基因等多方面的影响结果。
每种生物都有自己独特的DNA。
这些东西都是一代代遗传下来的。
2. 细胞结构及其功能
1.细胞膜
(1)组成:主要为磷脂双分子层(基本骨架)和蛋白质,另有糖蛋白(在膜的外侧)。 (2)结构特点:具有一定的流动性(原因:磷脂和蛋白质的运动); 功能特点:具有选择通透性。 (3)功能:保护和控制物质进出
2.细胞壁:
主要成分是纤维素,有支持和保护功能。
3.细胞质:
细胞质基质和细胞器 (1)细胞质基质:为代谢提供场所和物质和一定的环境条件,影响细胞的形状、分裂、运动及细胞器的转运等。 (2)细胞器: 线粒体(双层膜):内膜向内突起形成“嵴”,细胞有氧呼吸的主要场所(第二、三阶段),含少量DNA。 叶绿体(双层膜):只存在于植物的绿色细胞中。类囊体上有色素,类囊体和基质中含有与光合作用有关的酶,是光合作用的场所。含少量的DNA。内质网(单层膜):是有机物的合成“车间”,蛋白质运输的通道。高尔基体(单层膜):动物细胞中与分泌物的形成有关,植物中与有丝分裂细胞壁的形成有关。液泡(单层膜):泡状结构,成熟的植物有大液泡。功能:贮藏(营养、色素等)、保持细胞形态,调节渗透吸水。 核糖体(无膜结构):合成蛋白质的场所。中心体(无膜结构):由垂直的两个中心粒构成,与动物细胞有丝分裂有关。小结:★ 双层膜的细胞器:线粒体、叶绿体 ★ 单层膜的细胞器:内质网、高尔基体、液泡 ★非膜的细胞器:核糖体、中心体; ★ 含有少量DNA的细胞器:线粒体、叶绿体 ★ 含有色素的细胞器:叶绿体、液泡 ★动、植物细胞的区别:动物特有中心体;高等植物特有细胞壁、叶绿体、液泡。
4.细胞核
(1)组成:核膜、核仁、染色质 (2)核膜:双层膜,有核孔(细胞核与细胞质之间的物质交换通道,RNA、蛋白质等大分子进出必须通过核孔。) (3)核仁:在细胞有丝分裂中周期性的消失(前期)和重建(末期) (4)染色质:被碱性染料染成深色的物质,主要由DNA和蛋白质组成 染色质和染色体的关系:细胞中同一种物质在不同时期的两种表现形态 (5)功能:是遗传物质DNA的储存和复制的主要场所,是细胞遗传特性和细胞代谢活动的控制中心。
3. 细胞的结构和功能
细胞的结构和功能
教学目标
使学生了解原核细胞和真核细胞的区别。理解真核细胞的细胞膜、细胞器和细胞核的结构和功能。理解细胞膜的结构特点和功能特性,物质出入细胞的三种方式和细胞核中染色质和染色体相互转化的动态关系。
通过学习真核细胞的亚显微结构和功能,培养学生识图能力和绘图的技能。在指导学生学习细胞微观结构时,培养和发展学生抽象思维能力和对微观世界的空间想象能力。
3.通过学习真核细胞结构和功能的统一,一个细胞是一个有机的统一整体,对学生进行适应、整体等生命科学观点和辩证唯物主义基竟鄣愕慕逃�Mü��氨冉显�讼赴�驼婧讼赴�那�鸷偷厍蛏暇�蠖嗍��锸钦婧松�镎庖皇率担�寡��髁⑸�锝��鄣恪?
重点、难点分析
1.细胞膜的结构和功能以及物质出入细胞的三种方式是教学重点。学好细胞膜结构和功能知识,对后续章节的学习影响较大。细胞膜知识是学习植物水分代谢、矿质代谢、光合和呼吸作用以及动物新陈代谢的基础。细胞膜的结构特点和功能特性与细胞的物质交换、能量转换、信息传递、激素调节等都有密切关系。
2.教材中提及的七种细胞器,应把线粒体、叶绿体列为重点。这两种细胞器与细胞能量转换关系密切。线粒体和叶绿体结构和功能的知识是学习呼吸作用和光合作用的基础。
此外,内质网、核糖体、液泡在细胞的生命活动中具有重要生理作用。内质网是网状的膜结构系统,对细胞内的各种生化反应、物质运输起重要作用;核糖体是合成蛋白质的细胞器,与后面章节的蛋白质代谢,蛋白质生物合成都有密切关系;液泡对植物的渗透吸水有明显影响。
高尔基体和中心体都较靠近细胞核。应提醒学生注意它们在动植物细胞中的存在情况和生理作用,为后面学习动植物细胞的有丝分裂奠定基础。
3.细胞核的结构和功能是教学重点,染色质和染色体的形态变化是学习细胞分裂,掌握细胞分裂各期特点的基础。上述知识的掌握关系到生物遗传变异的学习。
4.细胞膜具有一定的流动性、细胞膜的功能特性、物质出入细胞的主动运输方式;线粒体、叶绿体和内质网等微观结构;染色质和染色体在细胞增殖周期中相互转化的过程等是教学难。
要让学生理解细胞膜具有一定的流动性的结构特点,必须与细胞膜的功能密切联系,要讲清楚细胞膜的成分和结构层次。正是由于构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子排列、分布的疏密程度不同,不均匀性以及作为骨架的磷脂双分子层的迁移、自转、水平运动等特点,加之蛋白质载体的特异性,才能保证细胞膜具有选择透过性。
主动运输需要载体,还需要消耗细胞内新陈代谢所释放的能量。至于能量的来源、产生的过程,在后面学习呼吸作用、能量代谢时还要介绍,这里点到为止即可。
线粒体、叶绿体、内质网等细胞器都是在电镜下才能观察到的微观结构,学生缺乏感性认识,教师应尽量运用挂图、模型等直视手段和丰富生动的教学语言以加强教学效果。
染色体这个名词,学生听说过,有的同学较熟悉,但较少知道染色质。教师要强调,染色体和染色质是同一物质在不同时期的不同形态不同名称而已。至于为什么有这种相互转变的动态变化,有何生物学意义,教师可略加介绍。最后应指出,染色体的形态变化,在连续分裂的细胞中才会发生。
教学过程设计
一、本课题的参考课时为三课时。
二、第一课时:
1.本节教学以细胞结构与功能的统一作为教学主线、突出细胞膜、各细胞器、细胞核结构和功能的统一。让学生在了解细胞各部分生理功能的基础上,去理解与功能相适应的种种形态、结构特点,从而认识细胞和生物体结构与功能统一是生物经历漫长时间进化的结果。
本节学习的是细胞的亚显微结构,要使这些平时看不见、摸不着的、枯燥又乏味的知识能让学生学得进去,学得有兴趣。要求教师从实际出发,从直观着手、善于启发诱导、充分调动学生的学习积极性和主动性。
2.引言:
上节课我们学习了细胞的化学成分,知道构成细胞的每一种化合物都有其重要的生理功能,但是,任何一种化合物都不能单独地完成某一种生命活动。打个比方,电视机的零部件各有各的作用,但任何一个零件并不具备收看电视的功能,只有当这些部件进行组装、调试后才能显示电视机功能。同样道理,当这些化合物按照一定的方式有机地组织起来,形成一种结构——细胞,才能表现出细胞和生物体的生命现象。细胞就是这些物质最基本的结构形式。细胞虽然很微小,但却有非常精细的结构和复杂的自控功能,因此,活细胞能够进行一切生命活动。
根据细胞结构和特点的复杂程度的不同,可将细胞分为原核细胞和真核细胞两大类。
展示原核细胞模式图和真核细胞亚显微结构图,教师稍加提示,由学生得出原核细胞和真核细胞的主要区别。
针对真核细胞亚显微结构图指出,初中阶段使用过的光学显微镜,对细胞膜和细胞内的细微结构是分辨不出来的。近代,由于电子显微镜的运用,将细胞放大儿子、几万、几十万倍后,我们在电镜下观察到的是细胞亚显微结构。教师强调我们所学的细胞是真核细胞,我们要学习的细胞结构是亚显微结构。
让学生观察、辨认植物或动物细胞的亚显微结构图。此时,学生也只能辨认细胞壁、细胞质、细胞核等部分。教师按亚显微结构图,简要地描绘一下,几种细胞器的名称和重要作用,以激发学生对学习细胞亚显微结构和探求细胞内部微观世界的兴趣。
3.由表及里,由浅入深地学习细胞的亚显微结构和功能。
教师可展示洋葱表皮细胞模型,分层展开,可见:细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核等部分。回忆原生质的结构组成,再次强调,细胞壁不属于原生质。
真核细胞细胞质的最外面是一层很薄的细胞膜(植物细胞的细胞膜外面有细胞壁)。
(l)细胞膜的功能,学生知道有保护作用,让学生说说细胞膜有保护作用的实例。指出,正常的活细胞,由于细胞膜的保护维持着相对稳定的细胞形态和内部环境。
细胞膜还有什么作用呢?启发学生想,生活着的活细胞时刻不停地与周围环境进行物质交换,当然要通过细胞膜物质才能出入细胞。
(2)细胞膜有什么结构特点,适于起到保护细胞内部和调节、控制、保证细胞内外物质交换的作用呢?
细胞膜很薄,厚度一般为80×10(-10)m,有良好的物理性能:坚韧性、伸展性和半透性。
介绍细胞膜的化学成分和结构特点时,要突出磷脂双分子层是细胞膜的基本骨架,强调构成细胞膜的蛋白质分子以不同的深度镶嵌、贯穿在磷脂双分子层内或覆盖在磷脂双分子层表面。而且磷脂分子和蛋白质分子都具有一定位移、运动特点。因此说,细胞膜的结构待点是:具有一定的流动性。这种结构特点对于细胞膜完成生理功能是很重要的。
物质如何通过细胞膜出入细胞呢?
将物质出入细胞的三种方式图解,用投影打在幕布上或指导学生看书上图解。培养学生看图、读图能力。
依次比较自由扩散与协助扩散;协助扩散与主动运输的相同点与不同点。最后列表小结如下:
通过物质透过细胞膜进入细胞的三种方式,可以得出细胞膜的生理特性是一种选择透过性膜(何谓选择透过性,让学生阅读课文)。
教师提出一些问题启发学生进行议论,以加深理解和巩固所学知识。
①物质通过细胞膜出入细胞的三种方式中,你认为哪种方式对于活细胞完成各项生命活动最重要,为什么?
②细胞膜是选择透过性膜。即水分子等细胞要选择吸收的离子和小分子可以通过,而其它的离子、小分子和大分子不能通过细胞膜。那么大分子如何出入细胞呢?例如水中的有机物颗粒是如何进入原生动物草履虫体内的,未被消化的食物残渣又是如何排出体外的?
这里,稍加指出,物质出入细胞除上述三种方式外,还有其它特殊方式。大分子物质不能直接通过细胞膜不等于大分子物质不能出入细胞。一些大分子物质是以一定方式出入细胞的,如细胞的内吞作用和外排作用,白细胞对异物的吞噬作用,胰岛细胞对胰岛素的分泌作用等。
③下列物质能否通过植物根的细胞膜进入根细胞,若能通过,最终以什么方式通过?
(化学分子式)蛋白质、土壤有机质
最后提一下,植物细胞的细胞外面还有一层细胞壁,主要化学成分是纤维素和果胶,其作用是支持和保护,其性质是全透性的。
三、第二课时:
1.复习提问:细胞膜的结构和化学组成是怎样的?细胞膜的结构特点是什么?有什么功能特性?为什么说细胞膜是一种选择透过性膜?
小结指出,细胞膜具有保护细胞的作用,同时与周围环境不停地进行物质交换。此外,活细胞中的各种代谢活动和生理功能如分泌、排泄、免疫等都与细胞膜的结构和功能特性密切有关。
总之,细胞膜维系着整个细胞的内部环境的相对稳定,保证细胞内的一切生命活动正常地有序地进行。
那么,细胞膜之内、细胞核之外的细胞质里有哪些细微的结构,它们有什么功能呢?
2.本课时主要讲述细胞质的组成和四种细胞器(线粒体、叶绿体、内质网和核糖体),以了解细胞器的功能为重点,以细胞器的结构与功能统一为主线,运用模型、挂图、投影或绘板图等加强直观教学。
3.光学显微镜下观察的活细胞,细胞质呈均匀透明的胶状物质。活细胞的细胞质处于不断流动的状态。
细主要包括:细胞质基质和细胞器
主要成分:水、无机盐离子、脂类、糖类、氨基酸、核苷酸、各种酶等。
细胞质基质 主要功能:活细胞进行新陈代谢的主要场所,为新陈代谢提供必需物质和一定的环境条件。
细胞质的基质中悬浮着多种细胞器。每种细胞器都有特定的形态结构,完成各自专有的功能。
4.真核细胞内的主要细胞器。
(1)线粒体:
让学生观看动植物细胞亚显微结构图,找找有无线粒体,大致什么形态。
分布:普遍存在于动植物细胞中,大多呈颗粒状、短线状,由此得名。
功能:教师举例,由学生思考推论线粒体的功能。
例①生长旺盛的细胞或生理功能活跃的细胞中线粒体居多(如肝细胞中线粒体多达2000个,一般细胞为几十至几百个),在代谢衰退的细胞中线粒体较少。
②鸟翼的肌原纤维、精子的尾部基端线粒体数目较多。
③线粒体一般是均匀地分布在细胞质基质中,但它在活细胞中能自由地移动,往往在细胞内新陈代谢旺盛的部位比较集中。例如在小鼠受精卵的分裂面附近比较集中。
让学生分析上述例子,说明线粒体有何功能,在分布上有何特点?
教师加以引导,由学生得出结论:线粒体为细胞生命活动提供能量。有人称线粒体为细胞内供能的“动力工厂”。线粒体在活细胞中能自由移动,是动态的,有利于提供能量。
这些能量来源是什么,线粒体又是如何提供的?教师指出,线粒体通过呼吸作用氧化分解糖类等有机物释放能量,供给细胞的生命活动。
结论是,线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所,为细胞生命活动提供能量。
线粒体有哪些形态结构特点,有利于进行有氧呼吸释放能量呢?
讲解线粒体结构时,教师随讲随极图(图1-2),以利及时突出这些结构与功能的统一。小结时再用色彩鲜明且有立体感的挂图,由学生来讲有哪些结构和生理功能,以利学生理解掌握以下内容:
①线粒体有内外两层膜,外膜使线粒体与周围的细胞质基质分开,内股向内腔折叠形成嵴,加大了内股的表面积,有利于有氧呼吸的生化反应顺利进行。
②内膜、呢周围充满液态基质,液体环境有利于生化反应进行。
③内膜、嵴上分布有基粒。内膜、嵴、基粒和基质中均有许多种与有氧呼吸有关的酶。
(2)叶绿体:
首先,观察植物细胞亚显微结构图,然后简单讲述质体的分类及特点,强调重点学习叶绿体。
分布:主要存在植物的叶肉细胞里以及幼嫩茎秆的皮层细胞里。
功能:植物进行光合作用的细胞器。
关于光合作用的知识,学生在初中学习过,但对光合作用的细胞器是叶绿体还是叶绿素有时搞不清,应注意让学生分清叶绿素是物质,叶绿体是结构。
启发和提问,植物叶片正面和背面的绿色有何区别。正面见光,叶绿体多,有利于进行光合作用。那么叶绿体的内部结构有哪些特点有利于接受阳光进行光合作用呢?
展示叶绿体亚显微结构模型和挂图,围绕叶绿体的功能讲解其结构。教学中应尽量采用谈话法使学生明确以下几点:
①叶绿体一般呈扁平椭球形或球形,膜透明有利于透进阳光,表面积较大有利于接受光照,叶绿体在细胞中分布与光照有关,能在细胞质的基质中流动。
②有两层膜,使叶绿体内部与外界隔开,成为一个独立的完成光合作用功能的系统。
内膜光滑,基质中有几个~几十个基粒。每个基粒呈圆柱形,由10~100个片层结构薄膜重叠而成,薄膜上分布叶绿素等色素。色素的作用是吸收光能、利用光能。
③基粒与基粒之间充满液态基质,在叶绿体的内膜上、基粒片层结构薄膜上和基质中含许多光合作用必需的酶。
④小结叶绿体结构与光合作用功能的适应关系。
学习完线粒体和叶绿体,应该对二者进行比较、小结,为第二章学习新陈代谢中的有氧呼吸和光合作用奠定基础。小结时要明确:
A.线粒体和叶绿体,这两种细胞器,各具有特定的结构和功能。结构是功能的基础,功能和结构协调统一。
B.线粒体和叶绿体虽有相同的结构名称,两者都与能量的转换密切相关,但两者又是两种完全不同的能量转换器。线粒体是化能转换器(有机物中稳定的化学能→活泼可转移的化学能),叶绿体是光能转换器(光能→有机物中稳定的化学能)
C.线粒体和叶绿体还都含有少量的遗传物质DNA和RNA,这是其它许多细胞器所没有的,在遗传上具相对独立遗传功能,为第五章讲到细胞质遗传作些铺垫。
(3)内质网:
指导学生看图,明确绝大多数动植物细胞都有内质网,是由膜结构连接而成的网状物,广泛地分布在细胞质基质内。内质网的种类主要有两种:滑面型内质网和粗面型内质网。其主要功能是:
①内质网广泛分布细胞质基质内,尤以细胞中央为多,向内与核膜相通,向外与细胞膜(内褶)相连。内质网增大了细胞内的膜面积,膜上附有很多酶,有利于细胞内各种生化反应进行。
②内质网与蛋白质、脂类和糖类的合成有关,有人比喻为有机物合成的“车间”。
③是细胞内蛋白质等多种物质的运输通道。
(4)核糖体:
核糖体是椭圆形粒状小体,有的附着在内质网上,有些游离在细胞质基质中。
主要功能是将氨基酸合成蛋白质的场所,比喻为蛋白质“装配机器”。
四、第三课时:
1.本课时继续学习细胞器,主要是高尔基体、中心体和液泡的分布、结构和功能。这部分内容通过学生看模型、挂图等,以谈话形式让学生明确一些问题后再列表填充相关的内容(见下表)。
存在部位
形态结构
主要功能
高尔基体
动植物细胞中,一般位于细胞核附近
扁平囊状结构和大小囊泡
动物细胞中与细胞分泌物开成,蛋白质的浓缩和加工有关;植物细胞中与细胞壁形成有关
中心体
位于动物细胞和一些低等植物细胞的细胞核附近
每个中心体由2个中心粒及周围物质构成
与动物细胞的有丝分裂有关
液泡
植物细胞
泡状结构内含细胞液
细胞液含有机酸、无机盐等,有一定浓度
保持一定渗透压,与细胞渗透有关
2.小结。
①七种细胞器的存在、膜结构和主要功能:(见下表)
②细胞质基质是活细胞新陈代谢的重要场所,各种细胞器各有其形态结构和功能,各细胞器之间也是密切联系的。细胞质基质和细胞器相互协调,完成活细胞的各种生命活动。
3.真核细胞有成形的明显细胞核。
细胞核常见:圆形、卵形、也有瓣形(如人的白细胞)、分枝形(如蚕的丝腺细胞)。
一个细胞通常有一个核,也有2个核的(如肝细胞),人的骨胳肌细胞核多达百个。极少数细胞无核,如哺乳动物和人的成熟的红细胞。
(1)细胞核的结构:
由表及里讲述,明确以下几点:
①核膜是双层膜,有核孔。有核膜使细胞的核质分开;有核孔使细胞的核质之间能进行物质交换,如信使RNA通过核孔进入细胞质。核膜是选择透过性膜,氨基酸、葡萄糖、离子和小分子等可通透核膜。
由于核膜上有大量的多种酶,可进行各种生化反应。
②核仁,核仁是细胞核中显着的结构,它折光性较强。在细胞有丝分裂过程中核仁呈现周期性的消失和重建。核仁呈圆形或椭圆形颗粒状结构,没有外膜,是匀质的球形小体。核仁富含蛋白质和RNA分子,核糖体中的RNA就来自核仁。核糖体是合成蛋白质场所,所以蛋白质合成旺盛的细胞常有较大和较多的核仁。
③染色质:此名词早在1882年提出,主要指细胞核内易被洋红或苏木精等碱性染料染成深色的物质,故叫染色质。其主要成分是DNA和蛋白质。在细胞有丝分裂间期:染色质呈细长丝状且交织成网状,在细胞有丝分裂的分裂期,染色质细丝高度螺旋、缩短变粗成圆柱状或杆状的染色体。
此时可问学生:染色质与染色体的关系是怎样的?结论是同一种物质(DNA和蛋白质)在细胞的不同时期(分裂间期和分裂期)所呈现的不同形态(细丝网状;高度螺旋后任状;杆状),因而叫不同的名称(染色质;染色体)。
大量科学实验表明:凡是无核的细胞,既不能生长也不能分裂,终将死亡。例如变形虫切割实验,人工去核后,新陈代谢减弱,不能存活多久。可见,细胞核在细胞生命活动中起决定性作用。那么细胞核的主要功能是什么呢?
(2)细胞核主要功能:
从核膜、核仁、染色质分析。细胞核的主要结构是什么?是染色质。由于DNA是遗传物质,所以说细胞核是遗传物质贮存和复制的场所,是细胞遗传和细胞代谢的控制中心。可见细胞核是细胞结构中最重要的部分。
4.细胞是一个有机的统一整体。
学习细胞的结构和功能一节后,学生应思考这样一个问题,为什么说细胞是一个有机的统一整体?
教师引导学生从结构上的联系性和功能上的协调性进行总结,让学生明确:
(1)结构上相互联系,彼此不可替代。
细胞膜位于细胞质的最外面,作为与环境分割的界面,保证细胞内结构、成分的相对稳定。细胞膜、核膜、内质网膜和各种细胞器的膜,构成细胞的膜系统,使细胞内的各种物质得以联系或转化。
细胞质和细胞核的存在是缺一不可的。无核的细胞虽有,但寿命短促、需不断更新,如哺乳动物和人的成熟红细胞;只有细胞核而无细胞质的细胞是不存在的,至多是细胞质极少,如精子细胞,其寿命也很短。
(2)功能上协调一致密切配合形成整体。
如下表所示,细胞内能量转移、利用的功能,即表明了各结构功能的协调、配合:综上所说,细胞的各个部分不是彼此孤立的,而是互相紧密联系协调一致的。一个细胞就是一个有机的统一整体。细胞只有保持完整性才能正常地完成各项生命活动。
五、本课题教学中应注意的问题:
1.创造条件帮助学生形成感性认识,理解知识。
生物体的一切生命活动主要是在细胞内进行的,细胞就是生物体进行生命活动的结构基础。研究细胞的亚显微结构需在电子显微镜下才能观察到。那些极细微结构平时是看不见摸不着的,加之细胞的结构名称多,名词概念多,细胞结构与功能又是多种多样,因此学生学这部分知识比较陌生缺乏感性认识,较难理解、记忆。教师应创造条件、充分运用模型、挂图、投影或自制教具等教学手段加强直观教学。这部分内容唯有在直观条件下,从感性认识入手逐步地使学生理解和熟悉细胞的亚显微结构和功能。
2.应注意突出生理功能的教学。
细胞结构和功能的学习,教师讲授和学生的学习,均应以功能带动结构,使学生学会用适应的观点,理解结构和功能的关系,理解两者的合理性、协调性和统一性。此外,在细胞膜、细胞器和细胞核的各部分知识学习以后,应围绕细胞是一个有机统一整体进行总结。由于学生初学这部分知识还不熟练,不能融会贯通,总结时需要教师具体指导,和学生一起进行。
3.注意重视学生能力培养。
这部分知识虽然识记的内容多,但也不可忽视学生能力培养。对于细胞的亚显微结构,和各种细胞器,要求学生学会识图,例如在细胞核附近的高尔基体和内质网怎么区别。对于重要的细胞器如线粒体、叶绿体等不仅要知道结构名称而且能绘示意简图。此外,各细胞器的功能,时间一长,学生记忆易混淆。教学时,可教给学生一些识记方法,如采用列表对比、联系记忆等方法。
例如,人体淀粉酶的合成分泌需要哪些细胞器参与?首先想到酶属于蛋白质,蛋白质的合成车间是核糖体,蛋白质合成出来后需经高尔基体加工包装(如教材所说高尔基体与动物细胞分泌物形成有关),由内质网的管道膜系统运输。以上这些生理过程均离不开能量的推动,线粒体通过有氧呼吸为上述活动提供能量。通过联想的办法,将细胞器的功能联系起来复习,有利于培养学生的记忆能力。
小资料
一、细胞的亚显微结构:
普通光学显微镜的分辨极限约为0.2微米,而细胞内更加细微结构如细胞膜、核糖体、微管等直径均小于0.2微米。普通光学显微镜是观察不到的。电子显微镜以电子束代替照明 ,对细胞的超微结构的分辨本领可达0.1~0.2纳米。用电子显微镜看到的细胞超微结构叫做细胞的亚显微结构。
由细胞很微小,用电子显微镜观看的细胞膜、细胞器则更加微小,在表示它们的大小。时测量单位通常用微米(μm)、纳米(nm)、埃(A0)表示。
换算关系如下:
1米(m)=10(3)毫米(mm)
1毫米(mm)=10(3)微米(μm)
1微米(pm)=10(3)纳米(nm)
1纳米(nm)=10埃(A)
lm=10(3)mm=10(6)μm=10(9)nm=10(10)A
即1A=10(-1)nm=10(-4)μm=10(-7)mm=10(-10)m
二、原核细胞和原核生物:
原核细胞结构比较简单,细胞内没有成形的细胞核,细胞质中没有线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、中心体等结构复杂的细胞器,仅有核糖体、中间体(一种膜层结构,其功能类似于真核细胞的线粒体,上面分布有酶,原生质内有遗传物质组成的核区,没有核膜、核仁的分化,只有一个裸露的环状DNA分子)。
由原核细胞构成的生物叫原核生物。现存原核生物有:细菌、蓝藻、放线菌和立克次氏体、衣原作、支原体等。
有益的细菌如根瘤菌(固氮作用)、大肠内的大肠杆菌(与人和哺乳动物共生)、乳酸菌(发酵)等;有害的致病细菌如痢疾杆菌、肺炎双球菌、霍乱弧菌等。
蓝藻如颤藻、色球藻、固氮蓝藻、鱼腥藻(与满江红共生具固氮能力)。
放线菌:广泛分布于自然界,尤多见于土壤中,大多腐生。在医药、农业上应用的抗生素如链霉素、金霉素、庆大霉素多是放线菌产生的。
原核生物是地球上最古老的原始种类,它们出现在距今31亿~32亿年的古老地层中,真核生物出现在距今15亿年前地层中。一般认为,真核生物是由原核生物经过漫长年代逐步进化而来。
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4. 细胞的结构与功能有什么关系
细胞的基本结构
在光学显微镜下观察植物的细胞,可以看到它的结构分为下列四个部分
显微镜下的细胞1.细胞壁(Cell Wall)
位于植物细胞的最外层,是一层透明的薄壁.它主要是由纤维素和果胶组成的,孔隙较大,物质分子可以自由透过.细胞壁对细胞起着支持和保护的作用.
2.细胞膜(Cell Membrane)
细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜,叫做细胞膜.这层由蛋白质分子和磷脂双层分子组成的薄膜,水和氧气等小分子物质能够自由通过,而某些离子和大分子物质则不能自由通过,因此,它除了起着保护细胞内部的作用以外,还具有控制物质进出细胞的作用:既不让有用物质任意地渗出细胞,也不让有害物质轻易地进入细胞.
细胞膜在光学显微镜下不易分辨.用电子显微镜观察,可以知道细胞膜主要由蛋白质分子和脂类分子构成.在细胞膜的中间,是磷脂双分子层,这是细胞膜的基本骨架.在磷脂双分子层的外侧和内侧,有许多球形的蛋白质分子,它们以不同深度镶嵌在磷脂分子层中,或者覆盖在磷脂分子层的表面.这些磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的,可以说,细胞膜具有一定的流动性.细胞膜的这种结构特点,对于它完成各种生理功能是非常重要的.主动运输
物质跨膜运输的方式分为被动运输和主动运输两种.
(1)被动运输,是顺着膜两侧浓度梯度扩散,即由高浓度向低浓度.分为自由扩散和协助扩散.
①自由扩散:物质通过简单的扩散作用进入细胞.细胞膜两侧的浓度差以及扩散的物质的性质(如根据相似相溶原理,脂溶性物质更容易进出细胞)对自由扩散的速率有影响,常见的能进行自由扩散的物质有氧气、二氧化碳、甘油、乙醇、苯、尿素、胆固醇、水、氨等.
②协助扩散:进出细胞的物质借助载体蛋白扩散.细胞膜两侧的浓度差以及载体的种类和数目对协助扩散的速率有影响.红细胞吸收葡萄糖是依靠协助扩散.
(2)主动运输:物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧,需要载体蛋白的协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量.主动运输保证了活细胞能够按照生命活动的需要,主动选择吸收所需要的营养物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质.各种离子由低浓度到高浓度过膜都是依靠主动运输.
能进行跨膜运输的都是离子和小分子,当大分子进出细胞时,包裹大分子物质的囊泡从细胞膜上分离或者与细胞膜融合(胞吞和胞吐),大分子不需跨膜便可进出细胞.胞吞和胞吐
细胞膜的基本结构:(1)脂双层:磷脂、胆固醇、糖脂,每个动物细胞质膜上约有109个脂分子,即每平方微米的质膜上约有5x106个脂分子.(2)膜蛋白,分内在蛋白和外在蛋白两种.内在蛋白以疏水的部分直接与磷脂的疏水部分共价结合,两端带有极性,贯穿膜的内外;外在蛋白以非共价键结合在固有蛋白的外端上,或结合在磷脂分子的亲水头上.如载体、特异受体、酶、表面抗原.(3)膜糖和糖衣:糖蛋白、糖脂
细胞膜的特性:(1)结构特性:以凝脂双分子层作为基本骨架——流动性;(2)功能特性:载体蛋白在一定程度上决定了细胞内生命活动的丰富程度——选择透过性.
3.细胞质(Cytoplasm)原生质层
细胞膜包着的黏稠透明的物质,叫做细胞质.在细胞质中还可看到一些带折光性的颗粒,这些颗粒多数具有一定的结构和功能,类似生物体的各种器官,因此叫做细胞器.例如,在绿色植物的叶肉细胞中,能看到许多绿色的颗粒,这就是一种细胞器,叫做叶绿体.绿色植物的光合作用就是在叶绿体中进行的.在细胞质中,往往还能看到一个或几个液泡,其中充满着液体,叫做细胞液.在成熟的植物细胞中,液泡合并为一个中央大液泡,其体积占去整个细胞的大半.细胞质被挤压为一层.细胞膜以及液泡膜和两层膜之间的细胞质称为原生质层.
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜.当细胞液浓度小于外界浓度时,细胞液中的水分就透过原生质层进入外界溶液中,使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩.由于原生紫色洋葱鳞片叶质层比细胞壁的伸缩性大,当细胞不断失水时,原生质层与细胞壁分离,也就是发生了质壁分离.当细胞液浓度大于外界溶液浓度时,外界溶液中的水分透过原生质层进入细胞液中使原生质层复原,逐渐发生质壁分离的复原.
细胞质不是凝固静止的,而是缓缓地运动着的.在只具有一个中央液泡的细胞内,细胞质往往围绕液泡循环流动,这样便促进了细胞内物质的转运,也加强了细胞器之间的相互联系.细胞质运动是一种消耗能量的生命现象.细胞的生命活动越旺盛,细胞质流动越快,反之,则越慢.细胞死亡后,其细胞质的流动也就停止了.已发生质壁分离的细胞
除叶绿体外,植物细胞中还有一些细胞器,它们具有不同的结构,执行着不同的功能,共同完成细胞的生命活动.这些细胞器的结构需用电子显微镜观察.在电镜下观察到的细胞结构称为亚显微结构.
①线粒体
线粒体(mitochondrium)线粒体是一些线状、小杆状或颗粒状的结构.在活细胞中可用占纳司绿(Janus green)染成蓝绿色.在电子显微镜下观察,线粒体表面是由双层膜构成的.内膜向内形成一些隔,称为线粒体嵴(cristae).在线粒体内有丰富的酶系统.线粒体是细胞呼吸的中心,它是生物有机体借氧化作用产生能量的一个主要机构,它能将营养物质(如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等)氧化产生能量,储存在ATP(三磷酸腺苷)的高能磷酸键上,供给细胞其他生理活动的需要,因此有人说线粒体是细胞的“动力工厂”.根据对线粒体机能的了解,近些年来试验用“线粒体互补法”进行育种工作,即将两个亲本的线粒体从细胞中分离出来并加以混合,如果测出混合后呼吸率比两亲本的都高,证明杂交后代的杂种优势强,应用这种育种方法,能增强育种工作的预见性,缩短育种年限
②叶绿体
叶绿体(coloroplasts)是绿色植物细胞中重要的细胞器,其主要功能是进行光合作用.叶绿体由双层膜、基粒(类囊体)和基质三部分构成.类囊体是一种扁平的小囊状结构,在类囊体薄膜上,有进行光合作用必需的色素和酶.许多类囊体叠合而成基粒.基粒之间充满着基质,其中含有与光合作用有关的酶.基质中还含有DNA.
③内质网
内质网(endoplasmic reticulum)是细胞质中由膜构成的网状管道系统广泛的分布在细胞质基质内.它与细胞膜及核膜相通连,对细胞内蛋白质及脂质等物质的合成和运输起着重要作用.
内质网有两种:一种是表面光滑的是滑面内质网,主要与脂质的合成有关;另一种是上面附着许多小颗粒状的,是粗面内质网,与蛋白质的合成有关.内质网增大了细胞内的膜面积,膜上附着着许多酶,为细胞内各种化学反应的正常进行提供了有利条件.
④高尔基体
高尔基体(Golgi body)普遍存在于植物细胞和动物细胞中.一般认为,细胞中的高尔基体与细胞分泌物的形成有关,高尔基体本身没有合成蛋白质的功能,但可以对蛋白质进行加工和转运.植物细胞分裂时,高尔基体与细胞壁的形成有关(赤道板周围有特别多的高尔基体,以便合成纤维素及果胶).
⑤核糖体
核糖体(ribosomes)是椭球形的粒状小体,有些附着在内质网膜的外表面(供给膜上及膜外蛋白质),有些游离在细胞质基质中(供给膜内蛋白质,不经过高尔基体,直接在细胞质基质内的酶的作用下形成空间构形),是合成蛋白质的重要基地.
⑥中心体
中心体(nucleus)存在于动物细胞和某些低等植物细胞中,因为它的位置靠近细胞核,所以叫中心体.每个中心体由两个互相垂直排列的中心粒及其周围的物质组成. 动物细胞的中心体与有丝分裂有密切关系..中心粒(centriole)这种细胞器的位置是固定的,具有极性的结构.在间期细胞中,经固定、染色后所显示的中心粒仅仅是1或2个小颗粒.而在电子显微镜下观察,中心粒是一个柱状体,长度约为0.3μm~0.5μm,直径约为0.15μm,它是由9组小管状的亚单位组成的,每个亚单位一般由3个微管构成.这些管的排列方向与柱状体的纵轴平行.中心粒通常是成对存在,2个中心粒的位置常成直角.中心粒在有丝分裂时有重要作用
⑦液泡
液泡(vacuole)是植物细胞中的泡状结构.成熟的植物细胞中的液泡很大,可占整个细胞体积的90%.液泡的表面有液泡膜.液泡内有细胞液,其中含有糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质,可以达到很高的浓度.因此,它对细胞内的环境起着调节作用,可以使细胞保持一定的渗透压,保持膨胀的状态.动物细胞也同样有小液泡.
⑧溶酶体
溶酶体是细胞内具有单层膜囊状结构的细胞器.其内含有很多种水解酶类,能够分解很多物质. 在细胞质内除上述结构外,还有微丝(microfilament)和微管(microtubule)等结构,它们的主要机能不只是对细胞起骨架支持作用,以维持细胞的形状,如在红血细胞微管成束平行排列于盘形细胞的周缘,又如上皮细胞微绒毛中的微丝;它们也参加细胞的运动,如有丝分裂的纺锤丝,以及纤毛、鞭毛的微管.此外,细胞质内还有各种内含物,如糖原、脂类、结晶、色素等.
4.细胞核
细胞质里含有一个近似球形的细胞核(nucleolus),是由更加黏稠的物质构成的.细胞核通常位于细胞的中央,成熟的植物细胞的细胞核,往往被中央液泡推挤到细胞的边缘.细胞核中有一种物质,易被洋红、苏木精、甲基绿等碱性染料染成深色,叫做染色质(chromatin).生物体用于传种接代的物质即遗传物质,就在染色质上.当细胞进行有丝分裂时,染色质就变化成染色体.
多数细胞只有一个细胞核,有些细胞含有两个或多个细胞核,如肌细胞、肝细胞等.细胞核可分为核膜、染色质、核液和核仁四部分.核膜与内质网相通连,染色质位于核膜与核仁之间.染色质主要由蛋白质和DNA组成.DNA是一种有机物大分子,又叫脱氧核糖核酸,是生物的遗传物质.在有丝分裂时,染色体复制,DNA也随之复制为两份,平均分配到两个子细胞中,使得后代细胞染色体数目恒定,从而保证了后代遗传特性的稳定.还有RNA,RNA是DNA在复制时形成的单链,它传递信息,控制合成蛋白质,其中有转移核糖核酸(tRNA)、信使核糖核酸(mRNA)和核糖体核糖核酸(rRNA). 细胞核的机能是保存遗传物质,控制生化合成和细胞代谢,决定细胞或机体的性状表现,把遗传物质从细胞(或个体)一代一代传下去.但细胞核不是孤立的起作用,而是和细胞质相互作用、相互依存而表现出细胞统一的生命过程.细胞核控制细胞质;细胞质对细胞的分化、发育和遗传也有重要的作用.
动物细胞与植物细胞比较
动物细胞与植物细胞相比较,具有很多相似的地方,如动物细胞也具有细胞膜、细胞质、细胞核等结构.但是动物细胞与植物细胞又有一些重要的区别,如动物细胞的最外面是细胞膜,没有细胞壁;动物细胞的细胞质中不含叶绿体,也不形成中央液泡.
总之,不论是植物还是动物,都是由细胞构成的.细胞是生物体结构和功能的基本单位.
5.细胞骨架(Cytoskeleton)
细胞骨架是指真核细胞中蛋白纤维的网络结构.
细胞骨架由位于细胞质中的微丝、微管和中间纤维构成.微丝确定细胞表面特征,使细胞能够运动和收缩.微管确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的轨道.中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力.
细胞骨架不仅在维持细胞形态、承受外力、保持细胞内部结构有序性方面起重要作用,而且还参与许多重要的生命活动,如:在细胞分裂中细胞骨架牵引染色体分离;在细胞物质运输中,各类小泡和细胞器可沿着细胞骨架定向运转.
细胞骨架在20世纪60年代后期才被发现.主要因为早期电镜制样采用低温(0-4℃)固定,而细胞骨架会在低温下解聚.知道采用戊二醛常温固定,人们才逐渐认识到细胞骨架的客观存在.
功能
细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位.一般认为:
1.细胞是由膜包围的原生质(protoplasm)团,通过质膜与周围环境进行物质和信息交流;
2.是构成有机体的基本单位,具有自我复制的能力,是有机体生长发育的基础;
3.是代谢与功能的基本单位,具有一套完整的代谢和调节体系;
4.是遗传的基本单位,具有发育的全能性.
希望对你有所帮助
回答者: yaoyuan0106401
5. 细胞的结构及其作用
1.细胞壁(cellwall)【动物细胞没有】
位于植物细胞的最外层,是一层透明的薄壁。它主要是由纤维素和果胶组成的,孔隙较大,物质分子可以自由透过。细胞壁对细胞起着支持和保护的作用。
2.细胞膜(cellmembrane)
细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜,叫做细胞膜。这层由蛋白质分子和磷脂双层分子组成的薄膜,水和氧气等小分子物质能够自由通过,而某些离子和大分子物质则不能自由通过,因此,它除了起着保护细胞内部的作用以外,还具有控制物质进出细胞的作用:既不让有用物质任意地渗出细胞,也不让有害物质轻易地进入细胞。
3.细胞质(cytoplasm)
细胞膜包着的黏稠透明的物质,叫做细胞质。在细胞质中还可看到一些带折光性的颗粒,这些颗粒多数具有一定的结构和功能,类似生物体的各种器官,因此叫做细胞器。例如,在绿色植物的叶肉细胞中,能看到许多绿色的颗粒,这就是一种细胞器,叫做叶绿体。绿色植物的光合作用就是在叶绿体中进行的。
4.细胞核
细胞质里含有一个近似球形的细胞核(nucleolus),是由更加黏稠的物质构成的。细胞核通常位于细胞的中央,成熟的植物细胞的细胞核,往往被中央液泡推挤到细胞的边缘。细胞核中有一种物质,易被洋红、苏木精、甲基绿等碱性染料染成深色,叫做染色质(chromatin)。生物体用于传种接代的物质即遗传物质,就在染色质上。细胞核的机能是保存遗传物质,控制生化合成和细胞代谢,决定细胞或机体的性状表现,把遗传物质从细胞(或个体)一代一代传下去。但细胞核不是孤立的起作用,而是和细胞质相互作用、相互依存而表现出细胞统一的生命过程。细胞核控制细胞质;细胞质对细胞的分化、发育和遗传也有重要的作用。
6. 细胞的结构和功能
结构决定功能”是生物学的基本原理之一,细胞若具有某种结构,就应该具有该结构所对应的生理功能。
若发现细胞具有某种功能,也可以反映出细胞应该具有哪些结构以及该结构的特点。
比如浆细胞能大量分泌抗体,则可推测浆细胞中与分泌蛋白有关的细胞器如核糖体、内质网、高尔基体等结构比其他正常细胞发达,但是不能认为细胞不具有某种结构则不具有相关功能。
因为原核细胞结构简单,不具有发达的生物膜系统,也没有多样的细胞器,但是原核细胞中含有与特定功能有关的化学物质,所以表现为即使不具有特定结构,仍然具有相关功能。
比如大肠杆菌不含有内质网和高尔基体,但仍可以对蛋白质进行加工,因其细胞质基质中含有加工蛋白质所需要的酶。