細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位教材內(nèi)容文字版 高一生物人教版必修一

第一章走進(jìn)細(xì)胞第一節(jié)細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位訪談探究微觀生命世界的奧秘一與施一公院士一席談施一公河南鄭州人，世界著名的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士、美國(guó)科學(xué)院外籍院士、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院外籍院士。主要研究細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制、阿爾茨海默癥發(fā)病機(jī)理以及包括RNA剪接體在內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)大分子復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與功能，在其研究領(lǐng)域引領(lǐng)世界前沿。因細(xì)胞凋亡領(lǐng)域的研究成果獲得瑞典皇家科學(xué)院頒發(fā)的愛(ài)明諾夫獎(jiǎng)。問(wèn):2002年，您才35歲，就成為美國(guó)普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系最年輕的終身教授。2008年，您放棄普林斯頓大學(xué)的優(yōu)厚待遇和優(yōu)越的科研條件，全職回到清華大學(xué)工作。您當(dāng)時(shí)為什么選擇回國(guó)工作呢?答:我從小在河南農(nóng)村長(zhǎng)大，但我很幸運(yùn)，接受了系統(tǒng)而良好的教育，并且遇到了改革開(kāi)放的大時(shí)代，使我能夠充分發(fā)揮自己的才能。如今，我衣食無(wú)憂，從事著自己熱愛(ài)的科學(xué)研究，非常知足而感恩。在美國(guó)留學(xué)和工作的18個(gè)春秋里，我一直盼望著有機(jī)會(huì)回報(bào)家鄉(xiāng)的父老鄉(xiāng)親，幫助那些不像我這么幸運(yùn)的兄弟姐妹。全職回到我的母校清華大學(xué)，使我得以實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想。我在清華最想做的事情就是育人，培養(yǎng)一批有理想、敢擔(dān)當(dāng)?shù)哪贻p人，在他們可塑性還比較強(qiáng)的時(shí)候去影響他們，希望他們?cè)谔岣邔?zhuān)業(yè)素質(zhì)、追求個(gè)人價(jià)值的同時(shí)，在內(nèi)心深處清楚而堅(jiān)定地意識(shí)到自己對(duì)于國(guó)家和民族義不容辭的責(zé)任，承擔(dān)起中華民族實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)之重任!問(wèn):您從事生物學(xué)方面的科研和教學(xué)工作已經(jīng)很多年了，您能簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)生物學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r和未來(lái)的前景嗎?答:目前，生物學(xué)已經(jīng)能在分子水平上，利用定量的物理、化學(xué)等手段來(lái)研究基本的生命過(guò)程和重大疾病的分子基礎(chǔ)，從根本上理解生命、促進(jìn)健康。這在一百年前是不可想象的，這是人類(lèi)理性和智慧的榮耀。當(dāng)然，像所有基礎(chǔ)學(xué)科一樣，生物學(xué)也有大量激動(dòng)人心的未解之謎等待我們?nèi)テ平?。在未?lái)，需要更多不同學(xué)科背景的研究人員一起努力，揭開(kāi)生命的奧秘。問(wèn):您的研究領(lǐng)域是結(jié)構(gòu)生物學(xué)，您能簡(jiǎn)單介紹什么是結(jié)構(gòu)生物學(xué)，它有什么意義嗎?答:生老病死等生命過(guò)程在微觀世界都有其分子基礎(chǔ)，DNA所承載的信息被傳遞到RNA和蛋白質(zhì)，從而執(zhí)行細(xì)胞豐富多彩的功能。結(jié)構(gòu)生物學(xué)利用X射線晶體學(xué)、核磁共振和電子顯微鏡等手段，通過(guò)揭示生物大分子和超大分子復(fù)合物(分子機(jī)器)的高分辨率空間三維結(jié)構(gòu)來(lái)解釋其功能，不僅詮釋生命過(guò)程的機(jī)理，也可以揭示藥物靶點(diǎn)。目前，許多創(chuàng)新藥物的研發(fā)都依賴(lài)于對(duì)其靶標(biāo)蛋白結(jié)構(gòu)的解析。其實(shí)，結(jié)構(gòu)決定功能，這是所有物質(zhì)科學(xué)的基本共識(shí)。從某種意義上來(lái)說(shuō)，所有物質(zhì)科學(xué)研究的目標(biāo)都是理解結(jié)構(gòu)，從而詮釋功能和機(jī)理、找尋規(guī)律。結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究因?yàn)榕c生命直接相關(guān)，它不僅能滿(mǎn)足人類(lèi)的好奇心，而且具有巨大的應(yīng)用價(jià)值?？梢哉f(shuō)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究對(duì)理解生命和促進(jìn)人類(lèi)健康具有十分重大的意義。問(wèn):2015年，著名的《科學(xué)》(Science)雜志發(fā)表了您的研究組兩篇具有里程碑意義的論文。這兩篇論文宣布得到了高分辨率的剪接體三維結(jié)構(gòu)和剪接體對(duì)前體信使RNA(核糖核酸)執(zhí)行剪接的基本工作機(jī)理。您能談?wù)勥@項(xiàng)研究成果嗎?答:在真核生物中，基因表達(dá)包括第一步--轉(zhuǎn)錄、第二步一-加工(剪接)、第三步一一翻譯。目前，執(zhí)行第一步的RNA聚合酶和第三步的核糖體的原子分辨率空間三維結(jié)構(gòu)都已經(jīng)獲得解析，為我們理解遺傳信息傳遞的這兩個(gè)基本步驟奠定了基礎(chǔ)。這兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)生物學(xué)的工作已分別于2006年和2009年被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。執(zhí)行基因表達(dá)第二步的關(guān)鍵分子機(jī)器就是剪接體，其原子分辨率的結(jié)構(gòu)解析因復(fù)雜性高、難度巨大，30多年來(lái)全世界許多一流實(shí)驗(yàn)室都在攻堅(jiān)，卻無(wú)突破。經(jīng)過(guò)多年的努力，我領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用冷凍電子顯微鏡技術(shù)，于2015年首次解析了酵母菌剪接體高分辨率的空間三維結(jié)構(gòu)，2016年又進(jìn)一步捕捉到剪接體處于不同工作階段的多個(gè)構(gòu)象，揭示了前體信使RNA剪接的動(dòng)態(tài)過(guò)程。這些研究進(jìn)展對(duì)人類(lèi)進(jìn)一步理解生命、揭示與剪接體相關(guān)遺傳病的發(fā)病機(jī)理提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。問(wèn):您在研究過(guò)程中遇到過(guò)挫折和困難嗎?您覺(jué)得做科學(xué)研究最重要的品格和能力有哪些?答:科學(xué)研究很少有一帆風(fēng)順的，需要付出大量的心血和努力。我個(gè)人的研究經(jīng)歷也充滿(mǎn)挫折。優(yōu)秀的科學(xué)家都有各自獨(dú)特的品格和能力，但也有一些共通之處。我認(rèn)為至少要具備以下兩點(diǎn)素質(zhì)。一是時(shí)間的付出。所有成功的科學(xué)家一定具有的共同點(diǎn)，就是他們付出大量的時(shí)間和心血，科學(xué)探索之路沒(méi)有捷徑。二是批判性的思維方式。探索未知的科學(xué)研究尤其需要嚴(yán)密的邏輯，需要在實(shí)驗(yàn)研究中不斷磨練、捕捉每一個(gè)可能出現(xiàn)的機(jī)會(huì)，同時(shí)還要敢于挑戰(zhàn)學(xué)術(shù)權(quán)威，因此必須有批判性的思維。除此之外，性格因素也很重要，比如強(qiáng)大的心理素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)失敗很常見(jiàn)，但又往往蘊(yùn)藏著成功的契機(jī)。對(duì)與預(yù)期結(jié)果不符的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行正確分析，是一位優(yōu)秀科學(xué)家必備的素質(zhì)。問(wèn):科學(xué)精神對(duì)于科學(xué)研究非常重要，那么，對(duì)于不做科研的人來(lái)說(shuō)，也需要科學(xué)精神嗎?答:科學(xué)精神的本質(zhì)就是求真，科學(xué)方法的訓(xùn)練使人擁有嚴(yán)密的邏輯和批判性的思維，避免人云亦云;科學(xué)研究要求過(guò)硬的心理素質(zhì)，這些對(duì)于任何工作都是關(guān)鍵的品質(zhì)。在這個(gè)意義上，科學(xué)精神對(duì)于我們每一個(gè)人都很重要。事實(shí)上，從我實(shí)驗(yàn)室畢業(yè)的學(xué)生中，有一些并沒(méi)有繼續(xù)從事尖端的科學(xué)研究，但他們由于在學(xué)生階段受到科研工作的訓(xùn)練，培養(yǎng)了科學(xué)精神和科學(xué)思維習(xí)慣，在各自的崗位上都做得非常出色。問(wèn):您對(duì)中學(xué)生如何學(xué)好生物學(xué)有什么建議嗎?答:生物學(xué)知識(shí)體系龐大而繁雜，簡(jiǎn)單了解的門(mén)檻低，但入門(mén)后掌握其精髓和獲得“直覺(jué)”的門(mén)檻卻非常高，甚至要比數(shù)學(xué)、物理這些嚴(yán)格依賴(lài)邏輯思維的學(xué)科的門(mén)檻還高。生物學(xué)又是一個(gè)非常廣闊的領(lǐng)域，是一個(gè)很多研究手段都可以得到發(fā)揮的領(lǐng)域。因此，如果同學(xué)們對(duì)生物學(xué)研究感興趣，那么需要在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科有一定的基礎(chǔ)，最好在其中的某個(gè)研究手段上有一些特長(zhǎng)。比如我自己是1984年全國(guó)高中生數(shù)學(xué)聯(lián)賽河南省第一名，大學(xué)還將數(shù)學(xué)作為第二專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，這些數(shù)學(xué)的特長(zhǎng)在我的研究中也發(fā)揮了重要作用。另外，希望同學(xué)們不要滿(mǎn)足于死記硬背枯燥的結(jié)論，而是要開(kāi)動(dòng)自己的大腦，弄清楚科學(xué)知識(shí)的來(lái)龍去脈，理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的邏輯，學(xué)會(huì)欣賞科學(xué)之美。我最想對(duì)高中生說(shuō)的話:人類(lèi)社會(huì)能有今天的高度文明和現(xiàn)代化，靠的是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步!高中階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容包含了人類(lèi)幾百年來(lái)科學(xué)研究的結(jié)晶，希望同學(xué)們沉下心來(lái)安心學(xué)習(xí)，打好基礎(chǔ)，培養(yǎng)對(duì)科學(xué)的興趣，做一個(gè)有夢(mèng)想、有定力、有益于社會(huì)的人!細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)在自然界，生物個(gè)體都不是單獨(dú)存在的，而是與其他同種和不同種的個(gè)體以及無(wú)機(jī)環(huán)境相互依賴(lài)、相互影響的。在一定的空間范圍內(nèi)，同種生物的所有個(gè)體形成一個(gè)整體一一種群，不同種群相互作用形成更大的整體一一群落，群落與無(wú)機(jī)環(huán)境相互作用形成更大的整體一生態(tài)系統(tǒng)，地球上所有的生態(tài)系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)構(gòu)成更大的整體一生物圈?？梢?jiàn)，自然界從生物個(gè)體到生物圈，可以看作各個(gè)層次的生命系統(tǒng)(圖1-3)。在一定的區(qū)域內(nèi)，所有的大熊貓個(gè)體形成了一個(gè)種群，所有的冷箭竹也是一個(gè)種群;在同一區(qū)域內(nèi)，大熊貓、冷箭竹和其他生物一起共同形成了一個(gè)群落;這個(gè)群落和它們所生活的無(wú)機(jī)環(huán)境相互關(guān)聯(lián)，形成了一個(gè)統(tǒng)一的整體，這就是生態(tài)系統(tǒng)。請(qǐng)結(jié)合圖1-3，分析討論以下問(wèn)題。1.葉的表皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞各有什么功能?2.冷箭竹的光合作用是在哪些細(xì)胞中進(jìn)行的?大熊貓的血液運(yùn)輸氧的功能是靠哪種細(xì)胞完成的?3.大熊貓和冷箭竹繁殖后代關(guān)鍵是靠什么細(xì)胞?4.生物圈的碳氧平衡是不是與地球上所有生物細(xì)胞的生命活動(dòng)都有關(guān)系?為什么?審視各層次生命系統(tǒng)的關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論從結(jié)構(gòu)上還是功能上看，細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)都屬于最基本的層次。各層次生命系統(tǒng)的形成、維持和運(yùn)轉(zhuǎn)都是以細(xì)胞為基礎(chǔ)的，就連生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)也不例外。因此，可以說(shuō)細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)。本書(shū)將帶你在這個(gè)生命系統(tǒng)中暢游，了解它的組成、運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)展變化的規(guī)律。練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測(cè)1，判斷下列事實(shí)或證據(jù)是否支持細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位。(1)草履蟲(chóng)是單細(xì)胞生物，能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和分裂。 () (2)人體發(fā)育離不開(kāi)細(xì)胞的分裂和分化。()(3)離體的葉綠體在一定的條件下能釋放氧氣。 () (4)用手抓握物體需要一系列神經(jīng)細(xì)胞和肌肉細(xì)胞的協(xié)調(diào)配合。 () 2，下列敘述與細(xì)胞學(xué)說(shuō)不相符的是 () A、植物和動(dòng)物都是由細(xì)胞構(gòu)成的，這反映了生物界的統(tǒng)一性B.植物和動(dòng)物有著共同的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)C.人體每個(gè)細(xì)胞都能單獨(dú)完成各項(xiàng)生命活動(dòng)D.新細(xì)胞是通過(guò)已存在的細(xì)胞分裂產(chǎn)生的3.觀察人體皮膚縱切片和迎春葉橫切片的光學(xué)顯微鏡圖像，回答問(wèn)題。(1)在兩張切片的圖像中，盡可能多地寫(xiě)出你認(rèn)識(shí)的細(xì)胞名稱(chēng)以及它們可能的功能。(2)比較動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞，描述它們的共同點(diǎn)和區(qū)別。(3)為什么把人體皮膚和迎春葉都稱(chēng)為器官?二、拓展應(yīng)用1.某同學(xué)在顯微鏡下觀察了菠菜、天竺葵、柳樹(shù)葉片中的葉肉細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)這些葉肉細(xì)胞中都有葉綠體，于是得出了植物葉肉細(xì)胞都有葉綠體的結(jié)論。他得出這