高三生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能

高三生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能【知識(shí)聯(lián)系框架】第2頁,共27頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

一、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞膜也稱生物膜或質(zhì)膜。是由類脂、蛋白質(zhì)和糖類組成，膜蛋白質(zhì)是膜功能的主要體現(xiàn)者。質(zhì)膜中的糖類是少量的，主要與蛋白質(zhì)或脂類結(jié)合形成糖蛋白質(zhì)或糖脂，是質(zhì)膜上的標(biāo)記物，與細(xì)胞的識(shí)別有關(guān)。類脂種類很多，但最主要的是磷脂，超過膜脂總量的50％。，磷脂對(duì)于維持質(zhì)膜的流動(dòng)性是非常重要的。質(zhì)膜的流動(dòng)性對(duì)細(xì)胞正常的生命活動(dòng)是至關(guān)重要。質(zhì)膜流動(dòng)性的大小與溫度有一定的關(guān)系，一般而言，溫度高流動(dòng)性大，溫度低流動(dòng)性小。第4頁,共27頁，2024年2月25日，星期天在動(dòng)物細(xì)胞細(xì)胞膜中還有膽固醇，但在原核生物和植物細(xì)胞中沒有。膽固醇是一種極性分子，在動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜中占有一定的比例，它可以穩(wěn)定膜的流動(dòng)性，使膜的流動(dòng)性不會(huì)因溫度的變化而發(fā)生較大的波動(dòng)，以維持細(xì)胞正常的生理功能。

質(zhì)膜中的蛋白質(zhì)是膜功能的主要體現(xiàn)者，其中有的與物質(zhì)的運(yùn)輸有關(guān)，如載體，在主動(dòng)運(yùn)輸過程中，載體還兼有ATP水解酶的作用；有的是酶，能催化與膜有關(guān)的生化反應(yīng)；有的是激素或其他有生物活性物質(zhì)的受體。細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)的運(yùn)輸具有選擇性是由其上的蛋白質(zhì)——載體決定的，載體蛋白具有專一性。

第5頁,共27頁，2024年2月25日，星期天在質(zhì)膜的運(yùn)輸方式中，自由擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的動(dòng)力來自于膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差，分子通過膜的擴(kuò)散速度與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差有關(guān)。但自由擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散有所不同，分子以自由擴(kuò)散方式通過細(xì)胞膜的速度與物質(zhì)的濃度呈正比例關(guān)系；分子以協(xié)助擴(kuò)散方式通過細(xì)胞膜的速度與分子的濃度呈正相關(guān)，但不是正比例關(guān)系，其原因是由于載體數(shù)量的限制造成的。第6頁,共27頁，2024年2月25日，星期天主動(dòng)運(yùn)輸對(duì)物質(zhì)的運(yùn)輸速度與細(xì)胞提供能量的多少呈正相關(guān)，其主要原因也是受細(xì)胞膜上載體數(shù)量的限制造成的。凡是離子的運(yùn)輸都是主動(dòng)運(yùn)輸?shù)?頁,共27頁，2024年2月25日，星期天二、細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)是指除去細(xì)胞質(zhì)膜和細(xì)胞核以外的所有物質(zhì)。1．細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是細(xì)胞質(zhì)中除去所有細(xì)胞器和各種顆粒以外的部分，呈半透明的膠體狀態(tài)。2．細(xì)胞器

細(xì)胞器是指在細(xì)胞質(zhì)中具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)和執(zhí)行一定生理功能的結(jié)構(gòu)單位，懸浮在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。(1)線粒體的結(jié)構(gòu)和功能第8頁,共27頁，2024年2月25日，星期天線粒體是雙層膜結(jié)構(gòu)，內(nèi)膜向內(nèi)腔折疊形成嵴，嵴的形成增加了細(xì)胞內(nèi)的膜面積。完成有氧呼吸第三階段過程的所有的酶都分布在內(nèi)膜上。第二階段的酶在線粒體基質(zhì)中。

線粒體是動(dòng)植物細(xì)胞中都具有的細(xì)胞器，它與細(xì)胞的能量代謝有關(guān)。但原核生物(細(xì)菌和藍(lán)藻）中沒有線粒體。線粒體是有氧呼吸的主要場(chǎng)所，它的主要使命是為各種生命活動(dòng)提供能量，所以在能量代謝旺盛的細(xì)胞中，線粒體的數(shù)量就比較多。在線粒體中有少量的DNA和RNA，線粒體在細(xì)胞中可以進(jìn)行自我增殖，如細(xì)胞從低能量代謝轉(zhuǎn)到高能量代謝時(shí)，線粒體的數(shù)量就會(huì)增加，所以線粒體在遺傳上不完全依賴于細(xì)胞核，有一定獨(dú)立性。第9頁,共27頁，2024年2月25日，星期天（2）葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能葉綠體是雙層膜結(jié)構(gòu)，分為外膜和內(nèi)膜，但內(nèi)膜未向內(nèi)腔折疊，內(nèi)膜以內(nèi)是基粒和基質(zhì)。基粒是由基粒片層結(jié)構(gòu)薄膜組成（線粒體中基粒是一種蛋白質(zhì)復(fù)合體），亦稱類囊體，它有效地增加了葉綠體內(nèi)的膜面積。葉綠體中基粒的數(shù)量及發(fā)達(dá)程度與其進(jìn)行光合作用的強(qiáng)度大小有關(guān)，光合作用旺盛的細(xì)胞中不僅葉綠體的數(shù)量多，而且葉綠體中基粒的數(shù)量也多，每個(gè)基粒中的片層結(jié)構(gòu)薄膜的數(shù)量也多，反之亦然。

第10頁,共27頁，2024年2月25日，星期天葉綠體中含有少量的DNA和RNA，線粒體也一樣，在葉肉細(xì)胞也能完成自我增殖，在遺傳上不完全依賴于細(xì)胞核，有一定的獨(dú)立性。

葉綠體完成光合作用的整個(gè)光反應(yīng)過程的色素和酶也都在片層結(jié)構(gòu)薄膜上，所以光合作用的光反應(yīng)是在基粒類囊體的薄膜上進(jìn)行的。完成暗反應(yīng)過程的酶在葉綠體的基質(zhì)中，暗反應(yīng)過程是在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行的。（3）線粒體和葉率體的異同點(diǎn)：第11頁,共27頁，2024年2月25日，星期天兩者形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能、核酸、所含的酶都不太相同。共同點(diǎn)：1、雙層膜；2、都通過一定的方式增大表面積3、含有少量的DNA和RNA，遺傳一定的獨(dú)立性；4、參與細(xì)胞內(nèi)能量代謝的重要細(xì)胞器。（4）質(zhì)體類型比較質(zhì)體類型含有的色素存在部位白色體不含色素花、果、莖白色部位，儲(chǔ)存有機(jī)物結(jié)構(gòu)有色體葉黃素、胡蘿卜素花、果實(shí)等葉綠體葉綠素、類胡蘿卜素葉肉細(xì)胞為主第12頁,共27頁，2024年2月25日，星期天（3）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是指細(xì)胞質(zhì)中一系列囊腔和細(xì)管，彼此相通，形成一個(gè)隔離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的管道系統(tǒng)。它是細(xì)胞質(zhì)的膜系統(tǒng)，外與細(xì)胞膜相連，內(nèi)與核膜的外膜相通，將細(xì)胞中的各種結(jié)構(gòu)連成一個(gè)整體，具有承擔(dān)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)淖饔??；鎯?nèi)質(zhì)網(wǎng)上沒有核糖體附著，這種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)所占比例較少，但功能較復(fù)雜，它與脂類、糖類代謝有關(guān)。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上附著有核糖體，其排列也較滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)規(guī)則，功能主要與蛋白質(zhì)的合成有關(guān)。細(xì)胞質(zhì)中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的發(fā)達(dá)程度與其生命活動(dòng)的旺盛程度呈正相關(guān)。第13頁,共27頁，2024年2月25日，星期天（4）核糖體核糖體不是由生物膜構(gòu)成的，它是由蛋白質(zhì)和RNA構(gòu)成的復(fù)合體。核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成的蛋白質(zhì)主要有兩類：一類是分泌蛋白，通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸?shù)礁郀柣w，經(jīng)加工包裝后被分泌到細(xì)胞外另一類是排列到質(zhì)膜內(nèi)的蛋白質(zhì)。游離的核糖體合成的蛋白質(zhì)一般是分布到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)，如分布于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的酶等。第14頁,共27頁，2024年2月25日，星期天高爾基體是由光面膜所包圍成的分隔的腔及一些分泌小泡組成。它屬于單層膜結(jié)構(gòu)。在所有動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞中都有這種細(xì)胞器，但成熟的紅細(xì)胞是例外。在分泌旺盛的細(xì)胞（如唾液腺細(xì)胞、胰腺細(xì)胞等）中，高爾基體特別發(fā)達(dá)，數(shù)目也特別多。

（5）高爾基體（6）中心體中心體存在于低等植物細(xì)胞（如衣藻、團(tuán)藻等藻類植物）和動(dòng)物細(xì)胞中。中心體不具備膜結(jié)構(gòu)，是由蛋白質(zhì)組成的。每個(gè)中心體是由兩個(gè)互相垂直的短棒狀的中心粒排列而成。中心粒的功能是在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中參與星射線（紡綞絲）的形成。第15頁,共27頁，2024年2月25日，星期天（7）液泡

液泡是在細(xì)胞質(zhì)中由單層膜包圍的充滿水液的泡，是普遍存在于植物細(xì)胞中的一種細(xì)胞器。液泡內(nèi)的液體稱為細(xì)胞液，溶有很多有機(jī)小分子物質(zhì)和無機(jī)鹽。液泡的功能是參與細(xì)胞的水分代謝（如質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原），同時(shí)也是植物細(xì)胞代謝副產(chǎn)品及廢物（如蔗糖、植物堿、丹寧、多余的無機(jī)鹽等）屯集的場(chǎng)所。三、細(xì)胞核一切真核細(xì)胞都有細(xì)胞核，但在真核生物體內(nèi)某些高度分化成熟的細(xì)胞（如哺乳動(dòng)物血液中的紅細(xì)胞、高等植物細(xì)胞體內(nèi)輸導(dǎo)有機(jī)物的篩管細(xì)胞等）沒有細(xì)胞核。第16頁,共27頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞核是遺傳物質(zhì)貯存、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所。細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)包括核膜、核仁、染色質(zhì)和核液4個(gè)部分。核膜是雙層膜結(jié)構(gòu)，外膜常與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相連續(xù)，在核膜上有核孔，是大分子物質(zhì)（如RNA、蛋白質(zhì)等）的通道，但對(duì)大分子物質(zhì)的運(yùn)輸也是有選擇性的。

核仁是形成核糖體的場(chǎng)所。染色質(zhì)是由蛋白質(zhì)和DNA組成的在細(xì)胞核中成細(xì)絲狀的物質(zhì)。在細(xì)胞進(jìn)入分裂時(shí)，染色質(zhì)高度螺旋化縮短變粗而成為染色體。一條染色體中含有一個(gè)DNA分子第17頁,共27頁，2024年2月25日，星期天四、細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)細(xì)胞生物膜系統(tǒng)是指由細(xì)胞膜、核膜以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等圍繞而成的細(xì)胞器，在結(jié)構(gòu)和功能上是緊密聯(lián)系的統(tǒng)一整體。細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)在細(xì)胞的生命活動(dòng)中的作用：①不僅使細(xì)胞具有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，同時(shí)在細(xì)胞與環(huán)境之間進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸、能量交換和信息傳遞的過程中起著決定性的作用。②細(xì)胞內(nèi)的許多重要化學(xué)反應(yīng)都在生物膜上進(jìn)行，細(xì)胞內(nèi)的廣闊的膜面積為酶提供了大量的附著位點(diǎn)，為各種化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行創(chuàng)造了有利條件。第18頁,共27頁，2024年2月25日，星期天在這個(gè)過程中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜可通過小泡轉(zhuǎn)化成高爾基體膜，高爾基體膜又可通過分泌小泡形成細(xì)胞膜。第19頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

③細(xì)胞內(nèi)的生物膜把細(xì)胞分隔成一個(gè)個(gè)小的區(qū)室，如各種細(xì)胞器，這樣就使得細(xì)胞內(nèi)能夠同時(shí)進(jìn)行多種化學(xué)反應(yīng)，而不會(huì)相互干擾，保證了細(xì)胞的生命活動(dòng)高效、有序地進(jìn)行。五、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別在原核細(xì)胞中的DNA分子不與蛋白質(zhì)結(jié)合，成游離態(tài)，所以一般講原核細(xì)胞沒有染色體，也就沒有染色體變異。原核細(xì)胞中只有一種類型的細(xì)胞器——核糖體。由原核細(xì)胞構(gòu)成的生物稱為原核生物，主要包括兩大類：細(xì)菌和藍(lán)藻。第20頁,共27頁，2024年2月25日，星期天進(jìn)行有氧呼吸的原核細(xì)胞，有氧呼吸過程主要是在內(nèi)陷的細(xì)胞膜進(jìn)行。進(jìn)行光合作用的原核生物，光合作用的光反應(yīng)也是在內(nèi)陷的細(xì)胞膜上進(jìn)行的。六、植物細(xì)胞工程

植物細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物不客分子生物不賓原理和方法，通過中工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性。第21頁,共27頁，2024年2月25日，星期天植物細(xì)胞的全能性是指生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能。生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)體必需的全部基因，所以從理論上講，生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。在生物體內(nèi)的細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性而是分化成不同的組織、器官，是因?yàn)榛蛟谔囟ǖ臅r(shí)間和空間條件下選擇性地表達(dá)的結(jié)果。植物細(xì)胞只有脫離了植物體，在一定的外部因素作用下，經(jīng)過細(xì)胞分裂形成愈傷組織，才能表現(xiàn)出全能性。植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)的過程可以歸納為：外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽生長發(fā)育植物體第22頁,共27頁，2024年2月25日，星期天外植體是用于植物組織培養(yǎng)的離體的植物器官、組織或細(xì)胞。脫分化是指離體的植物組織器官或細(xì)胞，在外源的生長素類物質(zhì)的誘導(dǎo)下開始分裂，形成一團(tuán)結(jié)構(gòu)疏松、顏色淺而透明的、高度液泡化的、呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞群的愈傷組織的過程。再分化是指愈傷組織繼續(xù)培養(yǎng)，又可以重新分化成根或芽等器官的過程。植物組織培養(yǎng)具有快速繁殖、培育無病毒植株，可以解決有些作物品種繁殖能力差、結(jié)子困難或發(fā)芽率低等問題而在生產(chǎn)上得到廣泛的應(yīng)用。在轉(zhuǎn)基因植物的培育中也要用到植物組織培養(yǎng)技術(shù)。植物體細(xì)胞雜交第23頁,共27頁，2024年2月25日，星期天植物體細(xì)胞雜交是指用兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，并且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法。第一步是去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體。去除細(xì)胞壁的常用方法是酶解法，即用纖維素酶和果膠酶等分解植物細(xì)胞的細(xì)胞壁。第二步是將兩個(gè)具有活力的原生質(zhì)體放在一起，通過一定的技術(shù)手段進(jìn)行人工誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)原生質(zhì)體的融合。常用的誘導(dǎo)方法有兩大類：物理法和化學(xué)法。物理法是利用離心、振動(dòng)、電刺激等促使原生質(zhì)體融合?；瘜W(xué)法是用聚乙二醇(PEG）等試劑作為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)融合第24頁,共27頁，2024年2月25日，星期天。第三步是將誘導(dǎo)融合得到的雜種細(xì)胞，和植物組織培養(yǎng)的方法進(jìn)行培育，就可以得到雜種植株。植物體細(xì)胞雜交的最大優(yōu)點(diǎn)是可以克服植物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，大大擴(kuò)大了可用于雜交的親本基因組合的范圍。

七、動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)：用的培養(yǎng)液通常含有葡萄糖、氨基酸、無機(jī)鹽、維生素和動(dòng)物血清等，培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞取自動(dòng)物胚胎或出生不久的幼齡動(dòng)物的器官或組織。第25頁,共27頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞系是指動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過程中存活超過50代的細(xì)胞，細(xì)胞系的細(xì)胞常不太正常，帶癌變的特點(diǎn)。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)可以用于檢測(cè)有毒物質(zhì)。原代培養(yǎng)是指將培養(yǎng)的動(dòng)物取出來后，先用胰蛋白酶等使組織分散成單個(gè)細(xì)胞，然后配制成一定濃度的細(xì)胞懸液，再將該懸浮液放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。傳代培養(yǎng)是指需要定期地用胰蛋白酶使從瓶壁上脫離下來，配制成細(xì)胞懸液，分裝到兩個(gè)或兩個(gè)以上的培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)的過程。細(xì)胞株是指在細(xì)胞培養(yǎng)過程中存活10代到40～50代的細(xì)胞。第26頁,共27頁，2024年2月25日，星期天單克隆抗體的制備：第一步將抗原注射入小鼠體內(nèi)；