高中生物 第三章 第三節(jié) 細(xì)胞核--系統(tǒng)的控制中心教案 新人教版必修1

1、第3節(jié)細(xì)胞核一、教學(xué)目標(biāo) 1.闡明細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能。2.嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型。3.認(rèn)同細(xì)胞核是細(xì)胞生命系統(tǒng)的控制中心。二、教學(xué)重點和難點1.教學(xué)重點（1）細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能。（2）制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型。2.教學(xué)難點理解細(xì)胞核是細(xì)胞生命系統(tǒng)的控制中心。三、教學(xué)策略1.以學(xué)生嘗試制作的細(xì)胞模型和“問題探討”為情境進(jìn)入本節(jié)的學(xué)習(xí)。在第2節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)期間，布置學(xué)生以小組為單位嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型，課前了解模型制作的情況。課上通過小組之間展示真核細(xì)胞的模型，以及交流“問題探討”中的討論題，引發(fā)學(xué)生對細(xì)胞核功能的探究興趣。之后指導(dǎo)學(xué)生通過“資料分析”總結(jié)出細(xì)胞核的功能。“技能訓(xùn)練

2、”的內(nèi)容可以和“資料分析”一起完成。如果學(xué)生在分析過程中遇到困難，應(yīng)開展小組成員間的討論，提高學(xué)生解決問題的能力。2.在探討細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的過程中，認(rèn)同細(xì)胞核是細(xì)胞生命系統(tǒng)的控制中心。在初中學(xué)習(xí)“細(xì)胞核是遺傳信息庫”、“細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生新細(xì)胞”等內(nèi)容時，學(xué)生初步了解了染色體的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，因此，教師可以利用有關(guān)染色體、染色質(zhì)在細(xì)胞分裂不同時期的顯微圖片作為學(xué)生了解細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的補充。以形象直觀的圖解幫助學(xué)生理解抽象的文字。在學(xué)生分析歸納細(xì)胞核功能的基礎(chǔ)上，探討細(xì)胞核在結(jié)構(gòu)上有哪些與其功能相適應(yīng)的特點，結(jié)合前兩節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生綜合分析，構(gòu)建起細(xì)胞核是細(xì)胞生命系統(tǒng)控制中心的認(rèn)識。3.“嘗試

3、制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”的教學(xué)?！皣L試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”是課程標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的要求，是教學(xué)中必須完成的。前面提出了以小組合作形式課前完成這項活動的建議，主要出于對學(xué)校實際情況的考慮。另外，利用安全的廢舊物品制作細(xì)胞模型更有利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，課下完成也會給學(xué)生更多的空間。如果學(xué)校條件較好，在課堂上是能夠完成“嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”的。下面是具體的建議。（1）實驗方案設(shè)計。真核細(xì)胞（以動物細(xì)胞為例）的結(jié)構(gòu)包括細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含的各種細(xì)胞器，主要有線粒體、中心體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體、溶酶體等，以及細(xì)胞核。在建立模型時，可選用瓊脂（或明膠）做細(xì)胞質(zhì)，用各色彩泥（有些地區(qū)

4、可選用膠泥、面團(tuán)兒）捏制各種細(xì)胞器，并固定于瓊脂中，即可成為一個動物真核細(xì)胞的模型。（2）教師課前的準(zhǔn)備。細(xì)胞質(zhì)材料制備：將20 g瓊脂與800 mL清水混合并加熱至瓊脂溶化，置于冰箱中冷凝（約40 min）（也可置于室溫下冷凝，時間需延長）。如果沒有瓊脂（或明膠），可考慮用淀粉代替，但是透明度稍差，如果是這樣，可以制成剖面的形式。其他材料：1 000 mL的燒杯一個，玻璃棒，電爐，大頭針若干（用來在細(xì)胞質(zhì)中固定各種細(xì)胞器），直徑約2 mm的塑料吸管若干（用來制作中心體）。（3）細(xì)胞器大小參考數(shù)據(jù)，保證制作中各種細(xì)胞器的大小成比例。核糖體：最小溶酶體：直徑為0.20.8 m線粒體：直徑為0.5

5、1 m，長度為23 m中心粒：直徑為0.20.4 m細(xì)胞核：直徑為510 m（4）教科書圖示的學(xué)生制作的細(xì)胞模型中，各部分結(jié)構(gòu)注釋如下。粉色彩泥代表核糖體藍(lán)色彩泥代表溶酶體棕色彩泥代表線粒體橘黃色彩泥代表內(nèi)質(zhì)網(wǎng)土黃色彩泥代表高爾基體紅色彩泥代表細(xì)胞核（5）學(xué)生以小組形式合作完成真核細(xì)胞的模型制作，并交流成果。（6）拓展問題的提出：如果構(gòu)建一個植物細(xì)胞的模型，還需要做什么？請?zhí)岢瞿愕脑O(shè)想。四、答案和提示（一）問題探討1.提示：細(xì)胞核在細(xì)胞的生命活動中起控制作用，如細(xì)胞核內(nèi)貯存的遺傳物質(zhì)攜帶著遺傳信息，可以控制蛋白質(zhì)的合成，而蛋白質(zhì)是生命活動的體現(xiàn)者，所以細(xì)胞核可以比喻為部隊的司令部等。2.不能。

6、3.不能。4.提示：不能。細(xì)胞生長需要蛋白質(zhì)等多種物質(zhì)作基礎(chǔ)，細(xì)胞分裂需要遺傳物質(zhì)的復(fù)制和相關(guān)蛋白質(zhì)的合成，如果沒有細(xì)胞核，這些生命活動都不能進(jìn)行。（二）資料分析1.提示：美西螈皮膚的顏色是由細(xì)胞核控制的。生物體性狀的遺傳主要是由細(xì)胞核控制的，因為細(xì)胞核中有DNA，DNA是主要的遺傳物質(zhì)。DNA上有許多基因，通過指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，控制生物的性狀。2.沒有細(xì)胞核，細(xì)胞就不能分裂、分化。3.細(xì)胞核是細(xì)胞生命活動的控制中心。4.生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)的建成主要與細(xì)胞核有關(guān)。5.細(xì)胞核具有控制細(xì)胞代謝和遺傳的功能。（三）旁欄思考題提示：同一個生物體內(nèi)所有細(xì)胞的“藍(lán)圖”都是一樣的（除非發(fā)生體細(xì)胞突變或細(xì)胞癌變）

7、。生物體內(nèi)細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的多種多樣，是細(xì)胞分化的結(jié)果。（四）技能訓(xùn)練1.細(xì)胞無核部分隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加，死亡個數(shù)迅速增加，第4天就沒有存活的了，這是因為沒有細(xì)胞核，細(xì)胞的生命活動就無法進(jìn)行。而細(xì)胞有核部分存活個數(shù)和時間都要比無核部分多和長，說明細(xì)胞核對于細(xì)胞的生命活動是不可或缺的。2.提示：細(xì)胞有核部分出現(xiàn)死亡現(xiàn)象的可能原因有兩方面，一是實驗過程中人為因素對細(xì)胞造成了傷害，導(dǎo)致部分細(xì)胞死亡；二是細(xì)胞的正常凋亡。（五）練習(xí)基礎(chǔ)題1.（1）；（2）。2.C。 3.C。拓展題提示：出生小牛的絕大部分性狀像母牛甲。因為小牛獲得的是母牛甲細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)，所以它的性狀與母牛甲最相似。五、參考資料

8、1.細(xì)胞核概述細(xì)胞核是真核細(xì)胞特有的細(xì)胞器，它是真核細(xì)胞重要的組成部分。細(xì)胞核中包含著攜帶細(xì)胞全部基因組的染色體。由于絕大多數(shù)遺傳信息貯存在細(xì)胞核中，DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄都在細(xì)胞核中進(jìn)行，因此，它成為細(xì)胞生命活動的控制中心。細(xì)胞核的出現(xiàn)是細(xì)胞進(jìn)化歷程中的一個巨大飛躍。原核細(xì)胞中有一團(tuán)含核樣物質(zhì)的擬核，擬核周圍沒有核膜，DNA裸露在細(xì)胞質(zhì)中，這樣，DNA的復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的翻譯都是在同一區(qū)間中連續(xù)進(jìn)行。真核細(xì)胞中的DNA由核膜包圍在核中，胞核體積約占整個細(xì)胞體積的10%，胞核通過雙層核被膜與胞質(zhì)的其他部分相隔離，核被膜上分布有許多孔，它們選擇性地將有關(guān)分子在胞核與胞質(zhì)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)運。一

9、般來說，大多數(shù)細(xì)胞是單核的，但也有些細(xì)胞具有多個核。此外，在某些成熟的細(xì)胞中，不再存在細(xì)胞核，如哺乳動物成熟的紅細(xì)胞，植物韌皮部中的篩管細(xì)胞。不過失去核的細(xì)胞存活時間通常是不長久的。細(xì)胞核的大小在不同生物細(xì)胞中是有差異的，高等動物細(xì)胞核的直徑一般為510 m，高等植物細(xì)胞核的直徑一般為520 m，低等植物細(xì)胞核的直徑一般為14 m。核的形態(tài)一般為圓球形或橢圓形，但也有其他形狀，如粒性白細(xì)胞的核為多葉形，蠶的絲腺細(xì)胞核為分枝形。細(xì)胞核主要由核被膜、染色質(zhì)、核仁及核基質(zhì)組成。2.核被膜與核孔的結(jié)構(gòu)和功能核被膜是細(xì)胞核的界膜，它由內(nèi)外兩層平行的單位膜組成，每層膜的厚度為7080 nm，在內(nèi)外膜之間有

10、寬2040 nm的間隙，稱為核周隙或膜間腔。在雙層核膜中，面向胞質(zhì)的一層膜為外膜，其表面附有大量的核糖體顆粒，有些部位與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，核周隙與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通，由此可將核外膜看做內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的一個特化區(qū)域。內(nèi)膜面向核質(zhì)，其表面光滑沒有核糖體顆粒。核的內(nèi)外膜在一些位點上融合形成環(huán)狀開口，稱為核孔。核孔是溝通核質(zhì)與胞質(zhì)物質(zhì)交流的渠道，可以選擇性地轉(zhuǎn)運核內(nèi)外的物質(zhì)，因而對細(xì)胞的活動起重要的調(diào)控作用。核孔的直徑為80120 nm，每個核孔不是一個簡單的通道，它包含有一個復(fù)雜而精細(xì)的結(jié)構(gòu)體系，即核孔復(fù)合體。大量的研究結(jié)果表明，所有真核細(xì)胞的核膜上都普遍有核孔復(fù)合體，但隨著細(xì)胞類型的不同和細(xì)胞生長階段的不同，其核孔

11、數(shù)目有較大的差異。核孔是由許多蛋白構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，對進(jìn)出核孔的物質(zhì)具有嚴(yán)格的調(diào)控作用。目前認(rèn)為核孔復(fù)合體由100多種蛋白質(zhì)組成。核膜的出現(xiàn)為真核細(xì)胞的染色質(zhì)提供了一個穩(wěn)定的環(huán)境。原核細(xì)胞中，RNA的合成與蛋白質(zhì)的合成是同時進(jìn)行的，這樣RNA在翻譯成蛋白質(zhì)之前就很少有改變其轉(zhuǎn)錄與翻譯方式的機會，而在真核細(xì)胞中，轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同區(qū)域進(jìn)行，RNA分子在翻譯成蛋白質(zhì)之前經(jīng)歷一個較長的階段，前體要進(jìn)行剪接，剪接中某些序列被切除，只有剪接好的mRNA才會運到胞質(zhì)中，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。RNA剪接是真核細(xì)胞基因組信息傳遞的重要一步，它能使同一基因由于剪接方式的不同而最終產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。3.染色質(zhì)和染色體的結(jié)

12、構(gòu)染色質(zhì)是細(xì)胞核內(nèi)能被堿性染料染色的物質(zhì)，它與染色體是在細(xì)胞周期不同階段相互轉(zhuǎn)變的形態(tài)結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)指間期細(xì)胞內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)，是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)的存在形式。染色體是指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中，由染色質(zhì)凝聚而成的棒狀結(jié)構(gòu)。二者之間的區(qū)別不是在化學(xué)組成上，而是在構(gòu)型上，反映出它們處于細(xì)胞周期的不同階段。染色質(zhì)的主要成分中，DNA和組蛋白是穩(wěn)定存在的，DNA與組蛋白之比約為11。非組蛋白與RNA的含量則隨著細(xì)胞生理狀態(tài)的不同而變化，非組蛋白與DNA含量之比為0.20.81，RNA與DNA含量之比為0.11。通常細(xì)胞代謝活動越旺盛，非組蛋白和RNA的含量

13、就越高。細(xì)胞里的DNA絕大部分存在于染色質(zhì)中，并且含量十分穩(wěn)定。這包括同一物種的各類細(xì)胞中的DNA含量是相同的，細(xì)胞不會由于分化而使每條染色質(zhì)DNA增加或減少。但是，如果染色體數(shù)目發(fā)生變化，DNA的量也就會隨之改變。DNA分子是一條相當(dāng)長的、沒有分叉的核苷酸多聚體，所含核苷酸數(shù)量巨大，例如，人的每條DNA鏈平均約含108個核苷酸。遺傳信息就貯存在DNA的序列中。染色體蛋白質(zhì)與DNA分子遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀密切相關(guān)。它包括兩類蛋白，組蛋白和非組蛋白。組蛋白在維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的完整性上起著關(guān)鍵性的作用。非組蛋白是一大類非常不均一的蛋白質(zhì)，目前，對于非組蛋白的認(rèn)識遠(yuǎn)不如組蛋白。如果人體內(nèi)每

14、一個體細(xì)胞的DNA伸展開來，長度可以達(dá)到2 m，平均每條染色體所含的DNA的長度約為5 cm，而如此長的DNA分子位于直徑僅為10 m甚至更小的細(xì)胞核中，可見其凝集的程度是非常高的。染色體是染色質(zhì)在分裂期緊密卷曲凝縮的結(jié)構(gòu)形式。染色體的多極螺旋模型是一種較早提出來的解釋染色體包裝的結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)這一模型的解釋，由DNA與組蛋白包裝成核小體，核小體彼此連接形成直徑約為10 nm的核小體串珠結(jié)構(gòu)，這是染色質(zhì)包裝的一級結(jié)構(gòu)。核小體鏈形成后，可通過螺旋形成直徑為30 nm的纖維，這一纖維是由核小體排列呈螺旋管狀的結(jié)構(gòu)。這種30 nm的纖維被認(rèn)為是染色體包裝的二級結(jié)構(gòu)，但對其確切的構(gòu)成方式還有爭議。30

15、 nm的螺線管進(jìn)一步螺旋化形成直徑為0.4 m的圓筒狀結(jié)構(gòu)，被稱為超螺線管，這是染色體包裝的三級結(jié)構(gòu)。超螺旋管進(jìn)一步螺旋折疊，可以形成210 m的染色單體，這就是染色體包裝的四級結(jié)構(gòu)。經(jīng)過逐級螺旋與折疊，由DNA和蛋白質(zhì)形成高度凝集的染色體。一條連續(xù)的DNA分子的長鏈，經(jīng)過四級的盤旋折疊形成染色單體，其長度一次次地被壓縮。在多極螺旋模型提出后，又有一些新的模型被提出，主要是對染色體高級結(jié)構(gòu)提出新的解釋。關(guān)于染色體的超微結(jié)構(gòu)模型，目前還處在假說階段。4.核仁的結(jié)構(gòu)和功能在光鏡下看到的核仁為均勻的球體，在電鏡下核仁的超微結(jié)構(gòu)是由三種基本結(jié)構(gòu)組分組成的，即纖維中心、致密纖維組分和顆粒組分。纖維中心是

16、包括在顆粒組分內(nèi)部一個或幾個低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)體，在纖維中心存在DNA，這種DNA具有rRNA基因的性質(zhì)。致密纖維組分是核仁超微結(jié)構(gòu)中電子密度最高的部分，由致密的纖維構(gòu)成，通?？床坏筋w粒，它們呈環(huán)形或半月形包圍纖維中心，推測此區(qū)域是轉(zhuǎn)錄合成rRNA的區(qū)域。顆粒組分是核仁的主要結(jié)構(gòu)，由直徑1520 nm的核糖核蛋白顆粒構(gòu)成，可被蛋白酶和RNase消化，間期核中核仁的大小差異主要是由顆粒組分?jǐn)?shù)量的差異造成的。推測這些顆粒是正在加工、成熟的核糖體亞單位的前體。在細(xì)胞分裂過程中，核仁的形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能將隨著整個細(xì)胞核而發(fā)生明顯的變化。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂前期時，隨著染色體的不斷凝集，核仁會變形，整個體積

17、逐漸減小，rRNA的合成暫時停止。當(dāng)有絲分裂完成中期和后期進(jìn)入末期時，隨著染色體的去凝集，核仁重新出現(xiàn)。在剛剛形成的子細(xì)胞核中，核仁體積較小，并且數(shù)量較多。隨后小的核仁會聚集成大的核仁。核仁重新出現(xiàn)和聚集的過程，是染色體上rDNA恢復(fù)合成rRNA的過程。核仁的功能主要是rRNA的合成、加工與成熟以及核糖體亞單位的組裝。5.細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的關(guān)系細(xì)胞正常的生長發(fā)育要依靠細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的相互作用。真核細(xì)胞的基因主要存在于細(xì)胞核中，它包含著細(xì)胞正常生長發(fā)育的遺傳信息，決定細(xì)胞的各種特性，也決定著生物個體的表型。遺傳信息的載體DNA通過轉(zhuǎn)錄合成mRNA,再以mRNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，最終使性狀得以表現(xiàn)。D

18、NA還可轉(zhuǎn)錄合成其他種類的功能RNA，共同完成蛋白質(zhì)的合成，調(diào)控基因的表達(dá)。細(xì)胞核對于細(xì)胞特性以及正常生長發(fā)育的決定作用得到了很多實驗結(jié)果的支持。最為經(jīng)典的例子是單細(xì)胞傘藻的嫁接實驗，其結(jié)果大家都已熟悉。隨著生物技術(shù)的發(fā)展和完善，通過將細(xì)胞核移入去核的卵細(xì)胞中，已成功克隆出多種動物。對這些動物特性的分析，也能證實細(xì)胞核的作用，例如，將黑鼠的細(xì)胞核移植到白鼠的卵細(xì)胞中，克隆出的鼠為黑色。細(xì)胞核顯然具有重要的作用，但細(xì)胞質(zhì)相對于細(xì)胞核來說，并不是完全被動的接受控制，對細(xì)胞核正常功能的發(fā)揮具有不可缺少的作用，甚至對細(xì)胞核有著相當(dāng)大的影響?？梢哉f細(xì)胞生長發(fā)育是細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)共同作用的結(jié)果。細(xì)胞質(zhì)對細(xì)胞核的作用可用核移植實驗來分析。蛙的腦細(xì)胞通常不再分裂，其DNA的合成活性也非常低，而蛙的成熟未受精卵是處于即將開始活躍的DNA合成的