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2013年高中生物奥赛辅导讲义第3章


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第三章 生命的基本单位——细胞 第一节 细胞的形态和类别 【知识概要】 一、细胞的概念及形态 细胞是由原生质小团所组成的基本单位,其中含有一个核(或拟 核) ,四周被膜包围着。 细胞的大小千差万别。最大的直径近 10cm,如驼鸟卵;小的需 用电子显微镜才能看到,如支原体,其细胞直径只有 0.

1um。一般细 胞的直径都在 10~100um 之间,观察需要借助光学显微镜。 细胞的形状多样。有球状、多面体、纺锤体和柱状体等。由于细 胞内在的结构、自身的表面张力以及外部的机械压力的作用,各种细 胞总是保持其一定的形态。细胞的形状与功能之间有着密切关系,如 运动神经元细胞质伸展长达几米,用以传导外界刺激产生的兴奋。 二、原核细胞 原核细胞外部由质膜所包围,质膜之外是坚固的细胞壁。细胞壁 主要是由一种叫胞壁质的蛋白多糖组成。在原核细胞内含有 DNA 的 区域,没有核膜包围,这个区域为拟核,其中只有一条 DNA。原核 细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等,但含有核糖核蛋白 体、间体、粒状物、类囊体和蓝色体等。原核细胞细胞质中的内含物 有气泡。多磷酸颗粒、脂肪滴和蛋白粒等。由原核细胞构成的生物称 原核生物,如支原体、细菌、蓝藻和放线菌等。 三、真核细胞 真核细胞的细胞质与细胞核之间有核膜把它们分开, 细胞质中的 细胞器与结构都比原核细胞复杂。真核细胞内含有的物质,大致可分 为四类:①原生质,它是细胞质与细胞核所组成的生活物质的整体。 细胞质包括质膜、内质网、高尔基体、中心体、线粒体、质体等。② 后成质,由细胞分化出来具有一定机能的细胞衍生物,如纤毛、鞭毛 等。③异质,由原生质高度特化的物质,如角质、木质、木柱质、纤 维素等。④副质,细胞质中的内含物,都是新陈代谢的产物,如淀粉 粒、糖元粒、油滴、乳液等。 四、真核细胞和原核细胞的主要区分见下表 真核细胞和原核细胞的主要区别 特性 细胞大 小 染色体 一个细胞只有一条 DNA, RNA、 与 蛋白质 不联结在一起 一个细胞有几条染色体,DNA 与 RNA、蛋白质联结在一起 原核细胞 较小(1~10um) 真核细胞 较大(10~100um)

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细胞核 细胞器

无核膜和核仁 核糖体

有核膜和核仁 有线粒体、叶绿体、内质网、高尔 基体等

内膜系 统 微梁系 统

简单

复杂



有微管和微丝

细胞分 二分体、出芽,无有丝 裂 分裂

具有丝分裂器,能进行有丝分裂

转录与 出现在同一时间与地点 出现在不同时间与地点(转录在核 转译 内,转译在细胞质内)

五、动物细胞和植物细胞的区别 植物细胞的外面有细胞壁,它由纤维素和果胶质构成。细胞壁分 为三层:中胶层、初生壁和次生壁。中胶层(胞间层)把相邻细胞粘 合在一起,初生壁在中胶层的两侧,所有植物细胞都具有。次生壁在 初生壁里面,又分为外、中、内三层,厚而硬,不是所有植物细胞都 有的。在两个相邻细胞之间的壁上,有胞间连丝联结两个相邻细胞的 原生质体,使细胞之间互相流通。此外,植物细胞的细胞器中有液泡 和叶绿体。 动物细胞表面由质膜包着,它控制着细胞内物质的运输。两个相 邻细胞之间的质膜也可变形,形成联结或桥粒,使两个相邻细胞“焊 接”在一起,便于通讯。动物细胞质膜外无细胞壁,动物细胞内的微 管对细胞的形态起着支持作用; 动物细胞质内也无明显的液泡和叶绿 体。在核附近有中心体,细胞有丝分裂时,中心体能发出星状细丝, 分裂时称为星体。 第二节 真核细胞的结构和功能 【知识概要】 一、细胞膜 1.细胞膜的化学组成 细胞膜主要由脂类和蛋白质组成,其中脂类以磷脂为主,它既有 亲水的极性部分(一般称头部) ,又有疏水的非极性部分(一般称尾 部) 。构成膜的蛋白质按其在膜中与磷脂相互作用方式及排列部位不 同,可以分为外在性蛋白和内在性蛋白两大类,外在性蛋白与膜的内 外表面相连,内在性蛋白嵌在脂质的内部,有的穿过膜的内外表面。

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2.细胞膜的结构 关于细胞膜的结构有很多假说和模型,其中广泛被接受的是“液 态镶嵌模型” 。它有两个主要特点:一是膜的结构不是静止的,而是 具有一定的流动性;二是膜蛋白质分布的不对称性,即有的镶嵌在脂 质中,有的附在脂质表面。 3.细胞膜的功能 细胞膜的基本功能是:物质运输、细胞膜受体作用、代谢的调节 控制、细胞识别、信息传递、保护细胞等。物质运输方面。细胞膜对 物质的通过有高度的选择性。物质出入细胞的三种方式见下表: 自由扩散 浓 度 载 体 能 量 类 例 水、 脂溶性物质 葡萄糖进入红细 胞 无机离子、氨基酸进入细 胞 不消耗 不消耗 消耗 不需要 需要载体协助 需要载体协助 高→低 协助扩散 高→低 主动运输 低→高

此外,一些大分子物质或物质团块,还可以通过内吞和外吐的方 式进出细胞。如白细胞吞噬侵入人体的病菌,属内吞方式;腺细胞所 分泌的酶的过程,属外吐方式。内吞和外吐也需消耗能量。 二、细胞质 1.基质 细胞基质呈胶体状,除含有小分子和离子外,还含有脂类、糖、 氨基酸、蛋白质、RNA 等。在基质中存在着几千种酶,大多数中间 代谢,如糖酵解、氨基酸合成等都在这里进行。在基质内分散着具一 定结构和功能的小“器官”叫细胞器,如线粒体、质体。中心体、内 质网、核糖体、溶酶体以及微管和微丝等。 2.线粒体 (1)线粒体形状、大小和数目线粒体一般呈线状或颗粒状,线 粒体的直径约 0.5~1um,长 2~10um。线粒体数目因细胞类型和生 理状况而不同,每个细胞中线粒体的数量可以从 1 到 50 万个,在生 理活动旺盛的细胞中,线粒体数目多;在衰老或休眠的细胞中线粒体 较少。 (2)线粒体结构电镜下观察线粒体由内外两层膜所包围。外膜 磷脂含量较高,透性较强,有利于线粒体内外物质交换。内膜透性较

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差,在不同部位向内折叠形成嵴。嵴之间的内部空隙叫嵴间腔,里面 充满基质,基质中含有蛋白质和少量 DNA。内外膜之间的间隙叫膜 间腔。里面充满液体。线粒体的内外膜上都附有酶系颗粒,在外膜上 牢固附着的是柠檬酸循环所必需的酶系颗粒。柠檬酸循环所产生的 NADPH(还原性 H)通过膜进入线粒体,使 ADP 转变成 ATP。在内 膜内侧附着有许多带柄小颗粒,这种颗粒就是可溶性三磷酸腺苷。 (3)线粒体功能线粒体是细胞呼吸中心。它通过有呼吸作用的 多种酶系颗粒,能将细胞质中的糖酵解,产生丙酮酸,再进一步氧化 产生能量,并将能量贮藏在 ATP 高能磷酸键中。ATP 通过膜上的小 孔向外扩散到细胞质中,供细胞其他生理活动时能量的需要。 3.质体 质体是绿色植物细胞所特有的细胞器。根据颜色和功能的不同, 成熟的质体分白色体、有色体和叶绿体三类。 (1)白色体(也叫无色体) 因所在的组织和功能的不同可分 为造粉质体、造蛋白质体和造油体。 (2)有色体 有色体内含有叶黄素和胡萝卜素,呈红色或橙黄 色。它存在于花瓣和果实中,其主要功能是积累淀粉和脂类。 (3)叶绿体主要存在于叶肉细胞和幼茎皮层细胞内,是光合作 用的场所。叶绿体由内外两层膜包围,叶绿体膜能控制代谢物质进出 叶绿体。膜内淡黄色、半流动状态的物质叫基质,主要是可溶性蛋白 质(酶)和其他代谢物质。基质中悬浮着浓绿色圆柱状颗粒叫基粒。 每个基粒由两个以上类囊体重叠而成基粒片层, 类囊体由自身闭合的 双层薄膜组成。有些类囊体和基粒中的基粒片层横向连接,使基粒跟 基粒相连,这种类囊体叫做基质片层。叶绿体的光合色素主要集中在 基粒中,类囊体的内膜和外膜上分别附有几十种与光合作用有关的 酶。光合作用的光反应在类囊体薄膜上进行,合成有机物的暗反应, 在叶绿体基质中进行。 4.内质网和高尔基体 内质网是由单层膜组成, 有两种类型: 粗糙内质网和光滑内质网。 粗糙内质网呈扁平囊状,内质网膜的外面附有核糖核蛋白体颗粒,是 细胞内合成蛋白质的主要部位。粗糙内质网常与核膜的外膜相连。光 滑内质网呈管状,膜上没有颗粒,常与有分泌功能的高尔基体相连。 光滑内质网与脂类物质的合成、糖元等的代谢有关。 高尔基体是由双层膜、表面光滑的大扁囊和小囊泡构成,多数扁 囊和囊泡集合在一起,又叫高尔基复合体。在植物细胞内,有高尔基 体合成的果胶、 半纤维和木质素等物质, 这些物质参与细胞壁的形成。 在动物细胞内,高尔基体参与蛋白质的分泌。 在细胞生物学中,把核被膜、内质网、高尔基体、小泡和液泡等 看成是在功能上连续统一的细胞内膜,被称为内膜系统。 5.液泡系 液泡系是指由内膜所包围的小泡和液泡,除线粒体和质体外,都 属于液泡系。液泡的类型可分为以下几种:①高尔基液泡,由高尔基 体成熟面高尔基地边缘形成的小泡,其中含有水解酶等。②溶酶体, 由内质网形成,其中含有水解酶。③圆球体,为植物细胞所特有,相 当于溶酶体,也是由内质网形成。④微体,按其中所含的酶来确定它 们的性质。⑤自噬小体,由一层膜将一小部分细胞质包围而成,其中

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被消化的物质是细胞质内含有的各种组成,如线粒体、内质网的碎片 等。 ⑥吞噬泡, 由质膜的内陷作用吞噬了营养颗粒而成。 ⑦胞饮液泡, 由质膜的内陷作用吞噬了一些溶液或营养液而成。⑧糊粉粒,在植物 的种子中产生的一种特异的液泡,其中贮有蛋白质(多数是酶) ,起 源于内质网。⑨收缩泡,为原生动物所含有的液泡,具有伸缩性,收 缩时可把废液和过量的水分排出体外。动、植物液泡都是由一层单位 膜包围而成。 植物细胞中的液泡是植物细胞显著特征之一。液泡里有细胞液, 细胞液主要成分是水,另外含有糖类、丹宁、有机酸、植物碱、色素、 盐类等。植物细胞的液泡既是细胞营养物质的贮藏器,也是废物的排 泄器。 溶酶体是溶解或消化小体,内含各种水解酶,在动植物细胞中都 含有这类细胞器。 细菌内没有发现溶酶体。 溶酶体的功能有三个方面: 正常消化作用、自体吞噬、细胞自溶作用。 微体有两种类型: 过氧化物酶体和乙醛酸循环体。 前者存在于动、 植物细胞内,而后者仅存在于植物细胞内。 植物细胞内的圆球体和糊粉粒都含有水解酶, 具有动物溶酶体同 样的功能。 6.核糖核蛋白体 核糖体颗粒存在于所有类型的活细胞内, 游离在细胞质中或附着 在粗糙型内质网上,快速增殖的细胞中含量更多。根据核糖体的沉降 系数,把不同来源的核糖体分为 70S 型(具有 30S 和 50S 两个亚单 位)和 80S 型(具有 40S 和 60S 两个亚单位)两大类。80S 分布在真 核细胞的细胞质中,而 70S 则存在于原核细胞与叶绿体内。 聚核糖体是蛋白质合成的主要场所。 7.中心体 中心体是动物细胞和低等植物细胞特有的细胞器。它包括两部 分:中央部分有中心粒,周围的致密物质叫中心球。它存在的位置比 较接近细胞中央,在核的一侧,所以叫中心体。在电镜下看到,中心 粒由 27 条很短的微管组成,从横切面看到是由 9 个三体微管盘绕成 的环状结构。三体微管之间和它的周围有质地比较致密的细粒状物 质。中心粒对细胞分裂期纺锤丝的排列方向和染色体的移动方向,起 着重要作用。 8.微管和微丝 微管是细胞的骨骼,而微丝则是细胞的肌肉系统。 微管含有微管蛋白,微丝含有的分子与肌肉中的肌动蛋白、肌球 蛋白和原肌球蛋白相同,也有像肌肉一样的收缩功能。 微管的功能有: 支架作用、 细胞的运动、 细胞分裂、 细胞内运输、 细胞壁的结构等。微管可以单体到多聚体集合成完整的管子,但经低 温、高压、秋水仙素和长春花碱等处理后就会破坏,使细胞变形,也 不能运动。 微丝担负着细胞内运输、细胞质运动、细胞的移动和肌肉的收缩 等功能。 三、细胞核 细胞核是细胞内储存、复制和转录遗传信息的主要场所。在真核 细胞中,除高等植物成熟的筛管以及哺乳类成熟的红细胞外,都有细

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胞核。 细胞核的核膜由两层膜组成, 包在核之外。 核膜上有许多穿孔, 称核孔,全部核孔占膜面积的 8%以上。核孔是细胞核和细胞质进行 物质交换的通道。核液充满在核膜内,是以核蛋白为主的胶态物质, 染色质和核仁悬浮在其中。 当这些基质呈液体状态 (溶胶) 时叫核液, 呈半固体状态(凝胶)时叫核质。核仁主要由蛋白质和 RNA 组成, 它与合成核糖体 RNA 有关。染色质是细胞核的重要成分,是真核细 胞间期核中 DNA、组蛋白、非组蛋白性蛋白质以及少量 RNA 所组成 的一串念珠状的复合体,是能被碱性染料染色的物质。 第三节 细胞周期和细胞分裂 【知识概要】 一、细胞周期 1.概念 细胞周期是指细胞一次分裂结束开始生长, 到下一次分裂完成所 经历的过程。 2.细胞周期分四个时期 ①从有丝分裂完成到 DNA 复制前的这段间隙时间叫 G1 期。② DNA 复制的时期叫 S 期。 S 期, 在 DNA 的含量增加一倍。 ③从 DNA 复制完成到有丝分裂开始,这段时间叫 G2 期,细胞分裂期的开始, 标志着 G2 期的结束。④从细胞分裂开始到结束,也就是染色体的凝 缩、分离到平均分配到两个子细胞为止,叫 M 期。M 期包括前、中、 后、末四个时期。 在细胞生长繁殖过程中,有的细胞在前一周期结束后,不再进入 下一周期,而是退出了细胞周期,细胞这时所处的时期叫 G0 期。G0 期的细胞不合成 DNA,也不发生分裂,而处于静止状态。 二、细胞分裂 细胞分裂有三种方式:即无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。 无丝分裂又称直接分裂。分裂时无染色体出现,不形成纺锤体, 也无核膜、核仁的消失。无丝分裂过程简单,遗传物质也不能平均分 配,但能保持亲代个体的遗传性。 有丝分裂是真核生物细胞分裂的基本形式,也称间接分裂。在分 裂过程中出现由许多级锤丝构成的纺锤体, 经复制后的染色质集缩成 棒状的染色体,并平均分配到子细胞中。细胞有丝分裂是一个连续的 过程,为研究方便,按照各时期的特点,人们将有丝分裂分为间期和 分裂期。分裂期又包括前期、中期、后期和末期。 减数分裂是以有性方式繁殖的动、植物,在形成生殖细胞时发生 的分裂。减数分裂有三种类型:合子减数分裂、配子减数分裂、居间 减数分裂。 有丝分裂和减数分裂的区别比较 有丝分裂 形成体细胞分裂的方式 减数分裂 形成生殖细胞分裂的方式

分裂过程是一次细胞分 分裂过程是两次连续的细胞分裂 裂

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同源染色体不发生配对 同源染色体配对、联会、交叉和交换, 联会 形成四分体

染色体数目不减半(2n→ 第一次分裂染色体数目减半(2n→n) 2n) 分裂结果形成两个体细 分裂结果形成四个生殖细胞 胞 第四节 细胞的分化及其他 【知识概要】 一、细胞的分化与衰老 细胞通过分裂在形态、 功能和蛋白质合成等方面发生稳定差异的 过程叫细胞分化。细胞分化的基础是核基因的选择性表达,它需要有 细胞质的协调作用。细胞质的不均匀分布,决定着后代细胞的分化方 向,也决定着成体细胞的分化方向。 衰老的细胞一般特征是:①原生质减少;②水分减少;③核外染 色物质减少;④细胞核与细胞质的比率缩小;⑤细胞核固缩;⑥色素 生成;⑦酶的活性变化;⑧核酸与蛋白质的变化。 二、细胞的全能性 细胞全能性包含以下两方面的含义: ①有些动物细胞的胚胎早期 分裂球(2—4 细胞期) ,经人工分离后,能各自单独发育为完整的, 但体积相应减小的胚胎; ②植物的体细胞在离体培养下能再生成完整 的植株。 三、细胞的癌变 由生物体正常细胞转变成的不受控制而恶性增殖的细胞叫做癌 细胞。 癌细胞具有无限分裂的能力,细胞癌变后,细胞膜表面的抗原会 发生变化。诱导正常细胞癌变的因素有化学的、物理的和生物的多方 面因素。突变理论认为:癌是由体细胞突变而来。因为:①癌是由一 个单细胞增殖的克隆引起的; ②致癌剂多为突变剂; ③生物年龄越大, 自发癌的频率越高;④癌细胞的改变和细胞群体中细胞的进化一样。 四、细胞工程 应用细胞生物学的方法,按照人们预先的设计,有计划地改变或 创造细胞遗传物质的技术,以及发展这种技术的研究领域,叫做细胞 工程。细胞工程学可分为五个部分:基因工程学,染色体工程学,染 色体组工程学,细胞质工程学,细胞并合工程学。


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