生命科学导论细胞部分教案.doc

细胞(细胞概述及物质的跨膜运输)一、显微镜的发明（一）显微镜的发明1、列文胡克300多年前，Leeuwen hoek发明了世界上最早的显微镜，并用它观察身边的小动物如蚂蚁，在显微镜下观察到了巨大的蚂蚁腿和绒毛；后来在1674年鱼的红细胞并发现了细胞核。2、罗伯特胡克1665年，Robert Hooke用自制的显微镜观察了软木（栎树皮）薄片，第一次描述了植物细胞的结构，并首次使用了拉丁文celler（小室）一词，他实际上观察到的是蜂窝状的小格子的纤维质细胞壁；后来英文用cell一词，中文翻译成“细胞”并沿用至今。3、施莱登和施旺1838年Schleiden 1839年Schwann先后发表了植物发生论和关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究，提出细胞是组成生物体的基本单位，即著名的“细胞学说”。（二）显微镜的种类1、光学显微镜2、电子显微镜二、 细胞的基本概念（一）德国医生和病理学家维尔肖1858年，德国医生和病理学家Virchow指出“细胞只能来自细胞”。（二）细胞学说可以归纳为以下两点： 1、所有生物都由细胞和细胞的产物组成； 2、新的细胞必须经过已存在的细胞分裂而产生。（三）细胞是生命活动的基本单位1、细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的。2、细胞是生命活动的功能单位，一切代谢活动均以细胞为基础。3、特化的细胞分工合作，共同完成复杂的生命活动。4、细胞是生殖和遗传的基础与桥梁；具有相同的遗传语言。5、细胞是生物体生长发育的基础。6、形状与大小各异的细胞是生物进化的结果。三、细胞的类别（一）原核细胞1、遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成。2、细胞内没有核膜和具有专门结构与功能的细胞器的分化。 （二）真核细胞特征动物细胞植物细胞质体（叶绿体）无，异养营养有，自养营养细胞壁无有（纤维素和果胶）大的中央液泡无有（代谢调节作用）其它溶酶体、中心体 乙醛酸循环体、胞间连丝分裂时的收缩环 分裂时的细胞板四、 细胞的结构（一）细胞膜和细胞壁1、细胞膜又称质膜，具有半透性，可选择地让物质通过；它还有一些细胞识别位点如激素的受体、抗原结合点等，具有接受外界信息、与外界通讯等功能。2、植物细胞的细胞膜外还有细胞壁，具有支持和保护植物细胞的功能。（二）细胞核1、核被膜是包在核外的双层膜，外膜可延伸与细胞质中的内质网相连。一些蛋白质和RNA分子可通过核被膜或核被膜上的核孔进入或输出细胞核。2、染色质是核中由DNA和蛋白质组成并可被苏木精等染料染色的物质，染色质DNA含有大量基因片段，是生命的遗传物质。3、核仁是核中颗粒状结构，富含蛋白质和RNA，核糖体的装配场所。4、染色质和核仁都被液态的核基质所包围。（三）细胞器1、细胞膜内是透明粘稠并可流动的细胞质基质，细胞器分布在细胞质基质中。 2、细胞器主要包括：内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、线粒体、质体、微体、液泡、微管、微丝等。有的细胞表面还有鞭毛或纤毛。（1）线粒体 由内膜和外膜包裹的囊状结构，囊内是液态的基质。外膜平整，内膜向内折入形成一些嵴，内膜面上有ATP酶复合体。线粒体是细胞呼吸和能量代谢中心。线粒体基质中还含有DNA分子和核糖体。（2）质体 植物细胞的细胞器，包括白色体和有色体。（3）叶绿体 最重要的有色体，是植物光合作用的细胞器。叶绿体也有两层膜，也含有环状的DNA和核糖体。（4）内质网 脂类双分子层为基础形成的囊腔和管道系统。光面内质网与脂类合成和代谢有关。糙面内质网膜上附有颗粒状的核糖体。核糖体是细胞合成蛋白质的场所，糙面内质网合成并运输蛋白质。（5）高尔基体 一些聚集的扁的小囊和小泡。是细胞分泌物的加工和包装场所，最后形成分泌泡将分泌物排出体外。高尔基体还与植物分裂时的新细胞壁和细胞膜的形成有关。（6）溶酶体 单层膜小泡，由高尔基体断裂而产生, 内含多种水解酶, 可催化蛋白质、核酸、脂类、多糖等生物大分子，消化细胞碎渣和从外界吞入的颗粒。（7）微体 微体是一种细胞器。根据微体内含有的酶的不同可以将微体分为过氧化物酶体、糖酵解酶体和乙醛酸循环体（8）液泡（9）细胞骨架 由微管、肌动蛋白和中间丝构成的，维持着细胞的形态结构和内部结构的有序性。五、 生物膜各类细胞器的膜（如内质网膜、内囊体膜等）、质膜和核膜在分子结构上基本相同，它们统称为生物膜。（一）膜的结构1895年Overton提出膜是由脂组成的，1917年 Langmuir提出磷脂单分子层，1925年Gorter & Grendel提出磷脂双分子层，1932年Davson & Danielli 提出“三明治”模型；最终形成流动镶嵌模型。（二）物质的跨膜运输1、被动运输：简单扩散、易化扩散2、主动运输：直接消耗ATP，（动物细胞）钠钾泵、（植物细胞）质子泵 间接消耗ATP协同运输3、胞吞和胞吐作用：生物大分子或颗粒物质的运输六、细胞成分与结构的分离用细胞破碎技术和超离心技术对细胞器或细胞结构成分进行分离和进一步的生物化学分析是探索细胞结构与功能相互关系的重要途径。七、小结300多年前英国人Leeuwenhoek制出了世界上最早的显微镜，打开了微观世界的大门。 细胞学说可以归纳为；所有生物都由细胞和细胞的产物组成；新的细胞必须经过已存在的细胞分裂而产生。 原核细胞是地球上起源最早、结构最简单的生命形式。原核细胞的遗传物质分布于核区，没有以膜为基础的具特定结构与功能的细胞器，细胞壁主要化学成分是肽聚糖而区别于以纤维素为主的植物细胞壁。 真核细胞具有真正的细胞核，其遗传物质DNA包被在双层膜的特殊结构中。细胞核包括核仁、核质和核膜等部分。真核细胞还具有许多由膜包被或组成的细胞器，它们包括线粒体、叶绿体、高尔基体、内质网等。 膜是生命最基础的结构。典型的生物膜为蛋白质镶嵌的磷脂双分子层，具有脂类的流动特性。物质的跨膜运输包括不需要能量的被动运输和需要消耗ATP的主动运输。细胞(细胞繁殖和遗传）一、细胞的繁殖（一）细胞分裂作用一些单细胞生物，如眼虫和变形虫，一次细胞分裂可形成两个新生物体；多细胞生物，也是由一个细胞受精卵或合子经过多次分裂和分化发育形成；细胞分裂是细胞繁殖的一种形式。（二）繁殖与生殖1、繁殖是透过生物的方法制造生物个体的过程。繁殖是所有生命都有的基本现象之一。每个现存的个体都是上一代繁殖所得来的结果。已知的繁殖方法可分为两大类：有性繁殖与及无性繁殖。2、生殖:特指有性的,有配子结合生成合子的制造生物个体的过程。3、细胞分裂：（1）基因与染色体的复制 细胞分裂首先细胞内遗传物质DNA要完成复制，再均等分为两份。在原核生物中，如在细菌裂殖时，这种DNA的复制和均分相对比较简单。在真核生物中，染色质复制复制并形成两个染色单体再分别被分配到两个细胞中，染色质是一种易被碱性染料着色的遗传物质，由双链DNA、蛋白质及少量RNA结合形成，并被核膜包被。4、细胞分裂与细胞周期 有分裂能力的细胞，从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的一个完整过程称为一个细胞周期。典型的细胞周期可包括间期和细胞分裂期两部分。间期包括一个（DNA）合成期（S期）及S期前后两个间隙期（G1期，G2期）；细胞分裂期则包括有丝分裂和胞质分裂两个主要过程。细胞分裂包括有丝分裂和减数分裂两种方式。二、遗传的基本法则（一）分离定律一对等位基因在形成配子时完全独立地分离到不同的配子中去，相互不影响。（二）自由组合定律当两对或更多对基因处于异质接合状态时，它们在形成配子时的分离是彼此独立不相牵连的，同时分配时相互间进行自由组合。三、 遗传的染色体学说遗传因子及其独立分离与自由组合特性与染色体的行为特性有平行性：（一）染色体和基因成对存在；（二）形成配子时每对染色体每对基因分离；（三）在配子中，只有每对染色体一个染色单体，也只有每对等位基因中一个基因。四、基因的连锁和交换位于同一条染色体上的基因大多数情况下共同遗传而不能被拆开，但在减数分裂和配子形成过程中，同源染色体在配对时有时会发生同源染色体片段之间的相互交换，导致其上的基因发生重组；这就是基因的连锁和交换。五、性染色体和伴性遗传与性别相关的特殊形态的一对同源染色体称为性染色体，这就出现了性连锁基因、伴性遗传、X连锁遗传和遗传病。六、小结细胞分裂不仅是多细胞生物的组织分化和生长发育基础，还是维持机体的新陈代谢基础；也是单细胞生物繁殖的基础。 细胞有丝分裂过程包括在间期每个染色体复制成两条相同的染色单体，在分裂时有规律地分配到两个子细胞核中。减数分裂时，配子母细胞（二倍体）通过两次连续的核分裂，但DNA只复制一次，因此分裂形成的4个细胞中，染色体数目比配子母细胞减少了一半。 Mendel遗传学第一定律即“分离定律”：一对基因在形成配子时完全按照原样分离到不同的配子中去，相互不发生影响。Mendel遗传学第二定律即“自由组合定律”：当两对或更多对基因处于异质接合状态时，它们在形成配子时的分离是彼此独立不相牵连的，分配时相互间进行自由组合。 遗传的染色体学说阐明了基因位于染色体上，成对的染色体及其位于染色体上的成对基因在细胞减数分裂时分离，独立分配到配子中，经过有性生殖过程中雌雄配子的结合，它们重新组合配对。遗传的染色体学说的建立，使人们重新认识到Mendel遗传学定律的重要意义。还发现了性连锁基因、伴性遗传现象以及基因的连锁和交换现象，并由确立了基因的连锁和交换定律，即遗传学第三定律。细胞(细胞呼吸能量的收获）一、细胞呼吸产生能量细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径。细胞呼吸是一种氧化反应：有机化合物+O2CO2+能量，“燃料”包括糖类、脂肪、蛋白质等，细胞呼吸主要在线粒体中进行，条件温和并有酶参与调控；另外，在无氧环境中，细胞可将有机物分解成乳酸（或酒精）和二氧化碳，同时产生能量供生物体生命活动需要。（一） 氧化还原反应（二） ATP的产生和应用二、细胞呼吸的化学过程（一）糖酵解（二）三羧酸循环（Krebs循环） （三） 电子传递链和氧化磷酸化 三、ATP形成机理和能量形成的统计四、 其他营养物质的氧化五、小结细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径，主要在线粒体中进行，在温和条件和酶的参与调控下，通过一系列氧化还原反应，将储藏在葡萄糖等中的化学能释放，并以高能磷酸键的形式贮藏在ATP分子中。细胞呼吸的化学过程包括3个阶段。糖酵解发生在细胞质中，将1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸。Krebs循环发生在线粒体中，进一步分解丙酮酸形成二氧化碳、NADH和FADH2。通过第三阶段电子传递链，储存于NADH和FADH2的高能电子沿分布于线粒体膜上的呼吸链传递，最后达到分子氧，高能电子逐步释放的能量合成了更多的ATP。生物细胞通过底物水平磷酸化和与电子传递系统偶联的磷酸化2种途径合成ATP。底物水平的磷酸化是相关的酶将底物分子上的磷酸基团直接转移到ADP分子上。与电子传递系统偶联的磷酸化涉及化学渗透过程。通过上述2种磷酸化途径，1分子葡萄糖通过有氧呼吸共形成30个ATP。 蛋白质中的氨基酸与脂肪中的脂肪酸氧化是先转变为某种中间产物，然后进入糖酵解或三羧酸循环。食物分子的氧化分解捕获能量，分解产物又为生物大分子的合成和细胞、组织和生物体的组成提供原料。