生物-分子与细胞

分子与细胞 黄冠 2009-1-13 一、走进细胞 1.从生物圈到细胞 生物结构结构和功能功能的基本单位：细胞！细胞！ 最基本最基本的生命系统：细胞！细胞！ 生命活动离不开：细胞！细胞！ 生命系统的结构层次： 细胞-组织-器官-系统-个体-种群-群落-生态系统-生物圈 2.细胞的多样性 原核生物和真核生物原核生物和真核生物：主要区别有无核膜核膜包被的细胞核 病毒 原核生物衣原体、支原体、细菌、放线菌、蓝藻（口诀：一只细线篮） 生 物 真核生物动物、植物、真菌（蘑菇、木耳、根霉、曲霉、酵母菌酵母菌） 原核生物真核生物 大小较小较大 细胞壁肽聚糖纤维素、果胶 细胞膜相似 细胞质核糖体多种细胞器 细胞核拟核：环状 DNA核膜、核仁、染色体 蓝藻有藻蓝素、叶绿素素，自养生物。 自养生物大多数植物（除菟丝子） 、硝化细菌 异养生物动物、真菌、绝大多数细菌、病毒 细胞都都是以 DNA 为主要遗传物质！ 细胞学说细胞学说：19 世纪，德国施莱登施莱登、施旺施旺 (揭示细胞统一性、生物体结构统一性) 二、组成细胞分子分子 1.细胞中的元素和化合物 (2009-1-20 晚) 微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu （口诀：铁猛碰新木桶） 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg 细胞鲜重O最多，干重C最多 水H、O8590%无 机无机盐11.5% 蛋白质C、H、O、N （P、S）710% 脂质C、H、O （N、P）12% 糖类C、H、O 组成 细胞 的化 合物 有 机 核酸C、H、O、N、P 11.5% 实验实验【糖类、脂肪、蛋白质的检测糖类、脂肪、蛋白质的检测】 还原糖葡萄糖、果糖、麦芽糖 非还原糖淀粉、蔗糖 斐林试剂（新制氢氧化铜） + 还原糖 水浴（5060斐林试剂才生效） 砖红色砖红色沉淀 斐林试剂的 A 液：0.1g/mL NaOH B 液：0.05g/mL CuSO4 AB 混合加混合加 苏丹 III + 花生子叶（肥肉也可吧:-P） 橘黄色橘黄色（显微镜显微镜） 50%酒精洗浮色洗浮色，用苏丹 IV 代替 III 染成红色红色 双缩脲试剂 + 蛋白质（豆浆） 紫色紫色 双缩脲试剂的 A 液：0.1g/mL NaOH B 液：0.50g/mL CuSO4 AB 先后加先后加 碘液 + 淀粉（马铃薯汁） 蓝色蓝色 2.生命活动的主要承担着蛋白质（2009-1-21 晚） 氨基酸及种类氨基酸及种类 ( 20 type of proteins among which 8 are essential and 12 are unessential ) NH2 氨基（碱性）COOH 羧基（酸性）R 侧链基团 以玉米玉米为主食的人容易缺乏赖氨酸赖氨酸 蛋白质的结构及其多样性蛋白质的结构及其多样性：生物大分子，基本单位是氨基酸氨基酸 N 个氨基酸形成一条肽链时，脱掉 N-1 个水分子，形成 N-1 个肽键；N 个氨基酸 形成 M 条肽链，脱掉 N-M 个水分子，形成 N-M 个肽键（NM） 。 有两条肽链的叫做二肽二肽，有三条叫三肽三肽，有 N 条叫 N 肽肽，如果不清楚具体数目， 但又多于一条，就管它叫做多肽多肽。 生命活动的主要承担者生命活动的主要承担者：蛋白质蛋白质 结构蛋白。构成细胞和生物体结构的重要物质羽毛、肌肉、头发、蛛丝 绝大多数酶。细胞内化学反应离不开酶胃蛋白酶 运输载体运输氧的血红蛋白 传递信息，调节机体的生命活动胰岛素 蛋 白 质 的 功 能 免疫功能抗体，帮助人体抵御病菌和 病毒等抗原的侵害 3.遗传信息的携带者核酸（2009-1-21 晚） 种类DNA（脱氧核糖核酸）核糖核酸 元素C、H、O、N、P 含氮碱基A、T、C、GA、U、C、G 分布细胞核细胞核（Mainly） 、线粒体、叶绿体细胞质细胞质、线粒体、叶绿体 染色剂甲基绿-绿色吡罗红-红色 实验实验【显微镜显微镜观察观察 DNA 和和 RNA 在细胞的分布在细胞的分布】 原理：甲基绿和吡罗红对 DNA、RNA 的亲和力亲和力不同 步骤：1、口腔上皮细胞 or 洋葱鳞片叶表皮细胞 2、加盐酸水解（30C 水浴） 3、冲洗 4、吸收后染色（染色剂现配！染色剂现配！） 5、吸去多余染色剂 6、低倍镜 7、 高倍镜 核酸的基本组成单位核酸的基本组成单位：核苷酸（8 种） DNA：磷酸 + 碱基（4 种：A、T、G、C） + 脱氧核糖 RNA：磷酸 + 碱基（4 种：A、U、G、C） + 核糖 以 RNA 为遗传物质的病毒：HIV、SARS、烟草花叶病毒 4.细胞中的糖类和脂质（2009-1-30 晚） 糖类糖类：碳水化合物 主要能源物质 葡萄糖 麦芽糖 葡萄糖 果糖 蔗糖 葡萄糖 半乳糖 二 糖 乳糖 葡萄糖 五碳糖脱氧核糖、核糖单糖 六碳堂葡萄糖、果糖、半乳糖 二糖蔗糖（甘蔗、甜菜） 、麦芽糖（谷粒） 、乳糖（乳汁） 多糖淀粉（玉米小麦种子、马铃薯、植物变态根茎） 、纤维素、 糖原（肝脏、肌肉） 脂质脂质（lipid）：包括脂肪（1.储能 2.保温 3.抗压） 、磷脂（细胞膜、脑、卵细胞蛋、 肝脏） 、固醇（胆固醇、性激素、Vitamin D） ，溶于脂溶性有机溶剂 1g 糖原 = 17kJ Energywhile 1g 脂肪 = 39kJ Energy 没有“包黑炭炭” ，就没有生命 O(_)O 哈哈 重要能源物质重要能源物质：糖类、脂肪 5.细胞中的无机物（2009-1-31 晚） 细胞中的水细胞中的水 水水是细胞含量最多的化合物化合物 无机盐无机盐 存在形式：离子 作用：1.合成成分 2.维持生命活动 3.维持酸碱平衡 4.维持细胞渗透压和细胞形态 钙离子低 抽搐 三、细胞中的基本结构结构 1.细胞膜系统的边界（2009-1-31 晚） 一个鸡蛋，一个细胞。 实验实验【显微镜显微镜制备细胞膜制备细胞膜】 材料：猪（牛羊、人等哺乳类）的新鲜红细胞稀释液 自由水1.溶剂 2.生化反应 3.运输 4.维持形态 5.新陈代谢细胞水 结合水结构物质 方法：水涨破之 细胞膜的成分细胞膜的成分 糖蛋白细胞识别 脂质（最丰富）磷脂双分子层 蛋白质载体 细胞膜的功能细胞膜的功能 分隔作用稳定性 控制进出作用海关 交流作用激素与靶细胞、受精结合、胞间连丝 植物细胞壁纤维素+果胶支持和保护作用 2.细胞器系统的分工合作（2009-2-4） 实验实验【显微镜显微镜观察叶绿体、线粒体观察叶绿体、线粒体】 叶绿体球形菠菜、黑藻叶装片高倍镜可见 线粒体短棒、线、哑铃形口腔上皮健那绿（蓝绿色） 细胞器之间的分工细胞器之间的分工： 细胞器分布作用结构 线粒体动、植（代谢 旺盛，线粒体 多） 有氧呼吸主要场所（化学能 ATP） ；“动力车间” 双双层膜、少量 DNA、呼吸酶 叶绿体植叶茎（根无） 光合作用场所（光能 化学能） 双双层膜、少量 DNA、光合作用 酶、叶绿素 核糖体细胞质合成蛋白质场所无无膜、rRNA（最最 小的细胞器小的细胞器） 内质网动、植粗面粗面：为酶提供附着点；滑滑 面面：合成有机物；对蛋白质 加工、运输 单单层膜 高尔基体动、植对蛋白质再加工、包装；在 动物动物细胞：与分泌物（如胰 岛素）形成有关；在植物植物细 胞：与细胞壁形成有关 单单层膜、囊泡 溶酶体动、植分解很多物质；“消化车间” 单单层膜 液泡植维持细胞渗透压、膨胀状态单单层膜、色素 中心体动、低等植低等植有丝分裂有关（星射线）无无膜、两个互相 垂直中心体 细胞之间的协调配合细胞之间的协调配合： 能量来源：线粒体 核糖体（肽链）内质网（把链组成蛋白质、出芽）高尔基体（修饰） 细胞膜（分泌） 细胞的生物膜系统细胞的生物膜系统： 作用：1、相对稳定内部环境 2、提供附着点 3、保证高效、有序 3.细胞核系统的控制中心（2009-2-3 晚） 细胞核的功能细胞核的功能： 控制 代谢（变形虫实验、蝾螈受精卵横溢实验） 控制 遗传（黑白美西螈克隆、伞藻嫁接实验） 细胞核的结构细胞核的结构： 核膜：双层双层，把核内物质与细胞质分开 染色质（极细、丝状，被碱性染料颜色）：DNA+蛋白质（DNA 是遗传信息的载 体【信息载体】 ，染色体是 DNA 的主要载体【物质载体】 ） 核仁：某 rRNA 合成、核糖体形成核糖体形成有关 核孔：核质频繁物质交换、信息交流 细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。 四、细胞物质输入与输出输入与输出 1.物质跨膜运输的实例（2009-2-12 晚） 细胞的吸水和失水细胞的吸水和失水 植物：方式 1、吸胀作用（分生区、种子） 2、渗透作用（成熟植物细胞） 【实验实验】显微镜显微镜观察植物细胞的吸水和失水观察植物细胞的吸水和失水 材料：紫色的洋葱鳞叶片 0.3g/mL 蔗糖溶液 过程：活细胞活细胞的动态显微观察 物质跨膜运输的其他实例物质跨膜运输的其他实例 所有生物膜都是选择透过性膜 选择透过性是活细胞活细胞的一个重要特征！ 选择透过性模：取决于膜的结构 其他半透膜：取决于物质大小 2.生物膜的流动镶嵌模型（2009-2-12 晚） 对生物膜结构的探索历程对生物膜结构的探索历程 19 世纪末 欧文顿（Overton）：膜是由脂质组成 1925 年，荷兰科学家：脂质分子排列为连续的两层 1959 年，罗伯特森：暗-亮-暗，蛋白质-脂质-蛋白质 1970 年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验（标记蛋白质分子） 1972 年，桑格、尼克森：流动镶嵌模型 流动镶嵌模型基本内容流动镶嵌模型基本内容 流动性 脂质基本骨架 蛋白质镶嵌在里（有点部分嵌入、有的全部、有的横跨） 糖类与蛋白质结合成糖蛋白：识别、交流、免疫作用 3.物质跨膜运输的方式（2009-2-13 晚） 被动运输（顺梯度） 主动运输（逆梯度） 需要载体蛋白需要消耗能量 自由扩散O2 H2O 甘油 乙醇 苯 协助扩散 红细胞红细胞吸收葡萄糖 主动运输 小肠上皮小肠上皮细胞吸收葡萄 糖和氨基酸；离子 胞吞、胞吐：利用细胞膜的流动性 果脯在腌制中慢慢变甜主动吸收结果，而是：1、失水过多死亡 2、细胞膜选择透 过性失效 五、细胞的能量能量供应和利用 1.降低化学反应活化能的酶（2009-2-16 晚） 1)酶的作用和本质 酶在细胞代谢中的作用酶在细胞代谢中的作用 【实验实验】过氧化氢酶不同条件的分解（过氧化氢酶不同条件的分解（对照试验对照试验） 反应速率(观察气泡)： 对照组 光能 直接能源物质：有机物ATP ATP 具有高能磷酸键具有高能磷酸键 APPP 三磷酸腺苷 A：腺苷（腺嘌呤+核糖） P：磷酸基团 ：高能磷酸键 ATP 和和 ADP 可以互相转化可以互相转化（生物界共性） 在动物呼吸作用、植物呼吸作用与光合作用中，发生 ADP+Pi+能量ATP APPP APP + Pi + 能量 ATP 的利用的利用 主动运输、生物发电（电鳐） 、肌细胞收缩、吸能反应（葡萄糖+果糖蔗糖） 、 大脑思考 3.ATP 的主要来源细胞呼吸（2009-2-17 晚） 细胞呼吸是有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物， 释放出能量并生成 ATP 的过程。 细胞呼吸的方式细胞呼吸的方式 【实验实验】酵母菌呼吸的方式（酵母菌呼吸的方式（对比实验对比实验） 酵母菌，单细胞真菌，兼性厌氧菌 实验时间：约 89hours 1 号：空气（50min）NaOH 溶液（吸去 CO2）酵母菌+重铬酸钾的浓硫 酸液（橙色）不变灰绿：无酒精生成Ca(OH)2溶液很浑浊 2 号：酵母菌+重铬酸钾的浓硫酸液（橙色）变灰绿：有酒精生成Ca(OH) 2 溶液不那么浑浊 可用溴麝(sh)香草酚蓝水溶液变黄色时间长短来代替石灰水。 有氧呼吸有氧呼吸 主要场所：线粒体，嵴使内膜面积增大 肌细胞的肌质网是由大量变形的线粒体组成，有利于能量供应。 方程： (6H2O+) C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量 (+6H2O) 场所反应能量 第一阶段细胞质基质葡-丙酮酸+H少少 第二阶段线粒体基质丙+ H2O - CO2+H少少 第三阶段线粒体内膜内膜H+ O2 - H2O大大 三个阶段都需要酶。第三阶段才用到氧气哦！ 有氧呼吸与有机物体外燃烧相比，在温和条件下进行，逐步释放，相当部分存于 ATP 无氧呼吸无氧呼吸 场所：细胞质基质 第一阶段：同有氧呼吸同有氧呼吸 第二阶段：（无能量释放） 丙酮酸-酒精+ CO2 酵母菌酵母菌、苹果、水淹水稻根 或 丙酮酸-乳酸 乳酸菌乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、骨骼肌细胞骨骼肌细胞 细胞呼吸原理的应用细胞呼吸原理的应用 1 用透气纱布或松软的“创可贴”包扎伤口 2 发酵 3 土壤松土 4 稻田定期排水 5 慢跑有益 6 储存粮食：低温、低氧、干燥低温、低氧、干燥 4.能量之源光与光合作用 1)捕获光能的色素和结构（2009-2-20 晚） 光合作用：光能化学能 捕获光能的色素捕获光能的色素 【实验实验】绿叶中色素的提取和分离（纸层析法）绿叶中色素的提取和分离（纸层析法） 原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的扩散快！ 材料：新鲜绿叶（菠菜绿叶） 提取液：无水乙醇无水乙醇（不含水分） 分离液：层析液层析液（石油醚、丙酮、苯混合液或者 93汽油） 步骤：1、提取（SiO2：研磨充分 CaCO3：防止研坏） 2、滤纸（1cm 处铅 笔细线） 3、画线（用滤液多次画在细线上） 4、密闭试管分离 从上到下滤纸颜色： 色素颜色含量吸收光 胡萝卜素橙黄色 叶黄素黄色 3/4蓝紫光 叶绿素 a蓝绿色 叶绿素 b黄绿色 1/4蓝紫光+红光 色素对绿光吸收少，所以反射绿光，叶片呈绿色 大棚玻璃颜色：白色 红色 蓝紫色 其他色 绿色 叶绿体的结构叶绿体的结构 光学显微镜下：扁平的椭球形或球形 电子显微镜下：双层膜、圆饼状的类囊体（薄膜上有 4 种色素） 1880 年，美国佬 恩格尔曼 第一个实验：光束照射水绵氧气是叶绿体中释放的 第二个实验：光束透过三棱镜照射水绵，聚集在红光和蓝紫光区 2)光合作用的原理和应用（2009-2-21 晚） 光合作用的探究历程光合作用的探究历程 1771 年英国普利斯特利（J.Priestley）：植物更新蜡烛燃烧、小白鼠呼吸的空 气 1779 年荷兰英格豪斯：更新需要光 1845 年德国梅耶（R.Mayer）：光能化学能 1864 年德国萨克斯：绿叶遮光实验证明产物还有淀粉 1939 年美国鲁宾鲁宾（S.Ruben） 、卡门卡门（M.Kamen）同位素标记法同位素标记法：光合作用释 放的 O2来自 H2O（两组实验才全面，一组标记 CO2，一组标记 H2O） 1940s 美国卡尔文（M.Calvin）同位素 14C 标记的14C O2：CO2的碳转化成有 机物的碳的途径（卡尔文循环） 光合作用的过程光合作用的过程 总反应式：CO2+H2O光能、叶绿体(CH2O)+O2 阶段场所条件反应变化 光反应为暗提供类囊体薄类囊体薄光、色1、水分解为氧、H ATP、H膜膜素、酶2、ATP 合成 暗反应为光提供 ADP、Pi 叶绿体基叶绿体基 质质 酶1、CO2的固定： CO2+C5- 2 C3 2、C3的还原： C3-H、 ATP-(CH2O)+ C5 3、ATP 的水解 光合作用原理的应用（区分与呼吸作用的应用）光合作用原理的应用（区分与呼吸作用的应用） 增加作物产量： 1 控制光照强弱和温度高低（白天提温、晚降温） 2 适当增加二氧化碳浓度 3 合理密植 化能合成作用（不直接利用光能）化能合成作用（不直接利用光能） 硝化细菌：NH3HNO2HNO3（释放的化学能将二氧化碳和水合成 糖类） 生成 ATP 两条途径：1、光合作用光反应 2、所有活细胞能进行的细胞呼吸 六、细胞的生命历程历程 1.细胞的增值（2009-2-22 晚） 增殖：数量增多、体积增大 细胞不能无限长大细胞不能无限长大 【实验实验】细胞大小与物质运输的关系细胞大小与物质运输的关系 材料：含酚酞的琼脂块含酚酞的琼脂块 目的：探究细胞大小（表面积与体积的比）与物质运输效率的关系 步骤：把不同大小琼脂块浸入 NaOH，10min 后切开观察扩散深度（变紫红） 结论：体积越大，相对表面积越小，运输效率越低，核“负担”越重 细胞通过分裂进行增殖细胞通过分裂进行增殖 增殖过程：1、准备 2、分裂 有丝分裂有丝分裂 细胞周期 = 间期（占 90%95%） + 分裂期(5%-10%) 阶段TO-DO（植物）TO-DO（动物）特征染 数 DNA 数 间期复制 DNA；适度 生长 复制 DNA；适度生长； 中心粒倍增中心粒倍增 2N2N-4N 前期核膜、核仁消失； 染色体出现；纺锤纺锤 丝制造纺锤体丝制造纺锤体 核膜、核仁消失；染 色体出现；两中心体两中心体 制星射线形成纺锤体制星射线形成纺锤体 2N4N 中期着丝点排列于赤道 板（虚的） 着丝点排列于赤道板 （虚的） 数数染色 体吧 2N4N 后期着丝点把非同源染着丝点把非同源染色染色体数4N4N 色单体分开单体分开加倍、单 体没了 末期染色体、纺锤体消 失；核膜、核仁重 现；赤道板出现细赤道板出现细 胞板胞板 染色体、纺锤体消失； 核膜、核仁重现；中中 部凹陷、缢裂部凹陷、缢裂 高尔基体 活跃 2N2N 意义：保持亲代和子代遗传性状稳定性 无丝分裂无丝分裂 细胞核缢裂细胞中部缢裂，一分为二 例如：蛙的红细胞蛙的红细胞、原核细菌的二分裂 减数分裂减数分裂 【实验实验】显微镜显微镜观察根尖分生组织的有丝分裂观察根尖分生组织的有丝分裂 材料：洋葱（或葱、蒜） 步骤： 一、培养 3-4day 培养根尖（长约 5cm 即可） 二、制片 过程方法目的 解离解离盐酸、酒精混合液分离细胞 漂洗漂洗清水防止解过头 染色龙胆紫龙胆紫（或醋酸洋红醋酸洋红）用碱性染料着色 制片弄碎根尖分散、便观察 三、观察 低倍：找分生（细胞正方形正方形、排列紧密） 高倍：先看中期，再其他，最后间期 2.细胞的分化（2009-2-23 晚） 红细胞寿命：120d 左右（贡长） 白细胞：5-7d（贡短噶？） 造血干细胞可分化成多种血细胞 细胞分化及其意义细胞分化及其意义 叶肉细胞、表皮细胞、贮藏细胞都来自早期胚细胞 细胞分化：增殖后代在形态、结构、生理上发生稳定性差异的过程（持久性变化） 不同细胞里基因活动状态不同（红细胞里，肌动蛋白合成基因处于关闭） 细胞的全能性细胞的全能性 195