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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和功能的基本单位：细胞！最基本的生命系统：细胞！生命活动离不开：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：主要区别有无核膜包被的细胞核生物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）真核生物动物、植物、真菌（蘑菇、木耳、根霉、曲霉、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，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、病毒细胞都是以DNA为主要遗传物质！细胞学说：19世纪，德国施莱登、施旺 (揭示细胞统一性、生物体结构统一性)二、 组成细胞分子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最多组成细胞的化合物无机水H、O8590%无机盐11.5%有机蛋白质C、H、O、N （P、S）710%脂质C、H、O （N、P）12%糖类C、H、O11.5%核酸C、H、O、N、P实验【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） 砖红色沉淀斐林试剂的A液：0.1g/mL NaOH B液：0.05g/mL CuSO4 AB混合加苏丹III + 花生子叶（肥肉也可吧:-P） 橘黄色（显微镜）50%酒精洗浮色，用苏丹IV代替III染成红色双缩脲试剂 + 蛋白质（豆浆） 紫色双缩脲试剂的A液：0.1g/mL NaOH B液：0.50g/mL CuSO4 AB先后加碘液 + 淀粉（马铃薯汁） 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 ( 20 type of proteins among which 8 are essential and 12 are unessential )NH2 氨基（碱性）COOH 羧基（酸性）R 侧链基团以玉米为主食的人容易缺乏赖氨酸蛋白质的结构及其多样性：生物大分子，基本单位是氨基酸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，有三条叫三肽，有N条叫N肽，如果不清楚具体数目，但又多于一条，就管它叫做多肽。生命活动的主要承担者：蛋白质蛋白质的功能结构蛋白。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（Mainly）、线粒体、叶绿体细胞质、线粒体、叶绿体染色剂甲基绿-绿色吡罗红-红色实验【显微镜观察DNA和RNA在细胞的分布】原理：甲基绿和吡罗红对DNA、RNA的亲和力不同步骤：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！） 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：碳水化合物 主要能源物质二糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖蔗糖果糖葡萄糖乳糖半乳糖葡萄糖单糖五碳糖脱氧核糖、核糖六碳堂葡萄糖、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（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”，就没有生命O(_)O哈哈重要能源物质：糖类、脂肪5. 细胞中的无机物（2009-1-31晚）细胞中的水 水是细胞含量最多的化合物细胞水自由水1.溶剂 2.生化反应 3.运输 4.维持形态 5.新陈代谢结合水结构物质无机盐存在形式：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1. 细胞膜系统的边界（2009-1-31晚）一个鸡蛋，一个细胞。实验【显微镜制备细胞膜】材料：猪（牛羊、人等哺乳类）的新鲜红细胞稀释液 方法：水涨破之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【显微镜观察叶绿体、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膜、rRNA（最小的细胞器）内质网动、植粗面：为酶提供附着点；滑面：合成有机物；对蛋白质加工、运输单层膜高尔基体动、植对蛋白质再加工、包装；在动物细胞：与分泌物（如胰岛素）形成有关；在植物细胞：与细胞壁形成有关单层膜、囊泡溶酶体动、植分解很多物质；“消化车间”单层膜液泡植维持细胞渗透压、膨胀状态单层膜、色素中心体动、低等植有丝分裂有关（星射线）无膜、两个互相垂直中心体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：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： 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：核膜：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1. 物质跨膜运输的实例（2009-2-12晚）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】显微镜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：活细胞的动态显微观察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（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 苯协助扩散红细胞吸收葡萄糖主动运输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【实验】过氧化氢酶不同条件的分解（对照试验）反应速率(观察气泡)： 对照组 90C水浴 FeCl3 光能直接能源物质：有机物ATPATP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ADP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ATPAPPP APP + Pi + 能量ATP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【实验】酵母菌呼吸的方式（对比实验）酵母菌，单细胞真菌，兼性厌氧菌实验时间：约89hours1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少第二阶段线粒体基质丙+ H2O - CO2+H少第三阶段线粒体内膜H+ O2 - H2O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无氧呼吸场所：细胞质基质第一阶段：同有氧呼吸第二阶段：（无能量释放）丙酮酸-酒精+ CO2 酵母菌、苹果、水淹水稻根或 丙酮酸-乳酸 乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、骨骼肌细胞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【实验】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（不含水分）分离液：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3/4蓝紫光叶黄素黄色叶绿素a蓝绿色1/4蓝紫光+红光叶绿素b黄绿色色素对绿光吸收少，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 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（S.Ruben）、卡门（M.Kamen）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ATP、H类囊体薄膜光、色素、酶1、水分解为氧、H2、ATP合成暗反应为光提供ADP、Pi叶绿体基质酶1、CO2的固定：CO2+C5- 2 C32、C3的还原：C3-H、 ATP-(CH2O)+ C53、ATP的水解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）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【实验】细胞大小与物质运输的关系材料：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增殖过程：1、准备 2、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2N2N-4N前期核膜、核仁消失；染色体出现；纺锤丝制造纺锤体核膜、核仁消失；染色体出现；两中心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色单体分开着丝点把非同源染色单体分开染色体数加倍、单体没了4N4N末期染色体、纺锤体消失；核膜、核仁重现；赤道板出现细胞板染色体、纺锤体消失；核膜、核仁重现；中部凹陷、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细胞核缢裂细胞中部缢裂，一分为二例如：蛙的红细胞、原核细菌的二分裂减数分裂【实验】显微镜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盐酸、酒精混合液分离细胞漂洗清水防止解过头染色龙胆紫（或醋酸洋红）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、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1958年美国佬 斯图尔德（F.C.Ste