第一节 细胞的结构和功能

1 / 21 第一节 细胞的结构和功能 m 第一节细胞的结构和功能 一、素质教育目标 （一）知识教学点 1了解： （ 1）亚显微结构的概念。 （ 2）细胞壁的组成和功能。 （ 3）细胞质的组成。 （ 4）内质网、核糖体、高尔基体、中心体、液泡的结构和功能。 （ 5）原核细胞和真核细胞的区别。 2理解： （ 1）细胞膜选择透过的特性及三种运输方式。 （ 2）线粒体和叶绿体的结构与功能。 （ 3）细胞核的结构和功能，染色质和染色体的相互转变。 3掌握： （ 1）细胞膜的结构与功能。 （ 2）细胞 亚显微结构模式图。 （二）能力训练点 1培养识别生物图的能力。 2培养学生形象思维与逻辑思维能力。 2 / 21 二、教学重点、难点及解决方法 1重点： （ 1）细胞膜的结构和物质交换的方式。 （ 2）线粒体和叶绿体的结构和功能。 （ 3）染色质的组成及其与染色体的相互转变。 2难点：（ 1）细胞膜的亚显微结构及流动性。 （ 2）叶绿体与线粒体的立体结构。 （ 3）染色质与染色体相互转变的动态过程。 3疑点：（ 1）细胞膜具有流动性。 （ 2）细胞液的概念。 （ 3）染色质与染色体的不同。 4解决 办法 （ 1）通过挂图、模型等直观手段，化抽象为直观，便于学生观察，使学生易于接受。 （ 2）图文对照阅读，加深对知识的理解。 （ 3）绘制结构简图，增强对图形的把握。 （ 4）通过对比，进一步明确结构的特点。 （ 5）适时练习，巩固理解。 三、课时安排： 2 课时。 四、教学方法 教师讲解与学生活动相结合，充分调动学生的想象、思考，使学生通过观察、阅读、练习，积极、主动参与学习，教师3 / 21 举一些实例帮助学生理解。 五、教具准备 课时目标（文字），细胞显微结构和亚显微结构（图像），磷脂分子、蛋白质分子及细胞 膜结构（图像），木材从河的上游随水漂向下游（图像），白糖随船从河的上游漂向下游（图像），船载着货物从河的下游开向上游（图像），线粒体和叶绿体的立体结构模型，试管及一块大绸布，线粒体和叶绿体比较表（表格、文字），细胞及细胞核（图像），染色质和染色体相互转变（图像），作业（文字）。 六、学生活动设计 1观察挂图、模型等，理解抽象结构的构成及特点。 2阅读教材，包括文字和图形。 3绘制分析结构异同。 4比较分析结构异同。 5完成课堂练习。 七、教学步骤 第一课时 （一）明确目标 1知识教学目标 （ 1）了解： 亚显微结构的概念。 细胞壁的组成和功能。 4 / 21 细胞质的组成。 （ 2）理解： 细胞膜选择透过的特性。 线粒体和叶绿体的结构和功能。 （ 3）掌握：细胞膜的结构与功能。 2能力训练目标 （ 1）观察能力、想象能力。 （ 2）对比分析、归纳能力。 （二）重点、难点的学习与目标完成过程 1了解亚显微结构的概念。 通过 cAI 展示一个只表示出细胞膜（或细胞壁）、细胞质和细胞核的细胞图（其他结构用点表示），让学生说出这些结构的名称，并提问学生：怎样才能看 到这些结构？学生一般会回答：显微镜。教师可以给予肯定，但立即指出那是光学显微镜，把细胞放大几十倍、几百倍，得出显微结构的概念。设问：如果在电子显微镜下观察细胞，它可以放大几千倍、几万倍，甚至几十万倍，观察到的细胞又是什么样的呢？ cAI显示一个与教材 P20 类似的细胞图，学生在欣喜之余会感到观察得更清楚，结构也更复杂了，教师适时告诉学生这是细胞的亚显微结构，再通过 cAI 或挂图展示动植物亚显微结构模式图并简略说明。 2学习细胞膜的结构和功能，理解其结构特点和功能特性。 5 / 21 无论植物细胞还是动物细胞，其原生质的 最外层都是细胞膜。教师可以先告诉学生通过电子显微镜观察并进行化学成分分析发现细胞膜主要由蛋白质分子和脂类分子构成。再提出问题：它们是如何构成细胞膜的呢？ 然后通过 cAI（或板画）显示一个磷脂分子结构图，说明它有一个环状的头部和两条长链构成的尾部。再依次出现若干磷脂分子形成磷脂分子层，并向学生说明，细胞膜的磷脂分子构成磷脂双分子层，再显示另一层磷脂分子层。指出其环状头部在两侧，长链的尾部在中间。再单独显示一个一个的蛋白质分子（其颜色与磷脂分子相区别），让蛋白质分子逐一运动到磷脂双分子层中，配合说明某个（或几 个，下同）蛋白质分子是镶嵌在磷脂双分子层中，这个蛋白质分子是贯穿在磷脂双分子层中，这个蛋白质分子是覆盖在磷脂双分子层的表面。 这时可以展示细胞膜结构的立体模型，以强化学生的立体感。 教师应马上引导学生想象：磷脂分子和蛋白质分子都是可以运动的，而且微观粒子的运动是一种高速运动。可以通过 cAI的动画功能模拟这一景象，如效果不佳，则可显示这样一幅景观让学生观察体会、想象：在大城市，从高楼向下观望大街上人、车拥挤的场面，人流中万头攒动就如磷脂分子在转动、移动和换位，其中缓慢行进的车辆就如蛋白质分子在移6 / 21 动。只是微 观粒子运动要快得多。 教师逐步引导学生总结：由于磷脂分子和蛋白质分子都在不停地运动，因此，细胞膜表现出一定的流动性。通过 cAI 显示变形虫的变形运动和白细胞噬食病菌的图像，学生观察强化这一体会，加深理解。 由细胞膜的结构和细胞膜在细胞结构中的相对空间位置，学生能够理解细胞膜的保护作用。其另一方面的功能是进行细胞内外的物质交换：从外界摄取细胞所需要的营养物质，将细胞在生命活动过程中产生的废物排出去，以维持细胞正常的生命活动。那么，物质是怎样通过细胞膜出入细胞的呢？ 学生阅读教材 P23 -P24 关于物质通 过细胞膜出入细胞的三种方式的两段内容。分别让几名学生说出每种方式的特点。其他学生讨论、补充，基本认识清楚后，通过 cAI 展示下列情景： 木材（或竹捆）从河的上流随水漂到下游； 船装白糖（或食盐、化肥）从河的上游漂到下游（不开发动机）； 船装着货物由下游开往上游，船尾冒着白烟且伴有发动机的声音。 提问学生：自由扩散、协助扩散和主动运输各与哪一类情景相似？为什么？ 学生会争着回答但以分别让学生表述为好：自由扩散与情景 相似，协助扩散与情景 相似，主动运输与情景 相似。这里河的上游表示物质高浓度一边，河的下游表 示低浓度一7 / 21 边，船表示载体，发动机或人力表示能量，自由扩散是物质由高浓度一边扩散到低浓度一边，既不需载体，也不消耗能量；协助扩散是物质由高浓度一边扩散到低浓度一边，虽不消耗能量，但要载体的协助；主动运输则是物质从低浓度一边被运输到高浓度一边，不仅需要载体的协助，而且也需要消耗生命活动产生的能量。 这里要引导学生注意： 载体就是细胞膜结构中的某些蛋白质分子。 三种方式中主动运输是最重要的方式，其意义是可以根据生命活动的需要有选择地主动运输所需物质：主动地选择吸收所需要的营养物质，排出新陈代谢作用的废物和对细胞 有害的物质。 上述情景是宏观物体的运动，与微观粒子的运动是不同的，只是借以比喻、帮助理解它们的关系。 请学生完成教材 P33 表： （答案略） 教师巡回指导，学生完成后可稍作点评。 接着归纳：可见，不同物质通过细胞膜的方式是不同的，也就说明细胞膜对通过的物质具有选择性，它是一种选择透过性膜。具体表现在：水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过。 3了解细胞壁的组成和功能。 8 / 21 教师首先要指出植物细胞才有细胞壁，它位于细胞膜的外面，然 后说明其主要化学成分是纤维素和果胶，对细胞有支持和保护作用。 4了解细胞质的组成。 教师可以借助 cAI 或挂图，指出细胞质是细胞膜以内、细胞核以外的原生质，光学显微镜下观察，它是透明的胶状物；电镜下观察，它包括液态的基质和各种细胞器。 5理解线粒体和叶绿体的结构和功能。 通过 cAI 分别展示植物细胞和动物细胞亚显微结构图，提醒学生观察明白线粒体普遍存在于植物细胞和动物细胞中。再通过 cAI 展示光镜下观察到的细胞结构，提示学生线粒体呈粒状或棒状。问：电镜下观察到的线粒体的结构又是怎样的呢？ 教师可出示 线粒体的立体结构模型，使学生有个概要了解。教师顺便可以指出：电镜下看到的只是立体结构的一个切面。然后通过 cAI 或板画，先画出其外膜，教师可以指出它与细胞膜有类似的组成和结构，师生共同分析：其作用是把线粒体内部的物质与周围细胞基质分开。再画内膜，内膜的某些部位向内折叠，形成的结构叫嵴（注意提醒学生 “ 嵴 ”字的写法），教师可将塞在试管中的一块大绸布抽出展开，启发学生思考：嵴的形成有什么意义？教师可再当众把绸布塞入试管并抽出，学生观察后一般都能想到并表述出来：增9 / 21 大表面积。教师应给予鼓励并明确：内膜向内折叠形成嵴增大 了线粒体内的膜面积。然后展示内膜上还有许多小颗粒，叫做基粒：内膜内的空隙中还充满了液态的物质，也叫做基质。 教师可以启发学生从分析膜结构的组成，来了解线粒体的内膜、基粒和基质中有许多种酶。另外，线粒体内还有少量的RNA 和 DNA（核酸、遗传物质）。 教师设问：线粒体的主要功能是什么呢？教师可以举出这样一个事实：生物体内生命活动旺盛的细胞内线粒体数量较多，而生命活动相对较弱的细胞内线粒体的数量较少；正在进行分裂的细胞内线粒体数量多，而衰老、死亡的细胞内线粒体数量少。师生共同分析说明线粒体与细胞内能量供应有关 。教师可以明确告诉学生：细胞生命活动所需能量是氧化分解有机物获得的，这个过程叫有氧呼吸，它主要在线粒体内完成，实际上，线粒体内的膜许多都是与有氧呼吸有关的。教师接着指出：细胞生命活动所需能量大约有 95都来自线粒体，因此，线粒体就好像一个能量的 “ 生产厂 ” ，所以有人把它叫做细胞内供应能量的 “ 动力工厂 ” 。 关于质体，教师可以首先告诉学生：绝大多数植物细胞中都有质体。根据所含色素的不同，可以分为白色体、有色体、和叶绿体，白色体不含色素，有色体含叶黄素和胡萝卜素，叶绿体含叶绿素和类胡萝卜素。 10 / 21 教师可以引导学生回 忆初中所学知识，问：植物细胞有一项重要的生理功能是在叶绿体内完成的，这项生理功能是什么？学生一般都能回答：光合作用。又问：叶绿体在结构上有什么特点？教师首先要让学生明确：叶绿体主要存在于植物叶肉细胞里（教师可以仙人掌为例，说明其叶绿体不在叶肉细胞）。然后了解其组成物质除叶绿素和类胡萝卜素外，还有与光合作用有关的酶，以及少量 RNA 和 DNA。再通过 cAI显示光学显微镜下看到的叶绿体结构模型，让学生对叶绿体的立体结构有个初步认识，结合剖面图，通过 cAI，由外到内分析，外面有双层膜，外面的叫外膜，里面的叫内膜，内膜 内含有几个到几十个绿色的基粒，而每个基粒又由10 100 个片层结构重叠而成，片层结构也是薄的膜结构，因此，基粒有增大叶绿体内膜面积的作用。内膜与基粒的空隙也充满了液态的物质，也叫基质。这里要注意分析强调：叶绿素等色素分布在基粒片层结构的薄膜上；光合作用所需要的酶存在于基粒片层结构的薄膜上和叶绿体内的基质中。 教师提出：线粒体和叶绿体在组成、结构和功能上有哪些共同点和不同点呢？ （三）总结 细胞膜的结构在细胞内的膜结构中具有典型性和代表性，细胞内其他结构如线粒体和叶绿体的膜在组成、结构上都是基本相同的， 物质的通过方式和特性也是基本相同的。 11 / 21 （四）布置作业 教材 P30 中 1； P31 中 二 1、 2、 3。 （五）板书设计 第一节细胞的结构和功能 一、细胞膜 （一）化学成分 蛋白质分子、脂类分子 （二）结构 磷脂双分子层：基本支架 蛋白质分子：镶嵌、贯穿、覆盖 结构特点：一定的流动性 （三）功能 1保护作用 2物质交换的三种方式：自由扩散；协助扩散；主动运输 膜的选择透过性 二、细胞壁 三、细胞质 （一）基质 （二）细胞器 1线粒体：有氧呼吸 2质体： 白色体、有色体；叶绿体：光合作用 八、参考资料 1磷脂分子的运动 在人体正常生理温度下，每个磷脂分12 / 21 子的两条脂肪酸碳氢链旋转速度达 1016 次秒，而与周围磷脂分子换位速度达 106 次秒，以致使平面侧向移动速度达 1mm秒。 2膜的选择性是生命活动的体现的实验 用新的玉米或小麦种子若干粒，浸种吸胀（ 30-35 时约浸 5 小时； 20 时浸 15 小时），然后用小刀将每粒玉米沿中线切成两半，分成两组。其中一组放入烧杯加清水煮沸 10 分钟。然后将两组种子分别放入二个培养皿中，都倒入稀释的红墨水中（ 1 份红墨水加 10 份清水）浸没 5 分钟后取出种子，洗去浮色，观察染色情况：煮过的那一组种子的胚全染上了红色，而没煮过的那一组种子的胚，仅表层带有浅浅的红色。可见：只有活细胞膜有选择透过性的特点，所以不吸收红墨水；当煮沸杀死后便失去这一特性，红墨水进入细胞把胚染成红色。这说明细胞膜的选择性是生命活动的体现。 3对质膜的研究 最早始于 1895 年奥弗顿（ Eoverton ）对细胞膜通透性实验，他认为细胞由一层连续的脂类物质组成。 1925 年戈特（ gorter）和 Grendel 提出生物膜主要以脂双层的形式存在。 1935 年丹尼利和 HDavson 提出第一个质膜模型 “ 双分子片层模型 ” ，又称二三夹板式结构模型。 1964 年罗伯逊根据电镜观察提出 “ 单位膜模型 ” 。 1970年 Vanderkooi 提出了 “ 蛋白液晶模型 ” 。 1972 年辛格和尼克尔森提出了 “ 液态镶嵌模型 ” 。 1977 年 jain 和怀特又提13 / 21 出了 “ 板块镶嵌模型 ” 。对细胞膜结构的探索虽经历了 100多年，但随着技术和研究方法的不断改进，至今仍是方兴未艾，十分活跃。 七、教学步骤 第二课时 （一）明确目标 1知识教学目标 （ 1）了解： 内质网、核糖体、高尔基体、中心体、液泡 的结构和功能。 原核细胞和真核细胞的区别。 （ 2）理解：细胞膜的结构和功能，染色质和染色体的相互转变。 （ 3）掌握：细胞亚显微结构模式图。 2能力训练目标 （ 1）培养学生的记忆能力。 （ 2）培养学生对生物结构的形象表达能力。 3德育训练目标 （ 1）分清矛盾的主要方面与次要方面，学习认识事物的方法。 （ 2）树立局部与整体统一的观点。 4学科方法训练目标 （ 1）对比分析的记忆方法。 14 / 21 （ 2）通过图形形象表达生物结构的方法。 （二）重点、难点的学习及目标完成过程 1复习归纳线粒 体和叶绿体的有关知识： 师生共同通过 cAI 简略复习归纳线粒体和叶绿体的形态、结构及功能的知识，填在下表中（填写内容供参考）。 然后分析：线粒体和叶绿体都有外膜、内膜、基粒、基质等，但名称虽相同，其组成或结构有差别，它们在组成、结构和功能上相同之处主要表现在：都是有少量 DNA 和 RNA；都有双层膜结构；都与细胞内的能量转换有关。不同之处主要表现在： 叶绿体含有多种色素，线粒体则没有； 增大膜面积的方式不同；线粒体通过内膜折叠成嵴而增大膜面积，叶绿体通过片层结构重叠成的基粒来增大膜面积； 线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，叶绿体是植物细胞进行光合作用的场所。 2了解内质网、核糖体、高尔基体、中心体、液泡的结构和功能。 通过 cAI 显示细胞亚显微结构图，教师指引学生观察：细胞质的基质中，分布着一些由膜结构连接而成的网状物，它叫内质网。教师可以告诉学生内质网都是由膜结构构成，因此大大增加了细胞内的膜面积。再引导学生分析膜结构的组成，明确膜上的许多蛋白质都是生命活动中许多种化学反应15 / 21 所需要的酶，从而说明内质网为这些化学反应的正常进行创造了条件。 教师可以提示学生注意：内质网有两种：一种表面较光滑，另 一种表面附着有许多小颗粒（不提出滑面内质网和粗面内质网的概念），设问：这些小颗粒是什么？告诉学生：它是核糖体。再指导学生观察：细胞质基质中也有一些这种粒状小体，它也是核糖体。设问：前面学习过的氨基酸合成蛋白质的缩合反应在细胞内的什么结构上进行呢？就是核糖体。因此，有人把核糖体比喻成蛋白质的 “ 装配机器 ” 。 教师再指引学生观察细胞亚显微结构图，有一种与内质网相似，也是位于细胞质基质中，由薄膜结构构成的，但它是由盘状膜重叠而成，呈扁平囊状的薄膜结构，而且周围有许多大泡和小泡，这就是高尔基体。它有什么功能呢？观察 发现：植物细胞进行细胞质分裂形成新的细胞壁时，细胞内高尔基体数量会显著增加；而具分泌功能的动物细胞如动物的乳腺细胞中，高尔基体的数量也较多。一般认为，植物细胞和动物细胞中的高尔基体的功能是不同的：植物细胞的高尔基体与细胞壁形成有关，动物细胞的高尔基体与分泌物的形成有关。 教师再引导学生观察：高等动物细胞亚显微结构构图中还有一种叫中心体的细胞器（高等植物细胞中没有），为什么叫中心体呢？因为它总是位于细胞核附近的细胞质中，接近细16 / 21 胞的中心。在电镜下可以看到每个中心体由两个互相垂直的中心粒构成。它与细胞的有丝分裂 有关，在学习细胞分裂时还将学习它的有关知识。 教师提示学生观察：植物细胞的细胞质中还有一种泡状结构，叫液泡。学生在初中都在显微镜下观察过，教师可以引导学生回忆并进一步明确其组成结构：液泡的表面有一层与细胞膜组成、结构类似的液泡膜，液泡膜内的液体叫细胞液（注意提醒学生：细胞液不是指细胞内的液体，而是指液泡膜内的液体）。细胞液的成分主要是水，还有有机酸、生物碱、糖类、蛋白质、无机盐和色素等。教师提出：水果中为什么有大量的水分？番茄的果实为什么吃起来有酸味？李子、梨等果实未成熟时有涩味，成熟后却又有甜味，这 些味道与什么物质有关？果实成熟后会变成红色或黄色，一般落叶植物的叶子到了秋天会变黄但也有的植物的叶到了秋天却会变红，如北京香山红叶，形成所谓 “ 霜叶红于二月花 ”的壮丽景象，这些颜色的呈现都与什么物质有关？师生共同分析，明确：都与细胞液的成分中的组成物质有关。教师也可引导学生回忆初中所学细胞吸水、失水或举出制作凉拌菜时会有大量汁液渗出等生活实例，让学生对液泡与细胞吸水和失水这一点有一初步印象。 教师可以引导学生根据各细胞器的功能来记忆它在生物细胞中的分布：动植物细胞都要进行化学反应，都要合成蛋白17 / 21 质，其生命活动 都需要消耗能量，因此，线粒体、核糖体、内质网普遍存在于动植物细胞中。只有植物细胞才能进行光合作用，所以叶绿体分布在植物细胞中。另外，液泡也主要分布在植物细胞中。中心体主要分布在动物细胞中。注意高尔基体，动植物细胞中都有，但功能不同。 3理解细胞核的结构和功能，染色质和染色体的相互转变。 教师可先让学生回忆光镜下观察到的细胞核的情景，是细胞中央颜色较深的一团物质，那么，在电镜下观察又是什么景象呢？通过 cAI 将细胞中细胞核部分逐渐放大，依次指出它的构成：核膜、染色质、核仁和核液。再逐一分析：核膜与细胞膜有 类似组成和结构，与内质网相连，上有许多小孔叫核孔，它是某些大分子的运输孔道。核仁是细胞核中较浓稠的一团物质。核液是细胞核中呈液态的部分。 关于染色质，先分析其组成成分： DNA 和蛋白质，其特点是容易被碱性染料染成深色。然后分析其结构特点，染色质通常情况下是交织成网状的细丝（可通过 cAI 显示），但在细胞分裂过程中，细丝状的染色质会高度螺旋化，缩短变粗，而呈粒状或小的短棒状，细胞分裂结束，又逐渐解开螺旋，恢复成细丝状的形态（这一动态变化过程可以结合讲解以cAI 显示让学生观察理解，也可以边讲解边画板画或结合其他直 观教具帮助学生理解）。再指出：我们把细胞分裂过程中正进行分裂的时期（分裂期）内缩短变粗的这种形态叫染18 / 21 色体，而把为分裂作准备的时期（分裂间期）的细胞内或不进行分裂的细胞内的细丝状的形态叫染色质，表示如下（ cAI）： 可见，染色质和染色体是同一物质在不同时期的不同形态，其组成和特性并未发生改变。 由于 DNA 是遗传物质，因此，细胞核是遗传物质贮存和复制的场所。 4了解原核细胞和真核细胞的区别。 以上学习的细胞结构都是真核细胞的结构，还有一类细胞叫原核细胞，它的结构比真核细胞简单得多。细菌、蓝藻等原核 生物就是由原核细胞构成的。它与真核细胞的区别如教材P30 表，师生共同阅读分析，最明显的区别是有无成形的细胞核，而关键是有无核膜，有核膜则细胞核成一定形态，无核膜则核物质与细胞质无明显界限。 5学生完整把握细胞亚显微结构： 至此，已把细胞各部分的结构和功能作了简单介绍，教师结合板画或 cAI 引导学生分别回顾动、植物细胞亚显微结构由外到内的构成，并共同归纳动、植物细胞亚显微结构的相同和不同之外，让学生对细胞亚显微结构有个整体把握。 （三）总结 以上分别学习了细胞的各部分结构及其功能。从结构上看，19 / 21 细胞膜 、有的细胞器、细胞核都有膜结构，而且膜结构的组成、结构和功能是相似的；从功能上看，各部分结构都有一定功能，但单独存在时是不能狐立地发挥那些作用的，只有各部分结构相互联系，互相配合才能完成某些生理功能。因此，一个细胞是一个有机统一的整体，只有保持细胞的完整性，才能够正常完成各项生理功能。 （四）布置作业 1（ cAI 显示，当堂完成）高等生物细胞中下列结构或物质 A细胞壁 B细胞膜 c线粒体 D叶绿体 E内质网 F核糖体 G高尔基体 H中心体 I液泡 j细胞液 k细胞核 （ 1）动、植物细胞都有的结构是 （ 2）只有动物细胞才有而植物细胞