二、细胞生命基本单位.doc

细胞生命活动的基本单位1、细胞的结构和功能(1) 细胞膜的分子结构和主要功能：组成成分：主要由蛋白质、脂类和少量糖类组成（表现为统一性）结构：双层磷脂分子构成基本支架，蛋白质分子镶在膜的表层或嵌插在磷脂双分子层中或贯穿在整个磷脂双分子层中。膜上的糖蛋白（糖被）具有保护、润滑、细胞表面的识别、分泌、排泄、免疫等作用。结构特点：具有一定的流动性和连续性 功能特性：选择透过性自由扩散：物质由高浓度向低浓度运输，不需载体和能量，如H2O、O2、CO2、甘油、脂肪酸、乙醇（C2H5OH）、胆固醇、苯、尿素等主动运输：主动运输既能将物质由低浓度向高浓度运输，也能将物质由高浓度向低度运输，需要消耗能量和载体协助（与核糖体和线粒体有关，也与氧气和温度有关），如葡萄糖（协助扩散：需要载体不需要能量）、氨基酸、丙酮酸、各种离子等。（自由扩散和协助扩散又称为被动运输。）内吞（胞吞）作用和外排（胞吐）作用：大分子物质进出细胞的方式，需要能量不需要载体，如巨噬细胞吞噬细菌和胰岛细胞分泌胰岛素等。 (2)细胞质基质：活细胞进行新陈代谢的主要场所(3)各种细胞器的结构和功能：线粒体和叶绿体：二者均为细胞内的能量转换器，都有双层膜结构，基质中都含有DNA（能发生转录和翻译）。线粒体是有氧呼吸的主要场所，内膜形成“嵴”的意义在于增加内膜的表面积。；叶绿体是光合作用的场所（蓝藻和硝化细菌中有光合色素，可以进行光合作用。），色素存在于基粒的囊状结构薄膜上，基粒和基质中都有酶。离体的叶绿体可以进行光合作用，称为希尔反应。生理活动中都有水（叶绿体、线粒体、核糖体、高尔基体）和ATP（叶绿体、线粒体、细胞质）的产生能发生碱基互补配对的结构有：核糖体、叶绿体、线粒体、细胞核。观察细胞质流动时，以叶绿体的运动作为标志（实验过程中始终保持有水的状态；选用叶绿体大而少的细胞进行观察；加快细胞质流动的措施：适当升高温度、事先在光下培养一段时间、用适当浓度的生长素溶液处理、切伤部分叶片）内质网（处于生物膜的中心地位，分布最广的细胞器）：增大细胞内的膜面积，有利于细胞内化学反应的进行；与分泌蛋白的运输、初步加工（如折叠、糖基化）等过程以及还与脂质、糖类的合成有关。高尔基体：与细胞壁的形成有关；与分泌蛋白的加工和转运有关。液泡：植物细胞质中单层膜泡状结构。成熟植物细胞中具有大液泡。液泡内含细胞液，可显示花、果实的颜色（含花青素等色素），与代谢产物的贮存、植物的水分代谢有关。核糖体：细胞内蛋白质的合成场所（发生脱水缩合反应；完成翻译过程）。其中，附着于内质网上的核糖体合成的蛋白质将分泌到细胞外。中心体：存在于动物和低等植物细胞中，形成纺锤体，决定细胞分裂方向。 注：分生区细胞（如根尖和茎尖）不具有中央大液泡，也没有叶绿体。 (4) 细胞核的结构和功能细胞核的功能是：细胞内遗传物质储存、复制和转录的场所，是细胞遗传特性和细胞代谢活动的控制中心。它包括核膜（双层，上有核孔）和核仁、染色质等部分。成熟的红细胞没有细胞核，无各种细胞器，（是获得细胞膜的理想材料），不能进行核酸和蛋白质的生物合成，也不能进行有氧呼吸，不能利用脂肪酸等。这些形态特点，既使红细胞的代谢率较低，又使红细胞无法长期存活。成熟红细胞不仅没有细胞核，而且也没有线粒体、核糖体等细胞器，(5) 原核细胞和真核细胞区别：主要区别是原核细胞没有由核膜包围的细胞核，核物质集中在核区（遗传物质都是DNA）；此外：原核细胞遗传物质DNA裸露，不与蛋白质结合；真核细胞中DNA主要存在于细胞核的染色体中；原核细胞细胞质分化程度小，没有高尔基体、线粒体、内质网、叶绿体等复杂细胞器，仅有核糖体；原核细胞细胞壁不含纤维素（果胶），主要成分是由糖类与蛋白质结合（肽聚糖）而成的化合物。注：原核生物的遗传不遵循基因的分离定律和自由组合定律，因为原核生物只进行无性生殖（二分裂方式）。原核生物的变异来源只有基因突变，因为基因重组只发生在有性生殖过程中，也不具有染色体变异（只具有环状DNA分子）。原核生物有：支原体、衣原体、放线菌、蓝藻（小球藻、念珠藻）、立克次氏体、发菜、颤藻、带有“杆”、“球”、“ 螺旋”、“弧”的细菌（乳酸杆菌）。真核生物有：植物、动物、真菌（灵芝、蘑菇、霉菌、酵母菌）、单细胞生物（草履虫、变形虫、衣藻低等植物）、水绵、黑藻。 (6)生物膜：生物膜系统的概念：细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围成的细胞器，在结构、功能上是紧密联系的统一整体，它们形成的结构体系，叫细胞的生物膜系统。各种生物膜在结构和功能上的联系：直接联系（）和间接联系注：内质网在各种膜结构的联系中，处于中心地位，也是细胞内分布最广的膜结构。分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌过程中，参与的细胞器主要有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等。分泌蛋白有：抗体、各种消化酶、胰岛素及胰高血糖素、生长激素、血浆蛋白、促激素。生物膜的功能：a、细胞膜维持细胞内部环境稳定，参与物质运输、能量交换和信息传递的过程。b、生物膜为生命活动化学反应提供场所和相对稳定的环境。c、各种生物膜把细胞分隔成许多小区室，保证了生命活动高效、有序进行。研究生物膜的意义、理论上：阐明细胞生命活动规律。如：蛋白质、糖类和脂类的人工合成和运输。、工业上：人工模拟生物膜功能。如：海水淡化、污水处理、污染治理。、农业上：改善作物品质。如：抗寒、抗旱、耐盐机理的研究以及制造“人工种子”。、医学上：人工膜代替病变器官。如：人工肾中的“血液透析膜”。2、 细胞增殖(1) 细胞周期：指连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止。（高度分化的细胞不再继续分裂，如神经细胞、精子和卵细胞等不具有细胞周期。）分裂间期（长：BA）+分裂期（短：AB）=细胞周期（BB）注：不同生物细胞周期不同，但间期所用的时间都比分裂期长，所以观察有丝分裂实验中，视野内间期的细胞数目多，且都是死细胞（用盐酸解离，使细胞分开）(2)有丝分裂：时 期间 期前 期中 期后 期末 期染色体数2N2N2N4N4N2N染色单体数04N4N4N00DNA分子数2N4N4N4N4N4N2N同源染色体n对n对n对2n对n对染色体组22242分裂间期的最大特点：完成DNA分子（中心体）的复制和有关蛋白质的合成。分裂期染色体的主要变化为：前期出现；中期清晰、排列；后期分裂；末期消失。特别注意后期由于着丝点分裂，染色体数目暂时加倍。动植物细胞有丝分裂的差异：a.前期纺锤体形成方式不同；b.末期细胞质分裂方式不同。（区分动、植物有丝分裂最可靠的方法是子细胞形成的方式）前 期（纺锤体的形成方式不同）末 期（细胞质的分裂方式不同）植物由细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体在赤道板位置出现细胞板形成细胞壁将细胞质分裂为二动物由细胞的两组中心粒发出星射线形成纺锤体细胞膜从中部向内凹陷将细胞质缢裂为二(3) 、与有丝分裂直接相关的细胞器线粒体：为细胞分裂间期DNA的复制及蛋白质的合成、分裂期纺锤丝牵引染色体运动提供能量。核糖体；细胞分裂过程中组成染色体、纺锤体和细胞内的蛋白质在它上合成。中心体：动物细胞和低等植物细胞在分裂的间期进行复制，前期发出星射线，形成纺锤体，索引染色体运动。高尔基体：高等植物细胞有丝分裂末期合成纤维素，在赤道板位置形成细胞板，进而扩展为细胞壁。注：观察染色体最好的时期是中期；显微镜观察细胞数目最多的是间期。细胞核中的染色体容易被碱性染料（龙胆紫溶液、醋酸洋红液）着色，染成深色，便于观察细胞的有丝分裂。无丝分裂并不是低等生物特有的分裂方式，如高等生物蛙的红细胞分裂。无丝分裂过程中遗传物质进行复制并平均分配到子细胞中去，分裂过程中不会出现染色体和纺锤体。（4）、减数分裂：对象：有性生殖的生物时期：原始生殖细胞形成成熟的生殖细胞特点：染色体只复制一次，细胞连续分裂两次结果：新产生的生殖细胞中染色体数比原始生殖细胞减少一半。（染色体数目减半是发生在减数第一次分裂末期）精子和卵细胞形成过程中染色体的主要变化：减数第一次分裂间期染色体复制，前期同源染色体联会形成四分体（非姐妹染色体单体之间常出现交叉互换），中期同源染色体排列在赤道板上，后期同源染色体分离同时非同源染色体自由组合；减数第二次分裂前期染色体散乱地分布于细胞中，中期染色体的着丝点排列在赤道板上，后期染色体的着丝点分裂染色单体分离。（5）、有丝分裂和减数分裂的图形的鉴别：（以二倍体生物为例）、细胞中没有同源染色体减数第二次分裂、细胞中有同源染色体a、有同源染色体联会、形成四分体、着丝点位于赤道板两侧面或相互分离减数第一次分裂b、同源染色体没有上述特殊行为有丝分裂（6）、体细胞染色体数目：根据减数第一次前、中、后期的图象来判断，与减数第一次前、中、后期的图象中染色体数目相同。3、细胞的分化、衰老和癌变(1)细胞分化：特点：持久性（发生在整个生命过程中）；稳定性和不可逆性、全能性、普遍性。实质：细胞中基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。结果：形成了各种不同的细胞、组织。意义：分裂和分化是生物正常生长发育的基础。(2)细胞癌变：癌细胞：一类不能正常地完成细胞分化，不受有机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞。癌细胞的特征： a、能够无限增殖（海拉细胞系）；b、癌细胞的形态结构发生了变化；c、癌细胞的表面发生了变化：由于细胞膜上的糖蛋白等物质减少，使细胞间黏着性减少，导致癌细胞在有机体内易扩散和转移等。致癌因子：物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子。癌基因学说：癌细胞是由正常细胞在受到致癌因子作用下，原癌基因被激活使细胞发生转化（3）细胞衰老：衰老细胞的主要特征有：水分减少、体积变小、代谢减慢（老人皮肤干燥皱裂、老人心脏收缩力减小）；酶活性降低(白发)；色素积累（老人斑）；染色体固缩，核增大；膜透性改变多细胞生物细胞的衰老与机体的衰老不是同步的，单细胞生物细胞的衰老和机体的衰老是同步的。 4、 植物细胞工程包括的技术手段有：植物组织培养和植物体细胞杂交（理论基础是植物细胞的全能性和生物膜具有一定的流动性）。（1）细胞全能性（花药的离体培养有性生殖、植物的组织培养、克隆技术）概念：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。全能性大小：植物细胞动物细胞；受精卵生殖细胞体细胞即：受精卵胚胎干细胞造血干细胞卵细胞、精子神经干细胞全能性原理：生物体的每一个细胞（动物：细胞核）都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所需的全部基因。生物体内的细胞没有表现出全能性而是分化成不同的组织、器官，是由于基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。植物细胞表现全能性的条件：a、离体状态离体的细胞、组织和器官b、一定的营养物质（琼脂、水、无机盐、矿质元素、蔗糖、维生素、有机添加物）和植物激素（细胞分裂素促进生芽和生长素促进生根） c、其它外界条件（无菌培养基、外植体、适宜的温度、适宜的pH等）（2）植物组织培养（花药的离体培养有性生殖）过程：离体的植物器官、组织或细胞经脱分化（去分化）培养成愈伤组织，经再分化形成具有根、芽结构的胚状体，发育成试管苗，移栽到地里发育成完整的植物体。原理：细胞的全能性愈伤组织细胞的特点：排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。应用：快速繁殖、培育无病毒植株；生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等；生产人工种子；用于植物体细胞杂交及转基因植物的培育。（3）植物繁殖的新途径(1)微型繁殖：不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。(2)作物脱毒：生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染，从而导致品种严重退化、产量降低和品质变差。利用植物分生组织(如茎尖、根尖)进行培养，可以使新长成的植株脱除病毒。(3)人工种子：植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包上人工种皮就可以形成人工种子。下图是人工种子的结构示意图。作物新品种的培育：(1)单倍体育种：花药离体培养过程就是植物组织培养过程。单倍体育种的优点是后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。(2)突变体的利用：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而发生突变。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。(3)细胞产物的工厂化生产：可以利用植物组织培养技术大量生产某些细胞产物，如蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。（4）植物体细胞杂交植物体细胞杂交是将两种植物的体细胞融合形成杂种细胞，但最终要培育成杂种植株。植物细胞用纤维素酶、果胶酶去掉细胞壁后的部分叫原生质体。植物细胞A植物细胞B去掉细胞壁去掉细胞壁原生质体A原生质体B原生质体融合杂合的原生质体再生出细胞壁杂种细胞细胞分裂分化发育愈伤组织杂种植株人工诱导原生质体融合的方法有：物理方法是离心、振动、电刺激；化学方法是用聚乙二醇（PEG）等诱导剂。离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体脱分化再分化发育植物体细胞杂交作为育种方法的优点是：克服远源杂交不亲和的障碍和扩展了可用于杂交的亲本组合的范围。5、动物细胞工程包括的技术手段有：动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植等（动物细胞培养技术是其他动物细胞细胞工程技术的基础。）。(1) 动物细胞的培养10代左右幼龄动物组织剪碎胰蛋白酶处理细胞培养（原代培养）传代培养细胞株细胞系50代后培养细胞的来源：动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织（这类细胞中有些细胞具有较强的分裂能力）原理：细胞的增殖培养液必需成分：水、葡萄糖、氨基酸、维生素、无机盐和动物血清。其它外界条件（无菌、适宜的温度、适宜的pH、气体等）工具酶：胰蛋白酶（第一次目的使组织分散成单个细胞，后来的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来）培养过程中：10代以前叫原代培养，10代以后叫传代培养；10代50代的细胞叫细胞株，50代以后的细胞叫细胞系（遗传物质发生了改变，并且有癌变的特点）。动物细胞培养主要用于获得大量的分泌蛋白应用：生产病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等蛋白质生物制品，培养动物组织用于器官移植、药物生物病理以及药物毒理研究等。(2)动物细胞融合（理论基础是细胞的增殖和生物膜具有一定的流动性）诱导剂：灭活的仙台病毒（利用病毒的感染性和融合性）、P