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1、2022年人教版高中生物必修1 3-2細胞器-系統(tǒng)內的分工合作 教案2 ??? 一、教學目標 1.舉例說出幾種細胞器的結構和功能。 2.簡述細胞膜系統(tǒng)的結構和功能。 3.制作臨時裝片，使用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體。 4.討論細胞中結構與功能的統(tǒng)一性、部分與整體的統(tǒng)一性。 二、教學重點和難點 1.教學重點 （1）幾種主要細胞器的結構和功能。 （2）細胞膜系統(tǒng)的結構和功能。 2.教學難點 （1）細胞器之間的協(xié)調配合。 （2）制作人的口腔上皮細胞臨時裝片，使用高倍顯微鏡觀察線粒體。 三、教學策略 1.利用“問題探討”創(chuàng)設問題情境，通過類比認識細胞內的各個“車間”及其分

2、工。 基于學生的生活經(jīng)驗，以及對多種多樣細胞的觀察，學生應該能夠開展“問題探討”中的討論，在學生討論的基礎上提出問題：“細胞內有哪些‘車間’？它們之間是如何分工的？”之后的教學可以采取不同的方式。 方式一采用“識圖──感知科學過程和方法──實驗觀察──解決問題”的教學模式。 利用教材的插圖指導學生認識細胞內主要的細胞器，介紹美國科學家克勞德和比利時科學家德迪夫的工作，強調研究細胞器的過程和方法。學生在教師指導下獨立完成“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體”的實驗，思考老師提出的問題“各種細胞器是如何完成細胞的生命活動的？它們之間是怎樣協(xié)調配合的？” 方式二采用“實驗觀察──識圖──感知科學

3、過程和方法──解決問題”的教學模式。 利用“高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體”的實驗解決細胞內有什么結構的問題。由于線粒體小，觀察起來有一定困難。教師可以利用演示鏡或顯微投影方式指導學生觀察。在觀察了線粒體和葉綠體之后，指導學生觀察細胞亞顯微結構圖，解決細胞內還有哪些細胞器的問題。 在學生觀察、討論的基礎上，提出問題“細胞器這么小，科學家是如何研究的呢？”引出獲得諾貝爾獎的美國科學家克勞德和比利時科學家德迪夫的工作，強調科學家鍥而不舍的探究精神和技術的進步在科學研究中的作用。 2.發(fā)揮圖解或媒體作用，利用已知，探究細胞器之間的協(xié)調配合，建構生物膜系統(tǒng)的概念。 提出問題：“各種細胞器是如何完

4、成細胞的生命活動的？它們之間是怎樣協(xié)調配合的？”“科學家是如何解決這些問題的？”從科學家帕拉德的研究引入，介紹帕拉德對“分泌蛋白合成和運輸過程”的設想和實證研究，使學生認同科學研究的成功離不開探索精神、理性思維和技術手段的結合。之后學生獨立或小組合作完成資料分析。在引導學生分析討論時，教師要強調膜結構的重要性，為建構生物膜系統(tǒng)的概念奠定基礎。 以“合成的分泌蛋白運輸?shù)郊毎獾倪^程”圖解為例，探究細胞內具有膜的細胞結構在功能上的聯(lián)系，借助內質網(wǎng)膜與細胞膜、核膜的聯(lián)系圖解，建構細胞的生物膜系統(tǒng)的概念。 如果教師能夠利用課件將“分泌蛋白的合成和運輸”過程，以及細胞的生物膜系統(tǒng)在結構和功能上的聯(lián)系

5、動態(tài)地展示給學生，將有助于學生形成對細胞生命活動的整體認識。 四、答案和提示 （一）問題探討 1.提示：一件產品是由多個零部件組成的，不同車間生產不同的零部件之后，要有組裝車間完成裝配工作，質量檢測部門負責檢查產品的質量。同時要有部門提供原材料，有部門提供設計圖，還要有部門負責動力供應，等等。部門齊全，配合協(xié)調，才能生產出優(yōu)質產品。 2.提示：例如蛋白質的合成。細胞核是遺傳信息庫，蛋白質的合成要在遺傳信息的指導下進行，核糖體是合成蛋白質的場所，同時內質網(wǎng)、高爾基體等細胞器也在蛋白質合成中起到重要的作用。這說明細胞的生命活動也是需要多個“部門”和“車間”協(xié)調配合完成的。 （二）資料分析

6、 1.分泌蛋白是在內質網(wǎng)上的核糖體中合成的。 2.提示：分泌蛋白從合成至分泌到細胞外，經(jīng)過了核糖體、內質網(wǎng)、高爾基體和細胞膜等結構。分泌蛋白是在內質網(wǎng)上的核糖體內初步合成，在內質網(wǎng)內加工，由囊泡運輸?shù)礁郀柣w做進一步加工，再由囊泡運輸?shù)郊毎ぃc細胞膜融合，將蛋白質分泌到細胞外。 3.提示：需要，如核糖體在將氨基酸連接成肽鏈的過程中就需要能量。這些能量是由線粒體進行有氧呼吸提供的。 （三）旁欄思考題 線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所，能夠提供細胞生命活動需要的能量。鳥類飛翔、運動員運動需要大量能量，所以飛翔鳥類的胸肌細胞中、運動員的肌細胞中線粒體多。同樣道理，新生細胞的生命活動比衰

7、老細胞、病變細胞旺盛，所以線粒體多。 （四）練習 基礎題 1.圖1中，注字的“內質網(wǎng)”應是“高爾基體”，“高爾基體”應是“內質網(wǎng)”。染色質的注字指示線位置有誤。中心體還應包括指示線下方的中心粒。 圖2中，注字的“核仁”應是“葉綠體”，“葉綠體”應是“線粒體”，“核糖體”應是“中心體”。 2.C。? 3.B。? 4.C。 拓展題 提示：溶酶體的膜在結構上比較特殊，如經(jīng)過修飾等，不會被溶酶體內的水解酶水解。 五、參考資料 1.內質網(wǎng)的結構和功能 內質網(wǎng)是由Porter等人在1945年發(fā)現(xiàn)的。他們利用電鏡在成纖維細胞中觀察到一些形態(tài)和大小略有不同的網(wǎng)狀結構，并集中在內質中，因此將

8、這些結構稱為內質網(wǎng)。 內質網(wǎng)是由一層膜形成的囊狀、泡狀和管狀結構，并形成一個連續(xù)的網(wǎng)膜系統(tǒng)。內質網(wǎng)通常占細胞的生物膜系統(tǒng)的一半左右，占細胞體積的10%以上。根據(jù)內質網(wǎng)上是否附有核糖體，將內質網(wǎng)分為兩類，即粗面內質網(wǎng)和光面內質網(wǎng)。粗面內質網(wǎng)多呈大的扁平膜泡，排列整齊。它是核糖體和內質網(wǎng)共同組成的復合結構，普遍存在于細胞中，特別是合成分泌蛋白的細胞。在結構上，粗面內質網(wǎng)與細胞核的外層膜相連。無核糖體附著的內質網(wǎng)稱為光面內質網(wǎng)，通常為小的管狀和小的泡狀，廣泛存在于各種類型的細胞中。光面內質網(wǎng)是脂質合成的重要場所。內質網(wǎng)可通過出芽方式，將合成的蛋白質或脂質轉運到高爾基體。 2.高爾基體的結構和功能

9、 高爾基體是意大利科學家高爾基（C.Golgi）在1898年發(fā)現(xiàn)的。它是普遍存在于真核細胞中的一種細胞器。在電鏡下觀察到，高爾基體是由一些排列較為整齊的扁平膜囊堆疊在一起，構成了高爾基體的立體結構。扁平膜囊多呈弓形，也有的呈半球形，均由光滑的膜圍繞而成。在扁平膜囊外還包括一些小的膜泡。整個高爾基體結構分為形成面和成熟面，來自內質網(wǎng)的蛋白質和脂質從形成面逐漸向成熟面轉運。 高爾基體與細胞的分泌功能有關，能夠收集和排出內質網(wǎng)所合成的物質，它也是聚集某些酶原的場所，參與糖蛋白和黏多糖的合成。高爾基體還與溶酶體的形成有關，并參與細胞的胞吞和胞吐作用。 3.溶酶體的結構和功能 溶酶體是動物細胞中

10、一種由膜構成的細胞器，呈小球狀，外面由一層非滲透性單位膜包被。溶酶體是一種動態(tài)結構，它不僅在不同類型細胞中形態(tài)大小不同，而且在同一類細胞的不同發(fā)育階段也不相同。溶酶體的主要功能是消化作用，其消化底物的來源有三種途徑：一是自體吞噬，吞噬的是細胞內原有物質；二是吞噬體吞噬的有害物質；三是內吞作用吞入的營養(yǎng)物質。溶酶體除了具有吞噬消化作用外，還具有自溶作用，即某些即將老死的細胞靠溶酶體破裂釋放出各種水解酶將自身消化。此外，溶酶體的酶也可釋放到細胞外，對細胞外基質進行消化。 根據(jù)溶酶體處于完成其生理功能的不同階段，大致可分為初級溶酶體和次級溶酶體。初級溶酶體是剛剛從高爾基體形成的小囊泡，僅含有水解酶

11、類，但無作用底物，而且酶處于非活性狀態(tài)。次級溶酶體中含有水解酶和相應底物，是一種將要或正在進行消化作用的溶酶體。 4.核糖體的結構和功能 核糖體是一種顆粒狀的結構，沒有被膜包裹，其直徑為25 nm，主要成分是蛋白質與rRNA。蛋白質含量約占40%，rRNA約占60%。核糖體蛋白分子主要分布在核糖體的表面，而rRNA則位于內部，二者靠非共價鍵結合在一起。 在真核細胞中很多核糖體附著在內質網(wǎng)的膜表面，成為附著核糖體。在原核細胞的細胞膜內側也常有附著核糖體。還有些核糖體不附著在膜上，而呈游離狀態(tài)，分布在細胞質基質內，稱為游離核糖體。附著核糖體和游離核糖體所合成的蛋白質種類不同，但核糖體的結構和

12、化學組成是完全相同的。 細胞內有兩種類型的核糖體：一種是70S的核糖體，原核細胞中的核糖體屬于此類，真核細胞線粒體與葉綠體內的核糖體也近似于70S；另一種是80S的核糖體，存在于真核細胞中。不論70S或80S核糖體，均有大小不同的兩個亞單位構成。70S核糖體可解離為50S和30S兩個大小亞單位，80S核糖體可解離為60S和40S兩個大小亞單位。 核糖體是合成蛋白質的細胞器，其惟一的功能是按照mRNA的指令把氨基酸高效且精確地合成多肽鏈。核糖體在細胞內并不是單個獨立地執(zhí)行功能，而是由多個甚至幾十個核糖體串連在一條mRNA分子上，高效地進行肽鏈合成。這種具有特殊功能與形態(tài)結構的核糖體與mRNA

13、聚合體稱為多聚核糖體。在真核細胞中每個核糖體每秒能將兩個氨基酸殘基加到多肽鏈上；而在細菌細胞中，每秒可將20個氨基酸加到多肽鏈上，因此合成一條完整的多肽鏈平均需要20 s到幾分。 5.液泡的結構和功能 在每個植物細胞內，液泡的大小、形狀和數(shù)目相差很大，甚至其中的顏色也不相同。在幼齡細胞中，液泡的體積很小，用光學顯微鏡很難發(fā)現(xiàn)。隨著細胞的生長，這些小液泡增大和合并，在成熟的細胞中，往往只有一個大的中央液泡，它可達細胞體積的90%。液泡是由一層單位膜包圍的細胞器，這層膜叫液泡膜，它使液泡的內含物與細胞質分隔開。液泡膜雖然在形態(tài)上與細胞膜無區(qū)別，但它們的通透性和物理性質是有區(qū)別的。液泡膜含不飽和

14、脂肪酸的比例較高，它所含的磷脂分子以磷脂酰膽堿為主。 液泡膜上具有多種酶和一些與物質運輸相關的蛋白。液泡膜有特殊的通透性，使得貯存在液泡內的糖類、鹽類及其他物質的濃度往往很高，由此引起細胞質中的水分向液泡內流動，從而維持細胞的緊張度。 液泡的來源是多方面的，它可來自內質網(wǎng)、高爾基體或細胞膜。內質網(wǎng)頂端膨大或出芽形成囊泡，而成為最初的小液泡，小液泡可逐步形成大液泡。高爾基體的囊泡也能出芽形成小液泡，這些小液泡可與細胞膜融合，也可形成大液泡。此外，細胞膜內陷形成的囊泡也可參與大液泡的形成。 液泡主要有以下幾個方面的功能。 （1）貯存作用液泡中的主要成分是水，但在不同種類的細胞中，液泡中還貯

15、存有各種細胞代謝活動的產物。 甘蔗莖和甜菜根細胞的液泡中貯存有大量的蔗糖，柿子果皮細胞的液泡中含有丹寧。有些植物，特別是藥用植物的某些細胞液泡中含有特殊的植物堿，如茶葉含有咖啡堿，罌粟果實中含有嗎啡，金雞納樹的樹皮中含有奎寧。未成熟的水果中，由于液泡中含有較多的有機酸，故具有酸味。花瓣、果實常顯示出紅色、黃色、藍色和紫色，它們都是溶解于液泡的色素所顯示的顏色。花青素的顏色可隨液泡中的酸堿度不同而變化，液泡為堿性時顯藍色，中性時顯紫色，酸性時顯紅色。 液泡還是貯藏蛋白質和脂肪的場所。有證據(jù)表明，種子的貯藏蛋白多數(shù)位于液泡內，當種子萌發(fā)時，蛋白質被水解，以滿足胚根和胚芽生長的需要。越冬木本植物

16、（如楊樹），在進入冬季時，其枝條的皮層細胞的液泡內積累大量的蛋白質。在油類植物的種子中，脂肪也是貯藏在液泡中，形成圓球體，常常占據(jù)細胞體積的大部分。 液泡作為貯藏庫，還起著保持生物合成原料穩(wěn)定供應的作用。在有些物質過剩時，則輸入液泡貯存，當細胞質缺少這些物質時，又及時地給予供應。由于液泡是植物細胞的主要Ca2+庫，它在調控細胞質基質Ca2+的水平上具有重要作用。 （2）維持細胞膨壓的作用液泡內含有較高濃度的糖類、鹽類及其他物質，使得大量的水分進入液泡，充滿水分的液泡維持著細胞的膨壓，這是植物體保持挺立狀態(tài)的根本因素，若液泡失水，植物體就發(fā)生萎蔫。 膨壓還直接參與了調節(jié)氣孔的開放。當K+、

17、Cl-或蘋果酸鹽在保衛(wèi)細胞液泡內迅速增加積累時，液泡膨壓增大，致使氣孔開放，而當K+、Cl-或蘋果酸鹽輸出液泡時，膨壓變小，液泡體積隨之縮小，則氣孔關閉。 （3）與溶酶體類似的作用液泡中含有各種酸性水解酶，它們能分解細胞內的蛋白質、核酸、脂質及多糖等物質，類似動物細胞中的溶酶體。細胞器碎片通過液泡膜的內陷吞噬進入液泡，最后在液泡中被分解。 液泡在植物細胞的自溶中起一定的作用。植物中有些衰老的或不需要的細胞，可經(jīng)過自溶作用被消化掉。在正常的生理狀態(tài)下，這種過程進行得比較緩慢，是逐漸消化的。如果液泡被破壞，釋放出其中的水解酶，將導致細胞成分的迅速降解。 （4）防御作用許多植物的液泡中含有幾丁

18、質酶，它能水解破壞真菌的細胞壁。當植物體遭到真菌病原體的危害時，幾丁質酶的生物合成增加，以增強對入侵病原體的殺傷作用。液泡還具有吞噬病原體的作用，并通過其中的水解酶將病原體分解消滅，或將病原體圍困在液泡內，使之不能增殖蔓延。此外，液泡還具有吸收細胞質中某些有毒物質，將其貯存隔離起來，避免細胞中毒的作用。 6.中心體的結構和功能 在所有動物細胞中，中心體是主要微管組織中心，它的主要結構是一對互相垂直的中心粒加上周圍呈透明狀的基質。每個中心粒為直徑0.2 μm，長度0.4 μm的圓柱體。 在剛剛完成分裂的子細胞中只含有一對由母細胞而來的中心粒，它必須再復制一對才能在有絲分裂時形成完整的紡錘體

19、。中心粒要經(jīng)過一個復雜的發(fā)育周期，才能被復制并成熟。細胞進入間期的G1晚期時，兩個中心粒開始稍稍分離，并成為母中心粒。在間期的S期和間期的G2期中，每個母中心粒上逐漸形成一個相對應的中心粒，所以在一對新中心粒中包括一個母中心粒和一個子中心粒。在新的中心粒形成的同時，作為基質的周圍物質也不斷聚集，并且兩對中心粒沿著核膜移向兩極，有絲分裂期M早期時，中心粒不僅復制完成，而且處在兩極的位置。這樣中心粒的復制與移動，一方面保證了紡錘體的形成，另一方面決定了紡錘體的極，也就最終決定了細胞分裂的方向。 7.生物膜的發(fā)生與轉運 生物膜是在原有膜的基礎上，不斷由新的脂質或蛋白質插入而逐漸增長的。插入的方式

20、是有選擇性地插入到膜的某一側，維持著膜結構的不對稱性。大多數(shù)磷脂是在內質網(wǎng)上合成的，可通過兩種途徑運送到各種膜結構中。第一種途徑是通過磷脂轉運蛋白，線粒體、葉綠體、過氧化物酶體等細胞器膜中的脂質就是靠這種方式運送的。第二種方式是通過出芽和膜融合，例如，內質網(wǎng)通過出芽形成分泌囊泡運送蛋白質時，膜脂也隨之運送到高爾基體，并通過高爾基體形成分泌囊泡，將膜質運送到細胞膜。由于內質網(wǎng)與核膜相連，通過細胞分裂和核膜重建，內質網(wǎng)上合成的膜脂也就轉移到核膜。由于細胞的胞吞和胞吐作用以及囊泡運輸，使細胞膜和胞內的膜處于動態(tài)平衡狀態(tài)。 8.細胞質基質與胞質溶膠兩個概念的區(qū)別與聯(lián)系 細胞質基質與胞質溶膠的內涵是

21、基本相同的，或者說它們無本質區(qū)別。在真核細胞的胞質中，除去可分辨的細胞器以外的膠狀物質，稱為細胞質基質。細胞質基質成分可通過生物化學的方法測得。通常用差速離心的方法，分離出細胞勻漿中的各種細胞組分，先后除去細胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細胞膜等細胞器或細胞結構，留存在上清液中的主要為細胞質基質成分。細胞質基質概念的提出主要是從細胞學的角度來認識除去各種細胞器以外的胞質成分，認為它們是細胞重要的結構成分，各種細胞器行使它們的功能時，必須依賴細胞質基質。胞質溶膠主要是從生物化學的角度來認識相關成分，因為細胞質基質中存在著大量的生物大分子，其中包括數(shù)以千計的酶、各種反應底物和產物。大量的生化反應

22、在其中進行。在對細胞的結構與功能進行研究時，還是選擇細胞質基質這個概念較為合適。 9.細胞骨架的結構與功能 在細胞生物學的發(fā)展中，隨著電子顯微鏡和染色技術的應用，除了不斷認識各種細胞器的結構和功能以外，還發(fā)現(xiàn)在細胞質中有一個三維的網(wǎng)絡結構系統(tǒng)，這個系統(tǒng)被稱為細胞骨架。細胞骨架是細胞內以蛋白質纖維為主要成分的網(wǎng)絡結構，主要由三類蛋白纖維構成，即微管、微絲和中間纖維。組成微管的基本成分是微管蛋白，組成微絲的基本成分是肌動蛋白，組成中間纖維的基本成分相對復雜一些，包含一類纖維蛋白家族。通常微管主要分布在核周圍，呈放射狀向細胞質四周擴散，微絲主要分布在細胞膜的內側，而中間纖維則分布在整個細胞。雖然

23、細胞骨架各成員在細胞質中的分布有一定的規(guī)律性，但不是絕對的，隨著細胞類型或發(fā)育時期的不同會發(fā)生相應的變化。 細胞骨架具有多種功能。 （1）它在細胞內形成一個框架結構，為各種細胞器提供附著位點，將細胞器組成各種不同的體系和區(qū)域網(wǎng)絡，保證了各細胞器生命活動正常有序地進行。 （2）細胞骨架為細胞內的物質和細胞器的運輸及運動提供機械支撐。例如，由內質網(wǎng)產生的囊泡向高爾基體的運輸，通常由細胞骨架提供運輸軌道。 （3）為細胞運動提供機械動力。細胞上的纖毛和鞭毛主要由細胞骨架構成。 （4）參與細胞分裂。有絲分裂中的兩種主要事件，即核分裂和胞質分裂都與細胞骨架相關。這主要是由于有絲分裂中的紡錘體是由

24、微管形成的，而胞質分裂中的縊縮環(huán)是由微絲形成的。 10.說明人體疾病與細胞器異常相關性的事例 線粒體在細胞內具有十分重要的功能，如果受到損傷或出現(xiàn)異常將對細胞正常的生命活動產生極大的影響。許多研究工作表明，線粒體與人體疾病和衰老有關。克山病是以心肌損傷為主要病變的地方性心肌病，是由于缺硒而引起的?；颊呔€粒體硒含量明顯降低，慢性患者為正常量的50%，亞急性患者為正常量的12.5%。硒對線粒體膜具有穩(wěn)定作用，患者因缺硒而導致心肌線粒體出現(xiàn)膨脹，嵴稀少和不穩(wěn)定，膜電位下降，膜流動性降低，電子傳遞和氧化磷酸化受到明顯影響。 內質網(wǎng)在病理條件下，受到損傷或受到某些因素的作用時，會發(fā)生腫脹、肥大和某

25、些物質累積。腫脹是由于水分和鈉的流入，使內質網(wǎng)變成囊泡。這些囊泡還可以融合擴張成更大的囊泡。低氧、輻射和阻塞所造成的壓力等均能引起內質網(wǎng)的腫脹和擴張。低氧還能引起核糖體從粗面內質網(wǎng)上脫落。肝細胞內呈擴張狀態(tài)的內質網(wǎng)腔含有大量水分，呈現(xiàn)出混濁腫脹現(xiàn)象。 當細胞吞入某些有害的外源物質時，會對溶酶體造成損害，在某些因素的作用下溶酶體膜發(fā)生破裂。溶酶體還會由于缺少某些酶，相應的作用底物不能被分解。這些都會影響細胞的正常生理功能而引起病變?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多種先天性溶酶體病變是由于溶酶體缺乏某些酶而引起的。由于溶酶體缺乏這些酶，相應的底物不能被分解而積累于溶酶體中，從而造成代謝阻礙而導致疾病發(fā)生。Ⅱ型糖原蓄積病是由于患者的常染色體隱性基因的缺陷，不能合成α-葡萄糖苷酶，致使糖原無法被分解，而積累于溶酶體內，使溶酶體越變越大，以致大部分細胞質被溶酶體所占據(jù)。