生物细胞的基本结构十篇

生物细胞的基本结构篇1

高一生物必修一的学习，是大家进行高中生物学习的基础，所以同学们必须学好这部分知识，打好生物学习的坚实基础。下面小编给大家分享一些高中生物必修一知识，希望能够帮助大家，欢迎阅读!

高中生物必修一知识11、生命系统的结构层次依次为：细胞组织器官系统个体种群群落生态系统

细胞是生物体结构和功能的基本单位;地球上最基本的生命系统是细胞

2、光学显微镜的操作步骤：

对光低倍物镜观察移动视野中央(偏哪移哪)高倍物镜观察：①只能调节细准焦螺旋;②调节大光圈、凹面镜

3、原核细胞与真核细胞根本区别为：有无核膜为界限的细胞核

①原核细胞：无核膜，无染色体，如大肠杆菌等细菌、蓝藻

②真核细胞：有核膜，有染色体，如酵母菌，各种动物

注：病毒无细胞结构，但有DNA或RNA

4、蓝藻是原核生物，自养生物

5、真核细胞与原核细胞统一性体现在二者均有细胞膜和细胞质

6、细胞学说建立者是施莱登和施旺，细胞学说建立揭示了细胞的统一性和生物体结构的统一性。

细胞学说建立过程，是一个在科学探究中开拓、继承、修正和发展的过程，充满耐人寻味的曲折

7、组成细胞(生物界)和无机自然界的化学元素种类大体相同，含量不同

8、组成细胞的元素

①大量无素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg

②微量无素：Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu

③主要元素：C、H、O、N、P、S

④基本元素：C

⑤细胞干重中，含量最多元素为C，鲜重中含最最多元素为O

9、生物(如沙漠中仙人掌)鲜重中，含量最多化合物为水，干重中含量最多的

化合物为蛋白质。

10、(1)还原糖(葡萄糖、果糖、麦芽糖)可与斐林试剂反应生成砖红色沉淀;脂肪可苏丹III染成橘黄色(或被苏丹IV染成红色);淀粉(多糖)遇碘变蓝色;蛋白质与双缩脲试剂产生紫色反应

(2)还原糖鉴定材料不能选用甘蔗

(3)斐林试剂必须现配现用(与双缩脲试剂不同，双缩脲试剂先加A液，再加B液)

11、蛋白质的基本组成单位是氨基酸，氨基酸结构通式为NH2—C—COOH，各种氨基酸的区别在于R基的不同

12、两个氨基酸脱水缩合形成二肽，连接两个氨基酸分子的化学键(—NH—CO—)叫肽键

13、脱水缩合中，脱去水分子数=形成的肽键数=氨基酸数—肽链条数

14、蛋白质多样性原因：构成蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序千变万化，多肽链盘曲折叠方式千差万别

15、每种氨基酸分子至少都含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基因

16、遗传信息的携带者是核酸，它在生物体的遗传变异和蛋白质合成中具有极其重要作用，核酸包括两大类：一类是脱氧核糖核酸，简称DNA;一类是核糖核酸，简称RNA，核酸基本组成单位核苷酸

17、蛋白质功能：

①结构蛋白，如肌肉、羽毛、头发、蛛丝

②催化作用，如绝大多数酶

③运输载体，如血红蛋白

④传递信息，如胰岛素

⑤免疫功能，如抗体

18、氨基酸结合方式是脱水缩合：一个氨基酸分子的羧基(—COOH)与另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接，同时脱去一分子水，如图：

HOHHH

NH2—C—C—OH+H—N—C—COOHH2O+NH2—C—C—N—C—COOH

R1HR2R1OHR2

19、DNA与RNA的区别：

20、主要能源物质：糖类

细胞内良好储能物质：脂肪

人和动物细胞储能物：糖原

直接能源物质：ATP

高中生物必修一知识2一、真核细胞的结构和功能

(一)细胞壁

植物细胞在细胞膜的外面有一层细胞壁，其主要成分为纤维素和果胶，可用纤维素酶和果胶酶来除去。细胞壁作用为支持和保护。

(二)细胞膜

对细胞膜进行化学分析得知，细胞膜主要由脂质(磷脂)分子和蛋白质分子构成，其中脂质最多，约占50%;此外，还有少量的糖类。在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富。细胞膜的功能是将细胞与外界环境分隔开、控制物质进出细胞、进行细胞间的信息交流

(三)细胞质

在细胞膜以内，核膜以外的部分叫细胞质。活细胞的细胞质处于不断流动的状态，细胞质主要包括细胞质基质和细胞器。

1、细胞质基质

细胞质基质含有水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸、多种酶，在细胞质中进行着多种化学反应。

2、细胞器

(1)线粒体

线粒体广泛存在于细胞质基质中，它是有氧呼吸主要场所，被喻为"动力车间"。

光镜下线粒体为椭球形，电镜下观察，它是由双层膜构成的。外膜使它与周围的细胞质基质分开，内膜的某些部位向内折叠形成嵴，这种结构使线粒体内的膜面积增加。在线粒体内有许多种与有氧呼吸有关的酶，还含有少量的DNA。

(2)叶绿体

叶绿体是植物、叶肉、细胞特有的细胞器。叶绿体是绿色植物的光合作用细胞中，进行的细胞器，被称为"养料制造车间"和"能量转换站"。在电镜下可以看到叶绿体外面有双层膜，内部含有几个到几十个由囊状的结构堆叠成的基粒，其间充满了基质。这些囊状结构被称为类囊体，其上含有叶绿素。

(3)内质网

内质网是由单层膜连接而成的网状结构，大大增加了细胞内的膜面积，内质网与细胞内蛋白质合成和加工有关，也是脂质合成的"车间"。

(4)核糖体

细胞中的核糖体是颗粒状小体，它除了一部分附着在内质网上之外，还有一部分游离在细胞质中。核糖体是细胞内合成蛋白质的场所，被称为"生产蛋白质的机器"。

(5)高尔基体

高尔基体本身不能合成蛋白质，但可以对蛋白质进行加工分类和包装，植物细胞分裂过程中，高尔基体与细胞壁的形成有关。

(6)液泡

成熟的植物细胞都有液泡。液泡内有细胞液，其中含有糖类、无机盐、色素、蛋白质等物质，它对细胞内的环境起着调节作用，可以使细胞保持一定的形状，保持膨胀状态。

(7)中心体

动物细胞和低等植物细胞中有中心体，每个中心体由两个互相垂直排列的中心粒，及其周围物质组成。动物细胞的中心体与有丝分裂有关。

(8)溶酶体

溶酶体是细胞内具有单层膜结构的细胞器，它含有多种水解酶，能分解多种物质。

(四)细胞核

每个真核细胞通常只有一个细胞核，而有的细胞有两个以上的细胞核，如人的肌肉细胞，有的细胞却没有细胞核，如哺乳动物的红细胞细胞。

高中生物必修一知识3第一节细胞膜——系统的边界知识网络

1、研究细胞膜的常用材料：人或哺乳动物成熟红细胞

2、细胞膜主要成分：脂质和蛋白质，还有少量糖类

细胞膜成分特点：脂质中磷脂最丰富，功能越复杂的细胞膜，蛋白质种类和数量越多

3、细胞膜功能：

①将细胞与环境分隔开，保证细胞内部环境的相对稳定

②控制物质出入细胞

③进行细胞间信息交流

一、制备细胞膜的方法(实验)

原理：渗透作用(将细胞放在清水中，水会进入细胞，细胞涨破，内容物流出，得到细胞膜)

选材：人或其它哺乳动物成熟红细胞

原因：因为材料中没有细胞核和众多细胞器

提纯方法：差速离心法

细节：取材用的是新鲜红细胞稀释液(血液加适量生理盐水)

二、与生活联系：

细胞癌变过程中，细胞膜成分改变，产生甲胎蛋白(AFP)，癌胚抗原(CEA)

三、细胞壁成分

植物：纤维素和果胶

原核生物：肽聚糖

作用：支持和保护

四、细胞膜特性：

结构特性：流动性

举例：(变形虫变形运动、白细胞吞噬细菌)

功能特性：选择透过性

举例：(腌制糖醋蒜，红墨水测定种子发芽率，判断种子胚、胚乳是否成活)

五、细胞膜其它功能：维持细胞内环境稳定、分泌、吸收、识别、免疫

第二节细胞器——系统内的分工合作

一、细胞器之间分工

(1)双层膜

叶绿体：存在于绿色植物细胞，光合作用场所

线粒体：有氧呼吸主要场所

(2)单层膜

内质网：细胞内蛋白质合成和加工，脂质合成的场所

高尔基体：对蛋白质进行加工、分类、包装

液泡：植物细胞特有，调节细胞内环境，维持细胞形态

溶酶体：分解衰老、损伤细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒或病菌

(3)无膜

核糖体：合成蛋白质的主要场所

中心体：与细胞有丝分裂有关

二、分泌蛋白的合成和运输

核糖体内质网、高尔基体、细胞膜

(合成肽链)(加工成蛋白质)(进一步加工)(囊泡与细胞膜融合，蛋白质释放)

高中生物必修一知识4有机化合物：

蛋白质

蛋白质的基本组成单位是氨基酸，生物体中组成蛋白质的氨基酸大约有20种，在结构上都符合结构通式。氨基酸分子间以肽键的方式互相结合。由两个氨基酸分子缩合而成的化合物称为二肽，由多个氨基酸分子缩合而成的化合物称为多肽，其通常呈链状结构，称为肽链。一个蛋白质分子可能含有一条或几条肽链，通过盘曲﹑折叠形成复杂(特定)的空间结构。蛋白质分子结构具有多样性的特点，其原因是：构成蛋白质的氨基酸种类不同、数目成百上千、氨基酸排列顺序千变万化、多肽链形成的空间结构千差万别。由于结构的多样性，蛋白质在功能上也具有多样性的特点，其功能主要如下：(1)结构蛋白，如肌肉、载体蛋白、血红蛋白;(2)信息传递，如胰岛素(3)免疫功能，如抗体;(4)大多数酶是蛋白质如胃蛋白酶(5)细胞识别，如细胞膜上的糖蛋白。总而言之，一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。

脱水缩合：一个氨基酸分子的氨基(-NH2)与另一个氨基酸分子的羧基(-COOH)相连接，同时失去一分子水。

有关计算：

①肽键数=脱去水分子数=氨基酸数目-肽链数

②至少含有的羧基(-COOH)或氨基数(-NH2)=肽链数

核酸

核酸是遗传信息的载体，是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传和变异、蛋白质的生物合成有极其重要作用。核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两大类，基本组成单位是核苷酸，由一分子含氮碱基﹑一分子五碳糖和一分子磷酸组成。组成核酸的碱基有5种，五碳糖有2种，核苷酸有8种。

脱氧核糖核酸简称DNA，主要存在于细胞核中，细胞质中的线粒体和叶绿体也是它的载体。

核糖核酸简称RNA，主要存在于细胞质中。对于有细胞结构(同时含DNA和RNA)的生物，其遗传物质就是DNA;没有细胞结构的病毒，有的遗传物质是DNA如：噬菌体等;有的遗传物质是RNA如：烟草花叶病毒、HIV等

细胞中的糖类和脂质

糖类分子都是由C、H、O三种元素组成。糖类是细胞的主要能源物质。

糖类可分为单糖、二糖和多糖等几类。单糖是不能再水解的糖，常见的有葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖，其中葡萄糖是细胞的重要能源物质，核糖和脱氧核糖一般不作为能源物质，它们是核酸的组成成分;二糖中蔗糖和麦芽糖是植物糖，乳糖、糖原是动物糖;多糖中糖原是动物糖，淀粉和纤维素是植物糖，糖原和淀粉是细胞中重要的储能物质。

脂质主要是由CHO3种化学元素组成，有些还含有P(如磷脂)。脂质包括脂肪、磷脂、和固醇、。脂肪是生物体内的储能物质。除此以外，脂肪还有保温、缓冲、减压的作用;磷脂是构成包括细胞膜在内的膜物质重要成分;固醇类物质主要包括胆固醇、性激素、维生素D等，这些物质对于生物体维持正常的生命活动，起着重要的调节作用。

多糖、蛋白质、核酸等都是生物大分子，组成它们的基本单位分别是单糖(葡萄糖)﹑氨基酸和核苷酸，这些基本单位称为单体，这些生物大分子就称为单体的多聚体，每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架，由许多单体连接成多聚体。

高中生物必修一知识5第一节从生物圈到细胞

1病毒没有细胞结构，但必须依赖(活细胞)才能生存。

2生命活动离不开细胞，细胞是生物体结构和功能的(基本单位)。

3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)。

4血液属于(组织)层次，皮肤属于(器官)层次。

5植物没有(系统)层次，单细胞生物既可化做(个体)层次，又可化做(细胞)层次。

6地球上最基本的生命系统是(细胞)。

7种群：在一定的区域内同种生物个体的总和。例：一个池塘中所有的鲤鱼。

8群落：在一定的区域内所有生物的总和。例：一个池塘中所有的生物。(不是所有的鱼)

9生态系统：生物群落和它生存的无机环境相互作用而形成的统一整体。

10以细胞代谢为基础的生物与环境之间的物质和能量的交换;以细胞增殖、分化为基础的生长与发育;以细胞内基因的传递和变化为基础的遗传与变异。

第二节细胞的多样性和统一性

一、高倍镜的使用步骤(尤其要注意第1和第4步)

1、在低倍镜下找到物象，将物象移至(视野中央)

2、转动(转换器)，换上高倍镜。

3、调节(光圈)和(反光镜)，使视野亮度适宜。

4、调节(细准焦螺旋)，使物象清晰。

二、显微镜使用常识

1、调亮视野的两种方法(放大光圈)、(使用凹面镜)。

2、高倍镜：物象(大)，视野(暗)，看到细胞数目(少)。

低倍镜：物象(小)，视野(亮)，看到的细胞数目(多)。

3、物镜：(有)螺纹，镜筒越(长)，放大倍数越大。

目镜：(无)螺纹，镜筒越(短)，放大倍数越大。

放大倍数越大、视野范围越小、视野越暗、视野中细胞数目越少、每个细胞越大

放大倍数越小、视野范围越大、视野越亮、视野中细胞数目越多、每个细胞越小

4、放大倍数=物镜的放大倍数х目镜的放大倍数

5、一行细胞的数目变化可根据视野范围与放大倍数成反比

计算方法：个数×放大倍数的比例倒数=最后看到的细胞数

如:在目镜10×物镜10×的视野中有一行细胞,数目是20个,在目镜不换物镜换成40×,那么在视野中能看见多少个细胞?20×1/4=5

6、圆行视野范围细胞的数量的变化可根据视野范围与放大倍数的平方成反比计算

如:在目镜为10×物镜为10×的视野中看见布满的细胞数为20个,在目镜不换物镜换成20×,那么在视野中我们还能看见多少个细胞?20×(1/2)2=5

三、原核生物与真核生物主要类群：

原核生物：蓝藻，含有(叶绿素)和(藻蓝素)，可进行光合作用，属自养型生物。细菌：(球菌，杆菌，螺旋菌，乳酸菌);放线菌：(链霉菌)支原体，衣原体，立克次氏体

真核生物：动物、植物、真菌：(青霉菌，酵母菌，蘑菇)等、

四、细胞学说

1、创立者：(施莱登，施旺)

2、细胞的发现者及命名者：英国科学家、罗伯特?虎克

3、内容要点：P10，共三点

生物细胞的基本结构篇2

关键词：生物科学；核心课程；逻辑关系

中图分类号：G633.91

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）21-0130-03

1 引言

生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学是生物科学专业的核心课程，由于它们相互联系，交叉渗透，因此存在逻辑关系不清，课程内容重叠较多等问题，例如原核生物和真核生物基因表达调控在生物化学、细胞生物学、分子生物学都有介绍，基因工程原理在分子生物学、基因工程学中都有介绍，导致教师教学内容难以起舍，课程顺序难以安排。要理顺生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学的逻辑关系，确定各课程教学内容和教学顺序，必须把其定义，研究内容，发展历史动态结合起来。

2 生物科学专业核心课程概述

2.1 生物化学

生物化学是运用化学的理论和方法研究生物分子结构与功能、物质代谢及遗传信息传递与调控规律的科学。

生物化学是生命科学中最古老的学科之一。 随着生命科学的发展，各学科相互渗透。18世纪，一些从事化学研究的科学家转向生物领域，为生物化学的诞生播下了种子。19世纪末，生物化学从生理化学中独立。20世纪中后期又从生物化学分离出部分内容与遗传学部分内容结合为分子生物学，然后，分子生物学基因操作部分独立出来，形成基因工程学。

1920年以前，生物化学研究内容以分析生物体的化学组成、性质和含量为主，称为静态生物化学时期。

1920年-1950年，随着同位素示踪技术、色谱技术等物理学手段的广泛应用，生物化学从单纯的组成分析深入到物质代谢、能量转化，如：光合作用、生物氧化、糖、脂肪、蛋白质代谢等领域。这是生物化学飞速发展的时期，称为动态生物化学时期。

1950年以后，蛋白质化学和和核酸化学进展迅速，生物化学进入了分子生物学时期。分子生物学的发展揭示了生命本质的高度有序性和一致性，是人类在认识的巨大飞跃。根据生物化学的定义和历史，生物化学研究的内容包括以下几个方面。

2.1.1 生物的物质组成

生物是由一定的物质按特定的方式组成的，直到今天，新物质仍不断被发现。如陆续发现的干扰素、环核苷一磷酸、钙调蛋白、粘连蛋白、外源凝集素等都具有重要的生物学功能。另一方面，早已熟知的化合物也发现了新的功能，如20世纪50年代才知道肉碱是一种生长因子，而到60年代又发现其是生物氧化的载体。

2.1.2 物质代谢

生物体内绝大部分物质代谢是在酶催化下进行的，具有高度自动调节能力。一个小小的细胞内，有近2000种酶，在同一时间内，催化各种不同的化学反应。这些化学反应互不干扰，有条不紊地进行。表明生物体内的物质代谢有精确的调节控制系统。

2.1.3 结构与功能

生物大分子的功能与其特定的结构有密切关系。如酶的活性中心的结构决定其催化活性及其特异性；变构酶的活性还与其催化的代谢终末产物的结构有关。

核酸中核苷酸排列顺序的不同，其结构就不同，所含遗传信息不同。这些不同的构象对基因的表达具有调控作用。

生物体的糖包括多糖、寡糖和单糖。由于多糖链结构复杂，具有很大的信息容量，对于细胞专一地识别、相互作用具有重要作用。糖类将与蛋白质、核酸并列成为生物化学的主要研究对象。

在生物化学中，有关结构与功能关系的研究才仅仅开始，尚待大力研究的问题很多，其中重大的有：亚细胞结构中生物大分子间的结合，细胞的相互识别、细胞的接触抑制、细胞间的粘合、抗原与抗体的作用、激素、神经介质与其受体的相互作用等。

2.1.4 繁殖与遗传

生物典型特点是具有繁殖与遗传特性。基因是DNA分子中的一段核苷酸序列，现在DNA分子的核苷酸序列已不难测得，不但能在分子水平上研究遗传，而且还可能改变遗传，从而派生出基因工程学。

2.2 细胞生物学

细胞生物学是从显微水平、亚显微水平和分子水平研究细胞的结构及其生命活动规律的科学。

过去，细胞生物学主要是在光学显微镜下对细胞的形态结构和生活史进行研究，称为细胞学。20 世纪 50 年代以来，由于电子显微镜、放射性同位素、细胞结构组分分离技术、细胞培养等技术的广泛应用，特别是分子生物学的兴起，使细胞生物学研究的广度和深度都有迅猛发展，从宏观到微观、从平面到立体、从定性到定量、从分析到综合；从细胞、亚细胞、分子三个水平研究细胞的结构与功能、分裂与分化、衰老与死亡等生命活动规律及其调控机制，细胞与细胞、细胞与环境之间的相互关系。使原来以形态结构研究为主的细胞学转变成以生理功能研究为主、将结构与功能紧密结合起来的细胞生物学。由于细胞生物学在分子水平上的研究工作取得了深入的进展，因此细胞生物学又称为细胞分子生物学。细胞生物学研究内容如下。

2.2.1 细胞社会学

细胞社会学是细胞生物学中的一个新的领域。它是以系统论的观点研究细胞群体中细胞间的相互关系、细胞群体的社会行为；细胞识别、通讯、相互作用；整体和细胞群对细胞的生长、分化、形态发生和器官形成等活动的调控；细胞外环境对细胞的影响。

2.2.2 细胞的增殖、生长、分化与调控

研究细胞增殖、生长、分化及其调控机制，不仅是控制生物生长和发育的基础，而且是研究细胞癌变和逆转的重要途径。

2.2.3 细胞遗传学

细胞遗传学从细胞学角度来研究染色体的结构和行为以及染色体与细胞器的关系，从而探讨遗传与变异的机制等。

2.2.4 细胞化学

细胞化学：用切片或分离细胞成分，对单个细胞或细胞各个部分进行定性和定量的化学分析，研究细胞结构、化学成分的定位、分布及其生理功能。

2.2.5 分子细胞学

分子细胞学：从分子水平研究细胞与细胞器中蛋白质、核酸等大分子的组成、结构与功能及其遗传性状的表现和调控等，探讨细胞生命活动的分子机理。

2.3 遗传学

遗传学是研究生物遗传和变异规律的科学。孟德尔认为生物性状的遗传是受遗传因子控制的，并提出了遗传因子分离和自由组合的基本遗传规律。1900年，孟德尔的成果得到广泛重视，成为遗传学的基石。

20世纪初，利用光学显微镜发现了细胞有丝分裂和减数分裂过程中染色体及其行为，奠定了遗传的染色体理论基础。1910年左右，美国遗传学家摩尔根及其同事根据对普通果蝇的研究，提出了基因的连锁交换规律，并结合当时的细胞学成就，创立了以染色体遗传为核心的细胞遗传学。

遗传信息在分子水平上研究始于20世纪40年代。随着电子显微镜的发明，人们已能够直接观察遗传物质的结构及其在基因表达过程中的特征，使细胞遗传学的研究进入分子水平。

1953年，沃森和克里克提出了DNA的双螺旋结构模型，为进一步阐明DNA的结构、复制和遗传物质如何保持世代连续的问题奠定了基础，开创了分子遗传学这一新的学科领域。

遗传学研究的领域非常广泛，可划分成经典遗传学、细胞遗传学、分子遗传学和生统遗传学4个分支，各个分支领域相互联系、相互重叠、相互印证，组成了一个不可分割的整体。

经典遗传学研究从亲代到子代的遗传特性，包括遗传的分离规律；独立分配规律；连锁和交换遗传规律及机理；基因互作及其与环境的相互关系；性别决定与伴性遗传；基因及染色体变异；数量性状的特征及其多基因假说，近亲繁殖和杂种优势；细胞质遗传等。

细胞遗传学是通过细胞学手段对遗传物质进行研究。其内容包括细胞的结构和功能；染色体的形态结构；细胞的有丝分裂，减数分裂；配子的形成和受精。

分子遗传学是从分子的水平上研究遗传物质的结构及遗传信息的传递。内容包括DNA复制、转录和翻译，基因突变及修复，原核生物和真核基因表达与调控；基因、基因组及作图，遗传重组。

生统遗传学是用数理统计学方法来研究生物遗传变异规律的学科。根据研究的对象不同，又可分为数量遗传学和群体遗传学。前者研究生物体数量性状即由多基因控制的性状遗传规律，后者是研究基因频率在群体中的变化、群体的遗传结构和物种进化。

2.4 分子生物学

分子生物学是从分子水平研究核酸与蛋白质的结构与功能、遗传信息传递和调控，阐明生命本质的科学。

从19世纪后期到20世纪50年代初，确定了蛋白质是生命的主要物质基础，DNA是生物遗传的物质的载体，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。

从20世纪50年代初到70年代初，是现代分子生物学的建立和发展阶段，1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型为现代分子生物学诞生的里程碑，确立了核酸作为遗传信息分子的结构基础，提出了硷基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式，为核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。

70年代后，基因工程技术出现，人类进入认识生命本质并开始改造生命的发展阶段。

分子生物学原来是生物化学的一部分，因其太重要了，20世纪中后期从生物化学中分离出来并与遗传学结合，独立出来成为单独的学科，是生物化学的发展和延续。涉及的部分内容比生物化学更细致深入，并从整体上考虑。

分子生物学从蛋白质、核酸、基因及基因组结构开始，以中心法则为主线，阐述生物大分子在信息传导、基因表达调控中的相互作用和机理。主要内容包括蛋白质、核酸、基因和基因组的结构、DNA的复制、转录、转录后加工、基因突变与修复、蛋白质生物合成和翻译后加工、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。基因工程技术的原理和应用等。

2.5 基因工程学

20世纪70年代，随着 DNA的内部结构和遗传机制逐渐呈现在人们眼前，生物学家不再仅仅满足于探索、揭示生物遗传的秘密，而是开始设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。这就像工程设计，按照人类的需要（设计）把这种生物的某个“基因”与那种生物的某个“基因”进行“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物的工程技术被称为“基因工程”。

基因工程包括如下几个主要的内容：①目的基因的合成或提起分离。②载体的构建。③将载体转移到受体细胞并增殖。④重组DNA分子的受体细胞克隆筛选。⑤将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。

3 课程间的逻辑关系，教学内容选择及课程顺序安排

从生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学的定义，研究内容，发展历史动态可知，各学科的逻辑关系是：理解细胞结构及功能需要一定的生物化学基础，理解遗传物质的结构和功能需要一定的细胞生物学基础，而分子生物学是生物化学、遗传学交叉融合的产物，研究核酸和蛋白质分子结构和功能以及相互关系，而各个分子不能孤立发挥作用，必须依赖于一定的细胞结构，因此，生物化学是细胞生物学的基础；细胞生物学是遗传学和分子生物学的基础。基因工程是利用分子生物学的理论和实验技术进行转基因操作的部分独立出来的，因此分子生物学是基因工程学的基础。所以，高校应按生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程的顺序安排课程教学最为合适。

由以上可知，由于历史的原因，生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程学相互联系，交叉渗透，研究内容重复较多。因此，本研究根据其定义、逻辑关系及发展历史，同时为编写教材和教学的方便，建议生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学教学内容如下。

（1）生物化学主要教学内容主要有：蛋白质化学、核酸化学；酶学基础；糖代谢与生物氧化；脂类代谢；蛋白质的分解代谢等内容。而将DNA复制、转录、翻译、突变、修复及原核生物和真核生物基因表达调控留在分子生物学讲授。

（2）细胞生物学的教学内容主要有：细胞的基本结构；细胞生物学研究方法；细胞膜的结构与功能及物质跨膜运输；细胞质基质与细胞内膜系统；细胞通讯与信号传递；线粒体和叶绿体；细胞核与染色体；细胞骨架；细胞增殖及其调控；细胞分化、衰老与凋亡。

（3）遗传学的教学内容主要有：遗传的分离规律；独立分配规律；连锁和交换遗传规律；基因互作及其与环境的关系；基因定位与连锁遗传图；性别决定与伴性遗传；基因及染色体变异；染色体畸变；数量性状的特征及其多基因假说；近亲繁殖和杂种优势；细胞质遗传；遗传重组。

（4）分子生物学的教学内容主要有：DNA的复制、转录、转录后加工、基因突变与修复、蛋白质生物合成和翻译后加工、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。

（5）基因工程学的主要教学内容有：基因工程技术的原理和应用等。

以上各门课的教学内容相对前述和我国现行教材的教学内容作了较大调整，例如；核酸和蛋白质的组成及结构只在生物化学中讲授，细胞信号传递只在细胞生物学中讲授，基因工程原理只在基因工程学中讲授，避免了课程内容的重复。

参考文献：

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生物细胞的基本结构篇3

[关键词]医学细胞生物学 教学改革

[中图分类号]G622 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2015）12-0233-01

临床医学专业是一门实践性很强的应用科学专业。它致力于培养具备基础医学、临床医学的基本理论和医疗预防的基本技能，能在医疗卫生单位、医学科研等部门从事医疗及预防、医学科研等方面工作的医学高级专门人才。该专业学生主要学习医学方面的基础理论和基本知识，人类疾病的诊断、治疗、预防方面的基本训练。要具有对人类疾病的病因、发病机制做出分类鉴别的能力。随着细胞结构及功能的相关知识和理论在医学领域中的应用的不断深入，“细胞生物学”已成为现代医学的重要基础，在医学教育中占有重要的地位。对于现代医科学生来说，具备“细胞生物学”的相关基础知识和基本技能，是进一步学习其他医学课程必不可少的条件。

一、医学细胞生物学课程内容体系和结构

我校医学本科专业自1978年开设以来，在教育部组织的1997年、2006年本科教学工作水平评估中分别达到“优”和“良”的水平。为内蒙古、吉林、辽宁等全国各地区培养了一万多名合格的高级医学专业人才，临床专业毕业生遍布全国各省及美国、日本等国家。所招学生范围逐年扩大，并分为汉班和蒙班，其中蒙班学生为蒙古族，他们主要为蒙古族中小学考上来的，蒙语授课兼修汉语。

医学细胞生物学以细胞生物学和分子生物学为基础，是探索研究人体细胞发生、发育、增殖、衰老、死亡以及细胞结构与功能的异常与人类疾病关系的学科。课程基本内容有13章，包括细胞生物学绪论、细胞膜的化学组成与特性、细胞表面与细胞外基质、细胞膜的功能、细胞的内膜系统、线粒体、核糖体、细胞骨架、细胞核与遗传物质储存、细胞中遗传信息的传递及调控、细胞增殖与细胞周期、细胞分化、细胞衰老与死亡。第1章，引领学生进入医学细胞生物学课程，指导学生如何学习这门课；第2―9章为基础理论知识，学习医学细胞生物学特有的细胞结构与功能及其与疾病关系；第10―13章，主要以细胞为整体，看细胞的“一生”变化。通过这三部分的学习，能够使学生掌握人体细胞的知识，同时把细胞结构与功能的异常与人类疾病关系渗透到各个章节。

二、医学细胞生物学与其他课程的联系

医学细胞生物学在临床专业培养计划中，大一开课，这充分体现了该课程的基础性。其后的课程有生物化学、组织学与胚胎学、生理学、病理学、免疫学等。组织学与胚胎学是相互关联的两门学科，习惯列为一门专业基础课程。组织学是研究机体微细结构及其相关功能的科学。胚胎学主要是研究从受精卵发育为新生个体的过程及其机理的科学，其研究内容包括生殖细胞发生、受精、胚胎发育、胚胎与母体的关系、先天性畸形等。在其内容中涉及细胞的知识较多，比如什么是生殖细胞、细胞分化的原理、细胞分裂产生新的细胞等等。如果没有学习相应的细胞生物学课程，很难理解这些基本概念与原理。生理学是研究机体正常生命活动规律的一门课程，学生能够学习人体各器官的基本功能，认识机能与结构的联系，理解机体的整体统一性及与环境的对立统一关系。其内容包括细胞、组织、器官和系统的基本功能及功能调节。该课与细胞生物学关联紧密，很多人体生理活动，都是以细胞为基础。比如细胞的Na-K离子泵工作原理阐释了物质在细胞两侧的运输，从而调节人体内环境渗透压平衡。

生物化学是运用化学的理论与方法，从分子水平研究生命现象的科学，能够使学生获得生物化学的基本理论、基本知识和基本技能。其内容包括蛋白质与核酸化学、维生素、酶、生物氧化、物质代谢及其调节、肝脏生化和酸碱平衡等。这里提到的核酸是细胞内的遗传信息载体，生物氧化、物质代谢多发生在细胞内，可见，离开了细胞，生物化学这门课程将无法开展。病理学是一门研究疾病的病因、发病机制、病理改变（包括代谢、机能和形态结构的改变）和转归的医学基础学科。其目的是认识和掌握疾病的本质的发生发展的规律，从而为防治疾病提供必要的理论基础和实践依据。人类很多疾病的本质是特定细胞的损伤，比如高胆固醇血症，主要发病原因是细胞膜上的受体缺失或无法识别供体。因此，在介绍这类疾病时，就需要掌握细胞的结构、细胞膜的功能等细胞生物学内容。医学免疫学研究机体免疫系统的组织结构和生理功能的科学，其基本定义概念如抗原、抗体，这些都是细胞内外存在的物质。

因此，随着我校临床专业培养计划的改革发展，医学细胞生物学必定成为必不可少的专业基础课程，需要加以重视。

【参考文献】

[1]吕毅，吴小健，向俊西等.抓好临床医学专业学位人才培养新模式试点工作的探讨[J].西北医学教育，2014（05）：866-868.

[2]白一，龚云辉，刘希婧等.临床医学专业八年制医学教育的现状[J].中华妇幼临床医学杂志（电子版），2014（01）：113-115.

生物细胞的基本结构篇4

新课程所倡导的探究性学习重视过程，有利于学生创新精神和实践能力的培养，但很难使学生获得系统的知识，似乎很多知识是无法通过探究获取的。如何在高中生物教学中建构探究性的课堂，怎样在重视知识层面的概念教学的基础上，创设展示概念形成和发展的知识建构过程，使学生在探究性学习的过程中“创造”知识，便成为高中生物教学中一个非常值得探讨的问题。

2 教学实践

下面以“细胞质和细胞器”第一课时的教学为例，探讨如何建构探究性的课堂，并帮助学生在探究性学习的过程中建构知识。

2.1 教材与学情分析

本节课是苏教版必修1第三章第二节的内容，是第三章的重点，知识点多，且和各章节联系密切。如核糖体的结构与功能和必修1第二章“蛋白质的合成”以及必修2的“基因控制蛋白质的合成”等有关，线粒体、叶绿体的结构知识和必修1第四章“光合作用与细胞呼吸”密切相关。授课对象为高一学生，在前一课时学习了原核细胞与真核细胞的区别，对细胞结构有了总体的认识。另外初中生物已经介绍了细胞质和叶绿体、线粒体以及液泡等重要细胞器，学生对于其主要功能已有一定的了解，这些都为本节课的学习奠定了良好的基础。

2.2 教学目标

知识目标：概述细胞质基质的成分和主要功能，说出线粒体和叶绿体等几种细胞器的形态和功能。

能力目标：制作临时装片，使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。

情感目标：认同生物科学的发展离不开有关技术的进步，逐步确立“结构与功能相统一、局部与整体相统一”的观点。

2.3 教学重点和难点

教学重点：线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等主要细胞器的形态结构和功能。

教学难点：区别细胞质与细胞质基质，说出线粒体和叶绿体等几种细胞器的形态和功能。

2.4 教学方法

教学方法为实验探究法和讨论法。

2.5 设计思路

“细胞质和细胞器”这一节按照传统的教学模式设计，一般分为2个课时，第一课时学习细胞质的概念，以及叶绿体和线粒体的结构功能（含实验），第2课时学习其他细胞器的结构和功能，虽有实验探究，但只局限于部分内容。鉴于本节内容在教材中主要以图群的形式展现，直观、生动、整合，毫不教条，笔者尝试借助显微镜带领学生重温细胞结构的发现之旅。第一课时仅研究细胞器的形态和功能，按科学家发现细胞结构（主要是细胞器）的顺序，以实验探究的形式展开学习，帮助学生建构知识。

设计思路图如图1所示。

2.6 教学过程

展示有关列文虎克以及显微镜发展的资料、图片。

师：人类对细胞的结构和功能的认识是随着显微技术的发展而不断深入的。我们一起用手中的显微镜开始细胞结构的发现之旅吧！

活动一：制作临时装片观察黑藻的叶细胞。

教师简单说明制作临时装片及显微观察的要点，要求学生实验并拍摄黑藻叶肉细胞叶绿体的照片以及30 s左右的视频显示细胞质的流动情况。

师：你观察到哪些细胞结构？

生：叶绿体、细胞壁、细胞膜、液泡和细胞核。

教师展示初中学过的植物细胞图，复习相关结构。提问有关光合作用的知识，说明其与叶绿体的关系。如学生对液泡及细胞核能否观察到存在疑问，可暂时搁置。

师：观察黑藻的临时装片，发现叶绿体是运动的，说明了细胞质是流动的，是细胞活力的象征。另可看到黑藻细胞中的空白区域，叶绿体围绕这一区域流动，可间接证明液泡的存在。要更直接的观察液泡，可进行活动二。

活动二：制作并观察洋葱鳞片叶外表皮临时装片。

教师提问学生如何制作装片，尤其是怎样撕取洋葱鳞片叶的外表皮。同时引导学生观察液泡、细胞核以及细胞壁（膜），使学生了解：其液泡明显是因为体积庞大并富含色素；叶绿体易于发现也与其体积大且含有色素有关。

活动三：使用高倍镜观察线粒体。

教师展示动物细胞的结构示意图，提问：没有液泡、叶绿体，那里面还有什么细胞器？学生初中学过线粒体，可以很快答出。

学生使用高倍镜观察大鼠胰腺的铁苏木精染色玻片标本，找到染成蓝色的线粒体。

资料分析：德国科学家华乐柏在研究线粒体时，统计了某种动物部分细胞中线粒体数量如表1所示。分析回答下列问题。

① 心肌细胞的线粒体数量最多，这是因为什么？

② 冬眠状态下肝细胞中线粒体比在常态下多的原因是什么？

生：说明线粒体的主要功能，是进行有氧呼吸和形成ATP（产生能量）的主要场所。

活动四：发现其他细胞器

师：利用我们手中的光学显微镜，已经很难有新的发现了，但细胞结构是不是只有这些呢，科学家仍在探寻，我们也需要转换思路。

投影展现某动物细胞（有丝）分裂的图像，请学生分析：

① 图中所示的生物学现象是什么？

② 依据结构与功能相适应的原理，细胞中应有与该现象有关的结构。

③ 很多细胞具有分泌功能，如唾液腺细胞能够分泌唾液淀粉酶，细胞中也应有相关的结构与之适应。

学生阅读课本39页图群，认识中心体、高尔基体的形态，了解其功能。

教师带领学生回顾细胞结构的发现史：在19世纪科学家们陆续发现了：液泡、叶绿体、中心体、线粒体和高尔基体。其中的线粒体和高尔基体由于需染色才能看到，所以发现较晚。进入20世纪，尤其是30年代卢斯卡等人发现了电子显微镜，使得细胞结构的研究又往前迈进了一大步。教师引导学生转换思路进行新的发现。

师：细胞中生物大分子合成的场所在哪里？

生：淀粉在叶绿体中合成，核酸主要在细胞核中合成。蛋白质、脂质合成的场所不清楚。

学生阅读课本39页图群，寻找答案。认识内质网及核糖体。

活动五：动植物细胞结构的比较。

教师利用图2，使学生重温动植物细胞各个结构的名称，说出它们的功能，比较动植物细胞结构的区别：① 细胞膜；②细胞核；③ 线粒体；④ 内质网；⑤ 核糖体；⑥ 高尔基体；⑦ 液泡；⑧ 叶绿体；⑨ 细胞壁；⑩ 中心体。其中，①～⑥为动植物共有，⑦⑧⑨是植物所特有的，⑩是动物特有的。

生物细胞的基本结构篇5

[关键词]血管;组织工程;细胞外基质;生物力学

[中图分类号]R318[文献标识码]A[文章编号]1008-6455(2010)07-0996-04

Effects of decellularization using biotic enzymes on the mechanical properties of the canine carotid artery

LIU Guo-feng1,HE Zhi-juan2,YANG Da-ping1,XU Xue-wu1,LIU Ying1,REN Li-hong1,LI Qing-chun1

(1.Department of Plastic Surgery,Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150086,Heilongjiang,China; 2.Department of Obstetrics and Gynecology,First Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin 15001 0,Heilongjiang,China)

Abstract:ObjectiveThe objective of this study is to investigate the effects of decellularization using biotic enzymes on the mechanical and structural properties of the canine carotid artery.MethodsIntact canine carotid artery were decellularized by using Trypsin/EDTA,ribonuclease and desoxyribonuclease. Residual cellular and extracellular matrix composition was evaluated with hematoxylin and eosin (H&E) staining,quantitative DNA analysis and scanning electron microscopy. Tensile strength, burst strength and compliance were measured in vitro to determine the effects of decellularizedprocess on the biomechanical properties of the canine carotid artery.ResultsHistology and scanning electron microscopy examination demonstrate that scaffolds were completely decellularized and scaffolds revealed a well-preserved extracellular matrix. Compared with fresh canine carotid artery, decellularized artery had similar burst and breaking strength and had lower compliance.Conclusion This study demonstrates that the decellularized artery using biotic enzymes had similar burst and breaking strength and had lower compliance compared with fresh canine carotid artery.

Key words: vascular grafts; tissue engineering; extracellular matrix; biomechanical

血管组织工程学研究为临床上小口径血管移植物的制备提供了光明的前景,口径小于6mm的小口径组织工程血管研究与大口径血管移植物的研究有很大的差别[1]。因为血管移植物与受区血管生物力学性质的匹配程度对不同口径的组织工程血管移植物通畅率的影响差别较大,血管移植物的口径越小受到的影响越大,小口径血管移植物在受体内更容易发生内膜增生、中膜增厚,最后导致移植物的官腔狭窄甚至闭塞[2]。血管组织工程研究中支架材料的力学性质对血管移植物的生物力学性质起着决定性的作用,所以在小口径组织工程工程血管的研究中制备与受区血管生物力学性质完全匹配的支架材料是最关键的科学问题,这将决定小口径组织工程血管移植的远期通畅率[3]。本实验将对小口径组织工程血管脱细胞基质生物支架材料的生物力学性质进行研究,明确生物酶联合消化法对犬颈总动脉脱细胞基质材料生物力学的影响。

1材料和方法

1.1 实验用动物:普通杂种家犬,体重25～30kg,6个月龄,雌雄不限。

1.2 实验材料及主要仪器:胰蛋白酶(Trypsin)、核糖核酸酶(Ribonuclease,RNase)、脱氧核糖核酸酶(Desoxyribonu clease,DNase):美国Sigma公司;EDTA(Ethylenediamine tetraacetic acid)、磷酸缓冲盐溶液(Phosphate buffer solution,PBS):北京中杉生物公司;普通光学显微镜:日本Nikon公司;S-3400N型扫描电子显微镜:日本Hitachi公司;电子万能实验材料机:德国Zwick-Roell公司。

1.3 犬颈总动脉脱细胞基质材料制备: 无菌条件下切取犬颈总动脉,大量无菌PBS冲洗,去除血液成分及外层附属软组织,选择切取长度约为7cm,内径约为3mm的动脉,利用胰蛋白酶和核酸酶连续消化法去除动脉细胞及其碎片成分[4]。先用0.1% 胰蛋白酶加0.02% EDTA 溶液消化20h,中间更换1次消化液,大量PBS冲洗后用20μg/ml RNase +200μg/ml DNase溶液消化2h,大量无菌PBS 溶液冲洗。以上步骤均在5%CO2、37℃,80次/ min持续震荡条件下进行。监测制备的脱细胞血管基质,使材料的细胞DNA残留量少于0.1%。同时选取新鲜犬颈总动脉作为对照组(每组6例),进行以下检测。

1.3 组织学染色 将标本置于10%中性甲醛溶液中固定24h,常规石蜡包埋、切片,进行HE染色。在普通光学显微镜下对标本的结构进行组织学评价照相。

1.4 扫描电镜观察 将标本在1%戊二醛溶液中固定24h以上,用1%饿酸作后固定2h,50%、70%、90%、100%丙酮梯度脱水,50%、70%、90%、100%醋酸异戊酷置换,应用临界点干燥仪、液体C02等进行干燥;干燥的标本固定在铝质标本台上,用溅射镀膜机镀金后,用S-3400N型扫描电子显微镜系统观察并照相。

1.5 生物力学检测:利用Zwick/Roell Z010型电子万能力学实验机测定标本的拉伸强度、爆裂强度及轴向顺应性。拉伸强度及轴向顺应性检测:将管状标本(长度为5cm)两端固定于微型夹具上,以0.5mm/s的速度拉伸,直至标本断裂,系统自动记录标本的应力-应变曲线及极限拉伸强度,计算出标本的轴向顺应性。爆裂强度检测:把管状标本一端用丝线结扎,另一端固定于装满生理盐水的5ml医用注射器上,注射器筒壁固定于250ml玻璃葡萄糖瓶中,整个装置平置在力学实验机上,以40kPa/s的力向标本内注射生理盐水,直至标本爆裂或漏液,系统自动记录标本的爆裂强度。

1.6统计学分析: 所有定量实验结果均用x±s表示,利用SPSS11.0统计学软行独立样本t检验,P

2结果

2.1大体所见:犬颈总动脉脱细胞基质材料仍保持新鲜血管的管状结构,血管的长度及内径无明显改变,材料外观呈乳白色(图1)。

2.2 组织学结构:新鲜犬颈总动脉具有血管典型的三层结构:内膜、中膜及外膜,中膜层较厚,包含大量的环状排列蓝染的细胞核成分和细胞外基质成分(图2A)。经脱细胞处理后,血管壁中的蓝染的细胞核成分全部去除,但脱细胞血管的细胞外基质中纤维成分保存完整连续,没有发生断裂破碎等。血管的中膜层结构中可见细胞及部分细胞外基质去除后遗留的空隙,同时血管内外膜结构的细胞外基质成分保持完好(图2B)。

2.3 扫描电镜观察:脱细胞犬颈总动脉脱细胞基质横断面的扫描电镜照片可见大致的三层细胞外基质结构,内层见完整致密的内弹性膜,中层可见成层环状排列的纤维板层结构,纤维连续,可见梭形空隙,材料外层可见杂乱排列的外膜层纤维条索组织(图3A)。材料内表面扫描电镜照片显示,材料的内弹性膜纤细的纤维呈网状分布,纤维完整,未见明显断裂缺失,透过纤维网可见深部中膜层较粗大的纤维(图3B)。

2.4 生物力学性质:爆裂强度检测结果如下,脱细胞犬颈总动脉基质组为315.00±12.49 KPa,新鲜犬颈总动脉组为330.52±18.73 KPa,两组标本爆裂强度相似,差别无统计学意义(P>0.05)(图4)。极限拉伸强度检测结果如下:脱细胞犬颈总动脉基质组为4 122.91±118.05 KPa,新鲜犬颈总动脉组为4 212.99±103.80 KPa,两组标本极限拉伸强度相似,差别无统计学意义(P>0.05)。轴向顺应性计算结果如下,脱细胞犬颈总动脉基质组为0.945±0.158 mm/mm,新鲜犬颈总动脉组为1.195±0.22 mm/mm,脱细胞犬颈总动脉基质组轴向顺应性低于新鲜犬颈总动脉组,差别有统计学意义(P

3讨论

具有三维空间结构的支架材料是构建组织工程血管的基本要素之一,能为血管种子细胞生长和组织发育提供临时的支撑骨架,并能够调控所构建血管的形态。研制和开发理想的支架材料仍然是血管组织工程所面临的巨大挑战。为了克服可降解高分子聚合物材料在生物相容性方面的不足,很多学者把研究目光转移到了自然来源的生物支架材料上[5]。自然生物材料具有良好的生物相容性,能够促进细胞的黏附、生长、增殖及生物功能的发挥。血管组织工程支架材料的发展趋势是自然生物材料的应用,自然生物材料是最有应用潜力的组织工程支架材料来源[6]。血管脱细胞基质材料的三维空间结构与自然血管的结构非常类似,因此具有理想的外形和适当的生物力学性质,是血管组织工程学研究中较为理想的生物支架材料[7]。

正常血管的细胞外基质成分包含胶原纤维、弹性蛋白及蛋白聚糖等成分,胶原纤维及弹性蛋白对于血管的强度起关键性的作用。胶原纤维具有良好的抗张强度,对于维持血管的完整性具有重要意义,弹性蛋白和蛋白聚糖有一定的弹性,能够使血管具有良好的顺应性[8]。研究表明,脱细胞处理会改变血管原有的生物力学性质,特别是材料的顺应性常会降低[9]。本实验利用生物酶连续消化法制备的犬颈总动脉脱细胞基质材料在去除了细胞及DNA残留物的同时,细胞外基质的纤维成分保持完整连续,所以脱细胞材料的拉伸强度和爆裂强度与新鲜血管相似。除胶原纤维和弹性蛋白等细胞外基质纤维成分外,蛋白聚糖成分在脱细胞处理过程中常会遭到破坏,蛋白聚糖的去除对于脱细胞血管的拉伸强度和爆裂强度没有明显的影响,但会使材料的弹性降低变硬,生物力学的表现是材料的顺应性下降[10]。本实验的结果也证实了这一点,经过生物酶连续消化脱细胞处理,脱细胞犬颈总动脉基质材料的轴向顺应性有所降低,从组织学观察可以看出,脱细胞后血管横断面胶原纤维和弹性蛋白等纤维条索中间出现很多梭形空隙,这些空隙是由于中膜内平滑肌细胞及蛋白聚糖的去除而形成的,因此,脱细胞犬颈总动脉的轴向顺应性与新鲜血管相比有所降低。

组织工程血管的拉伸强度、爆裂强度的顺应性是重要的生物力学力学评价指标,足够的拉伸强度和爆裂强度能够保证血管移植后能够抵抗长期的血液动力学作用而不形成动脉瘤。而对于小口径组织工程血管移植物,顺应性与拉伸强度和爆裂强度相比显得更为重要,小口径血管移植物和受区血管之间的顺应性要匹配,这是移植物长期成功的重要保证[11-12]。血管移植物与受区血管之间的顺应性等力学性质错配会导致血流动力学的变化,血流方向改变、剪切力增加、下游血流紊乱、循环张力改变,从而引起吻合口处的应力集中,刺激内膜增生的生长因子的释放增加,促进了血栓的形成和新内膜的增生,最终导致血管移植物长期通畅率明显降低[13-14]。脱细胞处理经常会导致血管细胞外基质材料顺应性的降低,从而影响构建的小口径组织工程血管与受区血管生物力学性质的匹配,导致移植失败,所以提高以脱细胞血管基质为支架材料的小口径组织工程血管的顺应性是组织工程血管研究的瓶颈问题。可能的解决方案包括:(1)改进完善脱细胞血管基质材料的制备方法,在保证血管细胞成分完全去除的前提下尽量保留细胞外基质材料原有的生物力学性质;(2)通过在脱细胞血管基质材料上复合某种其他材料制备顺应性良好的复合支架材料;(3)在体外利用脱细胞血管支架材料构建组织工程血管的过程中促使平滑肌细胞分泌大量新生细胞外基质成分,以增加组织工程血管的顺应性。

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生物细胞的基本结构篇6

关键词：细胞膜；结构；功能

中图分类号：G632.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0270-02

[教材分析]

“简述细胞膜的结构和功能”是普通高中生物课程标准中的具体内容标准。要求学生通过细胞膜的亚显微结构的学习，理解细胞膜结构和功能相适应的特点。为进一步学习物质的跨膜运输打下基础。而学习这些重难点内容的前提是熟悉细胞膜的成分以及各成分的特点，本节内容就是以细胞膜的成分和功能展开讨论的。

[教学目标]

1.知识目标。（1）简述细胞膜的成分和功能。（2）临时装片的制作和显微镜的操作要领。

2.能力目标。（1）体验制备细胞膜的方法。（2）通过设计和分析实验，培养学生的科学探究能力。

3.情感态度与价值观。认同细胞膜是细胞这个生命系统的边界，及其对这个系统的重要意义。

[教学重点]

1.细胞膜的组成成分及其功能。

2.形象化理解细胞膜存在的意义。

[教学难点]

1.体验用哺乳动物成熟的红细胞制备细胞膜。

2.体验细胞膜对细胞这个生命系统的重要意义。

[教学方法]

自主探究法，分析讨论法，归纳法

[教学准备]

多媒体课件，实物准备

[教学过程]

一、情境创设

让学生回顾已有对细胞的认识（细胞的结构和细胞的成分等），引出第3章课题。利用书中的问题探讨，给学生两分钟时间讨论，然后提问学生，引导出第1节课题——细胞膜。

师：大家猜想一下细胞膜的成分是什么？它的功能又是什么呢？要想解决这两个问题，我们必须想办法得到细胞膜，下面我们就来体验一下细胞膜的制备过程。

二、新知获取

[实验]

体验制备细胞膜的方法

师：我们知道，要想获得实验的成功，正确取材是关键，下面看以下几种细胞图：

（课件展示几种细胞的图片分别是：高等植物细胞，红细胞，肌细胞）

讨论：以上三种细胞哪种比较作这个实验的实验材料呢？你能说说你选择它的原因吗？

生：红细胞，因为植物细胞有细胞壁，有各种细胞器膜；肌细胞也有各种细胞器膜，如：核膜，线粒体膜等。

阅读课本P41旁栏相关信息：任何红细胞都可以吗？用鸽子的红细胞可以吗？

生：不可以，必须用哺乳动物成熟的红细胞，因为鸽子的红细胞内有细胞核和各种细胞器，那也就存在核膜和各种细胞器膜。

师：那么如何利用哺乳动物成熟的红细胞获取细胞膜呢？你有什么好的方法吗？

多媒体演示实验（红细胞的吸水与失水）：

注意：1.此实验的实验原理是什么？

2.实验过程中你能观察到哪些实验现象？

学生观看实验并小组讨论后回答问题：

生1：原理是：细胞放在清水里，水可以进入细胞，把细胞涨破，细胞内的物质流出来，就可以得到细胞膜了。

师：很好，其实我们可以将其总结为四个字，哪四个字呢？

大部分学生可以答出：“吸水涨破”。

老师给与表扬并板书：

实验原理：细胞吸水涨破

师解释渗透吸水的原理：水分子向着高浓度的方向移动。

师：很好，大家能描述一下你看到的实验现象吗？

生：可以看到近水的部分红细胞发生变化，凹陷消失，细胞体积增大，很快细胞破裂，内容物流出。

师：请大家分析以下材料分别说明了什么？（小组内讨论，得出最优答案）

①1859年，E.Oerton选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现凡是易溶于脂质的物质，也容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，也不容易穿过膜。

②1897年，Crijins和Hedin用红细胞做实验，同样也证明分子的通透性与其在脂质中的溶解度有关，且溶解度越大越容易通过。生：细胞膜的组成成分中含有脂质。师：细胞膜的组成成分中含有脂质，主要是磷脂，能构成细胞膜的基本骨架，占细胞膜总重量的50％左右。

③1925年荷兰科学家Gorter和Grendel从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是细胞膜的2倍，说明了什么？生：细胞膜中的磷脂是双层的。

老师解释：磷脂分子的结构：亲水端，疏水端，板演磷脂分子在水与空气界面的排布。引导学生画出磷脂分子在细胞膜中的排布方式。

④科学家对细胞膜化学成分深层分析，发现细胞膜会被蛋白酶分解，说明了什么？

生：细胞膜的组成成分中还含有蛋白质。

观察课本封面的细胞膜模式图：

师总结：可以看出蛋白质分子以贯穿、镶嵌、覆盖三种形式存在于磷脂双分子层中，那么蛋白质在细胞膜中的功能是什么？

生：行使细胞膜的功能。

师：例如，细胞与细胞之间的信息交流就要靠细胞膜上的糖蛋白。

二、细胞膜的功能

师：请大家一起看课本P42，并总结细胞膜的功能。

教师与学生一起学习后总结：

1.将细胞与外界环境分割开。

2.控制物质进出细胞。细胞膜的功能特点：选择透过性。

3.进行细胞的信息交流。

思考：你认为细胞膜还可能有那些功能?

生：七嘴八舌。

师总结：物质交换；细胞识别；分泌，排泄；细胞的免疫等。

师：思考：哪些生物具有细胞壁?哪些生物没有细胞壁?

生：有细胞壁的生物有：绝大多数的原核生物；真菌；植物细胞

无细胞壁的生物有：动物细胞；病毒

师：总结。

讲解：植物细胞壁的主要成分是：纤维素和果胶

细菌细胞壁的主要成分是：肽聚糖

植物细胞壁的功能：对植物细胞起支持和保护作用。

[教学反思]

生物细胞的基本结构篇7

【关键词】归纳；总结；分析；结论

一、常现生物：

1.细菌：原核类：具细胞结构，但细胞内无核膜和核仁的分化，也无复杂的细胞器，包括：细菌（杆状、球状、螺旋状）、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、螺旋体。

①细菌：三册书中所涉及的所有细菌的种类：

乳酸菌、硝化细菌（代谢类型）；

肺炎双球菌S型、R型（遗传的物质基础）；

结核杆菌和麻风杆菌（胞内寄生菌）；

根瘤菌、圆褐固氮菌（固氮菌）；

大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌（为基因工程提供运载体，也可作为基因工程的受体细胞）；

苏云金芽孢杆菌（为抗虫棉提供抗虫基因）；

假单孢杆菌（分解石油的超级细菌）；

甲基营养细菌、谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌（微生物的代谢）；

链球菌（一般厌氧型）；

产甲烷杆菌（严格厌氧型）等

②放线菌：是主要的抗生素产生菌。它们产生链霉素、庆大霉素、红霉素、四环素、环丝氨酸、多氧霉素、环已酰胺、氯霉素和磷霉素等种类繁多的抗生素（85%）。繁殖方式为分生孢子繁殖。

③衣原体：砂眼衣原体。

2.病毒：病毒类：无细胞结构，主要由蛋白质和核酸组成，包括病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）① 动物病毒：RNA类（脊髓灰质炎病毒、狂犬病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、流感病毒、艾滋病病毒、口蹄疫病毒、脑膜炎病毒、SARS病毒）DNA类（痘病毒、腺病毒、疱疹病毒、虹彩病毒、乙肝病毒）

②植物病毒：RNA类（烟草花叶病毒、马铃薯X病毒、黄瓜花叶病毒、大麦黄化病毒等）

③微生物病毒：噬菌体。

3.真核类：具有复杂的细胞器和成形的细胞核，包括：酵母菌、霉菌（丝状真菌）、蕈菌（大型真菌）等真菌及单细胞藻类、原生动物（大草履虫、小草履虫、变形虫、间日疟原虫等）等真核微生物。

① 霉菌：可用于发酵上工业，广泛的用于生产酒精、柠檬酸、甘油、酶制剂（如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等）、固醇、维生素等。在农业上可用于饲料发酵、生产植物生长素（如赤酶霉素）、杀虫农药（如白僵菌剂）、除草剂等。危害如可使食物霉变、产生毒素（如黄曲霉毒素具致癌作用、镰孢菌毒素可能与克山病有关）。常见霉菌主要有毛霉、根霉、曲霉、青霉、赤霉菌、白僵菌、脉胞菌、木霉等。

4.微生物代谢类型：

① 光能自养：光合细菌、蓝细菌（水作为氢供体）紫硫细菌、绿硫细菌（H2S作为氢供体，严格厌氧）2H2S+CO2 [CH2O]+H2O+2S

② 光能异养：以光为能源，以有机物（甲酸、乙酸、丁酸、甲醇、异丙醇、丙酮酸、和乳酸）为碳源与氢供体营光合生长。阳光细菌利用丙酮酸与乳酸用为唯一碳源光合生长。

③ 化能自养：硫细菌、铁细菌、氢细菌、硝化细菌、产甲烷菌（厌氧化能自养细菌）CO2+4H2 CH4+2H2O

④ 化能异养：寄生、腐生细菌。

⑤ 好氧细菌：硝化细菌、谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等

⑥ 厌氧细菌：乳酸菌、破伤风杆菌等

⑦ 中间类型：红螺菌（光能自养、化能异养、厌氧[兼性光能营养型]）、氢单胞菌（化能自养、化能异养[兼性自养]）、酵母菌（需氧、厌氧[兼性厌氧型]）

⑧ 固氮细菌：共生固氮微生物（根瘤菌等）、自生固氮微生物（圆褐固氮菌）

5.植物：C3和C4植物、阳生和阴生植物、豌豆、荠菜、玉米、水稻（2×12）、洋葱（2×8）、香蕉（3n）、普通小麦（六倍体）、八倍体小黑麦、无籽西瓜（3n）、无籽番茄、抗虫棉、豆科植物等。

6.动物：人（2×23）、果蝇（2×4）、马（2×32）、驴（2×31）、骡子（63）等。

二、重要的观点、结论：

1.生物体具有共同的物质基础和结构基础。细胞是一切动植物结构的基本单位。病毒没有细胞结构。细胞是生物体的结构和功能的基本单位。

2.新陈代谢是生物体进行一切生命活动的基础，是生物最基本的特征，是生物与非生物的最本质的区别。

3.生物遗传和变异的特征，使各物种既能基本上保持稳定，又能不断地进化。生物的遗传特性，使生物物种保持相对稳定。生物的变异特性，使生物物种能够产生新的性状，以致形成新的物种，向前进化发展。

4.生物体具应激性，因而能适应周围环境。生物体都能适应一定的环境，也能影响环境。

5.组成生物体的化学元素，在无机自然界都可以找到，没有一种化学元素是生物界所特有 的，这个事实说明生物界和非生物界具统一性。生物界与非生物界还具有差异性。组成生物体的化学元素和化合物是生物体生命活动的物质基础。

6.糖类是细胞的主要能源物质，葡萄糖是细胞的重要能源物质。淀粉和糖元是植物、动物细胞内的储能物质。蛋白质是一切生命活动的体现者。脂肪是生物体的储能物质。核酸是一切生物的遗传物质。

7.组成生物体的任何一种化合物都不能够单独地完成某一种生命活动，只有这些化合物按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象。细胞就是这些物质最基本的结构形式。

8.细胞膜具一定的流动性这一结构特点，具选择透过性这一功能特性。

9.细胞壁对植物细胞有支持和保护作用。线粒体是活细胞进行有氧呼吸的主要场所。叶绿体是绿色植物光合作用的场所。核糖体是细胞内将氨基酸合成为蛋白质的场所。染色质和染色体是细胞中同一种物质在不同时期的两种形态。细胞核是遗传物质储存和复制的场所，是细胞遗传特性和细胞代谢活动的控制中心。

10.构成细胞的各部分结构并不是彼此孤立的，而是互相紧密联系、协调一致的，一个细胞是 一个有机的统一整体，细胞只有保持完整性，才能够正常地完成各项生命活动。

11.原核细胞最主要的特点是没有由核膜包围的典型的细胞核。

12.细胞以分裂的方式进行增殖，细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。

13.细胞有丝分裂的重要意义（特征），是将亲代细胞的染色体经过复制以后，精确地平均分配到两个子细胞中去，因而在生物的亲代和子代间保持了遗传性状的稳定性，对生物的遗传具重要意义。

14.高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，也就是保持着细胞全能性。

15.酶的催化作用具有高效性和专一性，需要适宜的温度和pH值等条件。

生物细胞的基本结构篇8

1《.骨的结构与成分》涉及的探究活动

《骨的结构和成分》是北京版初中生物教材第二册第八章《生物的运动》第二节《运动的形成》中第二课时的内容。在第一节学习动物运动方式的基础上，教材第二节内容进一步探讨动物运动的形成，为后面学习动物的行为打下基础。《骨的结构和成分》这节课首先让学生通过观察长骨的内部结构，分析其作用，建立长骨是一个中空的坚实的生物器官的概念，再通过探究鱼骨的成分，增强学生对骨的成分和特性的感性认识，推理出骨的成分和特性的关系。阐述人的一生中骨的成分的动态变化，从而增强体育锻炼的思想意识，为后面学习运动的实现打下基础。本节课以小组合作的方式进行学习，面向全体学生，促进每个学生的充分发展。借助实验分析和讨论的过程，引导学生主动参与、勤于动手、积极思考，符合新课标提出的“倡导探究性学习”的理念。依据维果茨基提出的“最近发展区”概念，利用学生原有的认知结构，在学生和教师的互动中实现知识和能力的发展。

2.生物体的结构层次

初中生物课程标准强调：教师在教学中要组织好各种观察、实验等探究性学习活动，帮助学生增加感性认识，克服对微观结构认识的困难，使学生领悟科学研究的方法并习得相关的操作技能。据此，结合生物个体水平的知识、化学和物理学知识以及学生的生活经验，突破学习难点。鼓励学生搜集有关细胞研究和应用方面的信息，进行交流以丰富相关知识，加深对科学、技术、社会相互关系的认识。同时运用建构主义“学习过程的最终目的是完成意义建构”的教学设计思想，确定本节知识主题，围绕如何引导学生实现该主题的意义建构进行教学设计。例如：在生物体层次结构主题下，重要概念细胞是生物体结构和功能的基本单位。在这一重要概念的构建时，教师可以设计探究动植物细胞结构实验———观察洋葱表皮细胞、黄瓜果肉细胞、番茄果肉和果皮细胞、人的口腔上皮细胞、皮肤细胞、平滑肌细胞、神经细胞等，构建动、植物细胞都有细胞膜、细胞质、细胞核等结构，以进行生命活动；相比动物细胞，植物细胞具有细胞壁、叶绿体、液泡等特殊结构这两个重要概念。再设计观察洋葱根尖细胞分裂，了解根冠、分生区、伸长区、成熟区细胞的形态结构变化；观察蛙的胚胎发育细胞变化和神经组织、肌肉组织、结缔组织（骨细胞、血液细胞等）、上皮组织和卵细胞、等的不同细胞形态和结构，构建细胞进行分裂、分化，以生成更多不同种类的细胞用于生物体生长、发育和繁殖这一重要概念。设计观察水中的单细胞生物和原生动物（如草履虫）的取食、运动、趋性，构建一些生物由单细胞构成，可独立完成生命活动；一些生物由多细胞构成的重要概念。通过这一系列探究实验的设计，依存这些重要概念的构建，帮助学生构建细胞是生物体结构和功能的基本单位这一重要概念。由此，实验教学的设计是围绕重要概念构建的。实验教学的设计要求有助于帮助学生构建重要概念，有助于帮助学生积极主动的获取生物科学知识、领悟科学研究方法。只有有的放矢的实验设计，才能落实到生物学重要概念的构建。

3.光合作用

光合作用的概念是初中生物学的一个重要概念。植物光合作用形成的有机物，是自身及其他所有生物的食物来源和能量来源，对自然界的物质循环和能量转化都具有极其重要的作用，学生理解它对于以后的学习至关重要。关于光合作用的概念，多数学生可以准确地说出来，然而，这种表述只是停留在记忆水平，并没有直接的实践体验。通过绿叶在光下产生淀粉的实验，可以让他们切实感受到植物在接受光照后，能在叶片中产生淀粉，这一实验对于他们理解光合作用的概念至关重要。初中一年级的学生虽然有了一定的逻辑思维能力，但光合作用的原理比较抽象，在缺少具体现象支持的情况下，很容易将之定义化，所以本节知识要用具体的、形象的实验进行教学。让学生体验到由现象到理论的过程，即通过感性认知上升到理性知识。通过一系列的实验设计、操作、探究和讨论，可以使学生对实验的设计原理、技巧，有更深层次的感悟。通过实验还可以培养学生的实验操作技能、合作精神和探究能力。《绿叶在光下合成淀粉》是初一上学期比较复杂的一个实验，对操作的准确性要求高，而且具有一定危险性。对此，在教学中笔者对两个方面作重点控制，一个是酒精灯和火焰，这个确保安全，另一个是条件、现象的操作和观察一定要严谨，以保证结果的客观性。安全控制的细节有两个，一是酒精灯的使用，让学生2人一小组，每小组在实验前先进行点燃酒精灯和熄灭酒精灯的练习，确保操作成功。二是烧杯很热，容易烫伤或脱手，所以进行镊子夹取烧杯的预练习，确保都能准确操作才进行实验。实验条件控制上要求一定要叶片变白后才取出，并注意滴加碘液的量。通过实验，学生普遍观察到实验现象，体会到每个实验操作的环节对于实验结果的出现都至关重要，更重要的是，他们能更深刻地理解植物只有绿色部分在光下才能产生淀粉的知识，对于其形成光合作用概念十分有帮助。

二、科学探究对重要概念理解的贡献

依据《基础教育课程改革纲要》：倡导学生主动参与、乐于探究，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。学生在不断的发现问题、寻求解决办法的过程中，转变了学习方式，提高了生物科学素养。科学探究活动应该围绕重要概念组织探究实验，使学生在鲜活的实验情景中充分发挥其主动性，构建起对重要概念的深层次理解。在生物体的结构层次这个主题下，教学过程中要注意引导学生进行“从微观到宏观再从宏观到微观”这样的思维方式训练。当学生能从这两个方向进行思考后，学生认识的人体、动物体和植物体，就会更充实、更深刻、更具体，也更有利于学生理解生物体的结构层次。如：细胞的结构和功能是抽象而死板的知识，如何把知识讲活才是本节课的关键。《细胞》这节课最大的特点就是，通过实验落实细胞的结构这部分知识，让学生能够更真实、更直观地认识到细胞形态，但是结构采用传统讲授法，直接告知。本节课的思维紧密，要求学生紧跟教师思路，边观察边思考，对学生的思维是一种训练，其为特点之二。从学生为主体出发，他们能通过实验，直观感受到不同植物不同结构的细胞结构不同，是因为它们的功能不同，为后面的细胞各结构的功能做铺垫，也自然而然的树立了结构和功能相统一的生物学观点，从而领悟细胞是生物体结构和功能的基本单位，就达到了本章的教学目的，这是特点之三。因为前一章节学习了细胞的有关知识，从细胞分裂、分化到组织的形成，器官、系统的形成，这是从微观到宏观，为了知识衔接得比较顺畅，要对课本编排的顺序做一定的调整，跳过了绿色开花植物的结构层次这一部分内容，在讲完细胞分化形成组织后，上节课直接让学生对人体四种基本组织的切片进行了观察。在学生对四种基本组织微观结构观察的基础上，今天这节课的开始就通过课件中的大量图片总结了四种基本组织的结构特点、功能，以及其在人体中的分布位置，既是对上节课的一个简单回顾，也是帮助学生建立微观到宏观的联系，为后面理解组织是如何形成器官的做好铺垫。生物学概念是高度抽象的，然而在进行教学时，不应使学生仅仅记住生物学概念那些抽象的文字，而应使学生透过抽象的文字看到一个绚丽多彩、生机盎然的生物界。因此，在向学生讲述生物学概念时必须首先向学生提供必要的感性认识：教什么，就要有什么，教什么，就要看什么。通过鸡翅的解剖观察实验，让学生对各种组织有一个宏观、感性的认识，通过真实的观察认识到像鸡翅这样的结构是由多种组织构成的，并且进一步认识到各种组织是有序分布、排列的，为学生得出器官这个概念提供感性认识。学生对概念的学习就是从这样的感性认识开始的，通过实验观察，可以使理论知识具体化，使抽象知识形象化，给学生识记、理解、运用概念创造条件。在概念生成后，还要让学生强化和深化对概念的理解。这部分整体的思路是感知、概括、运用的过程。在本节课的教学中，器官这个概念是在鸡翅解剖观察的基础上，通过对人体中胃这个具体的实例分析得出的。系统这个概念，也是通过对人体中消化系统这个具体的实例分析得出的，在得出概念后，又通过设置情景，如“在人体剧烈运动的过程中，人体的哪些系统功能加强了？”还有“为什么饭后立即运动会消化不良？”让学生对所学概念进行具体的应用，即在新情景中解释具体问题，深化学生对概念的理解。这样，让学生从具体的、个别的现象中得出一般的概念与规律，再由这一般的规律去解释个别或特殊的现象，解决个别或特殊的问题。经过这样一种由特殊到一般，再由一般到特殊的反复过程，对概念的理解才能深入。

三、教学反思与提升

生物细胞的基本结构篇9

一、教学目标的确立依据

（一）课程标准要求及解读

对于生物膜的结构，山东省2017级生物学科教学指导意见中的要求为“概述生物膜的结构”。概述为理解水平，即不仅要说出流动镶嵌模型的基本内容，还应该建立生物膜结构和功能之间的联系。2017版《普通高中生物学课程标准》中与这一部分有关的学业要求有：“从结构和功能相适应这一视角，解释细胞由多种多样的分子组成，这些分子是细胞执行各项生命活动的物质基础；建构并使用细胞模型，阐明细胞各部分结构通过分工与合作，形成相互协调的统一整体。”本节课是在学习了细胞膜功能和生物膜系统功能的基础上进行的，所以可以很好地使学生形成结构和功能相适应的观点，从而提高生命观念这一核心素养，所以这是本节课的一个重要目标。本节课将以生物膜结构的探究历程为主线，构建生物膜的流动镶嵌模型，从而使学生对细胞结构有一个更清晰的认识，进而能阐明其功能，所以引导学生回顾生物膜结构的探究历程进而总结出流动镶嵌模型的主要内容是本节课重要的学习目标。另外课标要求注重生物科学史和科学本质的学习，而本节课恰恰是以生物膜结构的探究历程为主线，可以让学生沿着科学家探索的道路，理解科学的本质和科学研究的思路、方法，让学生认识到“科学知识可能随着研究的深入而改变”“科学工作依赖观察和推论”“科学工作采用基于实证的范式”。

（二）教材与教学内容分析

1、内容分析

“生物膜的结构”为人教版高中生物学教材《分子与细胞》第4章第2节《生物膜的流动镶嵌模型》的内容，是上一章中“细胞膜——系统的边界”内容的延伸，与第4章第1节“物质跨膜运输的实例”和第3节“物质跨膜运输的方式”联系紧密，起到承上启下的作用。教学内容主要包括两部分 ：科学家对生物膜结构的探究历程；生物膜流动镶嵌模型的基本内容。在此基础上建立细胞膜结构和功能的联系，使学生认同结构与功能相适应的观点。对于生物膜结构的探索历程，教材中选取的资料简明扼要，所以在教学中以教材提供的资料为主，补充了冷冻断裂技术，以便学生认识蛋白质在膜中的分布情况和技术对于科学发展的推动作用；对于荧光标记人-鼠细胞融合的实验，不是直接给出，而是先让学生设计实验，以此培养学生科学探究的核心素养。

2、重难点分析

教学重点：生物膜结构的探究历程；生物膜流动镶嵌模型的基本内容。

教学难点：探究蛋白质分子是否能够运动的实验设计；建立细胞膜结构和功能的联系。

（三）学情分析

学生己经学习了细胞膜的成分和功能，认同了细胞膜作为系统边界对于细胞生命活动的重要意义，但对细胞膜的结构完全不了解 ，所以应该从膜的功能引入本节课的学习，最终让学生认同结构和功能是相适应的这一基本的生物学观点。高一学生对于科学研究的一般方法和科学的本质等缺乏深入认识，科学探究能力需要逐步培养，所以本节课应该通过分析生物膜结构的探究历程和实验设计，提高学生对科学研究方法和科学本质的认识，提高学生的科学探究能力。

二、教学目标

1.通过资料分析，回顾生物膜的探究历程，理解科学的本质和科学研究的思路、方法，通过血型的介绍增强社会责任感。（科学思维、科学探究、社会责任）

2.说出流动镶嵌模型的主要内容。（生命观念）

3.建立细胞膜结构和功能的联系，认同结构和功能相适应的观点。（科学思维、生命观念）

三、评价设计

目标1、通过目标检测题1学生对相关问题的回答进行评价进行评价

目标2、通过目标检测题2进行评价

目标3、通过学生对相关问题的回答进行评价

生物细胞的基本结构篇10

关键词DNA纳米结构； 药物转运载体； 智能载药； 评述

1引 言

肿瘤的治疗是复杂的系统工程， 以化疗和放疗为主要手段。传统小分子化学药物治疗效果好， 但存在水溶性差、生物利用度低、毒性强等缺点， 需要大剂量给药， 给病人带来很大的毒副作用＼[1＼]；新颖的蛋白和核酸类药物， 在肿瘤治疗中表现出很好的效果和极大的潜力， 但价格昂贵、稳定性差、不易被细胞摄取＼[2＼]。因这些药物的生物利用度差， 所以对其运输方式提出了新要求。发展新颖和有效的药物转运载体技术， 提高药物的治疗效果， 已成为近年来生物学和医学研究的热点。

常用的药物转运载体主要是脂质体＼[3＼]和阳离子树状聚合物＼[4＼]等高分子类载体。近年来， 多种无机纳米材料， 如纳米金＼[5～7＼]等， 被大量用于转运反义RNA＼[8＼]、小干扰RNA＼[9＼]和抗癌药物＼[10＼]的研究。然而， @些载体具有内在细胞毒性＼[11＼]， 装载药物的种类和数量不可控， 可控靶向释放能力较差＼[12＼]。理想的药物转运载体应满足以下条件：（1） 能够保护药物免于被降解， 同时保留药物分子的生物学活性；（2） 可以改善药物的水溶性， 降低毒性、免疫原性及其它副作用；（3） 能穿透生物膜屏障， 例如细胞膜、内质网膜等；（4） 可以同时转运多种药物分子；（5） 具备智能转运能力， 如靶向可控药物释放等。

近十几年来， 结构DNA纳米技术蓬勃发展， 为构建高效药物载体提供了新思路。DNA是自然界中组成生物的遗传材料， 具有天然的生物相容性。由DNA经碱基互补配对形成的自组装DNA纳米结构， 是一类具有精确结构和尺寸的纳米生物材料， 同时具备多个化学反应位点、手性性质等特点， 在众多领域都有广泛的应用前景＼[13＼]。研究表明， DNA纳米结构能以极高的效率进入细胞， 这为DNA纳米结构应用于药物转运载体奠定了基础＼[14＼]。

本文首先回顾了DNA纳米技术的发展历程， 介绍基于DNA纳米结构的新型药物转运载体研究现状， 对于动态DNA纳米结构在智能药物载体中的应用进展进行评述， 并对其发展前景进行了展望。

2DNA纳米技术和自组装DNA纳米结构的发展历程

自1983年Seeman设计第一个四臂核酸交叉结构（图1A）以来＼[15＼]， 研究者意识到DNA不仅是生命的密码， 更能作为生化模块， 自下而上构建纳米世界。自此， 基于WastonCrick碱基互补配对的多种自组装DNA纳米结构纷纷面世， 结构DNA纳米技术得到快速发展并获得广泛应用。

在结构DNA纳米技术发展初期， 所合成的结构仅是数条DNA单链通过碱基互补配对形成的交叉和拓扑结构， 例如由等摩尔DNA单链混合得到的单交叉点多分支结构＼[16＼]（图1B）。这一类型的组装可以形成二维或三维结构， 然而其大小难以控制且机械强度不足。1993年， Seeman研究组设计的多交叉结构＼[17＼]有效解决了这一问题， 例如双螺旋结构域之间的多个交叉位点可以形成坚固的平面结构＼[18＼]。此后， 采用多链碱基配对的方法合成了大量三维多面体结构， 如四面体＼[19＼]（图1D）。

通过上述结构基元的粘性末端杂交， 可以进一步合成高阶周期性结构， 包括树枝状DNA＼[20＼]（图1E）、水凝胶＼[21＼]、DNA晶体＼[18＼]（图1F）等。然而这些通过基元粘性末端杂交构建的超结构具有一定局限性， 例如合成耗时， 需精确控制DNA单链化学计量比， 并且所用的基元纯度要求高， 结构的复杂性有限。为了解决这些问题， Ke等采用不同的单链基元取代多链基元合成了复杂的三维纳米结构＼[22＼]。

2006年， Rothemund设计的DNA折纸＼[23＼]开辟了DNA纳米技术的新纪元。DNA折纸以一条长DNA骨架单链为基础， 在数百条订书钉链的帮助下折叠成所需结构。典型的DNA折纸有二维平面折纸＼[23＼]（图1G）、三维曲率折纸＼[24＼]（图1H）和不对称折纸＼[25＼]（图1I）。由于多条订书钉链与骨架链相互作用， 因此不需要严格控制化学计量比， 从而大大提高了组装效率。更重要的是， 这种方法可以构建具备分子尺度可寻址性的复杂纳米物体。

目前， 这种精确构建的DNA纳米结构已在多个领域应用， 例如DNA管状纳米结构可作为模板诱导蛋白质排布， 进而用于蛋白质结构的核磁共振分析＼[26＼]；二维DNA纳米结构可以位点特异性地固定生物分子探针， 用于制备纳米传感阵列＼[27＼]。此外， DNA纳米结构可用于制备磷脂膜通道和生物反应器＼[28＼]；还可作为模板， 用于构建质子化结构， 在纳米设备中引导和转换光路＼[29＼]。本文重点综述DNA纳米结构作为药物转运载体应用的相关研究。

3DNA纳米结构与细胞的作用过程

DNA纳米结构作为一种药物载体， 其与细胞的相互作用直接影响药物的治疗效果。DNA纳米结构在细胞内能够稳定存在是其发挥作用的前提条件， 而高摄取效率则可以保证其能载带足量的药物分子进入细胞内发挥作用。DNA纳米结构进入细胞的过程和进入细胞后， 均涉及一系列复杂的生理过程， 与稳定性、作用模式、运动模式等多个因素密切相关。

3.1DNA纳米结构在生理条件下的稳定性

DNA纳米结构作为药物转运载体功能的实现， 极大依赖于其在细胞内外环境中的稳定性。DNA纳米结构必须维持足够长时间的稳定性， 才能发挥其预期功能。Surana等＼[30＼]通过荧光实验， 研究了不同DNA纳米结构在细胞内的稳定性， 他们发现， DNA纳米结构的灵活性可避免其与核酸酶接触， 从而避免被核酸酶降解。Keum等＼[31＼]的研究表明， DNA四面体在10%胎牛血清（Fetal bovine serum， FBS） 中能够在42 h内维持结构的稳定性。Mei等＼[32＼]的研究表明， DNA折纸在细胞裂解液中能维持其结构和功能的稳定。Walsh等＼[33＼] 的研究表明，DNA纳米结构在细胞内吞48 h后仍保持结构完整。Shen等＼[34＼]发现DNA折纸完全降解大约需要60 h。这些研究均证明DNA纳米结构在复杂生理条件下具备足够的稳定性， 能够作为药物载体得到应用。

3.2DNA纳米结构与细胞膜的相互作用

细胞膜是DNA寡核苷酸的天然屏障， 由于细胞膜带负电荷， 一般的DNA单链和双螺旋等很难透过膜进入细胞内部。然而最近研究表明， DNA纳米结构能以极高的效率自由进入细胞＼[33＼]。造成这一区别的原因在于， 简单的DNA由于表面负电荷的排斥作用， 难以靠近细胞膜；而DNA纳米结构虽然带有负电荷， 但其独特的纳米尺寸特性使其可以通过内吞作用（包括胞吞和胞饮作用）进入细胞内部， 这一过程是能量依赖的主动运输过程， 而非简单扩散。2011年， Turberfield和 Fan的研究组都发现， DNA纳米结构可不依赖转染试剂进入细胞， 并且证明了是细胞的内吞作用介导了这一过程＼[33，35＼]。随后， Liang等＼[36＼]利用单颗粒追踪技术揭示了DNA四面体进入Hela细胞的途径， 发现四面体通过网格蛋白介导的胞饮途径进入溶酶体。他们还发现DNA纳米结构的形状和尺寸都会影响细胞的摄取效率， 长宽比较大的结构更易被细胞摄取＼[37＼]。

3.3DNA纳米结构在细胞内的去向

DNA纳米结构进入细胞后的运动过程和在细胞内的最终去向等相关研究尚处于起步阶段， 还存在争议。目前主要存在两种观点， 一种认为DNA纳米结构的最终去向是溶酶体， 另一种则认为细胞质是它们的终点。Zhao等＼[38＼]构建了阿霉素（Doxorubicin， Dox）和DNA纳米结构的复合物， 该复合物在内吞体内缓慢降解， 同时缓慢释放Dox进入细胞质， 最后进入细胞核。@一过程展示了DNA纳米结构在细胞内沿内吞体溶酶体途径的运输过程。Tay等＼[39＼]发现在四面体上修饰特殊分子信标后， 可以使四面体分布在细胞质中， 而非进入溶酶体。 Charoenphol等＼[40＼]构建了核酸适配体DNA纳米结构复合物， 该复合物可通过胞饮途径进入癌细胞， 随后逃脱内吞体溶酶体而免于被降解， 但是， 该复合物仍旧进入正常细胞的内吞体并被降解。

3.4溶酶体逃逸

DNA纳米结构能够在溶酶体的酸性环境中发生降解、构象变化等反应。对于纳米药物而言， 尽管溶酶体中的酸性环境有利于药物分子从DNA纳米结构中释放， 然而由于多数药物的作用靶点不在溶酶体， 药物分子在溶酶体中释放会导致药物无法被运输到靶点， 影响药物的作用效果。溶酶体逃逸的路径包括胞饮作用和非吞噬作用的摄取过程（如小窝蛋白介导的内吞途径）， 这两种方式都可避免DNA药物载体和药物被溶酶体降解＼[41＼]。2014年， Liang等＼[36＼]在DNA四面体上修饰核定位序列（Nuclear localizaiton signals， NLS）， 从而引导四面体逃脱溶菌酶，进入细胞核。此外， Chen等＼[42＼]合成了长度为0.5～1.5 μm的纳米带， 由于其尺寸超过溶酶体， 使得部分结构突出溶酶体， 最终实现溶酶体逃逸。

4静态DNA纳米结构在药物转运载体中的应用进展

基于受外界刺激时能否发生明显的形态改变， DNA纳米结构可大致分为两类：静态DNA纳米结构和动态DNA纳米结构。本部分文将总结静态DNA纳米结构在药物转运载体中的应用进展。

4.1转运化疗药物

20世纪以来， 能够快速杀死癌细胞的化疗药物成为临床治疗癌症的首选。传统的化疗药物具有毒副作用大、选择性低、易在肝肾等部位富集的缺陷。化疗药物中研究较多的Dox在实验室和临床研究中都易引发多药抗性＼[43＼]， 极大限制了它的应用。

Dox通过嵌入DNA双链， 干扰大分子生物合成， 从而抑制癌细胞生长。使用DNA纳米结构载带Dox， 对提高Dox药效、降低副作用， 并克服细胞抗药性， 具有重要意义＼[44＼]。

Jiang等使用DNA折纸作为Dox载体（图2A）， 获得了极高的Dox荷载效率， 同时发现该DoxDNA折纸复合物不但对人乳腺癌细胞（MCF7）具有毒性， 也对Dox抗性癌细胞具有杀伤效果＼[45＼]。DNA折纸增加了细胞对Dox的内吞效率， 从而显著提高了对Dox抗性癌细胞的杀伤效果。Zhao等＼[38＼]设计两种DNA纳米结构载带Dox杀伤3种癌细胞（图2B）， 这两种结构的不同扭曲程度造成了嵌入DNA双螺旋的Dox数量有差异。他们发现， 通过调整DNA纳米结构的构型， 可以调节Dox装载效率和药物释放动力学；与游离Dox相比， DoxDNA纳米结构的细胞毒性明显提高， 并且清除效率下降。

4.2转运功能核酸

功能核酸包括核酸适配体（Aptamer）、反义寡核苷酸、小干扰RNA （siRNA）、microRNA等具有特殊功能的核苷酸序列， 在疾病的诊断治疗中广泛应用。由于载体与药物均为核酸， 可以便捷地通过核酸杂交或嵌入的方式实现药物分子的载带。

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