高中生物教案-第一节 细胞的结构和功能（二）

二细胞质的结构和功能

一、知识结构二、教学目的

1.细胞质基质内含有的物质和细胞质基质的主要功能(C：理解)。

2.线粒体和叶绿体的基本结构及主要功能(C：理解)。

3.内质网、核糖体、高尔基体、中心体、液泡这几种细胞器的主要功能(C：理解)。

三、重点和难点

1.教学重点

(1)线粒体和叶绿体的基本结构及主要功能。

(2)内质网、核糖体、高尔基体、中心体、液泡的主要功能。

2.教学难点

线粒体和叶绿体的基本结构和主要功能。

四、教学建议

本小节的教学内容，应结合学生实验统筹考虑。例如，细胞质的概念、组成部分(基质、细胞器)的关系、叶绿体的结构和功能等内容，可以在有关的学生实验中学习。

关于细胞质的教学，重点是讲述各种细胞器的结构成分、结构特点和主要功能。根据学生的接受能力，可对结构与功能相适应的特点，各种结构功能之间的联系，进行不同程度的分析。

在讲述线粒体时，要充分利用教材中的示意图，让学生注意观察线粒体的结构特点和它浸浴在细胞质基质中的状况。在分析线粒体外膜时，一方面要指出外膜使线粒体相对独立于细胞质基质；另一方面又要指出，通过外膜使细胞质基质与线粒体内部进行着物质交换。在分析线粒体内膜时，要注意使学生理解内膜的折叠增加了内膜的表面积，这有利于有氧呼吸酶系的附着，有利于有氧呼吸的化学反应大量地进行。

讲述叶绿体时，要在对叶绿体成分和结构特点的分析中，渗透出它与高效利用光能(如基粒中垛叠的囊状结构)，完成光合作用一系列反应(如含光合作用的色素、酶)是相适应的。在教学中，可适当对比线粒体和叶绿体。

关于内质网的教学，要尽可能利用立体结构示意图，使学生正确理解内质网的结构特点和在细胞质中的状况。关于内质网的作用，一方面扩大了细胞内的膜表面积，形成了物质运输通道；另一方面与脂质、糖类和蛋白质的合成有密切关系。

在讲述核糖体时，要注意引导学生观察插图，知道有的核糖体附着在内质网膜的外侧，有的游离在细胞质的基质中，因此，核糖体和内质网是相对独立的两种细胞器。要指出核糖体无膜结构，它是合成蛋白质的场所(如果时间允许，还可以回顾氨基酸缩合成肽的知识)。如果学生条件较好，教学中可适当渗透出附着的和游离的这两类核糖体所合成的蛋白质的去向有所不同。附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质进入内质网腔中，继续进行加工并被运输。

关于高尔基体的教学，要结合细胞结构图，说明它与内质网、细胞膜的相互联系，理解高尔基体对细胞分泌物的形成、加工和转运的作用。在植物细胞中，它合成的纤维素对细胞壁的形成有重要作用。

对于中心体和液泡的教学，不必扩展，有些作用可结合后面有关知识进行讲述。

本小节教学的总结，可以用动物或植物细胞的整体示意图，分析各种细胞器之间的结构联系和功能联系。

五、参考答案

复习题一、1.线粒体，内质网，染色质，高尔基体，中心粒。2.〔4〕高尔基体。3.〔2〕内质网。4.〔5〕中心体。5.〔1〕线粒体。

二、1.(C)；2.(B)；3.(C)；4.(B)；5.(A)；6.(B)。

三、在叶绿体的3、4部分。

实验讨论题1.叶绿体在细胞质基质中不是静止不动的。呈椭球体形的叶绿体在不同的光照条件下可以运动，这种运动能够随时改变椭球体的方向，使叶绿体既能接受较多的光照，又不至于被强光灼伤。

2.叶绿体的形态和分布都有利于接受光照，完成光合作用。如叶绿体呈椭球形，它能够在不同光照条件下改变方向。又如，叶肉细胞中的栅栏组织，其中的叶绿体分布比海绵组织的多，这可以接受更多的光照。

3.细胞质基质中含有多种无机化合物和有机化合物，还有很多种酶。细胞质基质是活细胞进行新陈代谢的主要场所。植物细胞中细胞质的流动，有利于细胞内物质的运输和细胞器的移动，从而为细胞内的新陈代谢提供所需要的物质和有关条件。

六、参考资料

细胞质的概念广义地说，就真核生物而言，在细胞膜以内，除了细胞核以外的其他部分，都属于细胞质。但是狭义地说，细胞质是指细胞质的可溶相，即指除了细胞质中的细胞器和内含物以外的基质部分。这部分在光学显微镜下，看不出有任何定形的结构，是均匀透明的，所以称为透明质，也称为细胞液、细胞基质或细胞质基质。可是，细胞有许多复杂的运动现象，又启发细胞学研究者考虑到细胞质的结构可能不会这样简单。电子显微镜的使用，使我们对于细胞的超微结构有越来越深入的了解。在20世纪60年代，科学家发现细胞质基质是一种呈连续相的物质。

真核细胞和原核细胞的细胞质，包含着相同的组成成分：核糖体、RNA分子、球蛋白、酶等。细胞质内蛋白质和酶的含量占细胞的蛋白质总量的20%～25%。在细胞质中最重要的可溶性酶，是与糖酵解及与蛋白质合成中氨基酸有关的一些酶。此外，许多需要ATP参与反应的酶及可溶性转移酶，也存在于细胞质中。

紧贴在细胞膜下面的细胞质，被认为是一种高度异质的胶体系统。细胞学家早就发现细胞质有弹性和黏滞性，也看到布朗运动和细胞质川流运动。这就证明细胞质的结构不是始终如一，而是随着温度、日光、压力等环境条件而改变的。近些年来，利用电镜技术，尤其是高压电镜技术和生化、免疫技术，发现细胞质的确不是均一的，其中含有光学显微镜下看不到的超微结构。目前，细胞生物学家已经阐明：细胞质是一个错综复杂的、相互联系的、高度有序的网络结构。这些细胞质网络结构，可用“细胞质基质”这个专有名词表达。也就是说，细胞质基质这个名词，除包括组成细胞骨架的三种主要纤丝──微丝、微管和中间纤维，以及一个由纤丝桥所组成的相互交联的丝状结构──微梁系统(或微梁网格)外，还包括和它们有联系的蛋白质和水分。

细胞质的功能细胞质具有多方面的功能。但是，由于它本身太脆弱，以致生理学家至今不能用很好的方法来验证它的真正的生理功能。不过，毫无疑问，细胞质对细胞生命活动有着极其重要的作用。从生物学的角度和细胞质中的各种物质来看，它具有以下几方面的功能。

1.管制外来物质进入细胞内或排出细胞外的作用，以及调节细胞质的“水化”作用。

2.对于如鞭毛和纤毛等后成质的形成，以及对于细胞内含物的储藏具有重大作用。例如，蛋白质、脂肪粒、肝糖元、植物碱等多数集存在细胞质内。

3.为维持细胞器实体的完整性，提供所需要的离子环境。

4.供给细胞器行使功能所必须的一切底物。公务员之家，全国公务员共同天地

5.影响细胞的分化。例如在胚胎发育过程中，细胞质对于分化起着很重要的作用。这已经为实验胚胎学的大量事实所证实。

6.进行某些生化活动，如上面提到的糖酵解、核酸、脂肪酸和氨基酸代谢的某个阶段，需要依靠细胞质中处于相对游离状态的酶来完成。

细胞质流动在活细胞中，细胞质以各种不同的方式在流动着，包括细胞质环流、穿梭流动和布朗运动等，这些也同微丝和微梁系统的存在有密切的关系。

1.细胞质环流。是细胞质流动的一种形式。在液泡发达的植物(如黑藻、轮藻、伊乐藻)细胞中，细胞质成薄层沿着细胞膜以一定的速度和方向循环流动。这种不断地循环流动称为细胞质环流。环流的速度，伊乐藻是10μm／s，轮藻是50μm／s。普通植物细胞则是每秒几微米至几十微米。

2穿梭流动。穿梭流动是细胞质流动的另一种形式，它与环流不同，是向相反方向来回穿梭。由于流动方向在一定时间内来回交换，因此叫穿梭流动。绒泡菌是研究这种流动的最好材料。它是一种黏菌，是多核的细胞质团，没有细胞的分隔。黏菌的外缘是凝胶样的外质，核心是溶胶样的内质。在内外质中含有许多叶脉状的微细分支，在中央集拢在一起成为主脉，细胞质就从支脉向主脉流动(图2-5，1、2)。内质的流动速度很快，为1.3mm／s，比细胞质环流快得多。这样，绒泡菌一头的体积缩小，另一头的体积增大，长出伪足状的突起，就暂时停止流动(图2-5，3)，随后就又开始逆向流动(图2-5，4、5)，来回穿梭进行。

3.布朗运动。在活细胞中可以看到细胞质内的许多小颗粒在无规则地跳动着，这在暗视野显微镜下观察更为明显，叫做布朗运动。布朗运动的产生除了与微丝的存在有关外，还与微梁网格的收缩有关。

图2-5绒泡菌中细胞质的穿梭流动

1.2.细胞质从左向右流动3.右侧形成伪足突起，流动暂停

4.5.细胞质又向相反方向从右向左流动。箭头长度表示流动速度。

线粒体细胞的有氧呼吸主要是在线粒体内进行的。线粒体的内部结构，在光学显微镜下不能分辨，只有在电子显微镜下才能看清楚。线粒体由内外两层膜组成。外膜即界限膜，使线粒体与周围的细胞质分开，是各种分子和离子进入线粒体内部的障壁。内膜的不同部位向线粒体的中心腔折叠，形成嵴。这样就大大增加了酶分子附着的表面，并且把酶分子密集地包在线粒体里。内膜和外膜在化学成分和物理特性上都有显著的差异。例如，它们在蛋白质的含量，特别是在类脂的分布上是很不相同的。外膜比内膜的磷脂含量要高2～3倍；外膜的通透性也比内膜高得多。外膜的通透性高，为线粒体与周围细胞质之间进行充分的物质交换提供了条件。内膜的通透性差，可以使催化三羧酸循环的复杂酶系统保留在内膜的间隔中，从而保证细胞有氧呼吸的进行。线粒体膜上还具有小孔，这样，有氧呼吸所产生的ATP可以更容易地向线粒体外面扩散。

线粒体既然是细胞进行有氧呼吸的主要场所，那么，有关催化三羧酸循环、氨基酸代谢、脂肪酸分解、电子传递、能量转换、DNA复制和RNA合成等过程所需要的100多种酶和辅酶，都分布在线粒体的外膜上、膜内空间及内膜和基质中。这些酶和辅酶的主要功能是参加三羧酸循环中的氧化反应、电子传递和能量转换。

内质网粗面型内质网又叫做颗粒型内质网，常见于蛋白质合成旺盛的细胞中。粗面型内质网大多为扁平的囊，少数为球形或管泡状的囊。在靠近核的部分，囊泡可以与核的外膜连接。粗面型内质网的表面所附着的核糖体(也叫核糖核蛋白体)是合成蛋白质的场所，新合成的蛋白质就进入内质网的囊腔内。粗面型内质网既是新合成的蛋白质的运输通道，又是核糖体附着的支架。

滑面型内质网又称为非颗粒型内质网。滑面型内质网的囊壁表面光滑，没有核糖体附着。滑面型内质网的形状基本上都是分支小管及小囊，有时小管排列得非常紧密，以同心圆形式围绕在分泌颗粒和线粒体的周围。因此，滑面型内质网在切面中所看到的形态，与粗面型内质网有明显的不同。

滑面型内质网与蛋白质的合成无关，可是它的功能却更为复杂，它可能参与糖元和脂质的合成、固醇类激素的合成以及具有分泌等功能。在胃组织的某些细胞的滑面型内质网上曾发现有Cl-的积累，这说明它与HCl的分泌有关。在小肠上皮细胞中，可以观察到它与运输脂肪有关。在心肌细胞和骨骼肌细胞内的滑面型内质网，可能与传导兴奋的作用有关；在平滑肌细胞内，却发现它与Ca2+的摄取和释放有关。

核糖体核糖体是由核糖体的核糖核酸(符号为rRNA)和蛋白质构成的椭圆形的粒状小体，其中rRNA和蛋白质的比例为1∶1。蛋白质分子基本上排列于核糖体的表面上，rRNA分子被包围于中央。细胞内有的核糖体附着于内质网的外面，称为固着核糖体，与内质网形成上面所谈到的粗面型内质网；有的不附着于内质网上，称为游离核糖体，常见于未分化的细胞中。附着于内质网上的核糖体，附着的情况也不相同。在某些细胞中，核糖体均匀地附着于细胞质中某一部分的内质网上；有的却集中地附着于细胞质中某一部分的内质网上。

核糖体是细胞内合成蛋白质的场所。现在已知，附着于内质网上的核糖体所合成的蛋白质，与游离于细胞质基质中的核糖体所合成的蛋白质有所不同。附着于内质网上的核糖体，主要是合成某些专供输送到细胞外面的分泌物质，如抗体、酶原或蛋白质类的激素等；游离核糖体所合成的蛋白质，多半是分布在细胞质基质中或供细胞本身生长所需要的蛋白质分子(包括酶分子)，此外还合成某些特殊蛋白质，如红细胞中的血红蛋白等。因此，在分裂活动旺盛的细胞中，游离核糖体的数目就比较多，而且分布比较均匀。这一点已被用来作为辨认肿瘤细胞的标志之一。

不管是附着的核糖体还是游离的核糖体，在进行蛋白质合成的过程中，常常是几个核糖体聚集在一起进行活动，这是由于信息核糖核酸(mRNA)把它们连串在一起。这样的一个功能单位的聚合体称为多聚核糖体。

高尔基体高尔基体位于细胞核附近的细胞质中，它的形状一般呈网状。在不同的生理情况下，可以转变为颗粒状、杆状或其他形状。在电镜下，高尔基体是一些紧密地重叠在一起的囊状结构。有些膜紧密地折叠成片层状的扁平囊，有些扁平囊的末端膨大成大小不等的泡状或囊泡状结构。

在有的电镜照片上，可以看到这些膜是与内质网相连通的，还可以观察到若干迹象，表明这些小囊泡可以连接于扁平囊，而成为扁平囊的一部分，扁平囊也可以在其末端部分脱落而形成小囊泡。另外，扁平囊也可以在囊腔中积累物质，逐渐膨大而形成大囊泡。可见，组成高尔基体的小囊泡、层状扁平囊和大囊泡三部分并不是固定的结构，而是相互有关系的，它们是高尔基体功能活动不同阶段的形态表现。

高尔基体在细胞内的位置和分布情况，与它在不同细胞内的功能有关。高尔基体的大小和在细胞内的数量，因细胞的类别和生理状况不同而有所不同。

高尔基体的主要功能有三方面。一是与分泌有关。早期根据光镜的观察，已有人提出高尔基体与细胞的分泌活动有关。后来，运用电镜、细胞化学及放射自显影技术更进一步证实和发展了这个观点。高尔基体在分泌活动中所起的作用，主要是将粗面型内质网运来的蛋白质类的物质，进行加工(如浓缩或离析)、储存和运输，最后形成分泌泡。当形成的分泌泡自高尔基囊泡上断离时，分泌泡膜上带有高尔基囊膜所含有的酶，还能不断起作用，促使分泌颗粒不断浓缩、成熟，最后排出细胞外。最典型的，如胰外分泌细胞中所形成的酶原颗粒。放射自显影技术证明，高尔基体自身还能合成某些物质，如多糖类。它还能使蛋白质与糖或脂结合成糖蛋白或脂蛋白的形式。在某些细胞(如肝细胞)中，高尔基体还与脂蛋白的合成、分泌有关。二是与溶酶体的形成有关。现在一般都认为初级溶酶体的形成过程与分泌颗粒的形成类似，也起自高尔基体囊泡。初级溶酶体与分泌颗粒(主要指一些酶原颗粒)，从本质上看具有同一性，因为溶酶体含多种酶(主要是各种水解酶)，都是蛋白质；与酶原颗粒一样，也参与分解代谢物的作用。不同处在于：酶原颗粒是排出细胞外发挥作用，而溶酶体内的酶类主要在细胞内起作用。三是高尔基体还有其他功能，如在某些原生动物中，高尔基体与调节细胞的液体平衡有关系。

动物细胞中心粒的结构和功能用电子显微镜观察，可以看到中心粒是一个中空的短柱状小体，长约0.3～0.7μm，直径约0.15～0.25μm。每个中心粒由9组纵行的微管组成，排列成环状结构。每一组微管由A、B、C三条微管并列而成，是一个三联体。A管排列在最里面，靠近中柱轴，C管排列在最外面。每条微管的直径为20～25nm，它的化学成分主要是微管蛋白。

动物细胞中心粒主要有以下几方面的功能。①中心粒是微管的组织中心。中心粒的自发活动，可以使细胞质内存在的微管蛋白亚单位有条理地聚合起来，形成微管结构。②中心粒与纺锤体的形成也有密切的关系，中心粒也是纺锤体微管的组织中心公务员之家，全国公务员共同天地。例如，在一些生长快速的间期细胞中，在中心粒的周围可以看见有许多辐射状排列的微管，这里酝酿着有丝分裂期纺锤体的形成。③中心粒可能在超微结构的水平上，调节着细胞的运动。④中心粒也能产生纤毛和鞭毛，它们从中心粒的一端长出。⑤动物细胞的中心粒与星体、纺锤体、染色体等组成了有丝分裂器。动物细胞借助有丝分裂器的作用，使染色体能够准确地、有条不紊地在细胞内活动，从而使细胞正常地进行分裂。有丝分裂器有两极，每极有一对中心粒。分裂器的极，决定了染色体的运动方向；分裂器的赤道面方向，决定了母细胞分裂成两个子细胞时横缢面的位置。有丝分裂器还能把成对的染色体拉向相反的两极。