01细胞的结构和成分

细胞的结构和成分 浙江省绍兴县柯桥中学 312030 叶建伟 1．考纲考点解读 1．1考纲介绍 1．1．1 细胞的化学成分 考纲主要包括：水、无机盐；糖类（单糖、双糖、多糖）；脂类；蛋白质（包括：氨基酸、蛋白质的结构、 蛋白质的化学分类、蛋白质的理化性质、变性）；酶类（概念、特征、分类、酶的作用模型、影响酶活性的因素）；核酸（包括DNA和RNA）；其他重要化合物（包括ADP和ATP、NAD+、和NADH+、NADP+,和NADPH+）。 1．1．2细胞的结构和功能 考纲主要包括：细胞膜（理化性质、分子结构与物质运输等）；细胞内膜系统（内质网、高尔基体、溶酶体、液泡的结构与功能）；线粒体结构和功能；质体的类型和叶绿体的结构和功能；核糖体、过氧化氢体、过氧化物酶体的结构功能；细胞核结构（核膜、染色体、核仁、核 基质）与功能；细胞壁成分与结构；细胞骨架系统（包括：微丝、微管、中等纤维、微梁）；原核细胞与真核细胞以及动物细胞与植物细胞的比较；细胞分化和组织形成。 1．2难点释疑 考纲所涉及的范围很广，考点的难度也有很大的差异。在此结合自己的辅导经验，介绍本人在过程中自己或学生碰到的困难，以及解决的方法和效果。 1．2．1水分含量与生物体代谢和植物抗逆性的关系 水分的含量直接反映生物体的代谢状况，即代谢越旺盛生物体含水量越多，自由水的比例也越高。生物体在逆境中为了提高个体的抗逆性，将会降低自身的代谢速率。因此植物体在不良环境中生长时，植物体的含水量下降，自由水的比值下降，导致自身代谢率下降，从而提高抗逆性。 1．2．2糖类 难点之一：由葡萄糖构成的三种不同多糖（淀粉、糖元、纤维素）的主要差异在哪里？是连接葡萄糖残基的化学键有差异分别是：淀粉为α-1,4糖苷键（支链淀粉还有α-1,6糖苷键）；糖元直链为α-1,4糖苷键，支链为α-1,6糖苷键；纤维素为β-1,4糖苷键。 难点之二：各种多糖遇碘的显色反应情况，学生比较难记住。应该从显色原理上去就会比较容易。淀粉遇碘时，由于碘分子进入淀粉螺旋圈内，形成淀粉碘络合物的缘故。其颜色与淀粉糖苷链的长度有关，当链长小于6个葡萄糖基时，不能形成螺旋不显色；平均长度为20个葡萄糖基时呈红色；大于60时显蓝色。支链淀粉和糖元分子量虽大，但分支单位的长度只有20—30个葡萄糖基，故遇碘呈紫红色。 1．2．3脂类中磷脂的双重性质 由于磷脂具有极性（亲水性）的头部和非极性（疏水性）的尾部，所以现出既亲水又疏水的两重性。它会表现出怎样的性质呢？如将磷脂放入水中，磷脂分子则会形成单分子微团，各分子的极性头位于微团的表面而与水接触，非极性的疏水端则藏在微团的中心。 由于磷脂分子中的两个脂肪酸有一个是不饱和的，在双键处形成折弯，因此通常磷脂分子的两个脂肪酸链不是平行的。这也在一定程度上保证了生物膜的流动性。 1．2．4蛋白质的有关知识 1．2．4．1氨基酸的两性解离和等电点 在酸性溶液中的Aa 在水溶液中的Aa 在碱性溶液中的Aa 氨基酸在中性水溶液中以两性离子形式存在。当氨基酸溶于水时，正负离子都能解离，但解离度与溶液的PH相关。向氨基酸溶液加酸时，其两性离子的负离子接受质子，自身成为正离子，在电场中向阴极移动。加入碱时，其两性离子的正离子解离放出质子，其自身成为负离子，在电场中向阳极移动。当调节氨基酸溶液的PH，使—NH3+ 和—COO—的解离度完全相等时，氨基酸所带净电荷为零，在电场中不移动，此时溶液的PH值称为该氨基酸的等电点。在等点电时，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀。 1．2．4．2共价键、次级键与蛋白质的结构 蛋白质分子的一级结构（化学结构）是由共价键形成的，如肽键和二硫键。而维持蛋白质的空间构象的稳定性的是次级键（为非共价键）：如氢键、盐键、疏水键、范德华力等。 1．2．5核酸的结构 DNA的一级结构就是相邻的脱氧核苷酸通过3’,5’—磷酸二酯键，彼此相连而形成多脱氧核苷酸长链。DNA的二级结构是规则的双螺旋结构，而tRNA的二级结构是三叶草型结构。DNA的三级结构是指双螺旋DNA的扭曲或再螺旋，超螺旋是DNA三级结构的基本形式。而tRNA发挥生物功能以其倒L型三级结构为基础。 1．2．6酶 1．2．6．1酶的作用机理————降低反应所需活化能 酶的催化作用就是降低化学反应的活化能，由于在酶催化反应中只需较低的能量就可使反应物进入“活化态”，所以同无催化剂或非酶催化反应相比，活化分子的数量大大增加，从而加快反应的速度。（左下图所示） 1．2．6．1影响酶促反应速度的因素 影响酶促反应的因素包括酶浓度、底物浓度、PH值、温度、激活剂、抑制剂、酶的变构效应。这里的难点主要是底物浓度（右上图所示）和抑制剂对酶促反应素的影响。 底物浓度和反应速度关系的关系式，如果以V最大反应速度，Km米氏常数，[S]底物浓度，则米式方程 。当底物浓度很低时，[S]忽略不计 ，反应速度与底物浓度成正比，符合一级反应。当底物浓度很高时，Km忽略不计，v=V。从方程式也可以得出，Km为反应速度是最大速度的一半时的底物浓度。Km为常数，表示酶的特性。 抑制剂与酶促反应的关系：抑制剂虽然引起酶活性下降，甚至丧失，但是不引起酶蛋白变性。这部分的难点在于竞争性抑制作用和非竞争性抑制作用时的V与[S]的关系图。 竞争性抑制剂不影响最大反应速度，使酶的Km增大；非竞争性抑制剂不影响Km，而最大反应速度有所下降。 1．2．7细胞的结构和功能 这部分虽然内容很多，但是高中教材中也讲得比较多，我在此就针对高中教材中没有的一些难点知识进行分析。 1．2．7．1物质的跨膜运输 跨膜运输的方式很多，可以运用物理学的改变运动的原理（要改变物体的运动方式必须赋予能量）帮助理解。所以物质的跨膜运动必须消耗能量，至于能量由谁提供，就要看具体情况了。如物质自身的浓度梯度（浓度势能转化），膜两侧的电势差（电势能转化）。前两种条件都不具备的时候，就依靠ATP水解释放能量（化学能转化）作为促使物质跨膜运动的能量。 1．2．7．2细胞信号传递中的第二信使 各种含氮激素、神经递质和某些药物在影响它们靶细胞的机能活动时，并不直接进入这些细胞内，而只作用于细胞膜上的相应受体(是一种复杂的膜蛋白)，使受体发生构象的改变，从而激活了另一个膜蛋白(腺苷酸环化酶)的活性。腺苷酸环化酶被激活后，可催化细胞内的腺苷三磷酸(ATP)变为环腺苷酸(cAMP)，cAMP作为第二信使进一步催化细胞内一系列连锁反应，以调节细胞的代谢，产生一定的生理作用或药理作用。目前已发现的第二信使还有cGMP、三磷酸肌醇等。 1．2．7．3信号假说与蛋白质分选信号 有些蛋白质在细胞质基质中合成，有些在粗面内质网上合成。而所有蛋白质的起始合成位置都在细胞质基质中。是什么指令确定蛋白质在细胞内的合成部位？现已确认，指导分泌性蛋白在粗面内质网上合成的决定因素是蛋白质N端的信号肽，是信号肽指导分泌性蛋白道内质网膜上合成，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除。 1．2．7．4细胞骨架 细胞骨架是指真核细胞中的蛋白质纤维网架体系，包括微丝、微管和中间纤维。它们的功能分别为，微丝主要与肌肉收缩、变形运动、胞质分裂及细胞信号传递有关；微管参与细胞形态的维持、细胞运动和细胞分裂。中间纤维的功能至今仍不清楚。 中间纤维在生物进化中的起源比微丝和微管晚，其在进化上的保守性比微丝和微管要差。也就是说微丝和微管在各种细胞中都是相同的，而中间纤维具有组织特异性，中间纤维与细胞分化的关系非常密切。 2．典型例题精析 【例1】组氨酸（PI=7.59）在下列哪种pH 值溶液中带负电荷？如果将其放入pH=7.0的溶液中，并放入电场，会向哪一极移动？ A．pH=4.0 B．pH=5.0 C．pH=6.0 D．pH=8.0 【分析】由于血清蛋白的PI=7.59，所以当溶液的pH=7.59时，组氨酸的正离子（—NH3+）和负离子（—COO—）的解离度完全相等时，氨基酸所带净电荷为零。而当溶液的pH＞7.59时，正离子（—NH3+）的解离度比负离子（—COO—）大，使氨基酸自身成为负离子；而当溶液的pH＜7.59时，正离子（—NH3+）的解离度比负离子（—COO—）小，使氨基酸自身成为正离子。正离子在电场中向阴极移动，负离子在电场中向阳极移动。所以使组氨酸带负电荷的溶液pH为D．pH=8.0；而其在pH=7.0的溶液电泳，则向阴极移动。 【例2】下列不属于微丝作用的是 （ ） A．肌肉收缩 B．参与细胞质运动及细胞移动 C．形成有丝分裂器 D．维持微绒毛的形状 E．形成胞质分裂环 【分析】 这涉及到细胞骨架在微管和微丝两种结构。题中大部分是有关微丝的作用的，如肌原纤维中的细肌丝是由微丝及两种结合蛋白构成（A）；微丝也参与巨噬细胞、变形虫等一些细胞的变形移动过程（B）；在细胞有丝分裂末期，细胞质中的肌动蛋白组装为平行环状排列的微丝束，通过微丝的收缩，分裂为两个子细胞（C）；小肠上皮细胞微绒毛中心的轴丝是由微丝通过微丝结合蛋白平行交联成束（D）。形成有丝分裂器是微管的作用。 答案：C。 3．适应性例题训练 eq \o\ac(○,1)有一蛋白质水解产物在pH6.0环境中，用阳离子交换柱层析时，第一个被洗脱下来的氨基酸是： A．Val (PI5.96) B．Lys (PI9.74) C．Asp (PI2.77) D．Arg(PI 10.76) eq \o\ac(○,2)酶能加速化学反应的进行是由于哪一种效应？ A．向反应体系提供能量 B．降低反应的活化能 C．降低反应的自由能变化 D．降低底物的能量水平 eq \o\ac(○,3)反应速度为最大反应速度的80%时，Km 等于 A．1/4[S] B．1/2[S] C．0.4[S] D．0.8[S] eq \o\ac(○,4)酶促反应为初速度时以下哪项最正确？ A．v与Km成正比 B．v与[S]无关 C．v与[S]成正比 D．v与Km无关 eq \o\ac(○,5)用秋水仙素处理细胞后，细胞的__________发生改变。 A．变形运动 B．吞噬作用 C．胞质分裂 D．染色体向两极移动 eq \o\ac(○,6)核仁增大往往出现在__________中 A．分裂的细胞 B．需能多的细胞 C．卵原细胞 D．蛋白质合成旺盛的细胞 适应性例题训练答案CBACDD 参考文献： 1．聂剑初等 《生物化学简明教程》 高等教育出版社 2．《全国高中生物学联赛教程》 浙江科技出版社 方红峰主编 3．秦浩然 生物学竞赛范围和要求初探 《中学生物教学》1997.4 4．翟中和 王喜忠 丁明孝 《细胞生物学》 面向21世纪课程教材 无抑制剂和有非竞争性抑制剂的酶促反应的反应速度与底物浓度关系图 无抑制剂和有竞争性抑制剂的酶促反应的反应速度与底物浓度关系图 PAGE 2 _1171744692.unknown _1173534036.unknown