《高中生物细胞结构》课件

高中生物细胞结构细胞是生命活动的基本单位，也是构成所有生物体的基础结构从简单的细菌到复杂的人体，所有生命形式都是由细胞组成的本课程将系统地学习人教版必修一中的核心内容，通过50页详细内容，带领大家深入了解细胞的奥秘细胞虽然微小，但其精密的结构和复杂的功能令人惊叹每个细胞都像一个微型的生命工厂，各种细胞器分工合作，共同维持着生命活动的正常进行课程目标与学习方法12明确细胞结构与功能学会辨析各类细胞结构差异深入理解各种细胞器的结比较分析动物细胞、植物构特点和生理功能，掌握细胞和原核细胞的结构特它们在细胞生命活动中的点，理解不同类型细胞的重要作用共性与差异3培养模型建构与科学探究能力通过观察实验和模型分析，提高科学思维能力和实验操作技能，为后续生物学习打下坚实基础生命的基本单位细胞——细胞的普遍性细胞的多样性与统一性无论是高大的参天大树，还是微小的细菌，所有生物都是细胞在形态和结构上表现出令人惊叹的多样性，但同时又由细胞构成的植物、动物、微生物虽然在外观和生活方具有共同的基本特征1665年英国科学家罗伯特·虎克首式上千差万别，但它们都以细胞作为基本的生命单位次用显微镜观察软木塞，发现了细胞这一生命的基本单位细胞学说的发展历程1838-1839年细胞学说确立德国植物学家施莱登和动物学家施旺分别提出植物和动物都是由细胞形成了细胞学说的三大基本观点细胞是生物体结构和功能的基本单构成的观点，奠定了细胞学说的基础位；所有生物都由细胞构成；细胞来源于细胞1231855年德国病理学家维鲁霍提出细胞来源于细胞的重要观点，完善了细胞学说的内容细胞的主要类型原核细胞没有被核膜包围的细胞核，遗传物质直接分布在细胞质中代表生物包括细菌和蓝藻，结构相对简单但功能完整真核细胞具有被核膜包围的细胞核，遗传物质集中在核内包括动物、植物、真菌等，结构复杂，功能分化明显典型代表大肠杆菌是典型的原核细胞，酵母菌属于真核微生物，洋葱表皮细胞是植物真核细胞的经典观察材料细胞结构总览细胞质细胞膜细胞器分布的场所，代谢活动中心细胞的边界，控制物质进出21细胞核3遗传信息存储和调控中心细胞骨架5细胞器4维持细胞形状和内部结构线粒体、叶绿体、内质网等功能性结构原核细胞的基本结构特点基本结构组成遗传物质特点原核细胞具有细胞壁、质膜除了主要的环状DNA外，许和细胞质等基本结构，但没多原核细胞还含有质粒，这有被核膜包围的成形细胞些小型的环状DNA分子携带核遗传物质DNA以环状分着额外的遗传信息，在基因子的形式直接分布在细胞质工程中具有重要应用价值中的拟核区域代表性生物细菌和蓝藻是最典型的原核生物细菌包括大肠杆菌、乳酸菌等，蓝藻则是能够进行光合作用的原核生物，在生态系统中发挥重要作用真核细胞结构更复杂——核膜系统1具有双层核膜包围的细胞核膜性细胞器2内质网、高尔基体、溶酶体等基本结构3细胞膜、细胞质、细胞核真核细胞是生物进化的重要成果，其复杂的内膜系统和多样化的细胞器使得细胞功能高度分化动物、植物、真菌等高等生物都属于真核生物，它们的细胞结构为复杂的生命活动提供了物质基础动物细胞结构简图细胞膜系统包括细胞膜、内质网膜和各种细胞器膜，构成完整的膜系统，实现细胞内外物质交换和信息传递能量转换器线粒体是细胞的动力工厂，通过有氧呼吸为细胞提供ATP，满足各种生命活动的能量需求控制中心细胞核含有遗传物质DNA，控制着蛋白质的合成和细胞的各种生命活动，是细胞的指挥中心植物细胞结构简图细胞壁保护1由纤维素构成，提供结构支撑叶绿体光合2进行光合作用，制造有机物液泡储存3维持细胞压力，储存物质植物细胞在具备动物细胞基本结构的基础上，还拥有细胞壁、叶绿体和液泡等特有结构这些结构使植物能够进行光合作用，自制营养物质，并维持挺立的形态植物细胞的结构层次更加分明，各部分功能分工更加明确细胞壁支撑与保护——化学成分细胞壁主要由纤维素组成，这种高分子化合物具有良好的机械强度，为细胞提供坚固的外壳保护纤维素分子呈链状结构，相互交联形成网状骨架分布特点细胞壁只存在于植物细胞、真菌细胞和部分细菌细胞中，动物细胞没有细胞壁这一差异反映了不同生物适应环境的策略不同功能作用细胞壁不仅提供机械支撑，还能维持细胞的规则形状，防止细胞过度膨胀同时，相邻细胞的细胞壁之间形成胞间连丝，实现细胞间的物质交流细胞膜分隔与物质运输——边界功能选择透过1细胞膜是细胞与外界环境的分界对不同物质表现出不同的通透性，2线，维持细胞内部环境的相对稳定精确调控物质进出结构基础信息交流4由磷脂双分子层和各种蛋白质组接收外界信号，传递信息，参与细3成，具有流动性胞间识别和通讯细胞膜的组成与结构70%25%磷脂含量蛋白质比例构成细胞膜的主要成分，形成双分子层基镶嵌在磷脂双分子层中，执行各种专门功本骨架能5%糖类组分主要以糖蛋白和糖脂形式存在，参与细胞识别细胞膜采用流动镶嵌模型结构，磷脂分子的疏水尾部朝向膜内侧，亲水头部朝向膜外侧，形成稳定的双分子层各种功能蛋白质像冰山一样镶嵌在这个磷脂海洋中，使细胞膜既具有结构稳定性，又保持必要的流动性细胞膜功能详解细胞膜的流动性细胞膜的流动性是其执行生理功能的重要基础磷脂分子能够在膜平面内进行横向移动，部分蛋白质也可以自由运动这种流动性与温度、膜脂组成等因素密切相关，直接影响细胞的运动能力、分裂过程和膜融合等重要生理活动适度的流动性既保证了膜结构的稳定，又满足了功能的需要细胞膜的选择透过性示例分子类型通过方式是否需要载体能量消耗水分子自由扩散否无氧气自由扩散否无葡萄糖载体运输是无钠离子主动运输是有蛋白质胞吞胞吐否有细胞膜的选择透过性体现在对不同物质采用不同的运输策略小分子如水、氧气、二氧化碳可以直接透过磷脂双分子层，而离子和大分子则需要特殊的载体蛋白协助影响因素包括分子大小、电荷性质、脂溶性等物理化学性质细胞膜结构实验回顾溶血实验将红细胞置于低渗溶液中观察溶血现象，再转入等渗溶液观察恢复过程，证明细胞膜具有选择透过性和一定的自我修复能力电镜观察电子显微镜下可观察到细胞膜呈现明-暗-明的三层结构，这为理解细胞膜的分子组成提供了重要的形态学证据模型验证辛格和尼克尔森通过细胞融合实验证明了膜蛋白的流动性，确立了流动镶嵌模型，这一模型至今仍是理解细胞膜结构的经典理论细胞质和细胞器概览细胞质基质含水量高的胶体系统，是细胞器悬浮的介质膜性细胞器具有生物膜结构的细胞器，功能高度专化非膜性细胞器核糖体、中心体等，结构相对简单协调运作各组分密切配合，维持细胞正常生命活动细胞质是细胞膜与细胞核之间的区域，由细胞质基质和悬浮其中的各种细胞器组成这里是细胞进行各种代谢活动的主要场所，各种细胞器在细胞质基质中有序分布，形成高度动态的分工协作系统线粒体细胞的动力工——厂双膜结构半自主性具有内外两层膜，内膜向内线粒体含有自己的环状折叠形成嵴，大大增加了膜DNA和核糖体，能够独立面积，为酶的附着和ATP合成部分蛋白质这种半自合成提供了充足的空间嵴主性使线粒体能够根据细胞的数量与细胞的代谢活跃程的能量需求调节自身的数量度呈正相关和活性呼吸功能是细胞有氧呼吸的主要场所，通过柠檬酸循环和电子传递链将有机物彻底氧化分解，产生大量ATP为细胞活动提供能量叶绿体植物独有的能量转化器——类囊体基质含叶绿素，光反应的场所含酶类，暗反应进行的场所双膜系统自主性外膜光滑，内膜折叠成类囊体含DNA和核糖体，半自主复制2314叶绿体是植物细胞特有的细胞器，呈椭圆形或透镜状其内部的类囊体膜上分布着光合色素和电子传递链，基质中含有卡尔文循环所需的各种酶叶绿体通过光合作用将光能转化为化学能，为整个生物圈提供了能量来源内质网系统粗面内质网滑面内质网表面附着大量核糖体，呈颗粒状外观主要功能是合成分表面光滑无核糖体附着主要参与脂质合成、糖原代谢和泌蛋白和膜蛋白，新合成的蛋白质进入内质网腔进行初步钙离子储存在肝细胞中还参与解毒过程，将有害物质转加工和折叠化为无害物质•蛋白质合成•脂质合成•蛋白质修饰•糖代谢调节•质量控制•解毒功能高尔基体的结构与功能结构特点由多个膜囊堆叠而成，每个膜囊称为囊扁体通常有4-8个囊扁体组成一个高尔基体，整体呈弓形或杯状不同面的囊扁体在结构和功能上存在差异加工中心接收来自内质网的蛋白质和脂质，对其进行进一步的化学修饰，如糖基化、磷酸化等这些修饰对蛋白质的正确折叠和功能发挥至关重要分拣包装将加工完成的产物分拣到不同的小泡中，根据目的地不同分别送往细胞膜、溶酶体或分泌到细胞外这一过程确保了细胞内物质运输的准确性溶酶体功能细胞消化防御功能清除废物溶酶体被称为细胞的当病原体入侵细胞溶酶体能够清除细胞消化系统，内含多时，溶酶体与包含病内老化的细胞器和各种水解酶，能够分解原体的吞噬泡融合，种代谢废物，通过自蛋白质、脂类、多糖释放水解酶消灭入侵噬过程维持细胞内环等生物大分子这些者这是细胞免疫防境的清洁，对细胞健酶在酸性环境中活性御的重要机制之一康至关重要最高，pH约为

5.0液泡植物细胞的特有结构——细胞膨压1维持细胞挺立状态物质储存2存储水分、糖类、无机盐结构支撑3占据细胞体积的大部分空间液泡是植物细胞中最大的细胞器，成熟植物细胞的液泡可占细胞体积的90%以上液泡膜称为液泡膜或张力膜，具有选择透过性液泡内的细胞液含有多种溶质，包括糖类、有机酸、无机盐和色素等液泡通过调节细胞液的浓度来控制细胞的吸水和失水，维持细胞的膨压，使植物保持挺立状态核糖体合成蛋白质的机器——细胞核控制中心——核膜系统核仁结构由内外两层膜组成，外膜与内细胞核内最显著的结构，不被质网相连核膜上分布着数千膜包围主要功能是合成核糖个核孔，直径约100纳米，是细体RNA并组装核糖体的亚基胞核与细胞质之间物质交换的核仁的大小与细胞的蛋白质合通道大分子物质如蛋白质和成活性呈正相关，代谢活跃的RNA需要通过核孔进出细胞细胞核仁更大更明显核染色质由DNA和组蛋白组成的复合体，是遗传信息的载体在细胞分裂间期呈细丝状分散在核内，分裂期高度螺旋化形成染色体染色质的结构变化调控基因的表达核仁和染色体简介核仁功能核仁是核糖体的生产工厂，这里进行着核糖体RNA的转录、加工和核糖体亚基的组装核仁的活跃程度直接反映了细胞蛋白质合成的需求量染色体结构染色体是DNA的高度压缩形式，每条染色体含有一个DNA分子和相关蛋白质染色体具有着丝粒和端粒等重要结构，保证遗传信息的稳定传递遗传载体染色体携带着生物的全部遗传信息，通过DNA复制和细胞分裂实现遗传信息在细胞间和代际间的传递，是生命延续的物质基础动、植物细胞结构对比表结构名称动物细胞植物细胞主要功能细胞壁无有（纤维素）支撑保护细胞膜有有控制物质进出细胞核有有遗传控制线粒体有有有氧呼吸叶绿体无有光合作用液泡无或小大液泡维持膨压中心体有低等植物有细胞分裂动物细胞和植物细胞都属于真核细胞，具有相同的基本结构，但在特殊结构上存在显著差异这些差异反映了两类细胞适应不同生活方式的结果植物细胞的细胞壁和叶绿体体现了其固着生活和自养的特点，而动物细胞的中心体则与其能动生活方式相适应真核与原核结构对比表原核细胞特征真核细胞特征•无核膜包围的细胞核•有核膜包围的细胞核•遗传物质直接分布在细胞质中•遗传物质集中在核内•无膜性细胞器•具有多种膜性细胞器•只有核糖体一种细胞器•内膜系统发达•细胞壁主要含肽聚糖•细胞壁含纤维素或几丁质代表生物细菌、蓝藻、放线菌等代表生物动物、植物、真菌、原生生物细胞超微结构电子显微镜图像——电子显微镜的发明使我们能够观察到细胞的超微结构，分辨率可达

0.1纳米通过电镜观察，我们可以清楚地看到各种细胞器的精细结构，如线粒体的双层膜和嵴、叶绿体的类囊体、内质网的网状结构等这些超微结构图像为我们理解细胞器的功能提供了重要的形态学基础，也验证了许多生物化学实验的结果细胞结构层次图解组织水平细胞水平结构和功能相似的细胞聚集在一起细胞器水平各种细胞器在细胞质中有序组合，形成组织，如植物的输导组织、动分子水平生物大分子组装成具有特定功能的形成完整的细胞细胞是生命活动物的肌肉组织等组织是多细胞生生物大分子如蛋白质、核酸、多糖细胞器，如由蛋白质和脂质组成的的基本单位，能够独立完成新陈代物体结构和功能的基础等是构成细胞的基本物质单位这生物膜，由蛋白质和RNA组成的谢、生长繁殖等生命活动些分子通过特定的空间结构和相互核糖体等每种细胞器都有专门的作用发挥各自的功能，为细胞活动功能提供物质基础细胞外结构扩展胞外基质细胞间连接1由细胞分泌的纤维状蛋白和多糖组相邻细胞通过各种连接结构实现物2成，提供结构支撑质和信息交流环境感知信号传导4细胞表面受体感知外界环境变化并细胞通过分泌信号分子进行远距离3做出反应通讯细胞并不是孤立存在的，它们通过复杂的胞外结构网络相互连接和通讯胞外基质不仅提供物理支撑，还参与调节细胞的行为和命运细胞间的各种连接结构如胞间连丝、胞间连接等，使多细胞生物能够作为一个整体协调运作特化结构实例神经元特化叶肉细胞适应肌细胞收缩神经元具有细长的轴突和分支的树叶肉细胞含有大量叶绿体，细胞排列肌细胞内含有大量肌动蛋白和肌球蛋突，这些突起极大地增加了细胞表面疏松，便于气体交换栅栏组织细胞白丝，这些收缩蛋白按规律排列形成积，便于接收和传递神经信号轴突呈柱状紧密排列，海绵组织细胞不规肌原纤维线粒体数量极多，为肌肉可长达1米以上，体现了细胞结构与功则且间隙较大，这种分化提高了光合收缩提供充足的ATP能量能的高度适应性效率病毒的特殊性非细胞结构遗传物质病毒没有典型的细胞结病毒含有DNA或RNA其构，只由蛋白质外壳和内中一种核酸作为遗传物部的核酸组成缺乏细胞质，携带着病毒复制所需膜、细胞质和各种细胞的遗传信息不同病毒的器，无法独立进行新陈代核酸类型、链数和结构各谢活动不相同寄生特性病毒必须寄生在活细胞内才能复制繁殖，利用宿主细胞的酶系统、核糖体和原料进行自我复制这种专性寄生特性使病毒成为细胞外的生命形式细胞结构与疾病细胞器之间的协作蛋白质合成流水线能量供应网络物质运输系统信息交流机制核糖体合成蛋白质，内质网进线粒体产生ATP，为各种细胞囊泡在各细胞器间穿梭运输，细胞器通过信号分子和膜接触行初加工，高尔基体进一步修器的活动提供能量，维持整个确保物质能够准确及时地到达进行信息交流，协调各种生命饰包装，最终运输到目的地细胞的正常运转需要的位置活动细胞自噬与清除机制识别标记细胞识别需要清除的老化细胞器或蛋白质聚集体，并对其进行特殊标记，启动自噬过程膜包围自噬体膜逐渐包围目标物质，形成双膜结构的自噬体，将待消化物质完全隔离融合消化自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，溶酶体内的水解酶开始分解包含的物质回收利用分解产物被运输回细胞质，为新的生物分子合成提供原料，实现细胞内物质的循环利用三种运输方式扩散、主动——运输、胞吞胞吐被动运输主动运输包括自由扩散和协助扩散，物质需要消耗ATP，物质可逆浓度梯顺浓度梯度移动，不消耗ATP度运输载体蛋白在ATP提供的水、氧气、二氧化碳可自由扩能量下发生构象变化，将物质泵散，葡萄糖等需要载体蛋白协送到膜的另一侧钠钾泵是典型助运输速度受载体蛋白数量限例子，维持细胞内外离子平衡制胞吞胞吐用于大分子物质的运输胞吞是细胞膜内陷包围外界物质形成囊泡；胞吐是细胞内囊泡与细胞膜融合释放内容物这种方式可运输蛋白质、多糖等大分子细胞膜功能障碍与健康遗传性溶血性贫血胰岛素信号传导障碍由于红细胞膜蛋白基因突变，导致膜结构异常，红细胞变2型糖尿病患者的细胞膜胰岛素受体功能异常，无法正常形能力下降，在循环过程中容易破裂溶血患者表现为贫响应胰岛素信号，导致细胞对葡萄糖的摄取减少，血糖升血、黄疸等症状高这类疾病包括遗传性球形红细胞增多症、镰状细胞贫血这种疾病表明细胞膜受体蛋白在信号转导中的关键作用，等，说明了细胞膜结构完整性对细胞功能的重要性膜结构的微小变化可能产生严重的生理后果细胞器的起源理论内共生假说提出科学家提出线粒体和叶绿体可能起源于古代的内共生细菌这一理论认为，原始真核细胞通过吞噬但不消化某些细菌，形成了互利共生关系支持证据线粒体和叶绿体具有自己的DNA和核糖体，能够独立合成部分蛋白质它们的DNA序列与某些细菌相似，支持内共生起源理论双分子膜结构也符合被吞噬细菌的特征进化意义内共生事件是真核细胞进化的关键步骤，使细胞获得了更高效的能量转换能力叶绿体的获得使植物能够进行光合作用，线粒体提高了有氧呼吸效率课本核心考点梳理73主要结构重要实验细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体、叶绿细胞膜透性实验、显微观察、模型构建体、内质网、高尔基体5核心概念结构与功能相适应、细胞分工合作、物质运输、能量转换、遗传控制细胞结构知识的学习要抓住结构与功能相统一这一核心思想每种细胞器都有特定的结构特点和相应的生理功能，它们相互配合共同维持细胞的生命活动重点掌握各结构的形态特征、分布位置、主要功能和相互关系，能够运用所学知识分析实际问题典型真题解析

（一）识图技巧定位分析功能判断仔细观察细胞膜的双核糖体可以游离在细根据结构特点推断功分子层结构，识别磷胞质中，也可以附着能双分子层决定选脂分子的排列方式在内质网表面附着择透过性，蛋白质种注意蛋白质分子的不型核糖体主要合成分类决定功能多样性，同类型载体蛋白、泌蛋白和膜蛋白，游流动性保证膜功能的通道蛋白、受体蛋白离型核糖体主要合成正常发挥等的位置和功能特细胞内蛋白质点。