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细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕而成的细胞器,在结构和功能上是紧密联系的统一整体,它们形成的结构体系。
叫做细胞的生物膜系统。
(二)生物膜系统的作用
1细胞膜的作用为保护、物质运输、能量交换、信息传递。
2细胞内广阔的膜面积为酶提供了大量的附着点,保证了细胞内各种化学反应的顺利进行。
3由生物膜将细胞分隔成一个个小室(细胞器),使细胞内的重要化学反应互不干扰,高效有序进行。
三、研究生物膜的意义
1理论上:
有助于阐明细胞的生命活动规律。
2实践应用上:
①在工业方面,生物膜的各种功能正在成为人工模拟对象,借助于生物膜的选择透过性功能,设计出具有这一功能的膜结构,可以对各种水进行过滤、分离,从而对水质进行纯化处理。
②在农业方面,人们正在从生物膜的结构和功能的角度研究农作物抗寒、抗旱、耐盐的机理,寻找改善农作物品质的新途径。
③在医学上,人们尝试用人工合成的膜材料,代替人体的病变器官行使正常的生理机能。
◆重难点解析:
1生物膜的成分与功能的关系
生物膜所含的蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关,机能旺盛的膜,其蛋白质含量较高,因为膜蛋白质是膜功能的主要体现者。
其中有的与物质的运输有关,如载体;
有的是酶,能催化与膜有关的生化反应;
有的与细胞识别有关,如表面抗原。
生物膜的脂质包括:
磷质(脂双层的主要脂质)、脂固醇等。
脂固醇只存在于动物细胞,细菌、蓝藻等原核生物和植物细胞膜中一般没有胆固醇,胆固醇的存在使膜的流动性不至于在温度降低进而下降。
2细胞膜的结构特点
细胞膜的结构特点—具有一定的流动性。
这种怎么特点对于细胞完成各种生理功能是非常重要的,它能使细胞膜经受一定程度的变形而不至于破裂;
或使膜中各种成分需要调整其组合分布;
利于膜载体蛋白质完成主动运输以及膜的融合----原生质体融合、动物细胞融合、生物膜通过小泡相互转化、受精作用、内吞和外排作用等。
细胞膜流动性的大小与温度存在着一定的联系,一般情况下,温度高流动性大,有利于生命活动的进行,但不宜过高,膜的流动性过大,甚至破坏膜的结构,就不利于生命活动的进行;
温度低,膜的流动性下降,粘度增加,附着在其上的酶等将会失去活性,膜运输的功能也将成为不可能。
3细胞识别
所谓“细胞识别”,是指一种生物的细胞对另一种生物的细胞的认识和鉴别。
我们都知道烧伤病人在植皮时,一定要用自己的皮为移植才能生长,若用别人的皮则不能生长而脱落下来,在高等动物体内的细胞,好像是互相认识的,它们也能认识外来细胞,例如,在血液中如果有细菌入侵,就会被白细胞吞噬,而它们从来不吞食血液循环中自己正常的细胞,同样,要植物细胞之间,也能相互识别。
例如,开花植物的雌蕊能否接受花粉受精,就是细胞识别的过程。
细胞识别的部位在细胞膜上,起作用的物质就是细胞膜上的糖蛋白。
◆典例分析:
例1牛奶中含有乳球蛋白和酪蛋白等物质,在奶汁的形成过程中,与上述物质的合成与分泌有密切关系的细胞结构是()
A核糖体、线粒体、中心体、染色体;
B线粒体、内质网、高尔基体、核膜;
C核糖体、线粒体、质体、高尔基体;
D线粒体、核糖体、内质网、高尔基体。
解析:
要明确分泌蛋白由内质网上的核糖体合成,经高尔基体加工后将分泌到细胞外去。
而游离型核糖体合成的蛋白质是供细胞自身利用的,不向外分泌,与高尔基体无关。
而该过程进行需要大量的能量,需要线粒体。
答案:
D。
例2不同膜结构的膜之间互相转化,以“出芽”方式进行的是()
A核膜和内质网膜;
B细胞膜和高尔基体膜;
C内质网膜和细胞膜;
D细胞膜和线粒体膜。
内质网膜、高尔基体膜和细胞膜可互相转化。
内质网膜和细胞膜在结构上是相连的,所以它们之间的转变是直接转变,没有任何中间过渡形式,内质网膜和高尔基体膜之间由于不直接相连,需要由一种中间形式---小泡完成转变,而形成小泡需要以“出芽”。
同样,高尔基体膜和细胞膜之间,也不直接相连,也需要以“出芽”的形式才能完成膜之间的转变。
B。
规律:
了解各种生物膜结构之间的联系。
第一,明确能互相转化的膜仅有三种:
即细胞膜、高尔基体膜、内质网膜。
第二,直接相连的膜不需要以“小泡”的形式转变。
第三,没有直接相连的膜,只能以中间形式—小泡来转变。
例3有关生物膜的应用,正确的是()
A海水淡化中应用了生物膜的信息传递功能;
B抗旱、抗寒品种的培育,与基因有关而与生物膜无关;
C可以利用生物膜的选择透过性进行污水处理;
D人工膜可以模拟生物膜的能量交换功能。
在培育抗旱、抗寒的品种时,我们可从生物膜的结构与功能出发进行研究,寻找改善农作物品质的新途径。
海水淡化中应用了生物膜的选择透过功能。
人工膜可以模拟生物膜的物质交换功能。
A。
解决该类题的基本规律是研究生物膜的重要意义。
◆ A基础训练
一、选择题
1细胞内有三种膜是可以互相转变的,这三种膜是()
A细胞核膜、高尔基体膜、线粒体膜;
B细胞膜、高尔基体膜、内质网膜;
C高尔基体膜、内质网膜、中心体膜;
D内质网膜、高尔基体膜、核糖体膜。
2对生物膜化学组成的表述最全面的是()
A蛋白质、糖类和类脂;
B糖蛋白的、类脂;
C蛋白质、糖类和脂类;
D糖蛋白、脂类。
3下列物质的形成与内质网上的核糖体、高尔基体和线粒体都有关()
A血红蛋白;
B呼吸氧化酶;
C胃蛋白酶;
D性激素。
4组成生物膜系统的生物膜是指()
A在结构上直接相连的生物膜;
B细胞内的所有生物膜;
C具有单层膜的细胞器;
D具有双层膜的细胞器。
5下列关于生物膜的叙述中,不正确的是()
A所有生物膜都有一定的选择透过性;
B构成生物膜的化学成分都是完全相同的;
C构成生物膜的物质分子大都可以运动的;
D不同生物膜的厚度有所不同。
6下列物质中属于分泌蛋白的是()
①肽酶②抗体③载体④氧化酶⑤性激素⑥胰岛素
A①②③④;
B②③⑤⑥;
C①②⑥;
D只有①④
7关于细胞中小泡的来源,叙述正确的是()
A来自内质网、高尔基体和细胞膜;
B来自核糖体、高尔基体和细胞膜;
C来自中心体、内质网、线粒体和核膜;
D来自叶绿体、溶酶体、核膜和内质网。
8在合成旺盛的细胞里,内质网总是与线粒体紧密相依,有的细胞的内质网甚至与线粒体的外膜相连。
这个事实说明了()
A线粒体是有所呼吸的场所;
B扩大了细胞内膜面积;
C蛋白质的合成与加工需要能量;
D线粒体起源于内质网。
9生物膜的结构和功能的研究成果,在工农业生产和医学实践中有着重要的用途。
下列有关生物膜的应用的叙述中,错误的是()
A模拟生物膜可处理污水,净化海水;
B研究生物膜可以寻找改善农作物品质的新途径;
C模拟生物膜有助于人工合成人体的病变器官;
D通过膜生物工程技术可诊断、治疗疾病。
10细胞中有许多具膜的细胞器在化学组成上很相似,其中与高尔基体的化学组成相似的是()
A线粒体;
B叶绿体;
C内质网;
D液泡。
1 B;
2 C;
3 C;
4 B;
5 B;
6 C;
7 A;
8 C;
9 C;
10 C。
◆ B强化训练
1为获得纯净的生物膜以研究其结构和功能,请你完成下列实验设计和分析有关问题:
(1)最好选取人体哪种细胞做实验?
()
A成熟红细胞;
B神经细胞;
C白细胞;
D口腔上皮细胞。
(2)将选取的上述材料放入清水中,由于作用,一段时间后细胞将破裂。
(3)经过
(2)的实验步骤,可用下列哪一种实验方法获得纯净的细胞膜()
A静置;
B加热;
C离心;
D过虑。
(4)将膜成分中的磷脂提取出来,铺在水面上,测得面积为S,则细胞的表面积约为
。
(5)测得多种膜的化学成分,如下表:
物质种类
膜的类别
蛋白质
脂类(%)
主要是磷脂
糖类(%)
变形虫细胞膜
54
42
4
小鼠肝细胞
44
52
人血红细胞
49
43
8
线粒体内膜
76
24
菠菜叶绿体片层膜
70
30
依据上表数据,分析细胞膜与细胞器膜的化学组成上的共同点是,主要区别有。
答案:
(1)A。
(2)渗透。
(3)C。
(4)S/2。
(5)都有蛋白质和脂类;
细胞器膜蛋白含量高且不含糖。
C高考演练
1(04,广东26)细胞的生物膜系统指的是
A.由细胞膜、核膜以及由膜围成的细胞器形成的统一膜系统
B.由内质网、高尔基体和核膜形成的具有特定功能的结构
C.全部的细胞膜
D.细胞膜和核膜
答案:
2(06,广东5)(8分)生物膜系统在细胞的生命活动中起着重要的作用。
请回答:
(1)细胞核的使基因的转录和翻译两个过程在时空上分开,细胞核和细胞质之间通过实现生物大分子的转运。
(2)脂溶性物质易透过细胞膜,表明细胞膜的主要成分中有。
通常分泌到细
胞膜外的蛋白质需经过加工和修饰后,以分泌小泡的形式排出.
(3)红细胞膜内K+浓度是膜外的30倍,膜外Na+浓度是膜内的6倍,维持这种K+、Na+分布不均匀是由膜上的所控制;
红细胞膜上糖蛋白的糖支链具有高度的特异性,若去掉这些糖支链,就不会发生红细胞的凝集反应,说明细胞膜表面这些糖蛋白是。
(4)人工生物膜的主要用途有哪些?
(多项选择)
A.污水处理B.食品保存C海水淡化处理D.人造器官材料
◆知识拓展:
人工种子
人工种子是指通过植物组织培养技术获得具有胚芽、胚根、胚轴等结构的植物胚状体,并且用适当方法将胚状体包裹起来,用以代替天然种子进行繁殖的一种结构。
人工种子的概念是1978年在加拿大举行的第四届国际植物组织、细胞培养会议上首次提出来的。
目前研制的人工种子,是由胚状体、作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳三部分组成的。
人工种子有许多优点。
首先,它解决了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。
第二,人工种子可以工业化生产,提高农业的自动化程度。
第三,人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外,还可以添加各种附加成分,如固氮细菌、防病虫农药、除草剂和植物激素类似物等,有利于幼苗茁壮成长,提高作物产量。
第四,用人工种子播种可以节约粮食。
例如,一个12L的发酵罐在20d内生产的胡萝卜胚状体,可以制成1000万粒人工种子,满足几千公顷农田的种植需要,与天然种子相比,大大节约了粮食。
20世纪80年代初,美、日、法等国家相继开展了人工种子的研究,并且在胡萝卜、苜蓿、芹菜、花椰菜、莴苣等植物上获得成功。
我国也在抓紧对人工种子的研究,取得了一些可喜的进展,但是与国际先进水平相比,还有一段差距。
第二节细胞工程简介
问题导学
1科学家利用基因工程,把苏云金杆菌的毒蛋白基因导入了棉花的体细胞,怎样把这个含吃素重组DNA的体细胞培养成棉花植株?
利用植物细胞工程技术---组织培养。
2制备单克隆抗体时,为什么要选用B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交细胞?
因为B淋巴细胞具有分泌特异性抗体的能力,而骨髓瘤细胞具有在体外条件下大量增殖的本领,所以由某种B淋巴细胞和骨髓瘤融合而成的杂交瘤细胞,既有B淋巴细胞分泌特异性抗体的能力,又具备骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的本领。
能够在体外条件下大量增殖,并且产生特定的单克隆抗体。
3试管婴儿的培育属于什么生殖?
应用了什么技术?
试管婴儿是在体外完成精子和卵细胞结合形成受精卵,受精卵在试管内形成小胚胎然后再移植入母体子宫发育成胎儿生出。
所以这种生殖方式属于有性生殖。
要用到的技术是动物细胞工程中的细胞培养。
◆ 重点难点:
1重点:
植物的组织培养。
2难点:
植物体细胞杂交。
◆ 基础知识:
一、什么是细胞工程:
应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法,通过某种工程学手段,在细胞整体水平或细胞器水平上,按照人们的意愿改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科技术。
二、细胞工程的种类
(一)植物细胞工程
1细胞全能性
(1)概念:
生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。
(2)基础:
生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质,都有发育成完整个体所必需的全部基因。
(3)表现全能性的条件:
离休状态、提供营养物质、激素及其他适宜条件。
2植物组织培养
(1)过程
离休的器官、组织、细胞
(高度分化)
(2)应用:
①快速繁殖,培育无病毒植株。
②通过大规模的植物细胞培养来生产药物,食品添加剂、香料、色素和杀虫剂。
③将植物组织培养方法形成的胚状结构,包上人工种皮,制成人工种子。
3植物体细胞杂交
用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞,并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。
(2)过程
再分化
脱分化
再生
细胞分裂、分化分化分化
杂种植株
愈伤组织
细胞分裂
杂种细胞
细胞壁
(3)意义:
克服有性生殖远缘杂交不亲和(生殖隔离)的障碍,培育作物新品种。
◆ 重难点解析:
1植物组织培养:
(1)外植培养到愈伤组织:
即脱分化过程,首先已分化的细胞在激素作用下,恢复细胞分裂的能力,接着细胞进行有丝分裂形成细胞团。
需要在无光条件下进行,因为无光条件下愈伤组织长得更快。
(2)愈伤组织培养到试管苗或胚状体结构:
即再分化过程,愈伤组织经过有丝分裂和分化发育成具有根、芽组成的试管苗或用于制成人工种子的胚状体。
需要在有光条件下进行。
否则的话,形成的试管苗中的叶不能合成叶绿素。
(3)试管苗发育形成完整的植物体:
由外植培育到试管苗是在含有营养物质和激素的的试管中完成。
而由试管苗进一步生长发育形成完整的植物体需栽培在土壤中(或无土栽培)。
(4)获得细胞产品:
培养过程只到愈伤组织为止。
因为细胞产品如药物
食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等是从愈伤组织细胞中提取出来的。
(5)人工种子:
人工种子是用植物组织培养形成的胚状体,外加人造胚乳,再裹上人工种皮制成的。
但不能说人工种子是人工制成的,因为人工种子的主要部分胚状体并不是人工制成的。
人工种子与自然种子相比,前者是通过无性生殖形成的,能保留一个亲本的性状,而后者是有性生殖形成的,具有变异性。
(6)生殖类型:
植物组织培养所用的培养材料是体细胞,则属于无性生殖(营养生殖);
如果是花粉离体培养,则属于有性生殖。
(7)无病毒植株的培养:
培养材料一定要用根尖或茎尖,这是因为植物根尖和茎尖细胞不携带病毒。
2植物体细胞杂交
(1)技术构成:
由植物细胞融合和植物细胞培养构成。
(2)杂种细胞的筛选:
两种植物细胞A和B除去细胞壁后的原生质A和B,在诱导融合过程中,并不是所有的原生质体都会发生融合,而融合的原生质体是随机发生的。
因此,诱导融合完成后,在容器内总共有A原生质体、B原生质体、A-A原生质体、B-B原生质体、A-B原生质体(杂合原生质体),原生质体重新生成细胞壁后的细胞就有A细胞、B细胞、A-A细胞、B-B细胞和A-B细胞(杂合细胞),所以要通过一定的方法把杂种细胞筛选出来。
动物细胞融合技术进行杂种细胞筛选也是这个道理。
◆ 典例分析:
例1有关全能性的叙述,不正确的是()
A受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体,因此全能性最高;
B生物体内细胞由于分化全能性不能表达;
C卵细胞与受精卵一样,细胞未分化,全能性很高;
D植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性。
第一受精卵是个体发育的起点,在自然条件下,通过细胞的分裂、分化形成完整的个体,所以全能性很高;
第二体内每一个体细胞都是通过有丝分裂形成,都含有发育成完整个体所必需的全部基因,理论上讲都应该具有全能性,但由于分化,基因在不同的细胞中选择表达,因而体内细胞并没有表达出全能性;
第二卵细胞在一定条件下,全能性表现比体细胞高,但与受精卵不同,细胞的分化程度也很高;
第四分化的植物细胞具有全能性,但要表达必须在一定条件下离体培养。
C。
①明确细胞具有全能性和全能性表达是两个不同的概念。
如体内分化的植物细胞具有全能性,但在体内不能表达,需在一定条件下离体才能表达。
②理解体内所有细胞中受精卵全能性最高,卵细胞比体细胞潜在的全能性高,分化的植物细胞比分化的动物细胞全能性易表达,但需在一定条件下。
例2下列属于组织培养的是()
A花粉培养成单倍体植株;
B芽发育成枝条;
C根尖分生区发育成成熟区;
D未受精卵发育成植株。
首先组织培养是指离体的植物器官、组织或细胞经脱分化、再分化形成完整植物体的过程。
花粉能培养成单倍体植株,是在一定条件下离体形成的。
第二,芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区,是体内分化的器官和组织形成了机体一部分,未受精的卵发育成植株,不在离体的情况下进行,而受母体的调控完成。
A。
解答此题要深入理解组织培养的概念,清楚进行组织培养一定是离体的植物器官、组织或细胞,而且已不受母体的控制。
明确培养过程必须在一定的营养物质、激素和其他外界条件下进行。
例3(04,广东27)下面关于植物细胞工程的叙述,正确的是
A.叶肉细胞脱分化后可形成无定形状态的薄壁细胞
B.叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织
C.融合植物叶肉细胞时,应先去掉细胞膜
D.叶肉细胞离体培养时,可以表现出全能性
植物体细胞的全能性必须在离体状态下通过组织培养才能表达出来。
组织培养通过脱分化形成无定形状态高度液泡化的愈伤组织,愈伤组织再分化形成根、芽,再发育成新植株。
植物体细胞杂交首先要用纤维素酶去除细胞壁,获得原生质体,然后用诱导剂促使细胞融合,获得杂种细胞,再利用组织培养获得杂种植株。
AD。
植物体细胞不表达全能性的原因是在植物体内基因选择性表达的结果;
离体的植物体细胞能表达全能性;
植物体细胞杂交首先要用纤维素酶去除细胞壁然后再用诱导剂融合。
◆ A基础训练
一、选择题
1在生物体内,细胞没有表现出全能性,而是分化为不同的组织、器官,是因为()
A细胞丧失了全能性;
B不同的细胞内基因不完全相同;
C基因的表达有选择性;
D在个体发育的不同时期,细胞内的基因发生了变化
2当植物组织脱离了原所在植物体的器官或组织而处于离体状态培养时,下列有可能使其表现出全能性、发育成完整的植株是()
A细胞分裂素;
B生长素;
C一定的营养物质;
D以上三者均是。
3植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是()
A植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁;
B细胞壁使原生质体失去活力;
C细胞壁阻碍了原生质体的融合;
D细胞壁不是原生质的组成部分。
4细胞工程是一门综合科学技术。
下列哪项技术不属于细胞工程()
A有性杂交;
B体细胞杂交;
C组织培养;
D细胞核移植。
5“白菜—甘蓝”是用何种技术培育出来的新品种()
A基因工程;
B细胞工程;
C酶工程;
D嫁接技术。
6关于愈伤组织形成过程的正确叙述是()
A愈伤组织形成是离体的植物细胞分化的结果;
B愈伤组织形成是离体的植物细胞分裂的结果;
C愈伤组织形成是离体的动物细胞分化的结果;
D愈伤组织形成是离体的动物细胞分裂的结果。
7植物体细胞杂交可以解决不同生物之间的什么问题()
A亲缘关系远近;
B生殖隔离;
C地理隔离;
D组织分化。
8植物学家将胡萝卜的韧皮部细胞分离出来,将单个细胞放入特定的培养基中培养,获得了许多完整的植株,此过程依据的原理和技术是()
A细胞分裂和细胞工程;
B细胞分化和基因工程;
C细胞的全能性和组织培养;
D花药离体和单倍体育种。
9在下列选项中,没有采用植物组织培养技术的一项是()
A利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,得到多倍体植株;
B利用花药离体培养得到单倍体植株;
C利用基因工程培育抗棉铃虫的棉花植株;
D利用细胞工程培育“番茄—马铃薯”杂种植株。
10不能人工诱导原生质体融合的方法是()
A振动;
B电刺激;
CPEG试剂;
D重压。
1 C;
2 D;
4 A;
6 B;
7 B;
9 A;
10 D。
二、非选择题:
1根据细胞膜的结构和功能特点。
分析回答一步下列问题:
(1)1925年科学家用丙酮提取细胞膜的脂,并将它在空气—水界面上展开时,这个单层分子的面积相当于原来细胞表面积的两倍,由此可以认为细胞膜由组成。
(2)1970年,科学家用不同荧光染料标记的抗体,分别与小鼠细胞和人细胞膜上的种抗体相结合,使它们分别产生绿色和红色荧光。
将这两种细胞融合成一个细胞时,开始时一半呈绿色,另一半呈红色,但在37℃保温40min后,在融合细胞上两种颜色的荧光就均匀分布。
这个实验说明,其原因是。
(3)科学家在研究钠通过细胞膜的运输方式时,做了下述实验:
先向枪乌贼神经纤维内注入微量的放射性同位素24Na,不久可测得神经纤维周围溶液中存在24Na,如果在神经纤维膜外溶液中加入抑制酶活性的药物,则24Na外流迅速停止,当向中毒的神经纤维内注射新鲜的ATP时,24Na又重新透出,直到ATP用完为止,以上实验证明:
24Na通过细胞膜的方式是,原因是,被抑制的酶是催化的酶。
(1)磷脂双分子层。
(2)细胞膜具有一定的流动性;
构成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的。
(3)主动运输;
此过程消耗了ATP;
呼吸作用。
提示:
此题以考查细胞膜的结构和功能为线索,集学科内综合和跨学科综合于一体。
取材于课本之外,答案在课本之内,是一道科技含量高,分析推理性较强的题目,此题涉及知识点除细胞膜外,还有抗原抗体的概念、ATP、呼吸作用等,同时考查了学生灵活运用物理和化学知识解决生物学问题的能力。
(1)丙酮是一种有机化学溶剂,可用于溶解细胞膜中的磷脂
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