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细胞膜和细胞核——高中生物必修一《分子与细胞》上课讲稿
细胞膜和细胞核
——高中生物必修一《分子与细胞》上课讲稿
开场白

同学们好!上节课我们学习了构成细胞的四大有机物,知道了蛋白质是生命活动的承担者,核酸是遗传信息的携带者。那么这些有机物是如何组装成一个活的细胞的呢?从这节课开始,我们要深入细胞内部,学习细胞的基本结构。细胞的结构包括细胞膜、细胞质和细胞核三大部分。今天我们先讲细胞膜和细胞核——这两个结构,一个是细胞的"门户",一个是细胞的"司令部"。本节课的核心观念是"结构与功能相统一",大家在学习过程中要始终思考:这个结构为什么是这样的?它这样的结构对应什么功能?好,让我们正式开始。
第一部分 细胞膜——细胞的边界
一、细胞的边界
首先我们来思考一个问题:植物细胞、真菌细胞、细菌细胞和动物细胞的边界分别是什么?
植物、真菌、细菌的最外层是细胞壁,紧贴细胞壁的是细胞膜;动物细胞没有细胞壁,最外层就是细胞膜。那么,所有细胞的边界到底是细胞壁还是细胞膜?答案是:所有细胞的边界都是细胞膜,而不是细胞壁。
为什么细胞壁不能作为边界?因为细胞壁的特点是全透性——蔗糖、台盼蓝、红墨水等物质可以自由进出细胞壁,它不能控制物质进出,也不能将细胞与外界分隔开。边界必须具备控制物质进出、分隔细胞与外界的功能,这是细胞膜才有的功能。细胞壁的功能只是支持和保护。
(一)细胞壁的成分与去壁方法
细胞类型 | 细胞壁成分 | 去壁方法 |
植物细胞 | 纤维素和果胶 | 纤维素酶和果胶酶 |
细菌细胞 | 肽聚糖 | 溶菌酶 |
真菌细胞 | 几丁质(壳多糖) | 几丁质酶 |
注意:溶菌酶只能除去细菌的细胞壁,不能除去真菌和植物的细胞壁,因为它们的成分不同。考试中如果说"用溶菌酶可除去细菌和真菌的细胞壁",那是错误的。
植物细胞壁的功能是支持和保护,特点是全透性。注意,细胞壁是全透性的,不是选择透过性——选择透过性是细胞膜的功能特点。
二、细胞膜的功能
细胞膜有三大功能,这是必须背诵的:
(一)将细胞与外界环境分隔开
细胞膜将细胞与外界环境分隔开,保障了细胞内部环境的相对稳定。从生命起源的角度看,原始海洋中磷脂分子包裹形成相对稳定的内部环境,这是生命起源的关键一步。有了细胞膜,细胞才能有一个相对稳定的内部环境,使细胞代谢能够持续、有序地进行。
(二)控制物质进出细胞
细胞膜能控制物质进出细胞,包括被动运输、主动运输和胞吞胞吐。细胞膜的功能特点是选择透过性——可以让一些物质通过,阻止另一些物质通过。
注意,控制物质进出是相对的,不是绝对的。有些对细胞有害的物质(如病毒、某些毒素)也可能通过胞吞或膜融合进入细胞。所以细胞膜的控制作用是相对的,不是绝对的。
台盼蓝染色法判断细胞死活,就体现了细胞膜控制物质进出的功能。台盼蓝是一种大分子染料,活细胞的细胞膜具有选择透过性,不允许台盼蓝进入细胞,所以活细胞不被染色;死细胞的细胞膜失去选择透过性,台盼蓝可以进入细胞,所以死细胞被染成蓝色。这就是台盼蓝染色法鉴别细胞死活的原理。
拓展:MTT法也是一种检测细胞是否存活的方法。MTT是一种接受氢离子的染料,活细胞内线粒体中的琥珀酸脱氢酶能将淡黄色的MTT还原为蓝紫色的结晶,而死细胞无此功能。注意,MTT法和台盼蓝法的原理不同——台盼蓝是利用细胞膜的选择透过性,MTT是利用活细胞线粒体中酶的活性。另外,哺乳动物成熟红细胞没有线粒体,所以MTT法不能检测哺乳动物成熟红细胞是否存活。
(三)进行细胞间的信息交流
细胞膜能进行细胞间的信息交流。细胞间的信息交流大多与细胞膜的结构和功能有关。信息交流有三种方式:
第一种,通过体液运输。细胞分泌的化学物质(如激素、神经递质、细胞因子),随血液到达全身各处,与靶细胞膜上的特异性受体结合,将信息传递给靶细胞。比如胰岛素作用于靶细胞,就是通过这种方式。高中三大信号分子是激素、神经递质、细胞因子,大家要记住。
第二种,直接接触。相邻两个细胞的细胞膜接触,信息从一个细胞传递给另一个细胞。比如精子和卵细胞的识别和结合(具有物种特异性);免疫细胞间的识别,如抗原呈递细胞(APC)将抗原呈递给辅助性T细胞、辅助性T细胞接触激活B细胞、细胞毒性T细胞识别靶细胞等。
第三种,通道传递。携带信息的物质通过通道进入另一个细胞,不需要细胞膜上的受体。典型例子是高等植物细胞的胞间连丝。
重要提醒:不是所有信息交流都需要细胞膜上的受体!通过通道传递(胞间连丝)就不需要膜受体;另外,性激素等脂溶性激素的受体在细胞内,也不在细胞膜上。考试中如果说"细胞间信息交流都需要细胞膜上的受体",那是错误的。
(四)胞间连丝专题
胞间连丝是贯穿两个相邻细胞细胞壁的圆柱形细胞质通道,高等植物大多数相邻细胞间能形成胞间连丝。胞间连丝可以使植物细胞之间实现快速的物质转移和信息交流。
胞间连丝分为两种:
初生胞间连丝:在有丝分裂末期形成细胞板时,因内质网膜的插入而形成的。注意,是末期形成细胞板时,不是中期!考试中如果说"初生胞间连丝在有丝分裂中期形成",那是错误的。
次生胞间连丝:由一些水解酶(如纤维素酶、果胶酶)的作用使完整的细胞壁穿孔而形成的。
胞间连丝的功能:物质交换和信息交流。胞间连丝使相邻细胞的生物膜形成了结构上的联系——因为胞间连丝是细胞膜的延伸,相邻细胞的细胞膜通过胞间连丝连在一起。
三、细胞膜的探究历程
细胞膜结构的发现经历了漫长的过程,这是科学史的重要内容,高考经常考人物和贡献的对应关系。我们按时间顺序来讲。
(一)欧文顿(1895年):透性实验
欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次实验,发现脂溶性分子最容易通过细胞膜,水溶性分子不易通过。根据相似相溶原理,他推测细胞膜由脂质组成。
注意:欧文顿没有做成分提取,他的结论是间接推理出来的,不是直接分析得出的。考试中如果说"欧文顿通过提取细胞膜并分析成分,得知细胞膜由脂质组成",那是错误的——他是通过透性实验推测的。
(二)20世纪初:细胞膜成分的提取与分析
科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来,化学分析表明,膜的主要成分是脂质和蛋白质。其中脂质中磷脂含量最多,动物细胞膜还有胆固醇。
为什么选哺乳动物成熟红细胞来研究细胞膜?因为哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和众多细胞器,没有核膜和细胞器膜的干扰,能获得比较纯净的细胞膜。制备方法是将红细胞放入清水中,吸水涨破,然后离心获得纯净细胞膜。
(三)戈特和格伦德尔(1925年):脂质平铺实验
戈特和格伦德尔提取哺乳动物成熟红细胞的脂质,在空气-水界面铺成单分子层,发现单分子层的面积恰好是红细胞表面积的两倍。由此推断:细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层。
这个实验非常经典,它证明了磷脂双分子层的存在。注意,实验材料也是哺乳动物成熟红细胞,因为只有细胞膜,没有其他膜结构干扰。
(四)丹尼利和戴维森:表面张力实验
丹尼利和戴维森发现,细胞膜的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。因为如果细胞膜只由脂质组成,表面张力应该和油-水界面差不多。所以他们推测:细胞膜中除脂质外,还可能附有蛋白质。
(五)罗伯特森(1959年):单位膜模型
罗伯特森在电镜下观察到细胞膜呈清晰的"暗-亮-暗"三层结构。他提出假说:生物膜是由"蛋白质-脂质-蛋白质"三层结构构成的静态统一结构。
注意,是"暗-亮-暗",不是"亮-暗-亮"!暗的两层是蛋白质,亮的中间层是脂质。考试中如果说"亮-暗-亮",那是错误的。
罗伯特森的单位膜模型有一个致命缺陷:他认为细胞膜是静态结构。但这个模型无法解释细胞的生长、分裂、变形虫的变形运动、白细胞的吞噬等现象——这些现象都需要细胞膜能够运动。所以静态模型是有问题的。
(六)人鼠细胞融合实验(荧光标记法)
科学家用不同荧光染料分别标记人细胞和鼠细胞的膜蛋白,然后诱导两种细胞融合。在37℃下培养40分钟后,发现两种荧光均匀分布在融合细胞的表面。
这个实验直接证明了细胞膜中的蛋白质可以运动,从而证明了细胞膜具有流动性。注意,这个实验直接证明的是膜蛋白可以运动,间接证明细胞膜具有流动性。
(七)辛格和尼科尔森(1972年):流动镶嵌模型
1972年,辛格和尼科尔森提出了流动镶嵌模型,这是目前被广泛接受的细胞膜结构模型。我们下一部分详细讲。
细胞膜探究历程总结:欧文顿(推测脂质)→成分分析(脂质+蛋白质)→戈特和格伦德尔(磷脂双分子层)→丹尼利和戴维森(推测有蛋白质)→罗伯特森(暗-亮-暗三层静态模型)→人鼠细胞融合(证明膜蛋白运动)→辛格和尼科尔森(流动镶嵌模型)。
四、细胞膜的成分
细胞膜主要由脂质(约50%)、蛋白质(约40%)和糖类(约2%~10%)组成。
脂质:约占50%,主要是磷脂,构成细胞膜的基本骨架。动物细胞膜还有少量胆固醇,植物细胞膜一般没有胆固醇。注意,磷脂含量最多,不是胆固醇。
蛋白质:约占40%。功能越复杂的细胞膜,蛋白质的种类和数量越多。比如线粒体内膜的功能很复杂(有氧呼吸第三阶段),所以蛋白质种类和数量比外膜多;叶绿体类囊体薄膜的功能也很复杂(光反应),蛋白质也比叶绿体内外膜多。这体现了结构与功能相统一。
糖类:约占2%~10%。糖类不单独存在,而是与蛋白质结合形成糖蛋白,与脂质结合形成糖脂。糖蛋白和糖脂都分布在细胞膜的外侧,与细胞识别、信息传递和细胞间粘着性有关。
注意:癌细胞表面的糖蛋白减少,导致细胞间粘着性降低,所以癌细胞容易在体内分散和转移。这是一个重要考点。
五、流动镶嵌模型的基本内容
(一)磷脂双分子层——基本骨架
磷脂双分子层构成细胞膜的基本骨架。磷脂分子由甘油、脂肪酸和磷酸等组成,磷酸"头部"是亲水的,两个脂肪酸"尾部"是疏水的。
磷脂双分子层的排列是对水环境的适应——细胞内外都是水环境,磷脂分子的亲水头部朝向水相(外侧和内侧),疏水尾部相对排列在内部,形成稳定的双分子层结构。
磷脂的疏水尾部决定了水溶性极性分子或离子难以自由通过细胞膜——这就是屏障作用。所以水分子、离子等不能自由通过磷脂双分子层,需要载体蛋白或通道蛋白的协助。
磷脂分子可以侧向自由移动,这是细胞膜流动性的基础之一。
(二)蛋白质——功能的主要承担者
蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中:有的镶在磷脂双分子层表面,有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中,有的贯穿整个磷脂双分子层。
注意,蛋白质的分布是不对称的——膜内外两侧的蛋白质种类和数量不同,这与膜内外功能差异有关。比如糖蛋白只分布在外侧。考试中如果说"蛋白质分子均匀地分布在磷脂双分子层中",那是错误的——蛋白质分布是不对称的,不是均匀的。
大多数蛋白质分子也是可以运动的,这是细胞膜流动性的另一个基础。注意,是"大多数"蛋白质可以运动,不是所有——有些蛋白质与细胞骨架结合,相对固定。
(三)糖被——外侧的识别标志
细胞膜外侧的糖类与蛋白质结合形成糖蛋白,与脂质结合形成糖脂,这些糖类分子叫做糖被。糖被只分布在细胞膜的外侧,与细胞识别、信息传递和细胞间粘着性有关。
糖被的存在也是判断细胞膜内外侧的依据——有糖被的一侧是外侧。
六、细胞膜的结构特点和功能特点
(一)结构特点:具有一定的流动性
细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。原因是构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动,大多数蛋白质分子也可以运动。
影响因素:在一定范围内,温度越高,细胞膜的流动性越强。因为温度升高,分子运动加快。但温度过高会导致蛋白质变性,膜结构破坏。
胆固醇对细胞膜流动性有双向调节作用:胆固醇若插到磷脂的饱和脂肪酸链中间,就会阻碍这些链相互紧密规则排列,从而增加膜的流动性;若插到磷脂的不饱和脂肪酸链中间,就会限制这些链的活动性,从而降低膜的流动性。所以胆固醇既能防止膜在低温下凝固,又能防止膜在高温下过度流动,起到稳定膜结构的作用。
流动性的实例:胞吞胞吐、变形虫的变形运动、白细胞的吞噬、细胞融合、质壁分离和复原等,都依赖于细胞膜的流动性。
(二)功能特点:选择透过性
细胞膜的功能特点是选择透过性——可以让水分子自由通过,一些离子和小分子也可以通过,而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
选择透过性的基础是细胞膜上载体蛋白的种类和数量不同。不同细胞的细胞膜上载体蛋白不同,所以选择吸收的物质不同。
鉴别细胞死活的方法:台盼蓝染色法(活细胞不被染色,死细胞被染成蓝色)、植物细胞质壁分离法(活细胞能发生质壁分离和复原,死细胞不能)。这些方法利用的都是细胞膜的选择透过性。
注意:流动性是结构特点,选择透过性是功能特点,两者不要搞混。流动性是选择透过性的基础——因为膜是流动的,才能通过载体蛋白的运动来控制物质进出。
七、细胞膜相关实验拓展
(一)荧光漂白恢复实验(FRAP)
荧光漂白恢复实验是研究细胞膜流动性的经典实验。用荧光染料标记细胞膜上的蛋白质,然后用高强度激光照射细胞膜的某一区域,使该区域的荧光瞬间被"漂白"(荧光消失)。随后观察发现,漂白区域的荧光逐渐恢复。
原理:被漂白区域外的荧光标记蛋白因为膜的流动性,逐渐运动到漂白区域,使漂白区域的荧光恢复。这个实验证明了细胞膜具有流动性(结构特点)。
注意:最终恢复的荧光强度比初始强度低,可能原因是荧光强度会自主下降(荧光淬灭),或者某些分子处于相对静止状态(不能运动到漂白区域)。
如果去除细胞膜中的胆固醇,发现漂白区域荧光恢复时间缩短,说明胆固醇具有限制分子运动的作用(去除后分子运动更快,恢复更快)。这也印证了胆固醇对膜流动性的调节作用。
(二)脂质体
脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。脂质体可以作为药物运载体——水溶性药物包裹在脂质体内部的水相中,脂溶性药物镶嵌在脂双层之间。脂质体与细胞膜融合后,将药物送入细胞。
第二部分 细胞核——细胞的控制中心
一、细胞核的分布与数量
大多数真核细胞都有一个细胞核,但也有例外:
没有细胞核的真核细胞:哺乳动物成熟的红细胞、高等植物成熟的筛管细胞。注意,这两个是真核细胞,但成熟后没有细胞核。
有多个细胞核的细胞:双小核草履虫(有大核和小核两个核)、骨骼肌细胞(可多达上百个核)。
大多数真核细胞有一个细胞核。原核细胞没有以核膜为界限的细胞核,只有拟核。
注意:细胞核不一定位于细胞的正中央。比如植物细胞有中央大液泡,细胞核常被挤到细胞的边缘。所以"细胞核位于细胞正中央"这个说法是错误的。
细胞核的功能定位:细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。注意,是"控制中心",不是"代谢中心"——细胞代谢的主要场所是细胞质基质,细胞核只是控制代谢。
二、细胞核功能的探究实验
细胞核的功能是通过四个经典实验证明的,这是高考的重点,大家要掌握每个实验的操作、现象、结论和对照类型。
(一)黑白美西螈核移植实验
操作:将黑色美西螈胚胎细胞的细胞核取出,移植到白色美西螈的去核卵细胞中,形成重组细胞,然后培养。
结果:重组细胞发育成的美西螈全部是黑色的。
结论:美西螈的皮肤颜色(性状)受细胞核控制。证明细胞核是遗传的控制中心。
对照类型:这个实验严格来说没有设置对照组,可以增设相互对照——将白色美西螈的细胞核移植到黑色美西螈的去核卵细胞中,看发育成的美西螈是不是白色。
(二)蝾螈受精卵横缢实验
操作:用头发丝将蝾螈的受精卵横缢为有核一半和无核一半,中间只有少量细胞质相连。
现象:有核的一半能分裂、分化,发育成正常的胚胎;无核的一半不能分裂,停止发育。如果将一个细胞核挤入无核的一半,这一半也开始分裂分化,最终也能发育成胚胎,但发育速度较慢(因为核是后来挤入的)。
结论:蝾螈的细胞分裂和分化受细胞核控制。证明细胞核是代谢的控制中心。
对照类型:有核一半和无核一半形成相互对照;挤入核前后形成自身前后对照。
(三)变形虫切割与核移植实验
操作:将变形虫切割为有核部分和无核部分,观察生命活动。
现象:有核部分能正常生活,进行分裂、生长、再生、对刺激作出反应等生命活动;无核部分不能摄食,不能生长,不能分裂,对刺激没有反应,最终死亡。如果将细胞核重新植入去核的变形虫,它又能恢复正常的生命活动。
结论:变形虫的分裂、生长、再生、对刺激的反应等生命活动受细胞核控制。证明细胞核是代谢的控制中心。
对照类型:有核部分和无核部分相互对照;去核后和植核后自身前后对照。
思考:去核后的变形虫仍能生活一段时间的原因是什么?因为去核前已经合成的蛋白质和mRNA仍能在一段时间内承担部分生命活动,所以不会立即死亡。但随着这些物质被消耗,又没有新的物质合成,最终会死亡。
(四)伞藻的嫁接与核移植实验
伞藻是一种大型的单细胞藻类,由"帽"、柄和假根三部分组成,细胞核位于假根中。伞藻的帽有不同形状,比如伞形和菊花形。
嫁接实验:将伞形帽伞藻的柄嫁接到菊花形帽伞藻的假根上,结果长出的帽是菊花形;将菊花形帽伞藻的柄嫁接到伞形帽伞藻的假根上,结果长出的帽是伞形。
结论:伞帽的形状与柄无关,与假根有关。但这个实验有局限性——因为假根中既有细胞核又有细胞质,无法排除细胞质的影响。
核移植实验:将伞形帽伞藻的细胞核取出,移植到菊花形帽伞藻的去核假根中,结果长出的帽是伞形。
结论:伞藻"帽"的形状是由细胞核控制的。证明细胞核是遗传的控制中心。
对照类型:嫁接实验中两种嫁接方式相互对照;核移植实验也有相互对照。
(五)四个实验总结
实验名称 | 证明的功能 | 对照类型 |
黑白美西螈核移植 | 细胞核是遗传的控制中心 | 可增设相互对照 |
蝾螈受精卵横缢 | 细胞核是代谢的控制中心 | 相互对照+自身前后对照 |
变形虫切割与核移植 | 细胞核是代谢的控制中心 | 相互对照+自身前后对照 |
伞藻嫁接与核移植 | 细胞核是遗传的控制中心 | 相互对照 |
共同结论:细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。
三、细胞核的结构
细胞核的结构包括核膜、核孔、核仁和染色质四部分,我们逐一来讲。
(一)核膜
核膜是双层膜结构(外膜和内膜),把核内物质与细胞质分开。核膜在有丝分裂过程中周期性地消失(前期)和重建(末期)。
核膜的外膜上附着大量核糖体,通常与内质网相连——所以核膜的外膜可以看作是内质网的延伸。
注意:核膜是双层膜,所以物质穿过核膜要穿过4层磷脂分子(2层生物膜)。但物质通过核孔进出细胞核时,穿过0层膜——因为核孔是核膜上的孔洞,不穿过膜结构。
(二)核孔
核孔是镶嵌在内外核膜融合形成的孔洞上的核孔复合体,实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。
核孔不是一个简单的"洞",而是一个复杂的结构——核孔复合体,具有选择性。物质进出核孔有两种方式:
被动运输(中央通道):适用小分子物质,如离子、代谢物、分子量小于5kDa的蛋白质。特点是无需能量,顺浓度梯度,类似于自由扩散。
主动运输(大分子选择性转运):适用大分子物质,如mRNA、核糖体亚基、各种入核蛋白(DNA聚合酶、RNA聚合酶、解旋酶等)。特点是消耗能量,具有选择性,需要识别信号。
物质进出核孔的规律:
入核物质:解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶、核糖体蛋白等——这些蛋白质在细胞质的核糖体上合成,需要进入细胞核发挥作用。
出核物质:mRNA、tRNA、核糖体亚基等——这些在细胞核内合成,需要到细胞质中发挥作用。
注意:DNA不能通过核孔出细胞核!DNA是遗传物质,必须留在细胞核内。考试中如果说"DNA可以通过核孔出细胞核",那是错误的。
代谢越旺盛的细胞,核孔数量越多。比如胰岛B细胞要大量合成胰岛素(分泌蛋白),需要大量mRNA出核,所以核孔数量比口腔上皮细胞多。考试中如果说"人体胰岛B细胞核膜上核孔的数量比口腔上皮细胞少",那是错误的——应该更多。
(三)核仁
核仁是细胞核中一个折光性较强的球形结构,功能是与某种RNA(rRNA,核糖体RNA)的合成以及核糖体的形成有关。
代谢越旺盛、蛋白质合成越多的细胞,核仁越大。因为蛋白质合成需要大量核糖体,而核糖体的形成与核仁有关,所以核仁就大。比如胰腺细胞、浆细胞等分泌蛋白合成旺盛的细胞,核仁都比较大。
核仁在有丝分裂过程中周期性地消失(前期)和重建(末期)。前期染色质高度螺旋化,rDNA不再转录,核仁消失;末期染色体解螺旋,rDNA重新转录,核仁重建。
注意几个易错点:
第一,核仁不是rRNA的唯一场所。原核生物没有核仁,但也有rDNA,可以合成rRNA。真核生物中,除了核仁组织区的rDNA,线粒体和叶绿体也有自己的rDNA,可以合成rRNA。所以"rRNA一定由核仁合成"这个说法是错误的。
第二,核仁不是合成核糖体蛋白的场所。核糖体蛋白是在细胞质的核糖体上合成的,然后通过核孔进入细胞核,在核仁中与rRNA组装成核糖体亚基,再通过核孔运出到细胞质。所以核仁是组装核糖体亚基的场所,不是合成核糖体蛋白的场所。
第三,核仁含有DNA、RNA和蛋白质等组分。核仁中有rDNA(编码rRNA的DNA)、正在转录的rRNA、核糖体蛋白等,所以核仁的成分包括DNA、RNA和蛋白质。
(四)染色质
染色质主要由DNA和蛋白质组成,还有少量RNA。因为能被碱性染料(如龙胆紫、醋酸洋红)着色而得名。注意,碱性染料是指阳离子染料,因为DNA带负电,能与阳离子染料结合,不是指染料的pH为碱性。
染色质的结构单位是核小体。每个核小体由146bp的DNA缠绕组蛋白八聚体1.75圈形成,核小体之间通过50bp左右的连接DNA相连。核小体实现了DNA长度的压缩,有利于DNA的储存。核小体的组装发生在细胞分裂间期(因为间期DNA复制后需要重新组装染色质)。
染色质和染色体的关系:染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。
染色质:在细胞分裂间期存在,DNA折叠程度低,呈细丝状,利于DNA解旋,适合DNA复制和转录。
染色体:在细胞分裂期存在(前期出现,末期消失),由染色质高度螺旋化形成,呈短棒状或圆柱状,利于DNA平均分配到两个子细胞中。
转化关系:染色质 →(高度螺旋化,缩短变粗)→ 染色体 →(解螺旋,变细变长)→ 染色质。
染色质螺旋化为染色体时,核小体之间会进一步压缩——从核小体结构到螺线管,再到超螺线管,最后到染色体,DNA总共被压缩了约8400倍。
注意:鉴定组蛋白时用双缩脲试剂,双缩脲试剂的使用方法是先加A液(NaOH)摇匀,再加B液(CuSO₄),不是等量混合!等量混合是斐林试剂的用法。考试中如果说"鉴定组蛋白时,双缩脲试剂A液和B液应等量混合",那是错误的。
四、细胞核结构与功能的统一
最后我们来总结一下细胞核结构与功能的统一:
核膜(双层膜):将核内物质与细胞质分开,保证核内相对稳定的环境,使DNA复制、转录等过程在相对独立的空间进行。
核孔(选择性运输):实现核质之间频繁的物质交换和信息交流,让蛋白质入核、RNA出核,保证细胞核和细胞质的协调配合。
核仁(组装核糖体):与rRNA合成和核糖体形成有关,保证细胞有足够的核糖体来合成蛋白质。代谢旺盛的细胞核仁大、核孔多,这正是结构与功能相统一的体现。
染色质(储存遗传信息):DNA是遗传信息的载体,染色质的结构保证了遗传信息的稳定储存和精确传递。间期为染色质状态利于复制和转录,分裂期为染色体状态利于平均分配。
课堂总结
好,这节课的内容就讲完了。我们来总结一下重点。
第一部分细胞膜:所有细胞的边界都是细胞膜,不是细胞壁(细胞壁全透性,成分因生物种类不同而异)。细胞膜三大功能:分隔、控制物质进出(选择透过性,台盼蓝鉴别死活)、信息交流(三种方式:体液运输、直接接触、通道传递;胞间连丝不需要受体,分初生和次生)。探究历程七步:欧文顿(推测脂质)→成分分析→戈特和格伦德尔(磷脂双分子层)→丹尼利和戴维森(推测蛋白质)→罗伯特森(暗-亮-暗静态模型)→人鼠融合(膜蛋白运动)→辛格和尼科尔森(流动镶嵌模型)。成分:脂质50%(磷脂为主)、蛋白质40%(功能越复杂越多)、糖类2-10%(糖蛋白/糖脂,只在外侧)。流动镶嵌模型:磷脂双分子层是基本骨架(亲水头部朝外,疏水尾部相对),蛋白质不对称分布(镶、嵌、贯穿),糖被在外侧。结构特点:流动性(磷脂和大多数蛋白可运动,胆固醇双向调节);功能特点:选择透过性。FRAP实验证明流动性。
第二部分细胞核:大多数真核细胞有一个核,哺乳动物成熟红细胞和高等植物成熟筛管细胞无核,草履虫和骨骼肌细胞多核。细胞核是遗传信息库,是代谢和遗传的控制中心(不是代谢中心)。四个经典实验:美西螈核移植(遗传控制)、蝾螈受精卵横缢(代谢控制)、变形虫切割核移植(代谢控制)、伞藻嫁接核移植(遗传控制)。细胞核结构:核膜(双层膜,外膜附核糖体连内质网,前期消失末期重建)、核孔(核孔复合体,被动运输小分子+主动运输大分子,DNA不能出核,代谢旺盛核孔多,穿0层膜)、核仁(rRNA合成和核糖体形成有关,代谢旺盛核仁大,不是唯一场所,前期消失末期重建)、染色质(DNA+蛋白质+少量RNA,核小体是结构单位,与染色体是同一物质不同时期两种状态,碱性染料染色)。
这节课的核心主线是结构与功能相统一。下节课我们将学习细胞器——细胞质中的各种结构。课后大家把配套练习题做一下,有不懂的地方随时来问我。好,这节课就到这里,下课!