高中生物教案-第一节 细胞的结构和功能（三）

三细胞核的结构和功能

一、知识结构二、教学目的

1.真核细胞细胞核的结构和主要功能（C：理解）。

2.原核细胞的基本结构（B：识记）。

三、重点和难点

1.教学重点

(1)真核细胞的核膜和染色质。

(2)原核细胞中拟核的结构特点。

2.教学难点

关于真核细胞细胞核中的染色质，在细胞有丝分裂过程中的形态变化。

四、教学建议

本小节的教学内容可用1课时讲授，包括细胞核的结构和功能，原核细胞的基本结构两部分内容。前者应更多地采用观察分析方法，使学生重点掌握染色质的组成，了解其功能。后者主要通过对比的方法，使学生了解原核细胞和真核细胞的异同，认识原核细胞的原始性。

在关于细胞核的教学中，要利用模式图，通过观察概括出细胞核主要包括核膜、核质、核仁、染色质几部分。然后，重点分析核膜和染色质的结构、成分和功能。

关于核膜的结构，应注意让学生观察到核膜与内质网相通连，认识到核膜同样是选择透过性膜，它控制着细胞核与细胞质的物质交换，对核内的物质具有保护作用。细胞核和细胞质间存在着频繁的、大量的大分子物质的交流，核孔就成为这些大分子的理想通道。通过这种分析，使学生理解核膜的结构特点是与其功能相适应的。

在讲述染色质时，可以适当结合示意图，把染色质细丝的分子组成直观地表现出来。使学生了解，一条染色质细丝是由一条DNA分子，缠绕在多种蛋白质球体上形成的串珠状结构。

在讲述染色质与染色体的关系时，要注意强调它们是同一种物质的两种形态。伸展的染色质形态有利于在它上面的DNA储存的信息的表达，而高度螺旋化了的棒状染色体则有利于细胞分裂中遗传物质的平分。

在讲述细胞核的功能时，应重点讲述它是DNA储存场所和复制的场所。要让学生理解细胞核控制着细胞的生活，决定着生物体的性状。如果时间允许，可具体阐述教材中的例子，证明细胞核的这种作用。

在讲述原核细胞的基本结构时，建议列出对比表，从大小、细胞壁、细胞器、细胞核几方面概括出它与真核细胞的区别。在对比中，应渗透原核细胞的原始性，真核细胞结构的复杂性和完善性。

五、参考答案，全国公务员共同天地

复习题二、1.(C)；2.(D)；3.(D)；4.(C)。

三、主要有以下几点不同：1.细菌的体积较小；2.细菌的细胞壁不含纤维素，主要成分是肽聚糖；3.细菌的细胞质内只有分散的核糖体，没有其他复杂的细胞器。

六、参考资料

间期细胞核的形态和结构间期细胞核大多呈球形或卵球形，但是随物种和细胞类型不同而有很大差别，有的呈分枝状、带状。在哺乳动物中，嗜中性白细胞的核就是多叶形，而平滑肌的细胞核则为杆状。核的形状往往同细胞的形状有直接关系。多角形、立方形和圆形的细胞，其核多呈圆形。细胞核的位置多处于细胞的中央，如果细胞的内含物增多，则可以把核挤到一侧。例如，植物细胞的液泡增大后，核就偏到一侧。动物的脂肪细胞中脂肪滴加大后，核就被挤到细胞边缘，呈扁盘状。但是，不论细胞核是什么形状，其核膜多是凹凸不平的，有的甚至缺刻深陷，将核分叶。细胞核在细胞生活周期中，形状变化很大，在有丝分裂阶段时，细胞核可以暂时解体。

核膜的结构特点在细胞核的有双层膜结构，称为核膜。核膜是核的边界，由内外两层单位膜组成。核膜的每层膜厚约6.5nm，两层膜间隔10～50nm的空隙，称为核周腔。有的细胞中，可看到核周腔同内质网的腔隙相连通。在核膜外层的外表面上有颗粒状的核糖体，它们有合成蛋白质的功能。内层核膜与染色质纤维相连，不仅染色质纤维的两端连在核膜上，而且染色体的松散部分也常位于核孔的附近。

核膜并不是完全连续的，有许多部位的核膜内外两层互相连接，形成了穿过核膜的小孔，称为核孔。核孔是核质与细胞质进行物质交换的重要通道。核孔不是单纯的小孔，结构相当复杂，因此这种小孔又叫核孔复合体。核孔的直径大约70～80nm，核孔通道的直径约9nm。核孔的密度和总数因细胞类型不同而异。转录活动低或不进行转录活动的细胞，核孔很少。核孔在核膜上的分布不均匀，有一定的区域差别，核质与细胞质之间物质交换旺盛的部位核孔数目多。

核孔是细胞核与细胞质进行物质交换的重要通道。在核中装配好的核糖体亚单位，就是穿过核孔复合体进入细胞质的。但是，不是所有的RNA都可以自由穿过核孔，它们只有在核内经过处理，成为mRNA后才能穿出核。

核膜的主要功能真核细胞具有核膜，这在生物进化史上有重要意义。核膜作为细胞质同细胞核内部结构之间的界膜，对稳定细胞核的形态和化学成分起着十分重要的作用。核膜的主要功能有以下几方面。

1.屏障作用。核膜是遍布细胞中的“膜系统”的一部分，它的特殊功能之一是把核酸（尤其是DNA）集中在细胞核中。

2.控制细胞核与细胞质之间的信息和物质交换。主要有以下几点。

(1)离子与水分子可以自由通过核膜。但是，核膜对某些离子(如Na+)有一定的屏障作用，这不属于主动运输过程。

(2)单糖、二糖、氨基酸、染料、核苷、核苷酸、鱼精蛋白、组蛋白、RNA酶以及DNA酶等小分子物质，可以自由通过核膜。

(3)大分子和小颗粒物质的交换：高分子化合物如γ球蛋白、清蛋白等进出细胞核要由核孔通过。

3.核膜在染色质(体)的定位和细胞分裂时的作用。

(1)染色质的终末细丝常常连接在核孔上。这有助于解释为什么非常复杂的染色质在异常活跃的细胞核内不致紊乱。

(2)当细胞分裂开始之初，染色体的聚集有可能开始于核膜，然后由外向内发展。在前期或早中期分裂相中，核膜破碎，这些碎片可能加入核膜所附的微管成分，促其生长，从而使所附的染色单体定位并且发生分离。当细胞分裂完成，子细胞核重建，核膜新生或恢复时，它可能有使核仁组成中心定位，趋向中心位置的作用。

4.核膜在细胞核融合时的作用。当卵细胞受精时，和卵细胞的核膜可以相互识别并且相互接触，在一个以上的部位相互连结，进而相互融合成一个核。

5.核被膜具有某些生物合成的功能。在外层核膜表面附着核糖体，因此可以进行蛋白质的合成。在核周腔中存在多种结构的蛋白质和酶。核膜也能合成少量膜蛋白、脂质和组蛋白。有人还报道核膜有糖的合成作用。

核仁核仁是真核细胞间期核中最明显的结构。在光镜下的染过色的细胞内，或者相差显微镜下的活细胞中，或者分离细胞的细胞核内，都容易看到核仁，它通常是单一的或者多个匀质的球形小体。

核仁的大小、形状和数目随生物的种类、细胞类型和细胞代谢状态而变化。蛋白质合成旺盛、活跃生长的细胞，如分泌细胞、卵母细胞，其核仁大，可占总核体积的25%；不具蛋白质合成能力的细胞，如肌肉细胞、休眠的植物细胞，其核仁很小。

在细胞周期过程中，核仁是一个高度动态的结构，在有丝分裂期间表现出周期性的消失与重建。

核仁具有重要功能，它是rRNA合成、加工和核糖体亚单位的装配场所。因此，对核仁结构、动态和功能的研究，不仅为早期细胞学家所密切关注，而且在20世纪60年现核仁的重要功能以后，也一直受到各相关领域研究者的高度重视。

染色质和染色体染色质和染色体的主要成分都是DNA和蛋白质。它们之间的不同，不过是同一物质在间期和分裂期的不同形态表现而已。染色质出现于间期，在光镜下呈颗粒状，不均匀地分布于细胞核中，比较集中于核膜的内表面。由于染色较深，在光镜下常被误认为是核的界膜。染色体出现于分裂期中，呈较粗的柱状和杆状等不同形状，并有基本恒定的数目(因生物的种类不同而异)，例如人体细胞有染色体23对，共计46条。染色体是由染色质浓集而成的，内部为紧密状态，呈高度螺旋卷曲的结构。

根据对染色体组成成分的分析，可知它在细胞分裂间期仍然存在而不是消失，只不过这时它的结构呈稀疏和分散状态：有的部分非常稀疏，因而在光镜下看不到；有的部分螺旋盘绕得比较紧密，因而在适当染色后呈颗粒状，这就是染色质。

现在已知染色体与遗传有密切的关系，因为其中所含的DNA是遗传物质。

原核生物和病毒原核生物包括细菌、蓝藻、放线菌、支原体、立克次体、衣原体等。现将其中几种原核生物和病毒，列表(表2-2)比较如下。

表2-2几种原核生物和病毒的比较

种类

细菌

支原体

立克次体

衣原体

病毒

直径d/μm

0.50～10.00

0.20～0.25

0.20～0.50

0.20～0.30

＜0.25

可见性

光镜下可见

光镜下勉强可见

光镜下可见

光镜下勉强可见

电镜下可见

能否通

过细菌

过滤器

不能

能

不能

能

能

细胞壁

有坚韧的细胞壁

无

与细菌相同

与细菌相同

无细胞结构

繁殖方式

二均分裂

二均分裂

二均分裂

二均分裂

复制

培养方法

人工培养基

人工培养基

宿主细胞

宿主细胞

宿主细胞

核酸种类

DNA和RNA

DNA和RNA

DNA和RNA

DNA和RNA

DNA和RNA

支原体它是已知的可以自由生活的最小生物，也是最小的原核细胞。它的突出特点是没有细胞壁。因而细胞柔软，形态多变，具有高度多形性。在电镜下观察支原体细胞，可见具有细胞膜，细胞膜内有核糖体、RNA和环状DNA。支原体广泛存在于土壤、污水、昆虫、脊椎动物及人体内，是动植物和人类的病原菌之一。人的胸膜肺炎、尿道炎、关节炎、老年支气管炎等，以及家禽、家畜的呼吸道疾病等都可能是支原体引起的。现在正在生产抗肺炎支原体的疫苗，并且大规模试验这种疫苗在防治肺炎支原体所致的人类呼吸道疾病的效果。

衣原体衣原体是专性细胞内寄生物，可以直接侵入宿主细胞，能感染鸟类、哺乳动物及人类。如鹦鹉热衣原体能引起鸟类疾病，有时可传至人体。砂眼衣原体是使人患砂眼的病原体。

立克次体立克次体是介于细菌与病毒之间，而接近于细菌的一类原核生物。一般呈球状或杆状。也是专性细胞内的寄生物。通常寄生在节肢动物如虱、蜱、螨、蚤等的消化道表皮细胞内，并以节肢动物为媒介传染给人及其他脊椎动物。例如，普氏立克次体，由虱传染给人，引起流行性斑疹伤寒等。

原核细胞指构成细菌和蓝藻等低等生物体的细胞。它没有真正的细胞核，只有原核或拟核，所含的一个基因带(或染色体)，是环状双股单一顺序的脱氧核糖核酸分子，没有组蛋白与之结合；无核仁，缺乏核膜。外层原生质中有70S核糖体与中间体，缺乏高尔基体、内质网、线粒体和中心体等。转录和转译同时进行，四周质膜内含有呼吸酶。无有丝分裂和减数分裂，脱氧核糖核酸复制后，细胞随即分裂为二。

蓝藻门旧称蓝绿藻门，藻类植物中最简单、低级的一门。根据近些年来形成的生物分界系统，蓝藻属于原核生物界。但是，蓝藻和原绿藻与植物界又有一些相同之处，故一些文献资料将它们分别归纳为原核藻类中的两个门。藻体是单细胞或群体，不具鞭毛，不产生游动细胞。一部分丝状种类能伸缩或左右摆动。细胞壁缺乏纤维素，由黏肽(含8种氨基酸和二氨基庚二酸以及氨基葡萄糖等)组成，壁外常形成黏性胶质鞘。无真正的细胞核，拟核的组成物质集中在细胞中央，无核膜和核仁，细胞内除含叶绿素和类胡萝卜素外，尚含有藻蓝素，部分种类还含有藻红素。色素不包在质体内，而是分散在细胞质的边缘部分。藻体因所含色素的种类和多寡不同而呈现不同的颜色。储藏物质为蓝藻淀粉。繁殖方式主要是分裂生殖，没有有性生殖。主要分布在含有机质较多的淡水中，部分生活在湿土、岩石、树干上和海洋中，有的同真菌共生形成地衣，或生活在植物体内形成内生植物。少数种类能生活在85℃以上的温泉内或终年积雪的极地。

蓝藻细胞模式图高中生物（必修）课本第一册中的蓝藻细胞模式图，只有5个图注，即拟核、核糖体、细胞壁、细胞膜、细胞质。实际上，蓝藻细胞的结构是比较复杂的，现将其详细结构注释如下图(图2-9)。

图2-9蓝藻细胞模式图

原核生物和真核生物的细胞壁

1.细菌细胞的细胞膜外有细胞壁，重量约占细胞干重的10%～20%，其主要成分是肽聚糖。此外，有的细菌的细胞壁还含有胞壁酸和特殊的脂质化合物。

细菌的细胞壁有以下功能。

(1)保护细胞，能承受相当大的压力，如革兰氏阳性菌，可承受2kPa的压力。还能使细菌细胞不会由于细胞质浓度较高而破裂。

(2)保持细胞的固有形态。

(3)有过滤作用，如相对分子质量大于10000的物质就不能通过。

(4)可为某些细菌的鞭毛运动提供可靠的支点。

2.藻的细胞壁的主要成分也是肽聚糖等，此外还含有氨基酸和胞壁肽氨基酸。

3.核生物植物细胞的细胞壁是具有一定硬度和弹性的固体结构。其主要成分是纤维素(在初生壁上还含有半纤维素和果胶质)，它形成了细胞壁的网状框架。在电子显微镜下可以看到这种框架是由微纤丝系统组成。在完整的壁上，在微纤丝之间的空间，可以由其他物质所填充。

纤维素分子是由8000～15000个葡萄糖基(C6H10O5)通过糖苷键相互连接而成的多聚链，链间葡萄糖的羟基之间极易形成氢键。纤维素分子束聚集成为较大的单位──微纤丝，进而再聚集成较粗的纤丝──大纤丝。使得完整的纤维具有高度不溶于水的性质。使细胞壁牢固并具有一定形状。

在细胞的生长分化过程中，细胞壁不仅可以扩展和加厚，并且由细胞质合成的一些物质可以渗入到纤维素的细胞壁框架内，因而改变细胞壁的性质，使细胞壁完成一定的功能。例如，纤维素细胞壁的框架中因添加了木质素而木质化，这就增加了细胞壁的硬度，增强了细胞的支持力量。又如，在细胞壁表面添加了角质(脂质化合物)，使角质化的细胞壁透水性降低，增强了细胞壁防止水分损失的作用。栓质化(栓质为脂质物质)的细胞壁，增强了不透水、不透气的性能，增强了保护作用。水稻、小麦、玉米等作物的茎、叶表皮细胞发生硅质化(渗入了二氧化硅)，使细胞壁硬度增加，加强了作物茎秆的支持作用，等等。细胞壁上有胞间连丝，这些胞间连丝较多地出现在细胞壁没有加厚的位置上，这有利于细胞间的物质交换。

原核细胞与真核细胞的主要区别原核细胞与真核细胞的区别，，全国公务员共同天地在高中生物（必修）课本第一册中主要提出了在细胞大小、细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核这几方面的明显区别。其实，二者在其他方面还有不少的区别，现列表(表2-3)比较如下：

表2-3原核细胞与真核细胞的主要区别

种类

原核细胞

真核细胞

细胞大小

较小(1～10μm)

较大(10～100μm)

染色体

一个细胞只有一条DNA，与RNA、蛋白质不联结在一起

一个细胞有几条染色体，DNA与RNA、蛋白质联结在一起

细胞核

无真正的细胞核，只有拟核

有核膜和核仁

细胞器

无线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等

有线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等

内膜系统

简单

复杂

微梁系统

无

有微管和微丝等

细胞分裂

二分体、出芽；无有丝分裂

能进行有丝分裂

转录与翻译

出现在同一时间与地点

转录在核内，翻译在细胞质内