第二章 细胞生物学

教学过程设计
尽管不同类型细 胞体积有一定的 差距， 但总体上细 胞体积是相对恒 定的。
过渡
分析图片和表格
此处学生建议略 讲
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生命科学学院理论课教案
教学内容
水 无机盐 代谢物 蛋白质 磷脂 其它脂 多糖 RNA DNA 70 1 3 15 2 — 2 6 1 70 1 3 18 3 2 2 1.1 0.25
生命科学学院理论课授课教案
课程名称 授课班级 授课班级 授课题目
细胞生物学
2006 级生物科学本科 1、2、3 班
第二章 细胞基本知识概要
授课教师 学生人数 授课学时
黄坤艳
137 2
教学目的、要求（教学目标） ： 教学目的、要求（教学目标）
理解细胞的基本概念; 掌握细胞的分类 ；了解非细胞生命体。
教学重习题：填空题、选择题、判断题 （2）作业：名词解释、简答题、论述题 （3）课外训练：针对天然产物开发领域寻找一到两个你感兴趣的话题（大到整个领域或小到一种产 物都可以） ，并发表自己的看法。
参考资料： 参考资料：
教材：细胞生物学(第三版).翟中和，王喜忠，丁明孝主编.高等教育出版社 2007 年 8 月（普通高等 教育“十一五”国家级重点教材） 参考书目： ①<<细胞生物学>> 王金发编著 科学出版社 2003 年 8 月（国家级精品课程教材） ②分子细胞生物学.韩贻仁 科学出版社,2001年03月（高等院校选用教材） ③细胞生物学(第二版)汪堃仁.北京师范大学出版社,1998年11月出版（教育部研究生工作办公室推 荐） ④基础细胞生物学. (美)布鲁斯·艾伯茨等著. 赵寿元 金承志 丁小燕等译. 上海科技教育出版社， 2002年6月 ⑤医学细胞与分子生物学.陈诗书.上海医科大学出版社，1999年01月 ⑥Molecular Cell Biology 2000 by W. H. Freeman and Company.
设问：为什么细 胞离体后不能 维持原来的形 状？ 进一步理解形 状适应功能 第2 页
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教学内容
自使用电子显微镜后又提出超显微结构计量单位——埃(Angstrom, Å)。现在常用的 国际单位是纳米( anometer)。 1 毫米=1000 微米 (μm) 1 微米=10000 埃(Å) =1000 纳米(nm) 1 纳米(nm)=10 埃思考题：你听说过“钠米科学”吗？谈谈你的认识。 表 2-1:几种细胞的大小 口 腔 上 名称 人卵 肝细胞 红细胞 变形虫 海胆卵 伤寒菌 肺炎球菌 皮细胞 20 7 100 70 2.4x0.5 0.2x0.1 μm 120 75 从表中可以总结出：真核细胞>原核细胞；卵细胞>体细胞。动植物细胞直径 20~30 μm；但也有特例，如：鸵鸟的卵黄直径可达 5cm；人坐骨神经细胞可长达 1m。 细胞维持体积的相对恒定 典型的原核细胞直径平均在 1～10μm 之间，而真核细胞的直径平均为 3～ 30μm; 同类型细胞的体积一般是相近的,不依生物个体的大小而增大或缩小。如人、 牛、马、鼠、象的肾细胞、肝细胞的大小基本相同; 某些不同来源的细胞大小变化很大,如人的卵细胞直径只有 0.1mm,而鸵鸟的 卵细胞的直径则有 5cm; 器官的大小主要决定于细胞的数量,与细胞的数量成正比,而与细胞的大小无 关,把这种现象为“细胞体积的守恒定律”。 设问：细胞体积是否可以无限扩大和缩小？为什么（是什么在起限制作用）？ 限制细胞体积的因素： 细胞体积与表面积的比例 核质比(karyoplasmic ratio):指一个细胞的核与细胞质在量（容积）上的比例, 一般 1:4-6. 同一生物体中不同类型细胞的核的大小基本一致，从而限制了 细胞的体积。 一些重要分子的浓度 一些重要的分子在细胞内的拷贝数很少，当细胞体积增大时，这些分子 的浓度就越来越稀释，一些重要的生化反应需要一定的浓度才能进行，所以细 胞内分子浓度就成了细胞体积无限增大的一个限制因素。 思考题：真核细胞如何解决细胞内重要分子的浓度问题? 刚才我们讨论的是细胞不能无限增大，那么细胞是不是可以无限缩小呢？ 一个生活细胞要维持正常的独立生活功能，最低限度需要 500～1000 种不同类型的 酶和蛋白质。 细胞的化学需求及化学活动变化万千： 如营养方式、 对氧的需求、 代谢途径、 代谢方式等 细胞的功能各异 设问：生命的本质是什么？ 2.1.4 细胞的分子基础 表 2-2 细菌和哺乳动物细胞的化学组成百分比 物质 细菌 哺乳动物
通过学习绪论我们知道细胞是生命结构与功能的基本单位，生命的奥秘最终要 到细胞中寻找。人类社会现在所面临的种种难题大多数也寄希望于对细胞的研究， （美国的调查资料表明了这一点） 。那么作为生命单元的细胞本身到底是一个怎样 的结构？它们是如何构成形态各异、种类繁多的生命体的？又是怎样完成繁杂而有 序、变幻却统一的生命活动的？这就是细胞生物学将要呈现给我们的。 CHAPTER 2 GENERAL ABC OF CELL 本章向我们展示的是细胞的大体情况，也就是细胞基本知识，如细胞的基本结 构是怎样的？各种细胞之间有哪些共同点，又有哪些不同点？细胞的分类情况等。 首先我们需要再次认真思考这个问题：细胞是生命活动的基本单位？是吗？为 什么？ 2.1.1 细胞是生命活动的基本单位? 一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位（细胞学说引 出） 细胞具有独立的、 有序的自控代谢体系， 细胞是代谢与功能的基本单位。 细菌、 蓝藻、 原生动物等单细胞生物只有一个细胞， 可以完成一切生命活动。 多细胞生物的生命活动是在不同类型的细胞既独立代谢又相互协调的基础 上实现的。 细胞是有机体生长与发育的基础。刚出生的婴儿约有 2ⅹ1012 个细胞， 成人约有 1014 个细胞，从婴儿到成人细胞数量增长了几十倍。婴儿生命的 开端只是一个细胞——受精卵， 胚胎发育过程中细胞增加了上亿倍。 个体发 育过程只是一个简单的细胞数量的增加吗？显然不是， 同种类型细胞的简单 堆积再大也只能是个肉瘤， 称不上生命。 从一个受精卵发育成有眼睛、 鼻子、 耳朵等器官的个体， 不仅是细胞数量增多的过程， 也是细胞分化和凋亡的过 程。不仅人，一切生命体都是这样，因此细胞的增殖、分化和凋亡是有机体 生长和发育的基础。 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性。植物细胞的全能性早 就被人们认识和利用，从简单的扦插、嫁接到烦琐的组织培养都是。克隆动 物的成功，说明动物细胞也有重新分化成完整个体的潜在能力（核有全能 性） 。 没有细胞就没有完整的生命。 实验证明，从细胞分离出的任何结构无论是细胞核还是有遗传信息的线粒体和 叶绿体都不能在体外持续生存，更不能作为生命活动的单位，因为新陈代谢的前提 是细胞的完整性。 2.1 细胞的基本概念 细胞（cell）是膜包围着含有细胞核(或拟核)的原生质。 这是细胞的经典的概念，随着研究的深入，人们有了更深刻更本质的认识。 2.1.2 细胞概念的一些新思考 细胞是多层次（显微水平、亚显微水平、分子水平）非线性的复杂结构体系 各结构之间并非平行直线的关系，而是相互交叉、错综复杂。 （解剖结构，内部） 细胞是物质（结构） 、能量与信息过程精巧结合的综合体。 细胞与外界间发生物质交换、进行能量转化、信息交流。 （整体功能，外部） 细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。 （组织水平，个体） 细胞能进行自我调控；繁殖和传留后代； 这些有助于从行为上理解生物与非生物的不同，比如机器人（被动）与人（自主） 。
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细胞中的水 水的特征 水分子是极性分子：是离子的良好溶剂 水分子可解离为离子：对细胞的 pH 值产生影响 存在形式：游离水和结合水 功能：既是反应剂也是溶剂。 由于水的高比热、高蒸发热和高融解热等重要特性，所以水还具有稳定生物体温的 作用。也可以调节体温。 无机离子：无机盐在细胞中以离子形式存在。 根据它们在细胞内的作用分为四大类∶ 大分子的结构成分∶C、H、N、O、P、S 等； 酶反应所需，包括 Ca2+、 Cu2+、 Mg2+、K+、Na+、 Cl-等； 酶活性所需的基础微量元素，包括 Co2+、Cu2+、Fe3+ 、Mn2+ 、Zn2+等； 某些生物特需的微量元素，如碘、铯、溴等。 功能： 维持细胞内的 pH 和渗透压； 同蛋白质或脂类结合组成结合蛋白； 作为酶反应的辅助因子。 糖: 单糖：主要有五碳糖(如核糖)和六碳糖(如葡萄糖) 二糖：乳糖(动物)、蔗糖、麦芽糖、(植物) 寡糖：与蛋白质或脂质结合形成复合物。 糖蛋白的功能有∶参与细胞粘着，细胞信息的传递，细胞代谢的调控，发育和 分化，机体的防御，以及作为机体内外表面的保护及润滑剂。参与细胞识别： 是细胞识别机理的必要组分。几乎所有动物细胞表面都有少量糖， 它的作用好 比是细胞联络的文字或语言。糖基化对蛋白质合成后的加工和运输的影响也是 很大的。 多糖 营养储备多糖：淀粉、糖原等。 淀粉(starch)：形成淀粉粒沉积在叶绿体或白色体中，有直链淀粉和支链淀粉。 淀粉是高等植物、藻类和一些微生物细胞的贮藏物质，广泛存在于各种植物中， 尤以种子（如米、麦、玉米）和块根（如甘薯、马铃薯）含量丰富， 糖原(glycogen)：在细胞质中,比支链淀粉分支更多,经磷酸化酶作用形成葡萄糖 -1-磷酸，参加 Embgen Meyerhof 途径代谢。 结构多糖：纤维素（cellulose）和几丁质（chitin）等。
课后小结： 课后小结：
本章内容与现实生活的联系点较多，比如细胞的成分部分可以联系膳食营养，细菌病毒部分可 以教育大家提高防病意识等。 本章内容还需要仔细梳理，确定重点和难点，把时间留给学生，让学生从中寻找自己的兴趣点。可以 压缩成 2 学时。增加细胞结构体系的组装的内容。
生命科学学院理论课教案
教学内容
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据估计，世界上至少有 1000 万个不同的生物种，甚至有人说是 1 亿种，每个物种 又有一到多种细胞构成，比如人类大约就有 600 种细胞。如此种类繁多的细胞，它 们的不同点在哪里？共同点又是什么呢？ 2.1.3 细胞的同一性与多样性 细胞的同一性 细胞都有选择透性的膜结构。 从细胞的概念引出，膜的功能：屏障；物质交换和信号传递；能量转换。 细胞都具有遗传物质。 从细胞的概念引出。功能：繁衍后代。 细胞都有核糖体。 细胞功能的体现者是蛋白质(包括酶)，蛋白质是在核糖体上合成的。 细胞能够进行自我繁殖和遗传。 细胞能够用一分为二的分裂方式进行增殖，动、植物细胞、细菌细胞都是 如此。 细胞都能进行新陈代谢。 包括物质代谢和能量代谢，由酶控制。 细胞都具有运动性。 包括细胞自身的运动和细胞内的物质运动。 （活细胞都有相似的化学组成和化学性质， 并且依照相同的基本原理运作。 一切生物的遗传指令（基因）存在于 DNA，以相同的化学密码编写，由相同 的化学构建单元组成， 基本上由相同的化学机器解释， 并且以相同的方式复制， 让生物繁殖。 DNA 指导生成千变万化的蛋白质分子， 这些蛋白质支配细胞的行 为，充当结构材料、化学催化剂及分子马达等。在每个生物中，同样由 20 种 不同的化学单元相互连接构成蛋白质。但是这些单元以不同的序列连接，授予 蛋白质分子不同的化学性质，通过这种方式，这同一种基本的生物化学机器用 来产生整个生物界。 一切现代细胞都从同一祖先进化而来 细菌与真核生物在 30 亿年前相互分 开，植物、动物和真菌约在 15 亿年前分开，鱼和哺乳动物仅约在 4 亿年前 分开，而各种有花植物分开还不到 2 亿年。 从 30 万种植物中选出拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为模式植物。 十字花科，生长周期短，繁殖力强，DNA 量只有酵母的 3 或 4 倍。 动物界以果蝇、蠕虫、鼠和人为代表。 ） 这些共性使得它们都被称为细胞，它们为什么又有不同的类型呢？即不同点在 哪里？ 细胞的多样性 细胞的形状 单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有关。 高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。 高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变化。如平滑肌细 胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形。 细胞的大小 细胞的计量单位 设问：计量细胞的单位有哪些？国际单位是哪个？ 微米和钠米。