细胞生物学
2019-2-5 来源：不详 浏览次数：次免疫细胞与癌细胞相爱相杀
目前，科学家杰克-查罗纳(JackChalloner)最新出版一本页新书——《细胞：构建生命的视觉旅行》，书中刊登了幅生物细胞显微图像，并对图像进行了文字描述。如图所示，图中美丽的簇状结构是白菖蒲植物地下根茎的横切面。
左图是蚕豆干细胞，图中细胞核是深蓝色部分，其中一些细胞核出现有丝分裂；右图是人类胚胎干细胞，斑点结构是存活在培养皿中的人类胚胎干细胞。
图中绿色球体是具有5万多个细胞的“团藻”，科学家对它们的生长过程进行了研究，连接邻近细胞的细胞质可使细胞之间实现通信，细长的鞭毛推动团藻在水中游动。
这张显微图像显示的是百合花雄蕊中的橙色花粉颗粒。
左图是玉米根茎的末端显微照片；右图是前列腺癌细胞。
在这张电子扫描显微图像中，红色部分是埃博拉病毒，它们爬行在猴子肾脏细胞上，像细胞一样，病毒具有核糖核酸(RNA)或者DNA核酸，但没有构建蛋白质的物质。
图中显示的是棉花植物花芽的横切面部分。
左图显示的是文昌鱼鱼鳃显微照片；右图是肌肉纤维。
图中显示的是人类皮肤细胞，图中顶部两个深粉色组织层构成表皮，这种触须结构延伸至淡粉色真皮，表皮有4种类型细胞，其中角质细胞通过制造角蛋白，使人类皮肤更结实、柔韧和防水；黑色素细胞通过制造黑色素使人类皮肤呈现不同肤色。
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1细胞器之间的分工2细胞器之间的协调配合组成细胞的元素
1、细胞中元素的分类
根据元素在生物体内的含量，可分为大量元素和微量元素：
大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg；
微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
根据元素在生物体内的作用，可分为最基本元素、基本元素和重要元素。
最基本元素：C；
基本元素：C、H、O、N；
主要元素：C、H、O、N、P、S。
2、细胞中元素的含量
在鲜重状态下，含量最多的是O；
在干重状态下，含量最多的是C。
3、统一性和差异性
统一性：从元素的种类分析，组成生物体的元素都可以在自然界中找到。
差异性：从元素的含量分析，组成生物体的化学元素与无机环境中相应元素的含量差异较大。
组成细胞的化合物
1、细胞中化合物的种类
无机化合物：水、无机盐；
有机化合物：蛋白质、核酸、糖类、脂质。
2、细胞中化合物的含量
细胞鲜重中，含量最多的化合物是水；
细胞干重中，含量最多的化合物是蛋白质。
细胞中含量最多的有机化合物是蛋白质。
常见元素及其组成物质
C：构成生命物质的最基本的元素，也是占干重比例最大的元素。碳元素本身的化学性质，使它能够形成各种生物大分子，这些生物大分子物质(如蛋白质和核酸)在生物体的生命活动中具有重要作用。
O：占鲜重比例最大的元素。
H：与糖类相比，脂肪分子中H含量更高，所占比例更大。故脂肪分子氧化分解时耗氧量更高，产水量更多，产能更多。
N：是核酸、酶、叶绿素、ATP、[H]、多种激素(如生长激素)等重要化合物的关键构成元素。
P：构成磷脂（生物膜的基本支架）和核酸、ATP、[H]等。
每个细胞都有非常复杂的结构，能够完成不同的任务。但是基本的结构是差不多的，最外面都有细胞膜，里面含有一个细胞核，另外还有各种胞内结构比如高尔基体、核糖体、线粒体等等。每个细胞就像一个单独的小生命。
最初的细胞在分裂的时候增加出来的细胞都是相似的，到了后期细胞们逐渐变成不同的样子，拥有了不同的结构，组成不同的器官，开始在人体中担任不同的任务。
生命，
是从两个细胞的相遇开始。
人体的基本结构——细胞细胞是人体结构与功能最基本的单位。人体的组织、器官、系统都是以此为基础建立起来的。细胞是生命进化过程中的产物，它具有新陈代谢、生长、繁殖衰老、凋亡等生命特征。
人体细胞一般由细胞膜、细胞质和细胞核三部分组成。
一、细胞膜
细胞膜是包在细胞外表面的一层半透膜，是细胞的重要组成部分，它将细胞质与外界环境分隔开，使细胞得以保持相对稳定的内环境。细胞膜主要由脂类、蛋白质（包括酶）和多糖组成，还有少量无机质。尽管不同来源的细胞膜中各种物质的比例和组成有所不同，但一般是以蛋白质和脂类为主，糖类只占极少的量。
细胞膜的主要功能如下：
保持细胞的完整性。保护细胞内物质，维持细胞内环境稳定。
物质运送作用。细胞膜具有选择通透性，能够限定性地让某些物质进入或排出细胞，使细胞能够在多变的环境中，维持内部结构和机能的稳定性，保持新陈代谢活动的正常进行。
此外，细胞膜还有能量转换、信息传递、代谢调控、细胞识别与免疫等作用。
除细胞膜外，真核细胞内还有一些膜结构，它们构成很多细胞器的外膜，将细胞器与细胞质基质分开，以执行各种不同的任务，称为细胞内膜系统。这些细胞内膜系统相互联系，在细胞代谢、合成和分泌等活动过程中起着重要作用。
细胞膜和细胞内膜系统统称为生物膜，它们有共同的组成成分和形态结构特征。生物膜是由脂类、蛋白质和糖类组成的超分子体系，脂类双分子层构成膜的骨架，蛋白质分子镶嵌在脂双层内，是膜功能的主要体现者，糖类分子分布在脂双层的外表面。
二、细胞质
细胞质是位于细胞膜与细胞核之间的全部物质，其基本组成包括基质、细胞器和内含物。
（一）基质
基质是细胞质的液态部分，为均匀透明而无结构的物质，主要含有水、多种可溶性酶、糖和无机盐等。细胞器和内含物等都悬浮于基质之中。细胞质基质在细胞的物质代谢、维持细胞内环境的稳定方面具有重要作用。
进行中间代谢反应的场所。如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、脂肪酸合成途径等大部分中间代谢反应都在基质中进行。
参与细胞形态与运动的维持。以及细胞内物质运输及各种大分子的定位。
进行蛋白质的修饰与选择性降解。基质中进行的蛋白质修饰类型主要有：磷酸化和去磷酸化、糖基化、甲基化等。基质中还有一个非常复杂的蛋白质降解基质，识别蛋白质N-端不稳定的氨基酸信号，并准确的将这种蛋白质降解。此外，基质中的热蛋白可以帮助变性或错误折叠的蛋白质，重新形成正确的分子结构。
维持内环境稳定。基质可以缓冲细胞的pH，为各种中间代谢提供需要的微环境，也为基质中各种细胞器等结构的维持提供了适宜的离子环境。
（二）细胞器
细胞器是分布于细胞质内，具有一定形态特点与特定功能的结构，它们组成了细胞的基本结构，包括：线粒体、核糖体、内质网、高尔基复合体、溶酶体、微体、微管与微丝、中心体等。线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，细胞生命活动所需的能量大约95%来自线粒体。核糖体是多种酶的集合体，有多个活性中心共同承担蛋白质合成功能。内质网是细胞内蛋白质的合成和加工，以及脂肪合成的场所。高尔基复合体可以对来自内质网的蛋白质加工、分类和包装并输送到其他结构。不同的细胞器在细胞的生命活动过程中担负着不同的功能，使细胞能正常的工作、运转。
（三）内含物
内含物是细胞质内除细胞器以外的其他有形部分，是细胞新陈代谢过程中的暂时性产物。有的是储藏的营养物，如糖原、脂滴等；有的是细胞的代谢产物，如分泌颗粒、空泡、结晶和色素等，这些物质总称为内含物，内含物多少随细胞的生理状态不同而不同。
三、细胞核
人体除成熟的红细胞外，所有的细胞均有细胞核。细胞核的大小有差异，一般与细胞质的多少成比例。幼稚细胞的核相对较大，衰老细胞的核相对较小。细胞核的数目不尽相同，多数细胞只有一个核，也有的细胞含有多个核，如骨骼肌细胞的核可多达数百个。尽管细胞核的形状有多种多样，但它的基本结构却大致相同，即主要是由核被膜、染色质、核仁和核骨架构成。细胞核是细胞生命活动的调控枢纽，也是蕴藏和控制遗传信息的中心，在一定程度上控制着细胞的代谢、生长、分化繁殖和凋亡等生命过程。
可见，细胞是生物形态结构和生命活动的基本单位，是一切生命信息传承的载体，没有细胞就没有生命的存在。细胞的健康是生命体健康的内在表现，没有健康的细胞，健康的生命将无从谈起。
1细胞质基质
功能：细胞质基质是活细胞进行新陈代谢的主要场所，其为新陈代谢的进行提供所需要的物质和一定的环境条件。例如，提供ATP、核苷酸、氨基酸等。
化学组成：呈胶质状态，由水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等组成。
2细胞器
①线粒体
结构特点:具有双层膜结构，外膜是平滑而连续的界膜，，内膜反复延伸折入内部空间，形成嵴。线粒体具有半自主性，腔内有成环状的DNA、少量RNA和核糖体，它们都能自行分化，但是部分蛋白质还要在胞质内合成。线粒体基质和线粒体内膜上含有呼吸作用有关的酶。
功能：细胞进行有氧呼吸的主要场所，是“动力车间”
②叶绿体
结构特点：具有双层膜。在叶绿体内部存在扁平袋状的膜结构，叫类囊体。类囊体通常是几十个垛叠在一起而成为基粒。类囊体膜上有光合作用的色素，叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶。叶绿体具有特有环状DNA、少量RNA、核糖体和进行蛋白质生物合成的酶，能合成出一部分自己所必需的蛋白质。
功能：光合作用的场所，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”
③内质网
结构特点：是由膜连接而成的网状结构，单层膜，可分为滑面内质网和粗面内质网（附着有核糖体）。
功能：细胞内蛋白质加工以及脂质（如性激素）合成的“车间”
④高尔基体
结构特点：高尔基体是由单层膜围成的扁平囊和小泡所组成，分泌旺盛的细胞，较发达。成堆的囊并不像内质网那样相互连接。
功能：对来自内质网的蛋白质进行加工、分类、包装的“车间”及“发送站”；还与植物细胞壁的形成有关
⑤溶酶体
结构特点：溶酶体是由高尔基体断裂产生，单层膜包裹的小泡。
功能：是“消化车间”，含多种水解酶，能分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒、病菌。
⑥液泡
结构特点：单层膜，含有无机盐、氨基酸、糖类以及各种色素等物质。
功能：调节植物细胞内的渗透压，使细胞保持坚挺。
⑦核糖体
结构特点：无膜结构，主要由RNA(rRNA）和蛋白质构成，分为附着核糖体和游离核糖体。
功能：生产蛋白质的机器。
⑧中心体结构特点：无膜结构，一般位于细胞核旁，由两个中心粒及周围物质组成。这两个中心粒相互垂直排列。
功能：与细胞的有丝分裂有关。
细胞的分子组成与结构知识点归纳知识网络构建重点知识整合一、蛋白质、核酸的结构和功能
1、核酸与蛋白质的关系
2、DNA的多样性与蛋白质多样性的关系
蛋白质、核酸的结构和种类具有物种差异性，因而可以从分子水平上用来区分不同物种的亲缘关系。
3、蛋白质和核酸的相关计算
（1）蛋白质的相关计算：
①计算蛋白质中的氨基酸数目：
若已知多肽中氮原子数为m，氨基个数为n，则缩合为该多肽的氨基酸数目为m－n＋肽链数。
若已知多肽中的氮原子数为m，则缩合成该多肽的氨基酸数目最多为m。
②计算蛋白质中的O、N原子数目：
O原子数＝各氨基酸中O原子的总数－脱去水分子数＝R基上的O原子数＋氨基酸个数＋肽链数。
N原子数＝各氨基酸中N原子的总数＝R基上的N原子数＋肽键数＋肽链数。
③计算形成的肽键数、脱去的水分子数：
若由氨基酸脱水缩合形成链状肽，则肽键数＝脱去的水分子数＝氨基酸个数－肽链数。
若由氨基酸脱水缩合形成环状肽，则肽键数＝氨基酸个数＝脱去的水分子数。
④氨基酸数与相应DNA及RNA片段中碱基数目之间关系的计算：
（DNA）基因的碱基数（至少）∶mRNA的碱基数（至少）∶蛋白质中氨基酸的数目＝6∶3∶1；
肽键数(得失水数)＋肽链数＝氨基酸数＝mRNA碱基数/3＝(DNA)基因碱基数/6。
（2）核酸的相关计算：
①DNA的种类＝（n代表碱基对数）；
②DNA的相对分子质量＝脱氧核苷酸数×脱氧核苷酸平均相对分子质量－(脱氧核苷酸数－2)×18；
③RNA的相对分子质量＝核糖核苷酸数×核糖核苷酸平均相对分子质量－(核糖核苷酸数－1)×18。
二、糖、脂类的种类和作用
1、糖的种类及相互关系
2、糖类的作用
（1）生物细胞生命活动的主要能源物质——葡萄糖。
（2）生物细胞中的储能物质——淀粉、糖原。
（3）参与生物细胞构成的物质——核糖、脱氧核糖、纤维素。
3、脂质的作用
（1）脂肪：生物体内的主要储能物质。
（2）磷脂：生物膜的主要组成成分。
（3）固醇：对生物体正常的新陈代谢和生殖过程起调节作用。
1、几种有机物的元素组成图示归纳
2、有机物水解产物和代谢产物总结
物质
基本单位
初步水解产物
彻底水解产物
代谢产物
DNA
脱氧核苷酸
4种脱氧核苷酸
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
RNA
核糖核苷酸
4种核糖核苷酸
磷酸、核糖、含氮碱基
蛋白质
氨基酸
多肽
氨基酸
CO2、H2O尿素
多糖
葡萄糖
二糖
葡萄糖
CO2、H2O
脂肪
甘油、脂肪酸
甘油、脂肪酸
甘油、脂肪酸
CO2、H2O
三、水和无机盐的作用
1、生物体内水的存在、来源和利用
2、水分含量与新陈代谢、生物抗性的关系
（1）细胞中自由水/结合水的比值越大，生物新陈代谢越旺盛，其抗性越小；该比值越小，生物新陈代谢越缓慢，其抗性越大。
（2）衰老的细胞内水分含量减少，细胞萎缩，体积减小，细胞代谢速率减慢。
（3）不同种类的生物、同一生物的不同器官及不同生长发育时期，细胞的含水量不同。
3、无机盐
（1）主要存在形式：离子。
（2）吸收的主要方式：主动运输（转运）。
考点一：化合物元素的组成
命题热点
（1）糖类、脂质、蛋白质和核酸的元素组成（2）蛋白质和核酸之间的关系
命题角度
此类问题，常有两种考查形式：一是列举几种化合物，比较元素组成的差异；二是根据元素组成判断化合物的种类
1、有机化合物的元素组成
（1）必含元素：C、H、O。
（2）特征元素：S→蛋白质，Fe→血红蛋白，Mg→叶绿素，I→甲状腺激素。
2、常见结构或生物的化合物组成
结构或生物
化合物
HIV病毒、核糖体
RNA和蛋白质
T2噬菌体、染色体
DNA和蛋白质
抗体、受体、载体
蛋白质
考点二：蛋白质的结构和功能
命题热点
（1）蛋白质的结构和功能的关系
（2）氨基酸脱水缩合及相关计算
命题角度
高考对此类问题的考查，较多涉及蛋白质的结构及功能，单科卷也会以选择题形式考查氨基酸脱水缩合及蛋白质的结构分析
考点三：生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质的检测
高考对本实验的考查主要有两种类型：
一是以选择题形式考查试剂类型、检测物质及颜色反应的对应关系；
二是以实验分析题形式考查物质检测的有关步骤及实验分析。
难点一：有关同位素标记法的实例归纳及应用
难点二：几种重要的化合物
1、有关蛋白质或多肽及其功能
蛋白质种类
功能
促激素
释放激素
调节垂体的分泌活动
促激素
调节内分泌腺的分泌活动
生长激素
促进生长，主要是促进蛋白质的合成和骨的生长
抗利尿激素
促进肾小管和集合管对水的重吸收
胰岛素
降低血糖
胰高血糖素
升高血糖
胸腺素
促进T淋巴细胞的分化
绝大多数酶
催化作用
抗体
免疫作用
抗毒素
与外毒素特异性结合的蛋白质
凝集素
血清中与红细胞凝集原相对应的成分
干扰素
T细胞产生的抗病毒、抗肿瘤的可溶性糖蛋白
细胞膜上的载体蛋白
运输作用
细胞膜表面的受体蛋白(糖蛋白)
识别、通讯作用
神经递质的受体
神经递质作用于突触后神经元或效应器细胞的受体
细胞膜上的受体(膜受体)
选择性与某些化学物质结合，引发生理效应
2、核酸和蛋白质的联系
3、与水相关的生理过程和结构
（1）细胞中产生水的生理过程及结构：
生理过程
结构
光合作用的暗反应
叶绿体基质
有氧呼吸第三阶段
线粒体
氨基酸脱水缩合
核糖体
纤维素(细胞壁)的合成
高尔基体
肝糖原、肌糖原的合成
肝脏细胞、肌肉细胞
ATP的合成
细胞质基质、线粒体、叶绿体
DNA的复制
细胞核、线粒体、叶绿体
（2）细胞中消耗水的生理过程及结构：
生理过程
结构
光合作用的光反应
叶绿体类囊体的薄膜上
有氧呼吸第二阶段
线粒体
ATP的水解
细胞质、线粒体、叶绿体
大分子有机物(肝糖原、肌糖原、
淀粉、脂肪、蛋白质)的水解
细胞质基质、消化道
难点三：几种化合物的显色反应
化合物
鉴定试剂
颜色反应
反应条件
蛋白质
双缩脲试剂
紫色
常温
脂肪
苏丹Ⅲ(苏丹Ⅳ)
橘黄色(红色)
切片，显微镜观察
还原糖
斐林试剂
砖红色
水浴加热
淀粉
碘液
蓝色
常温下
DNA
甲基绿
绿色
温水
RNA
吡罗红
红色
温水
易错点1：脂肪与脂质、脂质与磷脂、固醇与胆固醇关系
有的同学经常把脂肪和脂质混淆，认为二者是相同的，或者认为脂肪包括脂质，这些看法都是错误的。脂肪只是脂质中的一类物质，脂质除包括脂肪以外，还包括磷脂和固醇。脂肪元素组成只有C、H、O三种，脂质的元素组成除C、H、O外，有的还有N、P。磷脂是构成生物膜的主要成分，是脂质的一种。固醇包括胆固醇、性激素和维生素D。
易错点2：RNA和ATP的关系
ATP去掉二个磷酸基团后的剩余部分是组成RNA的基本单位之一的腺嘌呤核糖核苷酸。
细胞的结构和功能知识体系
核心提炼
1、理清细胞膜的“3”大功能与“2”大特性
(1)“3”大功能
①将细胞与外界环境分隔开。
②控制物质进出细胞。
③进行细胞间的信息交流。
(2)“2”大特性
①结构特性：流动性。
②功能特性：选择透过性。
2、“8”个角度汇总细胞器
(1)能产生ATP的细胞器：线粒体、叶绿体。
(2)含有色素的细胞器：叶绿体、液泡。
(3)动植物细胞中形态相同，功能不同的细胞器：高尔基体。
(4)与主动运输有关的细胞器：核糖体、线粒体。
(5)含DNA的细胞器：叶绿体、线粒体。
(6)含RNA的细胞器：叶绿体、线粒体、核糖体。
(7)能自我复制的细胞器：叶绿体、线粒体、中心体。
(8)能进行碱基配对的细胞器：叶绿体、线粒体、核糖体。
3、把握与分泌蛋白合成及运输有关的“2”个常考点
(1)相关细胞结构：细胞核、核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、囊泡和细胞膜。
(2)运输方向：核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜。
4、明确细胞核的“2”大功能
(1)细胞内遗传物质贮存、复制和转录的主要场所(遗传信息库)。
(2)细胞代谢和遗传的控制中心。
5、理清渗透系统与渗透作用
(1)渗透系统的组成
①具有半透膜。半透膜可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。
②半透膜两侧的溶液具有浓度差。
(2)渗透作用的原理与结果
①原理：水分子通过半透膜的扩散作用。
②结果：水分子从低浓度溶液向高浓度溶液扩散。
6、判断物质出入细胞的方式
(1)根据分子大小与对载体、能量的需要进行判断
(2)根据运输方向进行判断
逆浓度梯度的跨膜运输方式是主动运输。
7、影响物质跨膜运输因素的5种曲线
(1)物质浓度(在一定浓度范围内)
(2)O2浓度
(3)温度
8、进一步理解大分子和颗粒物质进出细胞的方式
(1)过程
(2)结构基础：细胞膜的流动性。
(3)条件：胞吞和胞吐都需要消耗能量。
来源：互联网、腾讯视频、国家医学电子书包、高中生物、sidbk、癌图腾、NCU医学细胞生物学与遗传学(ID:NCU-jyxbyyc)、中学生物通（ID:zxsw)、博士说说（ID:sci4kid)、广东高考在线（ID:gaokaoeasy)等
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