導語：高中生物教案-第一節 細胞的結構和功能（二）一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

二細胞質的結構和功能

一、知識結構二、教學目的

1.細胞質基質內含有的物質和細胞質基質的主要功能(C：理解)。

2.線粒體和葉綠體的基本結構及主要功能(C：理解)。

3.內質網、核糖體、高爾基體、中心體、液泡這幾種細胞器的主要功能(C：理解)。

三、重點和難點

1.教學重點

(1)線粒體和葉綠體的基本結構及主要功能。

(2)內質網、核糖體、高爾基體、中心體、液泡的主要功能。

2.教學難點

線粒體和葉綠體的基本結構和主要功能。

四、教學建議

本小節的教學內容，應結合學生實驗統籌考慮。例如，細胞質的概念、組成部分(基質、細胞器)的關系、葉綠體的結構和功能等內容，可以在有關的學生實驗中學習。

關于細胞質的教學，重點是講述各種細胞器的結構成分、結構特點和主要功能。根據學生的接受能力，可對結構與功能相適應的特點，各種結構功能之間的聯系，進行不同程度的分析。

在講述線粒體時，要充分利用教材中的示意圖，讓學生注意觀察線粒體的結構特點和它浸浴在細胞質基質中的狀況。在分析線粒體外膜時，一方面要指出外膜使線粒體相對獨立于細胞質基質；另一方面又要指出，通過外膜使細胞質基質與線粒體內部進行著物質交換。在分析線粒體內膜時，要注意使學生理解內膜的折疊增加了內膜的表面積，這有利于有氧呼吸酶系的附著，有利于有氧呼吸的化學反應大量地進行。

講述葉綠體時，要在對葉綠體成分和結構特點的分析中，滲透出它與高效利用光能(如基粒中垛疊的囊狀結構)，完成光合作用一系列反應(如含光合作用的色素、酶)是相適應的。在教學中，可適當對比線粒體和葉綠體。

關于內質網的教學，要盡可能利用立體結構示意圖，使學生正確理解內質網的結構特點和在細胞質中的狀況。關于內質網的作用，一方面擴大了細胞內的膜表面積，形成了物質運輸通道；另一方面與脂質、糖類和蛋白質的合成有密切關系。

在講述核糖體時，要注意引導學生觀察插圖，知道有的核糖體附著在內質網膜的外側，有的游離在細胞質的基質中，因此，核糖體和內質網是相對獨立的兩種細胞器。要指出核糖體無膜結構，它是合成蛋白質的場所(如果時間允許，還可以回顧氨基酸縮合成肽的知識)。如果學生條件較好，教學中可適當滲透出附著的和游離的這兩類核糖體所合成的蛋白質的去向有所不同。附著在內質網上的核糖體合成的蛋白質進入內質網腔中，繼續進行加工并被運輸。

關于高爾基體的教學，要結合細胞結構圖，說明它與內質網、細胞膜的相互聯系，理解高爾基體對細胞分泌物的形成、加工和轉運的作用。在植物細胞中，它合成的纖維素對細胞壁的形成有重要作用。

對于中心體和液泡的教學，不必擴展，有些作用可結合后面有關知識進行講述。

本小節教學的總結，可以用動物或植物細胞的整體示意圖，分析各種細胞器之間的結構聯系和功能聯系。

五、參考答案

復習題一、1.線粒體，內質網，染色質，高爾基體，中心粒。2.〔4〕高爾基體。3.〔2〕內質網。4.〔5〕中心體。5.〔1〕線粒體。

二、1.(C)；2.(B)；3.(C)；4.(B)；5.(A)；6.(B)。

三、在葉綠體的3、4部分。

實驗討論題1.葉綠體在細胞質基質中不是靜止不動的。呈橢球體形的葉綠體在不同的光照條件下可以運動，這種運動能夠隨時改變橢球體的方向，使葉綠體既能接受較多的光照，又不至于被強光灼傷。

2.葉綠體的形態和分布都有利于接受光照，完成光合作用。如葉綠體呈橢球形，它能夠在不同光照條件下改變方向。又如，葉肉細胞中的柵欄組織，其中的葉綠體分布比海綿組織的多，這可以接受更多的光照。

3.細胞質基質中含有多種無機化合物和有機化合物，還有很多種酶。細胞質基質是活細胞進行新陳代謝的主要場所。植物細胞中細胞質的流動，有利于細胞內物質的運輸和細胞器的移動，從而為細胞內的新陳代謝提供所需要的物質和有關條件。

六、參考資料

細胞質的概念廣義地說，就真核生物而言，在細胞膜以內，除了細胞核以外的其他部分，都屬于細胞質。但是狹義地說，細胞質是指細胞質的可溶相，即指除了細胞質中的細胞器和內含物以外的基質部分。這部分在光學顯微鏡下，看不出有任何定形的結構，是均勻透明的，所以稱為透明質，也稱為細胞液、細胞基質或細胞質基質。可是，細胞有許多復雜的運動現象，又啟發細胞學研究者考慮到細胞質的結構可能不會這樣簡單。電子顯微鏡的使用，使我們對于細胞的超微結構有越來越深入的了解。在20世紀60年代，科學家發現細胞質基質是一種呈連續相的物質。

真核細胞和原核細胞的細胞質，包含著相同的組成成分：核糖體、RNA分子、球蛋白、酶等。細胞質內蛋白質和酶的含量占細胞的蛋白質總量的20%～25%。在細胞質中最重要的可溶性酶，是與糖酵解及與蛋白質合成中氨基酸有關的一些酶。此外，許多需要ATP參與反應的酶及可溶性轉移酶，也存在于細胞質中。

緊貼在細胞膜下面的細胞質，被認為是一種高度異質的膠體系統。細胞學家早就發現細胞質有彈性和黏滯性，也看到布朗運動和細胞質川流運動。這就證明細胞質的結構不是始終如一，而是隨著溫度、日光、壓力等環境條件而改變的。近些年來，利用電鏡技術，尤其是高壓電鏡技術和生化、免疫技術，發現細胞質的確不是均一的，其中含有光學顯微鏡下看不到的超微結構。目前，細胞生物學家已經闡明：細胞質是一個錯綜復雜的、相互聯系的、高度有序的網絡結構。這些細胞質網絡結構，可用“細胞質基質”這個專有名詞表達。也就是說，細胞質基質這個名詞，除包括組成細胞骨架的三種主要纖絲──微絲、微管和中間纖維，以及一個由纖絲橋所組成的相互交聯的絲狀結構──微梁系統(或微梁網格)外，還包括和它們有聯系的蛋白質和水分。

細胞質的功能細胞質具有多方面的功能。但是，由于它本身太脆弱，以致生理學家至今不能用很好的方法來驗證它的真正的生理功能。不過，毫無疑問，細胞質對細胞生命活動有著極其重要的作用。從生物學的角度和細胞質中的各種物質來看，它具有以下幾方面的功能。

1.管制外來物質進入細胞內或排出細胞外的作用，以及調節細胞質的“水化”作用。

2.對于如鞭毛和纖毛等后成質的形成，以及對于細胞內含物的儲藏具有重大作用。例如，蛋白質、脂肪粒、肝糖元、植物堿等多數集存在細胞質內。

3.為維持細胞器實體的完整性，提供所需要的離子環境。

4.供給細胞器行使功能所必須的一切底物。公務員之家，全國公務員共同天地

5.影響細胞的分化。例如在胚胎發育過程中，細胞質對于分化起著很重要的作用。這已經為實驗胚胎學的大量事實所證實。

6.進行某些生化活動，如上面提到的糖酵解、核酸、脂肪酸和氨基酸代謝的某個階段，需要依靠細胞質中處于相對游離狀態的酶來完成。

細胞質流動在活細胞中，細胞質以各種不同的方式在流動著，包括細胞質環流、穿梭流動和布朗運動等，這些也同微絲和微梁系統的存在有密切的關系。

1.細胞質環流。是細胞質流動的一種形式。在液泡發達的植物(如黑藻、輪藻、伊樂藻)細胞中，細胞質成薄層沿著細胞膜以一定的速度和方向循環流動。這種不斷地循環流動稱為細胞質環流。環流的速度，伊樂藻是10μm／s，輪藻是50μm／s。普通植物細胞則是每秒幾微米至幾十微米。

2穿梭流動。穿梭流動是細胞質流動的另一種形式，它與環流不同，是向相反方向來回穿梭。由于流動方向在一定時間內來回交換，因此叫穿梭流動。絨泡菌是研究這種流動的最好材料。它是一種黏菌，是多核的細胞質團，沒有細胞的分隔。黏菌的外緣是凝膠樣的外質，核心是溶膠樣的內質。在內外質中含有許多葉脈狀的微細分支，在中央集攏在一起成為主脈，細胞質就從支脈向主脈流動(圖2-5，1、2)。內質的流動速度很快，為1.3mm／s，比細胞質環流快得多。這樣，絨泡菌一頭的體積縮小，另一頭的體積增大，長出偽足狀的突起，就暫時停止流動(圖2-5，3)，隨后就又開始逆向流動(圖2-5，4、5)，來回穿梭進行。

3.布朗運動。在活細胞中可以看到細胞質內的許多小顆粒在無規則地跳動著，這在暗視野顯微鏡下觀察更為明顯，叫做布朗運動。布朗運動的產生除了與微絲的存在有關外，還與微梁網格的收縮有關。

圖2-5絨泡菌中細胞質的穿梭流動

1.2.細胞質從左向右流動3.右側形成偽足突起，流動暫停

4.5.細胞質又向相反方向從右向左流動。箭頭長度表示流動速度。

線粒體細胞的有氧呼吸主要是在線粒體內進行的。線粒體的內部結構，在光學顯微鏡下不能分辨，只有在電子顯微鏡下才能看清楚。線粒體由內外兩層膜組成。外膜即界限膜，使線粒體與周圍的細胞質分開，是各種分子和離子進入線粒體內部的障壁。內膜的不同部位向線粒體的中心腔折疊，形成嵴。這樣就大大增加了酶分子附著的表面，并且把酶分子密集地包在線粒體里。內膜和外膜在化學成分和物理特性上都有顯著的差異。例如，它們在蛋白質的含量，特別是在類脂的分布上是很不相同的。外膜比內膜的磷脂含量要高2～3倍；外膜的通透性也比內膜高得多。外膜的通透性高，為線粒體與周圍細胞質之間進行充分的物質交換提供了條件。內膜的通透性差，可以使催化三羧酸循環的復雜酶系統保留在內膜的間隔中，從而保證細胞有氧呼吸的進行。線粒體膜上還具有小孔，這樣，有氧呼吸所產生的ATP可以更容易地向線粒體外面擴散。

線粒體既然是細胞進行有氧呼吸的主要場所，那么，有關催化三羧酸循環、氨基酸代謝、脂肪酸分解、電子傳遞、能量轉換、DNA復制和RNA合成等過程所需要的100多種酶和輔酶，都分布在線粒體的外膜上、膜內空間及內膜和基質中。這些酶和輔酶的主要功能是參加三羧酸循環中的氧化反應、電子傳遞和能量轉換。

內質網粗面型內質網又叫做顆粒型內質網，常見于蛋白質合成旺盛的細胞中。粗面型內質網大多為扁平的囊，少數為球形或管泡狀的囊。在靠近核的部分，囊泡可以與核的外膜連接。粗面型內質網的表面所附著的核糖體(也叫核糖核蛋白體)是合成蛋白質的場所，新合成的蛋白質就進入內質網的囊腔內。粗面型內質網既是新合成的蛋白質的運輸通道，又是核糖體附著的支架。

滑面型內質網又稱為非顆粒型內質網。滑面型內質網的囊壁表面光滑，沒有核糖體附著。滑面型內質網的形狀基本上都是分支小管及小囊，有時小管排列得非常緊密，以同心圓形式圍繞在分泌顆粒和線粒體的周圍。因此，滑面型內質網在切面中所看到的形態，與粗面型內質網有明顯的不同。

滑面型內質網與蛋白質的合成無關，可是它的功能卻更為復雜，它可能參與糖元和脂質的合成、固醇類激素的合成以及具有分泌等功能。在胃組織的某些細胞的滑面型內質網上曾發現有Cl-的積累，這說明它與HCl的分泌有關。在小腸上皮細胞中，可以觀察到它與運輸脂肪有關。在心肌細胞和骨骼肌細胞內的滑面型內質網，可能與傳導興奮的作用有關；在平滑肌細胞內，卻發現它與Ca2+的攝取和釋放有關。

核糖體核糖體是由核糖體的核糖核酸(符號為rRNA)和蛋白質構成的橢圓形的粒狀小體，其中rRNA和蛋白質的比例為1∶1。蛋白質分子基本上排列于核糖體的表面上，rRNA分子被包圍于中央。細胞內有的核糖體附著于內質網的外面，稱為固著核糖體，與內質網形成上面所談到的粗面型內質網；有的不附著于內質網上，稱為游離核糖體，常見于未分化的細胞中。附著于內質網上的核糖體，附著的情況也不相同。在某些細胞中，核糖體均勻地附著于細胞質中某一部分的內質網上；有的卻集中地附著于細胞質中某一部分的內質網上。

核糖體是細胞內合成蛋白質的場所。現在已知，附著于內質網上的核糖體所合成的蛋白質，與游離于細胞質基質中的核糖體所合成的蛋白質有所不同。附著于內質網上的核糖體，主要是合成某些專供輸送到細胞外面的分泌物質，如抗體、酶原或蛋白質類的激素等；游離核糖體所合成的蛋白質，多半是分布在細胞質基質中或供細胞本身生長所需要的蛋白質分子(包括酶分子)，此外還合成某些特殊蛋白質，如紅細胞中的血紅蛋白等。因此，在分裂活動旺盛的細胞中，游離核糖體的數目就比較多，而且分布比較均勻。這一點已被用來作為辨認腫瘤細胞的標志之一。

不管是附著的核糖體還是游離的核糖體，在進行蛋白質合成的過程中，常常是幾個核糖體聚集在一起進行活動，這是由于信息核糖核酸(mRNA)把它們連串在一起。這樣的一個功能單位的聚合體稱為多聚核糖體。

高爾基體高爾基體位于細胞核附近的細胞質中，它的形狀一般呈網狀。在不同的生理情況下，可以轉變為顆粒狀、桿狀或其他形狀。在電鏡下，高爾基體是一些緊密地重疊在一起的囊狀結構。有些膜緊密地折疊成片層狀的扁平囊，有些扁平囊的末端膨大成大小不等的泡狀或囊泡狀結構。

在有的電鏡照片上，可以看到這些膜是與內質網相連通的，還可以觀察到若干跡象，表明這些小囊泡可以連接于扁平囊，而成為扁平囊的一部分，扁平囊也可以在其末端部分脫落而形成小囊泡。另外，扁平囊也可以在囊腔中積累物質，逐漸膨大而形成大囊泡。可見，組成高爾基體的小囊泡、層狀扁平囊和大囊泡三部分并不是固定的結構，而是相互有關系的，它們是高爾基體功能活動不同階段的形態表現。

高爾基體在細胞內的位置和分布情況，與它在不同細胞內的功能有關。高爾基體的大小和在細胞內的數量，因細胞的類別和生理狀況不同而有所不同。

高爾基體的主要功能有三方面。一是與分泌有關。早期根據光鏡的觀察，已有人提出高爾基體與細胞的分泌活動有關。后來，運用電鏡、細胞化學及放射自顯影技術更進一步證實和發展了這個觀點。高爾基體在分泌活動中所起的作用，主要是將粗面型內質網運來的蛋白質類的物質，進行加工(如濃縮或離析)、儲存和運輸，最后形成分泌泡。當形成的分泌泡自高爾基囊泡上斷離時，分泌泡膜上帶有高爾基囊膜所含有的酶，還能不斷起作用，促使分泌顆粒不斷濃縮、成熟，最后排出細胞外。最典型的，如胰外分泌細胞中所形成的酶原顆粒。放射自顯影技術證明，高爾基體自身還能合成某些物質，如多糖類。它還能使蛋白質與糖或脂結合成糖蛋白或脂蛋白的形式。在某些細胞(如肝細胞)中，高爾基體還與脂蛋白的合成、分泌有關。二是與溶酶體的形成有關。現在一般都認為初級溶酶體的形成過程與分泌顆粒的形成類似，也起自高爾基體囊泡。初級溶酶體與分泌顆粒(主要指一些酶原顆粒)，從本質上看具有同一性，因為溶酶體含多種酶(主要是各種水解酶)，都是蛋白質；與酶原顆粒一樣，也參與分解代謝物的作用。不同處在于：酶原顆粒是排出細胞外發揮作用，而溶酶體內的酶類主要在細胞內起作用。三是高爾基體還有其他功能，如在某些原生動物中，高爾基體與調節細胞的液體平衡有關系。

動物細胞中心粒的結構和功能用電子顯微鏡觀察，可以看到中心粒是一個中空的短柱狀小體，長約0.3～0.7μm，直徑約0.15～0.25μm。每個中心粒由9組縱行的微管組成，排列成環狀結構。每一組微管由A、B、C三條微管并列而成，是一個三聯體。A管排列在最里面，靠近中柱軸，C管排列在最外面。每條微管的直徑為20～25nm，它的化學成分主要是微管蛋白。

動物細胞中心粒主要有以下幾方面的功能。①中心粒是微管的組織中心。中心粒的自發活動，可以使細胞質內存在的微管蛋白亞單位有條理地聚合起來，形成微管結構。②中心粒與紡錘體的形成也有密切的關系，中心粒也是紡錘體微管的組織中心公務員之家，全國公務員共同天地。例如，在一些生長快速的間期細胞中，在中心粒的周圍可以看見有許多輻射狀排列的微管，這里醞釀著有絲分裂期紡錘體的形成。③中心粒可能在超微結構的水平上，調節著細胞的運動。④中心粒也能產生纖毛和鞭毛，它們從中心粒的一端長出。⑤動物細胞的中心粒與星體、紡錘體、染色體等組成了有絲分裂器。動物細胞借助有絲分裂器的作用，使染色體能夠準確地、有條不紊地在細胞內活動，從而使細胞正常地進行分裂。有絲分裂器有兩極，每極有一對中心粒。分裂器的極，決定了染色體的運動方向；分裂器的赤道面方向，決定了母細胞分裂成兩個子細胞時橫縊面的位置。有絲分裂器還能把成對的染色體拉向相反的兩極。