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生物体都具有以下基本特征:生物体具有共同的物质基础和结构基础,都有新陈代谢作用,都有应激性,都有生长、发育和生殖的现象,都有遗传和变异的特性,都能适应一定的环境。
第一节组成生物体的化学元素及化合物
【知识概要】
生物体的生命活动都有共同的物质基础,主要是指组成生物体的化学元素和化合物是大体相同的。
一、组成生物体的化学元素
组成生物体的化学元素有二十多种,它们在生物体内的含量不同。含量占生物体总质量的万分之一以上的元素,称大量元素,如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。生物生活所必需,但是需要量却很少的一些元素,称微量元素,如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。这些化学元素对生物体都有重要作用。组成生物体的二十多种化学元素,在无机自然界都可以找到,没有一种化学元素是生物所特有的。这个事实说明,生物界和非生物界具有统一性。
二、组成生物体的化合物
(-)糖类
糖类参与细胞组成,是生命活动的主要能源物质。
糖类的组成元素为C、H、O,分单糖、寡糖、多糖三类。
单糖是不能水解的最简单的糖类,其分类中只含有一个多羟基醛或一个多羟基酮,如葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖。葡萄糖和果糖都是含6个碳原子的己糖,分子式都是C6H12O6,但结构式不同,在化学上叫做同分异构体。如下图所示:
葡萄糖果糖葡萄糖果糖
环状结构链状结构
核糖(C5H10O5)和脱氧核糖(C5H10O4)都是含有5个碳原子的戊糖,两者都是构成生物遗传物质(DNA或RNA)的重要组成成分。结构式如下图所示:
核糖脱氧核糖
寡糖(低聚糖)是由少数几个(1个以内)单糖分子脱水缩合而得的糖。常见的是含有2个单糖单位的双糖,如植物细胞内的蔗糖、麦芽糖,动物细胞内的乳糖,存在于藻类细菌、真菌和某些昆虫细胞内的海藻糖等。蔗糖的形成见下图。
葡萄糖果糖蔗糖
多糖是由多个单糖缩聚而成链状大分子,与单糖、双糖不同,一般不溶于水,从而构成贮藏形式的糖,如高等植物细胞内的淀粉,高等动物细胞内的糖元。纤维素是植物中最普遍的结构多糖。
(二)蛋白质
蛋白质具有催化作用、运输作用和贮存作用、结构和机械支持作用、收缩或运动功能、免疫防护功能、调节作用。
蛋白质主要由C、H、O、N四种元素组成,多数还含有S。基本组成单位是氨基酸,其通式为。组成天然蛋白质的氨基酸约有20种,都是L型的α氨基酸。氨基酸与氨基酸之间可以发生缩合反应,形成的键为肽键。肽是两个以上氨基酸连接起来的化合物。两个氨基酸连接起来的肽叫二肽,三个氨基酸连接起来的肽叫三肽,多个氨基酸连接起来的肽叫多肽。多肽都有链状排列的结构,叫多肽链。蛋白质就是由一条多肽链或几条多肽链集合而成的复杂的大分子。
蛋白质结构分一、二、三、四级结构。在蛋白质分子中,不同氨基酸以一定数目和排列顺序编合形成的多肽链是蛋白质的一级结构。蛋白质分子的高级结构决定于它的一级结构,其天然构象(四级结构)是在一定条件下的热力学上最稳定的结构。
蛋白质受到某些物理或化学因素作用时引起生物活性的丧失、溶解度降低以及其他物理化学因素的改变,这种变化称为蛋白质的变性。变性的实质是由于维持高级结构的次级键遭到破坏而造成的天然构象的解体,但未涉及共价键的破坏。有些变性是可逆的(能复性),有些则不可逆。
(三)核酸
核酸是遗传信息的载体,存在于每一个细胞中。核酸也是一切生物的遗传物质,对于生物体的遗传性、变异性和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。
核酸分DNA和RNA两大类。所有生物细胞都含有这两大类核酸(病毒只含有DNA或RNA)。
核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的高分子化合物。其基本组成单位是核苷酸。每个核酸分子是由几百个到几千个核苷酸互相连接而成的。每个核苷酸含一分子碱基、一分子戊糖(核糖或脱氧核糖)及一分子的磷酸组成。如下图所示:
5’﹣腺瞟吟核苷酸(5’﹣AMP)3’﹣胞嘧啶脱氧核苷酸(3’﹣dCMP)
DNA的碱基有四种(A、T、G、C),RNA的碱基也有四种(A、U、G、C)。这五种碱基的结构式如下图所示:DNA中碱基的百分含量一定是A=T、G=C,不同种生物的碱基含量不同。RNA中A﹣U、G﹣C之间并没有等当量的关系。
腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U)胞嘧啶(C)
DNA一级结构中核苷酸之间唯一的连接方式是3’、5’﹣磷酸二酯键,如下图所示。所以DNA的一级结构是直线形或环形的结构。DNA的二级结构是由两条反向平行的多核音酸链绕同一中心轴构成双螺旋结构。
(四)脂类
脂类是生物体内一大类重要的有机化合物,由C、H、O三种元素组成,有的(如卵磷脂)含有N、P等元素,不溶于水,但溶于乙醚、苯、氯仿和石油醚等有机溶剂。
脂类是构成生物膜的重要成分;是动植物的贮能物质;在机体表面的脂类有防止机械损伤和水分过度散失的作用;脂类与其他物质相结合,构成了细胞之间的识别物质和细胞免疫的成分;某些脂类具有很强的生物活性。
(l)脂肪也叫中性脂,一种脂肪分子是由一个甘油分子中的三个羟基分别与三个脂肪酸的末端羟基脱水连成酯键形成的。脂肪是动植物细胞中的贮能物质,当动物体内直接能源过剩时,首先转化成糖元,然后转化成脂肪。在植物体内就主要转化成淀粉,有的也能转化成脂肪。
(2)类脂包括磷脂和糖脂,这两者除了包含醇、脂肪酸外,还包含磷酸、糖类等非脂性成分。含磷酸的脂类衍生物叫做磷酯,含糖的脂类衍生物叫做糖脂。磷脂和糖脂都参与细胞结构特别是膜结构的形成,是脂类中的结构大分子。
(3)固醇又叫甾醇,是含有四个碳环和一个羟基的烃类衍生物,是合成胆汁及某些激素的前体,如肾上腺皮质激素、性激素。有的固醇类化合物在紫外线作用下会变成维生素D。在人和动物体内常见的固醇为胆固醇。
(五)水和无机盐
水是细胞的重要成分,一般发育旺盛的幼小细胞中含水量较大,生命活力差的细胞组织中含水量较小,休眠的种子和孢子中含水量一般低于10%。水的作用有:水是代谢物质的良好溶剂,水是促进代谢反应的物质,水参与原生质结构的形成,水有调节各种生理作用的功能。
它在体内通常以离子状态存在,常见的阳离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等;常见的阴离子有Cl-、SO42-、PO43-、HPO42-、H2PO4-、HCO3-等。各种无机盐离子在体液中的浓度是相对稳定的,其主要作用有:维持渗透压,维持酸碱平衡,特异作用等。
第二节其他重要化合物
【知识概要】
一、细胞内能合流通的物质——ATP
ATP(三磷酸腺苷)是各种活细胞内普遍存在的一种高磷酸化合物(水解时释放的能量在20~92kJ/mol的磷酸化合物)。ATP的分子简写成A-P~P~P,A代表由腺嘌呤和核糖组成的腺苷,P代表磷酸基团,~代表高能磷酸键。ATP中大量化学能就贮存在高能磷酸键中。ATP结构中的3个磷酸(Pi)可依次移去而生成二磷酸腺苷(ADP)和一磷酸腺苷(AMP),如下图:
ATP水解时释放出的能量,是生物体维持细胞分裂、根吸收矿质元素离子和肌肉收缩等生命活动所需能量的直接来源,是细胞内能量代谢的“流通货币”。在动物肌肉或其他兴奋性组织中,还有一种高能磷酸化合物即磷酸肌酸,它也是高能磷酸基的贮存者,其中的能量要兑换成“流通货币”才能发挥作用。如图下图所示磷酸肌酸与ATP关系。
磷酸肌酸肌酸
二、NAD+和NADP+
NAD+又叫辅酶Ⅰ,全称烟酰胺腺嘌呤二核苷酸;NADP+又叫辅酶Ⅱ,全称烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。它们都是递氢体,能从底物里取得电子和氢。NAD+和NADP+都是以分子中的烟酰胺部分来接受电子的,所以烟酰胺是它们的作用中心。接受电子的过程如下图所示:
这里虽然从底物脱下来的两个电子都被接受了,但脱下来的两个氢原子却只有一个被接受,剩下的一个质子H暂时被细胞的缓冲能力接纳下来,留待参与其他反应。因此,NAD+和NADP+的还原形式被写作NADH和NADPH。
第三章生命的基本单位——细胞
第一节细胞的形态和类别
【知识概要】
一、细胞的概念及形态
细胞是由原生质小团所组成的基本单位,其中含有一个核(或拟核),四周被膜包围着。
细胞的大小千差万别。最大的直径近10cm,如驼鸟卵;小的需用电子显微镜才能看到,如支原体,。一般细胞的直径都在10~100um之间,观察需要借助光学显微镜。
细胞的形状多样。有球状、多面体、纺锤体和柱状体等。由于细胞内在的结构、自身的表面张力以及外部的机械压力的作用,各种细胞总是保持其一定的形态。细胞的形状与功能之间有着密切关系,如运动神经元细胞质伸展长达几米,用以传导外界刺激产生的兴奋。
二、原核细胞
原核细胞外部由质膜所包围,质膜之外是坚固的细胞壁。细胞壁主要是由一种叫胞壁质的蛋白多糖组成。在原核细胞内含有DNA的区域,没有核膜包围,这个区域为拟核,其中只有一条DNA。原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等,但含有核糖核蛋白体、间体、粒状物、类囊体和蓝色体等。原核细胞细胞质中的内含物有气泡。多磷酸颗粒、脂肪滴和蛋白粒等。由原核细胞构成的生物称原核生物,如支原体、细菌、蓝藻和放线菌等。
三、真核细胞
真核细胞的细胞质与细胞核之间有核膜把它们分开,细胞质中的细胞器与结构都比原核细胞复杂。真核细胞内含有的物质,大致可分为四类:①原生质,它是细胞质与细胞核所组成的生活物质的整体。细胞质包括质膜、内质网、高尔基体、中心体、线粒体、质体等。②后成质,由细胞分化出来具有一定机能的细胞衍生物,如纤毛、鞭毛等。③异质,由原生质高度特化的物质,如角质、木质、木柱质、纤维素等。④副质,细胞质中的内含物,都是新陈代谢的产物,如淀粉粒、糖元粒、油滴、乳液等。
四、真核细胞和原核细胞的主要区分见下表
真核细胞和原核细胞的主要区别
特性
原核细胞
真核细胞
细胞大小
较小(1~10um)
较大(10~100um)
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
无核膜和核仁
有核膜和核仁
细胞器
无
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
细胞分裂
二分体、出芽,无有丝分裂
具有丝分裂器,能进行有丝分裂
转录与转译
出现在同一时间与地点
出现在不同时间与地点(转录在核内,转译在细胞质内)
五、动物细胞和植物细胞的区别
植物细胞的外面有细胞壁,它由纤维素和果胶质构成。细胞壁分为三层:中胶层、初生壁和次生壁。中胶层(胞间层)把相邻细胞粘合在一起,初生壁在中胶层的两侧,所有植物细胞都具有。次生壁在初生壁里面,又分为外、中、内三层,厚而硬,不是所有植物细胞都有的。在两个相邻细胞之间的壁上,有胞间连丝联结两个相邻细胞的原生质体,使细胞之间互相流通。此外,植物细胞的细胞器中有液泡和叶绿体。
动物细胞表面由质膜包着,它控制着细胞内物质的运输。两个相邻细胞之间的质膜也可变形,形成联结或桥粒,使两个相邻细胞“焊接”在一起,便于通讯。动物细胞质膜外无细胞壁,动物细胞内的微管对细胞的形态起着支持作用;动物细胞质内也无明显的液泡和叶绿体。在核附近有中心体,细胞有丝分裂时,中心体能发出星状细丝,分裂时称为星体。
第二节真核细胞的结构和功能
【知识概要】
一、细胞膜
细胞膜主要由脂类和蛋白质组成,其中脂类以磷脂为主,它既有亲水的极性部分(一般称头部),又有疏水的非极性部分(一般称尾部)。构成膜的蛋白质按其在膜中与磷脂相互作用方式及排列部位不同,可以分为外在性蛋白和内在性蛋白两大类,外在性蛋白与膜的内外表面相连,内在性蛋白嵌在脂质的内部,有的穿过膜的内外表面。
关于细胞膜的结构有很多假说和模型,其中广泛被接受的是“液态镶嵌模型”。它有两个主要特点:一是膜的结构不是静止的,而是具有一定的流动性;二是膜蛋白质分布的不对称性,即有的镶嵌在脂质中,有的附在脂质表面。
细胞膜的基本功能是:物质运输、细胞膜受体作用、代谢的调节控制、细胞识别、信息传递、保护细胞等。物质运输方面。细胞膜对物质的通过有高度的选择性。物质出入细胞的三种方式见下表:
物质出入细胞的方式
自由扩散
协助扩散
主动运输
浓度
高→低
高→低
低→高
载体
不需要
需要载体协助
需要载体协助
能量
不消耗
不消耗
消耗
类例
水、脂溶性物质
葡萄糖进入红细胞
无机离子、氨基酸进入细胞
此外,一些大分子物质或物质团块,还可以通过内吞和外吐的方式进出细胞。如白细胞吞噬侵入人体的病菌,属内吞方式;腺细胞所分泌的酶的过程,属外吐方式。内吞和外吐也需消耗能量。
二、细胞质
细胞基质呈胶体状,除含有小分子和离子外,还含有脂类、糖、氨基酸、蛋白质、RNA等。在基质中存在着几千种酶,大多数中间代谢,如糖酵解、氨基酸合成等都在这里进行。在基质内分散着具一定结构和功能的小“器官”叫细胞器,如线粒体、质体。中心体、内质网、核糖体、溶酶体以及微管和微丝等。
(1)线粒体形状、大小和数目线粒体一般呈线状或颗粒状,~1um,长2~10um。线粒体数目因细胞类型和生理状况而不同,每个细胞中线粒体的数量可以从1到50万个,在生理活动旺盛的细胞中,线粒体数目多;在衰老或休眠的细胞中线粒体较少。
(2)线粒体结构电镜下观察线粒体由内外两层膜所包围。外膜磷脂含量较高,透性较强,有利于线粒体内外物质交换。内膜透性较差,在不同部位向内折叠形成嵴。嵴之间的内部空隙叫嵴间腔,里面充满基质,基质中含有蛋白质和少量DNA。内外膜之间的间隙叫膜间腔。里面充满液体。线粒体的内外膜上都附有酶系颗粒,在外膜上牢固附着的是柠檬酸循环所必需的酶系颗粒。柠檬酸循环所产生的NADPH通过膜进入线粒体,使ADP转变成ATP。在内膜内侧附着有许多带柄小颗粒,这种颗粒就是可溶性三磷酸腺苷。
(3)线粒体功能线粒体是细胞呼吸中心。它通过有呼吸作用的多种酶系颗粒,能将细胞质中的糖酵解,产生丙酮酸,再进一步氧化产生能量,并将能量贮藏在ATP高能磷酸键中。ATP通过膜上的小孔向外扩散到细胞质中,供细胞其他生理活动时能量的需要。
质体是绿色植物细胞所特有的细胞器。根据颜色和功能的不同,成熟的质体分白色体、有色体和叶绿体三类。
(1)白色体(也叫无色体)因所在的组织和功能的不同可分为造粉质体、造蛋白质体和造油体。
(2)有色体有色体内含有叶黄素和胡萝卜素,呈红色或橙黄色。它存在于花瓣和果实中,其主要功能是积累淀粉和脂类。
(3)叶绿体主要存在于叶肉细胞和幼茎皮层细胞内,是光合作用的场所。叶绿体由内外两层膜包围,叶绿体膜能控制代谢物质进出叶绿体。膜内淡黄色、半流动状态的物质叫基质,主要是可溶性蛋白质(酶)和其他代谢物质。基质中悬浮着浓绿色圆柱状颗粒叫基粒。每个基粒由两个以上类囊体重叠而成基粒片层,类囊体由自身闭合的双层薄膜组成。有些类囊体和基粒中的基粒片层横向连接,使基粒跟基粒相连,这种类囊体叫做基质片层。叶绿体的光合色素主要集中在基粒中,类囊体的内膜和外膜上分别附有几十种与光合作用有关的酶。光合作用的光反应在类囊体膜上进行,合成有机物的暗反应,在叶绿体基质中进行。
内质网是由单层膜组成,有两种类型:粗糙内质网和光滑内质网。粗糙内质网呈扁平囊状,内质网膜的外面附有核糖核蛋白体颗粒,是细胞内合成蛋白质的主要部位。粗糙内质网常与核膜的外膜相连。光滑内质网呈管状,膜上没有颗粒,常与有分泌功能的高尔基体相连。光滑内质网与脂类物质的合成、糖元等的代谢有关。
高尔基体是由双层膜、表面光滑的大扁囊和小囊泡构成,多数扁囊和囊泡集合在一起,又叫高尔基复合体。在植物细胞内,有高尔基体合成的果胶、半纤维和木质素等物质,这些物质参与细胞壁的形成。在动物细胞内,高尔基体参与蛋白质的分泌。
在细胞生物学中,把核被膜、内质网、高尔基体、小泡和液泡等看成是在功能上连续统一的细胞内膜,被称为内膜系统。
液泡系是指由内膜所包围的小泡和液泡,除线粒体和质体外,都属于液泡系。液泡的类型可分为以下几种:①高尔基液泡,由高尔基体成熟面高尔基地边缘形成的小泡,其中含有水解酶等。②溶酶体,由内质网形成,其中含有水解酶。③圆球体,为植物细胞所特有,相当于溶酶体,也是由内质网形成。④微体,按其中所含的酶来确定它们的性质。⑤自噬小体,由一层膜将一小部分细胞质包围而成,其中被消化的物质是细胞质内含有的各种组成,如线粒体、内质网的碎片等。⑥吞噬泡,由质膜的内陷作用吞噬了营养颗粒而成。⑦胞饮液泡,由质膜的内陷作用吞噬了一些溶液或营养液而成。⑧糊粉粒,在植物的种子中产生的一种特异的液泡,其中贮有蛋白质(多数是酶),起源于内质网。⑨收缩泡,为原生动物所含有的液泡,具有伸缩性,收缩时可把废液和过量的水分排出体外。动、植物液泡都是由一层单位膜包围而成。
植物细胞中的液泡是植物细胞显著特征之一。液泡里有细胞液,细胞液主要成分是水,另外含有糖类、丹宁、有机酸、植物碱、色素、盐类等。植物细胞的液泡既是细胞营养物质的贮藏器,也是废物的排泄器。
溶酶体是溶解或消化小体,内含各种水解酶,在动植物细胞中都含有这类细胞器。细菌内没有发现溶酶体。溶酶体的功能有三个方面:正常消化作用、自体吞噬、细胞自溶作用。
微体有两种类型:过氧化物酶体和乙醛酸循环体。前者存在于动、植物细胞内,而后者仅存在于植物细胞内。
植物细胞内的圆球体和糊粉粒都含有水解酶,具有动物溶酶体同样的功能。
核糖体颗粒存在于所有类型的活细胞内,游离在细胞质中或附着在粗糙型内质网上,快速增殖的细胞中含量更多。根据核糖体的沉降系数,把不同来源的核糖体分为70S型(具有30S和50S两个亚单位)和80S型(具有40S和60S两个亚单位)两大类。80S分布在真核细胞的细胞质中,而70S则存在于原核细胞与叶绿体内。
聚核糖体是蛋白质合成的主要场所。
中心体是动物细胞和低等植物细胞特有的细胞器。它包括两部分:中央部分有中心粒,周围的致密物质叫中心球。它存在的位置比较接近细胞中央,在核的一侧,所以叫中心体。在电镜下看到,中心粒由27条很短的微管组成,从横切面看到是由9个三体微管盘绕成的环状结构。三体微管之间和它的周围有质地比较致密的细粒状物质。中心粒对细胞分裂期纺锤丝的排列方向和染色体的移动方向,起着重要作用。
微管是细胞的骨骼,而微丝则是细胞的肌肉系统。
微管含有微管蛋白,微丝含有的分子与肌肉中的肌动蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白相同,也有像肌肉一样的收缩功能。
微管的功能有:支架作用、细胞的运动、细胞分裂、细胞内运输、细胞壁的结构等。微管可以单体到多聚体集合成完整的管子,但经低温、高压、秋水仙素和长春花碱等处理后就会破坏,使细胞变形,也不能运动。
微丝担负着细胞内运输、细胞质运动、细胞的移动和肌肉的收缩等功能。
三、细胞核
细胞核是细胞内储存、复制和转录遗传信息的主要场所。在真核细胞中,除高等植物成熟的筛管以及哺乳类成熟的红细胞外,都有细胞核。细胞核的核膜由两层膜组成,包在核之外。核膜上有许多穿孔,称核孔,全部核孔占膜面积的8%以上。核孔是细胞核和细胞质进行物质交换的通道。核液充满在核膜内,是以核蛋白为主的胶态物质,染色质和核仁悬浮在其中。当这些基质呈液体状态(溶胶)时叫核液,呈半固体状态(凝胶)时叫核质。核仁主要由蛋白质和RNA组成,它与合成核糖体RNA有关。染色质是细胞核的重要成分,是真核细胞间期核中DNA、组蛋白、非组蛋白性蛋白质以及少量RNA所组成的一串念珠状的复合体,是能被碱性染料染色的物质。
第三节细胞周期和细胞分裂
【知识概要】
一、细胞周期
细胞周期是指细胞一次分裂结束开始生长,到下一次分裂完成所经历的过程。
①从有丝分裂完成到DNA复制前的这段间隙时间叫G1期。②DNA复制的时期叫S期。在S期,DNA的含量增加一倍。③从DNA复制完成到有丝分裂开始,这段时间叫G2期,细胞分裂期的开始,标志着G2期的结束。④从细胞分裂开始到结束,也就是染色体的凝缩、分离到平均分配到两个子细胞为止,叫M期。M期包括前、中、后、末四个时期。
在细胞生长繁殖过程中,有的细胞在前一周期结束后,不再进入下一周期,而是退出了细胞周期,细胞这时所处的时期叫G0期。G0期的细胞不合成DNA,也不发生分裂,而处于静止状态。
二、细胞分致
细胞分裂有三种方式:即无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。
无丝分裂又称直接分裂。分裂时无染色体出现,不形成纺锤体,也无核膜、核仁的消失。无丝分裂过程简单,遗传物质也不能平均分配,但能保持亲代个体的遗传性。
有丝分裂是真核生物细胞分裂的基本形式,也称间接分裂。在分裂过程中出现由许多级锤丝构成的纺锤体,经复制后的染色质集缩成棒状的染色体,并平均分配到子细胞中。细胞有丝分裂是一个连续的过程,为研究方便,按照各时期的特点,人们将有丝分裂分为间期和分裂期。分裂期又包括前期、中期、后期和末期。
减数分裂是以有性方式繁殖的动、植物,在形成生殖细胞时发生的分裂。减数分裂有三种类型:合子减数分裂、配子减数分裂、居间减数分裂。
有丝分裂和减数分裂的区别比较
有丝分裂
减数分裂
形成体细胞分裂的方式
形成生殖细胞分裂的方式
分裂过程是一次细胞分裂
分裂过程是两次连续的细胞分裂
同源染色体不发生配对联会
同源染色体配对、联会、交叉和交换,形成四分体
染色体数目不减半(2n→2n)
第一次分裂染色体数目减半(2n→n)
分裂结果形成两个体细胞
分裂结果形成四个生殖细胞
第四节细胞的分化及其他
【知识概要】
一、细胞的分化与衰老
细胞通过分裂在形态、功能和蛋白质合成等方面发生稳定差异的过程叫细胞分化。细胞分化的基础是核基因的选择性表达,它需要有细胞质的协调作用。细胞质的不均匀分布,决定着后代细胞的分化方向,也决定着成体细胞的分化方向。
衰老的细胞一般特征是:①原生质减少;②水分减少;③核外染色物质减少;④细胞核与细胞质的比率缩小;⑤细胞核固缩;⑥色素生成;⑦酶的活性变化;⑧核酸与蛋白质的变化。
二、细胞的全能性
细胞全能性包含以下两方面的含义:①有些动物细胞的胚胎早期分裂球(2—4细胞期),经人工分离后,能各自单独发育为完整的,但体积相应减小的胚胎;②植物的体细胞在离体培养下能再生成完整的植株。
三、细胞的癌变
由生物体正常细胞转变成的不受控制而恶性增殖的细胞叫做癌细胞。
癌细胞具有无限分裂的能力,细胞癌变后,细胞膜表面的抗原会发生变化。诱导正常细胞癌变的因素有化学的、物理的和生物的多方面因素。突变理论认为:癌是由体细胞突变而来。因为:①癌是由一个单细胞增殖的克隆引起的;②致癌剂多为突变剂;③生物年龄越大,自发癌的频率越高;④癌细胞的改变和细胞群体中细胞的进化一样。
四、细胞工程
应用细胞生物学的方法,按照人们预先的设计,有计划地改变或创造细胞遗传物质的技术,以及发展这种技术的研究领域,叫做细胞工程。细胞工程学可分为五个部分:基因工程学,染色体工程学,染色体组工程学,细胞质工程学,细胞并合工程学。
第四章生物的新陈代谢
第一节酶
【知识概要】
一、酶的概念
酶是由生物体活细胞所产生的一类具有生物催化作用的有机物。生物体内的新陈代谢过程包含着许多复杂而有规律的物质变化和能量变化,其中的许多化学反应都是在酶的催化作用下进行的。
酶具有一般蛋白质的理化性质。从酶的化学组成来看,有简单蛋白和复合蛋白两类。属于简单蛋白的酶,只含有蛋白质;属于复合蛋白的酶分子中,除了蛋白质外,还有非蛋白质的小分子物质,前者称酶蛋白,后者称辅助因子,可分为辅酶和辅基两类。近些年来发现,绝大多数酶是蛋白质,有的酶是RNA。
二、酶催化作用的特点
酶与一般催化剂一样,能降低化学反应所需的活化能,使反应速度加快,反应完成时,酶本身的化学性质并不发生变化。
酶与一般非生物催化剂不同的特点是:;;。
三、酶催化作用的机理
现在认为,酶进行催化作用时,首先要和底物结合,形成一中间络合物,它很容易转变为产物和酶;该过程可表示为:S(底物)+E(酶)→SE(中间络合物)E(酶)+P(反应产物)。酶分子中直接与底物结合并与酶催化作用直接有关的部位称为“活性(力)中心’。一般认为,酶的活性中心有两个功能部位:结合部位和催化部位。
四、影响酶催化作用的因素
影响酶催化作用的因素有底物浓度、温度、pH、酶浓度、激活剂和抑制剂等。
第二节植物的营养器官
【知识概要】
一、根
根据发生的部位,根分成主根、侧根和不定根三种。植物地下部分所有根的总和叫做根系,分为直根系和须根系两种。
从根的顶端到着生根毛的部分叫做根尖,它是根生长、分化、吸收最活跃的部位。从根尖的顶端起,依次分成根冠、分生区(生长点)、伸长区和成熟区(根毛区)四部分。
根的初生结构由外向内分成表皮、皮层和维管柱(中柱)。皮层的最内层细胞叫做内皮层,这层细胞的径向壁和横壁上形成栓质化的带状加厚结构,叫做凯氏带,它具有加强控制根的物质转移的作用。维管柱由中柱鞘、初生木质部和初生韧皮部三部分组成。双子叶植物的根可以进行次生生长,由形成层细胞进行细胞分裂,向内形成次生木质部,向外形成次生韧皮部。
根的生理功能是吸收、支持、合成和贮藏,有些植物的根还有营养繁殖的作用。
二、茎
茎的形态特征是有节和节间,有芽,落叶后节上有叶痕。茎因生长习性的不同,可以分为直立茎、攀援茎、缠绕茎和匍匐茎四类。
茎的主干由种子的胚芽发育而成,侧枝由主干上的芽发育而成。因此,芽是一个枝条的雏型,将植物的叶芽纵切,从上到下依次为生长点、叶原基、幼叶、腋芽原基。
双子叶植物茎的初生结构分为表皮、皮层和维管柱。维管柱由维管束、髓和髓射线三部分组成。维管束是初生韧皮部、形成层和初生木质部组成的束状结构。双子叶植物茎的维管束常排列成筒状。茎的次生结构是由形成层的活动而加粗的部分。由于形成层的活动受四季气候影响而在多年生木质部横切面上出现年轮。
一般单子叶植物的茎只有初生结构,由表皮、维管束和薄壁组织组成。表皮下有机械组织,起支持作用,其细胞常含叶绿体。维管束是分散的,有的植物茎中空成髓腔。
茎的生理功能主要是运输水分、无机盐类和有机营养物质,同时又能支持技、叶、花和果实展向空中。此外还有贮藏和营养繁殖的作用。
三、叶
植物的叶一般由叶片、叶柄和托叶三部分组成。叶片内分布着叶脉,叶脉有网状脉和平行脉之分。叶柄有支持和输导作用。
叶片的结构通常分三部分:表皮、叶肉和叶脉。表在分为上表皮和下表皮。表皮细胞之间有许多气孔,由两个保卫细胞围成,保卫细胞控制着气孔的开闭。气孔是叶蒸腾水分和气体进出的通道。叶肉由含许多叶绿体的薄壁细胞组成,分为栅栏和海绵组织,大中型叶脉由维管束和机械组织构成,木质部在上,韧皮部在下。叶脉越细,结构越简单。
四、根、茎、叶的变态
根的变态包括贮藏根(有肉质直根、块根)、气生根(有支柱根、呼吸根、攀援根等)、寄生根(吸器);茎的变态包括地下茎的变态(有块茎、鳞茎、球茎、根状茎等)、地上茎的变态(有茎卷须、枝刺、叶状枝、肉质茎等);叶的变态,有苞叶、叶卷须、鳞叶、叶刺、捕虫叶等。
第三节植物的光合作用
【知识概要】
一、光合作用的概念及其重要意义
光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧的过程。光合作用的重要意义是把无机物转变成有机物,转化并储存太阳能,使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定等。总之,光合作用是地球上几乎一切生物的生存、繁荣和发展的根本源泉。
二、光合作用的场所和光合色素
叶片是植物进行光合作用的主要器官,叶绿体是光合作用的重要细胞器。叶绿体的类囊体薄膜上分布有光合色素,在类囊体膜和间质中存在许多种光合作用需要的酶。
叶绿体中的色素有三类:①叶绿素,主要是叶绿素a和叶绿素b。绝大多数叶绿素a分子和全部叶绿素b分子具有收集光能的作用,少数不同状态的叶绿素a分子有将光能转换为电能的作用。②类胡萝卜素,包括胡萝卜素和叶黄素。它们除有收集光能的作用之外,还有防止光照伤害叶绿素的功能。③藻胆素