细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开(细胞的界膜)
(1)膜的出现——生命起源中至关重要的阶段。
(2)细胞膜使细胞成为一个相对独立的系统,保障了细胞内部环境的相对稳定。
2.控制物质进出细胞。行使控制物质进出功能的物质主要是细胞膜上的蛋白质。
3.进行细胞间的信息交流。实行细胞间的信息交流的物质是细胞膜上的糖蛋白。
细胞间的信息交流的方式主要有三种:
(l)-些细胞(如分泌细胞)分泌一些物质如激素,通过血液的传递,运送到作用部位的细胞(靶细胞),被靶细胞的细胞膜上的受体(成分为糖蛋白)识别,引起靶细胞的生理反应。例如胰岛素,性激素等的调节。
(2)相邻两个细胞的细胞膜接触,通过糖蛋白识别,将信息从一个细胞传递给另一个细胞。例如精子和卵细胞的识别结合。
(3)高等植物细胞间的识别主要通过细胞间的胞间连丝来实现。
植物细胞壁的成分和功能
1.位置:位于植物细胞膜外面。
2.主要成分:纤维素和果胶。
3.功能
(1)支持:细胞壁具有较坚韧的支撑性,维持细胞稳定的形态。
(2)保护。
知识拓展:
1、病毒、病菌和一些有害物质也能进入细胞内,体现了细胞膜对物质进出细胞的控制作 用具有相对性。
2、细胞膜控制物质进出细胞的能力是活细胞才具有的,死细胞的细胞膜不能控制物质的出入。
3、物质能否通过细胞膜,是根据细胞生命活动的需要,并不完全取决于物质分子的大小。
例 取细胞膜上糖蛋白成分相同的两种海绵动物,将其细胞都分散成单个后混合培养,发现这两种细胞能够结合在一起;但将细胞膜上糖蛋白成分不相同的两种海绵动物的细胞分散后,混合培养,会发现这两种细胞不能结合在一起。这一实验现象说明细胞膜上的糖蛋白与什么功能有关( )
A.细胞间的相互识别
B.细胞间的免疫作用
C.细胞的分泌作用
D.细胞间物质交流
答案A
4、细胞壁的透性:全透性。
5、不同种类的细胞,细胞壁成分不同: 水绵一纤维素和果胶, 细菌一肽聚糖, 真菌一几丁质。
6、用纤维素酶除掉细胞壁的植物细胞不再保持原来的形态,将这样的细胞放置在清水中时,它会像红细胞一样吸水破裂。从这一事实可得出以下结论:细胞壁具有机械支持和保护作用,并能维持细胞正常形态。
例 能使高等植物细胞壁和细胞膜结构均破坏的一组酶是( )
A.淀粉酶、纤维素酶、溶菌酶
B.纤维素酶、果胶酶、蛋白酶
C.果胶酶、溶菌酶、纤维素酶
D.磷脂酶、淀粉酶、蛋白酶
答案B
7、控制物质进出细胞的功能使细胞具有选择透过性。加热煮熟的玉米种子细胞死亡,细胞膜失去了选择透过性,红墨水中的色素大分子物质就可以大量进入胚细胞,而使胚细胞呈红色,相反正常玉米种子胚细胞则不会呈红色。
8、行使细胞间信息交流的物质是细胞膜上的糖蛋白。
例 研究发现,脂溶性物质能够优先通过细胞膜,细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解。它证明了( )
A.构成细胞膜的物质是脂质和蛋白质
B.细胞膜具有流动性
C.磷脂双分子是细胞膜的基本骨架
D.组成细胞膜的物质中有脂质
答案D
酶的作用和本质:
1.酶的作用:降低活化能。
(1)活化能:分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。
(2)作用机理:酶能降低化学反应所需的活化能,使一个原本在较温和条件下不能进行的反应可以高效快速地进行。
2.酶的本质及实验验证
(1)酶本质的探索
时间 |
发现者 |
实验过程及现象 |
实验结论 |
1773年 |
意大利科学家斯帕兰札尼 |
将装有肉块的小金属笼子让鹰吞下,一段时间后取出,发现笼内的肉块不见了 |
说明胃具有化学性消化的作用 |
1836年 |
德国科学家施旺 |
从胃液中提取出了消化蛋白质的物质 |
这就是胃蛋白酶 |
1926年 |
美国科学家萨姆纳 |
从刀豆种子中提取出脲酶的结晶,并进行了证明脲酶是蛋白质的化学实验 |
证明脲酶是一种蛋白质 |
20世纪30年代 |
许多科学家 |
提取多种酶的蛋白质结晶 |
酶是一类具有生物催化作用的蛋白质 |
20世纪 80年代 |
美国科学家切赫和奥特曼 |
少数RNA也具有生物催化功能 |
少数的酶是RNA |
(2)酶的本质
化学本质 |
绝大多数是蛋白质 |
少数是RNA |
合成原料 |
氨基酸 |
核糖核苷酸 |
合成场所 |
核糖体 |
细胞核(真核生物)(主要) |
来源 |
一般来说,活细胞都能产生酶 |
(3)酶化学本质的实验验证
①证明某种酶是蛋白质
实验组:待测酶液+双缩脲试剂一—是否出现紫色反应。
对照组:标准蛋白质溶液+双缩脲试剂——出现紫色反应。
②证明某种酶是RNA
实验组:待测酶液+吡罗红染液——是否呈现红色。
对照组:标准RNA溶液+吡罗红染液——出现红色。
酶的特性及应用:
1、酶的特性
(1)高效性:酶的催化效率是无机催化剂的107~ 103倍,这说明酶具有高效性的特点。
(2)专一性:每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应,这说明酶的催化作用具有专一性的特点,酶的专一性的解释常用“锁和钥匙学说”。
(3)温和性:绝高温都能使蛋白质其他化学键的断裂永久失活。但低温酶活性可以恢复。
2、酶的特性在生产生活中的应用
(1)人在发烧时,不想吃东西,其原因是温度过高导致消化酶的活性降低。
(2)唾液淀粉酶随食物进入胃内,不能继续将淀粉分解为麦芽糖。原因是唾液淀粉酶的最适pH在7左
(3)胰岛素制剂是治疗糖尿病的有效药物,只能注射,不能口服,其原因是胰岛素是一种蛋白质,若口服会被蛋白酶水解。
1、酶的作用和特性的实验探究:
1.酶的催化作用实验探究对照组:反应物+清水检测反应物不被分解;实验组:反应物+等量的相应酶溶液检测反应物被分解。
2.酶的专一性实验搽究此实验中的自变量可以是不同反应物,也可以是不同酶溶液,因变量是反应物是否被分解。
(1)设计思路一:换反应物不换酶
实验组:反应物+相应酶溶液检测反应物被分解;
对照组:另一反应物+等量相同酶溶液检测反应物不被分解。
(2)设计思路二:换酶不换反应物
实验组:反应物+相应酶溶液检测反应物被分解;
对照组:相同反应物+等量另一种酶溶液检测反应物不被分解。
3.酶的高效性实验探究
对照组:反应物+无机催化剂检测底物分解速率;
实验组:反应物+等量酶溶液检测底物分解速率。
实验中自变量是无机催化剂和酶,因变量是底物分解速率。
4.酶作用的适宜条件的探究
(1)最适温度的探究实验原理
①淀粉+淀粉酶——麦芽糖;麦芽糖+斐林试剂—一产生砖红色沉淀;淀粉+碘——蓝色。
②温度影响淀粉酶活性,从而影响淀粉的分解,滴加碘液后,根据蓝色深浅来判断淀粉分解状况,进而推断出酶活性变化。
(2)最适pH的探究实验原理
①2H202+过氧化氢酶——2H2O+O2
②pH影响酶的活性,从而影响氧气的生成速度,可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成速度的快慢。
(3)实验探究思路
①最适温度的探究思路
②最适pH的探究思路
2、易错点拨:
(1)在酶的最适pH探究实验中,操作时必须先将酶置于不同环境条件下(加清水、加氢氧化钠、加盐酸),然后再加入反应物。不能把酶加入反应物在酶的作用下先发生水解。
(2)在酶的最适温度探究实验中,酶溶液和反应物混合之前,需要把两者先分别放在各自所需温度下保温一段时间。若选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度,检测的试剂宜先用碘液,不应该选用斐林试剂。因选用斐林试剂需热水浴加热,而该实验中需严格控制温度。
知识拓展:
1、利用酶的专一性也可探究某种酶的化学本质是蛋白质还是RNA:将某种酶用蛋白酶或核糖核酸酶处理,根据处理后的酶液是否还有催化作用予以判断。
2、一般情况下,加热也能加快化学反应速率,其作用机理是直接供能,使底物分子从常态转变为易发生反应的活跃状态,其过程并不改变活化能的大小。
3、人体消化道各段消化酶的最适pH:
口腔:唾液淀粉酶,最适pH为6.8(中性);
胃:胃蛋白酶,最适pH为1.5-2.2(酸性);
小肠:肠液、胰液中的各种酶,最适pH为8.0~9.0(弱碱性)。
胃液的pH在2左右,唾液淀粉酶在胃中会使失活并以蛋白质的形式被胃蛋白酶水解
4、植物体内的酶最适pH大多在4.5-6.5之间。
例 下列有关酶的反应与作用叙述,正确的是 ( )
A.酶具有催化作用是因为酶可以提高反应的活化能
B.酶的合成原料是氨基酸或脱氧核苷酸
C.所有的酶都在核糖体上合成
D.所有的酶都是有机物
答案D
5、具有专一性的物质归纳
(1)酶:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割DNA分子。
(2)载体:某些物质通过细胞膜时需要载体协助,不同物质所需载体不同,载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。
(3)激素:激素特异性地作用于靶细胞、靶器官,其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。
(4)tRNA:tRNA有61种,每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
(5)抗体:一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。
遗传信息的转录:1、概念:在细胞核内,以DNA一条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成RNA的过程。
2、转录
(1)场所:细胞核(主要)
(2)模板:DNA片段(基因)的一条链
(3)原料:四种游离的核糖核苷酸
(4)酶:RNA聚合酶等
(5)过程
第一步:DNA双链解开,碱基暴露出来。
第二步:游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞,当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时,两者以氢键结合。
第三步:新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的 mRNA上。
第四步:合成的mRNA从DNA上释放,而后DNA 双链恢复。
(6)产物:RNA
转录和复制的比较:
|
复制 |
转录 |
场所 |
主要在细胞和内 |
解旋 |
完全解旋 |
只解有遗传效应的片段 |
模板 |
亲代DNA的两条链均为模板 |
DNA的一条链上的某片段为模板 |
酶 |
解旋酶、DNA聚合酶等 |
解旋酶、RNA聚合酶等 |
能量 |
ATP |
原则 |
A-T、G-C |
A-U、G-C |
原料 |
四种脱氧核苷酸 |
四种核糖核苷酸 |
产物 |
两个子代DNA |
信息RNA |
RNA与DNA的区别:
种类 |
DNA(脱氧核糖核酸) |
RNA(核糖核酸) |
组成成分 |
五碳糖 |
脱氧核糖 |
核糖 |
磷酸 |
磷酸 |
碱基 |
A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶) |
T(胸腺嘧啶) |
U(尿嘧啶) |
基本单位 |
脱氧核苷酸(4种) |
核糖核苷酸(4种) |
结构 |
规则的双螺旋结构 |
常呈单链结构 |
分布 |
主要分布在细胞核内的染色体上,在线粒体和叶绿体上 |
主要分布在细胞质中 |
功能 |
传递和表达遗传信息 |
mRNA:翻译的模板 tRNA:识别密码子,运输特定氨基酸 rRNA:构成核糖体 |
知识点拨:1、RNA的组成与分类
(1)基本单位:核糖核苷酸。
(2)组成成分
(3)特点
①一般是单链,长度比DNA短。
②能通过核孔从细胞核转移到细胞质中。
4.RNA的种类、作用及结构
|
mRNA |
tRNA |
rRNA |
分布部位 |
常与核糖体结合 |
细胞质中 |
与蛋白质结合形成核糖体 |
特点 |
带有从DNA上转录下来的遗传信息 |
一端能与氨基酸结合,另一端有反密码子与mRNA上遗传密码子配对 |
由核仁组织区的DNA转录而来,是核糖体的组成物质 |
功能 |
翻译时作模板 |
翻译时识别密码子和搬运氨基酸 |
参与构成合成蛋白质的场所 |
结构 |
单链 |
单链,常有部分碱基配对,形成三叶草型结构 |
单链 |
共同点 |
┃①都是经转录产生;②基本组成单位相同;③都与翻译过程有关 |
5、DNA、RNA中核苷酸成分比较
①一定相同的成分:磷酸。
②一定不同的成分:五碳糖。
③可能相同可能不同的成分:含氮碱基(A、U、T、 G、C)。
DNA重组技术的基本工具:1、基因工程的概念:
基因工程的别名 |
基因拼接技术或DNA重组技术 |
操作环境 |
生物体外 |
操作对象 |
基因 |
操作水平 |
DNA分子水平 |
基本过程 |
剪切→拼接→导入→表达 |
结果 |
人类需要的基因产物 |
2、基本工具:
(1)“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)
①来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②功能:能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,因此具有专一性。
③结果:经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端。
即 当限制性内切酶作用于特定的DNA时,把这段序列沿着特定的切点切开的这个过程分两种情况:
a、沿着中轴线切口(即沿着DNA双链中对应的磷酸二酯键)切开,得到的就是两个平末端;
b、在中轴线的两端切口切开,得到的就是两个黏性末端。例如:EcoRⅠ限制性内切酶就可以识别G/AATTC的DNA序列,然后在G和A间切开,得到的就是两个黏性末端(之间可以根据碱基互补配对原则重组)限制酶的切口不都是一长一短的,一长一短的叫黏性末端,一样长的叫平末端。“粘性末端”在高中教材中也作“黏性末端”。如图:
(2)“分子缝合针”——DNA连接酶
种类 |
E·coli-DNA连接酶 |
T4-DNA连接酶 |
来源 |
大肠杆菌 |
T4噬菌体 |
功能特性 |
只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来 |
缝合两种末端,但连接平末端之间的效率较低 |
相同点 |
都缝合磷酸二酯键,如图: |
(3)“分子运输车”——载体
①载体具备的条件:能在受体细胞中复制并稳定保存;具有一至多个限制酶切点,供外源DNA片段插入;具有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。
②最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外,并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
③其它载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒
知识点拨:
1、限制酶识别的序列的特点:呈现碱基互补对称,无论是奇数个碱基还是偶数个碱基,都可以找到一条中心轴线,如图,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如以中心线为轴,两侧碱基互补对称;以为轴,两侧碱基互补对称。
2、获取目的基因和切割载体时使用同种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。
3、获取一个目的基因需限制酶剪切两次,共产生 4个黏性末端或平末端。
4、限制酶切割位点的选择必须保证标记基因的完整性,以便于检测。