有丝分裂的过程及意义:1、有丝分裂:真核生物进行细胞分裂的主要方式,具有周期性,分为间期、前期、中期、后期、末期。(如下图)
2、有丝分裂特点:
前期:仁膜消失两体现。
中期:点排中央体明显。
后期:均分牵拉到两极。
末期:仁膜重现两体消。
3、意义:
(l)亲代细胞的染色体经过复制以后,精确地平均分配到两个子细胞中去。
(2)染色体上有遗传物质,有丝分裂保证了亲代和子代之间遗传性状的稳定性,对生物的遗传有重要意义。
辨析动植物细胞有丝分裂的不同:
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植物细胞有丝分裂 |
动物细胞有丝分裂 |
前期 |
纺锤体的形成方式不同 |
由细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体 |
两组中心粒翻出星射线形成纺锤体 |
末期 |
形成两个子细胞的方式不同 |
植物细胞中部形成细胞板,扩展形成新细胞壁,分裂成两个子细胞 |
动物细胞膜从中部向内凹陷,把细胞缢裂成两个子细胞 |
知识点拨:
1、细胞中央的赤道板是假想平面,是细胞中央与纺锤体的中轴垂直的一个平面,只表示一个位置,不是真实存在的,在显微镜下观察不到.而细胞板是实际存在的,细胞板由细胞中央向四周扩展,逐渐形成新的细胞壁将植物细胞一分为二。
2、细胞板的形成是植物细胞有丝分裂过程中特有的,也是同动物细胞有丝分裂的区别之一。细胞板是植物细胞有丝分裂末期,在赤道板位置通过高尔基体密集而形成的一种结构,它向四周扩展形成新的细胞壁,显微镜下能观察到该结构,它是植物细胞所特有的,区别于动物细胞的标志。
例 在高倍显微镜下观察处于有丝分裂中期的植物细胞,能看到的结构是( )
A.赤道板、染色体、细胞膜
B.纺锤体、赤道板、同源染色体
C.细胞壁、染色体、纺锤体
D.细胞壁、核膜、染色体、着丝点
思路点拔:赤道板是虚拟的位置概念,并非真实存在的结构;细胞膜平时与细胞壁贴得很紧,因此观察不到。核膜在分裂前期就已经消失,在分裂末期才会重建。答案C
2、动、植物细胞分裂图像的识别:
(1)图像画成方形或图像中有细胞板结构,无中心粒结构,一般为植物细胞。
(2)图像画成圆形或有中心粒结构,无细胞板结构,通过缢裂方式平分细胞,一般为动物细胞。
3、若为二倍体生物细胞,可作如下判断:
(l)染色体散乱排列,无联会现象,有同源染色体——有丝分裂前期。
(2)着丝粒排列在赤道板上,有同源染色体——有丝分裂中期。
(3)染色体移向两极,每一极都有同源染色体——有丝分裂后期。
4、DNA分子数目的加倍在间期,数目的恢复在末期;染色体数目的加倍在后期,数目的恢复在末期;染色单体的产生在间期,出现在前期,消失在后期。
5、细胞的有丝分裂过程中,与细胞核内染色体的 “复制和均分”不同,细胞质内细胞器在子细胞中的分配不是平均的。各种细胞器的增生,都是在细胞分裂之前的间期友生的。
有丝分裂过程中DNA、染色体、染色单体和每条染色体上DNA的数目变化:
注:1、细胞内和细胞核内的数目减半的时间是不一样的(图中已标),原因是在有丝分裂的末期,先形成细胞核,后分裂成两个子细胞,所以细胞核内的数目减半点是在末期开始,而细胞内的数目减半是在末期完成时。
2、间期DNA分子复制使DNA含量加倍,但染色体没加倍,而是每条染色体上含有2条姐妹染色单体;染色体加倍发生在后期着丝点分裂时;DNA和染色体数目减半的原因相同。
3、染色体形态的变化:
细胞通过分裂进行增殖:
1.细胞增殖
(1)遗传物质:亲代细胞
子细胞(遗传的基础)。
(2)单细胞生物体:细胞增殖意味着生物的繁衍(繁殖的基础)。
(3)多细胞生物体
2.细胞增殖的方式及意义
(1)方式:细胞以分裂的方式进行增殖。
(2)分裂的条件:分裂之前必须进行一定的物质准备。
(3)过程:包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。
(4)意义:细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。
3.真核细胞的分裂方式:有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。
易错点拨:
1、细胞增殖和细胞分裂是两个不同的概念,细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。
2、无丝分裂是真核生物细胞的分裂方式,不是原核细胞的分裂方式。原核细胞的分裂方式是二分裂。
细胞的衰老:
1、概念:是细胞内发生生理、生化过程,衰老的细胞在形态、结构和功能上都发生明显的变化。
2、细胞衰老的特征
(1)细胞内水分减少,结果使细胞萎缩,体积变小,细胞新陈代谢的速度减慢。
实例:老人的皮肤干燥、皱裂,说明衰老的细胞内水分减少。
(2)细胞内有些酶的活性降低。
实例:头发变白是由于头发基部的黑色素细胞衰老,细胞中的酪氨酸酶的活性降低,黑色素合成减少。
(3)细胞内的色素逐渐积累,妨碍细胞内物质的交流和传递,影响细胞的正常生理功能。
实例:老年人出现老年斑。老年斑是由于细胞内的色素随着细胞衰老而逐渐积累造成的。衰老细胞中出现色素聚集,主要是脂褐素的堆积。
(4)细胞呼吸速率减慢,细胞核体积增大,核膜内折,染色质收缩、染色加深。
实例:老年人食量减少,说明衰老细胞新陈代谢速率减慢,呼吸速率降低等。
(5)细胞膜通透性改变,使韧质运输能力降低。
3、细胞衰老的原因:遗传因素和环境因素共同作用的结果。
(1)自由基学说。
(2)端粒学说。
个体衰老与细胞衰老的区别:
生物种类 |
关系 |
单细胞生物 |
细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡 |
多细胞生物 |
(1)细胞水平:生物体内的细胞不断更新,既存在幼嫩的细胞,同时也存在衰老或走向死亡状态的细胞 (2)个体水平:个体衰老过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程 |
表解细胞衰老、凋亡、坏死与癌变的不同:
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实质 |
特点 |
结果与意义 |
细胞分化 |
基因的选择性表达 |
①持久性;②普遍性;③不可逆性 |
产生各种不同的组织、器官 |
细胞衰老 |
内因和外因共同作用的结果 |
①酶活性降低, 呼吸速率减慢②细胞体积减小,线粒体减少③核增大,核膜内折,染色质收缩、染色加深 |
①生物体的绝大多数细胞都经历未分化——分化——衰老——死亡的过程③细胞衰老是时刻都在发生的 |
细胞凋亡 |
由遗传机制决定的程序性调控 |
细胞膜内陷,细胞变圆,与周围细胞脱离 |
①清除多余无用细胞②清除完成使命的衰老细胞③清除体内异常细胞 |
细胞坏死 |
电、热、冷、机械等不利因素影响。不受基因控制 |
细胞膜破裂 |
对周围细胞造成伤害,引发炎症 |
细胞癌变 |
物理、化学和病毒致癌因子影响下,原癌基因和抑癌基因的突变 |
①恶性增殖的“不死细胞” ②形状显著改变的“变态细胞”③黏着性降低的“扩散细胞” |
癌细胞出现并大量增殖 |
知识点拨:
细胞衰老的特征归纳起来为 “一大”(细胞核的体积增大)、“一小”(细胞体积变小)、“一多”(色素增多)、“三低”(代谢速率、多种酶的活性、物质运输能力均降低)。
DNA分子的复制:
复制时间 |
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期 |
复制的场所 |
细胞核、线粒体和叶绿 |
需要条件 |
模板 |
解旋后的两条DNA单链 |
原料 |
四种脱氧核苷酸 |
能量 |
ATP |
酶 |
解旋酶、DNA聚合酶等 |
复制模型 |
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复制过程 |
(1)解旋:在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开 (2)合成子链:以解开的每一条母链力模板,以游离的四种脱氧核苷酸为原料,遵循碱基互补配对原则,在有关酶的作用下,各自合成与母链互补的子链 (3)形成子代DNA:每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构.从而形成2个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子 |
复制特点 |
半保留复制;边解旋边复制 |
复制结果 |
形成两条完全相同的DNA分子 |
复制的意义 |
①遗传信息的传递,使物种保持相对稳定的状态 ②由于复制的差错出现基因突变,为生物进化提供原始选择材料 |
知识点拨:
1、DNA分子复制过程中的相关数量关系:
2、DNA分子复制过程中的相关数量关系
若取一个全部N原子被
15N标记的DNA分子(0 代),将其转移到含
14N的培养基中培养(复制)若干代,其结果分析如下:
(1)子代DNA分子中,含
14N的有2
n个,n表示复制代数,只含
14N的有(2
n一2)个,做题时应看准是 “含”还是“只含”。
(2)无论复制多少次,含
15N的DNA分子始终是2 个,占总数比例为2/2
n。
(3)子代DNA分子的总链数为2
n×2=2
n+1条。含
15N的链始终是2条,占总数比例为2/2
n+l=1/2
n。做题时,应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
(4)若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m 个,经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸m× (2
n一1)个。若进行第n代复制,需消耗该游离的脱氧核苷酸数为m×2
n-1。
知识拓展:
1、DNA复制过程中,DNA分子独特的双螺旋结构提供了精确的模板,通过碱基互补配对,保证了复制准确无误地进行。
2、复制过程中,脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性,但也可能发生差错即发生碱基对的增添、缺失或改变——基因突变。这种稳定性与可变性的统一,是生物遗传变异的物质基础和根本原因。
3、复制简记:1个主要场所(细胞核),2种时期, 3个过程,4个条件。
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:
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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
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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)。
遗传信息的翻译:
1、概念:在细胞质中,以信使RNA为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
2、密码子:mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,这样的3个碱基成为1个密码子。
3、反密码子:tRNA上与mRNA上密码子互补配对的3个碱基。
4、tRNA:翻译过程中,将游离氨基酸运到核糖体上的RNA。
5、翻译
(1)场所:细胞质中的核糖体(主要)
(2)模板:mRNA
(3)原料:20种氨基酸
(4)碱基与氨基酸之间的关系:3个碱基(1个密码子)决定一个氨基酸
(5)搬运工:tRNA(有反密码子)
(6)过程
第一步:mRNA进入细胞质与核糖俸结合,携带甲硫氨酸的tRNA通过与密码子AUC配对进入位点1。
第二步:携带另一种氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。
第三步:甲硫氨酸与另一种氨基酸形成肽键而转移到位点2上的tRNA上。
第四步:核糖体移动到下一个密码子,原来占据位点1的tRNA离开核糖体,占据位点2的tRNA进入到位点1,一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2,继续肽链的合成。重复步骤二、三、四,直到核糖体读取 mRNA的终止密码后,合成才停止。肽链合成后,被运送到各自的“岗位”,盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质,承担各项职责。
(7)产物:多肽(蛋白质)
遗传信息、密码子与反密码子:
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遗传信息 |
密码子 |
反密码子 |
存在位置 |
在DNA上,是基因中脱氧核苷酸的排列顺序 |
在tRNA上,是与mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基 |
在RNA上,是与密码子互补配对的3个碱基 |
作用 |
决定氨基酸的排列顺序,是间接作用 |
直接决定蛋白质分子中氨基酸的排列顺序 |
识别密码子 |
对应关系 |
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联系 |
①遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,通过转录,便遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上 ②mRNA的密码子直接决定蛋白质分子中氨基酸的排列顺序,反密码子则起到识别密码子的作用 |
注:1、对于以RNA为遗传物质的病毒来说,遗传信息贮存在RNA中。
2、密码子共有64种,但有3种为终止密码子;对应氨基酸的密码子有61种,所有生物共用一套遗传密码。
3、tRNA上反密码子所含的碱基有3个,但整个tRNA不止3个碱基。
知识拓展:
1、DNA在细胞核内,合成蛋白质的核糖体在细胞质中,遗传信息传递如何克服空间上的隔离?
[提示]DNA在细胞核内转录出mRNA,mRNA 携带遗传信息由细胞核经核孔进入细胞质,在核糖体上翻译出肽链,盘曲折叠形成蛋白质。
2、如何在短时间内由一条mRNA合成多个相同的蛋白质?
[提示]-条mRNA与多个核糖体结合,形成多聚核糖体,这样一条mRNA就可在短时间内翻译出多条肽链。