必修1《分子與細(xì)胞》教師用書

1、第一章走近細(xì)胞第1節(jié) 從生物圈到細(xì)胞一、 教學(xué)目標(biāo)1.舉例說出生命活動建立在細(xì)胞的基礎(chǔ)之上。2.舉例說明生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次。3.認(rèn)同細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）生命活動建立在細(xì)胞的基礎(chǔ)之上。（2）生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次。2.教學(xué)難點(diǎn)生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次。三、教學(xué)策略生物圈是所有生物共同的家園，生物圈中的生物盡管多種多樣，千姿百態(tài)，但細(xì)胞是構(gòu)成生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，并且有的生物就是由一個細(xì)胞構(gòu)成的，即使是沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的微小生物病毒，也必須依賴活細(xì)胞生活。因此，從宏觀的生物圈逐級深入到微觀的細(xì)胞，有利于學(xué)生用全局的、系統(tǒng)的觀點(diǎn)來認(rèn)識生物界。同時，從細(xì)胞到生物圈這些生命

2、系統(tǒng)的各個結(jié)構(gòu)層次，是本模塊和其他模塊將要逐一研究和學(xué)習(xí)的內(nèi)容。本節(jié)教學(xué)建議用1課時。本節(jié)在教學(xué)上可以采取以下策略。選擇SARS病毒作為“問題探討”的素材，是基于以下兩點(diǎn)理由。（1）SARS病毒給人類的健康造成非常嚴(yán)重的后果，是社會關(guān)注的熱點(diǎn)，是學(xué)生經(jīng)歷過并且相對比較熟悉的一類病毒，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（2）病毒不是一個細(xì)胞，不具有細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，但它不能離開活細(xì)胞而獨(dú)立生活，選擇SARS病毒侵害人體肺部細(xì)胞作為“問題探討”的素材，有助于服務(wù)“生命活動離不開細(xì)胞”的主題。因此，在教學(xué)時應(yīng)注意將病毒與細(xì)胞聯(lián)系起來，但不宜要求學(xué)生深入學(xué)習(xí)SARS病毒的相關(guān)知識。教師可以展示SARS病毒的電鏡照片或

3、模式圖、SARS患者肺部X光片示彌漫性陰影圖，引導(dǎo)學(xué)生回顧初中學(xué)習(xí)過的病毒的結(jié)構(gòu)組成，并與細(xì)胞作簡單比較。同時探討教材中的兩個問題，達(dá)成“像病毒那樣沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物，也必須依賴活細(xì)胞才能生活”的認(rèn)識。關(guān)于讓學(xué)生理解“生命活動離不開細(xì)胞”的觀點(diǎn)，教材中的資料分析已比較全面，分別是從生命特征的不同方面，不同生物體的不同生命活動等來論證這一觀點(diǎn)的。下表反映了編者的意圖。免疫作為機(jī)體對入侵病原微生物的一種防御反應(yīng)，需要淋巴細(xì)胞的參與 由于本資料中的一些事例是義務(wù)教育階段七年級涉及的內(nèi)容，因此，在分析本資料時，除按照教材的問題引導(dǎo)學(xué)生討論外，教師還可以補(bǔ)充一些問題供學(xué)生思考。例如，草履蟲是單細(xì)胞生物還

4、是多細(xì)胞生物？它具有生物的哪些基本特征？人類發(fā)育的起點(diǎn)是從什么細(xì)胞開始的？新生兒逐漸發(fā)育長大是由于細(xì)胞發(fā)生了怎樣的變化？等等?！吧到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次”是本節(jié)的難點(diǎn)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地理解這幾個層次，在理解這些結(jié)構(gòu)層次時，教師可以適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充各個層次的名詞解釋，以利于學(xué)生從微觀到宏觀，步步緊扣地理解生命系統(tǒng)的嚴(yán)密性、層次性和多樣性。教師可以按下表的方式呈現(xiàn)這幾個層次的遞進(jìn)關(guān)系。   教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)這些層次時需要注意以下幾點(diǎn)。1.在這些層次中，只有種群和群落這兩個名詞是學(xué)生陌生的，需要教師用具體的事例補(bǔ)充講解。例如，在一個池塘中的全部鯽魚就是一個種群，而池塘中的全部生物就構(gòu)成

5、了一個群落。這兩個概念不需要掌握，只需要學(xué)生能通過具體的事例理解就行。2.除種群和群落外，其他的幾個層次都是學(xué)生在義務(wù)教育階段七年級接觸過的概念，可以讓學(xué)生分組回憶、討論。3.除教材列舉的事例外，教師還可以讓學(xué)生列舉其他的事例。例如，與心肌細(xì)胞同層次的還有平滑肌細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、上皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞，等等；與心肌組織同層次的有上皮組織、結(jié)締組織、神經(jīng)組織，等等。另一方面，教師可以讓學(xué)生以一個人、一棵松樹或一只草履蟲為例，用不同生物研究生命系統(tǒng)各個層次的關(guān)系，以便理解生命系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性。四、答案和提示（一）問題探討1.提示：病毒盡管不具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，但它可以寄生在活細(xì)胞中，利用活細(xì)胞中的物質(zhì)生

6、活和繁殖。2.提示：SARS病毒侵害了人體的上呼吸道細(xì)胞、肺部細(xì)胞，由于肺部細(xì)胞受損，導(dǎo)致患者呼吸困難，患者因呼吸功能衰竭而死亡。此外，SARS病毒還侵害人體其他部位的細(xì)胞。（二）資料分析1.提示：草履蟲除能完成運(yùn)動和分裂外，還能完成攝食、呼吸、生長、應(yīng)激性等生命活動。如果沒有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，草履蟲不可能完成這些生命活動。2.提示：在子女和父母之間，精子和卵細(xì)胞充當(dāng)了遺傳物質(zhì)的橋梁。父親產(chǎn)生的精子和母親產(chǎn)生的卵細(xì)胞通過受精作用形成受精卵，受精卵在子宮中發(fā)育成胚胎，胚胎進(jìn)一步發(fā)育成胎兒。胚胎發(fā)育通過細(xì)胞分裂、分化等過程實(shí)現(xiàn)。3.提示：完成一個簡單的縮手反射需要許多種類的細(xì)胞參與，如由傳入神經(jīng)末梢

7、形成的感受器、傳入神經(jīng)元、中間神經(jīng)元、傳出神經(jīng)元、相關(guān)的骨骼肌細(xì)胞，等等。人的學(xué)習(xí)活動需要種類和數(shù)量繁多的細(xì)胞參與。由細(xì)胞形成組織，由各種組織構(gòu)成器官，由器官形成系統(tǒng)，多種系統(tǒng)協(xié)作，才能完成學(xué)習(xí)活動。學(xué)習(xí)活動涉及到人體的多種細(xì)胞，但主要是神經(jīng)細(xì)胞的參與。4.提示：例如，胰島細(xì)胞受損容易導(dǎo)致胰島素依賴型糖尿?。患顾柚械倪\(yùn)動神經(jīng)元受損容易導(dǎo)致相應(yīng)的肢體癱瘓；大腦皮層上的聽覺神經(jīng)元受損可導(dǎo)致聽覺發(fā)生障礙，等等。5.提示：例如，生物體的運(yùn)動離不開肌細(xì)胞；興奮的傳導(dǎo)離不開神經(jīng)細(xì)胞；腺體的分泌離不開相關(guān)的腺（上皮）細(xì)胞，等等。（三）思考與討論1.提示：如果把龜換成人，圖中其他各層次的名稱不變，但具體內(nèi)容會

8、發(fā)生變化。例如，心臟應(yīng)為二心房、二心室；種群應(yīng)為同一區(qū)域的所有人，等等。應(yīng)當(dāng)指出的是，生物圈只有1個。如果換成一棵松樹，圖中應(yīng)去掉“系統(tǒng)”這個層次，細(xì)胞、組織、器官、種群的具體內(nèi)容也會改變。如果換成一只草履蟲，細(xì)胞本身就是個體，沒有組織、器官、系統(tǒng)等層次。2.提示：細(xì)胞層次；其他層次都是建立在細(xì)胞這一層次的基礎(chǔ)之上的，沒有細(xì)胞就沒有組織、器官、系統(tǒng)等層次。另一方面，生物體中的每個細(xì)胞具有相對的獨(dú)立性，能獨(dú)立完成一系列的生命活動，某些生物體還是由單細(xì)胞構(gòu)成的。3.提示：一個分子或一個原子是一個系統(tǒng)，但不是生命系統(tǒng)，因?yàn)樯到y(tǒng)能完成一定的生命活動，單靠一個分子或一個原子是不可能完成生命活動的。（

9、四）練習(xí)基礎(chǔ)題1.（1）活細(xì)胞：A、D、G、I；  （2）死細(xì)胞：B、E；  （3）細(xì)胞的產(chǎn)物：C、F、H。2.（1）細(xì)胞層次（也是個體層次，因?yàn)榇竽c桿菌是單細(xì)胞生物）；  （2）種群層次；  （3）群落層次。拓展題1.提示：不是。病毒不具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不能獨(dú)立生活，只能寄生在活細(xì)胞中才能生活，因此，盡管人工合成脊髓灰質(zhì)炎病毒，但不意味著人工制造了生命。2.提示：人工合成病毒的研究，其意義具有兩面性，用絕對肯定或絕對否定的態(tài)度都是不全面的。從肯定的角度看，人工合成病毒可以使人類更好地認(rèn)識病毒，例如，研制抵抗病毒的藥物和疫苗，從而更好地為人類的健康服務(wù)；從否

10、定的角度看，人工合成病毒的研究也可能會合成某些對人類有害的病毒，如果這些病毒傳播開來，或者被某些人用做生物武器，將給人類帶來災(zāi)難。第2節(jié) 細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性    一、 教學(xué)目標(biāo) 1.說出原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的區(qū)別和聯(lián)系。2.分析細(xì)胞學(xué)說建立的過程。3.使用高倍鏡觀察幾種細(xì)胞，比較不同細(xì)胞的異同點(diǎn)。4.認(rèn)同細(xì)胞學(xué)說的建立是一個開拓、繼承、修正和發(fā)展的過程；討論技術(shù)進(jìn)步在科學(xué)發(fā)展中的作用。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）使用高倍鏡觀察幾種細(xì)胞，比較不同細(xì)胞的異同點(diǎn)。（2）分析細(xì)胞學(xué)說建立的過程。2.教學(xué)難點(diǎn)原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的區(qū)別和聯(lián)系。三、教學(xué)策略本節(jié)教材引導(dǎo)

11、學(xué)生通過觀察（大量的實(shí)驗(yàn)材料）和比較（原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的異同）來認(rèn)識細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性，從細(xì)胞學(xué)說的建立過程（科學(xué)史）中認(rèn)識細(xì)胞的統(tǒng)一性。本節(jié)在教學(xué)策略上也應(yīng)該體現(xiàn)這些思路。本節(jié)教學(xué)建議用2課時。其中1課時完成觀察細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)，1課時完成原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的比較以及細(xì)胞學(xué)說的建立過程的學(xué)習(xí)。1.領(lǐng)悟原理，細(xì)心操作，學(xué)會使用高倍鏡。教師應(yīng)注意提供不同的生物材料，不同生物的各種細(xì)胞可以更好地說明細(xì)胞的多樣性，而不同生物的細(xì)胞共有的結(jié)構(gòu)又可以說明細(xì)胞的統(tǒng)一性。根據(jù)材料的多樣性和可行性，教師可以提供給學(xué)生下面的一些材料。教師也可以展示這些生物細(xì)胞的圖片，給學(xué)生觀察時提供參考。正確使用高倍顯微鏡和制作

12、臨時裝片是重要的實(shí)驗(yàn)室操作技能。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生的積極性很高，但動手能力較差，很可能找不到所要觀察的細(xì)胞，制作的臨時裝片也不合格，因此，需要教師詳細(xì)示范和指導(dǎo)。高倍顯微鏡的使用方法步驟見教材圖示，但學(xué)生并不知其所以然，因此，教師可以在操作前提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考，學(xué)生只有真正理解了這些操作步驟，才能更好地完成觀察細(xì)胞的任務(wù)。教師針對高倍顯微鏡的使用可以提出下列問題。（1）是低倍鏡還是高倍鏡的視野大，視野明亮？為什么？提示：低倍鏡的視野大，通過的光多，放大的倍數(shù)??；高倍鏡視野小，通過的光少，但放大的倍數(shù)高。（2）為什么要先用低倍鏡觀察清楚后，把要放大觀察的物像移至視野的中央，再換高倍鏡觀察？提示

13、：如果直接用高倍鏡觀察，往往由于觀察的對象不在視野范圍內(nèi)而找不到。因此，需要先用低倍鏡觀察清楚，并把要放大觀察的物像移至視野的中央，再換高倍鏡觀察。（3）用轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)過高倍鏡后，轉(zhuǎn)動粗準(zhǔn)焦螺旋行不行？提示：不行。用高倍鏡觀察，只需微調(diào)即可。轉(zhuǎn)動粗準(zhǔn)焦螺旋，容易壓壞玻片。另外，臨時裝片的制作也是難點(diǎn)，學(xué)生容易犯的錯誤是：用的材料過多；切片太厚；不蓋蓋玻片，或者蓋蓋玻片的方法不當(dāng)；壓片的方法不當(dāng)；氣泡太多而不容易觀察到細(xì)胞，等等，這些都需要教師示范和指導(dǎo)。使用高倍鏡觀察各種細(xì)胞是手段，認(rèn)識細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性是目標(biāo)，教師應(yīng)在學(xué)生觀察之后及時進(jìn)行總結(jié)。2.比較見異同，出真知原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的學(xué)習(xí)。原

14、核細(xì)胞和真核細(xì)胞的學(xué)習(xí)是本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)。教師可先采用“顧名思義”的方法，從字面上分析這兩類生物的最主要區(qū)別在于細(xì)胞核。例如，“原核”是指原始的細(xì)胞核，“真核”是指真正的細(xì)胞核。這兩類細(xì)胞的“核”到底有什么區(qū)別呢？還有沒有其他的區(qū)別呢？教師可展示細(xì)菌細(xì)胞和藍(lán)藻細(xì)胞的模式圖，讓學(xué)生識圖、辨認(rèn)、歸納和總結(jié)，通過比較，學(xué)生很自然地得出原核細(xì)胞的“核”叫擬核，教師可進(jìn)一步提出下列問題引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考。（1）細(xì)胞核和擬核在結(jié)構(gòu)上有什么不同？（2）擬核的成分是什么？與真核細(xì)胞的染色體有什么不同？（3）原核細(xì)胞中有什么結(jié)構(gòu)？植物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中有哪些結(jié)構(gòu)？（4）你認(rèn)為原核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)簡單，還是真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)簡單

15、？學(xué)生回答問題后，教師可進(jìn)一步列表總結(jié)：表5 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別（教學(xué)用簡表）  類別原核細(xì)胞真核細(xì)胞細(xì)胞大小較小 較大 細(xì)胞核無成形的細(xì)胞核，無核膜，無核仁，無染色體 有成形的真正的細(xì)胞核，有核膜、核仁和染色體 細(xì)胞質(zhì)有核糖體 有核糖體、線粒體等，植物細(xì)胞還有葉綠體和液泡等 生物類群細(xì)菌、藍(lán)藻 真菌、植物、動物 為加深學(xué)生對原核生物的認(rèn)識，教師應(yīng)以藍(lán)藻為例，具體說明原核生物的一些基本特征。3.從科學(xué)史中認(rèn)識細(xì)胞學(xué)說的建立是一個不斷開拓、繼承、修正和發(fā)展的過程。細(xì)胞學(xué)說的內(nèi)容比較簡單，與義務(wù)教育階段學(xué)過的內(nèi)容相比，只增加了“新細(xì)胞可以從老細(xì)胞中產(chǎn)生”的要點(diǎn)，這一要點(diǎn)為第6章第1

16、節(jié)細(xì)胞的增殖打基礎(chǔ)。關(guān)于新細(xì)胞怎樣從老細(xì)胞中產(chǎn)生的問題，細(xì)胞學(xué)說的建立者施萊登和施旺的觀點(diǎn)是不正確的，而修正施萊登和施旺的觀點(diǎn)的科學(xué)家是魏爾肖。魏爾肖之所以能取得這樣的成績，得益于同時代更多科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)觀察和材料的選擇及勤奮的工作，也是他不迷信權(quán)威的結(jié)果。細(xì)胞學(xué)說建立的過程體現(xiàn)了科學(xué)探究的過程，是一則很好的科學(xué)史教育的素材。學(xué)生通過認(rèn)真的閱讀，在教師的引導(dǎo)下，可以獲得許多重要的啟示。例如，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學(xué)家的辛勤工作；科學(xué)家的觀點(diǎn)并不全是真理，還必須通過實(shí)踐驗(yàn)證；科學(xué)學(xué)說不是一成不變的，需要不斷修正和發(fā)展；科學(xué)發(fā)展與技術(shù)有很大的關(guān)系，技術(shù)的進(jìn)步可以更好地促進(jìn)科學(xué)的

17、發(fā)展，等等。四、答案和提示（一）問題探討1.從圖中至少可以看出5種細(xì)胞，它們分別是：紅細(xì)胞、白細(xì)胞、口腔上皮細(xì)胞、正在分裂的植物細(xì)胞和洋蔥表皮細(xì)胞。這些細(xì)胞共同的結(jié)構(gòu)有：細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核（植物細(xì)胞還有細(xì)胞壁，人的成熟紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核）。2.提示：細(xì)胞具有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)是因?yàn)樯矬w內(nèi)的細(xì)胞所處的位置不同，功能不同，是細(xì)胞分化的結(jié)果。例如，紅細(xì)胞呈兩面凹的圓餅狀，這有利于與氧氣充分接觸，起到運(yùn)輸氧氣的作用；洋蔥表皮細(xì)胞呈長方體形狀，排列緊密，有利于起到保護(hù)作用。（二）實(shí)驗(yàn)1.使用高倍鏡觀察的步驟和要點(diǎn)是：（1）首先用低倍鏡觀察，找到要觀察的物像，移到視野的中央。（2）轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換器，用高倍鏡觀察

18、，并輕輕轉(zhuǎn)動細(xì)準(zhǔn)焦螺旋，直到看清楚材料為止。2.提示：這些細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)是：有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，植物細(xì)胞還有細(xì)胞壁。各種細(xì)胞之間的差異和產(chǎn)生差異的可能原因是：這些細(xì)胞的位置和功能不同，其結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，這是個體發(fā)育過程中細(xì)胞分化產(chǎn)生的差異。3.提示：從模式圖中可以看出，大腸桿菌沒有明顯的細(xì)胞核，沒有核膜，細(xì)胞外有鞭毛，等等。（三）思考與討論提示：絕大多數(shù)細(xì)胞有細(xì)胞核，只有少數(shù)細(xì)胞沒有細(xì)胞核。例如，人的成熟的紅細(xì)胞就沒有細(xì)胞核。細(xì)菌是單細(xì)胞生物，藍(lán)藻以單細(xì)胞或以細(xì)胞群體存在，它們的細(xì)胞與植物細(xì)胞和動物細(xì)胞比較，沒有成形的細(xì)胞核，而有擬核。擬核與細(xì)胞核的區(qū)別主要有兩點(diǎn)：（1）擬核沒有

19、核膜，沒有核仁；（2）擬核中的遺傳物質(zhì)不是以染色體的形式存在，而是直接以DNA的形式存在。（四）資料分析1.提示：通過分析細(xì)胞學(xué)說的建立過程，可以領(lǐng)悟到科學(xué)發(fā)現(xiàn)具有以下特點(diǎn)。（1）科學(xué)發(fā)現(xiàn)是很多科學(xué)家的共同參與，共同努力的結(jié)果。（2）科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程離不開技術(shù)的支持。（3）科學(xué)發(fā)現(xiàn)需要理性思維和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合。（4）科學(xué)學(xué)說的建立過程是一個不斷開拓、繼承、修正和發(fā)展的過程。2.細(xì)胞學(xué)說主要闡述了生物界的統(tǒng)一性。3.提示：細(xì)胞學(xué)說的建立揭示了細(xì)胞的統(tǒng)一性和生物體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性，使人們認(rèn)識到各種生物之間存在共同的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；細(xì)胞學(xué)說的建立標(biāo)志著生物學(xué)的研究進(jìn)入到細(xì)胞水平，極大地促進(jìn)了生物學(xué)的研究進(jìn)程。（五）

20、練習(xí)基礎(chǔ)題1.B。2.提示：（1）人體皮膚：本切片圖中可見上皮組織的細(xì)胞、角質(zhì)保護(hù)層細(xì)胞（死亡）和皮下結(jié)締組織中的多種細(xì)胞。迎春葉：表皮細(xì)胞（保護(hù)）、保衛(wèi)細(xì)胞（控制水分蒸發(fā)和氣體進(jìn)出）、葉肉細(xì)胞（光合作用）、導(dǎo)管細(xì)胞（運(yùn)輸水和無機(jī)鹽）、篩管細(xì)胞（運(yùn)輸有機(jī)物），等等。（2）動植物細(xì)胞的共同點(diǎn)為：都有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核；不同點(diǎn)為：植物細(xì)胞有細(xì)胞壁、有液泡，植物細(xì)胞一般還有葉綠體。（3）因?yàn)樗鼈兌际怯啥喾N組織構(gòu)成的，并能行使一定的功能。例如，人體皮膚由上皮組織、肌肉組織、結(jié)締組織和神經(jīng)組織共同構(gòu)成，人體皮膚有保護(hù)、感受環(huán)境刺激等功能；迎春葉由保護(hù)組織（表皮）、營養(yǎng)組織、機(jī)械組織和輸導(dǎo)組織等構(gòu)成，

21、有進(jìn)行光合作用、運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)等功能。3.原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的根本區(qū)別是：有無成形的細(xì)胞核。即真核細(xì)胞有核膜包圍的細(xì)胞核；原核細(xì)胞沒有細(xì)胞核，只有擬核，擬核的結(jié)構(gòu)比細(xì)胞核要簡單。它們的區(qū)別里包含著共性：細(xì)胞核和擬核的共同點(diǎn)是都有遺傳物質(zhì)DNA，體現(xiàn)了彼此之間在生物進(jìn)化上的聯(lián)系。五、參考資料1.原核細(xì)胞和真核細(xì)胞細(xì)胞分為原核細(xì)胞和真核細(xì)胞兩種類型，由原核細(xì)胞構(gòu)成的生物稱為原核生物，包括細(xì)菌、藍(lán)藻、支原體、衣原體，等等。原核細(xì)胞與真核細(xì)胞相比，有以下幾點(diǎn)不同。（1）最小的原核生物支原體的直徑只有100 nm，比較大的原核細(xì)胞如大腸桿菌的直徑為3 m;真核細(xì)胞的直徑一般為2030 m,人的卵細(xì)胞的直徑

22、為100 m。（2）原核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)比真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)要簡單得多。原核細(xì)胞沒有成形的細(xì)胞核，即沒有由核膜包被的細(xì)胞核，只有擬核，擬核由DNA分子構(gòu)成。擬核沒有明顯的邊界，不含有染色體。原核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中除核糖體外沒有其他的細(xì)胞器。有些原核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中還有很小的環(huán)狀DNA分子，稱為質(zhì)粒。下表是原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的比較。表6 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別（詳表）  類別原核細(xì)胞真核細(xì)胞細(xì)胞大小較?。ㄒ话銥?10 m） 較大（一般為2030 m） 染色體一個細(xì)胞只有一條DNA，與RNA、蛋白質(zhì)不結(jié)合在一起 一個細(xì)胞有幾條染色體，DNA與RNA、蛋白質(zhì)結(jié)合在一起 細(xì)胞核無真正的細(xì)胞核，無核膜，無核

23、仁。有擬核 有真正的細(xì)胞核，有核膜、核仁 細(xì)胞質(zhì)除核糖體外，無其他細(xì)胞器。細(xì)菌一般有質(zhì)粒 有核糖體、線粒體等多種復(fù)雜的細(xì)胞器 生物類群細(xì)菌、藍(lán)藻 真菌、植物、動物 2.藍(lán)藻門舊稱藍(lán)綠藻門，藻類植物中最簡單、低級的一門。根據(jù)近些年來形成的生物分界系統(tǒng)，藍(lán)藻屬于原核生物界。但是，藍(lán)藻和原綠藻與植物界又有一些相同之處，故一些文獻(xiàn)資料將它們分別歸納為原核藻類中的兩個門。藻體是單細(xì)胞或群體，不具鞭毛，不產(chǎn)生游動細(xì)胞。一部分絲狀種類能伸縮或左右擺動。細(xì)胞壁缺乏纖維素，由黏肽（含8種氨基酸和二氨基庚二酸以及氨基葡萄糖等）組成，壁外常形成黏性膠質(zhì)鞘。無真正的細(xì)胞核，擬核的組成物質(zhì)集中在細(xì)胞中央，無核膜和核仁，

24、細(xì)胞內(nèi)除含葉綠素和類胡蘿卜素外，還含有藻藍(lán)素，部分種類還含有藻紅素。色素不包在質(zhì)體內(nèi)，而是分散在細(xì)胞質(zhì)的邊緣部分。藻體因所含色素的種類和多寡不同而呈現(xiàn)不同的顏色。儲藏物質(zhì)為藍(lán)藻淀粉。繁殖方式主要是分裂生殖，沒有有性生殖。主要分布在含有機(jī)質(zhì)較多的淡水中，部分生活在濕土、巖石、樹干上和海洋中，有的同真菌共生形成地衣，或生活在植物體內(nèi)形成內(nèi)生植物。少數(shù)種類能生活在85 以上的溫泉內(nèi)或終年積雪的極地。第2章 組成細(xì)胞的分子生物科學(xué)的許多問題，都要在細(xì)胞層面尋求解答；要深入闡明細(xì)胞生命活動的規(guī)律，必須了解生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能。從系統(tǒng)的視角來認(rèn)識細(xì)胞，首先也需要了解細(xì)胞這個系統(tǒng)的物質(zhì)組成。本章介紹了組成

25、細(xì)胞的蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂質(zhì)等有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和功能，以及水和無機(jī)鹽的作用，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容，即細(xì)胞這個基本生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)輸入和輸出、能量供應(yīng)和利用，以及系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和衰亡的過程打基礎(chǔ)。本章教材分析一、教學(xué)目的要求1.概述蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。2.簡述核酸的結(jié)構(gòu)和功能。3.概述糖類的種類和作用。4.舉例說出脂質(zhì)的種類和作用。5.說明生物大分子以碳鏈為骨架。6說出水和無機(jī)鹽的作用。1.認(rèn)同生命的物質(zhì)性，探討組成細(xì)胞的分子的重要作用。2.認(rèn)同生物界在物質(zhì)組成上的統(tǒng)一性。能力方面1.嘗試檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。2.以人的口腔上皮細(xì)胞為材料，進(jìn)行特定的染色，觀察DNA和RNA在細(xì)胞

26、中的分布。與原來的高中教材相比，本章的內(nèi)容有所拓展。基本概念和原理幾無增加，補(bǔ)充的是課堂上即可完成的學(xué)生活動，如“問題探討”，“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”，關(guān)于“氨基酸結(jié)構(gòu)通式”“脂肪的分布和作用”“無機(jī)鹽的重要生理功能”等內(nèi)容的“思考與討論”；以及所學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活、人體健康的聯(lián)系，科學(xué)史話和科學(xué)前沿等。希望教師在教學(xué)時能夠注意到教材的這些特點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生實(shí)際靈活處理。二、教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)（一）教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)第2節(jié) 生命活動的主要承擔(dān)者蛋白質(zhì)一、 教學(xué)目標(biāo)1.說明氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程。2.概述蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。3.認(rèn)同蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者。4.關(guān)注

27、蛋白質(zhì)研究的新進(jìn)展。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程。（2）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。2.教學(xué)難點(diǎn)（1）氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程。（2）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性的原因。三、教學(xué)策略本節(jié)是第2章的重點(diǎn)內(nèi)容。教學(xué)應(yīng)從學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)明確蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多種多樣，在生命活動中承擔(dān)著多種多樣的功能，是非常重要的生物大分子。建議采用“提出問題獲取信息解決問題”的教學(xué)模式。1.通過“問題探討”“思考與討論”的表達(dá)交流活動，使學(xué)生獲得有關(guān)蛋白質(zhì)和氨基酸結(jié)構(gòu)的知識?！皢栴}探討”中學(xué)生的討論會給教學(xué)提供豐富的素材，教師要利用學(xué)生對蛋白質(zhì)和氨基酸的認(rèn)識，開展教學(xué)活動。

28、通常學(xué)生能夠說出一些富含蛋白質(zhì)的食品，也知道蛋白質(zhì)對人的生活非常重要，但對于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及氨基酸的結(jié)構(gòu)是陌生的。因此教師要引導(dǎo)學(xué)生對比觀察幾種氨基酸的結(jié)構(gòu)，利用已有的化學(xué)知識，識別氨基酸，在對比的基礎(chǔ)上找出不同氨基酸分子共有的結(jié)構(gòu)，寫出氨基酸分子的結(jié)構(gòu)通式，為理解氨基酸形成蛋白質(zhì)奠定基礎(chǔ)。根據(jù)學(xué)生對氨基酸結(jié)構(gòu)的認(rèn)識情況，利用“氨基酸形成蛋白質(zhì)的示意圖”，指導(dǎo)學(xué)生明確氨基酸和蛋白質(zhì)的關(guān)系，以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多種多樣的原因。在學(xué)生觀察、思考和討論過程中，獨(dú)立閱讀氨基酸分子相互結(jié)合的方式、肽鏈形成具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的相關(guān)內(nèi)容是不可缺少的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，這將有助于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高。2.聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際，在

29、學(xué)生原有生活經(jīng)驗(yàn)和知識基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生理解蛋白質(zhì)的功能。如果學(xué)生在“問題探討”中談到了蛋白質(zhì)的功能，教學(xué)也可以先介紹蛋白質(zhì)的功能。教師可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自身的生命活動，觀察教材中蛋白質(zhì)主要功能示例，進(jìn)行這部分的學(xué)習(xí)。在了解了蛋白質(zhì)多種多樣的功能后，提出“蛋白質(zhì)能夠承擔(dān)多種多樣的功能，這與它的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？”“蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是怎樣的？”等問題，進(jìn)入蛋白質(zhì)和氨基酸結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)。如果按照“問題探討”、“思考與討論”這樣的順序，學(xué)生在了解了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其多樣性后，就應(yīng)解決“蛋白質(zhì)的功能有哪些”的問題。教師應(yīng)該讓學(xué)生交流一下他們了解的蛋白質(zhì)功能有哪些，再結(jié)合教材中的示例，這樣學(xué)生理解起來就容易了。3.利用“科

30、學(xué)史話”“科學(xué)前沿”的內(nèi)容拓展學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。雖然這些欄目的內(nèi)容不作為教學(xué)要求，但是它們可以成為教學(xué)的素材。比如學(xué)習(xí)氨基酸形成蛋白質(zhì)的內(nèi)容時，可以介紹科學(xué)家人工合成蛋白質(zhì)的過程，其中既有科學(xué)方法，又有科學(xué)發(fā)展的曲折歷程，更有科學(xué)精神和愛國主義情感的滲透，對學(xué)生也是一種情感教育。再比如，教師組織學(xué)生總結(jié)了蛋白質(zhì)的功能后，提出“科學(xué)家研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能，對人類社會的發(fā)展有哪些促進(jìn)作用呢？”“科學(xué)家對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的研究進(jìn)展怎樣？有哪些新的成果？”等問題，再指導(dǎo)學(xué)生通過閱讀或上網(wǎng)查詢等方式，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加豐富，學(xué)習(xí)空間更加廣闊。四、答案和提示（一）問題探討1.提示：富含蛋白質(zhì)的食

31、品有大豆制品，如豆?jié){、豆腐、腐竹；奶類制品，如奶粉、酸奶、袋裝奶；還有肉、蛋類食品，如烤肉、肉腸、雞蛋，等等。2.提示：有些蛋白質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞和生物體的結(jié)構(gòu)成分，如結(jié)構(gòu)蛋白；有些蛋白質(zhì)能夠調(diào)節(jié)生命活動，如胰島素；有些蛋白質(zhì)有催化作用，如絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)；有些蛋白質(zhì)具有運(yùn)輸載體的功能，如紅細(xì)胞中的血紅蛋白；有些蛋白質(zhì)有免疫功能，如人體內(nèi)的抗體。3.提示：因?yàn)榘被崾菢?gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，在人體內(nèi)約有20種氨基酸，其中有8種是人體需要而不能自己合成的，必須從外界環(huán)境獲得，如賴氨酸、苯丙氨酸等，它們被稱為必需氨基酸。所以有些食品中要添加賴氨酸或苯丙氨酸等人體必需的氨基酸。（二）思考與討論11.每個

32、氨基酸都有氨基和羧基，并且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上。2.“氨基酸”代表了氨基酸分子結(jié)構(gòu)中主要的部分氨基和羧基。（三）思考與討論21.提示：氨基酸二肽三肽多肽，一條多肽鏈盤曲折疊形成蛋白質(zhì)，或幾條多肽鏈折疊形成蛋白質(zhì)。2.提示：食物中的蛋白質(zhì)要經(jīng)過胃蛋白酶、胰蛋白酶、腸蛋白酶、腸肽酶等多種水解酶的作用，才能分解為氨基酸。這些氨基酸進(jìn)入細(xì)胞后，要形成二肽、三肽到多肽，由多肽構(gòu)成人體的蛋白質(zhì)。人體的蛋白質(zhì)與食物中的蛋白質(zhì)不一樣，具有完成人體生命活動的結(jié)構(gòu)和功能。3.提示：10個氨基酸能夠組成2010條互不相同的長鏈。氨基酸的種類、數(shù)量、排列順序以及蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的不同是蛋白質(zhì)多種多

33、樣的原因。（四）旁欄思考題n個氨基酸形成一條肽鏈時，脫掉n-1個水分子，形成n-1個肽鍵。同理，n個氨基酸形成m條肽鏈時，脫掉n-m個水分子，形成n-m個肽鍵。（五）練習(xí)基礎(chǔ)題1.（1）；（2）。2.A。 3.B。拓展題提示：紅細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和心肌細(xì)胞中的蛋白質(zhì)，其氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序以及蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)都不同，它們的功能也不相同。五、參考資料1.蛋白質(zhì)的水解研究蛋白質(zhì)的水解作用可以為研究蛋白質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)提供有價值的資料。根據(jù)蛋白質(zhì)的水解程度，可以分為完全水解和部分水解兩種。完全水解（或稱徹底水解），得到的水解產(chǎn)物是各種氨基酸的混合物；部分水解（或稱不完全水解），得到的產(chǎn)物是各種

34、大小不等的肽段和氨基酸。蛋白質(zhì)可以被酸、堿或蛋白酶催化水解。酸水解：常用硫酸或鹽酸，使用最廣泛的是鹽酸。酸水解的優(yōu)點(diǎn)是：不引起氨基酸的消旋作用（得到的是L氨基酸，不產(chǎn)生D-氨基酸）。缺點(diǎn)是：色氨酸全部被酸破壞，絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸等也有一小部分被分解。由于甲基磺酸具有許多優(yōu)點(diǎn)，目前，常用它代替鹽酸來水解。堿水解：常用氫氧化鈉。堿水解的缺點(diǎn)是：水解過程中多數(shù)氨基酸會遭到不同程度的破壞，并且產(chǎn)生消旋現(xiàn)象（所得產(chǎn)物是D-氨基酸和L氨基酸的混合物）。優(yōu)點(diǎn)是：在堿性條件下色氨酸穩(wěn)定，能定量回收。酶水解：酶水解獲得的是蛋白質(zhì)的部分水解產(chǎn)物，主要用于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)分析。常用的蛋白酶有胰蛋白酶、糜蛋白酶和胃

35、蛋白酶等。酶水解的優(yōu)點(diǎn)是：不產(chǎn)生消旋作用，也不破壞氨基酸。缺點(diǎn)是：使用一種酶往往水解不徹底，需要幾種酶協(xié)同作用，才能使蛋白質(zhì)完全水解。此外，酶水解所需時間較長。因此，酶水解法主要用于蛋白質(zhì)的部分水解。2.氨基酸的分類從蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物中分解出來的常見氨基酸有20種。這些氨基酸（除脯氨酸外）在結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)是：與羧基相鄰的-碳原子上都有一個氨基，因而叫做-氨基酸，它們的結(jié)構(gòu)通式如下：從氨基酸的結(jié)構(gòu)通式可以看出，各種-氨基酸的區(qū)別在于側(cè)鏈上R基的不同。因此，20種氨基酸可以按照R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)或極性進(jìn)行分類。（1）按照R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)20種常見的氨基酸可分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸三大類。

36、它們的分類和結(jié)構(gòu)如下表所示。 (2)按照R基的極性  有些氨基酸的R基是親水性的極性基，這樣的氨基酸叫做極性氨基酸，如絲氨酸，它的R基含有一個親水性的羥基，因此是極性氨基酸。其他的極性氨基酸有蘇氨酸、半胱氨酸、谷氨酰氨、天冬酰氨、酪氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等。有些氨基酸的R基是疏水性的非極性基，這樣的氨基酸叫做非極性氨基酸，如甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等（參見上表）。3.蛋白質(zhì)的化學(xué)組成、大小和分類蛋白質(zhì)的化學(xué)組成蛋白質(zhì)的元素組成與糖類和脂質(zhì)不同，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫，有些蛋白質(zhì)還含有其他一些元素

37、，主要是磷、鐵、銅、碘、鋅和鉬等。這些元素在蛋白質(zhì)中的組成百分比約為下面各數(shù)值：碳50%  氫7%  氧23%氮16%  硫03%蛋白質(zhì)元素組成的一個特點(diǎn)是：氮的含量較恒定。利用這一特點(diǎn)，可以進(jìn)行蛋白質(zhì)含量的計(jì)算。蛋白質(zhì)含量=蛋白氮×6.25。上式中6.25是16%的倒數(shù)，即為1 g氮所代表的蛋白質(zhì)量（克數(shù)）。蛋白質(zhì)的大小蛋白質(zhì)是相對分子質(zhì)量很大的生物分子。蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量變化的范圍也很大，從大約6 000到1 000 000，有的還更大一些。某些蛋白質(zhì)是由兩個或更多個蛋白質(zhì)亞基（多肽鏈）通過非共價結(jié)合而成的，稱寡聚蛋白質(zhì)。一些寡聚蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量

38、可高達(dá)數(shù)百萬，甚至數(shù)千萬。蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)分子可按其分子的形狀、分子組成和溶解度來分類。根據(jù)分子的形狀可將蛋白質(zhì)分為兩大類：球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。血紅蛋白、血清球蛋白、豆類的球蛋白等，分子似球形，都屬于球狀蛋白質(zhì)；而指甲、羽毛中的角蛋白和蠶絲的絲蛋白等，形狀似纖維，都屬于纖維狀蛋白質(zhì)。根據(jù)分子的組成可將蛋白質(zhì)分為兩大類：簡單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)。簡單蛋白質(zhì)的分子完全由氨基酸構(gòu)成，如淀粉酶、核糖核酸酶、胰島素等。結(jié)合蛋白質(zhì)除了含有蛋白質(zhì)成分外，還含有非蛋白質(zhì)成分（即輔基），如血紅蛋白、核蛋白等。（1）簡單蛋白質(zhì)又可以根據(jù)其物理化學(xué)性質(zhì)，如溶解度進(jìn)行分類。根據(jù)溶解度可將其分為以下幾類。清蛋白（

39、又叫白蛋白）：溶于水及稀鹽、稀酸或稀堿溶液，如血清清蛋白、乳清蛋白等。球蛋白：微溶于水而溶于稀鹽溶液，如血清球蛋白、肌球蛋白和大豆球蛋白等。谷蛋白：不溶于水、醇及中性鹽溶液，但溶于稀酸、稀堿，如米谷蛋白、麥谷蛋白等。醇溶蛋白：不溶于水及無水乙醇，但溶于70%80%乙醇。這類蛋白主要存在于植物種子中，如玉米醇溶蛋白、麥醇溶蛋白等。魚精蛋白：溶于水及酸性溶液，呈堿性，含堿性氨基酸（如精氨酸、賴氨酸、組氨酸）多，如鮭精蛋白等。組蛋白：溶于水及稀酸溶液，呈堿性，含精氨酸、賴氨酸較多，如小牛胸腺組蛋白等。硬蛋白：不溶于水、鹽、稀酸或稀堿溶液。這類蛋白常常作為結(jié)締組織和起保護(hù)功能的蛋白，如膠原蛋白，毛、發(fā)

40、、蹄、角和甲殼中的角蛋白，以及腱和韌帶中的彈性蛋白等。（2）結(jié)合蛋白質(zhì)可以根據(jù)輔基進(jìn)行分類，人們通常將結(jié)合蛋白質(zhì)分為以下幾類。糖蛋白和黏蛋白：與糖類結(jié)合的蛋白質(zhì)，如唾液中的黏蛋白，硫酸軟骨素蛋白和細(xì)胞膜的糖蛋白等。脂蛋白：與脂質(zhì)結(jié)合的蛋白質(zhì)，如血液中的脂蛋白和作為細(xì)胞膜和細(xì)胞主要成分的脂蛋白。核蛋白：與核酸結(jié)合的蛋白質(zhì)，如脫氧核糖核蛋白、核糖體和煙草花葉病毒中的蛋白。磷蛋白：與磷酸結(jié)合的蛋白質(zhì)，如酪蛋白、卵黃蛋白、胃蛋白酶等。色蛋白：與多種色素物質(zhì)結(jié)合而成的蛋白質(zhì)，如血紅蛋白和細(xì)胞色素C等。4.蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是由各種氨基酸通過肽鍵連接而成的多肽鏈，再由一條或一條以上的多肽鏈按各自的特殊

41、方式組合成具有生物活性的分子。由于氨基酸種類、排列順序和肽鏈數(shù)目及空間結(jié)構(gòu)的不同，就形成了分子結(jié)構(gòu)不同的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)有不同的層次，為了研究方便，人們將其分為四個層次。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)  蛋白質(zhì)分子中的氨基酸都是按一定的排列順序組成肽鏈的。氨基酸在多肽鏈中的排列順序（包括氨基酸的種類、數(shù)量）和方式叫做蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)也叫初級結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)（圖3）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)  組成蛋白質(zhì)的多肽鏈既不是全部以伸直狀展開，也不是以任意曲折的狀態(tài)存在，而是具有一定的空間構(gòu)型。多肽鏈中的一個肽鍵和相隔若干氨基酸殘基的另一個肽鍵

42、之間形成氫鍵，這些氫鍵使蛋白質(zhì)分子中的部分多肽鏈盤旋成螺旋狀（又叫螺旋），或者折疊成片層狀（又叫折疊），或者形成180°回折（又叫轉(zhuǎn)角或彎曲）（圖4）。這種多肽鏈本身的折疊和盤繞方式構(gòu)成了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的基本空間構(gòu)型。不同蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)不同，有的相差很大，例如，-角蛋白幾乎全是螺旋結(jié)構(gòu)，而蠶絲的絲心蛋白又幾乎全是折疊結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)  具有二級結(jié)構(gòu)的多肽鏈還可以借助氫鍵和其他化學(xué)鍵（如離子鍵、二硫鍵等）進(jìn)一步卷曲、折疊，形成更復(fù)雜的空間構(gòu)象，這種空間構(gòu)象叫做蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（圖5）。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)  有些蛋白質(zhì)是由兩條或兩條以

43、上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的，這時每條多肽鏈被稱為一個亞基。幾個亞基之間通過氫鍵或其他化學(xué)鍵形成一定的空間排列。這種由兩個或兩個以上具有三級結(jié)構(gòu)的亞基聚合而成的構(gòu)象是蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)（圖6）。例如，磷酸化酶是由2個亞基構(gòu)成的，血紅蛋白是由4個亞基構(gòu)成的，谷氨酸脫氫酶是由6個亞基構(gòu)成的。在具有活性的蛋白質(zhì)中，有些只有三級結(jié)構(gòu)，沒有四級結(jié)構(gòu)，如肌紅蛋白、細(xì)胞色素C等；而有些蛋白質(zhì)只有在四級結(jié)構(gòu)時，才具有活性，如谷氨酸脫氫酶、血紅蛋白等。5.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系兩例每一種蛋白質(zhì)都有特定的生物學(xué)功能，這是由它們特定的結(jié)構(gòu)決定的。下面以肌紅蛋白和血紅蛋白為例，說明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。肌紅蛋白是哺乳

44、動物肌肉中儲氧的蛋白質(zhì)。在潛水哺乳類如鯨、海豹和海豚的肌肉中肌紅蛋白含量特別豐富，致使它們的肌肉呈棕色。由于肌紅蛋白能夠儲氧，使這些動物能長時間潛在水下。肌紅蛋白是一條由153個氨基酸殘基組成的肽鏈，盤繞一個血紅素（輔基）而形成的，其分子折疊緊密，相對分子質(zhì)量為16 700（圖7）。肌紅蛋白分子內(nèi)外層的氨基酸殘基的排列都有一定的規(guī)律，具有極性基團(tuán)側(cè)鏈的氨基酸殘基幾乎全部分布在分子的表面，而非極性的殘基則被埋在分子內(nèi)部，不與水接觸。正是因?yàn)榉肿颖砻鏄O性基團(tuán)與水分子的結(jié)合，才使肌紅蛋白具有可溶性。肌紅蛋白中有1個含二價鐵Fe()的血紅素輔基（或稱鐵卟啉），位于肌紅蛋白分子表面的洞穴內(nèi)，鐵原子位于卟

45、啉環(huán)的中心。CO與Fe()的結(jié)合力比O2約大200倍。當(dāng)CO多而O2缺乏時，肌紅蛋白的大部分都以CO肌紅蛋白存在，此時機(jī)體就可能因缺O(jiān)2而死亡。血紅素中的Fe()能進(jìn)行可逆氧合作用。鐵原子如果處在水環(huán)境中，很容易被氧化成Fe()，失去氧合能力。肌紅蛋白正好為血紅素提供了一個疏水洞穴，避免了二價鐵原子發(fā)生氧化，從而保證了血紅素的氧合能力。血紅蛋白是一個含有兩種不同亞基的四聚體，由兩條鏈和兩條鏈組成（圖8）。血紅蛋白的每一個亞基都含有一個血紅素輔基。鏈由141個氨基酸組成，鏈由146個氨基酸組成，各自都有一定的排列次序。血紅蛋白分子中四條鏈各自折疊卷曲形成三級結(jié)構(gòu)，再通過分子表面的一些次級鍵（主要

46、是鹽鍵和氫鍵）的結(jié)合而聯(lián)系在一起，互相凹凸相嵌排列，形成一個四聚體的功能單位。鏈和鏈的一級結(jié)構(gòu)差別較大，但它們的三級結(jié)構(gòu)卻大致相同，并和肌紅蛋白相似，這反映它們在主要功能上也具有相似性，即都能進(jìn)行可逆的氧合作用。但是血紅蛋白在進(jìn)行氧合作用時表現(xiàn)出別構(gòu)現(xiàn)象。別構(gòu)現(xiàn)象是指當(dāng)某些蛋白質(zhì)表現(xiàn)其功能時，其構(gòu)象會發(fā)生改變，從而改變了整個分子的性質(zhì)。例如，血紅蛋白的四聚體具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但與氧的親合能力很弱。當(dāng)氧和血紅蛋白分子中一個亞基血紅素鐵結(jié)合后，就會引起該亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，這個亞基構(gòu)象的改變又會引起另外三個亞基相繼發(fā)生變化、整個血紅蛋白分子構(gòu)象的改變，會使所有亞基血紅素鐵原子的位置都變得適于與氧結(jié)合

47、，血紅蛋白與氧結(jié)合的速度大大加快。血紅蛋白是一個四聚體，它的整個結(jié)構(gòu)要比肌紅蛋白復(fù)雜得多，因此表現(xiàn)出肌紅蛋白所沒有的功能，例如，除運(yùn)輸氧外，還能運(yùn)輸H+和CO2。此外，血紅蛋白與氧的結(jié)合受到環(huán)境中其他物質(zhì)的調(diào)節(jié)，如H+和CO2，以及有機(jī)磷酸化合物的調(diào)節(jié)。6.蛋白質(zhì)功能的多樣性蛋白質(zhì)的一個最重要的生物學(xué)功能是作為新陳代謝的催化劑酶。絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)。生物體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)幾乎都是在相應(yīng)的酶參與下進(jìn)行的。蛋白質(zhì)另一個重要的生物學(xué)功能是作為生物體的結(jié)構(gòu)成分。例如，細(xì)胞中的細(xì)胞膜、線粒體、葉綠體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等都是由不溶性蛋白質(zhì)與脂質(zhì)組成的。人和動物的肌肉等組織的主要成分也是蛋白質(zhì)，如橫紋肌中的球狀蛋白

48、，平滑肌中的膠原蛋白，毛、甲、角、殼、蹄中的角蛋白等。蛋白質(zhì)的又一個重要的功能是調(diào)節(jié)或控制細(xì)胞的生長、分化和遺傳信息的表達(dá)，如阻遏蛋白等。除此之外，蛋白質(zhì)還具有其他功能。有些蛋白質(zhì)具有運(yùn)動的功能。例如，肌纖維中的肌球蛋白和肌動蛋白，是肌肉收縮系統(tǒng)的必要成分，它們伴隨著肌原纖維的收縮而產(chǎn)生運(yùn)動。細(xì)菌的鞭毛或纖毛蛋白也能產(chǎn)生類似的活動。近年來發(fā)現(xiàn)，在非肌肉的運(yùn)動系統(tǒng)中也普遍存在著運(yùn)動蛋白。有些蛋白質(zhì)具有運(yùn)輸?shù)墓δ?。例如，脊椎動物紅細(xì)胞里的血紅蛋白和無脊椎動物中的血藍(lán)蛋白，在呼吸過程中都起著輸送氧的作用。血液中的脂蛋白有運(yùn)輸脂質(zhì)的作用。有些蛋白質(zhì)對生命活動起調(diào)節(jié)作用。例如，胰島細(xì)胞分泌的胰島素能參與

49、血糖的代謝調(diào)節(jié)，降低血液中葡萄糖的含量。有些蛋白質(zhì)參與機(jī)體防御機(jī)能，如抗體。有些蛋白質(zhì)可以作為受體，起接受和傳遞信息的作用。例如，接受各種激素的受體蛋白，接受外界刺激的感覺蛋白（如味蕾上的味覺蛋白）等。近年來，對于蛋白質(zhì)的研究，取得了一些突破性的成果，例如，用蛋白質(zhì)工程的方法制成在低溫下保存半年的干擾素，用于微電子方面的蛋白質(zhì)元件等。由此可見，人類對蛋白質(zhì)的應(yīng)用具有十分廣闊的前景。7.蛋白質(zhì)的變性實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，吃雞蛋前要將雞蛋煮熟，并且知道煮熟的雞蛋，蛋白會變成固態(tài)，不再溶于水；實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還告訴我們，為了防止病人不受感染，必須對醫(yī)療器具進(jìn)行消毒。我們?yōu)槭裁匆獙﹄u蛋和醫(yī)療器具進(jìn)行這樣的處理？或

50、者說這樣處理的根據(jù)是什么呢？從生化觀點(diǎn)來看，是利用蛋白質(zhì)分子在物理或化學(xué)因素的影響下，原有的空間構(gòu)象發(fā)生改變，從而造成蛋白質(zhì)分子原有的理化性質(zhì)和生物活性的改變。這種現(xiàn)象在生物化學(xué)上叫做蛋白質(zhì)的變性。能使蛋白質(zhì)變性的因素很多，化學(xué)因素有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子，以及某些弱酸、尿素、酒精、丙酮等；物理因素有加熱（70100 ）、劇烈振蕩或攪拌、超聲波、強(qiáng)磁、紫外線照射及X射線等。蛋白質(zhì)變性后首先是失去其原有的生物活性，如酶失去催化能力、激素失去激素活性等。蛋白質(zhì)生物活性的喪失是蛋白質(zhì)變性的主要特征。變性后的蛋白質(zhì)還表現(xiàn)出各種理化性質(zhì)的改變，如溶解度降低，易形成沉淀析出。此外，還有結(jié)晶能力喪失，球狀蛋

51、白分子形狀改變等。從蛋白質(zhì)本身結(jié)構(gòu)看，肽鏈變得松散，易被蛋白水解酶消化，因此，一般認(rèn)為，蛋白質(zhì)在體內(nèi)消化的第一步是蛋白質(zhì)的變性。蛋白質(zhì)變性在實(shí)際應(yīng)用上具有重要意義。在臨床工作中經(jīng)常應(yīng)用酒精、加熱、紫外線等來消毒、殺菌，這實(shí)際上也就是利用這些手段，使菌體和病毒的蛋白質(zhì)變性而失去其致病性和繁殖能力。在化驗(yàn)工作中常用鎢酸或三氯醋酸使血液中的蛋白質(zhì)變性沉淀，然后取其濾液進(jìn)行血液中非蛋白化合物的分析。在急救重金屬鹽中毒時也常常利用蛋白質(zhì)的這一特性。例如，汞中毒時，早期可以服用大量乳制品或雞蛋清，使蛋白質(zhì)在消化道中與汞鹽結(jié)合成變性的不溶解物，以阻止有毒的汞離子吸收入體內(nèi)，然后再設(shè)法將沉淀物自胃中洗出。一般

52、認(rèn)為蛋白質(zhì)的變性作用，主要是蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)分子是通過氫鍵、離子鍵等，使蛋白質(zhì)形成一定的空間構(gòu)型的，而促使變性的理化因素可使氫鍵、離子鍵等斷裂，這時，蛋白質(zhì)分子就從原來有序的卷曲的緊密結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o序的松散的伸展結(jié)構(gòu)。但在變性過程中，蛋白質(zhì)分子中的肽鍵并未斷裂，它的化學(xué)組成也沒有改變，也就是說，蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)并沒有改變。變性后的蛋白質(zhì)溶解度降低，也是由于肽鏈的展開，使原來朝向分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)趨向表面，原來分布在分子表面的親水基團(tuán)被掩蓋，從而造成蛋白質(zhì)分子表面構(gòu)成水膜的程度下降，蛋白質(zhì)水合作用減少。蛋白質(zhì)的變性作用如果不過于激烈，蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化不大，變性就

53、是可逆的。例如，胃蛋白酶加熱到80100 時會失去溶解性，并喪失消化蛋白質(zhì)的能力，但如果再將溫度降到37 ，它會恢復(fù)溶解性與消化蛋白質(zhì)的能力。蛋白質(zhì)的變性作用并不都是可逆的，隨著變性時間的增加，條件的加劇，變性的程度也會加深，如豆腐就是大豆蛋白在煮沸和加鹽的條件下形成的變性蛋白的凝固體。這樣的變性作用是不可逆的。由于蛋白質(zhì)的變性作用具有上述條件和特點(diǎn)，在制備蛋白質(zhì)和酶制劑，以及進(jìn)行蛋白質(zhì)的操作時，應(yīng)注意保持低溫，并避免強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽類，以及震蕩等情況發(fā)生；相反，在需要去掉不必要的蛋白質(zhì)時，則可利用蛋白質(zhì)的變性作用使之沉淀而除去。第3節(jié) 遺傳信息的攜帶者核酸一、 教學(xué)目標(biāo) 1.說出核酸的種

54、類，簡述核酸的結(jié)構(gòu)和功能。2.以特定的染色劑染色，觀察并區(qū)分DNA和RNA在細(xì)胞中的分布。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)核酸的結(jié)構(gòu)和功能。2.教學(xué)難點(diǎn)觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布。三、教學(xué)策略本節(jié)雖然在題目中提出了遺傳信息，但是對遺傳信息的深入理解需要在遺傳與進(jìn)化模塊完成。這節(jié)重點(diǎn)是讓學(xué)生了解承載遺傳信息的物質(zhì)核酸。因此教學(xué)的直觀性非常重要。1.利用“問題探討”喚起學(xué)生對遺傳物質(zhì)的記憶，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使DNA研究成果的應(yīng)用范圍愈來愈廣泛，學(xué)生聽到、看到有關(guān)DNA應(yīng)用的報(bào)道是很多的，因此，對于“DNA指紋法”在案件偵破中的作用可能略有所知。這也是學(xué)生倍感興趣的內(nèi)容。教師

55、要給學(xué)生適當(dāng)?shù)目臻g進(jìn)行表達(dá)交流，盡可能地讓所有學(xué)生共享他們對遺傳物質(zhì)核酸的認(rèn)識。2.通過實(shí)驗(yàn)觀察，獲得感性認(rèn)識，解決核酸在細(xì)胞中的分布。教材提到了“核酸存在于所有細(xì)胞中”，物質(zhì)的存在具有可檢測性，因此“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”是重要的學(xué)習(xí)活動。實(shí)驗(yàn)材料選擇了人的口腔上皮細(xì)胞，主要是考慮到取材方便。教師還可以準(zhǔn)備常見的動植物細(xì)胞供學(xué)生觀察，使他們認(rèn)識到組成生物體的核酸包括DNA和RNA。這個實(shí)驗(yàn)比較簡單，效果也非常明顯，因此教師可以指導(dǎo)每個小組的學(xué)生分別觀察12種材料，通過總結(jié)歸納，得出DNA和RNA在細(xì)胞中分布的特點(diǎn)。3.聯(lián)想“細(xì)胞核是遺傳信息庫”，將抽象的語言變?yōu)橹庇^的圖解，認(rèn)識核

56、酸的結(jié)構(gòu)。在初中學(xué)習(xí)有關(guān)細(xì)胞的生活的內(nèi)容時，學(xué)生已經(jīng)知道細(xì)胞核內(nèi)具有儲存遺傳信息的物質(zhì)DNA。但是受認(rèn)知水平的限制，學(xué)生還不知道DNA的結(jié)構(gòu)。因此在講述核酸的結(jié)構(gòu)時，要以學(xué)生已有的知識為基礎(chǔ)，利用學(xué)生具有的化學(xué)知識，讓學(xué)生看懂脫氧核糖核苷酸和核糖核苷酸結(jié)構(gòu)圖解、DNA和RNA在化學(xué)組成上的區(qū)別圖解，以及核苷酸長鏈的特點(diǎn)，為遺傳與進(jìn)化模塊的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。四、答案和提示（一）問題探討1.提示：脫氧核糖核酸。DNA是主要的遺傳物質(zhì)，而每個人的遺傳物質(zhì)都有所區(qū)別，因此DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息。2.提示：DNA鑒定技術(shù)還可以運(yùn)用在親子鑒定上。在研究人類起源、不同類群生物的親緣關(guān)系等方面，也可以利用

57、DNA鑒定技術(shù)。3.提示：需要。因?yàn)镈NA鑒定只是提供了犯罪嫌疑人的遺傳物質(zhì)方面的信息，還需要有嫌疑人是否有作案動機(jī)、時間，是否在犯罪現(xiàn)場，是否有證人等其他證據(jù)。如果有人蓄意陷害某人，也完全有可能將他的頭發(fā)、血液等含有DNA的物質(zhì)放在現(xiàn)場。因此案件偵察工作應(yīng)在DNA鑒定的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他證據(jù)確定罪犯。（二）旁欄思考題原核細(xì)胞的DNA位于擬核區(qū)域。（三）練習(xí)基礎(chǔ)題1.（1）；（2）；（3）。2.C。3.C。五、參考資料1.核酸的發(fā)現(xiàn)1868年，在德國化學(xué)家霍佩賽勒（HoppeSeyler）的實(shí)驗(yàn)室里，有一個瑞士籍的研究生，名叫米舍爾（F.Miescher, 18441895），他在實(shí)驗(yàn)室所承擔(dān)的工作是研究膿血中細(xì)胞的化學(xué)成分。當(dāng)時實(shí)驗(yàn)室附近有一家醫(yī)院，常常扔出許多帶膿血的繃帶，膿血里有與病菌“作戰(zhàn)”而死亡的白細(xì)胞以及其他死亡的人體細(xì)胞。米舍爾細(xì)心地用洗脫的辦法將繃帶上的膿血收集起來。他先用酒精把細(xì)胞中的脂肪性物質(zhì)去掉，然后用豬胃黏膜的酸性提取液（一種能除掉蛋白質(zhì)的胃蛋白酶粗制品）進(jìn)行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的大部分被分解了，而細(xì)胞核只是縮小了一點(diǎn)兒，仍然保持完整。得到細(xì)胞核后，米舍爾對組成細(xì)胞核的物質(zhì)進(jìn)行了化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)含有與細(xì)胞內(nèi)其他有機(jī)物明顯不同的物質(zhì)，這種物質(zhì)的