時間:2022-03-17 06:22:37
序論:在您撰寫高中生物教案時,參考他人的優秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發您的創作熱情,引導您走向新的創作高度。
探究性學習是學生自主地獲取知識和技能、體驗和了解科學探究的過程和方法、形成和提高創新意識、樹立科學的價值觀的活動過程。在生物學教學實踐中,引導學生主動參與教學活動,落實"探究性學習"是調動學生學習積極性、實現素質教育的一個重要途徑。
1.教學前提備課——增強學生主體意識
要求學生進行"科學探究",我們首先應進入"探究"的角色,進行換位思考,備課的過程應成為我們探究的過程。教學實踐中我們摸索了這樣的備課探究思路:確定教學目標確定教學內容收集整理相關信息資料研究學生的思維和認知基礎設計問題尋找探究點設計課堂具體探究過程。
備課時應密切關注學生是學習的主體,教學過程是學生的活動過程,教師是引導者、組織者和參與者,引導學生在一系列的活動中學會認知、學會合作,為此我們必須關注整個教學過程的設計,將教師組織活動和學生自主活動進行對照、比較,看看教學活動的安排是否體現學生的自主性,情景、問題、探究點的設置是否在學生的最近發展區,教法是否建立在學法基礎上,以確保學生的主體地位。下面是我們設計的"細胞增殖"教學中,實施"情景——
問題"驅動式自主探究過程的部分片斷。
2.導課——激發學生學習的興趣
俗話說:"良好的開端是成功的一半。"一堂優秀的生物課,必須重視新課的導入設計。探究性教學的導入設計,必須引起學生對學習內容的探究興趣,同時符合學科的特點及教材自身的性質。例如,在學習"性別決定"之前,我們可以提出這樣的探究性導課:"為什么人類的性別比總是接近于1∶1?"在學習"伴性遺傳"時,我一般都會繪聲繪色地講述道爾頓癥的發現史,學生都非常的安靜地聽,在結尾時我都會及時提出探究性問題"道爾頓和他的兄弟的色盲基因是來自他們的父親還是母親呢?"真是一石激起千層浪,同學們討論開來,有的說是來自父親,因為母親不是色盲,有的說來自母親……此時學生們急于知道答案,求知欲倍增,促使學生在好奇和思考中獲得知識,并且記憶深刻。
3.精心設計問題情境,以境引疑以境誘思
愛因斯坦曾說過:提出一個問題往往比解決一個問題更重要。著名的物理學家李政道也說過:要教學生"學問",必須首先從教學生學會"發問"開始,沒有自己的問題,就永遠沒有發展和前途,因為"問題"能使學生在心理上感到茫然,從而產生認知沖動,促使學生積極思考,所以"問題"是學生思維活化的源頭,是主動學習的基礎?;谶@些原因,我十分鼓勵學生在預習新課、學習新課,課外閱讀和實驗觀察等環節中努力做到"三多",即多發現問題、多提出問題、多思考問題。經過一段時間的鍛煉,學生逐漸從沒有問"問題"的習慣中走出來,慢慢地能夠發現一些問題,到現在,幾乎每學習一個新知識,他們都能提出很多問題。如:在"生物的新陳代謝"中,有學生問:"綠色植物的光合作用主要是利用無機物合成有機物,同時儲存能量;而呼吸作用主要是分解有機物生成無機物,同時釋放能量。
4.在實驗教學中落實探究性學習
實驗是人們認識和研究物質或驗證某一理論的一種常用的科學方法,而生物學是一門以實驗為基礎的自然科學,讓學生參與到實驗中來,不僅能培養學生的觀察能力、思維能力、分析問題和解決問題的能力,也能培養學生的動手能力,更能使學生樹立實事求是、認真嚴肅的科學態度。高二新教材中的實驗內容較多,這就為在實驗中落實探究性學習提供了良好的條件。例:在進行"生物組織中可溶性還原糖、脂肪、蛋白質的鑒定"實驗的前一天,先讓學生根據已有的理論知識討論該實驗中應如何注意材料的選擇和處理。學生各抒己見,經過討論,歸納出了以下幾個要點:①注意材料的易得性:還原性糖和脂肪從植物中獲得實驗材料比較容易,而蛋白質在動植物中都有比較容易獲得的材料。②注意材料的可取性:富含還原糖或脂肪或蛋白質的植物材料很多,但并不是每一種材料都是可取的:如在"還原糖鑒定"實驗中,雙子葉植物光合作用的主要產物是淀粉,而淀粉不具備還原性,因此最好不要用雙子葉植物。有一些單子葉植物的葉中含有大量的可溶性單糖,但是葉片中葉綠素的顏色較深,對于鑒定時的顏色反應起著掩蓋作用,會導致實驗現象的不明顯,所以也不宜用單子葉植物的葉片作實驗材料。因此最理想的實驗材料是含糖較高的生物組織(或器官),而且組織的顏色較淺,或近于白色,如蘋果或梨的果實,③注意實驗前材料的處理:蘋果和梨在實驗前應該洗凈、去皮,保證研磨比較充分;鑒定脂肪用的花生種子必須提前浸泡,而且應注意浸泡的時間,時間過長,則組織太軟,切下的薄片不易成形,時間過短,則不容易切成片;同樣鑒定蛋白質用的大豆也要提前浸泡,這樣容易研磨成漿。如果用雞蛋卵白的話,應該進行稀釋。當然除了讓學生學會選擇和處理實驗材料外,還可以從學會分析實驗結果、學會撰寫實驗報告、研究改進實驗的方法、改進實驗的器具等方面著手來實現"探究性學習"。這樣學生通過主動學習與探索,更好地理解了知識,獲得了學問。認識到學習科學要有嚴肅的科學態度,而且學生通過實驗探索,提高了利用科學的研究方法來探究解決問題的能力。
5.讓學生感受探究的方式和過程,享受探究的愉悅
1.真核細胞的有絲分裂(C:理解)。
2.真核細胞有絲分裂的細胞周期的概念和特點(B:識記)。
3.無絲分裂方式的過程和特點(A:知道)。
三、重點和難點
1.教學重點
(1)真核細胞有絲分裂的細胞周期的概念和特點。
(2)真核細胞有絲分裂的過程。
2.教學難點
真核細胞有絲分裂過程中,各個時期染色體的變化特點。
四、教學建議
本節教學內容可安排2課時,包括講課和學生實驗。第1課時講述植物細胞的有絲分裂;第2課時做觀察植物細胞有絲分裂的實驗。通過對比動植物細胞有絲分裂的異同,總結有絲分裂的特征。最后,簡述無絲分裂和減數分裂,概括細胞增殖的意義。講課內容和實驗的內容應有機結合。
本節教學手段的運用,要考慮到關于細胞增殖知識的特點,可運用自制的剪貼圖、投影片、錄像等手段,體現細胞有絲分裂過程的連續變化,把染色體的行為變化直觀地表現出來。
本節教學內容的引入,可以講述以下幾點:①多細胞生物一般是由一個細胞(受精卵),經過細胞的分裂和分化,最終生長發育成一個新個體的;②單個細胞和多細胞生物體的生命期都是有限的,多細胞生物體內衰老、死亡細胞的補充,以及生物種族的繁衍,都是以細胞分裂為基礎的;③細胞分裂的方式有三種,本節主要學習細胞有絲分裂的知識。
在講述細胞周期時,可從分析一個新細胞(子細胞)的誕生開始,分析它的兩種發展方向:一是隨著生長、分化而成為具有特定形態、結構和功能的細胞,直至衰老、死亡;二是保持連續分裂的能力,通過分裂產生新的子細胞,開始它的新的生命周期,周而復始。受精卵、植物分生組織細胞、動物的一些上皮細胞等就屬于這種具有連續分裂能力的細胞。分析細胞周期時,要注意分析分裂間期是一個周期的開始,是為分裂期作準備的時期。另外,應讓學生注意,間期要比分裂期的時間長得多,要引起學生對間期的重視。
在分析細胞分裂間期時,要引導學生思考:間期應為分裂期準備什么才能使分裂后的子細胞繼承母細胞的特性?在講述DNA分子復制和有關蛋白質合成時,要聯系染色質結構的知識。使學生理解這種復制與合成最終表現在染色質細絲的倍增上。每條染色質細絲(將來的染色體)都產生出另外一條跟自己完全一樣的染色質,由于著絲點連在一起,而沒有分開。
在分裂期的教學中,教師應注意以下幾點:①利用剪貼圖顯示各分裂期的主要變化;②注意把核膜、染色體、紡錘絲的行為變化和染色體最終平分復制的知識緊密地聯系起來,使學生理解這些變化的協調性和合理性;③為了突出染色體的平均分配,可用模型模擬染色體的平分過程;④注意強調兩個子細胞間及子細胞與母細胞間染色體(內部的DNA)的數目和種類相同;⑤在講述細胞板形成時,要聯系高爾基體的作用。
在講述動物細胞有絲分裂時,可把動植物細胞有絲分裂全過程圖呈現出來。讓學生觀察對比,歸納出相同點和不同點。在這里,教師可進一步強調動植物細胞有絲分裂的共同特征,使學生理解這些特征對生物的重要意義。
對無絲分裂和減數分裂的處理,按教材內容講述即可,不必過多發揮。
五、參考答案
復習題一、1.(D);2.(C);3.(D);4.(D)。
二、1.染色質、核仁、核膜、中心體等結構發生了明顯的變化。具體的變化是:
染色質復制后的DNA縮短變粗,由染色質成為染色體。
核仁逐漸解體。
核膜逐漸消失。
中心體由一組中心粒變成兩組中心粒,兩組中心粒分別位于兩極,每組中心粒周圍發射出放射狀星射線,紡錘體形成。
2.這是因為在細胞周期中,分裂間期所需要的時間大大長于分裂期。
3.有絲分裂中期的細胞,主要特點是全部染色體排列在赤道板上。可以根據染色體的這個變化特點找到分裂中期的細胞。
4.全部染色體平均分配到細胞兩極時,是在有絲分裂的后期。由于染色體上有遺傳物質,因此,全部染色體平均分配到細胞的兩極的行為,可以使親代和子代之間保持遺傳性狀的穩定性,對生物的遺傳有重要意義。
實驗討論題實驗三制作好洋蔥根尖有絲分裂裝片的關鍵有以下幾點:(1)剪取洋蔥根尖材料時,應該在洋蔥根尖細胞一天之中分裂最活躍的時間;(2)解離時,要將根尖細胞殺死,細胞間質被溶解,使細胞容易分離;(3)壓片時,用力的大小要適當,要使根尖被壓平,細胞分散開。
六、參考資料
細胞的增殖周期細胞從前一次分裂結束開始,到下一次分裂結束為止,這樣一個周期叫做細胞增殖周期。
20世紀50年代以前,人們把細胞增殖周期劃分為分裂期和靜止期兩個階段。當時認為分裂期是細胞增殖周期中的主要階段。近年來,由于放射自顯影和細胞化學等技術的迅速發展,對于細胞增殖過程的動態研究也日趨深入?,F在了解到,過去一直被忽視的所謂“靜止期”卻是細胞增殖周期中極為關鍵的一個階段,因為與DNA分子復制有關的一系列代謝反應,都是在這個階段進行的。所以現在都把“靜止期”叫做間期。
現在,一般把細胞增殖周期分為兩個階段:間期和分裂期。細胞在前一次分裂結束之后就進入間期,這時就是新的細胞周期的開始。間期一共分為三個分期。間期結束就進入有絲分裂期。根據目前的認識,整個細胞增殖周期可以分為G1、S、G2、M四個小分期,如下表:
細胞增殖周期中的各個分期,各有其,全國公務員共同天地不同的特點。
(一)G1期的特點G1期是從上次細胞增殖周期完成以后開始的。G1期是一個生長期。在這一時期中主要進行RNA和蛋白質的生物合成,并且為下階段S期的DNA合成做準備,特別是合成DNA的前身物質、DNA聚合酶和合成DNA所必不可少的其他酶系,以及儲備能量。
(二)S期的特點從G1期進入S期是細胞增殖的關鍵時刻。S期最主要的特征是DNA的合成。DNA分子的復制就是在這個時期進行的。通常只要DNA的合成一開始,細胞增殖活動就會進行下去,直到分成兩個子細胞。
(三)G2期的特點G2期又叫做“有絲分裂準備期”,因為它主要為后面的M期做準備。在G2期中,DNA的合成終止,但是還有RNA和蛋白質的合成,不過其合成量逐漸減少。特別是微管蛋白的合成,為M期紡錘體微管的組裝提供原料。
(四)M期的特點細胞一旦完成了細胞分裂的準備,就進入有絲分裂期。細胞分裂期是一個連續的過程,為了研究的方便,可以人為地將它分成前、中、后、末四個時期。M期的細胞有極明顯的形態變化。間期中的染色質(主要成分是DNA和蛋白質),在M期濃縮成染色體形態。染色體的形成、復制和移動等活動,保證了將S期復制的兩套DNA分子平均地分到兩個子細胞中去。
有絲分裂過程中兩個重要的細胞器
1.中心粒
中心粒的結構通常是一對互相成直角的圓筒狀小體,直徑0.25μm,長度不定,位于鄰近核模的細胞質中。筒壁由9組大約呈30°傾斜排列的三聯微管組成,從橫斷面看像一個風車。在一對中心粒的周圍是一團透明的電子密度高的中心粒周圍物質,這個復合物稱為中心體。
中心粒要經過一個復雜的發育周期,才能達到成熟并且具有微管組織中心的作用。DNA合成前期(G1期)的細胞有一對互相垂直的中心粒。到DNA合成期(S期)時,兩個中心粒稍有分離,在距母中心粒的一定距離(約50~60nm)處,與其垂直的方向復制出一個子中心粒。DNA合成后期(G2期)的晚期到有絲分裂期(M期),子中心粒不斷長大,逐漸分離,移到兩極的兩對中心粒形成暈,并且組成紡錘體及星體。到分裂期末期,每個子細胞各獲得一對中心粒──一個母中心粒和一個子中心粒。
2.著絲點
長期以來,著絲粒和著絲點這兩個術語是作為染色體上紡錘體附著區域的同義語使用的。遺傳學文獻中多用著絲粒一詞,而細胞學家多用著絲點一詞。后來,在電鏡下研究哺乳類染色體超微結構時發現,主縊痕兩側是一對三層結構的特化部位,認為是非染色質性質物質的附加物,稱為著絲點(圖2-10)。在主縊痕區存在著絲粒,由此把染色體分成二臂。著絲粒的兩側各有一個蛋白質構成的三層的盤狀或球狀結構,稱為著絲點。著絲點與紡錘體的紡錘絲連接,與染色體移動有關。在分裂前期和中期,著絲粒把兩個姐妹染色單體連在一起,到后期兩個染色單體的著絲粒分開,紡錘絲把兩條染色單體拉向兩極。并非有絲分裂各個時期,或各種生物的染色體,都有這種分化的結構。
圖2-10中期染色體上的著絲點
(示著絲點分為內、中、外三層,上面附著有微管)
細胞質分裂廣義說來,有絲分裂應該包括細胞質分裂。但是,也可以把細胞質分裂看做是一個單獨的階段。
大多數真核生物的細胞質分裂是與核分裂協調進行的,細胞質分裂起始于中后期。細胞質分裂面一般總是和紡錘體的赤道面一致,其方向約在核分裂中期就已確定。如果在中期時用離心法改變細胞的紡錘體的正常位置,細胞分裂面方向并不隨之改變。但是,如果在中期之前改變紡錘體的位置,細胞質分裂面的方向也就隨著發生改變。
動物細胞在進行細胞質分裂時,先是在要形成分裂面處的細胞質收縮,環細胞表面出現一條窄的凹溝,這條溝叫做分裂溝。分裂溝環繞細胞表面一圈,使細胞呈啞鈴狀。它的形成和細胞膜下方的細胞質微絲有關系。
植物細胞因為有細胞壁,它的分裂方式不同于動物細胞(有花植物的花粉粒的成熟分裂與動物細胞一樣,形成分裂溝),最主要的差別是植物細胞在進行細胞質分裂時,有細胞板的形成。細胞板產生于晚后期或早末期。
無絲分裂關于無絲分裂的問題,長期以來就有不同的看法。有些人認為無絲分裂不是正常細胞的增殖方式,而是一種異常分裂現象;另一些人則主張無絲分裂是正常細胞的增殖方式之一,主要見于高度分化的細胞,如肝細胞、腎小管上皮細胞、腎上腺皮質細胞等。
無絲分裂是最早發現的一種細胞分裂方式,早在1841年就在雞胚的血細胞中看到了。因為分裂時沒有紡錘絲出現,所以叫做無絲分裂。又因為這種分裂方式是細胞核和細胞質的直接分裂,所以又叫做直接分裂。
無絲分裂的早期,球形的細胞核和核仁都伸長,然后細胞核進一步伸長呈啞鈴形,中央部分狹細。最后,細胞核分裂,這時細胞質也隨著分裂,并且在滑面型內質網的參與下形成細胞膜。在無絲分裂中,核膜和核仁都不消失,沒有染色體的出現,當然也就看不到染色體復制的規律性變化。但是,這并不說明染色質沒有發生深刻的變化,實際上染色質也要進行復制,并且細胞要增大。當細胞核體積增大一倍時,細胞核就發生分裂,核中的遺傳物質就分配到子細胞中去。至于核中的遺傳物質DNA是如何分配的,還有待進一步的研究。
原核細胞的DNA復制和細胞質分裂原核細胞的分裂包括兩個方面:(1)細胞DNA的復制和分配,使分裂后的子細胞能得到親代細胞的一整套遺傳物質;(2)細胞質分裂,把細胞基本上分成兩等份。
原核細胞的DNA分子是環狀的,無游離端。在一系列酶的催化下,經過解旋和半保留式復制,形成了兩個一樣的環狀DNA分子。復制常是由DNA附著在細胞膜上的部位開始(圖2-11)。在DNA分子復制完成之后,便開始了細胞質分裂。當然,在開始分裂之前需要細胞生長,細胞的生長反映了細胞內按比例地合成一定量的結構蛋白酶。
圖2-11細菌細胞DNA的復制和細胞分裂
細胞分裂時,先由一定部位開始。復制好的兩個DNA分子仍與細胞膜相連;隨著連接處的生長,把DNA分子拉開。在細胞中部,細胞膜環繞細胞發生內褶,褶中產生了新的壁物質,形成了隔(圖2-12)。隔不斷向中央生長延伸,最后形成了將細胞隔為兩部分的完整的隔。隔縱裂為二,把母細胞分成了大致相等的兩個子細胞。
二、教學目的
1.組成生物體的水、無機鹽、糖類、脂質、蛋白質、核酸這幾種化合物的化學元素組成、在細胞內的存在形式和重要的功能(C:理解)。
2.組成生物體的無機化合物和有機化合物是生命活動的基礎(C:理解)。
3.各種化合物只有按照一定的方式有機地組織起來,才能表現出細胞和生物體的生命現象(A:知道)。
三、重點和難點
1.教學重點
組成生物體的無機化合物和有機化合物的化學元素組成,各種化合物在細胞中的存在形式和重要功能。
2.教學難點
(1)蛋白質的化學元素組成、相對分子質量、基本組成單位、分子結構和主要功能。
(2)核酸的化學元素組成、相對分子質量、基本組成單位和重要功能。
四、教學建議
本節的教學內容較多而時間又較緊,教師要注意合理分配時間,突出重點和難點。建議教師對水、無機鹽、糖類和脂質的內容安排1課時,蛋白質和核酸的內容安排1課時,學生實驗用1課時。
在本節教學的開始,教師可以利用教材中講到的細胞內各種化合物的含量表,從整體上概括出構成細胞的化合物;指出生命的物質基礎,是以蛋白質和核酸為主體的多分子體系。,全國公務員共同天地
在講授無機化合物水時,可以從水在細胞、組織中兩種存在形式的分析入手,引出水的作用。引導學生理解水的含量與生命活動的狀態密切相關。在講述水時,要注意滲透出兩種形式的水存在著動態轉化,不能截然分開。如果能恰當地運用生活常識,說明水的存在狀態和作用,將會更吸引學生,使學生加深對水的認識。
關于無機鹽的教學,可以從學生已知的知識中提出問題,通過簡明的分析,使學生懂得無機鹽的存在形式和作用。例如,為什么在觀察動物和人的細胞時,要用一定濃度的生理鹽水?為什么長期缺乏鐵會出現缺鐵性貧血?從這些問題的分析過程中,歸納出無機鹽對維持細胞形態、參與重要的物質組成等作用。
關于糖類的教學,應該盡量聯系學生生活中經常接觸的糖類物質,提高學生的學習興趣,增加感性認識。在本節教學中,要注意適當突出后邊將要應用的糖類知識,這樣可以為進一步的學習打下知識基礎。通過講述糖類的水解作用,使學生理解單糖、二糖、多糖三者的區別和聯系。關于糖類的作用,既要突出它是生命系統賴以維持的主要能源物質,又要點出它是細胞許多結構中不可缺少的成分。
關于脂質的教學,似乎可以滲透儲存脂質(脂肪)、結構脂質(磷脂等類脂)、功能脂質(固醇)的提法,這樣有利于學生對不同脂質的作用特點的理解。在學生條件較好的學校,可以分析一下磷脂分子的特點,為學習細胞膜的結構打下基礎。
蛋白質的內容是本節教學的重點和難點。教師在講述蛋白質的組成和結構時,可以按照以下教學思路來設計教學過程:①通過列舉水、葡萄糖、幾種蛋白質的相對分子量,使學生認識到蛋白質屬于生物大分子;②指出對生物大分子結構的研究,常采取分層次認識的方法;③對蛋白質的組成和結構的教學,可從有關元素、基本單位──氨基酸、肽、肽鏈間的結合和卷曲、折疊而成的空間結構等幾個層次逐步深入。
在講述氨基酸時,可以從甲烷、乙酸、甘氨酸漸漸引入。隨著羧基(-COOH)、氨基(-NH2)的出現,指出它們的化學特性。在認識了甘氨酸的基礎上,再進一步變換R基,認識幾種其他氨基酸。最后,歸納總結出氨基酸的共同點和區別。
在講述肽時,要注意講清縮合、肽鍵、二肽、多肽和肽鏈的概念。要指出每種多肽都具有特定的氨基酸種類、數目和排列順序,這種特點決定著肽鏈的空間結構,從而為學生理解多肽間的區別和蛋白質的多樣性打下基礎。
對于蛋白質的空間結構,教師不必詳細講述,可以讓學生通過對教材中某種胰島素空間結構示意圖的觀察,了解蛋白質具有一定的空間結構就可以了。但是應該對學生指出,蛋白質的生理作用依賴于自身特定的空間結構。
在講述蛋白質的功能時,應該注意從列舉典型的、易于理解的例子中,概括出蛋白質是構成細胞和生物體結構的重要成分和在生命活動中發揮的重要作用。
另外,關于蛋白質結構內容的教學,要充分利用剪貼圖、投影片和教材中的示意圖,來幫助學生理解動態的、抽象的知識內容。
關于核酸的教學,要注意處理好與《遺傳與變異》一章有關內容的聯系。本節對核酸化學元素的組成和基本組成單位的認識,可以從介紹分析生物大分子的方法入手,使學生初步了解核酸分子的元素組成、基本單位──核苷酸和多核苷酸鏈。應指出DNA和RNA兩類核酸在組成上的區別和DNA的主要作用。
在本章的最后,教師要強調說明,任何一種化合物或幾種化合物的混合都不能完成生命活動。細胞內的各種化合物必須按照一定的方式組成特定的結構,才能在生命活動中發揮作用。
五、參考答案
復習題一、③,①,④,②。
二、1.(A);2.(A);3.(D)。
三、1.因為這兩種蛋白質的分子結構不同(即氨基酸的種類不同,排列次序不同,空間結構不同),所以它們的功能也不相同。
2.細胞內的各種化合物必須按照一定方式組成特定的結構,才能在生命活動中發揮作用。
旁欄思考題老年人容易發生骨折是因為隨著年齡的增長,機體代謝發生變化而導致骨質疏松造成的。骨質疏松主要是缺少了骨的重要成分碳酸鈣。
臨床上醫生給病人點滴輸入葡萄糖液,可以起到給病人提供水、營養和增加能量的作用。因為葡萄糖氧化分解時釋放大量的能量,可以供給病人生命活動的需要,有利于早日康復。此外,細胞中水的含量最多。病人維持各項生命活動,絕對不能缺少水。
實驗討論題實驗一1.某些化學試劑與生物組織中的有關有機化合物發生一定的化學作用后,能夠生成新的化學物質,而這種化學物質是有固定的顏色的。根據實驗中所產生的特定的顏色反應,如磚紅色、橘黃(或紅)色、紫色,可以分別鑒定生物組織中有糖、脂肪、蛋白質的存在。
六、參考資料
細胞的化學組成細胞中各種化合物的平均值如下表(表1-1):
表1-1細胞中各種化合物的平均值
化合物
質量分數%
平均相對
分子質量
種類
水
85.0
1.8×10
游離形式的水和結合形式的水
蛋白質
10.0
3.6×104
清蛋白、球蛋白、組蛋白、白等
DNA
0.4
1.0×106
RNA
0.7
4.0×105
脂質
2.0
7.0×102
脂肪、磷脂等
糖類及其
他有機物
0.4
2.5×102
單糖、二糖、多糖等
其他
無機物
1.5
5.5×10
Na+、K+、Ca2+、Mg2+、
Cl-、SO42-、PO43-等
在組成細胞的各種化合物中,水是含量最多的物質,是生命活動的最重要的介質。地球表面出現了液態水時,才具備了生命發生的條件。但是,只有當原始地球的物質經過漫長的演變,出現了原始的核酸和蛋白質并且組合在一起,表現出原始的新陳代謝時,才開始出現原始的生命現象,產生了原始的生命。恩格斯早在一百多年前就已提出“生命是蛋白體的存在方式”?,F代生物科學認為,承擔生命的“蛋白體”主要是核酸和蛋白質的整合體系。因此說,細胞的主要成分是蛋白質和核酸。
水在生物體和細胞內的存在狀態
1.結合水吸附和結合在有機固體物質上的水,主要依靠氫鍵與蛋白質的極性基(羧基和氨基)相結合形成親水膠體。多糖、磷脂也以親水膠體形式存在。這部分水不能蒸發、不能析離,失去了流動性和溶解性,是生物體的構成物。
2.自由水填充在有機固體顆粒之間的水分,可流動、易蒸發,加壓力后可析離,是可以參與物質代謝過程的水。
水在生物體內的作用水是生命存在的環境條件,同時也是生活物質本身化學反應所必需的成分。水對于維持生物體的正常生理活動有著重要的意義,因此水是生物體內不能缺少的物質。
1.水是細胞內的良好溶劑生物體內的大部分無機物及一些有機物,都能溶解于水。水是物質擴散的介質,也是酶活動的介質。細胞內的各種代謝過程,如營養物質的吸收,代謝廢物的排出,以及一切生物化學反應等,都必須在水溶液中進行。
2.水的其他作用①由于水分子的極性強,能使溶解于其中的許多種物質解離成離子,這樣也就有利于體內化學反應的進行。②由于水溶液的流動性大,水在生物體內還起到運輸物質的作用,將吸收來的營養物質運輸到各個組織中去,并將組織中產生的廢物運輸到排泄器官,排出體外。③水的熱容大,1g水從15℃上升到16℃時需要4.18J熱量,比同量其他液體所需要的熱量多,因而水能吸收較多的熱而本身溫度的升高并不多。水的蒸發熱較大,1g水在37℃時完全蒸發需要吸熱2.40kJ,所以人蒸發少量的汗就能散發大量的熱。再加上水的流動性大,能隨血液循環迅速分布全身,因此水對于維持生物體溫度的穩定起很大作用。④水還有作用。⑤對植物來說,水能保持植物的固有姿態。由于植物的液泡里含有大量的水分,因而可以維持植物細胞的形態而使枝立,便于接受陽光和交換氣體,保證正常的生長發育。⑥對生物體的生命活動起重要的調控作用。生物體內水含量的多少以及水的存在狀態的改變,都影響著新陳代謝的進行。一般情況下,生物體內的含水量在70%以上時代謝活躍;含水量降低,則代謝不活躍或進入休眠狀態。當自由水比例增加時,生物體的代謝活躍,生長迅速;而當自由水向結合水轉化較多時,代謝強度就會下降,抗寒、抗熱、抗旱的性能提高。
無機鹽無機鹽在細胞中的含量雖然不多,卻是生命活動所必需的。如果將一塊組織放在蒸餾水中,從細胞中去掉鹽類,該組織就會死亡。許多無機鹽在細胞中呈離子狀態存在。無機鹽在生物體和細胞中的作用主要有以下幾點。
1.是構成細胞或構成生物體某些結構的重要成分。
2.參與并調節生物體的代謝活動。有些無機離子是酶、激素或維生素的重要成分。例如,含鋅的酶最多,已知有70多種酶的活性與鋅有關;鈷(Co)是維生素B12的必要成分,參與核酸的合成過程;鐵(Fe)參與組成血紅蛋白、細胞色素等,參與氧的運輸和呼吸作用中的電子傳遞過程等。
3.維持生物體內的平衡。體內平衡是使細胞具有穩定的結構和功能,使生物能維持正常的代謝和生理活動的必要條件。有關體內平衡的內容很復雜,情況多變。其中的3個主要方面與無機鹽含量的穩定密切相關。
(1)滲透壓平衡:細胞內外的無機鹽的含量是維持細胞滲透壓的重要因素。
(2)酸度平衡(即pH平衡):pH調節著細胞的一切生命活動,它的改變影響著細胞組成物的所有特性以及在細胞內發生的一切反應。例如,各種蛋白質對于pH的改變非常敏感,人體血漿pH降低0.5時,人就立即發生酸中毒。無機離子如HPO42-/H2PO4-和H2CO3/HCO3-等,組成重要的緩沖體系來調節并維持pH平衡。
(3)離子平衡:動物細胞內外的Na+/K+/Ca2+的比例是相對穩定的。細胞膜外Na+高、K+低,細胞膜內K+高、Na+低。K+、Na+這兩種離子在細胞膜內外分布的濃度差,是使細胞保持反應性能的重要條件。此外,在細胞膜外Na+多、Ca2+少時,神經細胞就會失去穩定性,對于外來刺激就會過于敏感。
糖類的分布和功能糖類是生物體的主要能源物質和重要的組成成分,在自然界中分布極廣,幾乎所有的動物、植物、微生物的體內都有它,尤以存在于植物體內的為最多,約占植物體干重的80%。在植物體內,構成根、莖、葉骨架的主要成分是纖維素多糖。在植物種子或果實里的主要儲存物質,如淀粉、蔗糖、葡萄糖、果糖等都屬于糖類。在動物血液中的血細胞內,也有葡萄糖或由葡萄糖等單糖縮合成的多糖存在,在肝臟、肌肉里的多糖是糖元。人和動物的組織器官中所含的糖類,不超過身體干重的2%。微生物體內的含糖量約占身體干重的10%~13%,其中有的呈游離狀態,有的與蛋白質、脂肪結合成復雜的物質,這些物質一般存在于細胞壁、黏液或莢膜中,也有的形成糖元或類似淀粉的多糖存在于細胞質中。
糖類的功能有以下幾點。(1)糖類是生物體的主要能源和碳源物質:糖類物質可以通過分解而放出能量,這是生命活動所必需的。糖類還可以在生物體內轉化成其他化合物(如某些氨基酸、核苷酸、脂肪酸等),并提供碳原子和碳鏈骨架,是構成組織和細胞的成分。(2)糖類與生物體的結構有關:纖維素和殼多糖都不溶于水,有平坦伸展的帶狀構象,并且堆砌得很緊密,所以它們彼此之間的作用力很強,適于作強韌的結構材料。纖維素是植物細胞壁的主要成分。殼多糖是昆蟲等生物體外殼的主要成分。細菌的細胞壁由剛性的肽聚糖組成,它們保護著細胞膜免受機械力和滲透作用的損傷。細菌的細胞壁還使細菌具有特定的形狀。(3)糖類是儲藏的養料:糖類以顆粒狀態儲存于細胞質中,如植物的淀粉、動物肝臟和肌肉中的糖元。(4)糖類是細胞通訊識別作用的基礎:細胞表面可以識別其他細胞或分子,并接受它們攜帶的信息,同時細胞也通過表面上的一些大分子來表現其本身的活性。細胞與細胞之間的相互作用,是通過一些細胞表面復合糖類中的糖和與其互補的大分子來完成的。(5)糖類具有保護作用:黏膜分泌的黏液中有黏稠的黏多糖,可以保護的表面。關節腔的滑液就是透明質酸經過大量水化而形成的黏液。
磷脂和糖脂磷脂是構成生物膜的主要成分。它廣泛分布在動植物組織中。磷脂在動物體內多存在于腦和神經組織中,在心臟和肝臟中的含量也不少;植物的種子中含磷脂也比較多,如大豆種子的磷脂達2%。磷脂大多不溶于丙酮,不溶于水,但像親水膠體一樣,能在水中膨脹并形成乳狀液或膠體溶液。磷脂的種類很多,有卵磷脂、腦磷脂、神經磷脂等。
卵磷脂又稱蛋黃素,大量存在于各種動物的組織和器官中,尤其在蛋黃、腦、腎上腺、紅細胞中的含量較多。蛋黃中卵磷脂的含量可達8%~10%。許多種種子,如大豆、向日葵的種子也含有卵磷脂。
糖脂是一類具有一般脂質溶解性質的含糖脂質,包括腦糖脂、神經節糖脂、甘油醇糖脂等。
磷脂和糖脂都是構成生物膜的磷脂雙分子層結構的基本物質,也是某些生物大分子化合物(如脂蛋白和脂多糖)的組成成分。
類固醇和固醇類固醇又稱“甾族化合物”,是環戊烷多氫菲類化合物的總稱,一般具有重要的生理作用,在自然界廣泛分布,也有人工合成的。類固醇的主要種類和分布情況如下。
1.自然界存在的
(1)固醇類。固醇又稱“甾醇”,是含羥基的環戊烷駢全氫菲類化合物的總稱,以游離狀態或同脂肪酸結合成酯的狀態存在于生物體內,最重要的有膽固醇、豆固醇和麥角固醇(表1-2)。
表1-2固醇的主要種類和分布情況
類別
固醇名稱
分布
動物固醇
膽固醇
脊椎動物體內
7-脫氫膽固醇
皮膚和毛發內
糞固醇
動物糞便中
植物固醇
麥固醇
麥芽中
豆固醇
大豆中
谷固醇
高等植物中分布很廣
酵母固醇
麥角固醇
麥角、酵母菌和毒菌內
(2)固醇衍生物。常見的有:強心苷,如洋地黃毒素,存在于洋地黃植物的葉中,是一種強心藥;蟾毒素,是蟾蜍分泌的毒素,可作藥用;膽酸、膽汁酸組成的膽汁;腎上腺皮質激素、昆蟲的蛻皮激素、性激素(包括雌激素、孕激素和雄激素等),能調節動物和人體的新陳代謝及生殖、發育等生理活動。此外,維生素D有利于機體對鈣、磷的吸收。腎上腺皮質激素、膽酸、性激素、維生素D等物質,在人體內都可以由膽固醇轉化而來。
2.人工合成的類固醇藥物如抗炎劑、促蛋白合成類固醇、口服避孕藥等。
氨基酸的R基團每個氨基酸都有一個R基,R基也叫側鏈基團,不同氨基酸的R基是不同的。例如,甘氨酸的R基只是一個氫原子;有些氨基酸的R基屬于烴基;有些則含有某種官能團,如羥基(—OH)、巰基(—SH)、氨基(—NH2)、羧基(—COOH)等。
根據氨基酸所連接的R基化學結構的不同,可以將氨基酸分成脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、雜環氨基酸、雜環亞氨基酸四大類。
甘氨酸惟一不含有不對稱碳原子的最簡單的非必需氨基酸。廣泛存在于蛋白質中。
丙氨酸即L-α-氨基丙酸。一種屬于丙酮酸代謝體系的非必需氨基酸。
蛋白質分子的結構通常將蛋白質的結構分為一級結構、二級結構、三級結構和四級結構(圖1-1)。
圖1-1蛋白質分子的一、二、三、四級結構示意圖
1.蛋白質的一級結構:又稱為初級結構或化學結構,是指蛋白質分子中,由肽鍵連接起來的各種氨基酸的排列順序。目前可以運用氨基酸自動分析儀和氨基酸順序自動分析儀,對蛋白質的一級結構進行測定。
2.蛋白質的二級結構:蛋白質的二級結構是指蛋白質分子中多肽鏈本身的折疊方式。近些年來,通過研究知道,蛋白質分子的多肽鏈本身一般不是全部以松散的線形分子狀態存在于生物體內的,而是部分卷曲、盤旋成螺旋狀(一般呈所謂α螺旋),或折疊成片層狀(又稱β折疊),或呈β回折(發夾回折、U形轉折),或呈無規則卷曲。蛋白質的二級結構主要依靠氫鍵來維持結構的穩定性。
3.蛋白質的三級結構:具有二級結構的肽鏈,按照一定方式進一步卷曲、盤繞、折疊成一種看來很不規則,而實際上有一定規律性的三維空間結構,叫做三級結構。這些肽鏈所以會卷曲、盤繞、折疊,主要是因為肽鏈的側鏈之間的相互作用。
4.蛋白質的四級結構:具有三級結構的蛋白質分子,通過一些非共價鍵結合起來,而成為具有生物功能的蛋白質大分子,就是蛋白質的四級結構。構成蛋白質功能單位的每條肽鏈,稱為亞基。亞基雖然只具有二、三級結構,但是在單獨存在時并沒有生物活力,只有完整的四級結構才具有生物活力。例如,磷酸化酶是由2個亞基構成的,馬血紅蛋白是由4個不同的亞基(2個α肽鏈,2個β肽鏈)構成的,谷氨酸脫氫酶是由6個相同的亞基構成的。
有些蛋白質分子只有一、二、三級結構,并無四級結構,如肌紅蛋白、細胞色素c、核糖核酸酶、溶菌酶等。另一些蛋白質則一、二、三、四級結構同時存在,如血紅蛋白、谷氨酸脫氫酶等。
調節生理活動的許多激素是蛋白質從化學本質上看,人和動物的激素可以分為4類:①氨基酸衍生物激素(如甲狀腺激素、腎上腺素、血清血管收縮素);②肽和蛋白質類激素(如腦垂體激素、胰島素、甲狀旁腺素、生長素和促腎上腺皮質激素);③類固醇激素(如腎上腺皮質激素、性激素);④脂肪酸衍生物激素(如前列腺素)。
肽和蛋白質類激素,包括許多種激素。下面重點介紹胰島素、生長素和促腎上腺皮質激素。
1.胰島素:胰島素是胰腺內的胰島β細胞,全國公務員共同天地所產生的一種激素。胰島素是一種相對分子質量較小的蛋白質,在有鋅和其他金屬離子存在時,胰島素分子可以圍繞這些離子形成聚合體。在調節糖類、脂肪和蛋白質的代謝中具有十分重要的作用。
二、教學目的
1.組成生物體的化學元素主要有20多種,包括大量元素和微量元素(B:識記)。
2.組成生物體化學元素的重要作用(B:識記)。
3.生物界與非生物界的統一性和差異性(B:識記)。
三、重點和難點
1.教學重點
(1)組成生物體的化學元素,大量元素和微量元素。
(2)組成生物體的化學元素的重要作用。
2.教學難點,全國公務員共同天地
生物界與非生物界的統一性和差異性。
四、教學建議
本章內容的教學時間是4課時,其中講課可安排3課時,實驗安排1課時。教學內容的前后順序可依教材進行,也可以重新組織。例如,先通過學生實驗,使學生對生物組織中糖類、脂質、蛋白質等化合物有一個感性認識。然后,在此基礎上,再學習組成生物體的各類化合物。最后,歸納總結組成生物體化學元素的特點。
本節教學安排1課時。教師在教學中可以多運用對比的方法,使學生通過對比,發現并且概括出組成生物體的化學元素的特點:①從無機的非生命環境中元素的組成與生物體元素組成的對比中,發現它們的統一性,了解生物體的元素組成特點;②從動物體與植物體組成元素的對比中,發現不同類型的生物體,元素的組成有區別;③從生物體內不同元素的含量對比中,發現生物體元素組成的特點,以及這些特點與構成生物體的化合物、生物體特性的聯系。
在教學中,應注意學生的知識背景。如果按照教材順序安排教學,可以聯系初中生物課中有關的知識,聯系本地學生的生活常識。如果本節內容安排在第二節之后學習,則應該充分聯系各種化合物的元素組成、含量以及生理作用。
為了提高本節的教學效率,教師在課前應做好必要的準備。例如,無機的非生命環境中的元素與生物體的元素對比表,動物(人)體與植物體組成元素的對比表等。把這些對比表制成投影片或幻燈片等,以便及時呈現給學生,使學生有較充裕的時間進行觀察、對比和思考,也便于教師歸納總結。
本節教學應該滲透以下幾點:①從元素水平就可以看出生物的物質性(世界上沒有生命體特有的元素),以及組成生物體物質的特殊性;②組成生物體的元素的作用,只有在生活的機體中,在生物體特定的結構基礎上,在與其他物質的相互作用中才能體現出來;③生物體的大量元素和微量元素是依據含量劃分的,不可輕視微量元素的作用。另外,生物體中不都是必需元素,環境中有些非必需元素也會進入到生物體中。
五、參考答案
復習題一、1.(D);2.(C);3.(D)。
二、2.組成生物體的化學元素在無機自然界中都可以找到,這個事實說明:生物界和非生物界具有統一性。
旁欄思考題仙人掌和鯨的化學元素組成大體相同。但是,這些化學元素在這兩種生物體內的含量相差較大。
鐵在人體內主要功能是合成血紅蛋白,構成一些酶的輔基,合成肌紅蛋白。因此,鐵缺乏時易患缺鐵性貧血,癥狀是面色蒼白、頭昏、乏力、心悸、氣急等。
鋅在人體內參與多種酶的組成,也是酶的活性所必需的,并且是蛋白質合成的必要元素。因此,鋅缺乏時的主要癥狀是少年生長遲緩、性器官發育受影響。
六、參考資料
玉米與人體的化學元素組成(質量分數/%)
元素
玉米
人體
O
C
H
N
Si
K
Ca
P
Mg
S
Cl
Al
Fe
Mn
Na
Zn
Rb
44.43
43.57
6.24
1.46
1.17
0.92
0.23
0.20
0.18
0.17
0.14
0.11
0.08
0.04
_
_
_
14.62
55.99
7.46
9.33
0.005
1.09
4.67
3.11
0.16
0.78
0.47
—
0.012
—
0.47
0.01
0.005
細胞的元素組成在細胞內可以找到至少62種元素,常見的約有29種,其中重要的有24種。這些常見的元素絕大部分屬于元素周期表上原子序數較低的元素。
按其在生物體內的含量不同,可以分為大量元素和微量元素。
按元素的生物學功能,大致可以分為下列類型。
1.構成細胞的基本元素:如C、H、O、N、P是構成核酸的主要元素;C、H、O、N、S是構成蛋白質的主要元素等。,全國公務員共同天地
2.調節機體生命活動的元素:如離子態的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、H+及OH-、HCO3-、SO42-、HPO42-等其他離子。
一本章的主要內容和特點
本章包括《組成生物體的化學元素》和《組成生物體的化合物》兩節教材。第一節教材需用1課時教學,第二節教材需用2課時教學。此外,有1個學生實驗。
第一節《組成生物體的化學元素》。首先,在節的引言中,明確指出自然界中的生物和非生物都是由化學元素組成的。接著,講述組成生物體的化學元素、組成生物體化學元素的重要作用、生物界與非生物界的統一性和差異性三方面內容。
關于組成生物體的化學元素的內容,一開始就指出組成生物體的化學元素主要有20多種,緊接著以玉米和人體為例,將含量較多的化學元素以及這些元素的含量列成表。通過對表中內容的分析,概括出兩點:一是組成玉米和人體的基本元素是C、O、H、N;二是組成生物體的各種化學元素,在不同的生物體內,含量相差很大,由此進一步提出了大量元素和微量元素的概念和種類。
關于組成生物體化學元素的重要作用的內容,首先強調指出,在大量元素中,C是最基本的元素,C、H、O、N、P、S這6種元素是組成細胞的主要元素。接著,說明組成生物體的化學元素進一步組成多種多樣的化合物,這些化合物是生物體結構和生命活動的物質基礎。
關于生物界與非生物界的統一性和差異性的內容,主要是從組成生物體和無機自然界的化學元素的相同和不同,提出了辯證唯物主義觀點:一點是從組成生物體的化學元素在無機自然界中都可以找到的事實,來說明生物界和非生物界具有統一性;另一點是從組成生物體的化學元素在生物體內的含量與在無機自然界中的含量相比,兩者相差很大的事實,來說明生物界和非生物界還具有差異性。
第二節《組成生物體的化合物》。首先,明確提出構成細胞的化合物,主要包括無機化合物的水和無機鹽,有機化合物的糖類、脂質、蛋白質和核酸。然后,依次講述構成細胞的這6種化合物。,全國公務員共同天地
關于無機化合物的水,著重說明它在細胞中含量最多;水在不同的生物體中和不同的組織、器官中含量不同;水在細胞中以結合水和自由水兩種形式存在;水在細胞內的重要作用。最后強調指出,生物體的一切生命活動,絕對不能離開水。
關于無機鹽,強調指出它在細胞中雖然含量很少,且大多數無機鹽以離子狀態存在于細胞中,但是具有多方面的重要作用:無機鹽既是細胞內復雜化合物的重要組成成分,又對維持生物體的生命活動有重要作用。
關于糖類,主要說明它由C、H、O3種化學元素組成,它是構成生物體的重要成分,也是細胞的主要能源物質;糖類大致分為單糖、二糖和多糖等幾類(其中的葡萄糖、核糖、脫氧核糖、淀粉、糖元等是重要種類),以及它們在生物體內的分布和重要作用。
關于脂質,主要說明它由C、H、O3種元素組成,一般包括脂肪、類,全國公務員共同天地脂和固醇等;這幾類物質在生物體內的分布和重要作用,并強調指出,磷脂是構成細胞膜和多種細胞器的膜結構的重要組成成分。
關于蛋白質,是本節的重點內容,教材中比較詳細地講述了有關內容。首先,強調蛋白質在細胞中只比水的含量少,大致占細胞干重的50%以上,它是細胞中各種結構的重要化學成分。接著,說明蛋白質主要由C、H、O、N4種化學元素組成;它是一種高分子化合物,相對分子質量很大;基本組成單位是氨基酸;蛋白質的分子結構是由許多氨基酸分子互相連接而成;蛋白質分子的多樣性,決定了蛋白質在生物體內有多種重要的功能。
關于核酸,首先明確指出核酸是遺傳信息的載體,它對生物體的遺傳、變異和蛋白質的生物合成有極重要的作用。然后,說明核酸由C、H、O、N、P等化學元素組成,也是一種高分子化合物;核酸的基本組成單位是核苷酸;核酸可以分為脫氧核糖核酸和核糖核酸兩大類。
本節教材的最后一段指出,任何一種化合物都不能單獨地完成某一種生命活動,只有按照一定的方式有機地組織起來,才能表現出細胞和生物體的生命現象。這里也體現了辯證唯物主義的觀點。
在本章中,為了配合學習有機化合物的內容,安排了學生實驗《生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質的鑒定》,主要是根據某些化學試劑,能夠分別使生物組織中上述三種有機化合物,產生特定的顏色反應,來鑒定生物組織中有還原糖、脂肪和蛋白質的存在。
二本章與其他章的聯系
1.本章是緒論后的開篇章,所講內容是最基礎的知識,因此與后面的各章都有密切關系,是學習好其他各章的基礎,教學中要注意前后知識的聯系。
2.組成生物體的化學元素和化合物的知識,是講述第二章《生命活動的基本單位──細胞》的重要基礎。例如,講述細胞膜的結構和功能,會用到磷脂、蛋白質等知識。
3.第三章《生物的新陳代謝》,與本章聯系十分緊密。例如,講述植物的物質代謝時,要用到酶、水、大量元素、微量元素等知識;在講到人和動物的物質代謝時,要用到糖類、脂質和蛋白質的知識。
4.第四章《生命活動的調節》在講到激素的調節作用時,要用到蛋白質等知識。
5.第六章《遺傳和變異》在講到生物體的遺傳性和變異性時,有關蛋白質和核酸的知識,是重要的基礎知識。
初步掌握鑒定生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質的基本方法。
二、教學建議
教材中本實驗安排為驗證性實驗,有條件的學校可以改為探索性實驗,安排在講課之前,或與講課同步進行。
本實驗難度并不大,但內容較多,實驗時間較長,因此,必須作周密安排,才能按時完成。實驗中應注意以下幾點。
1.增設教師演示實驗。上課之前,教師應該準備好做演示實驗所需的實驗材料、用具、儀器和試劑等。同時,逐項完成還原糖、脂肪、蛋白質3類有機物的鑒定實驗。在實驗課上,將3個實驗的正確結果分別展示在講臺上,并作扼要的介紹,以便使學生將自己的實驗結果與教師的演示實驗作比較。
2.實驗中學生應分工合作。在“還原糖的鑒定”實驗中,當每組兩個學生中的一個制備生物組織樣液時,另一個學生可以用酒精燈將水煮開,以便縮短實驗的等待時間。在“脂肪的鑒定”實驗中,一個學生制作臨時裝片時,另一個學生則可以調試顯微鏡。另外,在完成前兩個實驗時,一個學生洗刷試管、清洗玻片和整理顯微鏡,另一個學生則可以進行后一個實驗的操作。
3.關于鑒定還原糖的實驗,在加熱試管中的溶液時,應該用試管夾夾住試管上部,并放入盛開水的大燒杯中加熱。注意試管底部不要接觸燒杯底部,同時試管口不要朝向實驗者,以免試管內溶液沸騰時沖出試管,造成燙傷。如果試管內溶液過于沸騰,可以上提試管夾,使試管底部離開大燒杯中的開水。
4.做鑒定還原糖和蛋白質的實驗時,在鑒定之前,可以留出一部分樣液,以便與鑒定后的樣液的顏色變化作對比,這樣可以增強說服力。
5.斐林試劑的甲液和乙液混合均勻后方可使用,切勿將甲液和乙液分別加入組織樣液中。
三、參考資料
還原糖的鑒定原理生物組織中普遍存在的還原糖種類較多,常見的有葡萄糖、果糖、麥芽糖。它們的分子內都含有還原性基團(游離醛基或游離酮基),因此叫做還原糖。蔗糖的分子內沒有游離的半縮醛羥基,因此叫做非還原性糖,不具有還原性。本實驗中,用斐林試劑只能檢驗生物組織中還原糖存在與否,全國公務員共同天地,而不能鑒定非還原性糖。
斐林試劑由質量濃度為0.1g/mL的氫氧化鈉溶液和質量濃度為0.05g/mL的硫酸銅溶液配制而成,二者混合后,立即生成淡藍色的Cu(OH)2沉淀。Cu(OH)2與加入的葡萄糖在加熱的條件下,能夠生成磚紅色的Cu2O沉淀,而葡萄糖本身則氧化成葡萄糖酸。其反應式如下:
CH2OH—(CHOH)4—CHO+2Cu(OH)2CH2OH—(CHOH)4—COOH+Cu2O+2H2O
用斐林試劑鑒定還原糖時,溶液的顏色變化過程為:淺藍色棕色磚紅色(沉淀)。
蛋白質的鑒定原理鑒定生物組織中是否含有蛋白質時,常用雙縮脲法,使用的是雙縮脲試劑。雙縮脲試劑的成分是質量濃度為0.1g/mL的氫氧化鈉溶液和質量濃度為0.01g/mL的硫酸銅溶液。在堿性溶液(NaOH)中,雙縮脲(H2NOC—NH—CONH2)能與Cu2+作用,形成紫色或紫紅色的絡合物,這個反應叫做雙縮脲反應。由于蛋白質分子中含有很多與雙縮脲結構相似的肽鍵,因此,蛋白質可與雙縮脲試劑發生顏色反應。
用于鑒定還原糖的實驗材料準備植物組織是常用的實驗材料,但必須加以選擇。在雙子葉植物中,光合作用的主要產物葡萄糖形成后,合成為淀粉,暫時儲藏在葉子內,因此最好不用雙子葉植物的葉子作實驗材料。有些單子葉植物,如韭菜、鳶尾,并不將光合作用的初始產物轉變為淀粉,因此葉內含有大量的可溶性單糖,但是,由于葉片中葉綠素的顏色較深,對于鑒定時的顏色反應起著掩蓋作用,導致實驗現象不明顯,因此,也不宜用單子葉植物的葉子作實驗材料。
本實驗最理想的實驗材料是還原糖含量較高的植物組織(或器官),而且組織的顏色較淺或近于白色的,如蘋果和梨的果實。經試驗比較,顏色反應的明顯程度依次為蘋果、梨、白色甘藍葉、白蘿卜。
用于鑒定脂肪的實驗材料準備實驗材料最好選擇富含脂肪的種子,如花生種子(取其子葉)。供實驗用的花生種子,必須提前浸泡3~4h。浸泡時間短了,不容易切成片;浸泡時間過長,則組織太軟,切下的薄片不易成形。
做鑒定脂肪的實驗,教師可根據本地區的情況選用蘇丹Ⅲ或蘇丹Ⅳ染液。蘇丹Ⅲ染液遇脂肪的顏色反應為橘黃色,蘇丹Ⅳ染液遇脂肪的顏色反應為紅色。因蘇丹Ⅳ染液與脂肪的親和力比較強,所以,染色的時間應比較短,一般為1min左右。
用于鑒定蛋白質的實驗材料準備實驗材料最好選用富含蛋白質的生物組織(或器官),植物材料常用的是大豆種子,動物材料常用的是雞蛋(卵白)。如用大豆種子,必須提前浸泡1~2d,這樣容易研磨成漿。有條件的學校,可以直接采用現成的大豆磨成的豆漿,豆漿可以購買,也可用小型的研磨機制取。利用豆漿作實驗材料,可以節約實驗時間。
如果用稀釋的卵白作實驗材料,效果會更好。
斐林試劑的配制
甲液質量濃度為0.1g/mL的氫氧化鈉溶液
乙液質量濃度為0.05g/mL的硫酸銅溶液
使用時臨時配制,將4~5滴乙液滴入2mL甲液中,配完后立即使用。
蘇丹Ⅲ溶液的配制稱取0.1g蘇丹Ⅲ干粉,溶于100mL體積分數為95%的酒精中,待全部溶解后再使用。
蘇丹Ⅳ溶液的配制稱取0.1g蘇丹Ⅳ干粉,全國公務員共同天地,溶于50mL丙酮中,再加入體積分數為70%的酒精50mL,充分混合后即可使用。
一本章的主要內容和特點
本章是在學生初中階段初步學習過細胞的知識,以及在前一章學習了關于生命的物質基礎知識的基礎上,進一步學習高中階段的關于細胞的知識。生物體的一切生命活動,主要是在細胞內進行的。因此,高中階段有必要從細胞是生命活動的基本單位的高度,進一步講述真核細胞的亞顯微結構和主要功能的知識,以及有關細胞增殖、分化、癌變和衰老的知識。
本章包括三節教材:第一節《細胞的結構和功能》;第二節《細胞增殖》;第三節《細胞的分化、癌變和衰老》。第一節《細胞的結構和功能》內容很豐富,共分三小節:第一小節《細胞膜的結構和功能》,本小節內容以及章的引言和第一節的引言,共需用3課時教學;第二小節《細胞質的結構和功能》,需用2課時教學;第三小節《細胞核的結構和功能》,共需用2課時教學。第二節《細胞增殖》,需用1課時教學。第三節《細胞的分化、癌變和衰老》,需用1課時教學。此外,本章有兩個學生實驗。
第一節《細胞的結構和功能》,在分成小節講述之前,用了幾小段文字和一些圖表,先介紹了幾點有關的內容:觀察細胞內部的精細結構,必須應用電子顯微鏡或其他更為精密的儀器;細胞的種類繁多,大小、形狀各不相同,功能也不相同;細胞可分為原核細胞和真核細胞兩大類,絕大多數生物是由真核細胞構成的;細胞雖然微小,但是有非常精細的結構和復雜的自控能力,這些是細胞能夠進行各種生命活動的基礎。真核細胞比原核細胞復雜得多,因此,首先學習關于真核細胞的結構和功能的知識。
第一節的第一小節《細胞膜的結構和功能》,主要講述細胞膜的分子結構和細胞膜的主要功能兩方面的內容。第一方面,關于細胞膜的分子結構,明確提出細胞膜是一層由磷脂和蛋白質構成的膜。在細胞膜的中間是磷脂雙分子層,這是細胞膜的基本支架;有的蛋白質分子排布在磷脂雙分子層的表層;有的蛋白質分子部分嵌插或貫穿在整個磷脂雙分子層中。構成細胞膜的磷脂分子和蛋白質分子大都是可以流動的,這種特點對于細胞膜完成各種生理功能非常重要。再有,在細胞膜的外表有一層糖蛋白,叫做糖被,它在細胞生命活動中有重要功能。第二方面,關于細胞膜的主要功能,主要講述細胞膜與周圍環境進行物質交換的功能,而對細胞膜的其他多種功能不可能都加以介紹。由于細胞膜與周圍環境進行物質交換的內容比較復雜,學生在學習上有一定難度,因此教材本著化繁為簡、深入淺出的精神,主要講述了自由擴散方式和主動運輸方式,略去了其他運輸方式。教材強調指出,自由擴散是被動運輸的方式;主動運輸方式的特點是必須有載體蛋白質的協助,需要消耗細胞內新陳代謝所釋放的能量。主動運輸能夠保證活細胞按照生命活動的需要,主動地選擇吸收所需要的營養物質。接著,在講了上述兩種運輸方式的基礎上,明確指出細胞膜的通透性特點:細胞膜是一種選擇透過性膜。
第一節的第二小節《細胞質的結構和功能》,主要講述細胞質基質和細胞器兩方面的內容。第一方面,關于細胞質基質的內容有:細胞質基質中含有多種無機的和有機的化合物;細胞質基質是活細胞進行新陳代謝的主要場所;在細胞質基質中存在著多種細胞器。第二方面,關于細胞器的內容,占了本節的大部分篇幅,重點講了線粒體和葉綠體這兩種細胞器,主要說明這兩種細胞器在動植物體中存在的部位、在細胞內的分布、基本結構和主要功能,這些知識是學習后面有關章節必備的基礎知識。此外,還簡要講述了內質網、核糖體、高爾基體、中心體和液泡這5種細胞器。本節教材最后強調指出,在活細胞完成各種生命活動的過程中,細胞質基質和細胞器是相互協調的,各種細胞器之間也是密切聯系的。,全國公務員共同天地
第一節的第三小節《細胞核的結構和功能》,主要講述細胞核的結構、細胞核的主要功能、原核細胞的基本結構三點內容。第一點,關于細胞核的結構,簡要介紹了核膜、核仁和染色質的知識。第二點,關于細胞核的主要功能,強調了細胞核是遺傳物質儲存和復制的主要場所,是細胞遺傳特性和細胞代謝活動的控制中心,因此它是細胞結構中最主要的部分。第三點,關于原核細胞的基本結構,很簡要地介紹了原核細胞在大小、細胞壁、細胞膜、細胞質、擬核這幾個方面與真核細胞不同的特點,并且強調指出原核細胞最主要的特點是沒有由核膜包圍的細胞核。
第二節《細胞增殖》,在節的引言中指出細胞增殖是生物體的重要基本特征,細胞以分裂的方式進行增殖;細胞分裂是生物體生長、發育、繁殖和遺傳的基礎;真核細胞的分裂方式有有絲分裂、無絲分裂和減數分裂三種方式。本節教材主要講述兩方面內容:一方面,以大部分的篇幅講述真核細胞的有絲分裂方式;另一方面,簡要介紹真核細胞無絲分裂方式的特點。
關于有絲分裂的內容,主要有三點。在講述這三點內容之前,先明確指出有絲分裂方式是真核細胞進行細胞分裂的主要方式,多細胞生物體以有絲分裂的方式增加體細胞的數量,體細胞進行有絲分裂是有周期性的。接著,講述第一點內容,即細胞周期,主要講述了細胞周期的概念、細胞周期包括分裂間期和分裂期兩個階段、這兩個階段所占時間的長短。第二點內容,講述細胞分裂間期,強調指出這個時期是新細胞周期的開始,最大的特點是完成了DNA分子的復制和有關蛋白質的合成,為緊接著的細胞分裂期準備了條件,因此,細胞分裂間期是細胞周期中極為關鍵的準備階段。第三點內容,講述細胞分裂期,明確指出這個時期的特點主要是細胞核明顯地發生著染色體的有規律的連續變化。為了研究的方便,分裂期又分為前期、中期、后期、末期。本節教材以較多的篇幅,著重講述了分裂期各個時期細胞核內染色體的變化特點。在講述了有絲分裂上述知識的基礎上,最后指出有絲分裂的重要意義:將親代細胞的染色體經過復制以后,精確地平均分配到兩個子細胞中去;由于染色體上有遺傳物質,因此使生物的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩定性。
關于無絲分裂方式,簡要介紹了這種分裂方式的過程,以及因為在分裂過程中沒有出現紡錘絲和染色體,所以叫做無絲分裂。
關于減數分裂方式,僅僅指出這種分裂方式是一種特殊方式的有絲分裂,與有性生殖細胞的形成有關,具體的分裂過程留待后面的有關章節講述。
第三節《細胞的分化、癌變和衰老》,主要講述了三方面的內容。關于細胞的分化,主要內容有:首先,明確指出細胞分化是生物界中普遍存在的一種生命現象,僅有細胞的增殖,而沒有細胞的分化,生物體是不能正常發育的。接著,講述了細胞分化的概念,并且說明細胞分化是在生物體整個生命進程中的一種持久性變化,但是在胚胎時期達到最大的限度。再有,提出多細胞生物必須經過細胞分化,體內才會形成多種不同的細胞和組織。最后,說明高度分化的植物細胞仍然保持著細胞的全能性。
關于細胞的癌變,之所以放在本節教材的第二部分來講,是因為細胞的畸形分化與癌細胞的產生有直接關系,與細胞分化的知識有密切聯系。細胞癌變的主要內容有:首先,提出癌細胞有一些獨具的特征,教材中只介紹了癌細胞能夠無限增殖、形態結構發生了變化、表面也發生了變化等特征。其次,講述了導致細胞癌變的三大類致癌因子,即物理致癌因子、化學致癌因子和病毒致癌因子,同時也提出了致癌基因。最后,簡要講述了從多方面來預防細胞發生癌變。
關于細胞的衰老,首先說明細胞的衰老和死亡也是一種常見的生命現象。接著,進一步說明衰老的過程是細胞內生理和生化發生變化的過程,最終反映在細胞的形態、結構和功能上發生了變化,因而具有細胞衰老的共同特征,教材中提出了5種衰老的特征。最后指出,至今還沒有一種假說能夠完全揭示細胞衰老的原因。目前的科研工作表明,細胞衰老可能是多種內因和外因共同作用的結果。
二本章與其他章的聯系
1.關于細胞膜的分子結構特點和功能的知識,對于后面學習《生物的新陳代謝》,講述物質出入細胞、物質代謝等內容,是重要的基礎知識。
2.關于細胞器的知識,與講述物質代謝和能量代謝有直接關系。例如,葉綠體的結構和功能與光合作用關系密切,線粒體的結構和功能與有氧呼吸關系密切。
3.關于有絲分裂的知識,對于后面學習《生物的生殖和發育》一章中關于減數分裂的知識,是重要的基礎。