必修一辅导(一)秦伟峰20150921

细胞的结构、功能与细胞代谢北京理工大学附属中学秦伟峰2015.09.21组成生物体的化学成分（15年考试说明）•水和无机盐离子的作用…………I•糖类、脂质的种类和作用…………II•蛋白质、核酸的结构和功能…………II细胞的结构与功能（15年考试说明）•细胞的类型……………I•膜系统的结构和功能……………II•细胞器的结构和功能……………II细胞代谢（15年考试说明）•物质出入细胞的方式………………II•酶的特性和作用………………II•ATP的特性和作用………………II和大家交流的内容•一.蛋白质与核酸•二.原核生物与真核生物•三.物质出入细胞的方式一.蛋白质与核酸•1.蛋白质的空间结构•2.蛋白质的功能•3.核酸的空间结构•4.核酸的功能一.蛋白质与核酸•5.蛋白质与核酸的关系•6.核酸、蛋白质与性状1.蛋白质的空间结构空间结构：蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠和盘曲构成特有的比较稳定的空间结构。蛋白质的空间结构就是指蛋白质的二级、三级和四级结构。蛋白质的次级键：a氢键b盐键c疏水作用d范德华力蛋白质的变性•蛋白质在某些物理、化学因素作用下，其二级、三级空间结构遭到破坏，导致其理化和生物学性质上的变化，称蛋白质变性。•物理因素：加热、加压；剧烈搅拌；紫外光照；X-光；超声波等。•化学因素：强酸、强碱、尿素、重金属盐、乙醇、丙酮等。科学家发现用脲和巯基乙醇处理RNA酶分子时，发现酶分子的多肽链伸展开来，酶分子丧失了所有的酶活性。当除去制备物中的脲和巯基乙醇时，RNA酶分子恢复了正常的酶活性，并且重新形成的蛋白质在结构和功能上与实验开始时正确折叠的天然蛋白质不可区分。由该实验不能推测的是A.折叠信息包含在氨基酸序列中B.天然构象可能是其最稳定构象C.发生变性的蛋白质也能够复性D.折叠过程由某种分子协助完成【例题：2013-2014海淀期中31】------来自柳忠烈老师13-14学年度期中试卷讲评结果：酶活性恢复------来自柳忠烈老师13-14学年度期中试卷讲评题目给出的信息和分析思路显性信息隐含信息处理结果化学物质处理蛋白质1.多肽链伸展开来2.丧失酶活性蛋白质去折叠（变性），一级结构未破坏除去化学物质影响1.恢复了正常的酶活性2.重新形成蛋白质3.与天然蛋白质不可区分蛋白质复性（恢复原有结构），与原蛋白质结构、功能无明显差异需思考：化学物质的作用下蛋白质发生了什么变化？去折叠的肽链为何能自动折叠回去？从题目分析：维持高级结构化学键（非共价键）被破坏，一级结构未被破坏。热力学角度讲，自发的过程往往向最低能量状态进行。------来自柳忠烈老师13-14学年度期中试卷讲评化学处理的作用：β-巯基乙醇可将二硫键还原成自由的巯基，如果再加入尿素，进一步破坏已被还原的核糖核酸酶分子内部的次级键，则该酶将去折叠转变成无任何活性的无规则卷曲。实验的假设：考虑到被还原的核糖核酸酶要在已被还原的8个Cys残基上重建4对二硫键共有105种不同的组合，但只有一种是正确的形式，如果决定蛋白质构象的信息一直存在于氨基酸序列之中，那么，最后重折叠得到的总是那种正确的形式。否则，重折叠将是随机的，最后只能得到少量的正确形式。预期：显然，第一种情形能完全恢复去折叠过程中丧生的酶活性，而后一种情况只能恢复很少的酶活性。------来自柳忠烈老师13-14学年度期中试卷讲评Anfinsen提出了蛋白质折叠的热力学假说。根据此假说，一个蛋白质的天然三维构象对应于在生理条件下其所处的热力学最稳定的状态。热力学稳定性由组成的氨基酸残基之间的相互作用决定，于是蛋白质的三维构象直接由它的一级结构决定。------来自柳忠烈老师13-14学年度期中试卷讲评维持蛋白质构象的化学键蛋白质分子的构象可分为二、三、四级结构。维持蛋白质构象的化学键：次级键（副键），由蛋白质分子的主链和侧链上的极性、非极性和离子基团等相互作用而形成的。如：氢键、疏水键、离子键、范德华力、二硫键。------来自柳忠烈老师13-14学年度期中试卷讲评胰岛素的A、B两条肽链是由一个基因编码的。下列有关胰岛素的叙述，正确的是A．胰岛素基因的两条DNA单链分别编码A、B两条肽链B．沸水浴加热之后，构成胰岛素的肽链充分伸展并断裂C．胰岛素的功能取决于氨基酸的序列，与空间结构无关D．核糖体合成的多肽链需经蛋白酶的作用形成胰岛素来自2011年北京高考第4题2.蛋白质的功能1)构成细胞和生物体的重要物质。（肌肉）2)催化作用。（酶）3)物质运输作用。（膜转运蛋白）4)调节作用。（胰岛素）5)免疫作用。（抗体）•每种酶蛋白分子表面有个活性部位，•其活性部位的结合基团只能与特定底物结合，生成酶-底物复合物。•酶与底物相互作用，降低反应需要的活化能，使化学反应能在常温、常压和近中性条件下迅速地完成。2)催化作用。（酶）在酶分子反应场所同催化底物竞争。它们附在酶上改变自身的形状使反应场所不再适合催化底物。竞争性抑制非竞争性抑制酶的抑制物由血液运来的水溶性激素（如：胰岛素）（1）胰岛素首先与靶细胞表面受体（靶细胞表面受体是一种糖蛋白）相结合，使G蛋白活化。（2）活化的G蛋白活化腺苷酸环化酶，催化生成cAMP。（3）cAMP活化PKA（蛋白激酶A）。（4）PKA进入细胞核，催化CREB（一种应答cAMP的结合蛋白）的磷酸化反应。（5）磷酸化的CREB调节基因转录，合成新的mRNA。（6）mRNA通过翻译作用，指导合成某些酶，从而起到调节生命体代谢的作用4)调节作用。（胰岛素）使病毒类抗原失去进入寄主细胞的能力细菌毒素毒素受体使细菌毒素被中和而失效使抗原凝聚而被巨噬细胞吞噬5)免疫作用。（抗体）根据事实思考，蛋白质正常的执行功能的必要条件是什么？几乎所有的蛋白质必须与其他分子相结合,才能发挥其功能和作用领会学科观点——结构与功能的统一3.核酸的空间结构3.核酸的空间结构4.核酸的功能•DNA：以基因的形式承载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。•mRNA—传递遗传信息（DNA→蛋白质）•tRNA—转运特点的氨基酸至核糖体上适当位置，参与肽链的延伸•rRNA—构建核糖体•1.通过复制传递遗传信息•2.参与蛋白质的生物合成4.核酸的功能中心法则•克里克于1976年修正的中心法则图解•中心法则的意义•——揭示生物大分子之间遗传信息转移的规律•——高度概括遗传物质的作用原理，即遗传信息传递与表达蛋白质翻译复制DNA复制转录RNA逆转录实验5.蛋白质与核酸的关系5.蛋白质与核酸的关系•染色体•核糖体•病毒病毒的基本类型6.核酸、蛋白质与性状•基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。6.核酸、蛋白质与性状•基因通过控制蛋白质的结构来直接控制生物体的性状。---辩证地分析问题---蛋白质与核酸蛋白质核酸结构功能结构功能决定影响生命活动控制承担二.原核生物与真核生物•1.生命物质如何才能在地球上稳定地存在下去？•2.什么是细胞？•3.原核细胞与真核细胞基本特征的比较•4.常用细胞及其组分的分析方法•5.真核细胞基本结构体系1.生命物质如何才能在地球上稳定地存在下去？•生物大分子需要逐级装配并最终形成细胞结构。•生命物质只有以细胞形式出现才能稳定地在地球上存在下去。2.什么是细胞？•细胞是有机体形态结构的基本单位•细胞是形态与生理的基本单位•细胞是组成有机体的结构与功能的单位•细胞是生命活动的基本单位细胞是生命活动的基本单位•一、一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位•二、细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位•三、细胞是有机体生长与发育的基础•四、细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性•五、没有细胞就没有完整的生命3.原核细胞与真核细胞基本特征的比较一个细胞生存与增殖必须具备的结构装置与机能是？•遗传信息载体DNA与RNA•细胞膜•进行蛋白质合成的一定数量的核糖体•催化主要酶促反应的酶•病毒具备以上结构装置吗？病毒的生命活动离不开活细胞支原体细菌蓝藻动物细胞和植物细胞真核细胞与原核细胞的统一性表现在哪些方面？•都以细胞膜作为与周围环境(进行物质交换、能量转换、信息传递)的屏障；•都以两种核酸，即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体；•都以核糖体作为蛋白质合成的机器；•都以分裂的方式进行增殖。•原核细胞•拟核•——无核膜包被；•——遗传信息量少；•——遗传装置简单；•细胞质•——无膜结构的细胞器•真核细胞•细胞核•——有核膜包被；•——遗传信息量大；•——遗传装置复杂；•细胞质•——有膜结构的细胞器真核细胞与原核细胞的差异性表现在哪些方面？2010北京2.下列对生物细胞代谢活动的描述，不正确的是A．大肠杆菌在拟核区转录信使RNAB．乳酸杆菌在细胞质基质中产乳酸C．衣藻进行光合作用的场所是叶绿体D．酵母菌的高尔基体负责合成蛋白质2012北京1.细胞中不能合成ATP的部位是A.线粒体的内膜B.叶绿体中进行光反应的膜结构C.内质网的膜D.蓝藻(蓝细菌)中进行光反应的膜结构2013北京1.下列真核细胞结构与成分，对应有误的是A.细胞膜：脂质、蛋白质、糖类B.染色体：核糖核酸、蛋白质C.核糖体：蛋白质、核糖核酸D.细胞骨架：蛋白质2014北京1.蓝细菌（蓝藻）与酵母菌的相同之处是A．都有拟核B．均能进行需（有）氧呼吸C．都有线粒体D．均能进行光合作用2015北京2．下列对各种生物大分子合成场所的叙述，正确的是A．酵母菌在高尔基体中合成膜蛋白B．肌细胞在细胞核中合成mRNAC．T2噬菌体在细菌细胞核内合成DNAD．叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉原核细胞与真核细胞基本特征的比较特征原核细胞真核细胞代表生物细菌、蓝藻和支原体原生生物、真菌、植物和动物细胞大小较小(1-10μm)较大(一般5～100μm)细胞膜有(多功能性)有核糖体有70S有80S膜质细胞器无有细胞核无成型的细胞核（拟核）有染色体、核膜和核仁DNA环状，存在于细胞质线状，存在于细胞核、叶绿体、线粒体细胞壁肽聚糖纤维素和果胶几丁质细胞骨架无有细胞增殖（分裂）方式二分裂有丝分裂无丝分裂细菌细胞膜的多功能性？•细胞膜内侧含有电子传递与氧化磷酸化的酶系----------线粒体的部分功能•含有一些酶与核糖体共同执行合成向外分泌蛋白质的功能---------真核细胞内质网和高尔基体的部分功能。------进化观点------4.常用细胞及其组分的分析方法细胞研究的基本内容是细胞生命活动的基本规律具体包括：细胞的结构和功能细胞内重要生命活动三个层次：显微、亚显微、分子几种显微镜可观察的样品大小及其分辨能力分辨率：能区分开两个点间的最小距离•眼睛：0.2mm•光学显微镜：0.2μm•电子显微镜：0.2nm用差速离心法分离细胞匀浆中的各种细胞组分常用细胞及其组分的分析方法用密度梯度离心分离细胞组分流式细胞仪的工作原理•流式细胞术：用于核酸、蛋白质、染色体和细胞等的定量分离和分选。（2015年北京卷生物试题---3）流式细胞仪可根据细胞中DNA含量的不同对细胞分别计数。研究者用某抗癌药物处理体外培养的癌细胞，24小时后用流式细胞仪检测，结果如图。对检测结果的分析不正确的是•A．b峰中细胞的DNA含量是a峰中的2倍•B．a峰和b峰之间的细胞正进行DNA复制•C．处于分裂期的细胞均被计数在a峰中•D．此抗癌药物抑制了癌细胞DNA的复制酵母双杂交技术：一种利用酵母基因表达系统在体内分析蛋白质-蛋白质相互作用的技术。31.（16分）科研人员以酵母菌为受体细胞，通过转基因技术研究水稻某种病毒的蛋白P与水稻蛋白的相互作用。（1）实验所用的缺陷型酵母菌不能合成组氨酸、色氨酸和亮氨酸，培养时在培养基中需添加上述氨基酸，为酵母菌细胞内________上合成________提供原料。（2）将蛋白P基因与质粒K（具有色氨酸合成基因及BD蛋白合成基因）连接，构建重组质粒K。将重组质粒K导入缺陷型酵母菌，用不含________的培养基筛选转化的酵母菌获得菌落，从这些菌落中可筛选得到基因成功________BD-P蛋白的酵母菌A。（3）为研究蛋白P