5.细胞质基质与功能
高中生物《细胞质的结构和功能》的教案
高中生物《细胞质的结构和功能》教案一、教学目标1.理解细胞质的概念及组成2.掌握细胞质的结构和功能3.培养学生的观察、分析和思考能力二、教学内容1.细胞质的组成2.细胞质的结构3.细胞质的功能三、教学重点与难点1.重点：细胞质的结构和功能2.难点：细胞质各结构的功能及相互关系四、教学方法1.采用问题驱动法引导学生探究细胞质的结构和功能2.利用多媒体展示细胞质的相关图像，增强直观感受3.进行小组讨论，培养学生的合作精神五、教学过程1.导入新课1.1提问：细胞由哪些部分组成？1.2引导学生回顾细胞的基本结构，为新课学习做铺垫2.细胞质的组成2.1提问：细胞质包括哪些物质？2.2引导学生思考并回答：细胞质包括细胞质基质、细胞器等3.细胞质的结构3.1提问：细胞质中的细胞器有哪些？它们有什么功能？3.2展示细胞器图像，引导学生观察并回答：细胞器包括线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体、核糖体等，各具有一定的功能4.细胞质的功能4.1提问：细胞质有哪些功能？4.2引导学生思考并回答：细胞质是细胞内物质运输、能量转换、物质合成等生命活动的场所，同时为细胞提供支持与保护5.课堂小结5.1提问：通过本节课的学习，你认为细胞质的重要性体现在哪些方面？6.课后作业6.1请学生绘制细胞质的结构示意图，并标注各细胞器的名称及功能6.2结合生活实例，思考细胞质在实际应用中的作用，如医学、农业等领域的应用七、教学反思本节课结束后，教师应认真反思教学效果，针对学生的掌握情况，调整教学策略，以提高学生对细胞质结构和功能的理解与应用能力。
同时，关注学生的学习兴趣和需求，不断优化教学方法，提高教学质量。
八、板书设计1.细胞质的组成：细胞质基质、细胞器2.细胞器的结构与功能：2.1线粒体：能量转换2.2内质网：蛋白质合成、加工2.3高尔基体：蛋白质加工、分泌2.4溶酶体：分解衰老、损伤的细胞器2.5核糖体：蛋白质合成九、教学评价1.课堂参与度：观察学生在课堂上的发言、提问等情况，了解学生的参与程度2.作业完成情况：检查学生课后作业的完成质量，评估学生对课堂所学知识的理解与应用能力3.小组讨论：评估学生在小组讨论中的表现，包括合作意识、思考能力等4.课堂小结：听取学生的课堂小结，了解学生对细胞质结构和功能的理解程度重难点补充：在讲解细胞质的结构和功能时，重点是理解细胞质中各细胞器的结构特点和功能，难点是掌握各细胞器之间的相互关系和协同作用。
细胞质结构与功能
时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转换和信息传
递的过程中起着决定性作用。 2.许多重要的化学须应需要酶的参与，广阔的膜面积为 多种酶提供了大量的附着点。 3.细胞内的生物膜把细胞器分隔开，如同一个个小的区
室，这样就使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而
分布：动物细胞和低等植物的
细胞中，通常位于细胞 核附近。 围物质组成。
结构：由两个互相垂直排列的中心粒及其周
功能：与有丝分裂有关。
细胞器的比较
膜结构 叶绿体 双层膜 双层膜 分 布 植物细胞 动植物细胞 其 它 主要功能
基粒、基质、酶 光合作用的场所 色素、DNA
线粒体
内质网 核糖体
高尔基体
嵴、基质、 酶、DAN
百个），在代谢衰退的细胞中线粒体较少。
1.鸟翼的肌原纤维、精子的尾部基端线粒体较多。
2.线粒体一般是均匀地分布在细胞质基质中，但它在活 细胞中能自由地移动，往往在细胞内新陈代旺盛的道听 部位比集中。例如在小鼠受精的分裂面附近比较集中。
问题小结
线粒体大多是颗粒状、短线状， 一般情况下均匀地分布在细胞质基质 中、但它在活细胞中能自由移动，往 往在细胞内代谢旺盛的部位比较集中。 线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，
什么是细胞质？主要包括哪些结构？
概念：细胞膜以内、细胞核以外的部分 叫做细胞质。光镜观察是均匀透明的胶 状物质。活细胞中处于不断流动状态。
细胞质基质
细胞器
线粒体 叶绿体 内质网 高尔基体 液泡 溶酶体 中心体 核糖体
细胞质基质
组成成分：水、无机盐离子、脂类、 糖类、氨基酸、核苷酸、酶。
功能：是活细胞进行新陈代谢的主要 场所。 为新陈代谢的进行，提供所需 要的物质和一定的环境条件。
细胞生物学 翟中和版 总结笔记第七章
Cell biology细胞生物学第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输细胞内被膜区分类：细胞质基质、细胞内膜系统、有膜包被的细胞器第一节细胞质基质的含义和功能一、细胞质基质的含义（1）含义：在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质主要含有：（1）与代谢有关的许多酶（2）与维持细胞形态和物质运输有关的细胞质骨架结构细胞质基质是一个高度有序的体系，细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，多数的蛋白质直接或间接地与骨架结合，或与生物膜结合，从而完成特定的功能。
细胞质基质主要是由微管、微丝和中间丝等相互联系形成的结构体系，蛋白质和其他分子以凝聚或暂时的凝聚状态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡。
差速离心获得的胞质溶胶的组分和细胞质基质溶液成分很大不同。
胞质溶胶中的多数蛋白质可能通过弱键结合在基质的骨架纤维上。
二、细胞质基质的功能（1）蛋白质分选和转运N端有信号序列的蛋白质合成之后转移到内质网上，通过膜泡运输的方式再转运到高尔基体。
其他蛋白质的合成都在细胞质基质完成，并根据自身信号转运到线粒体、叶绿体、细胞核中，也有些蛋白驻留在细胞质基质中。
（2）锚定细胞质骨架（3）蛋白的修饰、选择性降解1 蛋白质的修饰辅基、辅酶与蛋白的结合磷酸化和去磷酸化糖基化N端甲基化（防止水解）酰基化2 控制蛋白质寿命N端第一个氨基酸残基决定寿命细胞质基质能够识别N端不稳定的氨基酸信号将其降解，依赖于泛素降解途径3 降解变性和错误折叠的蛋白质4 修复变性和错误折叠的蛋白热休克蛋白的作用第二节细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由膜包被的细胞器或细胞结构。
研究方法：电镜技术免疫标记和放射自显影离心技术和遗传突变体分析一、内质网的形态结构和功能内质网是由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成的互相沟通的三维网络结构。
（一）内质网的两种基本类型糙面内质网和光面内质网。
糙面内质网：扁囊状整齐附着有大量核糖体功能：合成分泌性蛋白和膜蛋白光面内质网：分支管状，小功能：脂质合成，出芽位点部分细胞合成固醇类激素糙面内质网有20多种和光面内质网不同的蛋白，说明有特殊装置隔开两种内质网的组分。
细胞质的结构和功能
细胞质的结构和功能●教学目标知识目标识记：细胞质的概念。
理解：1.细胞质基质内含有的物质和细胞质基质的主要功能。
2.内质网、高尔基体、核糖体、中心体、液泡的主要功能。
3.细胞质流动是一种生命现象。
知道：内质网、高尔基体、核糖体、中心体、液泡的结构和分布。
应用：1.线粒体和叶绿体的基本结构及主要功能。
2.高倍显微镜的使用方法。
能力目标1.能够正确使用显微镜等仪器，掌握处理实验材料等操作技能。
2.培养学生识别生物图的能力。
3.培养学生形象思维与逻辑思维能力。
情感目标1.树立结构和功能相适应的观点。
2.树立局部与整体统一的观点。
●重点·落实方案重点1.线粒体和叶绿体的基本结构及主要功能。
2.内质网、核糖体、高尔基体、中心体、液泡的主要功能。
落实方案1.利用各种细胞的插图、模型等直观手段，化抽象为直观，便于学生观察，使学生易于授受。
2.绘制结构简图，增强对图形的把握。
3.对各细胞器进行对比，明确结构特点。
●难点·突破策略难点1.线粒体的基本结构和功能。
2.叶绿体的基本结构和功能。
突破策略采用启发式教学，发挥学生逻辑思维和想象力。
利用挂图、模型等直观教具，调动学生学习的积极性，突破教学难点。
●教具准备动植物细胞亚显微结构示意图；线粒体结构示意图及模型；叶绿体结构示意图及模型；投影仪；液泡模型；多媒体课件。
●学法指导领悟指导法：即在教师提示启发下让学生自悟的学习方法。
对比是本节课教学中应用的一种方法，运用它会有效地提高学生的领悟性。
●课时安排4课时(讲授2课时，实验2课时)第一课时●教学过程导课复习提问：1.细胞膜位于原生质的什么部位?2.细胞膜的分子结构和结构特点是什么?3.细胞膜的主要功能是什么?4.如何解释细胞的选择透过性?学生回答，教师给予肯定，并鼓励学生。
在此基础上做概括：归根到底细胞膜在于保证细胞内部的复杂的生物化学过程——合成和分解过程顺利地进行。
这些生化反应是大量地、．．．．有序地、互不干扰．．．．地进行着。
细胞质作用功能
细胞质作用功能
细胞质作用功能：
细胞质是进行新陈代谢的主要场所,绝大多数的化学反应都在细胞质中进行.同时它对细胞核也有调控作用。
1.细胞质是细胞膜以内、细胞核以外的部分。
由均质半透明的胞质溶胶即细胞质基质和各种细胞器组成。
3.管制外来物质进入细胞内或排出细胞外的作用，以及调节细胞质的“水化”作用。
4.对于如鞭毛和纤毛等后成质的形成，以及对于细胞内含物的储藏具有重大作用。
例如，蛋白质、脂肪粒、肝糖、植物碱等多数集存在细胞质内。
5.为维持细胞器的实体完整性，提供所需要的离子环境。
6.供给细胞器行使功能所必须的一切底物。
7.影响细胞的分化。
例如在胚胎发育过程中，卵子的细胞质对于“分化”起着很重要的作用。
这已经为实验胚胎学者大量的事实材料所证实。
8.进行某些生化活动，如上面提到的糖酵解、核酸、脂肪酸和氨基酸代谢的某个阶段，需要依靠细胞质中处于相对游离状态的酶来完成。
2质膜、细胞质基质
AC CC AC
49
（1）α亚单位
控制着被降解底物进入蛋白酶体 α环中央口被α亚单位N末端肽链所 占据， α环完全关闭 α 3亚单位 控制环口的关闭 7个亚单位均无催化活性，但可提供 调节亚单位复合体的锚定位点 含核定位信号，可标定蛋白酶体进 入核内。
允许降解产物出蛋白酶体
AC CC AC
真核
细胞
2
质 膜 （PM）
双层膜包绕的细胞器：线粒体、叶绿体、 细胞核。
生物膜 (biomembrane)：细胞内的所有膜 相结构的统称。
细胞膜（cell membrane):曾指质膜，现 泛指包绕细胞质和细胞器的界膜。
《细胞生物学名词》第二版 2009 科学出版社
3
第一节 质膜的化学组成与分子结构 膜脂的种类和分子结构 质膜的蛋白质 质膜的复合糖类 质膜的分子结构模型
45
一 蛋白酶体的结构
真核细胞中蛋白酶体存在于细胞质和细胞核， 是分解内源性蛋白质的主要酶系统
真核细胞中蛋白酶体在密度梯度离心中的沉降 系数为26S，又称为26S蛋白酶体。
26S蛋白酶体由一个20S核心颗粒（core particle，CP）和1-2个19S调节颗粒（ regulator particle, RP）组成
Peripheral protein
13
四、质膜的分子结构
流动镶嵌模型 (fluid mosaic model)
1972 年 提出。Singer, S. J. and Nicolson, G. L., Science 1972; 175: 720-731
•流动镶嵌模型 (fluid mosaic model)
存在方式： 糖缀合物 (glycoconjugates, 或糖复合物） ：由糖类与非糖分子通过糖苷键 (glycosidic linkage)共价结合而成，包括 糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂。
第五章 细胞质基质与细胞内膜系统
在ER发生N-连接的糖基化（识别过程与酶的空间结构有关） 在CGN形成M6P 溶酶体蛋白在TGN与膜上的M6P受体结合，出芽向溶酶体中转移 前溶酶体的形成：膜上有质子泵，胞内呈酸性。使受体与酶分离 以上仅为一个特例，并非所有融酶体蛋白都具有M6P信号；很多蛋 白质的分选也不以糖链作为信号
胰腺腺泡细胞中的rER
二、内质网的功能
行使多种重要功能的复杂的结构体系 （1）粗面内质网
蛋白质的合成、加工和转运 脂质的合成； 糖原分解（6-磷酸葡萄糖酶）； 解毒（细胞色素P450家族酶系）； 离子调节（钙库）； 渗透压调节； 胆汁、胃酸、血小板形成等
（2）光滑内质网
蛋白质的糖基化及其修饰
由内质网和高尔基体协同，真核细胞发展了 复杂的蛋白质糖基化加工过程。
糖链仅连接在几种氨基酸残基上，即Asn（N－ 连接）或Ser、Thr、Hly/Hpr（O-连接） 糖基化的确切生物学功能尚不清除
高尔基体还进行蛋白聚糖的装配 糖脂的装配可能与糖蛋白的装配相似 植物细胞的高尔基体合成更加丰富的多糖
•内质网形成一个双膜的杯形结构(a,b),衰老的细胞器(线粒体)从 杯口进入(c), 然后封口(d),形成双膜的小泡。小泡与成熟的溶酶 体融合(e),或与来自溶酶体分泌小泡融合(f), 溶酶体的酶降解融 合泡中的底物(g)。 •
异噬性溶酶体(heterolysosome)
又称异体吞噬泡, 它的作用底物是外源 性的, 即细胞经吞噬、胞饮作用所摄入 的胞外物质。异噬性溶酶体实际上是初 级溶酶体同内吞泡融合后形成的。
植物溶酶体
液泡(vacuoles)
细胞质基质ppt 通用
植物细胞
动、植物细胞 单层膜
3）能产生ATP的结构
线粒体 （有氧呼吸的第二、第三阶段） 叶绿体 （光合作用的光反应阶段） 细胞质基质 （无氧呼吸以及有氧呼吸的第一阶段）
注：在此还可引导学生回忆动物肌肉细胞的磷酸肌酸能水解产生ATP：
CP+ADP 酶 ATP+C
4）具有半自主性复制的结构 线粒体、叶绿体（都含有少量DNA和RNA） 注：在此可引导学生认识线粒体和叶绿体的核外基因及其表达体 系，即：线粒体和叶绿体中除有DNA外，还有RNA（mRNA、 tRNA、rRNA）、核糖体、氨基酸活化酶等，都具有独立进行 转录和翻译的功能，具有“自主性”。但线粒体和叶绿体中自 身编码合成的蛋白质并不多，它们中的绝大多数蛋白质是由核
肝细胞
肾皮质细 平滑肌细 心肌细 胞 胞 胞 400个 260个
动物冬眠 状态下的 肝细胞
950个
12500个 1350个
(1)心肌细胞的数量最多,这是因为? 心肌细胞运动量大,因不停的收缩舒张,需能量多。 (2)动物冬眠状态下肝细胞中的线粒体比常态下多的原因是 冬眠时动物维持生命活动的能量主要靠肝脏,肝脏代谢加强,需能 量多. (3)从表中所示数据可以看出线粒体的多少与什么有关 细胞新陈代谢的强弱。
高尔基体
高尔基体
结构：单层膜细胞器
分布：普遍存在于动物、植物细胞中
功能：（动植物功能不同）
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细胞基质与功能
5.1. 细胞外基质
熟练掌握概念和功能意义概要
细胞外基质：分布于细胞外空间、由细胞分泌的蛋白质和多糖构成的网络结构，其主要成分动物细胞的胞外基质主要三种类型：1.结构蛋白：包括胶原蛋白和弹性蛋白，分别赋予细胞外基质强度和韧度，2.蛋白聚糖，由蛋白和多糖共价形成，具有高度亲水性，从而赋予细胞外基质抗压能力；3.粘连糖蛋白，包括纤连蛋白和层粘连蛋白，有助于细胞粘连到细胞外基质上。
主要功能：动物组织的构建既是多细胞相互作用的结构，又是细胞与胞外基质相互作用、相辅相成的结果。
不仅为组织的构建提供了支撑框架，还对与其接触的细胞的存活、发育、迁移、增殖、形态以及其他功能产生重要的调控作用。
还有信号转导功能。
5.1.1.理解掌握动物细胞的胞外基质
5.1.1.1.胶原纤维：类型及分子结构和纤维特征；合成、修饰、组装和交联；功能
5.1.1.2.弹性（弹力）蛋白纤维：结构特点、分布和功能
5.1.1.3.氨基聚糖：分子结构特点；种类；特性和功能意义；透明质酸的特殊功能意义
5.1.1.4.蛋白聚糖：分子结构特点；与透明质酸为轴的更大复合结构；功能意义（包括参与构成基底膜）
5.1.1.5.层粘连蛋白和纤粘连蛋白：结构特点、功能意义
5.1.1.
6.胞间粘连分子：依赖于Ca2+的，不依赖于Ca2+的；功能意义
5.1.2.掌握植物细胞的胞外基质－细胞壁：成分、结构和功能概况
5.2. 细胞质基质的概念和功能
5.2.1.掌握关于细胞质基质的不同概念和结构问题
一、细胞质基质的概念
细胞质基质是指细胞质中除去膜性细胞器之后，剩下的无定形胶状物质，占据细胞体积
一半以上，内含大量水、生物大分子以及多种代谢中间产物。
二、细胞质基质的结构
1.细胞质基质是一个高度有序的体系；
2.细胞质基质是种黏稠的胶体，多数的水分子以水化物形式紧密结合在蛋白质和其他大分子表面的极性部位，只有部分水分子以游离态存在，起溶剂作用。
3.细胞质基质中蛋白质分子和颗粒性物质的扩散速率仅为水溶液的1/5，更大的结构如分泌泡和细胞器等固定在细胞质基质的某些部位上，或沿细胞骨架定向运动。
5.2.2.理解细胞质基质的功能
1.为某些蛋白质合成和脂肪酸合成提供场所。
细胞内所有的蛋白质合成的起始步骤都发生在细胞质基质中游离的核糖体上，具有特殊的N端信号序列分泌蛋白合成起始后多核糖体很快转移到内质网膜上，边合成边转移到内质网腔，然后再以膜泡运输的方式由内质网转移到高尔基体并进一步完成蛋白质的分选。
其他蛋白质的合成均在细胞质基质中游离的核糖体上合成，并根据蛋白质自身携带的信号，分别转运到线粒体、叶绿体、微体以及细胞核中，也有些蛋白质驻留在细胞质基质中，构成本身的结构成分。
2.与细胞质骨架相关：细胞质骨架作为细胞质基质的主要结构成分，不仅与维持细胞的形态、细胞的运动、细胞内物质运输及能量传递有关，而且也是细胞质基质结构体系的组织者，为细胞质基质中其他成分和细胞器提高锚定位点。
3.与细胞膜相关：一是细胞内各种膜相细胞器使细胞质基质产生区室化，从而通过生物膜结构将蛋白质等生物大分子限定在膜的二维平面上，促进反应高效而有序的进行；二是依靠细胞膜或细胞器膜上的泵蛋白和离子通道维持细胞内外跨膜的离子梯度，依靠细胞膜某些协同转运蛋白调节细胞质基质的PH稳态。
4.细胞质基质对蛋白质的修饰、加工与降解有重要作用。
（1）细胞质基质中可对蛋白质进行各种修饰。
eg：酶蛋白与辅因子的结合、蛋白质的磷酸化与去磷酸化、糖基化、甲基化等
（2）细胞质基质对蛋白质的寿命起到调控作用，真核细胞中存在泛素化降解途径。
泛素是指真核细胞中高度保守的一类小分子蛋白质，能够通过与靶蛋白N 端的Lys 残基共价结合，指导其进入蛋白酶体中降解。
泛素降解途径的组成：E1（泛素激活酶）、E2（泛素结合酶）、E3（泛素连接酶）
通过该途径进行降解的蛋白质主要有两类：1.错误折叠或异常的蛋白2.需要进行存量调控和不稳定的蛋白。
蛋白酶体泛素降解途径的过程：
①泛素活化酶（E1）通过形成酰基-腺苷酸中介物使泛素分子C端被激活，该反应需要ATP
②转移活化的泛素分子与泛素结合酶（E2）的半胱氨酸残基结合
③异肽键的形成，即与E2结合的泛素羧基和靶蛋白赖氨酸侧链的氨基之间形成异肽键，
该反应由泛素连接酶（E3）催化。
当泛素化的靶蛋白其泛素自身的赖氨酸残基也被泛素化时，便形成具有寡聚泛素链的泛素化蛋白。
泛素化标签被蛋白酶体帽识别，并利用ATP水解提供的能量驱动泛素分子的切除和靶蛋白的解折叠，去折叠的蛋白质转移到蛋白酶体的核心腔内被降解。
多聚泛素链解聚行成单体，可重复利用。
（3）细胞质基质中能够降解变性与错误折叠的蛋白质。
（4）细胞质基质中，变性或错误折叠的蛋白质能够在分子伴侣的协助下恢复构象。
分子伴侣是指一类能够协助多肽链正确折叠与分选的蛋白质，且在基因的行为，细胞骨架的组装与细胞信号转导中起重要作用。
eg：hsp 70。