施惠林
摘要:細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能的理解是高中生物教材的重點(diǎn)之一,也是各級(jí)各類考試命題的要點(diǎn)和采分點(diǎn),學(xué)生需要在理解的基礎(chǔ)上加以識(shí)記。但是如果只是拘于教材知識(shí),好多習(xí)題就無(wú)法解決,教師只有在新課或者復(fù)習(xí)階段對(duì)有關(guān)知識(shí)加以拓展延伸,才能順利解決一些綜合試題中的難點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:細(xì)胞器知識(shí) 中學(xué)教學(xué) 教學(xué)延伸
高中生物人教版必修1《分子與細(xì)胞》第3章“細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)”中,細(xì)胞器相關(guān)知識(shí)的教學(xué)活動(dòng)是重點(diǎn)和難點(diǎn)。細(xì)胞器種類繁多,功能和結(jié)構(gòu)各異,識(shí)別和記憶的內(nèi)容很多。教材提到:線粒體是細(xì)胞的“動(dòng)力車間”,葉綠體是植物細(xì)胞的“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉(zhuǎn)換站”。線粒體和葉綠體中含有少量DNA和RNA。至于其中的核酸(DNA、RNA)的功能就沒(méi)有做詳細(xì)介紹。但是習(xí)題中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)要應(yīng)用這些知識(shí)解決的一些問(wèn)題。
下面我就列舉幾個(gè)在平時(shí)經(jīng)常會(huì)涉及有關(guān)細(xì)胞器知識(shí)的判斷題,給予歸納總結(jié)。
問(wèn)題1:某細(xì)胞中,一條還未完成轉(zhuǎn)錄的mRNA已有核糖體與之結(jié)合,并翻譯合成蛋白質(zhì),則該細(xì)胞一定不可能是真核細(xì)胞。
問(wèn)題2:在根尖細(xì)胞中進(jìn)行DNA轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)只有細(xì)胞核。
大部分學(xué)生認(rèn)為這兩個(gè)判斷的答案是正確的。
問(wèn)題1中的表述可以得知,該細(xì)胞可以邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。而真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行,翻譯在細(xì)胞質(zhì)(核糖體)中進(jìn)行的。很顯然轉(zhuǎn)錄和翻譯不是同步的。而原核細(xì)胞無(wú)細(xì)胞核只有擬核,在轉(zhuǎn)錄還未結(jié)束的同時(shí)就可以進(jìn)行翻譯了。
問(wèn)題2中根尖細(xì)胞中核內(nèi)含有DNA,可以進(jìn)行DNA轉(zhuǎn)錄。
拘于高中生物教材中的知識(shí)回答似乎沒(méi)有太大問(wèn)題。因?yàn)楦咧薪滩碾m然介紹了在線粒體、葉綠體中含有DNA和RNA,那么其中的基因是如何表達(dá)發(fā)揮作用的呢?
研究發(fā)現(xiàn),線粒體和葉綠體中除有DNA外,還有RNA(mR—NA,tRNA,rRNAl、核糖體等,說(shuō)明這兩種細(xì)胞器都具有獨(dú)立進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯的功能。就內(nèi)共生學(xué)說(shuō)看,線粒體和葉綠體都是被真核生物內(nèi)吞的原核生物,所以線粒體和葉綠體與原核生物類似,其中的DNA不與蛋白質(zhì)構(gòu)成染色體,而是環(huán)狀DNA,并且具有自己的核糖體。由此來(lái)看,它們的基因表達(dá)過(guò)程應(yīng)該與原核生物的相同,在轉(zhuǎn)錄的同時(shí),正在延長(zhǎng)的mRNA~:就可以開(kāi)始翻譯了。
經(jīng)過(guò)上面知識(shí)的補(bǔ)充、延伸,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題1的錯(cuò)誤在于忽略了真核細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器(線粒體、葉綠體)的轉(zhuǎn)錄翻譯也是同步的。而問(wèn)題2中根尖細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄還可以發(fā)生在細(xì)胞器(線粒體)內(nèi)。
問(wèn)題3:在真核細(xì)胞中,DNA的復(fù)制在細(xì)胞核中完成,而蛋白質(zhì)的合成在細(xì)胞器中完成。
問(wèn)題4:在一個(gè)正在分裂的大腸桿菌細(xì)胞中,既有DNA的復(fù)制又有轉(zhuǎn)錄與翻譯過(guò)程:在一個(gè)人體的神經(jīng)細(xì)胞中,只有轉(zhuǎn)錄與翻譯過(guò)程,沒(méi)有DNA的復(fù)制過(guò)程。
同樣大部分學(xué)生認(rèn)為這兩個(gè)判斷的答案是正確的。
真核細(xì)胞的DNA主要分布在細(xì)胞核內(nèi),只有細(xì)胞分裂時(shí)細(xì)胞核內(nèi)的才能進(jìn)行DNA復(fù)制。而只要是活的細(xì)胞,均可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、翻譯過(guò)程。人體的神經(jīng)細(xì)胞是高度分化的細(xì)胞,失去了分裂能力,不進(jìn)行DNA復(fù)制,只有轉(zhuǎn)錄與翻譯過(guò)程,沒(méi)有DNA的復(fù)制過(guò)程。
線粒體DNA、葉綠體DNA都呈雙鏈環(huán)狀,與細(xì)菌DNA相似。而且其中的DNA都可以自我復(fù)制,復(fù)制也是以半保留方式進(jìn)行的。它們的復(fù)制都受細(xì)胞核的控制,復(fù)制所需的DNA聚合酶都是由核DNA編碼,在細(xì)胞質(zhì)核糖體上合成的。而且細(xì)胞器的復(fù)制與細(xì)胞分裂不是同步的。
經(jīng)過(guò)分析,如果只考慮細(xì)胞細(xì)胞核中DNA,則問(wèn)題3、4這兩句話都是對(duì)的。但是如果考慮到人的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器中DNA的復(fù)制,那么這兩題的敘述顯然是不夠正確的。
問(wèn)題5:細(xì)胞分裂過(guò)程中葉綠體、線粒體是如何增殖的?分裂后細(xì)胞器的數(shù)量會(huì)均等嗎?
在高中生物教材必修1《細(xì)胞的增殖》一節(jié)中提到,正常動(dòng)物細(xì)胞中的中心體由兩個(gè)相互垂直的中心粒構(gòu)成。在細(xì)胞分裂間期一個(gè)中心體復(fù)制,形成兩個(gè)中心體,并在前期逐漸移向兩極,發(fā)出星射線形成紡錘體。細(xì)胞分裂后每個(gè)子細(xì)胞中又各含一個(gè)中心體。
細(xì)胞分裂中不僅要進(jìn)行染色體的復(fù)制并且平分到兩個(gè)子細(xì)胞中,各種細(xì)胞器同樣要增殖,隨著細(xì)胞質(zhì)的分裂進(jìn)入子細(xì)胞中,不同細(xì)胞器其增殖方式亦有所不同。
線粒體的增殖是由原來(lái)的線粒體分裂或出芽而來(lái)的。線粒體的DNA進(jìn)行復(fù)制,線粒體中部縊縮或中間產(chǎn)生隔膜而一分為二。有的線粒體以“出芽”方式進(jìn)行繁殖,先在線粒體上出現(xiàn)球形小芽,然后與母體分離,不斷長(zhǎng)大而形成新的線粒體。
葉綠體由原生質(zhì)分化而來(lái),葉綠體靠分裂而增殖,這個(gè)分裂是靠中部縊縮而實(shí)現(xiàn)的。
細(xì)胞器經(jīng)過(guò)復(fù)制增殖后,子細(xì)胞中的各種細(xì)胞器數(shù)量并不一定是均等分配的。因?yàn)榧?xì)胞器并沒(méi)有類似紡錘體的幫助精確平分的機(jī)構(gòu)。不過(guò)細(xì)胞質(zhì)近似液體,所以細(xì)胞器原本分布就較勻,所以細(xì)胞質(zhì)一分為二后兩個(gè)新細(xì)胞中細(xì)胞器數(shù)量近似。
問(wèn)題:6:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和加工,以及脂質(zhì)合成的“車間”。
高中生物必修1教材介紹,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成和加工,以及脂質(zhì)合成的車間。高爾基體是對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)進(jìn)行加工,分類,包裝。核糖體是生產(chǎn)蛋白質(zhì)的機(jī)器。學(xué)生就要問(wèn)了,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)難道也是合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所嗎?
要解決這個(gè)問(wèn)題,必須對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的知識(shí)做重要拓展。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分為粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)光面和滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的表面所附著的核糖體(也叫核糖核蛋白體)是合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所,新合成的蛋白質(zhì)就進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的囊腔內(nèi)。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)既是新合成的蛋白質(zhì)的運(yùn)輸通道,又是核糖體附著的支架。很顯然分泌蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的核糖體上起始后都會(huì)被轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成,邊合成多肽鏈邊進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行糖基化修飾。準(zhǔn)確地說(shuō),多肽是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體上合成的,但蛋白質(zhì)不只是多肽,還要經(jīng)過(guò)各種復(fù)雜的修飾。因此對(duì)于蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以說(shuō)參與了蛋白質(zhì)的合成。