细胞的结构和功能
一、原核细胞与真核细胞的结构与功能
1．主要细胞器的结构与功能
(1)结构
(2)成分
(3)功能上：
①与能量转换有关的细胞器(或产生ATP的细胞器)：
叶绿体：光能(→电能)→活跃的化学能→稳定的化学能；
线粒体：稳定的化学能→活跃的化学能。
②与主动运输有关的细胞器：
线粒体——供能；核糖体——合成载体蛋白。
2．细胞形态多样性与功能多样性的统一 [难点]
(1)哺乳动物的红细胞呈两面凹的圆饼状，体积小，相对表面积大，有利于提高O2和CO2交换效率。
(2)卵细胞体积大，储存丰富的营养物质，为胚胎早期发育提供营养。
(3)具有分泌功能的细胞往往具有很多突起，以增大表面积，提高分泌效率，且细胞内内质网和高尔基体含量较多。
(4)癌细胞形态结构发生改变，细胞膜上糖蛋白含量减少，使得癌细胞间黏着性减小，易于扩散和转移。
(5)代谢旺盛的细胞中，自由水含量高，线粒体、核糖体等细胞器含量多，核仁较大，核孔数量多。
3．有关细胞结构的疑难问题点拨
(1)生物名称中带有“菌”字的并非都是原核生物，如真菌类(酵母菌等)。
(2)生物名称中带有“藻”字的并不都是植物，如蓝藻属于原核藻类，但红藻、绿藻等属于真核藻类。
(3)有细胞壁的不一定都是植物细胞，如原核细胞、真菌细胞也有细胞壁。
(4)并非植物细胞都有叶绿体和大液泡，如根尖分生区细胞就没有叶绿体和大液泡。
(5)有中心体的细胞不一定是动物细胞，也可能是低等植物细胞。
(6)有叶绿体和细胞壁的细胞一定是植物细胞。
(7)蓝藻等原核生物虽无叶绿体和线粒体，但仍能进行光合作用和有氧呼吸。
(8)哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和众多的细胞器，所以自身不能合成蛋白质，呼吸方式为无氧呼吸，不能进行细胞分裂，而且寿命较短。
二、生物膜系统的结构和功能
1．生物膜的组成、结构和功能
(1)在化学组成上的联系
①相似性：各种生物膜在组成成分的种类上基本相同，都主要由蛋白质和脂质组成。
②差异性：各种生物膜在组成成分的含量上有显著差异，这与生物膜的功能有关系；功能越复杂的生物膜中蛋白质的种类和数量越多；具有识别功能的细胞膜中多糖含量较多。
(2)在结构上的联系：
①各种生物膜在结构上大致相同，都是由磷脂双分子层构成基本骨架，蛋白质分布其中，都具有一定流动性的结构特点。
(3)在功能上的联系(以分泌蛋白为例)：
2.细胞膜结构和功能特性及其实验验证［难点］
（1）结构特性——流动性：
①结构基础：构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是运动的。②验证实验：荧光标记的小鼠细胞与人细胞融合实验，如图所示：
（2）功能特性——选择透过性：
①结构基础：细胞膜上载体蛋白的种类和数量。
②实验验证：
含不同无机盐离子的溶液+不同植物
不同植物对同一种无机盐离子的吸收有差异，同一种植物对不同种无机盐离子的吸收也有差异——植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有“选择性”。
3．有关生物膜的疑难问题点拨
(1)不同生物膜之间相互转化的结构基础是膜的流动性。
(2)间接相连的生物膜之间借助“膜泡”或“囊泡”形式相互转化。
(3)生物膜的流动性受温度影响，低温时膜的流动性减弱。
(4)核糖体、中心体不属于生物膜系统的组成结构；生物膜系统是真核生物特有的结构体系，原核生物只有细胞膜，无生物膜系统。
三、细胞器和细胞核的结构和功能
1．影响物质跨膜运输的因素
(1)物质浓度(在一定浓度范围内)：
(2)O2浓度：
(3)温度：
温度可影响生物膜的流动性和有关酶的活性，因而影响物质的运输速率，如低温会使物质跨膜运输速率下降。
2．探究物质跨膜运输的方式
(1)探究是主动运输(转运)还是被动运输(转运)：
(2)探究是自由扩散还是协助扩散：
3．有关物质运输方式的疑难点拨 [易混点]
(1)胞吞(内吞)和胞吐(外排)不是跨膜运输。
跨膜运输包括主动运输和被动运输，是由物质直接穿过细胞膜完成的；是小分子物质进出细胞的物质运输方式；其动力来自于物质浓度差或ATP提供。胞吞(内吞)和胞吐(外排)是借助于膜的融合完成的，与膜的流动性有关；是大分子和颗粒物质进出细胞的物质运输方式；靠ATP提供动力。
(2)物质进出细胞核并非都通过核孔。
核孔是大分子出入细胞核的通道；小分子物质进出细胞核是通过跨膜运输实现的，不通过核孔。
(3)无机盐离子的运输方式并非都是主动运输，在顺浓度梯度情况下，也可以被动运输方式进出细胞。
考点1细胞的多样性和统一性
1．细胞结构统一性的体现
(1)真核细胞的共性：都有细胞膜、细胞质、细胞核。
(2)原核细胞的共性：都有细胞膜、细胞质、拟核，细胞质中只有一种细胞器——核糖体。
(3)真、原核细胞的共性：不同的细胞具有基本相同的化学组成——组成元素基本一致，化合物种类也非常相似；均有细胞膜、细胞质，均以DNA作为遗传物质；细胞内均有进行呼吸作用的有关酶；都以ATP作为直接供能物质；细胞的增殖方式相同——细胞分裂；都共用一套相同的密码子。
2．细胞的多样性的体现
(1)真、原核细胞内的结构的区别：真核细胞有核膜包被的成形的细胞核，其中有核仁、染色质(含DNA)；原核细胞无核膜，拟核由裸露的DNA分子构成。
(2)不同真核细胞的形态、结构的差异：与动物细胞相比，植物细胞有细胞壁、液泡，叶肉细胞中还有叶绿体。不同植物或不同动物的细胞不同，是因为所含有的基因不同。同一植物或同一动物的不同组织细胞也各不相同，是因为所含有的基因在不同的细胞中表达不同。
(3)不同原核细胞的形态结构的差异：如细菌有球形、杆形、螺旋形等多种形态，且不同细菌的结构也有差异。
在人体骨骼肌细胞和神经细胞中，下列哪项是相同的( )
A．细胞核与细胞质的体积比
B．脱氧核苷酸和碱基的种类
C．脱氧核糖核酸的种类和含量
D．核糖核酸的种类和数量
下列关于细胞共性的描述正确的是()
A．所有细胞内都含有糖原
B．细胞都能进行分裂和分化
C．细胞都具有细胞质和细胞膜
D．用龙胆紫给细胞染色都能观察到深色的染色体
考点2真核生物细胞器的比较
下列关于真核细胞结构和功能叙述中，错误的是( )
A．抑制线粒体的功能会影响主动运输
B．核糖体由RNA和蛋白质构成
C．有分泌功能的细胞才有高尔基体
D．溶酶体可消化细胞器碎片
C
下列有关细胞结构和功能的叙述中，正确的是()
A．叶肉细胞中的高尔基体数量一般比唾液腺细胞多
B．合成旺盛的细胞与衰老细胞相比，核糖体和内质网不发达
C．汗腺细胞与唾液腺细胞相比，线粒体数量较多
D．皮肤生发层细胞与心肌细胞相比，中心体数量较多
考点3线粒体和叶绿体的比较
1．两者的相似之处
(1)结构方面：都有双层膜且结构名称相似(外膜、内膜、基质)。
(2)遗传方面：两者都含有少量的DNA，都具有一定的遗传独立性，不完全受细胞核的控制，体现细胞质遗传的特点。
(3)能量转换：线粒体和叶绿体都与能量转换有关，但能量转换的形式不同。叶绿体将光能转换为化学能，线粒体将有机物中化学能转换成ATP中化学能。
2．两者的主要不同点
(1)颜色方面：叶绿体中含有色素，线粒体中无色素。
(2)酶方面：两者含有的酶不同，因而完成的生理功能不同(如物质转化)。
(3)分布不同：线粒体是动、植物细胞都具有的，叶绿体是绿色植物特有的。
下列有关线粒体和叶绿体的叙述，错误的是(
)
A．线粒体和叶绿体携带的遗传信息可以表达出来
B．线粒体和叶绿体为双层膜结构，其内膜中酶的种类相同
C．线粒体内膜向内折叠形成嵴，叶绿体类囊体堆叠形成基粒
D．蓝藻没有叶绿体也能进行光合作用
线粒体和叶绿体都具有一定的遗传独立性，所携带的遗传信息可以表达出来，不完全受细胞核的控制。线粒体内膜向内折叠形成嵴，叶绿体类囊体堆叠形成基粒，均增大了膜面积。蓝藻没有叶绿体，但含有光合作用所需要的色素和酶，属自养型生物。线粒体和叶绿体功能不同，因此内膜中酶的种类也不相同。
B
下列对线粒体和叶绿体的有关叙述中，正确的是()
A．它们分别是有氧呼吸和光合作用全过程的场所
B．它们都可以产生水和ATP
C．在光镜下，可以分别观察到线粒体膜和叶绿体膜
D．线粒体在生物细胞中普遍存在，叶绿体是植物细胞特有的细胞器
考点4细胞亚显微结构中的相关知识点归纳、总结
1．高等动、植物细胞一般均有的细胞器是高尔基体、线粒体、核糖体、内质网等。
高等动物(低等植物)细胞特有的细胞器是中心体。
植物细胞特有的结构是细胞壁、液泡、叶绿体，特有的细胞器是液泡、叶绿体。
动、植物细胞都有但功能不同的细胞器是高尔基体。
能合成多糖的细胞器有叶绿体、高尔基体。
2．能产生水的细胞结构有线粒体(有氧呼吸的第三阶段)、叶绿体(暗反应过程中)、核糖体(脱水缩合)等。
3．与主动运输有关的细胞器是线粒体(供能)、核糖体(合成载体蛋白)。
4．与能量转换有关的细胞器(或产生ATP的细胞器)有叶绿体(光能转换：光能→电能→活跃的化学能→稳定的化学能)、线粒体(化能转换：稳定的化学能→活跃的化学能)。
5．储藏细胞营养物质的细胞器是液泡。
6．含有核酸的细胞器是线粒体、叶绿体、核糖体。
7．能自我复制的细胞器是线粒体、叶绿体、中心体。能发生碱基互补配对行为的细胞器有线粒体、叶绿体、核糖体。
8．参与细胞分裂的细胞器有核糖体(间期蛋白质合成)、中心体(发出的星射线)、高尔基体(与植物细胞分裂时细胞壁的形成有关)、线粒体(供能)。
9．含色素的细胞器有叶绿体(叶绿素和类胡萝卜素等)、液泡(花青素等)。
另外，在能量代谢水平高的细胞中，线粒体含量多，动物细胞中线粒体比植物细胞多。蛔虫和人体成熟的红细胞(无细胞核)中无线粒体，只进行无氧呼吸。需氧型细菌等原核生物体内虽然无线粒体，但细胞膜上存在着有氧呼吸链，也能进行有氧呼吸。蓝藻属原核生物，无叶绿体，有光合片层结构，也能进行光合作用。高等植物的根细胞无叶绿体和中心体。
10．光学显微镜下可见的结构有：细胞壁、细胞质、细胞核、核仁、染色体、叶绿体、线粒体、液泡。
图a、图b是某细胞结构不同放大倍数的模式图，图b中的①～⑧是细胞内的相关结构。下列关于此图的叙述，正确的是(
)
A．图a可能是洋葱的根尖细胞
B．细胞的渗透吸水能力与⑤内溶液浓度有关
C．细胞遗传和代谢的控制中心是③
D．具有膜结构的细胞器有①②④⑥⑧
右图是显微镜视野中某细胞的一部分，有关该细胞叙述正确的是()
A．图示为光学显微镜下的细胞结构
B．图中有两个中心体
C．核酸仅存在于结构1、6中
D．结构1和3在行使其功能时有水生成
图示亚显微结构必须借助电镜才能观察到。图中有一个中心体，包括两个相互垂直的中心粒。核糖体的主要成分是RNA和蛋白质。有氧呼吸第三阶段、氨基酸脱水缩合过程中有水生成。
D
考点5细胞器的分工与合作
各种生物膜在功能上既有明确分工，又有紧密联系。以分泌蛋白的合成与分泌为例列表如下：
实验中用35S标记一定量的氨基酸来培养某哺乳动物的乳腺细胞，测得与合成和分泌乳蛋白相关的一些细胞器上放射性强度的变化曲线如图甲所示，在此过程中有关的生物膜面积的变化曲线如图乙所示。
图中曲线所指代的细胞结构相同的是(
)
A．b和d
B．c和f
C．a和e
D．a和d
难点一 有关细胞膜与生物膜系统
1．细胞间生物膜信息交流的方式
2.生物膜系统的两个意义
(1)对细胞工程的意义：
细胞工程是现代生物学研究的主要课题，细胞融合则是细胞工程的关键步骤。
膜融合是细胞融合(如植物体细胞杂交，高等生物的受精过程，单克隆抗体的制备)的关键，也与大分子物质进出细胞的内吞作用和外排作用密切相关，通过膜之间的联系，使细胞内各种细胞器在独立完成各自生理功能的同时，又能有效地协调工作，保证细胞生命活动的正常进行。例如分泌蛋白的形成。
(2)研究生物膜的意义：
①理论上：阐明细胞生命活动规律。如蛋白质、糖类和脂质的人工合成和运输。
②工业上：人工模拟生物膜功能。如海水淡化、污水处理。
③农业上：改善作物品质。如抗寒、抗旱、耐盐机理的研究。
④医学上：人工膜代替病变器官。如人工肾中的“血液透析膜”。
例1、下列不属于细胞间信息交流的是(
)
A．效应T细胞识别靶细胞
B．高等植物细胞间通过胞间连丝连接
C．兴奋在神经纤维上的传导
D．同种生物的精子与卵细胞结合
细胞间信息交流的方式可归纳为三种主要方式：
(1)通过体液的作用来完成的间接交流。
如内分泌细胞激素体液靶细胞受体靶细胞，即激素→靶细胞。现总结如下：
①若内分泌细胞是下丘脑细胞，靶细胞可能是垂体细胞，激素是促甲状腺激素释放激素或促性腺激素释放激素等；靶细胞还可能是肾小管、集合管细胞，则激素是抗利尿激素；
②若内分泌细胞是甲状腺细胞，靶细胞可以是各种组织细胞，激素是甲状腺激素；
③若内分泌细胞是垂体细胞，靶细胞可以是甲状腺细胞、性腺细胞或各种组织细胞，激素可能是促甲状腺激素、促性腺激素或生长激素等；
④若内分泌细胞是胰岛A细胞，靶细胞可能是肝细胞，激素是胰高血糖素；
⑤若内分泌细胞是胰岛B细胞，靶细胞可能是肝细胞、肌细胞、各种组织细胞等，激素是胰岛素等。
特例：①若分泌细胞是浆细胞，靶细胞可能是抗原(如自身的癌细胞等)，“激素”类似物质是抗体；②若分泌细胞是效应T细胞，靶细胞是被病毒或细菌感染的宿主细胞，“激素”类似物质是淋巴因子等。
(2)相邻细胞间直接接触，通过与细胞膜结合的信号分子影响其他细胞，即细胞←→细胞。如精子和卵细胞之间的识别和结合。
(3)相邻细胞间形成通道使细胞相互沟通，通过携带信息的物质来交流信息。如高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，进行细胞间的信息交流。
例2、下列关于动物细胞生物膜的叙述中正确的是(
)
A．构成细胞膜的脂质主要是磷脂、脂肪和胆固醇
B．细胞内产生ATP的过程均在生物膜上进行
C．生物膜的特定功能主要是由相应基因控制的膜蛋白决定的
D．磷脂是生物膜的主要成分，也是线粒体、中心体等有膜结构的主要成分
真核细胞除质膜(又称细胞膜)外，还有分隔各种细胞器的内膜系统，包括核膜、线粒体膜、内质网膜、溶酶体膜、高尔基器膜、叶绿体膜等。生物膜所具有的各种功能，在很大程度上决定于膜内所含的蛋白质；细胞和周围环境之间的物质、能量和信息的交换，大多与细胞膜上的蛋白质有关。细胞膜通过特定的通道或运载体把某种分子(或离子)转运到膜的另一侧去。这种转运有选择性，通道或运载体能识别所需的分子或离子，能对抗浓度梯度，所以是一种耗能过程。核膜对核内外物质的转运有高度选择性，离子和小分子的通透是由核膜调节的，而核酸、蛋白质大分子的通透则是由核孔复合体的选择通透性控制的。
难点二生物膜在结构和功能上的联系及有关膜损伤的原因
1．生物膜在结构和功能上的联系
(1)各种生物膜在结构上的联系：
(2)各种生物膜在功能上的联系：
结论：各种生物膜在功能上既有明确的分工，又有紧密联系。
2．膜损伤的原因及可能引起的生理异常
膜损伤的原因归纳为：缺氧、物理因素、化学物质和药物、生物因素、免疫因素、营养因素等。
(1)生物膜成分的改变：
①膜蛋白的变化，主要表现在膜蛋白(尤其是通道蛋白)性质的改变，使得通道蛋白长期打开或长期关闭，从而使得膜透性增加或下降。
②膜脂质的变化，主要表现在膜透性增大，膜流动性增加，或膜透性下降。
(2)体液受酸性物质污染后，pH下降，影响到组织器官的功能和人体细胞的活性，并且使细胞膜上蛋白质合成困难，各种酶活性下降，细胞膜容易受损，细胞容易发生突变或死亡。
(3)当毒素浓度达到一定量时，不仅直接破坏细胞结构，而且可致溶酶体膜及线粒体膜受损，从而出现相应器官的病理改变，分别发生内溶物逸出和产能(或ATP)减少及呼吸降低或丧失。甚至导致线粒体内DNA受损，影响物质的运输。
(4)高温引起催化暗反应的有关酶变性甚至遭到破坏，同时高温还会导致叶绿体膜等结构发生变化和受损；高温加剧植物的呼吸作用，而且使二氧化碳溶解度的下降超过氧溶解度的下降，结果利于呼吸作用而不利于光合作用。
(5)破坏内质网膜，对糖类和脂类的合成、解毒、同化作用及运输蛋白质等功能等都有影响。
(6)核膜受损，影响核内的DNA分子结构和物质交换的通道。
(7)非膜结构受损，如核糖体，同样会影响其合成蛋白质功能丧失。
例3科学家经过研究提出了生物膜的“流动镶嵌模型”。请分析回答：
(1)在“流动镶嵌模型”中，构成生物膜的基本骨架是________，由于________的分布使生物膜的结构表现出不对称性。
(2)用荧光抗体标记的人—鼠细胞融合的实验过程及结果如图1－2－2所示。此实验结果直接证明了细胞膜中的________，由此能较好地解释细胞膜结构的________性。
(3)科学家在研究线粒体结构和功能时发现，其外膜包含很多称作“孔道蛋白”的整合蛋白，可允许某些离子和小分子顺浓度梯度通过。物质的这种跨膜方式为________，体现了生物膜功能上的________性。若将线粒体的蛋白质提取出来，脱离膜结构的大部分蛋白质无法完成其生理功能，说明______________________是完成生命活动的基础。
(4)图1－2－3为胰岛B细胞结构模式图(局部)。胰岛B细胞通过基因控制合成并分泌胰岛素，参与此过程的所有具膜的细胞结构有________(用图中序号表示)。胰岛素以胞吐方式分泌出胰岛B细胞后，作用于靶细胞，通过促进靶细胞______________，发挥降低血糖的作用。
(5)以上事实主要体现了生物膜在________上的统一及联系。
图1－2－3
难点三细胞结构与功能相关知识的归纳
1．线粒体和叶绿体的比较
2.细胞质基质、线粒体基质和叶绿体基质的比较
3.植物体、动物体不同部位细胞所具有细胞器的区别
4.原核细胞和真核细胞结构的比较
原核生物与真核生物都是由细胞构成的，在细胞结构和生命活动等方面存在着许多差异。比较如下：
例4、细胞质基质是细胞代谢的重要场所。下列有关细胞质基质的叙述不正确的是(
)
A．胡萝卜的细胞质基质的成分中不含有胡萝卜素
B．细胞质基质能为细胞核提供ATP、酶、DNA等
C．同一个体不同细胞的细胞质基质的成分有区别
D．哺乳动物受精卵的细胞质基质主要来自于卵细胞
细胞质基质是活细胞进行新陈代谢的主要场所，其为新陈代谢的进行提供所需要的物质和一定的环境条件。例如提供ATP、核苷酸、氨基酸等。
例5、下列有关细胞器的叙述中，错误的是(
)
A．液泡内的细胞液中含有糖类、无机盐等物质
B．性激素的合成与内质网有关
C．溶酶体对自身细胞结构无分解作用
D．线粒体既有核酸又具有双层膜
细胞器是细胞质中具有一定结构和功能的微结构。细胞中的细胞器主要有：线粒体、内质网、中心体、叶绿体、高尔基体、核糖体等。它们组成了细胞的基本结构，使细胞能正常的工作、运转。
难点四 与细胞结构有关的实验
细胞的结构的内容中有许多实验，它们的方法与原理分别是：
特别提示：判定细胞死活的方法
(1)染色排除法：如用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断出细胞的死活。
(2)观察细胞质是否流动：活的细胞由于不断进行代谢，细胞质是流动的，而死细胞的细胞质是不会流动的。
(3)质壁分离与复原的方法：活的成熟的植物细胞由于细胞膜具有选择通透性，会在高浓度溶液中发生质壁分离并在有的低浓度溶液中自动复原，而死的植物细胞不会发生这种现象。
易错点一脂肪与脂质、脂质与磷脂、固醇与胆固醇关系
有的同学经常把脂肪和脂质混淆，认为二者是相同的，或者认为脂肪包括脂质，这些看法都是错误的。脂肪只是脂质中的一类物质，脂质除包括脂肪以外，还包括磷脂和固醇。脂肪元素组成只有C、H、O三种，脂质的元素组成除C、H、O外，有的还有N、P。磷脂是构成生物膜的主要成分，是脂质的一种。固醇包括胆固醇、性激素和维生素D。
例1、下列图中动植物糖类、脂质的分类与比较正确的是（）
解析：还原糖不包括蔗糖、葡萄糖不属于二糖；固醇和脂肪都是脂质的一种；固醇不属于生物大分子。
答案：A
易错点二RNA和ATP的关系
例2、ATP去掉二个磷酸基团后的剩余部分是组成RNA的基本单位之一的腺嘌呤核糖核苷酸。
例2、在下列四种化合物的化学组成中，与圆圈中“A”所对应的名称相符合的是
A．①——腺嘌呤核糖核苷酸
B．②——腺苷
C．③——腺嘌呤脱氧核苷酸
D．④——腺嘌呤
易错点三细胞骨架
细胞骨架不是细胞膜骨架，它是真核细胞中的蛋白纤维网络结构。发现较晚，主要是因为一般电镜制样采用低温（0-4℃）固定，而细胞骨架会在低温下解聚。直到20世纪60年代后，采用戊二醛常温固定，才逐渐认识到细胞骨架的客观存在。真核细胞借以维持其基本形态的重要结构，被形象地称为细胞骨架，它通常也被认为是广义上细胞器的一种。
细胞骨架不仅在维持细胞形态，承受外力、保持细胞内部结构的有序性方面起重要作用，而且还参与许多重要的生命活动，如：在细胞分裂中细胞骨架牵引染色体分离，在细胞物质运输中，各类小泡和细胞器可沿着细胞骨架定向转运；在肌肉细胞中，细胞骨架和它的结合蛋白组成动力系统；在白细胞(白血球)的迁移、精子的游动、神经细胞轴突和树突的伸展等方面都与细胞骨架有关。另外，在植物细胞中细胞骨架指导细胞壁的合成。
例题．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
答案B
