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1、细胞的生活需要物质和能量教学目标知识目标1能说出细胞中含有的物质。2认识细胞膜具有控制物质进出的功能。3描述细胞质中的线粒体和叶绿体在能量转换方面的作用。能力目标1通过对细胞膜的功能的学习，培养学生的抽象思维能力。2通过对细胞中的物质和能量的认识，培养学生的逻辑推理能力和语言表达能力。3通过对细胞的生命活动具有物质基础的理论认识，提高学生的理解能力。情感目标通过对细胞中物质的认识和对细胞内能量转化的理解，认同细胞生命活动具有物质基础，逐步树立细胞是构成生物体的结构与功能单位，这一生物学基本观点。教学重点1细胞中含有的物质。2细胞膜控制物质的进出。3细胞质中的线粒体和叶绿体在能量转换方面的作用。
2、4培养学生抽象思维能力。教学难点1细胞膜有控制物质进出的功能。2描述细胞质中线粒体和叶绿体在能量转换方面的作用。3让学生理解细胞中的物质和能量。教学方法推理法、类比法。教具准备1教师准备：（1）紫药水及有关紫药水在水中扩散的示意图多媒体录像。（2）有关太阳能热水器和发动机的简单原理课件。（3）有关细胞中物质含量的有关资料。2学生准备：（1）一小杯清水。（2）一支蜡烛、几粒浸软的小麦种子、一节铁丝。课时安排1课时教学过程导入新课教师活动：用谈话式的教学方法让学生接受“细胞生活”这一概念，从而引入本章内容。具体活动如下：地球上生活的绝大多数生物体都是由细胞所构成的。如果我们用肉眼直接去观察动物体或
3、植物体时，总是感觉构成它们的细胞是静止不动的。其实，情况并不是这样的，这些细胞每时每刻都在进行着生命活动：有些细胞在不停的长大，有些细胞在不断地变化，有些细胞在慢慢地死去，还有些又在继续形成新的细胞。这就跟人类社会的生命活动一样，你们在长大，我们在变老，老人又必然走向死亡，但同时又有新的生命诞生。好了，从今天开始，我们就走近细胞，看一看细胞是怎样生活的。我们的日常生活离不开生活用品和食物这两大类资源。生活用品可使我们的生活更加方便、舒适；食物可以给我们提供生活的能量。由此，我们想到了细胞的生活也需要“生活用品”和“食物”吗？如果需要的话，需要些什么样的“生活用品”和“食物”呢？这正是我们这节课
4、所要解决的问题。讲授新课我们在吃水果时经常会有什么样的感觉呢？学生回答：很甜、很酸。那么请喜欢吃甜水果的同学想一下这些水果中含有些什么物质呢？学生回答：糖。再请喜欢吃酸水果的同学想想这些水果中又含有什么物质呢？学生回答：酸性物质。我们在吃水果时最常感觉到的是甜味，它是由一些糖类物质的存在而造成的；还有些水果是发酸的，这是由于水果中含有一些酸性物质。科学家已经证明不管是糖类物质，还是酸性物质，而且还包括许多其他物质都是由分子所构成的。分子很小，我们无法用肉眼直接观察到。所以这些物质都是由许许多多个分子组合起来所构成的。下面我们做一个小实验。学生活动：在每个小组准备的清水中滴几滴紫药水，观察杯中的
5、现象，想想这是怎么回事。教师活动：通过实验我们发现清水慢慢变紫了。这是因为构成紫药水的紫色的分子慢慢扩散，挤到水分子的中间，最后就将整杯清水都变紫了。（同时演示多媒体）在细胞的细胞质中也存在有许许多多种分子。主要有水、无机盐、氧、糖类、脂类、蛋白质和核酸分子。那么如何来区分这些物质呢？我们再来做一个小实验。学生活动：取一粒浸软的小麦种子，穿到铁丝上。将蜡烛点燃，把小麦种子放到火上烧。注意观察小麦种子的变化。教师活动：通过实验我们可以发现，刚开始小麦种子在燃烧，但燃烧并不完全，还剩下一些灰烬。小麦种子的细胞中的分子中，糖类、脂类、蛋白质和核酸分子中都含有碳，可以燃烧叫做有机物，经燃烧消失了。水和
6、氧不含碳，经加热散失到空气中，无机盐也不含碳，也不能消失最后被剩下了。水、氧、无机盐都不含碳，也不能燃烧叫做无机盐。有机物和无机物都是细胞质中含有的物质，而且含量很高。细胞中的物质占细胞鲜重的比例为：水80%90%，无机盐1%15%，蛋白质7%10%，脂类1%2%，糖和核酸1%15%，正是由于有这些物质的存在，才能让细胞完成各项生命活动。既然这样就不能让它们轻易跑到细胞外，可是细胞在进行生命活动过程中又会形成一些废物还得排出去，如果不排出去就会影响正常生活。这就需要一个“明辨事非”的“保安”来管理。细胞膜正好可以担负起这项重任。它将细胞内部与外部分隔开，却没有封闭起来，能让有用的物质进去，还可
7、以把废物排出去。比如，我们经常吃的薯片。在晒薯片时，不分子就透过细胞膜散失到空气中去，可我们在吃起来依然有甜味，这就说明：有用的有机物没有跑出去。细胞每时每刻都在进行生命活动，那不“吃饭”行吗？它又是如何“吃饭”的呢？先让我们看一个例子。（演示多媒体）太阳能热水器这种高科技产品的高效、方便的服务受到人们的青睐，那大家知道它的原理是怎么回事吗？原来太阳能热水器只是利用一些特殊材料把太阳能转化成的一种能量转换器。像这种例子还很多。汽车发动机也是一种，它是把汽油的化学能转化成为动能让汽车能够跑起来。在细胞结构中也存在有能量转换器；线粒体和叶绿体。叶绿体相当于热水器把太阳能转换成化学能贮存起来，当细胞
8、需要能量时再利用线粒体进行转化。动物细胞直接利用植物细胞贮存的能量进行转化利用。所以说线粒体和叶绿体是细胞内的两种能量转换器。课堂小结本节课我们了解了细胞内含有的物质，以及细胞膜具有控制物质进出的功能，重点认识了细胞质中线粒体和叶绿体在能量转换方面的作用。今后还需要同学们继续在这些方面多多积累和认识。下面我们来做一些课堂练习。巩固练习1细胞中所含有的物质可分为两类：一类是分子比较小的，一般不含碳，如_、_、_，这类物质叫_，一类是分子比较大，一般含有碳，如_、_、_和_，这类物质叫_。答案：水无机盐氧无机物糖类脂类蛋白质核酸有机物2细胞中的能量转换器有_和_。答案：线粒体叶绿体3细胞膜的功能是
9、_细胞。答案：控制物质进出4动物细胞中的能量转换器是A液泡B染色体C线粒体D叶绿体答案：C5能控制物质进出的细胞结构是A细胞膜B细胞质C细胞核D细胞壁答案：A6下列物质中属于无机物的是A糖类B脂类C氧D核酸答案：C7把结构和功能用线段连起来。细胞膜动力车间叶绿体控制物质进出线粒体使光能转变成化学能答案：略布置作业在学习和生活中多注意能量转换的事例并用我们所学有关细胞的知识加以解释。活动与探究1根据下图回答问题。（1）_和_是细胞内的能量转换器。（2）能控制物质进出的是_。（3）试指出其他两个结构。（4）4_5_2心肌细胞活动旺盛，与腹肌细胞相比，线粒体数目A多B少C相等D不确定3能量的最终来源
10、是A植物体中的化学能B食物中的化学能C太阳光能D热能板书设计第二章细胞的生活第一节细胞的生活需要物质和能量一、细胞中的物质1无机物：水、无机盐、氧2有机物：糖类、脂类、蛋白质、核酸二、细胞膜的功能控制物质的进出三、细胞中的能量转换细胞生活所需能量有机物中的化学能太阳光能备课资料一、线粒体细胞的呼吸作用主要是在线粒体内进行的。线粒体的内部结构，在光学显微镜下不能分辨，只有在电子显微镜下才能看清楚。线粒体由内外两层膜组成。外膜即界限膜，使线粒体与周围的细胞质分开，是各种分子和离子进入线粒体内部的障壁。内膜的不同部位向线粒体的中心腔折叠，形成嵴。这样就大大增加了酶分子附着的表面，并且把酶分子密集地包
11、在线粒体里。内膜和外膜在化学成分和物理特性上都有显著的差异。例如，它们在蛋白质的含量，特别是在类脂的分布上是很不相同的。外膜比内膜的磷脂含量要高23倍；外膜的通透性也比内膜高得多。外膜的通透性高，为线粒体与周围细胞质之间进行充分的物质交换提供了条件。内膜的通透性差，可以使催化三羰酸循环的复杂酶系统保留在内膜的间隔中，保证呼吸作用的进行。线粒体膜上还具有小孔，这样，呼吸作用所产生的ATP可以更容易地向线粒体外面扩散。线粒体既然是细胞进行呼吸作用的主要场所，那么有关催化三羧酸循环、氨基酸代谢、脂肪酸分解、电子传递、能量转换、DNA复制和RNA合成等过程所需要的一百多种酶和辅酸，都分布在线粒体的外膜
12、、膜内空间、内膜和基质中。这些酶和辅酶的主要功能是参加三羧酸循环中的氧化反应、电子传递和能量转换。线粒体普遍存在于植物细胞和动物细胞中，它是活细胞进行有氧呼吸的主要场所。现在知道，细胞生命活动所必需的能量，大约95%来自线粒体。因此，有人把线粒体叫做细胞内供应能量的“动力工厂”。在光学显微镜下观察，线粒体大多数呈椭球形。在电子显微镜下观察，线粒体是由内外两层膜构成的。外膜使线粒体与周围的细胞质基质分开。内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，峭使内膜的表面积大大增加。峭的周围充满了液态的基质。在线粒体内，有许多种与有氧呼吸有关的酶。在线粒体内，还含有少量的DNA。线粒体一般是均匀地分布在细胞质
13、基质中，但是它在活细胞中能自由地移动，往往在细胞内新陈代谢旺盛的部位比较集中。例中，线粒体在小鼠受精卵的分裂面附近比较集中。叶绿体叶绿体是绿色植物叶肉细胞中，进行光合作用的细胞器。因此，有人把它比喻为“养料制造工厂”和“能量转换站”。在光学显微镜下观察高等植物的叶绿体，可以看到它一般呈扁平的椭球形或球形。在电子显微镜下，可以看到叶绿体的外面有双层膜，使叶绿体内部与外界隔开。叶绿体的内部含有几个到几十个基粒。基粒与基粒之间充满着基质。叶绿体的每个基粒都是由一个个囊状的结构垛叠而成的，在囊状结构的薄膜上，有进行光合作用的色素，这些色素可以吸收、传递和转化光能。在叶绿体的基粒上和基质上含有许多进行光
14、合作用所必需的酶。基质中还含有少量的DNA。二、水在生物体内的作用水是生命存在的环境条件，同时也是生活物质本身化学反应所必需的成分，水对于维持生物体的正常生理活动有着重要的意义，因此水是生物体不能缺少的物质。1水是细胞内的良好溶剂生物体内的大部分无机物质及一些有机物，都能溶解于水。水是物质扩散的介质，也是酶活动的介质。细胞内的各种代谢过程，如营养物质的吸收，代谢废物的排出，以及一切生物化学反应等，都必须在水溶液中才能进行。2水的其他作用由于水分子的极性强，能使溶解于其中的许多种物质解离成离子，这样也就有利于体内化学反应的进行。由于水溶液的流动性大，水在生物体内还起到运输物质的作用，将吸收来的营
15、养物质运输到各个组织中去，并将组织中产生的废物运输到排泄器官，排出体外。水的比热大，1 g水从15上升到16时需要418 J热量，比同量其他液体所需要的热量多，因而水能吸收较多的热而本身温度的升高并不多。水的蒸发热较大，1g水在37时完全蒸发需要吸热240 kJ，所以蒸发少量的汗就能散发大量的热。再加上水的流动性大，能随血液循环迅速分布全身，因此水对于维持生物体温度的稳定起很大作用。水还有润滑作用。对植物来说，水能保持植物的固有姿态。由于植物的液泡里含有大量的水分，因而可以维持细胞的形态而使植物枝叶挺立，便于接受阳光和交换气体，保持正常的生长发育。对生物体的生命活动起重要的调控作用。生物体内水
16、的含量的多少以及水的存在状态的改变，都影响着新陈代谢的进行。一般情况下，代谢活跃时，生物体内的含水量70%以上；含水量降低，则生命活动不活跃或进入休眠。当自由水比例增加时，生物体的代谢活跃，生长迅速；而当自由水向结合水转化较多时，代谢强度就会下降，抗寒、抗热、抗旱的性能提高。三、无机盐无机盐在细胞中的含量虽然不多，但是是生命活动所必需的。如果将一块组织放在蒸馏水中，从原生质中去掉盐类，该组织就会死亡。许多无机盐在细胞中呈游离与离子状态存在。无机盐在生物体和细胞中的作用主要有以下几点。1是构成原生质或构成生物体某些结构的重要成分。2参与并调节生物体的代谢活动。有些无机离子是酶、激素或维生素的重要
17、成分。例如，含锌的酶最多，已知有七十多种酶的活性与锌有关；钴（Co）是维生素B12的必要成分，参与核酸的合成过程；铁（Fe）参与组成血红蛋白、细胞色素等，参与氧的运输和呼吸作用中的电子传递过程等。3维持生物体内的平衡。体内平衡是使细胞能有稳定的结构和功能，生物能维持正常的代谢和生理活动的必要条件。有关体内平衡的内容很复杂，情况多变。其中的三个主要方面与无机盐含量的稳定密切相关。（1）渗透压平衡：细胞内外的无机盐的含量是维持原生质渗透压的重要因素。（2）酸度平衡（即pH平衡）：pH调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着原生质组成物的所有特性以及在细胞内发生的一切反应。例如，各种蛋白质对于pH的
18、改变异常敏感，人体血浆pH降低05个单位，立即发生酸中毒。无机离子如HPO/H2PO和H2CO3/HCO等组成重要的缓冲体系来调节并维持pH平衡。（3）离子平衡：动物细胞内外的Na+/K+/Ca2+的比例是相对稳定的。细胞膜外Na+高、K+低，细胞膜内K+高、Na+低。K+、Na+这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差，是使细胞可以保持反应性能的重要条件。因此，在细胞膜外Na+多Ca2+少时，神经细胞会失去稳定性，对于外来刺激会过于敏感。四、糖类的分布和功能糖类是生物体的基本营养物质和重要的组成成分，在自然界中分布极广，几乎所有的动物、植物、微生物的体内都有它，尤以存在于植物体内的为最多，约占植物
19、干重的80%。在植物体内，构成根、茎、叶骨架的主要成分是纤维素多糖。在植物种子或果实里的主要储存物质，如淀粉、蔗糖、葡萄糖、果糖等都是糖类。在动物血液中的血细胞内，也有葡萄糖或由葡萄糖等单糖缩合成的多糖存在，在肝脏、肌肉里的多糖是糖元。人和动物的组织器官中所含的糖类，不超身体干重的2%。微生物体内的含糖量约占身体干重的10%13%，其中有的糖呈游离状态，有的是与蛋白质、脂肪结合成复杂的多糖，这些糖一般存在于细胞壁、黏液或荚膜中，也有的形成糖元或类似淀粉的多糖存在于细胞质中。糖类的功能有以下几点：（1）糖类是生物体的主要能源和碳源物质：糖类物质可以通过分解而放出能量，这是生命活动所必需的。糖类还
20、可以为生物体合成其他化合物（如某些氨基酸、核苷酸、脂肪酸等）提供碳原子和碳链骨架，构成组织和细胞的成分。（2）糖类与生物体的结构有关：纤维素和壳多糖都不溶于水，有平坦伸展的带状构象，堆砌得很紧密，所以它们彼此之间的作用力很强，适于作强韧的结构材料。纤维素是植物细胞壁的主要成分。壳多糖是昆虫等生物体外壳的主要成分。细菌的细胞壁由刚性的肽聚糖组成，它们保持着质膜免受机械力和渗透作用的损伤。细菌的细胞壁还使细菌具有特定的形状。（3）糖类是储藏的养料：糖类以颗粒状态储存于细胞质中，如植物的淀粉、动物的肝脏和肌肉中的糖元。（4）糖类是细胞通讯识别作用的基础：细胞表面可以识别其他细胞或分子，并接受它们携带
21、的信息，同时细胞表面也通过表面上的一些大分子来表示其本身的活性。细胞与细胞之间的相互作用，是通过一些细胞表面复合糖类中的糖和与其互补的大分子来完成的。（5）糖类具有润滑保护作用：黏膜分泌的黏液中有黏稠的黏多糖，可以保护润滑的表面。关节腔的滑液就是透明质酸经过大量水化而形成的黏液。五、蛋白质分子的结构蛋白质分子内各个原子之间相互的立体关系就是蛋白质分子的结构。通常将蛋白质的结构分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。1蛋白质的一级结构：又称为初级结构或化学结构，是指蛋白质分子中，由肽健连接起来的各种氨基酸的排列顺序。目前可以运用氨基酸自动分析仪和氨基酸顺序自动分析仪，对蛋白质的一级结构进行测
22、定。2蛋白质的二级结构：蛋白质和二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。近年来，通过研究知道，蛋白质分子的多肽链本身一般都不是全部以松散的线形分子的状态存在于生物体内，而是部分卷曲盘旋成螺旋状（一般呈所谓螺旋），或折叠成片层状（又称折叠），或呈回折（发夹回折、U形转折），或呈无规则卷曲。蛋白质的二级结构主要依靠氢健来维持结构的稳定性。3蛋白质的三级结构：具有二级结构的肽链，按照一定方式再进一步卷曲、盘绕、折叠成一种看来很不规则，而实际上有一定规律性的三维空间结构，叫做三级结构。这些肽链所以会卷曲、盘绕、折叠，主要是因为肽链的氨基酸侧链之间的相互作用。4蛋白质的四级结构：具有三级结构的蛋白
23、质分子，通过一些非共价键结合起来，而成为具有生物功能的蛋白质大分子，就是蛋白质的四级结构。构成功能单位的每条肽链，称为亚基。亚基虽然具有二、三级结构，但是在单独存在时并没有生物活力，只有完整的四级结构才具有生物活力。例如，磷酸化酶是由两个亚基构成的，如血红蛋白是由四个不同的亚基（2个肽链，2个肽链）构成的，谷氨酸脱氧酶是由六个相同的亚基构成的。有些蛋白质分子只有一、二、三级结构，并无四级结构，如肌红蛋白、细胞色素c、核糖核酸酶、溶菌酶等。另一些蛋白质，则一、二、三、四级结构同时存在，如血红蛋白、谷氨酸脱氢酶等。六、脂类脂类主要由C、H、O 3种化学元素组成，很多种脂类物质还含有N和P等元素。脂
24、类包括脂肪、类脂和固醇等，这些物质普遍存在于生物体内。脂肪大量储存在某些植物的种子、果实细胞和动物的脂肪细胞中，它主要是生物体内储存能量的物质。此外，高等动物和人体内的脂肪，还有减少身体热量散失，维持体温恒定，减少内部器官之间摩擦和缓冲外界压力的作用。类脂中的磷脂是构成细胞膜的重要成分，也是构成多种细胞器膜结构的重要组成成分。在动物的脑和卵中，大豆的种子中，磷脂的含量较多。固醇类物质主要包括胆固醇、性激素和维生素D等，这些物质对于生物体维持正常的新陈代谢和生殖过程，起着重要的调节作用。七、核酸核酸是遗传信息的载体，存在于每个细胞中。核酸是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传变异和蛋白质的生物合
25、成有极重要的作用。核酸是由C、H、O、N、P等化学元素组成的，也是一种高分子化合物。核酸的相对分子质量很大，大约是几十万至几百万。核酸的基本组成单位是核苷酸。一个核苷酸是由一分子含氮的碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成的。每个核酸分子是由几百个乃至上亿个核苷酸互相连接而成的长链。根据核酸中所含五碳糖的种类不同，可以将核酸分为脱氧核糖核酸和核糖核酸。这两类核酸广泛存在于细胞中。脱氧核糖核酸简称DNA，主要存在于细胞核内。它是染色体的主要组成成分，与蛋白质构成了染色体（染色质），是细胞核中的遗传物质。此外，在线粒体和叶绿体中，也含有DNA。核糖核酸简称RNA，主要存在于细胞质中。不同的生物体，所具有的DNA和RNA的序列是不同的。上面讲述的组成生物体的每一种化合物，都有其重要的生理功能，但是，任何一种化合物都不能够单独地完成某一种生命活动，而只有按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象。细胞就是这些物质最基本的结构形式。