基础
[竞赛要求]
1．细胞是生命活动的基本单位
2．细胞膜：理化性质、分子结构与物质运输等
3．细胞内膜系统：内质网、高尔基体、溶酶体、液泡的结构与功能 4．线粒体结构、功能
5．质体的类型和叶绿体的结构功能 6．核糖体
7．过氧化氢体、过氧化物酶体的结构功能
8．细胞核（核膜、染色体、核仁、核 基质）和核功能 9．细胞壁成分与结构
10．细胞骨架系统（包括：微丝、微管、中等纤维、微梁）的功能 11．原核细胞与真核细胞
12．动物细胞与植物细胞的比较 13．细胞分化和组织形成
[知识梳理]
一、细胞的发现与细胞学说 1．细胞的发现
1665年英国物理学家罗伯特·虎克首次观察到细胞，是植物细胞死亡后留下死细胞的细胞壁。1667年，列文虎克首次观察到了活细胞。
2．细胞学说的建立
德国植物学家施莱登于1838年提出了细胞学说的主要论点，1939年德国动物学家施旺加以充实，最终创立了细胞学说。细胞学说的主要内容是：细胞是动、植物有机体的基本结构单位，也是生命活动的基本单位。
二、细胞的形态与大小 1．细胞的形状
游离细胞常呈球形或近于球形。动物的卵细胞、植物的花粉母细胞是球状或近于球状的细胞，人的红细胞呈扁圆状，某些细菌呈螺旋状，精子和许多原生动物具有鞭毛或纤毛，变形虫和白血球等为不定形细胞。
2．细胞的大小
细胞的直径多在10μm～100μm之间。有的很小，如枝原体，其直径为0.1μm～0.2μm，是最小的细胞。细菌的直径一般只有1μm～2μm。有的细胞较大，如番茄、西瓜的果肉细胞直径可达1mm；棉花纤维细胞长约1cm～5cm；最大的细胞是鸟类的卵（鸟类的蛋只有其中的蛋黄才是它的细胞，卵白是供发育用的营养物质，不屑于细胞部分），如鸵鸟蛋卵黄的直径可达5cm。细胞的大小受细胞核所能控制的范围制约，较小的细胞有相对较大的表面积，较大的细胞则相反。
三、原核细胞和真核细胞
构成生物体的细胞可以分成两类：原核细胞和真核细胞。原核细胞如细菌、蓝藻、放线菌、枝原体等是由原核细胞构成的。真核细胞结构复杂，大多数生物都是由真核细胞所构成。
1．原核细胞
原核细胞壁的化学组成主要由是蛋白多糖（肽聚糖）所组成，少数原核细胞的壁还含有其他多糖和类脂，有的原核细胞壁外还有胶质层。
原核细胞内有一个含DNA的区域，称类核或拟核。类核外面没有核膜，只由一条DNA构成。这种DNA不与蛋白质结合形成核蛋白。原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等，但有核糖体和中间体。核糖体分散在原生质中，是蛋白质合成的场所。中间体是质膜内陷形成的复杂的褶叠构造，其中有小泡和细管样结构。有些原核细胞含有类囊体等结构。类囊体具有光合作用功能。在原核细胞中还有糖原颗粒、
脂肪滴和蛋白颗粒等内含物。 藻细胞模式图
11．DNA 2．核糖体 3．细胞壁 4．细胞膜
2．真核细胞
真核细胞中，动物细胞和植物细胞也有重要区别。动物细胞质膜外无细胞壁，无明显的液泡。此外，在细胞核的附近有中心粒，在细胞有丝时，发出星状细丝，称为星体。
植物细胞和动物细胞的主要区别是：植物细胞具有质体；其次，植物细胞的质膜外被细胞壁，相邻细胞间有一层胶状物粘合作用，称中层或胞间层。在两个相邻细胞间的壁上，有原生质丝相连，称胞间连丝，使细胞间互相沟通。最后在植物的分化细胞中往往有大液泡。
原核细胞和真核细胞的主要区别比较如下：
原核细胞与真核细胞结构的主要区别 细胞大小 细胞核 遗传系统 细胞质 原核细胞 很小（1～10微米） 无膜（称“类核”） DNA不与蛋白质结合 一个细胞只有一条DNA 无内质网 无高尔基体 无溶酶体 无线粒体 仅有功能上相近的中间体 无叶绿体，但有的原核细胞有类囊体 一般无微管、无微丝 无中心粒 主要由胞壁质组成 真核细胞 较大（10～100微米） 有膜 核内的DNA与蛋白质结合，形成染色质（染色体） 一个细胞有两条以上染色体 有内质网 有高尔基体 有溶酸体 有线粒体 有叶绿体（植物细胞） 有微管、微丝 在中心粒（动物细胞） 细胞壁 主要由纤维素组成
四、真核细胞的亚显微结构
光镜下看到的结构称为细胞的显微结构。电子显微镜下看到的结构，一般称为亚显微结构。亚显微结构水平能将分辨率提高到甚至几个埃，放大倍数可达到几十万倍。
1．细胞膜
（1）质膜的化学组成
细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，蛋白质约占膜干重的20%～70%，脂类约占30%～80%，此外还有少量的糖类。
（2）质膜的分子结构模型
“流动镶嵌模型”主要特点：一是强调了膜的流动性，二是显示了膜脂和膜蛋白分布的不对称性。
多糖只分布于膜和外侧，表现出不对称性。脂质在膜中的分布也是不完全对称的。流动镶嵌模型认为质膜的结构成分不是静止的，而是可以流动的。一般认为膜脂所含脂肪酸的碳链愈长或不饱和度愈高，流动性愈大。环境温度下降膜脂的流动性减弱，相反，在一定限度内温度升高则脂质的流动性增加。
（3）物质通过质膜进出细胞 物质进出细胞必须通过质膜，质膜对物质的通透有高度选择性。通透过程可分5种类型：自由扩散、促进扩散、伴随运送、主动运输和内吞外排作用（见下图）。
通过细胞膜物质运输的五种形式
（1）简单扩散；（2）促进扩散；（3）伴随运送；（4）主动运输；（5）内吞外排作用
自由扩散：顺浓度梯度直接穿过脂双层进行运输。既不需要细胞提供能量也不需要膜蛋白协助。一般来说，影响物质进行自由扩散速度的因素主要是物质本身分子大小、物质极性大小、膜两侧物质的浓度差及环境温度等。
协助扩散：顺浓度梯度的运输，但扩散是通过镶嵌在质膜上的蛋白质的协助来进行的。如葡萄糖过红细胞膜进入细胞的过程。但葡萄糖通过膜进入细胞的过程，特别是在小肠上皮细胞，往往是以主动运输方式进行的。
主动运输：一般逆浓度梯度进行的物质运输。主动运输过程中，需要细胞提供能量及细胞膜上的载体蛋白协助。如钠-钾泵。
伴随运输（又叫协同运输）：逆浓度梯度进入细胞。在此过程中物质运动并不直接需要ATP，而是借助其他物质的浓度梯度为动力进行的。后一种物质是通过载体和前一种物质相
＋
伴随运动的。比如动物细胞对氨基酸和葡萄糖的主动运输，就是伴随Na的协同运输。 内吞作用和外排作用：大分子物质要以形成小泡的方式才能进入细胞。它们先与膜上某种蛋白质进行特异性结合，然后这部分质膜内陷形成小囊，将该物质包在里面。随后从质膜上分离下来形成小泡，进入细胞内部。这个过程称作内吞作用。内吞的物质为固体者称为吞噬作用，若为液体则称为胞饮作用。与内吞作用相反，有些物质通过形成小泡从细胞内部逐步移到细胞表面，与质膜融合而把物质向外排出。这种运送方式称为外排作用。内吞作用和外排作用与其他主动运输一样也需要能量供应。
（4）细胞膜与细胞的识别
细胞识别的功能是和细胞膜分不开的。因为细胞膜是细胞的外表面，自然对外界因素的识别过程发生在细胞膜。如哺乳动物和人类的细胞识别：当外来物质（例如大分子、细菌或病毒，在免疫学上称它们为抗原）进入动物和人体，免疫系统以两种方式发生反应，一是制造抗体，一是产生敏感细胞。抗体和敏感细胞与抗原相结合，通过一系列反摧毁抗原，把抗原从体内消除掉。抗原与抗体的识别，主要取决于细胞膜上表面的某些受体。
2．细胞质
（1）细胞质的基质
细胞质基质其中包含了许多物质，如小分子的水、无机离子，中等分子的脂类、氨基酸、核苷酸，大分子的蛋白质、核酸、脂蛋白、多糖。
（2）细胞器
①线粒体 线粒体是一种普遍存在于真核细胞中的细胞器，各种生命活动所需的能量大部分都是靠线粒体中合成的ATP提供的，因此有细胞的“动力工厂”之称。
②叶绿体
叶绿体是质体的一种，是绿色植物进行光合作用的场所。质体是植物细胞所特有的。它可分为具色素的叶绿体、有色体和不具色素的白色体。
兰藻和光合细菌等原核生物没有叶绿体。兰藻的类囊体是分布在细胞内，特别是分散在细胞的周边部位。光合细菌的光合作用是在含有光合色素的细胞内膜进行的。这种内膜呈小泡状或扁囊状，分布于细胞周围，称为载色体。
③内质网
内质网是细胞质中由膜围成的管状或扁乎囊状的结构，互相连通成网，构成细胞质中的扁平囊状系统。
内质网根据不同的形态结构，可分为两种类型：一种是粗面内质网，其结构特点是由扁平囊状结构组成，膜的外侧有核糖体附着。现在有大量实验证明，各种分泌蛋白质（如血浆蛋白、血浆清蛋白、免疫球蛋白、胰岛素等）都主要是在粗面内质网的结合核糖体上合成的。还有种内质网是滑面内质网，多由小管与小囊构成不规则的网状结构，膜表面光滑，无核糖体颗粒附着。主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。
内质网的功能包括以下几点：
蛋白质的合成与转运（粗面内质网）； 蛋白质的加工（如糖基化）；
脂类代谢与糖类代谢（滑面内质网）；
解毒作用（滑面内质网上有分解毒物的酶）。 ④核糖体
核糖体是无膜的细胞器，主要成分是蛋白质与RNA。核糖体的RNA称为rRNA，约占60%，蛋白质约占40%，蛋白质分子主要分布在核糖体的表面，而rRNA则位于内部，二者靠非共价键结合在一起。
核糖体附有附着核糖体和游离核糖体两种类型，附着核糖体与内质同形成复合细胞器，即粗面内质网。附着在内质网膜上的核糖体与游离核糖体所合成的蛋白质种类不同，但核糖体的结构与化学组成是完全相同的。
核糖体由大、小两个亚单位组成。由于沉降系数不同，核糖体又分为70S型和80S型。70S型核糖体主要存在于原核细胞及叶绿体、线粒体基质中，其小亚单位为30S，大亚单位为50S；80S型核糖体主要存在于真核细胞质中，其小亚单位为40S，大亚单位60S。
核糖体是蛋白质合成的场所。因此核糖体是细胞不可缺少的基本结构，存在于所有细胞中。核糖体往往并不是单个地执行功能，而是由多个核糖体串连在一条mRNA分子上
高效地进行肽键的合成。这种具有特殊功能与形态的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体。
⑤高尔基复合体，
高尔基体是由滑面膜围成的扁囊状和泡状结构组成的。典型的高尔基体表现一定的极性，凸面称形成面，凹面称成熟面。形成面的膜较薄，与内质网膜相似，成熟面的膜较厚，与质膜相似。
高尔基器的第一个主要功能是为细胞提供一个内部的运输系统，它把由内质网合成并转运来的分泌蛋白质加工浓缩，通过高尔基小泡运出细胞，这与动物分泌物形成有关。高尔基体对脂质的运输也起一定的作用。高尔基体的第二个重要功能是能合成和运输多糖，这可能与植物细胞壁的形成有关。第三个方面就是糖基化作用，即高尔基体中含有多种精基转移酶，能进一步加工、修饰蛋白质和脂类物质。
⑥溶酶体
溶酶体是由一个单位膜围成的球状体。主要化学成分为脂类和蛋白质。溶酶体内富含水解酶，由于这些酶的最适pH值为酸性，因而称为酸性水解酶。其中酸性磷酸酶为溶酶体的标志酶。
溶酶体可分成两种类型：一是初级溶酶体，它是由高尔基囊的边缘膨大而出来的泡状结构，因此它本质上是分泌泡的一种，其中含有各种水解酶，各种酶还没有开始消化作用，处于潜伏状态。二是次级溶酶体，它是吞噬泡和初级溶酶体融合的产物，是正在进行或已经进行消化作用的液泡。有时亦称消化泡。
溶酶体第一方面的功能是参与细胞内的正常消化作用。第二个方面的作用是自体吞噬作用。溶酶体可以消化细胞内衰老的细胞器，其降解的产物重新被细胞利用。第三个作用是自溶作用。如无尾两栖类尾巴的消失等。
⑦圆球体和糊粉粒
植物细胞有具水解酶活性的结构，如圆球体。它们都是由一个单位膜围成的球状体。圆球体具有消化作用及贮存脂肪功能；糊粉粒也具消化作用，并且为蛋白质的贮存场所。
⑧微体
微体也是一种由单位膜围成的细胞器。根据酶活性的差别可分为两种类型：过氧物体和乙醛酸循环体。
过氧化物酶体：是具有过氧化氢酶活性的小体，内含许多氧化酶、过氧化氢酶，能将对细胞有害的H2O2转化为H2O和O2。在植物叶肉细胞中，过氧化物酶体执行光呼吸的功能。
乙醛酸循环体：除含过氧化物酶体有关的酶系外，还含有乙醛酸循环有关的酶系，如异柠檬酸裂合酶、苹果酸合成酶等。乙醛酸循环体除了具有分解过氧化物的作用，还参与糖异生作用等过程
⑨液泡与液泡系
在植物细胞中有大小不同的液泡。成熟的植物细胞有一个很大的液泡，可能占细胞体积的90%，它是由许多小液泡合并成的。动物细胞中的液泡较小，差别也不显著。
液泡由一层单位膜围成。其中主要成分是水。不同种类细胞的液泡中含有不同的物质，如无机盐、糖类、脂类、蛋白质、酶、树胶、丹宁、生物碱等。
液泡的功能是多方面的，强维持细胞的紧张度是它所起的明显作用。其次是贮藏各种物质，例如甜菜中的蔗糖就是贮藏在液泡中，而许多种花的颜色就是由于色素在花瓣细胞的液泡中浓缩的结果。第三，液泡中含有水解酶，它可以吞噬消化细胞内破坏的成分。最后，液泡在植物细胞的自溶中也起一定的作用。
3．细胞核
真核细胞具有细胞核。除了哺乳动物成熟红细胞及高等植物的筛管细胞等少数几种细胞
能在无核状态下进行生命活动外，多数真核细胞都具有细胞核。细胞核是遗传信息的贮存场所，对于细胞结构及生命活动具有重要的作用。
（1）核膜
在电镜下真核细胞的核主要包括核膜、染色质、核仁和核基质四部分。
真核细胞具有核膜，核膜亦称核被膜，使遗传物质DNA与细胞质分开。原核生物，如细菌、兰藻等不具核膜，即DNA和细胞质之间没有膜隔开。核膜由内外两层膜组成。内膜平滑，外膜靠细胞质的一侧有时附着有核糖体，并且常可看到外膜与粗面内质网是连续的，所以内外膜之间的核周腔经过内质网似乎可能和细胞处相通。内外两膜在很多地方愈合形成小孔，称为核膜孔。
离子、比较小的分子可以通透核膜。但像球蛋白、清蛋白等高分子则不能原样通过核膜。高分子的进出核要由核膜孔通过。
（2）染色质
染色质是间期细胞核中易被碱性染料染色的物质，由DNA与蛋白质为主组成的复合结构，是遗传物质的存在形式。染色体与染色质是化学组成一致、而在细胞周期的不同时期出现的两种不同构型结构。
在真核细胞中，核小体是构成染色质的基本单位，核小体是DNA与组蛋白结合形成的。另外，染色质的成分还包括少量的RNA和非组蛋白。
在间期核中，染色质的形态不均匀。根据其形态及染色特点可分为常染色质和异染色质两种类型。常染色质折叠疏松、凝缩程度低，处于伸展状态，碱性染料染色时着色浅，具有转录活性的染色质一般为常染色质。异染色质折叠压缩程度高，处于凝集状态，经碱性染料染色着色深，其DNA中重复序列多，复制较常染色质晚。
（3）核仁
光学显微镜下观察，真核细胞的间期核中可见到1个或多个球状小体称为核仁。
核仁是核糖体RNA（rRNA）合成及核糖体亚单位前体组装的场所，与核糖体的生物发生密切相关。核糖体RNA是在核仁合成的。如组成80S型核糖体的rRNA共有四种：5S、5.8S、18S、28S，其中后三种是在核仁中合成的。
（4）核基质
间期核内非染色或染色很淡的基质称核内基质。染色质和核仁悬浮于其中，它含有蛋白质、RNA、酶等。核内基质亦称核液。
4．细胞骨架
细胞骨架普遍存在于真核细胞中，蛋白质纤维构成的网架体系。主要包括细胞膜骨架、细胞质骨架和细胞核骨架三部分。细胞骨架对于细胞形态的维持、细胞运动、物质运输、细胞增殖及分化等具有重要作用。
（1）细胞膜骨架
指细胞膜下由蛋白质纤维组成的网架结构，称为细胞膜骨架。膜骨架一方面直接与膜蛋白结合，另一方面又能与细胞质骨架相连，主要参与维持细胞质膜的形态，并协助细胞膜完成某些生理功能。
（2）细胞质骨架
要指存在于细胞质中的三类成分：微管、微丝和中间纤维。它们都是与细胞运动有关的结构。
微管：它是中空的圆筒状结构，直径为18nm～25nm，长度变化很大，可达数微米以上。构成微管的主要成分是微管蛋白。另外，纤毛、鞭毛、中心粒等基本上也是由许多微管聚集而成，细胞时出现的纺锤丝也是由微管组成。组成纤毛、鞭毛的微管主要与运动有关，而神经细胞中的微管可能与支持和神经递质的运输有关。微管经低温、高压、秋水仙素和长
春花碱等处理后就会破坏，使细胞变形，也不能运动。
微丝：微丝是原生质中一种细小的纤丝，直径约为50 Å～60 Å，常呈网状排列在细胞膜之下。微丝的成分是肌动蛋白和肌球蛋白，这是肌纤维的运动蛋白。细胞质的流动、变形运动等都和微丝的活动有关。动物细胞在进行时，细胞发生横缢，将细胞分成两个，也必须由微丝收缩而产生。有的微丝主要起支架作用，与维持细胞的形状有关。
中间纤维：其粗细介于微管和微丝之间，也是由蛋白质组成。不同组织中，中间纤维的蛋白质成分有明显的差异。中间纤维与微管、微丝一起形成一个完整的骨架体系，细胞起支撑作用。同时参与桥粒的形成。它外连细胞膜，内与核内的核纤层相通，它在细胞内信息传递过程中可能起重要作用。
（3）细胞核骨架
真核细胞核中也存在着一个以蛋白质为主要结构成分的网架体系，称为核骨架。狭义地讲，核骨架就是指核基质，广义地讲，核骨架则包括了核基质、核纤层和核孔复合体等。核基质为DNA复制提供空间支架，对DNA超螺旋化的稳定起重要作用。核纤层为核被膜及染色质提供结构支架。
（5）鞭毛和纤毛
鞭毛和纤毛是动物细胞及某些低等植物细胞表面的特化结构，具有运动功能。纤毛与鞭毛结构基本相同，包括两部分：鞭杆、基体。鞭杆轴心是由“9＋2”排列的一束微管构成（包括一对平行单管微管的组成的微管及围绕微管外周的9个二联体微管）。基体则无微管，外周由9个三联体微管组成，呈“9＋0”结构。这与中心粒的相同。
五、细胞分化
细胞分化，简单说是在个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。 1．细胞分化的原理 （1）细胞核的全能性
受精卵具有分化出各种组织和细胞，并建立一个完整个体的潜在能力，称为全能细胞。囊胚细胞和原肠胚细胞具有分化出多种组织的可能，但却不能发育成完整的个体，为多能细胞。成体中储存着保持增殖能力的细胞，它们产生的细胞后代有的可能分化为多种组织，有的可能只分化出一种细胞。只能分化出一种细胞的类型叫做单能细胞。
随着动物细胞分化程度提高，细胞分化潜能越来越窄，但它们的细胞核仍保持着全能性。高度分化的植物组织具有发育成完整植物的潜能，保持着发育的全能性。
（2）基因的选择表达
细胞分化与基因选择表达有关。细胞的编码基因分为两类：管家基因和奢侈基因。管家基因是维持细胞生存必需的一类基因，在各类细胞中都处于活动状态。奢侈基因是在不同组织细胞中选择表达的基因，与分化细胞的特殊性状直接相关。目前一般认为，细胞分化主要是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果。
2．细胞质、细胞核及外界环境对细胞分化的影响 （1）细胞质在细胞分化中的决定作用 受精卵的称卵裂。卵裂过程的每次，从核物质的角度看都是均匀分配到子细胞中，但是细胞质中物质的分布是不均匀的。也许正是因为胞质时的不均等分配，在一定程度上决定了细胞的早期分化。
（2）细胞核在细胞分化中的作用
细胞核是真核细胞遗传信息的贮存场所。因此，在细胞分化过程中，细胞核对于细胞分化也肯定有重要的影响，它可能通过控制细胞质的生理代谢活动从而控制分化。
（3）外界环境对细胞分化的影响
细胞对邻近细胞的形态发生会产生影响，并决定其分化方向。另外，在多细胞生物幼体发育过程中，环境中的激素作用能引发和促进细胞分化。
3．癌细胞
不受调节的恶性增殖细胞，这种细胞即称为癌细胞。 （1）癌细胞的主要特征
癌细胞的主要特征表现在无限增殖；接触抑制现象丧失；细胞间的粘着性降低，易分散和转移；易于被凝集素凝集；粘壁性下降；细胞骨架结构紊乱；产生新的膜抗原；对生长因子需要量降低等方面。
（2）致癌因子及癌基因学说
凡能引起细胞发生癌变的因子称为致因子。主要包括三类：化学致癌因子，物理致癌因子，病毒致癌因子。
一些学者对细胞癌变的机理提出了“癌基因学说”：认为病毒对细胞的致癌作用是由于病毒基因组中的癌基因引起，而正常细胞中存在的癌基因是在早期进化过程中通过病毒感染而从病毒基因组中获得。如果细胞癌基因受阻，则细胞能正常发育；在各种致癌因子作用下，细胞癌基因被活化而使细胞发生癌变。
[典型例题]
例1．原核生物：
A．具有细胞器，但不具有细胞核 B．能产生ATP，能进行生命过程
C．细胞壁含几丁质 D．大多具有环状DNA E．都是厌氧生物
解析：原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等，但有核糖体和中间体。细胞壁成分主要
为肽聚糖，拟核内遗传物质为环状DNA分子。能代谢，但有需氧型的，也有厌氧型的。答案BD。
例2．癌细胞的特征有（多选）：
A．可以远端转移 B．仅在人类和灵长类发现 C．其所有的癌基因表达上升 D．不存在细胞凋亡
解析：癌细胞的主要特征表现在无限增殖；接触抑制现象丧失；细胞间的粘着性降低，易分散和转移；
易于被凝集素凝集；粘壁性下降；细胞骨架结构紊乱；产生新的膜抗原；对生长因子需要量降低等方面。答案：AD。
例3．以下哪个有关核仁的说法是错误的：
A．核仁在有丝中消失 B．rRNA合成在核仁进行
C．tRNA合成在核仁进行 D．小核仁可融合成大核仁
解析：核仁是核糖体RNA（rRNA）合成及核糖体亚单位前体组装的场所，与核糖体的生物发生密切相关。核仁可融合形成大核仁。答案：C
例4．鞭毛摆动和细胞收缩环的作用主要分别涉及细胞骨架：
A．微管与微丝 B．中间纤维与微管 C．中间纤维与微丝 D．都是微管 解析：组成纤毛、鞭毛的微管主要与运动有关；动物细胞在进行时，细胞发生横缢，将细胞分成两个，也必须由微丝收缩而产生。答案：A。
例5：自然界最小的细胞是
A．病毒 B．支原体 C．血小板 D．细菌
解析：最小的细胞是支原体。病毒无细胞结构，血小板无细胞核，不能算作真正的生命体。答案：B。
例6：在下列关于细胞基本共性的描述中，哪一项是错误的： A．所有细胞表面均具有脂蛋白体系构成的细胞膜
B．所有的细胞都有两种核酸（DNA与RNA）作为遗传信息复制与转录的载体 C．所有的细胞都有线粒体，作为产能细胞器
D．所有的细胞都具有核糖体作为蛋白质合成的机器
解析：凡细胞结构（包括原核细胞和真核细胞）均具有质膜，质膜的均以磷脂双分子层为基本支架，蛋白质为运输载体。细胞中均具有两种核酸。但细胞中不均具有细胞器，厌氧呼吸的细胞中均无线粒体。细胞中均具核糖体，用于蛋白质的合成。答案：C。
例7：细胞膜脂质双分子层中，镶嵌蛋白质分子分布在： A. 仅在内表面 B．仅在两层之间
C．仅在内表面与外表面 D．两层之间、内表面与外表面都有 解析：根据细胞膜的流体镶嵌模型，镶嵌蛋白质分子分布在两层之间、内表面与外表面。答案：D。
例8：甜菜肉质贮藏根液泡中的花青素使块根呈红色，将此根切成小块，放入蒸馏水中，水的颜色无明显变化；若先用盐酸处理此根，再放入蒸馏水中，则水变为红色，原因是： A．盐酸破坏了细胞壁 B．盐酸破坏了细胞膜
C．盐酸破坏了原生质层 D．花青素溶于盐酸而不溶于水
解析：盐酸破坏了原生质层，即细胞膜、细胞质及液泡膜，使细胞的选择透过性被破坏，细胞液外流。答案：C。
例9：造成动植物细胞营养类型不同的主要原因是动物细胞：
A．无细胞壁 B．无液泡 C．无质体 D．无中心体
解析：动植物细胞代谢类型不同，植物一般为自养型，动物一般为异养型，主要原因是动物细胞无质体，而植物细胞有。质体中的叶绿体可进行光合作用，制造有机物。
例10：下列结构中，必需用电子显微镜才能看得到的结构是：
A．液泡和叶绿体 B．基粒和核孔 C．细胞核和染色体 D．细胞壁和细胞膜
解析：光镜下可见的结构为显微结构，如细胞壁、细胞核、核仁、染色体、纺锤体、叶绿体等；电镜下分辨率达0.25um以下的结构为亚显微结构，如基粒和核孔。
[智能训练]
1．下列生物中属于原核生物的一组是：（ ）
A．蓝藻和酵母菌 B．蓝藻和硝化细菌 C．绿藻和根瘤菌 D．水绵和紫菜
2．下列各种特征中，属于细菌共有的是
① 原核细胞 ② 坚硬的细胞壁和肽葡聚糖 ③ 真核细菌 ④ 裂殖繁殖 ⑤ 具有纤维素的坚硬细胞壁
A．①②④ B．②③④ C．③④⑤ D．①②⑤ 3．细菌的芽孢是：（ ）
A．休眠体 B．营养繁殖体 C．孢子 D．营养体 4．根据内共生起源学说，线粒体和叶绿体分别起源于：（ ）
① 原细菌 ② 原始真核细胞内细菌状共生体 ③ 紫色硫细菌
④ 反硝化细菌 ⑤ 原始真核细胞内蓝藻状共生体
A．①③ B．②④ C．③⑤ D．②⑤ 5．动物细胞在细胞膜外缺少坚硬的细胞壁，但许多细胞仍然保持细胞的非球体状态，其原因是：（ ）
A．细胞膜上的蛋白质分子可以流动 B．微管起着支持作用
C．基质充满细胞维持着形态 D．磷脂双分子层的骨架作用 6．是细菌具有的结构和重要的生理活动的是：（ ）
① 自养 ② 异养 ③ 不能运动 ④ 有叶绿体 ⑤ 有线粒体 ⑥ 有细胞核
⑦ 没细胞核 ⑧ 有细胞膜 ⑨ 有细胞壁 ⑩ 可以运动
A．②⑤⑥⑧⑩ B．①③④⑤⑥⑧⑨ C．②③⑤⑥⑧⑨ D．①②③⑦⑧⑨⑩
7．下列物质中，不能横穿细胞膜进出细胞的是：（ ）
A．维生素D和性激素 B．水和尿素 C．氨基酸和葡萄糖 D．酶和胰岛素
8．关于细胞核膜上的核孔，以下叙述不正确的是：（ ）
A．核孔在核膜上均匀分布 B．核孔由内、外核膜融合而成 C．核孔数目多少与细胞核体积大小正相关 D．核孔是某些大分子物质的运输孔道
9．在某一类型的血细胞中，一种中性物质的浓度比周围血浆中的浓度高得多，然而此物质
仍能继续不断地进入细胞。该物质进入细胞的这一方式是：（ ） A．渗透作用 B．简单扩散作用 C．易化扩散，即进行得较快的扩散作用 D．主动运输 10．真核细胞细胞质中的核糖体：（ ）
A．与细菌的核糖体大小、组成相同 B．较细菌的核糖体大，但组成相似
C．较细菌的核糖体小，组成不同 D．与细菌核糖体大小相同，但组成完全不同
11．在真核细胞中，产生初级溶酶体的是：（ ）
A．细胞质液 B．细胞核 C．高尔基体 D．内质网 12．粗面内质网上合成的蛋白质需经下列哪种结构加工处理后才具有生物活性？（ ）
A．溶酶体 B．线粒体 C．质体 D．高尔基体
13．睾丸间质细胞合成的雄性激素，是在下列哪种细胞器中合成的？（ ）
A．高尔基体 B．细胞质 C．核糖体 D．滑面内质网
14．用某种影响细胞骨架的药水处理体外培养的细胞，群体中出现双核细胞，最可能的原因是：（ ）
A．微丝破坏 B．微管破坏 C．染色体畸变 D．细胞发生融合
15．下列四对名词中，合适的是：（ ）
A．叶绿体一酶的贮藏处 B．过氧化（酶）体一细胞中的转运作用
C．核仁一核糖体亚基的组装部位 D．溶酶体一细胞中的发电站
16．如果以下的说法对叶绿体和线粒体来说都正确，在括号上标“＋”，如果不正确则标“－”
A．含有蛋白质（ ） B．含有可结合氢离子的辅酶（ ） C．含有钾离子（ ） D．缺少DNA（ ） E．能产生ATP（ ） F．能产生氧气（ ） 17．请参考下面资料，回答以下两个问题：
①直径25nm；②直径8～10nm；③直径7nm；④管状；⑤由各种蛋白质组成；
⑥由4～5条原丝组成的管；⑦由微管蛋白组成，是一种蛋白质；⑧主要由肌动蛋白组成；
⑨死亡细胞形成角质保护层；⑩构成中心粒、纺锤体、纤毛的基本单位。 （1）真核细胞含有微管和微丝结构，这些结构称为细胞骨架。正确描述微管的是：（ ）
A．①④⑦⑩ B．③⑥⑧ C．②⑤⑥⑨ D．③⑧ （2）能描述微丝特点的是：（ ）
A．①④⑦⑩ B．③⑥⑧ C．②⑤⑥⑨ D．③⑧
18．高等植物细胞和动物细胞之间，在细胞的机制上的不同点是：（ ）
① 着丝点 ② 细胞质 ③ 纺锤丝的功能 ④ 中心粒存在
A．①② B．①④ C．②④ D．③④ 19．“一些细菌的单个细胞可能包括不同数量的质粒分子。”这句话：（ ）
A．不对，每个细胞中只有一个质粒分子 B．对，但仅当细菌菌株不同时 C．对，但只是当细菌在不同条件下培养时 D．对，因为大多数质粒的复制并不是严格控制的
20．核糖体RNA的基因位于染色体上的位置是：（ ）
A．端粒 B．主隘痕 C．着丝粒 D．副隘痕
21．决定核糖体与内质网之间的联系的是：（ ）
A．碳水化合物 B．蛋白质氨基末端序列 C．蛋白质羧基末端序列 D．脂肪 22．支持叶绿体的内共生起源假说的特征是：（ ）
① 它为单层膜的细胞器 ② 它为双层膜的细胞器 ③ 它具有自己的遗传系统，包括环状DNA ④ 它没有自己的遗传系统
⑤ 它具有与细胞质核糖体不同的核糖体 ⑥ 它具有与细胞质核糖体相同的核糖体
A．①④⑤ B．②④⑥ C．①③⑥ D．②③⑤
23．一个分子自叶绿体类囊体内到达线粒体基质必须穿过的层膜数是：（ ）
A．3 B．5 C．7 D．9 24．下图中Ⅰ—Ⅳ说明了物质和离子通过细胞膜的转运，下列陈述中正确的是：（ ）
A．所有图中均有主动运输
B．在图Ⅱ和图Ⅲ中有主动转运，在图Ⅰ和图Ⅳ中有被动转运 C．在图Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ中有渗透作用
D．在Ⅲ图中有主动转运，而在图Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中有被动转运
25．高等植物细胞之间的物质交换和通讯主要通过的途径是：（ ）
A．胞隙连结 B．吞噬 C．外排 D．胞间连丝
26．白细胞能吞噬绿脓杆菌，与这一现象有关的是：（ ）
A．主动运输 B．协助扩散 C．自由扩散 D．胞膜一定的流动性
27．溶酶体内腔液：（ ）
A．较细胞质更具酸性 B．较细胞质更为碱性 C．同细胞质的pH一样 D．时而更酸，时而更碱 28．下列对克隆羊叙述正确的是（多选）：（ ）
A．克隆羊是无性生殖产生的 B．克隆绵羊“多莉”采用的是母体乳腺上皮细胞 C．克隆绵羊“多莉”的产生过程利用了三只绵羊 D．克隆“多莉”用的是16细胞“胚”植入母羊 29．病毒的特点是（多选）：（ ）
A．可采用光学显微镜观察病毒的形态特征
B．病毒不能产生ATP，不能进行各种生命过程 C．病毒毒粒内含有DNA和RNA D．病毒能通过细菌滤器 E．没有细胞结构
30．对法囊藻（一种海藻）的细胞中各种离子浓度的分析表明，细胞液的成分与海水
的成分很不相同（见右图）。
＋－＋＋
（1）K和Cl的细胞内积累，而Na、Ca2等在细胞液中的含量低于海水中的含
量。这表明 。 ＋－
（2）K和Cl进入细胞的转运方向是 ，这种吸收方式叫
做 ，这种吸收方式需要的两个基本条件 是 ， 。 ＋＋
（3）Na和Ca2进入细胞的转运方向是 ，它们的吸收方式属
于 。
（4）法囊藻细胞液中的各种离子浓度与海水中各种离子浓度不成比例，
其结构基础是 。
31．右下图是某种生物的细胞亚显微结构示意图，试据图回答：
（1）与图中⑥的形成有关的结构是 。
（2）与细胞渗透吸水能力直接有关的结构是 。
（3）对细胞各种生理活动起催化作用的物质是在 处会成。 （4）图中能将水分解的场所是 。
（5）CO2主要由图中的 释放，所释放的CO2在充足的光照条件
下扩散到 处被利用。
（6）非生物界的能量通过图中结构 的生理活动后，才能进入生物界。 （7）既是细胞营养物质贮藏器，又是细胞废物的排泄器是图中的 。
32．右图为某动物细胞结构示意图，如果在一定时间内，让该细胞吸收放射性同位素
标记的氨基酸。请回答问题：
（1）⑤部位的物质（图上方的黑点），首先是附着在（ ） 上的（ ）
合成的 物质。
（2）它是由（ ） 。加工后形成的。 （3）此动物细胞对该物质还具有 功能。 33．阅读下文，并回答以下各问题：
把菠菜叶放进适当的溶液中，进行研磨。将研磨液用纱布过滤后，除去未磨碎的组织，得到一种绿色的液体。把其倒入离心管中，进行适当强度的离心分离，得到沉淀（沉淀A）。将此沉淀用电子显微镜进行观察时，可发现细胞壁的碎片和（甲）膜上具有许多小孔的球状结构。将其上清液的绿色部分进行较强力的离心分离时，绿色部分几乎全部沉淀（沉淀B）。用电子显微镜观察此沉淀，发现有许多（乙）直径为几微米的细胞器。又把几乎透明的上清液，用更强的离心力进行分离时，可得沉淀（沉淀C）。用电子显微镜观察此沉淀，则发现（丙）许多直径约0.5um的球状或短棒状，内外包着两层膜且向内折叠的细胞器。如继续进行强力离心时，可使上部的澄清部分中的小微粒都沉淀，此沉淀（沉淀D）其中含有许多（丁）直径约0.02um的致密小颗粒和（戊）由该颗粒所附着的膜构成的细胞器。
（1）：上述文章中划线处（甲）～（戊）所示的细胞结构名称分别是 甲 乙 丙 丁 戊 A 细胞核——叶绿体——线粒体——内质网——核糖体 B 线粒体——叶绿体——细胞核——内质网——核糖体 C 细胞核——叶绿体——线粒体——核糖体——内质网 D 线粒体——叶绿体——细胞核——核糖体——内质网
（2）：下文①～⑨是对上述沉淀A～D所含有关细胞器的叙述。请从①～⑨中找出正确答案填入各自
的括号内。
沉淀A（ ），沉淀B（ ），沉淀（ ），沉淀D（ ）。 ① 与CO2的产生和ATP的生成有关
② 具有全透的性质，对植物细胞的形态具有维持作用 ③ 是蛋白质合成的主要场所 ④ 含有大量的DNA
⑤ 含有与糖酵解有关的酶
⑥ 与氧的产生和ATP的生成有关
⑦ 含有与三羧酸循环和电子传递系统有关的酶 ⑧ 含有CO2合成葡萄糖或淀粉有关的酶
⑨ 是合成某些专供输送到细胞外的蛋白质的细胞器 【参】
1．B 2．A 3．A 4．D 5．B 6．D 7．D 8．C 9．D 10．B 11．C 12．D 13．D 14．D 15．C 16．＋ ＋ ＋ － ＋ － 17．（1）A（2）D 18．C 19．D 20．D 21．B 22．D 23．B 24．D 25．D 26．D 27．A 28ABC 29BDE 30．（1）此海藻对矿质离子的吸收具有选择性 （2）从低浓度到高浓度 主动运输 载体和能量（3）高浓度到低浓度 主动运输（4）细胞膜上不同离子的载体数量不同 31．（1）② （2）③ （3）⑦ （4）⑤ （5）④⑤ （6）⑤ （7）③ 32．（1）②内质网 ①核糖体 蛋白质 （2）③高尔基体 （3）分泌 33．（1）C （2）A ②④ B ⑥⑧ C ⑤⑦ D ③⑨
高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题三 细胞代谢的
基础
[竞赛要求]
1．细胞代谢与能量
2．ATP（三磷酸腺苷）结构和功能 2．酶的功能
3．细胞膜：理化性质、分子结构与物质运输等
[知识梳理]
一、细胞代谢与能量 1．细胞代谢与能量
生物的新陈代谢，或称代谢，是生物体内所进行的全部物质和能量变化的总称，它是最基本的生命活动过程。生活的细胞通过代谢活动，不断从环境中取得各种必需的物质，来维持自身高度复杂的有序结构，并保证细胞生长、发育和等活动的正常进行。
细胞中能的转换类型是多种多样的。由于细胞成分中的蛋白质、核酸等分子相当脆弱，遇到高温就要变性失活，所以细胞内不能利用热能来做功。在细胞和生物体的能量转换中起重要作用的是化学能。三磷酸腺苷（ATP）常常充当各种类型的能量相互转换的媒介物。许多放能反应总是和ATP的合成相耦联，将放出的能贮存在ATP中；许多需能反应总是和ATP分解相耦联，从ATP中获得自由能（在压力和温度都恒定的条件下能够做功的能称为自由能）。
2．三磷酸腺苷（ATP）
(1) ATP的结构特性
三磷酸腺苷（ATP）也叫做腺苷三磷酸、是高能磷酸化合物的典型代表。ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起，依次分别称为 α、β、γ磷酸基团。ATP的结构式是：
ATP分子中的γ磷酸基团水解时（有关酶的催化下），能释放30.5 kJ/mol的能量。ATP分子既可以水解一个磷酸基团（γ磷酸基团），而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi）；也可以同时水解两个磷酸基团（β磷酸基团和γ磷酸基团），而形成一磷酸腺苷（AMP）和
焦磷酸（PPi）。后一种水解方式在某些生物合成中具有特殊意义。AMP可以在腺苷酸激酶的作用下，由ATP提供一个磷酸基团而形成ADP，ADP又可以迅速地接受另外的磷酸基团而形成ATP。
(2) ATP系统的动态平衡
ATP是活细胞内一种特殊的能量载体，在细胞核、线粒体、叶绿体以及细胞质基质中广泛存在着，但是ATP在细胞内的含量是很少的。ATP与ADP在细胞内的相互转化却是十分迅速的。在活细胞中，ATP末端磷酸基团的周转是极其迅速的，其消耗与再生的速度是相对平衡的，ATP的含量因而维持在一个相对稳定的、动态平衡的水平。这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。
(3) ATP的生成
动物和人等：呼吸作用
绿色植物：光合作用；呼吸作用
(4) ATP的利用
ATP中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量的形式主要有以下6种。
渗透能：细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质跨膜移动所做的功消耗了能量，这些能量叫做渗透能。
机械能：细胞内各种结构的运动都是在做机械功，所消耗的就是机械能。例如，肌细胞的收缩，草履虫纤毛的摆动，精子鞭毛的摆动，有丝期间染色体的运动，腺细胞对分泌物的分泌等。
电能：大脑的思考──神经冲动在神经纤维上的传导，以及电鳐、电鳗等动物体内产生的生物电等，它们所做的电功消耗的就是电能。
化学能：细胞内物质的合成需要化学能，如小分子物质合成为大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，细胞内物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化，成为能量较高的物质（如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖）。可以说在细胞内的物质代谢中，到处都需要由ATP转化而来的化学能做功。
光能：目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，生物体用于发光的能量直接来自ATP，如萤火虫的发光。
热能：有机物的氧化分解释放的能量，一部分用于生成ATP，大部分转化为热能通过各种途径向外界环境散发，其中一小部分热能作用于体温。通常情况下，热能的形成往往是细胞能量转化和传递过程中的副产品。此外，ATP释放的能量中，一部分能量也能用于动物的体温的提升和维持。
(4) 其他高能磷酸化合物
除ATP外，由其他有机碱构成的核苷酸也有重要的生物学功能，如三磷酸鸟苷（GTP）是蛋白质合成过程所需要的，三磷酸尿苷（UTP）参与糖原的合成，三磷酸胞苷（CTP）是脂肪和磷脂合成所必需的。
在动物和人体细胞（特别是肌细胞）内，除了ATP外，其他的高能磷酸化合物还有磷
酸肌酸（可用C～P代表）。磷酸肌酸的结构式是：
当动物和人体细胞由于能量大量消耗而使细胞内的ATP含量过分减少时，在有关酶的催化作用下，磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给ADP，从而生成ATP和肌酸（可用C代表）；当ATP含量比较多时，在有关酶的催化作用下，ATP可以将磷酸基团连同能量一起转移给肌酸，使肌酸转变成磷酸肌酸。
对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸只是能量的一种储存形式，而不能直接被利用。由此可见，对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸在能量释放、转移和利用之间起着缓冲的作用，从而使细胞内ATP的含量能够保持相对的稳定，ATP系统的动态平衡得以维持。
二、酶及其功能
新陈代谢是生命活动的基础。而构成新陈代谢的许多复杂而有规律的物质变化和能量变化，都是在酶催化下进行的。可以说，没有酶的参加，生命活动一刻也不能进行。
（一）酶的化学本质
1．绝大多数酶是蛋白质，某些RNA也具有催化活性。 20世纪80年代发现某些RNA有催化活性，还有一些抗体也有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。
（二）酶是生物催化剂
1．酶与一般催化剂的共同点 （1）用量少而催化效率高。
（2）能加快化学反应的速度，但不改变平衡点，反应前后本身不发生变化。 （3）酶降低反应所需的活化能。
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。
例 2H2O2→2H2O+O2 反应 非催化反应 钯催化反应 H2O2酶催化 活化能 75.24kJ/mol 48.9kJ/mol 8.36kJ/mol 2．酶作为生物催化剂的特点
（1）高效性：指催化效率很高，使得反应速率很快（酶降低活化能更显著）。
（2）高度的专一性：任何一种酶只作用于一种或几种相关的化合物，这就是酶对底物的专一性。
（3）温和的反应条件：酶促反应在常温、常压、生理pH条件下进行。 （4）酶在体内受到严格的调节、控制。
（5）酶的催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关。
（三）酶的分类
按照酶的化学组成可以将酶分为以下两类：
（1）单纯蛋白质酶：有些酶只是多肽链，除了氨基酸不含任何其他化学物质，也就是说有些酶是单纯蛋白质，如胰脏的核糖核酸酶、淀粉酶等。
（2）结合蛋白质酶：有些酶除了蛋白质外，还含有一些对热稳定的非蛋白质类小分子物
质或金属离子，即由蛋白质部分和非蛋白质部分组成。结合蛋白质酶的蛋白质部分称为脱辅酶，非蛋白质部分称为辅因子。脱辅酶与辅因子结合后所形成的复合物称为“全酶”，即全酶=脱辅酶+辅因子。在酶催化时，一定要有脱辅酶和辅因子同时存在才起作用，二者各自单独存在时，均无催化作用。脱辅酶部分决定酶催化的专一性，辅酶（辅基）在酶催化中通常是起着电子、原子或某些化学基团的传递作用，大部分辅酶是维生素或维生素的衍生物。
（四）影响酶作用的因素
酶的催化活性的强弱以单位时间（每分）内底物减少量或产物生成量来表示。研究某一因素对酶促反应速率的影响时，应在保持其他因素不变的情况下，单独改变研究的因素。 影响酶促反应的因素常有：酶的浓度、底物浓度、pH值、温度、抑制剂、激活剂等。其变化规律有以下特点。
（1）酶浓度对酶促反应的影响在底物足够，其他条件固定的条件下，反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时，酶促反应的速率与酶浓度成正比。 （2）底物浓度对酶促反应的影响在底物浓度较低时，反应速率随底物浓度增加而加快，反应速率与底物浓度近乎成正比；在底物浓度较高时，底物浓度增加，反应速率也随之加快，但不显著；当底物浓度很大，且达到一定限度时，反应速率就达到一个最大值，此时即使再增加底物浓度，反应速率几乎不再改变。
（3）pH对酶促反应的影响每一种酶只能在一定限度的pH范围内才表现活性，超过这个范围酶就会失去活性。在一定条件下，每一种酶在某一个pH时活力最大，这个pH称为这种酶的最适pH。
（4）温度对酶促反应的影响酶促反应在一定温度范围内反应速率随温度的升高而加快；但当温度升高到一定限度时，酶促反应速率不仅不再加快反而随着温度的升高而下降。在一定条件下，每一种酶在某一温度时活力最大，这个温度称为这种酶的最适温度。
（5）激活剂对酶促反应的影响激活剂可以提高酶活性，但不是酶活性所必需的。激活剂大致分两类：无机离子和小分子化合物。
（6）抑制剂对酶促反应的影响抑制剂使酶活性下降，但不使酶变性。抑制剂作用机制分两种：可逆的抑制作用和不可逆的抑制作用。
二、生物膜及功能
（一）生物膜的化学构成
生物膜是指构成细胞的所有膜的总称。按其所处位置可分为两种：一种处于细胞质外面的一层膜叫细胞膜，也可叫质膜；另一种是处于细胞由膜围绕而成的细胞器或细胞结构，叫内膜。细胞的内膜系统是指真核细胞内，在结构、功能或发生上相关的，如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体，等等。细胞内膜是相对于包围在细胞外面的细胞膜而言的。细胞膜可由内膜转化而来(如子细胞的质膜由高尔基体小泡融合而成)。
生物膜是细胞结构的基本形式，它对酶催化反应的有序进行和整个细胞的区域化都提供了一个必要的结构基础。当然，生物膜的功能是多种多样的，如细胞的物质代谢、能量转换和信息传递等都与生物膜有关。
在真核细胞中，膜结构占整个细胞干重的70%～80%。生物膜由蛋白质、脂类、糖、水和无机离子等组成。蛋白质约占60%～65%，脂类占25%～40%，糖占5%。这些组分，尤其是脂类与蛋白质的比例，因不同细胞、细胞器或膜层而相差很大。生物膜结构上，就是脂类以双分子层构成生物膜的基本结构，而蛋白质分子则“镶嵌”于其中。
1．膜蛋白
生物膜中的蛋白质约占细胞蛋白总量的20%～30%，它们或是单纯的蛋白质,或是与糖、
脂结合形成的结合蛋白。根据它们与膜脂相互作用的方式及其在膜中的排列部位，可以大体地将膜蛋白分为两类：外在蛋白与内在蛋白(图1-7)。外在蛋白为水溶性球状蛋白质，通过静电作用及离子键等非共价键与膜脂相连，分布在膜的内外表面。内在蛋白占膜蛋白总量的70%～80%，又叫嵌入蛋白或整合蛋白，其主要特征是水不溶性，分布在脂质双分子层中，有的横跨全膜也称跨膜蛋白,有的全部埋入疏水区，有的与外在蛋白结合以多酶复合体形式与膜脂结合。
膜蛋白执行着生物膜的主要功能。不同生物膜所具有的不同生物学功能主要是由于所含膜蛋白的种类和数量的不同。
细胞膜的构造 2．膜脂
在植物细胞中，构成生物膜的脂类主要是复合脂类，包括磷脂、糖脂、硫脂等。 磷脂是含磷酸基的复合脂。在植物细胞膜中重要的磷脂属甘油磷脂，它们是磷脂酰胆碱(卵磷脂)和磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)。另外，还有磷脂酰丝氨酸，磷脂酰甘油，磷脂酰肌醇等。
磷脂分子结构既有疏水基团，又有亲水基团。
如图所示，分子中有一个极性的“头部”和一个疏水的“尾部”。磷脂的这种特性使之在生物膜形成中起着独特的作用。
糖脂是指甘油脂中甘油分子上有一个羟基以糖苷键与一分子六碳糖相结合的产物。硫脂则是糖脂分子中的六碳糖上又带一个硫酸根基团。糖脂和硫脂也具有极性的“头部”和疏水的“尾部”，这两种脂类在叶绿体膜中特别多，其含量甚至超过了磷脂。
由上可知，膜上的脂类几乎都是两性分子，在水相中可自发地形成脂双层，即脂类分子呈两层排列，亲水的头部处于水相，疏水的尾部朝向。这种自发的排列过程称作脂类的自我装配。脂双层一旦有破损也能自我闭合。脂双层是流动的，脂类分子能在各自的单分子层内迅速地移动，即横向扩散，而一般不容易“翻转”，即不易从一个单分子层颠转到另一单分子层。脂双层的自我装配、自我闭合以及具有流动性的三大特点决定了它能成为生物膜理想的基本结构。
膜脂上的脂肪酸有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸之分，不饱和脂肪酸分子有双键，其顺式和反式的互变使不饱和脂肪酸易于弯曲或转动，从而使得膜结构比较松散而不僵硬。
膜脂上的不饱和脂肪酸与植物的抗逆性有很大关系，通常耐寒性强的植物，其膜脂中不饱和脂肪酸含量较高，而且不饱和程度(双键数目)也较高，有利于保持膜在低温时的流动性；而抗热性强的植物，其饱和脂肪酸的含量较高，有利于保持膜在高温时的稳定性。
3．膜糖
生物膜中的糖类主要分布于质膜的外单分子层。这些糖是不超过15个单糖残基所连接成的具分支的低聚糖链(寡糖链)，它们大多数与膜蛋白共价结合，少部分与膜脂结合，分别形成糖蛋白和糖脂(图1-7)。由于单糖彼此间结合方式、排列顺序、种类、数量以及有无分支等差别，其组合是千变万化的，所形成的寡糖链种类非常多，形成了多种细胞表面特异的图像，细胞之间借此进行互相识别和交换信息。
（二）、生物膜的结构
关于生物膜的结构有许多假说与模型，下面介绍两种模型。 1．流动镶嵌模型
流动镶嵌模型由辛格尔(S.J. Singer)和尼柯尔森(G. Nicolson)在1972年提出，认为液态的脂质双分子层中镶嵌着可移动的蛋白质，上图展示了此模型的结构特点。内在蛋白嵌合在磷脂分子层中，内在蛋白或其聚合体可横穿膜层，两端极性部分伸向水相，中间疏水部分与脂肪酸部分呈疏水结合，外在蛋白与膜两侧的极性部分结合。
这个模型的特点是强调膜的不对称性和流动性。脂双层的流动性保证了膜能经受一定程度的形变而不致破裂，这可使膜中各种成分按需要调整或组合，使之合理分布，有利于表现膜的多种功能。更重要的是它允许膜互相融合而不失去膜对通透性的控制，确保膜分子在细胞时均等地分配给子代细胞。
流动镶嵌模型虽得到比较广泛的支持，但仍有很多局限性，如忽视了蛋白质对脂类分子流动性的控制作用和膜各部分流动的不均匀性等问题。
2．板块镶嵌模型
板块镶嵌模型由贾因(M.K. Gain)和怀特(White)在1977年提出。他们认为，由于生物膜脂质可以在环境温度或其它化学成分变化的影响下，或是由于膜中同时存在着不同脂质(脂肪链的长短或不同的饱和度)，或者由于蛋白质和蛋白质、蛋白质和脂质间的相互作用，使膜脂的局部经常处于一种“相变”状态，即一部分脂区表现为从液晶态转变为晶态，而另一部分脂区表现为从晶态转变为液晶态。因此，整个生物膜可以看成是由不同组织结构、不同大小、不同性质、不同流动性的可移动的“板块”所组成，高度流动性的区域和流动性比较小的区域可以同时存在，随着生理状态和环境条件的改变，这些“板块”之间可以彼此转化。
（三）、生物膜的功能
正是有了脂性的膜，才使生命物质——蛋白质与核酸获得与周围介质隔离的屏障而保
持聚集和相对稳定的状态，因此，细胞膜是任何活细胞必不可少的。植物细胞可以脱离细胞壁而生活，却不能脱离细胞膜膜而生存。膜的主要功能如下：
1.分室作用 细胞的膜系统不仅把细胞与外界环境隔开，而且把细胞内的空间分隔，使细胞内部的区域化，即形成各种细胞器，从而使细胞的代谢活动“按室进行”。各区域内均具特定的pH、电位、离子强度和酶系等。
同时，由于内膜系统的存在，又将各个细胞器联系起来共同完成各种连续的生理生化反应，比如光呼吸过程就是由叶绿体、过氧化物体和线粒体三者协同完成的。
2.代谢反应的场所 细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行。如光合作用的光能吸收、电子传递和光合磷酸化、呼吸作用的电子传递及氧化磷酸化过程分别是在叶绿体的光合膜和线粒体内膜上进行的。
3.物质交换 质膜的另一个重要特性是对物质的透过具有选择性，控制膜内外进行物质交换。如质膜可通过扩散、离子通道、主动运输及内吞外排等方式来控制物质进出细胞。各种细胞器上的膜也通过类似方式控制其小区域与胞质进行物质交换。
4.识别功能 质膜上的多糖链分布于其外表面，似“触角”一样能够识别外界物质，并可接受外界的某种刺激或信号，使细胞作出相应的反应。例如，花粉粒外壁的糖蛋白与柱头细胞质膜的蛋白质之间就可进行识别反应。膜上还存在着各种各样的受体，能感应刺激，传导信息，代谢。
[典型例题]
例1：“高能磷酸键”中的“高能”是指该键：（ ）
A．健能高 B．活化能高 C．水解释放的自由能高 D．A、B、C都是
解析：化学中使用的“键能”和生物化学中使用的“高能键”，含义是完全不同的。化学中“键能”的含义是指断裂一个化学键所需要提供的能量；生物化学中所说的“高能键”是指该键水解时能释放出大量能量。（一般在20.92 kJ/mol以上）。答案:C。
例2：酶具有极强的催化功能，其原因是：（ ）
A．增加了反应物之间的接触面 B．降低了底物分子的活化能 C．提高了反应物分子中的活化能 D．降低了底物分子的自由能 解析：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。因为酶降低活化能更显著，所以催化效率高。答案：B。
例3：下列各组消化液中，每组均由每种消化液2ml混合而成，哪组能将蛋糕完全消化，且对蛋糕的消化力最强：（ ）
A．胃液、胰液、肠液 B．胰液、肠液、胆汁 C．唾液、胃液、肠液 D．胃液、肠液、胆汁 解析：酶的催化效率有最适PH值，胃蛋白酶是2.0左右，肠液和胰液最适PH值8左右，唾液最适PH是6.8左右，胆汁的PH值7左右。所以，如有胃液和其他消化液混合，两方面的酶都会由于PH值偏离最适而降低活性甚至失活，从而降低了对蛋糕的消化能力。 答案：B 。
例4：下列生理活动中，不产生 ATP的是：（ ）
A．暗反应 B．有氧呼吸 C．光反应 D．无氧呼吸 解析：暗反应消耗ATP，其他过程有ATP生成。 答案：A 例5：在人体和高等动物体内，在pH值由5上升到10的过程中，蛋白酶的催化速度将：（ ）
A．先升后降 B．不断上升 C．不断下降 D．先降后升
解析：本题考查问题并不难，但审题要仔细。题干所问是生物体内的蛋白酶活性随PH值变化！而不是胃蛋白酶。人体大多数酶的最适PH值为7，所以本题答案：A。
例6：人和动物体内发生“ADP十磷酸肌酸
酶ATP＋肌酸”反应的条件是：（ ）
A．肌肉组织缺氧 B．机体消耗ATP过多
C．机体进行有氧呼吸 D．机体进行厌氧呼吸
解析：ATP消耗过多，意味着生物体大量消耗能量，能量供不应求。磷酸肌酸是动物肌肉中的储能物质，在ATP消耗过多时，会分解，将磷酸基团及高能键转移致ADP，生成ATP，实现能量的迅速转移及供应。答案：B。
例7：下列物质中属于高能化合物的是：（ ） A．ATP B．ADP C．AMP D．A
解析：高能化合物是含有高能键的化合物，ATP有两个高能磷酸键，ADP有一个高能磷酸键，AMP虽然有磷酸基团但是不含高能磷酸键。所以答案：A、B。
例8：下面哪种有关酶的描述是错的：（ ）
A．所有酶都是蛋白质 B．酶有专一性
C．酶在细胞外也可以发挥功能 D．酶可以不需要辅基
解析：酶的化学本质：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。条件适宜，酶在体外也一样具有催化作用。从酶的化学构成角度：单纯蛋白质酶，除了氨基酸不含任何其他化学物质。结合蛋白质酶含有辅酶（辅基）。本题答案：A。
[智能训练]
1.细胞膜脂质双分子层中，镶嵌蛋白质分子分布在：（ ） A. 仅在内表面 B．仅在两层之间
C．仅在内表面与外表面 D．两层之间、内表面与外表面都有 2．以药物抑制草履虫ATP的合成，虫体死亡后其细胞常：（ ）
A．萎缩 B．膨大 C．破裂 D．不变 3．下列关于矿质元素的叙述不正确的是：（ ）
A．植物需要量最大的矿质元素是：氮、磷、钾 B．根对矿质元素的吸收具有选择性 C．根对矿质元素的吸收都要通过交换吸附 D．矿质元素进入根毛细胞中都需要消耗ATP
4．同呼吸作用有关，但与 ATP无关的过程是：（ ）
A．主动运输 B．协助扩散 C．离子交换吸附 D．渗透吸水 5．以下四组是影响酶活力的主要因素，正确的是：（ ）
A．底物的浓度、pH值、温度 B．光照、温度、pH值 C．底物的浓度、压力、PH值 D．温度、压力、pH值 6．动物体内能量代谢过程中，能量转移是指：（ ）
A．肝糖元与血糖的相互转变需ATP B．有机物氧化分解产生ATP
C．合成有机物消耗ATP D．ATP释放能量用于各种生理活动 7．人体进行下列哪项生理活动时，会产生ATP？（ ）
A．呼吸运动 B．外呼吸 C．肺的通气 D．内呼吸 8．当人在剧烈运动时，合成ATP的能量主要来源于： （ ）
A．无氧呼吸 B．有氧呼吸 C．磷酸肌酸 D．以上三项都有 9．人体的酶与激素的共同点是：（ ）
A．都是活细胞产生 B．都来源于腺体 C．都是细胞代谢产物 D．只存在于活细胞中 10．欲观察寄生在人体血细胞内的微丝蚴，可把红细胞置于（ ）
A．蒸馏水中 B．5％蔗糖溶液中 C．瑞氏溶液中 D．生理盐水中 11．以下哪种物质具有高能键：（ ）
A．磷酸烯醇式丙酮酸 B．3一磷酸甘油酸 C．2一磷酸甘油醛 D．果糖-6-磷酸 12．肌肉收缩时直接能源是：（ ）
A．ATP B．磷酸肌酸 C．葡萄糖 D．GTP 13．蔗糖在常温下很稳定，这是因为：（ ）
A．蔗糖需要较高的活化能 B．蔗糖是天然防腐剂
C．蔗糖处于一种低能级状态 D．葡萄糖不易同其他化合物反应 14．在酶促反应中，如果加入竞争性抑制剂：（ ）
A．米氏常数不变 B．最大反应速度不变
C．米氏常数和最大反应速度都不变 D．米氏常数和最大反应速度都变 15．参与体内供能反应最多的高能磷酸化合物是：（ ）
A．磷酸肌酸 B．三磷酸腺苷 C．PEP D．UTP E．GTP 16．细胞中许多具膜结构的细胞器在化学组成上很相似，其中与高尔基体的化学组成相似的细胞器是（ ）
A．线粒体 B．叶绿体 C．滑面内质网 D．核糖体 17．一分子葡萄糖完全氧化可以生成多少分子ATP：（ ）
A．35 B．38 C． 32 D．24 18．下列物质中属于高能化合物的是：（ ）
A．ATP B．ADP C．AMP D．A 19．下列 ADP含量不会增加的是：（ ）
A．K＋进入肾小管壁的上皮细胞 B．葡萄糖进入红细胞
C．线粒体中的氢与氧结合 D．甘油吸收进入小肠上皮细胞 20．多糖的合成中除需ATP供能以外，还需 供能。
21．用小刀将数十只萤火虫发火器割下，干燥后研成粉末状，取两等份分别装入2只小玻璃
瓶中，各加入少量的水，使之混合，可见到玻璃瓶中有淡黄色萤光出现，约过15min萤光消失。这时，再将ATP溶液加入其中一只玻璃瓶中，将葡萄糖溶液加入另一只玻璃瓶中，可观察到加 ATP溶液的玻璃瓶中有萤光出现，而加葡萄糖溶液的瓶中没有萤光出现，以上现象说明了
（1） ； （2） ； （3） 。
22． ATP和磷酸肌酸都是生物体内的高能化合物，都含有高能磷酸键，但是两者水解时用
途不同，ATP水解时释放的能量用于 ，磷酸肌酸水解时释放的能量用于 。
23．分析右图与生命活动有关的各种能量物质之间关系的图解，回答： （1）A过程是 ，B过程是 ，
C过程是 ，D过程发生的条件是 。
（2）如果在高等动物体内，E过程是在 （器官）中进行的。
（3）由太阳能变为高等动物体内肌肉收缩用的机械能的大致过程（用箭头和文字表示）
。
（4）写出高等动物C过程中无氧呼吸的反应式 。
24．为了认识酶作用的特性，以20％过氧化氢溶液为反应底物的一组实验，观察结果如下表所示：
步骤 方法 1 2 3 常温下自然分解 常温下加入Fe3＋ 常温下加入鲜肝提取液 观察结果 氧气泡少而小 氧气泡稍多而小 氧气泡极多而大 加入煮沸后冷却的鲜肝提取液 同自然分解一样 4 通过分析实验结果，能够得出相应的结论是 。
【参】
1．DCDCA 6．BDBAA 11．AAABB 16．CB 18．AB 19． BCD 20．尿苷三磷酸
21．（1）萤火虫发光是将化学能转变为光能的过程，需能量供给 （2）所需的能量由ATP提供
（3）葡萄糖不是生命活动的直接能源，只能转移到ATP中才能利用 22．各种生命活动，合成ATP
23．（1）光合作用光反应 光合作用 呼吸作用 高等动物剧烈运动 （2）肝脏 （3）太阳能→有机物中的化学能→ATP中的化学能→机械能
2C3H6O3＋少量能量 （4）C6H12O624．从催化条件看酶有温和性；从催化活性看酶变性而失活；从催化反应效率看酶有高效性
酶
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