例談細(xì)胞器知識在中學(xué)教學(xué)中的延伸

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)上加以識記。但是如果只是拘于教材知識，好多習(xí)題就無法解決，教師只有在新課或者復(fù)習(xí)階段對有關(guān)知識加以拓展延伸，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 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)知識的教學(xué)活動是重點(diǎn)和難點(diǎn)。細(xì)胞器種類繁多，功能和結(jié)構(gòu)各異，識別和記憶的內(nèi)容很多。教材提到：線粒體是細(xì)胞的“動力車間”，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）的功能就沒有做詳細(xì)介紹。但是習(xí)題中經(jīng)常會出現(xiàn)要應(yīng)用這些知識解決的一些問題。

下面我就列舉幾個(gè)在平時(shí)經(jīng)常會涉及有關(guān)細(xì)胞器知識的判斷題，給予歸納總結(jié)。

問題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回答似乎沒有太大問題。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。由此來看，它們的基因表達(dá)過程應(yīng)該與原核生物的相同，在轉(zhuǎn)錄的同時(shí)，正在延長的mRNA～：就可以開始翻譯了。

經(jīng)過上面知識的補(bǔ)充、延伸，發(fā)現(xiàn)問題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)錄與翻譯過程：在一個(gè)人體的神經(jīng)細(xì)胞中，只有轉(zhuǎn)錄與翻譯過程，沒有DNA的復(fù)制過程。

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)錄與翻譯過程，沒有DNA的復(fù)制過程。

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)過分析，如果只考慮細(xì)胞細(xì)胞核中DNA，則問題3、4這兩句話都是對的。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。

問題5：細(xì)胞分裂過程中葉綠體、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的線粒體分裂或出芽而來的。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，不斷長大而形成新的線粒體。

葉綠體由原生質(zhì)分化而來，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)胞器并沒有類似紡錘體的幫助精確平分的機(jī)構(gòu)。不過細(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)生就要問了，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)難道也是合成蛋白質(zhì)的場所嗎？

要解決這個(gè)問題，必須對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的知識做重要拓展。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，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)過各種復(fù)雜的修飾。因此對于蛋白質(zhì)來說，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以說參與了蛋白質(zhì)的合成。