生物细胞的基本结构(6篇)

生物细胞的基本结构篇1

一、教学目标的确立依据

（一）课程标准要求及解读

对于生物膜的结构，山东省2017级生物学科教学指导意见中的要求为“概述生物膜的结构”。概述为理解水平，即不仅要说出流动镶嵌模型的基本内容，还应该建立生物膜结构和功能之间的联系。2017版《普通高中生物学课程标准》中与这一部分有关的学业要求有：“从结构和功能相适应这一视角，解释细胞由多种多样的分子组成，这些分子是细胞执行各项生命活动的物质基础；建构并使用细胞模型，阐明细胞各部分结构通过分工与合作，形成相互协调的统一整体。”本节课是在学习了细胞膜功能和生物膜系统功能的基础上进行的，所以可以很好地使学生形成结构和功能相适应的观点，从而提高生命观念这一核心素养，所以这是本节课的一个重要目标。本节课将以生物膜结构的探究历程为主线，构建生物膜的流动镶嵌模型，从而使学生对细胞结构有一个更清晰的认识，进而能阐明其功能，所以引导学生回顾生物膜结构的探究历程进而总结出流动镶嵌模型的主要内容是本节课重要的学习目标。另外课标要求注重生物科学史和科学本质的学习，而本节课恰恰是以生物膜结构的探究历程为主线，可以让学生沿着科学家探索的道路，理解科学的本质和科学研究的思路、方法，让学生认识到“科学知识可能随着研究的深入而改变”“科学工作依赖观察和推论”“科学工作采用基于实证的范式”。

（二）教材与教学内容分析

1、内容分析

“生物膜的结构”为人教版高中生物学教材《分子与细胞》第4章第2节《生物膜的流动镶嵌模型》的内容，是上一章中“细胞膜——系统的边界”内容的延伸，与第4章第1节“物质跨膜运输的实例”和第3节“物质跨膜运输的方式”联系紧密，起到承上启下的作用。教学内容主要包括两部分：科学家对生物膜结构的探究历程；生物膜流动镶嵌模型的基本内容。在此基础上建立细胞膜结构和功能的联系，使学生认同结构与功能相适应的观点。对于生物膜结构的探索历程，教材中选取的资料简明扼要，所以在教学中以教材提供的资料为主，补充了冷冻断裂技术，以便学生认识蛋白质在膜中的分布情况和技术对于科学发展的推动作用；对于荧光标记人-鼠细胞融合的实验，不是直接给出，而是先让学生设计实验，以此培养学生科学探究的核心素养。

2、重难点分析

教学重点：生物膜结构的探究历程；生物膜流动镶嵌模型的基本内容。

教学难点：探究蛋白质分子是否能够运动的实验设计；建立细胞膜结构和功能的联系。

（三）学情分析

学生己经学习了细胞膜的成分和功能，认同了细胞膜作为系统边界对于细胞生命活动的重要意义，但对细胞膜的结构完全不了解，所以应该从膜的功能引入本节课的学习，最终让学生认同结构和功能是相适应的这一基本的生物学观点。高一学生对于科学研究的一般方法和科学的本质等缺乏深入认识，科学探究能力需要逐步培养，所以本节课应该通过分析生物膜结构的探究历程和实验设计，提高学生对科学研究方法和科学本质的认识，提高学生的科学探究能力。

二、教学目标

1.通过资料分析，回顾生物膜的探究历程，理解科学的本质和科学研究的思路、方法，通过血型的介绍增强社会责任感。（科学思维、科学探究、社会责任）

2.说出流动镶嵌模型的主要内容。（生命观念）

3.建立细胞膜结构和功能的联系，认同结构和功能相适应的观点。（科学思维、生命观念）

三、评价设计

目标1、通过目标检测题1学生对相关问题的回答进行评价进行评价

目标2、通过目标检测题2进行评价

目标3、通过学生对相关问题的回答进行评价

生物细胞的基本结构篇2

[关键词]医学细胞生物学教学改革

[中图分类号]G622[文献标识码]A[文章编号]1009-5349（2015）12-0233-01

临床医学专业是一门实践性很强的应用科学专业。它致力于培养具备基础医学、临床医学的基本理论和医疗预防的基本技能，能在医疗卫生单位、医学科研等部门从事医疗及预防、医学科研等方面工作的医学高级专门人才。该专业学生主要学习医学方面的基础理论和基本知识，人类疾病的诊断、治疗、预防方面的基本训练。要具有对人类疾病的病因、发病机制做出分类鉴别的能力。随着细胞结构及功能的相关知识和理论在医学领域中的应用的不断深入，“细胞生物学”已成为现代医学的重要基础，在医学教育中占有重要的地位。对于现代医科学生来说，具备“细胞生物学”的相关基础知识和基本技能，是进一步学习其他医学课程必不可少的条件。

一、医学细胞生物学课程内容体系和结构

我校医学本科专业自1978年开设以来，在教育部组织的1997年、2006年本科教学工作水平评估中分别达到“优”和“良”的水平。为内蒙古、吉林、辽宁等全国各地区培养了一万多名合格的高级医学专业人才，临床专业毕业生遍布全国各省及美国、日本等国家。所招学生范围逐年扩大，并分为汉班和蒙班，其中蒙班学生为蒙古族，他们主要为蒙古族中小学考上来的，蒙语授课兼修汉语。

医学细胞生物学以细胞生物学和分子生物学为基础，是探索研究人体细胞发生、发育、增殖、衰老、死亡以及细胞结构与功能的异常与人类疾病关系的学科。课程基本内容有13章，包括细胞生物学绪论、细胞膜的化学组成与特性、细胞表面与细胞外基质、细胞膜的功能、细胞的内膜系统、线粒体、核糖体、细胞骨架、细胞核与遗传物质储存、细胞中遗传信息的传递及调控、细胞增殖与细胞周期、细胞分化、细胞衰老与死亡。第1章，引领学生进入医学细胞生物学课程，指导学生如何学习这门课；第2―9章为基础理论知识，学习医学细胞生物学特有的细胞结构与功能及其与疾病关系；第10―13章，主要以细胞为整体，看细胞的“一生”变化。通过这三部分的学习，能够使学生掌握人体细胞的知识，同时把细胞结构与功能的异常与人类疾病关系渗透到各个章节。

二、医学细胞生物学与其他课程的联系

医学细胞生物学在临床专业培养计划中，大一开课，这充分体现了该课程的基础性。其后的课程有生物化学、组织学与胚胎学、生理学、病理学、免疫学等。组织学与胚胎学是相互关联的两门学科，习惯列为一门专业基础课程。组织学是研究机体微细结构及其相关功能的科学。胚胎学主要是研究从受精卵发育为新生个体的过程及其机理的科学，其研究内容包括生殖细胞发生、受精、胚胎发育、胚胎与母体的关系、先天性畸形等。在其内容中涉及细胞的知识较多，比如什么是生殖细胞、细胞分化的原理、细胞分裂产生新的细胞等等。如果没有学习相应的细胞生物学课程，很难理解这些基本概念与原理。生理学是研究机体正常生命活动规律的一门课程，学生能够学习人体各器官的基本功能，认识机能与结构的联系，理解机体的整体统一性及与环境的对立统一关系。其内容包括细胞、组织、器官和系统的基本功能及功能调节。该课与细胞生物学关联紧密，很多人体生理活动，都是以细胞为基础。比如细胞的Na-K离子泵工作原理阐释了物质在细胞两侧的运输，从而调节人体内环境渗透压平衡。

生物化学是运用化学的理论与方法，从分子水平研究生命现象的科学，能够使学生获得生物化学的基本理论、基本知识和基本技能。其内容包括蛋白质与核酸化学、维生素、酶、生物氧化、物质代谢及其调节、肝脏生化和酸碱平衡等。这里提到的核酸是细胞内的遗传信息载体，生物氧化、物质代谢多发生在细胞内，可见，离开了细胞，生物化学这门课程将无法开展。病理学是一门研究疾病的病因、发病机制、病理改变（包括代谢、机能和形态结构的改变）和转归的医学基础学科。其目的是认识和掌握疾病的本质的发生发展的规律，从而为防治疾病提供必要的理论基础和实践依据。人类很多疾病的本质是特定细胞的损伤，比如高胆固醇血症，主要发病原因是细胞膜上的受体缺失或无法识别供体。因此，在介绍这类疾病时，就需要掌握细胞的结构、细胞膜的功能等细胞生物学内容。医学免疫学研究机体免疫系统的组织结构和生理功能的科学，其基本定义概念如抗原、抗体，这些都是细胞内外存在的物质。

因此，随着我校临床专业培养计划的改革发展，医学细胞生物学必定成为必不可少的专业基础课程，需要加以重视。

【参考文献】

[1]吕毅，吴小健，向俊西等.抓好临床医学专业学位人才培养新模式试点工作的探讨[J].西北医学教育，2014（05）：866-868.

[2]白一，龚云辉，刘希婧等.临床医学专业八年制医学教育的现状[J].中华妇幼临床医学杂志（电子版），2014（01）：113-115.

生物细胞的基本结构篇3

【关键词】归纳；总结；分析；结论

一、常现生物：

1.细菌：原核类：具细胞结构，但细胞内无核膜和核仁的分化，也无复杂的细胞器，包括：细菌（杆状、球状、螺旋状）、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体、螺旋体。

①细菌：三册书中所涉及的所有细菌的种类：

乳酸菌、硝化细菌（代谢类型）；

肺炎双球菌S型、R型（遗传的物质基础）；

结核杆菌和麻风杆菌（胞内寄生菌）；

根瘤菌、圆褐固氮菌（固氮菌）；

大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌（为基因工程提供运载体，也可作为基因工程的受体细胞）；

苏云金芽孢杆菌（为抗虫棉提供抗虫基因）；

假单孢杆菌（分解石油的超级细菌）；

甲基营养细菌、谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌（微生物的代谢）；

链球菌（一般厌氧型）；

产甲烷杆菌（严格厌氧型）等

②放线菌：是主要的抗生素产生菌。它们产生链霉素、庆大霉素、红霉素、四环素、环丝氨酸、多氧霉素、环已酰胺、氯霉素和磷霉素等种类繁多的抗生素（85%）。繁殖方式为分生孢子繁殖。

③衣原体：砂眼衣原体。

2.病毒：病毒类：无细胞结构，主要由蛋白质和核酸组成，包括病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）①动物病毒：RNA类（脊髓灰质炎病毒、狂犬病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、流感病毒、艾滋病病毒、口蹄疫病毒、脑膜炎病毒、SARS病毒）DNA类（痘病毒、腺病毒、疱疹病毒、虹彩病毒、乙肝病毒）

②植物病毒：RNA类（烟草花叶病毒、马铃薯X病毒、黄瓜花叶病毒、大麦黄化病毒等）

③微生物病毒：噬菌体。

3.真核类：具有复杂的细胞器和成形的细胞核，包括：酵母菌、霉菌（丝状真菌）、蕈菌（大型真菌）等真菌及单细胞藻类、原生动物（大草履虫、小草履虫、变形虫、间日疟原虫等）等真核微生物。

①霉菌：可用于发酵上工业，广泛的用于生产酒精、柠檬酸、甘油、酶制剂（如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等）、固醇、维生素等。在农业上可用于饲料发酵、生产植物生长素（如赤酶霉素）、杀虫农药（如白僵菌剂）、除草剂等。危害如可使食物霉变、产生毒素（如黄曲霉毒素具致癌作用、镰孢菌毒素可能与克山病有关）。常见霉菌主要有毛霉、根霉、曲霉、青霉、赤霉菌、白僵菌、脉胞菌、木霉等。

4.微生物代谢类型：

①光能自养：光合细菌、蓝细菌（水作为氢供体）紫硫细菌、绿硫细菌（H2S作为氢供体，严格厌氧）2H2S+CO2[CH2O]+H2O+2S

②光能异养：以光为能源，以有机物（甲酸、乙酸、丁酸、甲醇、异丙醇、丙酮酸、和乳酸）为碳源与氢供体营光合生长。阳光细菌利用丙酮酸与乳酸用为唯一碳源光合生长。

③化能自养：硫细菌、铁细菌、氢细菌、硝化细菌、产甲烷菌（厌氧化能自养细菌）CO2+4H2CH4+2H2O

④化能异养：寄生、腐生细菌。

⑤好氧细菌：硝化细菌、谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等

⑥厌氧细菌：乳酸菌、破伤风杆菌等

⑦中间类型：红螺菌（光能自养、化能异养、厌氧[兼性光能营养型]）、氢单胞菌（化能自养、化能异养[兼性自养]）、酵母菌（需氧、厌氧[兼性厌氧型]）

⑧固氮细菌：共生固氮微生物（根瘤菌等）、自生固氮微生物（圆褐固氮菌）

5.植物：C3和C4植物、阳生和阴生植物、豌豆、荠菜、玉米、水稻（2×12）、洋葱（2×8）、香蕉（3n）、普通小麦（六倍体）、八倍体小黑麦、无籽西瓜（3n）、无籽番茄、抗虫棉、豆科植物等。

6.动物：人（2×23）、果蝇（2×4）、马（2×32）、驴（2×31）、骡子（63）等。

二、重要的观点、结论：

1.生物体具有共同的物质基础和结构基础。细胞是一切动植物结构的基本单位。病毒没有细胞结构。细胞是生物体的结构和功能的基本单位。

2.新陈代谢是生物体进行一切生命活动的基础，是生物最基本的特征，是生物与非生物的最本质的区别。

3.生物遗传和变异的特征，使各物种既能基本上保持稳定，又能不断地进化。生物的遗传特性，使生物物种保持相对稳定。生物的变异特性，使生物物种能够产生新的性状，以致形成新的物种，向前进化发展。

4.生物体具应激性，因而能适应周围环境。生物体都能适应一定的环境，也能影响环境。

5.组成生物体的化学元素，在无机自然界都可以找到，没有一种化学元素是生物界所特有的，这个事实说明生物界和非生物界具统一性。生物界与非生物界还具有差异性。组成生物体的化学元素和化合物是生物体生命活动的物质基础。

6.糖类是细胞的主要能源物质，葡萄糖是细胞的重要能源物质。淀粉和糖元是植物、动物细胞内的储能物质。蛋白质是一切生命活动的体现者。脂肪是生物体的储能物质。核酸是一切生物的遗传物质。

7.组成生物体的任何一种化合物都不能够单独地完成某一种生命活动，只有这些化合物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。

8.细胞膜具一定的流动性这一结构特点，具选择透过性这一功能特性。

9.细胞壁对植物细胞有支持和保护作用。线粒体是活细胞进行有氧呼吸的主要场所。叶绿体是绿色植物光合作用的场所。核糖体是细胞内将氨基酸合成为蛋白质的场所。染色质和染色体是细胞中同一种物质在不同时期的两种形态。细胞核是遗传物质储存和复制的场所，是细胞遗传特性和细胞代谢活动的控制中心。

10.构成细胞的各部分结构并不是彼此孤立的，而是互相紧密联系、协调一致的，一个细胞是一个有机的统一整体，细胞只有保持完整性，才能够正常地完成各项生命活动。

11.原核细胞最主要的特点是没有由核膜包围的典型的细胞核。

12.细胞以分裂的方式进行增殖，细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。

13.细胞有丝分裂的重要意义（特征），是将亲代细胞的染色体经过复制以后，精确地平均分配到两个子细胞中去，因而在生物的亲代和子代间保持了遗传性状的稳定性，对生物的遗传具重要意义。

14.高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，也就是保持着细胞全能性。

15.酶的催化作用具有高效性和专一性，需要适宜的温度和pH值等条件。

生物细胞的基本结构篇4

关键词：细胞膜；结构；功能

中图分类号：G632.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2012）09-0270-02

[教材分析]

“简述细胞膜的结构和功能”是普通高中生物课程标准中的具体内容标准。要求学生通过细胞膜的亚显微结构的学习，理解细胞膜结构和功能相适应的特点。为进一步学习物质的跨膜运输打下基础。而学习这些重难点内容的前提是熟悉细胞膜的成分以及各成分的特点，本节内容就是以细胞膜的成分和功能展开讨论的。

[教学目标]

1.知识目标。（1）简述细胞膜的成分和功能。（2）临时装片的制作和显微镜的操作要领。

2.能力目标。（1）体验制备细胞膜的方法。（2）通过设计和分析实验，培养学生的科学探究能力。

3.情感态度与价值观。认同细胞膜是细胞这个生命系统的边界，及其对这个系统的重要意义。

[教学重点]

1.细胞膜的组成成分及其功能。

2.形象化理解细胞膜存在的意义。

[教学难点]

1.体验用哺乳动物成熟的红细胞制备细胞膜。

2.体验细胞膜对细胞这个生命系统的重要意义。

[教学方法]

自主探究法，分析讨论法，归纳法

[教学准备]

多媒体课件，实物准备

[教学过程]

一、情境创设

让学生回顾已有对细胞的认识（细胞的结构和细胞的成分等），引出第3章课题。利用书中的问题探讨，给学生两分钟时间讨论，然后提问学生，引导出第1节课题——细胞膜。

师：大家猜想一下细胞膜的成分是什么？它的功能又是什么呢？要想解决这两个问题，我们必须想办法得到细胞膜，下面我们就来体验一下细胞膜的制备过程。

二、新知获取

[实验]

体验制备细胞膜的方法

师：我们知道，要想获得实验的成功，正确取材是关键，下面看以下几种细胞图：

（课件展示几种细胞的图片分别是：高等植物细胞，红细胞，肌细胞）

讨论：以上三种细胞哪种比较作这个实验的实验材料呢？你能说说你选择它的原因吗？

生：红细胞，因为植物细胞有细胞壁，有各种细胞器膜；肌细胞也有各种细胞器膜，如：核膜，线粒体膜等。

阅读课本P41旁栏相关信息：任何红细胞都可以吗？用鸽子的红细胞可以吗？

生：不可以，必须用哺乳动物成熟的红细胞，因为鸽子的红细胞内有细胞核和各种细胞器，那也就存在核膜和各种细胞器膜。

师：那么如何利用哺乳动物成熟的红细胞获取细胞膜呢？你有什么好的方法吗？

多媒体演示实验（红细胞的吸水与失水）：

注意：1.此实验的实验原理是什么？

2.实验过程中你能观察到哪些实验现象？

学生观看实验并小组讨论后回答问题：

生1：原理是：细胞放在清水里，水可以进入细胞，把细胞涨破，细胞内的物质流出来，就可以得到细胞膜了。

师：很好，其实我们可以将其总结为四个字，哪四个字呢？

大部分学生可以答出：“吸水涨破”。

老师给与表扬并板书：

实验原理：细胞吸水涨破

师解释渗透吸水的原理：水分子向着高浓度的方向移动。

师：很好，大家能描述一下你看到的实验现象吗？

生：可以看到近水的部分红细胞发生变化，凹陷消失，细胞体积增大，很快细胞破裂，内容物流出。

师：请大家分析以下材料分别说明了什么？（小组内讨论，得出最优答案）

①1859年，E.Oerton选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现凡是易溶于脂质的物质，也容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，也不容易穿过膜。

②1897年，Crijins和Hedin用红细胞做实验，同样也证明分子的通透性与其在脂质中的溶解度有关，且溶解度越大越容易通过。生：细胞膜的组成成分中含有脂质。师：细胞膜的组成成分中含有脂质，主要是磷脂，能构成细胞膜的基本骨架，占细胞膜总重量的50％左右。

③1925年荷兰科学家Gorter和Grendel从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是细胞膜的2倍，说明了什么？生：细胞膜中的磷脂是双层的。

老师解释：磷脂分子的结构：亲水端，疏水端，板演磷脂分子在水与空气界面的排布。引导学生画出磷脂分子在细胞膜中的排布方式。

④科学家对细胞膜化学成分深层分析，发现细胞膜会被蛋白酶分解，说明了什么？

生：细胞膜的组成成分中还含有蛋白质。

观察课本封面的细胞膜模式图：

师总结：可以看出蛋白质分子以贯穿、镶嵌、覆盖三种形式存在于磷脂双分子层中，那么蛋白质在细胞膜中的功能是什么？

生：行使细胞膜的功能。

师：例如，细胞与细胞之间的信息交流就要靠细胞膜上的糖蛋白。

二、细胞膜的功能

师：请大家一起看课本P42，并总结细胞膜的功能。

教师与学生一起学习后总结：

1.将细胞与外界环境分割开。

2.控制物质进出细胞。细胞膜的功能特点：选择透过性。

3.进行细胞的信息交流。

思考：你认为细胞膜还可能有那些功能?

生：七嘴八舌。

师总结：物质交换；细胞识别；分泌，排泄；细胞的免疫等。

师：思考：哪些生物具有细胞壁?哪些生物没有细胞壁?

生：有细胞壁的生物有：绝大多数的原核生物；真菌；植物细胞

无细胞壁的生物有：动物细胞；病毒

师：总结。

讲解：植物细胞壁的主要成分是：纤维素和果胶

细菌细胞壁的主要成分是：肽聚糖

植物细胞壁的功能：对植物细胞起支持和保护作用。

[教学反思]

生物细胞的基本结构篇5

关键词DNA纳米结构；药物转运载体；智能载药；评述

1引言

肿瘤的治疗是复杂的系统工程，以化疗和放疗为主要手段。传统小分子化学药物治疗效果好，但存在水溶性差、生物利用度低、毒性强等缺点，需要大剂量给药，给病人带来很大的毒副作用＼[1＼]；新颖的蛋白和核酸类药物，在肿瘤治疗中表现出很好的效果和极大的潜力，但价格昂贵、稳定性差、不易被细胞摄取＼[2＼]。因这些药物的生物利用度差，所以对其运输方式提出了新要求。发展新颖和有效的药物转运载体技术，提高药物的治疗效果，已成为近年来生物学和医学研究的热点。

常用的药物转运载体主要是脂质体＼[3＼]和阳离子树状聚合物＼[4＼]等高分子类载体。近年来，多种无机纳米材料，如纳米金＼[5～7＼]等，被大量用于转运反义RNA＼[8＼]、小干扰RNA＼[9＼]和抗癌药物＼[10＼]的研究。然而，@些载体具有内在细胞毒性＼[11＼]，装载药物的种类和数量不可控，可控靶向释放能力较差＼[12＼]。理想的药物转运载体应满足以下条件：（1）能够保护药物免于被降解，同时保留药物分子的生物学活性；（2）可以改善药物的水溶性，降低毒性、免疫原性及其它副作用；（3）能穿透生物膜屏障，例如细胞膜、内质网膜等；（4）可以同时转运多种药物分子；（5）具备智能转运能力，如靶向可控药物释放等。

近十几年来，结构DNA纳米技术蓬勃发展，为构建高效药物载体提供了新思路。DNA是自然界中组成生物的遗传材料，具有天然的生物相容性。由DNA经碱基互补配对形成的自组装DNA纳米结构，是一类具有精确结构和尺寸的纳米生物材料，同时具备多个化学反应位点、手性性质等特点，在众多领域都有广泛的应用前景＼[13＼]。研究表明，DNA纳米结构能以极高的效率进入细胞，这为DNA纳米结构应用于药物转运载体奠定了基础＼[14＼]。

本文首先回顾了DNA纳米技术的发展历程，介绍基于DNA纳米结构的新型药物转运载体研究现状，对于动态DNA纳米结构在智能药物载体中的应用进展进行评述，并对其发展前景进行了展望。

2DNA纳米技术和自组装DNA纳米结构的发展历程

自1983年Seeman设计第一个四臂核酸交叉结构（图1A）以来＼[15＼]，研究者意识到DNA不仅是生命的密码，更能作为生化模块，自下而上构建纳米世界。自此，基于WastonCrick碱基互补配对的多种自组装DNA纳米结构纷纷面世，结构DNA纳米技术得到快速发展并获得广泛应用。

在结构DNA纳米技术发展初期，所合成的结构仅是数条DNA单链通过碱基互补配对形成的交叉和拓扑结构，例如由等摩尔DNA单链混合得到的单交叉点多分支结构＼[16＼]（图1B）。这一类型的组装可以形成二维或三维结构，然而其大小难以控制且机械强度不足。1993年，Seeman研究组设计的多交叉结构＼[17＼]有效解决了这一问题，例如双螺旋结构域之间的多个交叉位点可以形成坚固的平面结构＼[18＼]。此后，采用多链碱基配对的方法合成了大量三维多面体结构，如四面体＼[19＼]（图1D）。

通过上述结构基元的粘性末端杂交，可以进一步合成高阶周期性结构，包括树枝状DNA＼[20＼]（图1E）、水凝胶＼[21＼]、DNA晶体＼[18＼]（图1F）等。然而这些通过基元粘性末端杂交构建的超结构具有一定局限性，例如合成耗时，需精确控制DNA单链化学计量比，并且所用的基元纯度要求高，结构的复杂性有限。为了解决这些问题，Ke等采用不同的单链基元取代多链基元合成了复杂的三维纳米结构＼[22＼]。

2006年，Rothemund设计的DNA折纸＼[23＼]开辟了DNA纳米技术的新纪元。DNA折纸以一条长DNA骨架单链为基础，在数百条订书钉链的帮助下折叠成所需结构。典型的DNA折纸有二维平面折纸＼[23＼]（图1G）、三维曲率折纸＼[24＼]（图1H）和不对称折纸＼[25＼]（图1I）。由于多条订书钉链与骨架链相互作用，因此不需要严格控制化学计量比，从而大大提高了组装效率。更重要的是，这种方法可以构建具备分子尺度可寻址性的复杂纳米物体。

目前，这种精确构建的DNA纳米结构已在多个领域应用，例如DNA管状纳米结构可作为模板诱导蛋白质排布，进而用于蛋白质结构的核磁共振分析＼[26＼]；二维DNA纳米结构可以位点特异性地固定生物分子探针，用于制备纳米传感阵列＼[27＼]。此外，DNA纳米结构可用于制备磷脂膜通道和生物反应器＼[28＼]；还可作为模板，用于构建质子化结构，在纳米设备中引导和转换光路＼[29＼]。本文重点综述DNA纳米结构作为药物转运载体应用的相关研究。

3DNA纳米结构与细胞的作用过程

DNA纳米结构作为一种药物载体，其与细胞的相互作用直接影响药物的治疗效果。DNA纳米结构在细胞内能够稳定存在是其发挥作用的前提条件，而高摄取效率则可以保证其能载带足量的药物分子进入细胞内发挥作用。DNA纳米结构进入细胞的过程和进入细胞后，均涉及一系列复杂的生理过程，与稳定性、作用模式、运动模式等多个因素密切相关。

3.1DNA纳米结构在生理条件下的稳定性

DNA纳米结构作为药物转运载体功能的实现，极大依赖于其在细胞内外环境中的稳定性。DNA纳米结构必须维持足够长时间的稳定性，才能发挥其预期功能。Surana等＼[30＼]通过荧光实验，研究了不同DNA纳米结构在细胞内的稳定性，他们发现，DNA纳米结构的灵活性可避免其与核酸酶接触，从而避免被核酸酶降解。Keum等＼[31＼]的研究表明，DNA四面体在10%胎牛血清（Fetalbovineserum，FBS）中能够在42h内维持结构的稳定性。Mei等＼[32＼]的研究表明，DNA折纸在细胞裂解液中能维持其结构和功能的稳定。Walsh等＼[33＼]的研究表明，DNA纳米结构在细胞内吞48h后仍保持结构完整。Shen等＼[34＼]发现DNA折纸完全降解大约需要60h。这些研究均证明DNA纳米结构在复杂生理条件下具备足够的稳定性，能够作为药物载体得到应用。

3.2DNA纳米结构与细胞膜的相互作用

细胞膜是DNA寡核苷酸的天然屏障，由于细胞膜带负电荷，一般的DNA单链和双螺旋等很难透过膜进入细胞内部。然而最近研究表明，DNA纳米结构能以极高的效率自由进入细胞＼[33＼]。造成这一区别的原因在于，简单的DNA由于表面负电荷的排斥作用，难以靠近细胞膜；而DNA纳米结构虽然带有负电荷，但其独特的纳米尺寸特性使其可以通过内吞作用（包括胞吞和胞饮作用）进入细胞内部，这一过程是能量依赖的主动运输过程，而非简单扩散。2011年，Turberfield和Fan的研究组都发现，DNA纳米结构可不依赖转染试剂进入细胞，并且证明了是细胞的内吞作用介导了这一过程＼[33，35＼]。随后，Liang等＼[36＼]利用单颗粒追踪技术揭示了DNA四面体进入Hela细胞的途径，发现四面体通过网格蛋白介导的胞饮途径进入溶酶体。他们还发现DNA纳米结构的形状和尺寸都会影响细胞的摄取效率，长宽比较大的结构更易被细胞摄取＼[37＼]。

3.3DNA纳米结构在细胞内的去向

DNA纳米结构进入细胞后的运动过程和在细胞内的最终去向等相关研究尚处于起步阶段，还存在争议。目前主要存在两种观点，一种认为DNA纳米结构的最终去向是溶酶体，另一种则认为细胞质是它们的终点。Zhao等＼[38＼]构建了阿霉素（Doxorubicin，Dox）和DNA纳米结构的复合物，该复合物在内吞体内缓慢降解，同时缓慢释放Dox进入细胞质，最后进入细胞核。@一过程展示了DNA纳米结构在细胞内沿内吞体溶酶体途径的运输过程。Tay等＼[39＼]发现在四面体上修饰特殊分子信标后，可以使四面体分布在细胞质中，而非进入溶酶体。Charoenphol等＼[40＼]构建了核酸适配体DNA纳米结构复合物，该复合物可通过胞饮途径进入癌细胞，随后逃脱内吞体溶酶体而免于被降解，但是，该复合物仍旧进入正常细胞的内吞体并被降解。

3.4溶酶体逃逸

DNA纳米结构能够在溶酶体的酸性环境中发生降解、构象变化等反应。对于纳米药物而言，尽管溶酶体中的酸性环境有利于药物分子从DNA纳米结构中释放，然而由于多数药物的作用靶点不在溶酶体，药物分子在溶酶体中释放会导致药物无法被运输到靶点，影响药物的作用效果。溶酶体逃逸的路径包括胞饮作用和非吞噬作用的摄取过程（如小窝蛋白介导的内吞途径），这两种方式都可避免DNA药物载体和药物被溶酶体降解＼[41＼]。2014年，Liang等＼[36＼]在DNA四面体上修饰核定位序列（Nuclearlocalizaitonsignals，NLS），从而引导四面体逃脱溶菌酶，进入细胞核。此外，Chen等＼[42＼]合成了长度为0.5～1.5μm的纳米带，由于其尺寸超过溶酶体，使得部分结构突出溶酶体，最终实现溶酶体逃逸。

4静态DNA纳米结构在药物转运载体中的应用进展

基于受外界刺激时能否发生明显的形态改变，DNA纳米结构可大致分为两类：静态DNA纳米结构和动态DNA纳米结构。本部分文将总结静态DNA纳米结构在药物转运载体中的应用进展。

4.1转运化疗药物

20世纪以来，能够快速杀死癌细胞的化疗药物成为临床治疗癌症的首选。传统的化疗药物具有毒副作用大、选择性低、易在肝肾等部位富集的缺陷。化疗药物中研究较多的Dox在实验室和临床研究中都易引发多药抗性＼[43＼]，极大限制了它的应用。

Dox通过嵌入DNA双链，干扰大分子生物合成，从而抑制癌细胞生长。使用DNA纳米结构载带Dox，对提高Dox药效、降低副作用，并克服细胞抗药性，具有重要意义＼[44＼]。

Jiang等使用DNA折纸作为Dox载体（图2A），获得了极高的Dox荷载效率，同时发现该DoxDNA折纸复合物不但对人乳腺癌细胞（MCF7）具有毒性，也对Dox抗性癌细胞具有杀伤效果＼[45＼]。DNA折纸增加了细胞对Dox的内吞效率，从而显著提高了对Dox抗性癌细胞的杀伤效果。Zhao等＼[38＼]设计两种DNA纳米结构载带Dox杀伤3种癌细胞（图2B），这两种结构的不同扭曲程度造成了嵌入DNA双螺旋的Dox数量有差异。他们发现，通过调整DNA纳米结构的构型，可以调节Dox装载效率和药物释放动力学；与游离Dox相比，DoxDNA纳米结构的细胞毒性明显提高，并且清除效率下降。

4.2转运功能核酸

功能核酸包括核酸适配体（Aptamer）、反义寡核苷酸、小干扰RNA（siRNA）、microRNA等具有特殊功能的核苷酸序列，在疾病的诊断治疗中广泛应用。由于载体与药物均为核酸，可以便捷地通过核酸杂交或嵌入的方式实现药物分子的载带。

57BerzofskyJA，AhlersJD，BelyakovIM.Nat.Rev.Immunol.，2001，1（3）：209-219

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65GeZ，PeiH，WangL，SongS，FanC.Sci.ChinaChem.，2011，54（8）：1273-1276

66ZhuD，PeiH，YaoG，WangL，SuS，ChaoJ，WangL，AldalbahiA，SongS，ShiJ.Adv.Mater.，2016，28（32）：6860-6865

67AndersenES，DongM，NielsenMM，JahnK，SubramaniR，MamdouhW，GolasMM，SanderB，StarkH，OliveiraCLP，PedersenJS，BirkedalV，BesenbacherF，GothelfKV，KjemsJ.Nature，2009，459（7243）：73-75

68DouglasSM，BacheletI，ChurchGM.Science，2012，335（6070）：831-834

生物细胞的基本结构篇6

新课程所倡导的探究性学习重视过程，有利于学生创新精神和实践能力的培养，但很难使学生获得系统的知识，似乎很多知识是无法通过探究获取的。如何在高中生物教学中建构探究性的课堂，怎样在重视知识层面的概念教学的基础上，创设展示概念形成和发展的知识建构过程，使学生在探究性学习的过程中“创造”知识，便成为高中生物教学中一个非常值得探讨的问题。

2教学实践

下面以“细胞质和细胞器”第一课时的教学为例，探讨如何建构探究性的课堂，并帮助学生在探究性学习的过程中建构知识。

2.1教材与学情分析

本节课是苏教版必修1第三章第二节的内容，是第三章的重点，知识点多，且和各章节联系密切。如核糖体的结构与功能和必修1第二章“蛋白质的合成”以及必修2的“基因控制蛋白质的合成”等有关，线粒体、叶绿体的结构知识和必修1第四章“光合作用与细胞呼吸”密切相关。授课对象为高一学生，在前一课时学习了原核细胞与真核细胞的区别，对细胞结构有了总体的认识。另外初中生物已经介绍了细胞质和叶绿体、线粒体以及液泡等重要细胞器，学生对于其主要功能已有一定的了解，这些都为本节课的学习奠定了良好的基础。

2.2教学目标

知识目标：概述细胞质基质的成分和主要功能，说出线粒体和叶绿体等几种细胞器的形态和功能。

能力目标：制作临时装片，使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。

情感目标：认同生物科学的发展离不开有关技术的进步，逐步确立“结构与功能相统一、局部与整体相统一”的观点。

2.3教学重点和难点

教学重点：线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等主要细胞器的形态结构和功能。

教学难点：区别细胞质与细胞质基质，说出线粒体和叶绿体等几种细胞器的形态和功能。

2.4教学方法

教学方法为实验探究法和讨论法。

2.5设计思路

“细胞质和细胞器”这一节按照传统的教学模式设计，一般分为2个课时，第一课时学习细胞质的概念，以及叶绿体和线粒体的结构功能（含实验），第2课时学习其他细胞器的结构和功能，虽有实验探究，但只局限于部分内容。鉴于本节内容在教材中主要以图群的形式展现，直观、生动、整合，毫不教条，笔者尝试借助显微镜带领学生重温细胞结构的发现之旅。第一课时仅研究细胞器的形态和功能，按科学家发现细胞结构（主要是细胞器）的顺序，以实验探究的形式展开学习，帮助学生建构知识。

设计思路图如图1所示。

2.6教学过程

展示有关列文虎克以及显微镜发展的资料、图片。

师：人类对细胞的结构和功能的认识是随着显微技术的发展而不断深入的。我们一起用手中的显微镜开始细胞结构的发现之旅吧！

活动一：制作临时装片观察黑藻的叶细胞。

教师简单说明制作临时装片及显微观察的要点，要求学生实验并拍摄黑藻叶肉细胞叶绿体的照片以及30s左右的视频显示细胞质的流动情况。

师：你观察到哪些细胞结构？

生：叶绿体、细胞壁、细胞膜、液泡和细胞核。

教师展示初中学过的植物细胞图，复习相关结构。提问有关光合作用的知识，说明其与叶绿体的关系。如学生对液泡及细胞核能否观察到存在疑问，可暂时搁置。

师：观察黑藻的临时装片，发现叶绿体是运动的，说明了细胞质是流动的，是细胞活力的象征。另可看到黑藻细胞中的空白区域，叶绿体围绕这一区域流动，可间接证明液泡的存在。要更直接的观察液泡，可进行活动二。

活动二：制作并观察洋葱鳞片叶外表皮临时装片。

教师提问学生如何制作装片，尤其是怎样撕取洋葱鳞片叶的外表皮。同时引导学生观察液泡、细胞核以及细胞壁（膜），使学生了解：其液泡明显是因为体积庞大并富含色素；叶绿体易于发现也与其体积大且含有色素有关。

活动三：使用高倍镜观察线粒体。

教师展示动物细胞的结构示意图，提问：没有液泡、叶绿体，那里面还有什么细胞器？学生初中学过线粒体，可以很快答出。

学生使用高倍镜观察大鼠胰腺的铁苏木精染色玻片标本，找到染成蓝色的线粒体。

资料分析：德国科学家华乐柏在研究线粒体时，统计了某种动物部分细胞中线粒体数量如表1所示。分析回答下列问题。

①心肌细胞的线粒体数量最多，这是因为什么？

②冬眠状态下肝细胞中线粒体比在常态下多的原因是什么？

生：说明线粒体的主要功能，是进行有氧呼吸和形成ATP（产生能量）的主要场所。

活动四：发现其他细胞器

师：利用我们手中的光学显微镜，已经很难有新的发现了，但细胞结构是不是只有这些呢，科学家仍在探寻，我们也需要转换思路。

投影展现某动物细胞（有丝）分裂的图像，请学生分析：

①图中所示的生物学现象是什么？

②依据结构与功能相适应的原理，细胞中应有与该现象有关的结构。

③很多细胞具有分泌功能，如唾液腺细胞能够分泌唾液淀粉酶，细胞中也应有相关的结构与之适应。

学生阅读课本39页图群，认识中心体、高尔基体的形态，了解其功能。

教师带领学生回顾细胞结构的发现史：在19世纪科学家们陆续发现了：液泡、叶绿体、中心体、线粒体和高尔基体。其中的线粒体和高尔基体由于需染色才能看到，所以发现较晚。进入20世纪，尤其是30年代卢斯卡等人发现了电子显微镜，使得细胞结构的研究又往前迈进了一大步。教师引导学生转换思路进行新的发现。

师：细胞中生物大分子合成的场所在哪里？

生：淀粉在叶绿体中合成，核酸主要在细胞核中合成。蛋白质、脂质合成的场所不清楚。

学生阅读课本39页图群，寻找答案。认识内质网及核糖体。

活动五：动植物细胞结构的比较。

教师利用图2，使学生重温动植物细胞各个结构的名称，说出它们的功能，比较动植物细胞结构的区别：①细胞膜；②细胞核；③线粒体；④内质网；⑤核糖体；⑥高尔基体；⑦液泡；⑧叶绿体；⑨细胞壁；⑩中心体。其中，①～⑥为动植物共有，⑦⑧⑨是植物所特有的，⑩是动物特有的。