例談細胞器知識在中學教學中的延伸

施惠林

摘要：細胞器的結構和功能的理解是高中生物教材的重點之一，也是各級各類考試命題的要點和采分點，學生需要在理解的基礎上加以識記。但是如果只是拘于教材知識，好多習題就無法解決，教師只有在新課或者復習階段對有關知識加以拓展延伸，才能順利解決一些綜合試題中的難點。

關鍵詞：細胞器知識 中學教學 教學延伸

高中生物人教版必修1《分子與細胞》第3章“細胞的基本結構”中，細胞器相關知識的教學活動是重點和難點。細胞器種類繁多，功能和結構各異，識別和記憶的內容很多。教材提到：線粒體是細胞的“動力車間”，葉綠體是植物細胞的“養料制造車間”和“能量轉換站”。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介紹。但是習題中經常會出現要應用這些知識解決的一些問題。

下面我就列舉幾個在平時經常會涉及有關細胞器知識的判斷題，給予歸納總結。

問題1：某細胞中，一條還未完成轉錄的mRNA已有核糖體與之結合，并翻譯合成蛋白質，則該細胞一定不可能是真核細胞。

問題2：在根尖細胞中進行DNA轉錄的結構只有細胞核。

大部分學生認為這兩個判斷的答案是正確的。

問題1中的表述可以得知，該細胞可以邊轉錄邊翻譯。而真核細胞轉錄在細胞核內進行，翻譯在細胞質（核糖體）中進行的。很顯然轉錄和翻譯不是同步的。而原核細胞無細胞核只有擬核，在轉錄還未結束的同時就可以進行翻譯了。

問題2中根尖細胞中核內含有DNA，可以進行DNA轉錄。

拘于高中生物教材中的知識回答似乎沒有太大問題。因為高中教材雖然介紹了在線粒體、葉綠體中含有DNA和RNA，那么其中的基因是如何表達發揮作用的呢？

研究發現，線粒體和葉綠體中除有DNA外，還有RNA（mR—NA，tRNA，rRNAl、核糖體等，說明這兩種細胞器都具有獨立進行轉錄和轉譯的功能。就內共生學說看，線粒體和葉綠體都是被真核生物內吞的原核生物，所以線粒體和葉綠體與原核生物類似，其中的DNA不與蛋白質構成染色體，而是環狀DNA，并且具有自己的核糖體。由此來看，它們的基因表達過程應該與原核生物的相同，在轉錄的同時，正在延長的mRNA～：就可以開始翻譯了。

經過上面知識的補充、延伸，發現問題1的錯誤在于忽略了真核細胞內細胞器（線粒體、葉綠體）的轉錄翻譯也是同步的。而問題2中根尖細胞內的轉錄還可以發生在細胞器（線粒體）內。

問題3：在真核細胞中，DNA的復制在細胞核中完成，而蛋白質的合成在細胞器中完成。

問題4：在一個正在分裂的大腸桿菌細胞中，既有DNA的復制又有轉錄與翻譯過程：在一個人體的神經細胞中，只有轉錄與翻譯過程，沒有DNA的復制過程。

同樣大部分學生認為這兩個判斷的答案是正確的。

真核細胞的DNA主要分布在細胞核內，只有細胞分裂時細胞核內的才能進行DNA復制。而只要是活的細胞，均可以進行轉錄、翻譯過程。人體的神經細胞是高度分化的細胞，失去了分裂能力，不進行DNA復制，只有轉錄與翻譯過程，沒有DNA的復制過程。

線粒體DNA、葉綠體DNA都呈雙鏈環狀，與細菌DNA相似。而且其中的DNA都可以自我復制，復制也是以半保留方式進行的。它們的復制都受細胞核的控制，復制所需的DNA聚合酶都是由核DNA編碼，在細胞質核糖體上合成的。而且細胞器的復制與細胞分裂不是同步的。

經過分析，如果只考慮細胞細胞核中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細胞內的細胞器中DNA的復制，那么這兩題的敘述顯然是不夠正確的。

問題5：細胞分裂過程中葉綠體、線粒體是如何增殖的？分裂后細胞器的數量會均等嗎？

在高中生物教材必修1《細胞的增殖》一節中提到，正常動物細胞中的中心體由兩個相互垂直的中心粒構成。在細胞分裂間期一個中心體復制，形成兩個中心體，并在前期逐漸移向兩極，發出星射線形成紡錘體。細胞分裂后每個子細胞中又各含一個中心體。

細胞分裂中不僅要進行染色體的復制并且平分到兩個子細胞中，各種細胞器同樣要增殖，隨著細胞質的分裂進入子細胞中，不同細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進行復制，線粒體中部縊縮或中間產生隔膜而一分為二。有的線粒體以“出芽”方式進行繁殖，先在線粒體上出現球形小芽，然后與母體分離，不斷長大而形成新的線粒體。

葉綠體由原生質分化而來，葉綠體靠分裂而增殖，這個分裂是靠中部縊縮而實現的。

細胞器經過復制增殖后，子細胞中的各種細胞器數量并不一定是均等分配的。因為細胞器并沒有類似紡錘體的幫助精確平分的機構。不過細胞質近似液體，所以細胞器原本分布就較勻，所以細胞質一分為二后兩個新細胞中細胞器數量近似。

問題：6：內質網是細胞內蛋白質合成和加工，以及脂質合成的“車間”。

高中生物必修1教材介紹，內質網是蛋白質合成和加工，以及脂質合成的車間。高爾基體是對內質網的蛋白質進行加工，分類，包裝。核糖體是生產蛋白質的機器。學生就要問了，內質網難道也是合成蛋白質的場所嗎？

要解決這個問題，必須對內質網的知識做重要拓展。內質網分為粗面內質網光面和滑面內質網。粗面內質網的表面所附著的核糖體（也叫核糖核蛋白體）是合成蛋白質的場所，新合成的蛋白質就進入內質網的囊腔內。粗面內質網既是新合成的蛋白質的運輸通道，又是核糖體附著的支架。很顯然分泌蛋白在細胞質基質中的核糖體上起始后都會被轉運到內質網上的核糖體合成，邊合成多肽鏈邊進入內質網進行糖基化修飾。準確地說，多肽是在內質網的核糖體上合成的，但蛋白質不只是多肽，還要經過各種復雜的修飾。因此對于蛋白質來說，內質網可以說參與了蛋白質的合成。