高中生物必修1《分子与细胞》知识结构.docx
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高中生物必修1《分子与细胞》知识结构
高中生物必修1《分子与细胞》知识结构
元素细胞膜基质
化学成分结构与功能细胞质
化合物细胞核细胞器
细胞生物膜系统
有丝分裂
无丝分裂细胞分裂细胞分化细胞工程
减数分裂
高一生物内容构成
衰老、凋亡、癌变
（一）认识细胞
一、比较原核与真核细胞（体现细胞多样性）
原核细胞
真核细胞
细胞
较小（1—10um）
较大（10--100um）
细胞核
无成形的细胞核，核物质集中在核区。
无核膜，无核仁。
DNA不和蛋白质结合
有成形的真正的细胞核。
有核膜，有核仁。
DNA不和蛋白质结合成染色体
细胞质
除核糖体外，无其他细胞器
有各种细胞器
细胞壁
有，但成分和真核不同，主要是肽聚糖
植物细胞、真菌细胞有，动物细胞无
代表
蓝（藻）色细（菌）线支（原体）毛衣（原体）
真菌、植物、动物
二、生命系统的层次性（九层次）
植：
营养、保护、机械、输导植：
根、茎、叶
细胞组织分泌器官花、果、种
①②动：
上皮、结缔、肌肉、神经③动：
心、肝……
运动、循环
消化、呼吸病毒
系统（动）个体单细胞种群群落
④泌尿、生殖⑤多细胞⑥⑦
神经、内分泌
非生物因素Ⅰ号（地球）
生态系统生产者生物圈
⑧生物因素消费者⑨Ⅱ号（模拟地球）
分解者
三、细胞学说内容（体现不同细胞统一性）
①从人体的解剖和观察入手：
维萨里（写出《人体构造》）、比夏（提出器官由组织构成）
②显微镜下的重要发明：
虎克（提出cell之名）、列文虎克（看到多种细胞）
③理论思维和科学实验的结合：
施来登（植物学家）、施旺（动物学家）
1．细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成。
2．细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。
3．新细胞可以从老细胞中产生。
○在修正中前进：
细胞通过分裂产生新的细胞。
（魏尔肖）
注：
现代生物学的三大基石
1.1838—1839年细胞学说2．1859年达尔文进化论3.1866年孟德尔遗传学
四、结论
除病毒以外，细胞是生物体结构和功能的基本单位，也是地球上最基本的生命系统。
（二）组成细胞的分子
基本：
C、H、O、N（90％）
大量：
C、H、O、N、P、S、（９７％）K、Ca、Mg
元素 微量：
Fe、Mo、Zn、Cu、B、Mo等
（约２０种）最基本：
C，占干重的48.４%,生物大分子以碳链为骨架
物质说明生物界与非生物界的统一性和差异性。
基础 水：
主要组成成分；一切生命活动离不开水
无机物 无机盐：
对维持生物体的生命活动有重要作用
化合物 蛋白质：
生命活动（或性状）的主要承担者／体现者
核酸：
携带遗传信息
有机物 糖类：
主要的能源物质
脂质：
主要的储能物质
一、蛋白质 （占鲜重７－１０％，干重５０％）
结构
元素组成
C、H、O、N，有的还有P、S、Fe、Zn、Cu、B、Mn、I等
单体
氨基酸（约20种，必需8种，非必需12种）
化学结构
由多个氨基酸分子脱水缩合而成，含有多个肽键的化合物，叫多肽。
多肽呈链状结构，叫肽链。
一个蛋白质分子含有一条或几条肽链。
结构特点
由于组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列次序不同，于是肽链的空间结构千差万别，因此蛋白质分子的结构是极其多样的。
（四不同）
功能
○蛋白质的结构多样性决定了它的特异性/功能多样性。
1．构成细胞和生物体的重要物质：
如细胞膜、染色体、肌肉中的蛋白质；
2．有些蛋白质有催化作用：
如各种酶；
3．有些蛋白质有运输作用：
如血红蛋白、载体蛋白；
4．有些蛋白质有调节作用：
如胰岛素、生长激素等；
5．有些蛋白质有免疫作用：
如抗体。
备注
○连接两个氨基酸分子的键（—ＮＨ—ＣＯ—）叫肽键。
○各种氨基酸的结构通式：
（一个中心，四个基本点）
1．每种氨基酸至少都含有一个氨基和一个羧基连同一碳原子上；
2．各种氨基酸的区别在于Ｒ基的不同。
计算
○由Ｎ个aa（氨基酸）形成的一条肽链围成环状蛋白质时，产生水／肽键 Ｎ 个；
○Ｎ个aa形成Ｍ条肽链时，产生水／肽键 Ｎ－Ｍ 个；
○Ｎ个aa形成Ｍ条肽链时，每个aa的平均分子量为α，那么由此形成的蛋白质
的分子量为 Ｎ×α－（Ｎ－Ｍ）×１８ ；
二、核酸
一切生物的遗传物质，是遗传信息的载体，是生命活动的控制者。
元素组成
C、H、O、N、P等
分类
脱氧核糖核酸（DNA双链）
核糖核酸（RNA单链）
单体
成分
磷酸
H3PO4（Pi）
五碳糖
脱氧核糖（C5H10O4）
核糖（C5H10O5）
含氮
碱基
腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）
腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）
功能
主要的遗传物质，编码、复制遗
传信息，并决定蛋白质的合成
将遗传信息从DNA传递给蛋白质。
部分病毒的遗传物质
存在
主要存在于细胞核，少量在线粒
体和叶绿体中。
甲基绿染色为绿色
主要存在于细胞质中。
派洛宁染色为红色
△每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架，由许多单体连接成多聚体。
三、糖类和脂质
元素
类别
存在
生理功能
糖类
C、H、O
单糖
核糖C5H10O5
主细胞质
核糖核酸的组成成分；
脱氧核糖C5H10O4
主细胞核
脱氧核糖核酸的组成成分；
六碳糖：
葡萄糖
C6H12O6、果糖等
主细胞质
是生物体进行生命活动的重要能源物质（70％以上）；
二糖
C12H22O11
麦芽糖、蔗糖
植物
蔗糖→果糖+葡萄糖
乳糖
动物
水解后→半乳糖+葡萄糖
多糖
淀粉、纤维素
植物
（细胞壁的组成成分），
重要的储存能量的物质；
糖原（肝、肌）
动物
脂质
C、H、O
有的还有N、P
脂肪（只含C、H、O）
动、植物
储存能量、维持体温恒定；
类脂/磷脂
脑、豆
构成生物膜的重要成分；
固醇
胆固醇
动物
细胞膜的重要成分；
参与血液中脂质运输
性激素
促性器官发育和第二性征；
维生素D
促进钙、磷的吸收和利用；
△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，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。
四、鉴别实验
试剂
成分
实验现象
常用材料
备注
蛋白质
双缩脲试剂
A:
0.1g/mLNaOH
紫色
大豆
鸡蛋
鉴定时先加A液，后加B液
B:
0.01g/mLCuSO4
浓硝酸
HNO3
黄色沉淀
脂肪
苏丹Ⅲ
橙黄色
花生
观察时酒精洗去浮色
苏丹Ⅳ
红色
还原糖
本尼迪特试剂
浅蓝色→棕色→黄红色沉淀
苹果、梨、白萝卜
需现用现配
需水浴加热
淀粉
碘液
I2
蓝色
马铃薯
○还原糖：
葡萄糖、麦芽糖、果糖。
五、无机物
存在方式
生理作用
水
结合水4.5%
自由水95%
部分水和细胞中
其他物质结合。
细胞结构的组成成分。
绝大部分的水以
游离形式存在，可以自由流动。
1．细胞内的良好溶剂；
2．参与细胞内许多生物化学反应；
3．水是细胞生活的液态环境；
4．水的流动，把营养物质运送到细胞，并把废物运送到排泄器官或直接排出；
无机盐
多数以离子状态存，如K+、
Ca2+（形成骨骼和牙齿）、Mg2+（能形成叶绿素）、Cl--、PO2+等
1．细胞内某些复杂化合物的重要组成部分，如Fe2+是血红蛋白的主要成分；
2．维持生物体的生命活动，细胞的形态和功能；
3．维持细胞的渗透压和酸碱平衡；
○自由水愈多，细胞代谢就愈旺盛；代谢旺盛时自由水含量增多，反之，含量减少。
六、小结
化合有机组合分化
化学元素化合物原生质细胞
○原生质1．泛指细胞内的全部生命物质，但并不包括细胞内的所有物质，如细胞壁；
2．包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分；其主要成分为核酸、蛋白质（和脂类）；
3．动物细胞可以看作一团原生质。
○细胞质：
指细胞中细胞膜以内、细胞核以外的全部原生质。
○原生质层：
成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，为一层半透膜。
（三）细胞的基本结构
细胞壁（植物特有）：
纤维素+果胶，支持和保护作用，性质为全透性。
成分：
脂质（以磷脂为主）50%、蛋白质约40%、糖类2%-10%
细胞膜
作用：
隔开细胞和环境；控制物质进出；细胞间信息交流；免疫等
真核细胞质基质：
有水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等
细胞细胞质是活细胞进行新陈代谢的主要场所。
分工：
线、内、高、核、溶、中、叶、液、
细胞器
协调配合：
分泌蛋白的合成与分泌；生物膜系统
核膜：
双层膜，分开核内物质和细胞质
核孔：
实现核质之间频繁的物质交流（如RNA等）和信息交流
细胞核核仁：
与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关
染色质（染色体）：
由DNA和蛋白质组成，DNA是遗传信息的载体
一、细胞器差速离心：
（美国克劳德）
线粒体
叶绿体
高尔基体
内质网
液泡
核糖体
中心体
分布
动植物
植物
动植物
动植物
植物和某
些原生动物
动植物
动物
低等植物
形态
椭球形、棒形
扁平的球形或椭球形
大小囊泡、扁平囊
网状
椭球形粒状小体
结构
双层膜，有少量DNA
单层膜，形成囊泡状和管状，内有腔
没有膜结构
嵴（增大内膜面积）、基粒、基质
基粒（类囊体）、基质、酶
有囊泡
外连细胞膜，内连核膜
液泡膜+细胞液
蛋白质、RNA、和酶
两个互相垂直的中心粒
功能
有氧呼吸的主场所
进行光合作用的场所
细胞分泌，
成细胞壁
提供合成、运输条件
贮存物质，调节内环境
蛋白质合成的场所
与有丝分裂有关
备注
有氧呼吸二、三阶段的场所
光反应在基粒
暗反应在基质
与细胞板形成有关
与渗透作用有关
在核仁
形成
发出星射线形成纺锤体
△细胞器是指在细胞质中具有一定形态结构和执行一定生理功能的结构单位，
三、协调配合分泌蛋白的合成与分泌用放射性同位素示踪法：
有机物、O2
叶绿体线粒体
能量、CO2
基因调控初步合成加工修饰分泌
细胞核核糖体内质网高尔基体细胞膜胞外
氨基酸肽链一定空间结构
○生物膜系统：
细胞器膜+细胞膜+核膜等形成的结构体系
四、细胞核=核膜（双层）+核仁+染色质+核液
美西螈实验、蝾螈横缢实验、变形虫实验、伞藻嫁接与移植实验
细胞核的功能是遗传信息储存和复制的场所，是代谢活动和遗传特性的控制中心。
○染色质和染色体是同一物质在细胞周期不同阶段相互转变的形态结构。
DNA螺旋
○+=核小体（串珠结构）染色质30nm纤维
组蛋白非组蛋白
螺旋化
0.4um超螺旋管（圆筒形）2－10um染色单体（圆柱状、杆状）
五、树立观点（基本思想）
1．有一定的结构就必然有与之相对应功能的存在；
1、结构和功能相统一
2．任何功能都需要一定的结构来完成
1．各种细胞器既有形态结构和功能上的差异，又相互联系，相互依存；
2、分工合作
2．细胞的生物膜系统体现细胞各结构之间的协调配合。
3、生物的整体性：
整体大于各部分之和；只有在各部分组成一个整体的时才能体现出生命现象。
①结构：
细胞的各个部分是相互联系的。
如分布在细胞质的内质网内连核膜，外接细胞膜。
②功能：
细胞的不同结构有不同的生理功能，但却是协调配合的。
如分泌蛋白的合成与分泌。
③调控：
细胞核是代谢的调控中心。
其DNA通过控制蛋白质类物质的合成调控生命活动。
④与外界的关系上：
每个细胞都要与相邻细胞、而与外界环境直接接触的细胞都要和外界环境进行物质交换和能量转换。
六、总结
细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。
（四）细胞物质的运输
○科学家研究细胞膜结构的历程是从物质跨膜运输的现象开始的，分析成分是了解结构的基础，现象和功能又提供了探究结构的线索。
人们在实验观察的基础上提出假说，又通过进一步的实验来修正假说，其中方法与技术的进步起到关键的作用
成分：
磷脂和蛋白质和糖类
结构：
流动镶嵌模型
细胞膜特性结构特点：
具有相对的流动性
生理特性：
选择透过性（对离子和小分子物质具选择性）
保护作用
功能控制细胞内外物质交换
细胞识别、分泌、排泄、免疫等
一、物质跨膜运输的实例
1.水分
条件
浓度
外液>细胞质/液
外液<细胞质/液
现象
动物
失水皱缩
吸水膨胀甚至涨破
植物
质壁分离
质壁分离复原
原理
外因
水分的渗透作用
内因
原生质层与细胞壁的伸缩性不同造成收缩幅度不同
结论
细胞的吸水和失水是水分顺相对含量梯度跨膜运输的过程
○渗透现象发生的条件：
半透膜、细胞内外浓度差
○渗透作用：
水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。
○半透膜：
指一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的一类薄膜的总称。
○质壁分离与复原实验可拓展应用于：
（指的是原生质层与细胞壁）
①证明成熟植物细胞发生渗透作用
②证明细胞是否是活的；
③作为光学显微镜下观察细胞膜的方法；
④初步测定细胞液浓度的大小；
2.无机盐等其他物质
①不同生物吸收无机盐的种类和数量不同。
②物质跨膜运输既有顺浓度梯度的，也有逆浓度梯度的。
3.选择透过性膜
可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过的膜。
简言之，此物能过彼物不过，或此物过的多彼物过的少皆体现选择性。
□生物膜是一种选择透过性膜，是严格的半透膜。
二、流动镶嵌模型
.要点①磷脂双分子层构成生物膜的基本支架，但这个支架不是静止的，它具有流动性。
②蛋白质镶嵌、贯穿、覆盖在磷脂双分子层上，大多数蛋白质也是可以流动的。
③天然糖蛋白蛋白质和糖类结合成天然糖蛋白，形成糖被具有保护、润滑和细胞识别等
三、跨膜运输的方式（此为重点）
例子
方式
浓度梯度
载体
能量
作用
水、甘油、O2、CO2、乙醇、苯
扩散
顺
×
×
被选择吸收的物质从高浓度的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运，属被动转运
葡萄糖进入红细胞
易化扩散
顺
√
×
氨基酸、进入红细胞的钾离子
主动转运
逆
√
√
能保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要
的物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞要害的物质。
○大分子或颗粒物：
进细胞为胞吞，出细胞为胞吐（都体现膜的流动性）
四、小结
组成决定
磷脂分子+蛋白质分子结构功能（物质交换）
具有
导致保证体现
运动性流动性物质交换正常选择透过性
成分组成结构，结构决定功能。
构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的，因此决定了由它们构成的细胞膜的结构具有一定的流动性。
结构的流动性保证了载体蛋白能把相应的物质从细胞膜的一侧转运到到另一侧。
由于细胞膜上不同载体的数量不同，所以，当物质进出细胞时能体现出不同的物质进出细胞膜的数量、速度及难易程度的不同，即反映出物质交换过程中的选择透过性。
可见，流动性是细胞膜结构的固有属性，无论细胞是否与外界发生物质交换关系，流动性总是存在的，而选择透过性是细胞膜生理特性的描述，这一特性，只有在流动性基础上，完成物质交换功能方能体现出来。
（五）细胞的能量供应和利用
H2O外界（蒸腾作用）
水
H2OO2矿质离子（土壤中的无机盐离子）
[H]
光色素ATP原生质
ADP+PI热能
ATP
ADP+PI
CO2+H2OC3H6O3C2H5OH+CO2
需氧呼吸厌氧呼吸
一、酶——降低反应活化能
◎新陈/细胞代谢：
细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应。
◎活化能：
分子从常态转变成容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。
1．定义
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。
注：
①由活细胞产生（与核糖体有关）
②催化性质：
A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提高化学反应速度。
B.反应前后酶的性质和数量没有变化。
③成分：
目前，绝大多数酶是蛋白质（合成酶的场所主要是核糖体，水解酶的酶是蛋白酶），少数酶是RNA。
2．特性
①高效性：
催化效率很高，使反应速度很快，是一般无机催化集的107——1013倍。
②专一性：
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
→多样性。
③需要合适的条件（温度和pH值）→温和性→易变性。
酶的催化作用需要适宜的温度、pH值等，过酸、过碱、高温都会破坏酶分子结构（不可逆）。
低温也会影响酶的活性，但不破坏酶的分子结构。
（可逆）
图例
解析
在底物（酶催化的对象）足够，其他因素固定的条件下，酶促反应的速度与酶浓度成正比。
1.在S较低时，V随S增加而加快，近乎成正比；
2.在S较低时，V随S增加而加快，但不显著；
3.当S很大且达到一定限度时，V也达到一个最大值，此时即使再增加S，反应也几乎不再改变。
1.在一定T内V随T的
升高而加快；
2.在一定条件下，每一种酶在某一T时活力最大，称最适温度；
3.当T升高到一定限度时，V反而随温度的升高而降低。
◎动物T：
35—40℃
PH：
6.5—8.0
◎酶工程（供参考）
生产提取制成酶制剂应用治疗疾病；加工和生产一些产品；
和分离纯化固定化酶化验诊断和水质检测；其他分支。
二、ATP（三磷酸腺苷）
◎ATP是生物体细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，是生物体进行各项生命活动的直接
能源，它的水解与合成存在着能量的释放与贮存。
1．结构简式（切记！
！
）
A—P～P～P
腺苷普通化学键13.8KJ/mol高能磷酸键30.54KJ/mol磷酸基团
2．ATP与ADP的转化
ATP
动
态
平衡
呼吸作用
水解酶
合成酶
（细胞质基质、吸Pi
线粒体）能吸收分泌（渗透能）
光合作用放肌肉收缩（机械能）
（叶绿体）Pi能神经传导、生物电（电能）
ADP（每个活细胞）合成代谢（化学能）
体温（热能）
萤火虫（光能）
◎糖类—主要能源物质热能散失
太阳光能脂肪—主要储能物质氧化
（最终能源）蛋白质—能源物质之一分解化学能ATP
水解酶、放能
◎ATPADP+Pi+能量（此非可逆反应，因场所、酶、能量的不同）
合成酶、吸能
3．能产生ATP：
线粒体、叶绿体、细胞质基质
能产生水：
线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核
含有DNA：
线粒体、叶绿体、细胞核
三、ATP的主要来源——细胞呼吸（重点，务求掌握）
◎呼吸是通过呼吸运动吸进氧气，排出二氧化碳的过程。
◎细胞呼吸（呼吸作用）是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。
分为：
需氧呼吸
厌氧呼吸
概念
指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成许多ATP的过程。
指细胞在无氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。
过程
①C6H12O6→2C3H4O3+4[H]+2ATP
②2C3H4O3+6H2O→6CO2+20[H]+2ATP
③24[H]+6O2→12H2O+34ATP
①C6H12O6→2C3H4O3+4[H]+2ATP
→2C3H6O3
酶
②2C3H4O3→2C2H5OH+2CO2
反应式
酶
C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+38ATP
C6H12O6→2C3H6O3+2ATP
→2C2H5OH+2CO2+2ATP
不同点
场所：
①细胞质基质②线粒体基质③内膜
始终在细胞质基质
条件：
需分子氧、酶
不需分子氧、需酶
产物：
CO2、H2O
酒精（C2H5OH）、CO2或乳酸（C3H6O3）
能量：
大量、合成38ATP（1161KJ）
少量、合成2ATP（61.08KJ）
相同点
联系：
从葡萄糖分解成丙酮酸阶段（第一阶段）相同，以后阶段不同
实质：
分解有机物，释放能量，合成ATP
意义：
为生物体的各项生命活动提供能量；为体内其他化合物合成提供原料
◎影响呼吸速率的外界因素：
1、温度：
温度通过影响细胞内与呼吸作用有关的酶的活性来影响细胞的呼吸作用。
温度过低或过高都会影响细胞正常的呼吸作用。
在一定温度范围内，温度越低，，细胞呼吸越弱；温度越高，细胞呼吸越强。
2、氧气：
氧气充足，则无氧呼吸将受抑制；氧气不足，则有氧呼吸将会减弱或受抑制。
3、水分：
一般来说，细胞水分充足，呼吸作用将增强。
但陆生植物根部如长时间受水浸没，根部缺氧，进行无氧呼吸，产生过多酒精，可使根部细胞坏死。
4、CO2：
环境CO2浓度提高，将抑制细胞呼吸，可用此原理来贮藏水果和蔬菜。
◎呼吸作用在生产上的应用：
1、作物栽培时，要有适当措施保证根的正常呼吸，如疏松土壤等。
2、粮油种子贮藏时，要风干、降温，降低氧气含量，则能抑制呼吸作用，减少有机物消耗。
3、水果、蔬菜保鲜时，要低温或降低氧气含量及增加二氧化碳浓度，抑制呼吸作用。
四、光和光合作用（重点，务求掌握）
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的
有机物，并释放出氧气的过程。
影响因素有：
光、温度、CO2浓度、水分、矿质元素等。
1．重要发现历程
内容
时间
过程
结论
普里斯特
1771年
蜡烛、小鼠、绿色植物实验
植物可以更新空气
萨克斯
1864年
叶片遮光实验
绿色植物在光合作用中产生淀粉
恩格尔曼
1880年
水绵光合作用实验
叶绿体是光合作用的场所释放出氧。
鲁宾与卡门
1939年
同位素标记法
光合作用释放的
升级会员 