高一生物必修一课堂.docx
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高一生物必修一课堂
必修一分子与细胞
绪论
1、什么是生物学：
生物学是研究生命现象和生命活动规律的一门科学。
2、生物的基本特征
具有一定的结构，除病毒外的生物都是由细胞构成的。
能进行新陈代谢（细胞代谢）。
能表现生长、发育现象。
具有应激性，能自主运动。
能繁殖。
具有遗传和变异特性。
能适应一定的环境并影响环境。
3、研究生物学的基本方法
观察法，实验法。
假说（假设），实验。
①自变量
②因变量
③无关变量
④对照实验
Chap1走近细胞
§1.1从生物圈到细胞
1.1.1生命活动离不开细胞
单细胞生物依赖单个细胞就可以完成各项生命活动
Eg：
草履虫的运动和分裂依赖单个细胞就可以完成。
多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作，共同完成一系列复杂的生命活动
Eg：
人体的生殖与发育、缩手反射等等都需要分化的细胞协同完成。
病毒的生命活动离不开细胞
Eg：
SARS病毒和HIV病毒没有细胞结构，单独存在时没有生命特征，只有寄生在宿主细胞内才能表现生命现象。
1.1.2生命系统具有结构层次
生命系统典型的结构层次通常为：
细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈
Eg：
心肌细胞→心肌组织→心脏→血液循环系统→龟→……
说明：
①高等植物的结构层次中缺少系统层次。
②单细胞生物只有细胞和个体两个层次。
③细胞是最基本的生命系统，生物圈是现已知最大的生命系统。
§1.2细胞的多样性和统一性
1.2.1观察细胞——使用高倍镜观察多种多样的细胞
材料用具
Ⅰ、酵母菌（单细胞真菌），水绵（绿藻类低等植物），叶保卫细胞（高等植物），鱼或人红细胞（高等动物细胞）。
Ⅱ、显微镜，载玻片，盖玻片、镊子、滴管、清水，碘液（将细胞核染成黄色）。
观察结果
Ⅰ、自然界的细胞具有多样性：
植物细胞（水绵和叶保卫细胞）通常含有细胞壁和叶绿体;真菌细胞多具有细胞壁，但没有叶绿体;动物细胞没有细胞壁，也没有叶绿体。
Ⅱ、绝大多数的动物细胞、植物细胞和真菌细胞都含有细胞核（哺乳动物成熟红细胞没有细胞核）——这说明了这些细胞（真核细胞）具有统一性。
注意：
除实验观察的以上细胞外，自然界还存在没有成形核的细胞，如大肠杆菌。
显微镜
显微镜的构造
光学显微镜的成像原理（供光学好的学生自学）
显微镜的使用
Ⅰ、取镜与安放
Ⅱ、对光：
打开光源，用镜头转换器换成低倍物镜对准通光孔，选择遮光器上的较大光圈。
（眼睛注视目镜）调节反光镜，直至看到一个明亮的视野。
Ⅲ、低倍镜观察：
先将镜筒降至距离载物台很近的位置（约1cm），眼睛注视目镜，缓慢地调节粗准焦螺旋升高镜筒（注意不能反向操作），直至看到物象（一次不成功，就重复上述操作）。
看到物象后可以调节细准焦螺旋使物象清晰，然后将最理想的观察部位移至视野中央。
说明：
将观察对象移至视野中央时，遵循偏向何处就往何处移动的原则（why?
）。
Ⅳ、高倍镜观察
进一步将观察目标移至视野中央，然后直接转动镜头转换器换用高倍物镜，调节细准焦螺旋使物象清晰。
说明：
使用高倍镜观察后视野将变小，亮度减弱，要重新调亮的话，需要使用更大的光圈和/或使用反光镜的凹面进行反光。
1.2.2细胞可依据有无核膜分为原核细胞和真核细胞
真核细胞和原核细胞的最主要区别在于有无核膜包被的细胞核
Ⅰ、真核细胞和原核细胞具有结构相似的细胞膜。
Ⅱ、真核细胞的细胞质中含有各种膜包被的细胞器;原核细胞不含膜包被的细胞器，只含有一种无膜的细胞器——核糖体。
Ⅲ、真核细胞的细胞核中含主要由组蛋白和DNA结合而成的染色体;原核细胞的DNA呈环状，不和组蛋白结合。
真核细胞和原核细胞的相似说明了细胞的统一性
Eg：
大肠杆菌和蓝藻属于原核细胞，它们都没有核膜包被的细胞核，只含有拟核，且拟核中的DNA没有与组蛋白结合形成染色体;也没有线粒体和叶绿体等膜包被的细胞器;只含有核糖体一种无膜包被的细胞器。
说明（菌）：
通常名称中含表形状字眼的菌为细菌，属原核生物，如大肠杆菌、肺炎双球菌等;名称中不含表形状字眼的菌为真菌，属真核生物，如酵母菌、霉菌等。
说明（藻）：
一般来说，蓝藻门更常用的称呼是蓝细菌，它们属原核生物，如蓝藻、发菜、颤藻等都属于蓝藻门。
蓝藻门以外的藻类都属于真核生物，如团藻、衣藻等。
1.2.3细胞学说揭示了生物体的统一性
施莱登和施旺提出了细胞学说，魏尔肖等人发展了细胞学说
细胞学说的主要内容是：
Ⅰ、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
Ⅱ、细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其它细胞共同组成的整体的生命起作用
Ⅲ、新细胞可以从老细胞中产生
说明：
新细胞主要是从老细胞中通过细胞分裂的方式产生的。
精卵结合成受精卵，或者通过现代生物科技使细胞融合成杂种细胞等方式也可以产生新细胞。
细胞学说揭示了细胞的统一性和生物体结构的统一性
Chap2组成细胞的分子
§2.1细胞中的元素和化合物
2.1.1组成细胞的元素可按不同原则进行分类
1、按含量是否超过万分之一，分为大量元素和微量元素。
大量元素主要是指：
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等
2、从作用看，C是最基本元素（原因见“生物大分子以碳链为骨架）
2.1.2组成细胞的化合物可分为有机化合物和无机化合物
1、组成细胞的化合物分为无机化合物和有机化合物
2、无机化合物包括水和无机盐，其中水在生物体鲜重中含量最多
3、有机化合物包括糖类、脂质、核酸和蛋白质，其中蛋白质在有机化合物中是含量最多的
说明：
上述物质含量均是整体而言的，具体组织细胞中可能存在差异。
例如，贮存脂肪的脂肪细胞中含量最多的化合物是脂质，而不是水或蛋白质。
2.1.3检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质（具体见实验部分）
实验原理：
Ⅰ、还原糖和斐林试剂（现配）在加热条件下生成砖红色沉淀。
Ⅱ、脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色;或可被苏丹Ⅳ染液染成红色。
Ⅲ、蛋白质和双缩脲试剂混合发生反应显紫色。
Ⅳ、碘液和淀粉混合变蓝色。
材料、仪器与用具
Ⅰ、苹果或梨匀浆，马铃薯匀浆，花生种子或花生种子匀浆，豆浆或鲜肝提取液。
Ⅱ、双面刀片，试管，试管夹，试管架，大小烧杯，小量筒，滴管，水浴锅，载玻片，盖玻片，毛笔，吸水纸，显微镜。
Ⅲ、斐林试剂（甲液：
0.1g/mL的NaOH，乙液：
0.05g/mL的CuSO4，甲乙液混合后现配现用），双缩脲试剂（A液：
0.1g/mL的NaOH，B液0.01g/mL的CuSO4，A液和B液顺次加入使用），苏丹Ⅲ或Ⅳ染液，50%酒精。
§2.2生命活动的主要承担者
2.2.1组成蛋白质的氨基酸及其种类
1、组成蛋白质的氨基酸具有相似的结构：
一个氨基（-NH2）和一个羧基（-COOH）连接在同一个碳原子上
不同的氨基酸具有不同的R基，生物体内的氨基酸主要约20种
Eg：
根据人体能否自身合成，氨基酸可分为必需氨基酸和非必需氨基酸。
2.2.2蛋白质是由氨基酸连接而成具有一定空间结构的生物大分子
1、蛋白质的基本单位（或单体）是氨基酸
2、氨基酸通过脱水缩合形成肽键的方式连接成二肽，依次再形成三肽、四肽等多肽……
3、多肽通常呈链状，也叫多肽链。
一条或多条多肽链可折叠盘曲形成具有一定空间结构的有生物活性的蛋白质
说明：
①每条多肽链至少含有一个游离氨基和一个游离羧基（至少是因为R基上也可能含有氨基或羧基）
②在一条肽链中有：
氨基酸数=肽键数+1
③如蛋白质由多条肽链构成，则：
氨基酸数=肽键数+肽链数
（②可看作是③的特例）
Eg:
如人胰岛素由2条肽链构成，含有51个氨基酸，具有49个肽键。
血红蛋白由4条肽链构成，含有574个氨基酸，具有570个肽键。
4、蛋白质的结构具有多样性，这是因为：
构成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列次序可以不同，多肽链折叠盘曲形成的空间结构也多种多样。
2.2.3蛋白质因结构的多样性而具有多种多样的功能
1、蛋白质具有多种多样的功能，是生命活动的主要承担者。
Eg：
催化作用（有些蛋白质是生物催化剂——酶）;
结构功能（角蛋白等属于结构蛋白）;
运输功能（血红蛋白可运输氧气，属于运输蛋白）;
调节功能（有些可以调节机体生命活动的激素是蛋白质，如胰岛素）;
免疫功能（抗体是蛋白质）。
2、蛋白质的生物活性依赖特定的空间结构。
变性会破坏蛋白质的空间结构，从而失去生物活性
Eg：
高温、过酸过碱或重金属离子等可以使蛋白质的空间结构发生改变，这属于蛋白质的变性，通常剧烈的变性难以逆转。
§2.3遗传信息的携带者（更多详细内容参见必修二）
2.3.1核酸是遗传信息的携带者
1、核酸可分为两种：
脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）
注意：
单独存在的病毒含有一种核酸（DNA或RNA），而细胞同时含有两种核酸（DNA和RNA）。
2、核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质合成中具有极其重要的作用
2.3.2核酸在细胞中的分布——观察DNA和RNA在细胞中的分布
实验原理
Ⅰ、甲基绿和吡啰红与两种核酸的亲和力不同，RNA结合吡啰红显红色，DNA结合甲基绿显绿色。
Ⅱ、盐酸能改变膜的通透性，加速染色剂进入细胞;同时使染色体中DNA和蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合。
材料、仪器与用具
Ⅰ、人口腔上皮细胞
Ⅱ、烧杯，小烧杯，温度计，滴管，消毒牙签，载玻片，盖玻片，铁架台，石棉网，火柴，酒精灯，吸水纸，显微镜
Ⅲ、质量分数0.9%的NaCl溶液，8%的盐酸，吡啰红甲基绿染色剂（现配现用），蒸馏水
实验结果
细胞核主要呈现绿色，细胞质主要呈现红色。
说明DNA主要位于细胞核（线粒体和叶绿体也有少量DNA），RNA主要位于细胞质。
2.3.3核酸的结构——核酸是由核苷酸连接而成的长链
1、构成核酸的基本单位（或单体）是核苷酸
Ⅰ、核苷酸可水解成一分子五碳糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸
Ⅱ、核糖核酸的单体是核糖核苷酸，其五碳糖为核糖。
依据碱基不同，核糖核苷酸可分四种，分别是腺嘌呤核糖核苷酸（含碱基A）、鸟嘌呤核糖核苷酸（含碱基G）、胞嘧啶核糖核苷酸（含碱基C）和尿嘧啶核糖核苷酸（含碱基U）。
Ⅲ、脱氧核糖核酸的单体是脱氧核苷酸，其五碳糖为脱氧核糖。
依据碱基不同，脱氧核苷酸可分四种，分别是腺嘌呤脱氧核苷酸（含碱基A）、鸟嘌呤脱氧核苷酸（含碱基G）、胞嘧啶脱氧核苷酸（含碱基C）和胸腺嘧啶脱氧核苷酸（含碱基T）。
2、核苷酸之间通过磷酸二酯键连接形成核苷酸链
3、RNA通常是单链。
DNA通常由双链形成双螺旋结构
§2.4细胞中的糖类和脂肪
2.4.1糖类是主要的能源物质
1、糖类可分为还原糖和非还原糖;也可依据水解情况分为单糖、二糖和多糖
Eg：
葡萄糖、果糖等单糖以及麦芽糖都属于还原糖。
蔗糖和多糖是非还原糖。
Ⅰ、单糖不能再被水解。
其中核糖、脱氧核糖和葡萄糖极其重要。
只有单糖才能被直接吸收利用
说明：
核糖和脱氧核糖参与构成RNA和DNA，葡萄糖是最常利用的呼吸作用底物。
Ⅱ、二糖由两分子单糖缩合而成，常见的二糖包括乳糖、蔗糖和麦芽糖等
Eg：
乳糖=葡萄糖+半乳糖;
蔗糖=葡萄糖+果糖;
麦芽糖=葡萄糖+葡萄糖
Ⅲ、纤维素、淀粉和糖原（肝糖原和肌糖原）等多糖的单体都是葡萄糖
2、糖类是主要的能源物质;纤维素是植物细胞壁的成分，还具有支持、保护作用
2.4.2脂质可分为脂肪、类脂（如磷脂）和固醇等
1、细胞中的脂质包括脂肪、磷脂和固醇
Ⅰ、脂肪是主要的储能物质（因为单位质量的脂肪氧化分解释放的能量比糖类多），还具有保温、缓冲和减压等作用
Ⅱ、磷脂是细胞膜和细胞器膜的重要成分
注意：
磷脂（含胆碱因而）含有N元素。
Ⅲ、固醇包括胆固醇、性激素和维生素D等
①胆固醇是细胞膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输。
②性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成。
③维生素D能促进人和动物肠道对Ca和P的吸收。
2.4.3生物大分子以碳链为骨架
1、生物大分子是由单体经缩合而成的多聚体
2、多糖、蛋白质和核酸等生物大分子都是由单体聚合而成的多聚体，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。
3、正是由于碳原子在组成生物大分子中的重要作用，所以碳是生命的核心元素
§2.5细胞中的无机物
2.5.1没有水就没有生命
1、生物体内的水可分为自由水（游离形式存在自由流动）和结合水（与细胞内其他物质结合）
2、自由水的功能和新陈代谢密切相关，代谢强时，自由水/结合水的比值高
Ⅰ、良好的溶剂
Ⅱ、参与重要的生物化学反应
Ⅲ、多细胞生物的绝大多数细胞生存在以水为基础的液体环境中
Ⅳ、运输营养物质和代谢废物
3、结合水是细胞结构的重要组成部分。
结合水丢失意味着细胞结构的破坏，可导致细胞死亡
Eg：
生长旺盛的植株比种子的自由水含量高，其新陈代谢也更加旺盛;而种子的结合水含量比生长旺盛的植株高，其抗性（抵抗逆境，如干旱等）则更强。
2.5.2无机盐主要以离子形式存在，对维持机体正常生命活动有重要作用
1、生物体中的无机盐主要以离子形式存在
2、生物体内无机盐具有重要的作用：
Ⅰ、参与构成细胞内某些复杂的化合物
Eg：
Fe2+参与构成血红蛋白，Mg2+参与构成叶绿素等。
Ⅱ、维持细胞和生物体的生命活动
Eg：
缺Ca会引起肌肉抽搐，血钙过高会导致肌无力。
无机盐对于维持酸碱平衡（必修三学习）维持渗透压平衡（必修三学习）等具有重要作用
Chap3细胞的基本结构
§3.1细胞膜——系统的边界
3.1.1细胞膜主要由脂质和蛋白质构成
1、体验细胞膜的制备方法
（1）植物细胞有细胞壁→选择动物细胞。
（2）动物细胞内部有各种膜包被的细胞器，不易和细胞膜相区分→选择失去各种细胞器的哺乳动物成熟红细胞。
（3）将人成熟红细胞置于清水中吸水涨破，释放细胞内容物得到细胞膜。
2、细胞膜主要由脂质（其中以磷脂为主）和蛋白质构成，还含有少量糖类。
3、功能越复杂的膜，其蛋白质的种类和数量越多。
4、蛋白质是生命活动的主要承担者，膜的功能越多，膜上蛋白质的种类就越多。
3.1.2细胞膜具有多种多样的功能
（1）将细胞与外界环境分开
（2）控制物质进出细胞
（3）进行细胞间的信息交流
（4）Eg：
精子和卵细胞的结合;靶细胞膜上的受体结合其他细胞分泌的激素;植物细胞中的胞间连丝。
以上过程或结构均涉及细胞膜执行细胞间的信息交流功能。
3.1.3植物细胞的细胞膜外还有一层细胞壁
1、植物细胞和大多数原核细胞在细胞膜外还有一层细胞壁
2、植物细胞细胞壁主要由纤维素和果胶构成
3、细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，而不是纤维素和果胶。
4、植物细胞壁主要具有支持和保护作用
§3.2细胞器——系统内的分工协作
3.2.1分离各种细胞器的方法——差速离心法
1、差速离心法
（）当细胞器的密度比周围介质大时，大小、形状不同的颗粒在离心作用下以不同速率向离心管底部运动。
从而实现细胞器的分离。
3.2.2细胞器之间的分工
1、线粒体
（1）线粒体的结构模式图：
（2）线粒体是细胞有氧呼吸的主要场所
2、叶绿体
（1）叶绿体结构模式图：
（2）叶绿体是光合作用的场所
3、内质网
（1）内质网是由单层膜围成的不规则网状结构
（2）可分为粗糙内质网（附着大量核糖体）和光滑内质网（极少附着核糖体）
（3）内质网是蛋白质合成（实际上是粗面内质网上的核糖体执行肽链合成的功能）和加工的场所;也是脂质合成的车间
Eg：
性激素在内质网上合成。
4、高尔基体
（1）高尔基体是由单层膜构成的扁平囊状和囊泡状结构
（2）高尔基体主要对来自内质网的蛋白质进行加工、分类、包装和发送，是细胞内物质运输的枢纽
（3）膜蛋白、分泌蛋白以及溶酶体中的酶等都要在高尔基体中进行分选和发送。
（4）在植物细胞中，高尔基体与细胞壁的形成有关（仅为应付会考而补充此内容）。
5、核糖体
（1）核糖体由RNA（rRNA）和蛋白质构成，不具有膜结构
（2）核糖体是蛋白质合成（生成肽键）的场所
6、液泡
（1）液泡是由单层膜构成的泡状结构，成熟植物细胞中含有一个占据细胞绝大部分体积的中央大液泡
（2）液泡内有细胞液，内含无机盐、糖类、蛋白质、色素等，可调节植物细胞内的环境;充盈的液泡还可使植物坚挺
（3）紫色洋葱鳞茎外表皮因含有紫色的色素而呈现紫色。
7、中心体
（1）中心体由两组互相垂直的中心粒构成，无膜包被
（2）中心体主要存在于动物细胞中，也存在于低等植物（如团藻等）细胞中
（3）一般认为中心体与细胞分裂时纺锤体的形成有关
8、溶酶体
（1）溶酶体具有单层膜结构
（2）溶酶体中含消化酶，能分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死入侵细胞的病毒或病菌
3.2.3细胞器之间的协调配合
1、分泌蛋白的合成、加工、运输与分泌
①（内质网上的）核糖体合成分泌蛋白;
②内质网对分泌蛋白进行初步加工，高尔基体对分泌蛋白进行深加工和分选;
③高尔基体包裹分泌蛋白以囊泡的形式与细胞膜融合，将分泌蛋白分泌出去;
④各细胞器执行功能所需的能量主要由线粒体提供。
2、说明：
分泌蛋白是指分泌到细胞外发挥作用的蛋白质，如胰岛素、抗体等。
3.2.4细胞的生物膜系统
1、细胞器膜和细胞膜、核膜等结构共同组成细胞的生物膜系统
2、生物膜≠生物膜系统。
3、生物膜系统在结构上相互联系
Eg：
内质网膜内连核膜，外连细胞膜。
4、生物膜系统在功能上紧密联系
Eg：
分泌蛋白的加工、运输和分泌。
5、生物膜系统的功能
（1）细胞膜使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外界环境进行物质交换、能量转换和信息传递的过程中起决定性作用
（2）许多重要的化学反应都在生物膜上进行，广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点
（3）细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开，使得细胞内能够同时进行多种化学反应而不互相干扰，保证了细胞生命活动有序高效地进行
3.2.5用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体
1、实验原理
（1）叶绿体呈绿色，可在显微镜下直接观察其形态和分布
（2）线粒体无色，活体的线粒体可被健那绿染液染成蓝绿色（死的不可以染色），在高倍显微镜下进行观察
2、仪器与用具
（1）新鲜的藓类叶（或菠菜叶等，菠菜叶需要用镊子撕取稍带叶肉的下表皮）
（2）健那绿染液
（3）显微镜，载玻片，盖玻片，滴管，镊子，消毒牙签（取人口腔上皮细胞用）
3.2.6细胞质基质是细胞代谢的主要场所
1、细胞质基质是细胞质中除细胞器以外的组成部分，呈现胶体状态，含有各种离子和组成细胞的各种化合物
2、细胞质基质中含有细胞骨架，可以维持细胞形态、保持细胞内部结构的有序。
3、细胞质基质是活细胞进行代谢活动的主要场所
§3.3细胞核——系统的控制中心
3.3.1细胞核是遗传和代谢的控制中心
1、细胞核是遗传信息库;是细胞代谢与遗传的控制中心
3.3.2细胞核由核膜、核仁、染色质（染色体）等结构组成
1、染色质在细胞分裂过程中螺旋化成为染色体。
染色质和染色体是同一种物质在不同时期的两种存在形式。
（分裂期——染色体;非分裂期——染色质）
2、动植物细胞亚显微结构的比较
（1）动物细胞不含有叶绿体、中央液泡和细胞壁，通常含有中心体
（2）植物细胞通常含有细胞壁、叶绿体和中央大液泡;一般不含有中心体
（3）注意：
①植物只有绿色组织部分含叶绿体。
②只有成熟的植物细胞才含有中央大液泡。
如植物的根尖分生区细胞不含有叶绿体也不含有中央大液泡。
③低等植物细胞含有中心体。
如水棉、衣藻等低等植物细胞中含有中心体。
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