分子与细胞基础知识清单2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

必修一分子与细胞 基础知识清单 （人教版） 第一章 走近细胞 第1节 细胞是生命活动的基本单位 知识点一 细胞学说及其建立过程 1．细胞学说主要建立者：德国科学家施莱登和施旺。 2．细胞学说的内容： (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生命起作用。 (3)新细胞是由老细胞分裂产生的。 3．细胞学说的建立过程 (1)从人体的解剖和观察入手——从器官到组织 科学家 获取证据的方法和技术 突出成就 比利时的维萨里 大量的尸体解剖研究 揭示人体在器官水平的结构 法国的比夏 对器官的解剖观察 指出器官是由组织构成的 (2)显微观察资料的积累——认识细胞 科学家 获取证据的方法和技术 突出成就 英国的罗伯特·胡克 用显微镜观察植物的木栓组织 发现并命名了细胞（观察到的是死细胞） 荷兰的列文虎克 用自制显微镜 观察到不同形态的细菌、红细胞和精子等（观察到的是活细胞） 意大利的马尔比基 用显微镜广泛观察动植物的微细结构 观察到细胞壁和细胞质 (3)科学观察和归纳概括的结合——形成理论 科学家 获取证据的方法和技术 突出成就 植物学家施莱登 通过对花粉、胚珠和柱头组织的观察，发现这些组织都由细胞构成，且细胞中都有细胞核 提出植物细胞学说，即植物体都是由细胞构成的，细胞是植物体的基本单位，新细胞从老细胞中产生 动物学家施旺 主要研究了动物细胞的形成机理和个体发育过程 认为动物体也是由细胞构成的，一切动物的个体发育过程，都是从受精卵这个单细胞开始的 (4)细胞学说在修正中前进 科学家 获取证据的方法和技术 突出成就 耐格里 用显微镜观察了多种植物分生区新细胞的形成 发现新细胞的产生是细胞分裂的结果 德国的魏尔肖 — 总结出“细胞通过分裂产生新细胞” 4．细胞学说的意义 (1)揭示了动物和植物的统一性，从而阐明了生物界的统一性。 (2)打破了在植物学和动物学之间横亘已久的壁垒，也促使积累已久的解剖学、生理学、胚胎学等学科获得了共同的基础，这些学科的融通和统一催生了生物学的问世。 (3)使生物学的研究随之由器官、组织水平进入细胞水平，并为后来进入分子水平打下基础。 (4)细胞学说中细胞分裂产生新细胞的结论，不仅解释了个体发育，也为后来生物进化论的确立埋下了伏笔。 5．科学方法——归纳法 (1)定义：由一系列具体事实推出一般结论的思维方法。 (2)分类及举例 分类 举例 是否可信 不完全归纳法 根据部分植物细胞都有细胞核而得出植物细胞都有细胞核的结论 很可能是可信的，可以用来预测和判断，不过，也需要注意存在例外的可能 完全归纳法 观察所有类型的植物细胞，并发现它们都有细胞核，才得出植物细胞都有细胞核的结论 可信 知识点二 细胞是基本的生命系统 1．生命活动离不开细胞 （1）单细胞生物能够独立完成生命活动。 （2）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。 （3）病毒没有细胞结构，必须寄生在活细胞中 2．生命活动的基础 (1)各种生理活动的基础：细胞代谢。 (2)生长发育的基础：细胞增殖、分化。 (3)遗传和变异的基础：细胞内基因的传递和变化。 总结：细胞是生命活动的基本单位，生命活动离不开细胞。 3．生命系统的结构层次 冷箭竹(植物)的生命系统结构层次 熊猫(动物)的生命系统结构层次 生命系统结构层次 对应的生命系统结构层次的概念 叶的表皮细胞 心肌细胞 细胞 最基本的生命系统 叶的保护组织 心肌(肌肉组织) 组织 由形态相似，结构、功能相同的细胞联合在一起形成的细胞群 叶 心脏 器官 不同的组织按照一定的次序结合在一起，形成具有一定功能的结构 无 血液循环系统 系统 能够共同完成一种或几种生理功能的多个器官按照一定的次序组合在一起的结构 冷箭竹 大熊猫 个体 由各种器官或系统协调配合共同完成复杂的生命活动的生物 在一定区域内，所有的冷箭竹个体 在一定区域内，所有的大熊猫个体 种群 在一定的空间范围内，同种生物的所有个体形成一个整体 在同一区域内，大熊猫、冷箭竹和其他生物一起共同形成一个群落 群落 不同种群相互作用形成更大的整体 群落和它们所生活的无机环境相互关联，形成了一个统一的整体 生态系统 群落与无机环境相互作用形成更大的整体 最大的生命系统：生物圈 生物圈 地球上所有的生态系统相互关联构成更大的整体 4．总结 无论从结构上还是功能上看，细胞这个生命系统都属于最基本的层次。各层次生命系统的形成、维持和运转都是以细胞为基础的，就连生态系统的能量流动和物质循环也不例外。因此，可以说细胞是基本的生命系统 第2节 细胞的多样性和统一性 知识点一 使用高倍显微镜观察几种细胞 1．高倍镜的使用 (1)目镜、物镜的判断以及放大倍数与镜头长度的关系 ①a、b是物镜(有螺纹)，放大倍数越大，镜头越长，距离载玻片越近。 ②c、d是目镜(无螺纹)，放大倍数c<d。 (2)显微镜的使用 ①低倍镜：取镜→安放→对光→安放玻片→调焦→观察。 ②高倍镜使用的“四字诀” a.找：在低倍镜下找到目标 b.移：移动装片，使目标位于视野中央转 c.转：动转换器换成高倍镜，用细准焦螺旋调焦并观察 d.调：调节光圈、反光镜，使视野明亮 (3)高倍镜与低倍镜观察情况比较 物镜 物像大小 细胞数目 视野亮度 物镜距离载玻片 视野范围 低倍镜 小 多 亮 远 大 高倍镜 大 少 暗 近 小 (4)显微镜放大倍数与成像规律 ①显微镜放大倍数＝目镜放大倍数×物镜放大倍数。如：目镜为10×，物镜为40×，则放大倍数为10×40＝400倍。该放大倍数指的是长度或宽度的放大，而不是面积或体积的放大。 ②放大倍数的变化与视野范围内细胞数量变化的关系： 右图1和图2分别是在目镜放大倍数为10×、物镜放大倍数为10×时观察到的细胞数，若将物镜转换为40×后，图1观察到的细胞是2个，图2观察到的细胞是1个。 总结： 第一种情况（细胞排列成一条线，如图1）：放大后视野中的细胞数目= 第二种情况（细胞充满视野，如图2）：放大后视野中的细胞数目= 【注：相对放大倍数=放大后倍数/放大前倍数】 ③成像特点：显微镜成的像为左右相反、上下颠倒的虚像。 ④移动规律：物像偏向哪个方向，则应向哪个方向移动装片。若物像在偏左上方，则装片应向左上方移动。 ⑤判断污物的位置：先移动装片，污物移动则在装片上。污物不动，则转动目镜，若污物移动则在目镜上，不动则在物镜上（不可能在反光镜上） 2．使用高倍显微镜观察临时装片 (1)临时装片 真核细胞名称 细胞壁 细胞膜 细胞质 细胞核 酵母菌细胞 有 有 有 有 菠菜叶下表皮细胞 有 有 有 有 口腔上皮细胞 无 有 有 有 洋葱鳞片叶表皮细胞 有 有 有 有 (2)真核细胞具有多样性和统一性 多样性：细胞形态各异 统一性：细胞具有相似结构 知识点二 原核细胞和真核细胞 1．原核细胞和真核细胞 (1)分类依据：细胞内有无以核膜为界限的细胞核。 (2)常见原核生物和真核生物 ①原核生物 定义：由原核细胞构成的生物 种类：主要是广泛分布的各种细菌 （三菌：蓝细菌、细菌、放线菌；三体：支原体、衣原体、立克次氏体） ②真核生物 定义：由真核细胞构成的生物 种类：动物、植物、真菌等 2.原核生物 (1)细菌 ①蓝细菌 水华：淡水水域污染后富营养化，导致蓝细菌和绿藻等大量繁殖，会形成水华 结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、拟核有环状DNA分子、核糖体 生活方式：蓝细菌细胞内因含有藻蓝素和叶绿素，及光合作用相关的酶，能进行光合作用，为自养生物 种类：色球蓝细菌、颤蓝细菌、念珠蓝细菌、发菜等 ②大肠杆菌 结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、拟核有环状DNA分子、鞭毛、纤毛、核糖体 生活方式：营腐生或寄生生活，为异养生物 ③其他细菌：硝化细菌、肺炎链球菌等。 (2)其他原核生物：支原体(无细胞壁)、衣原体和放线菌。 (3)原核细胞和真核细胞的比较 项目 原核细胞 真核细胞 区别 本质区别 无以核膜为界限的细胞核 有以核膜为界限的细胞核 大小 较小 较大 细胞壁 有(支原体除外) 植物细胞和真菌细胞都有，动物细胞无 细胞质 只有核糖体一种细胞器 含核糖体、线粒体等多种细胞器 细胞核 无核膜、无核仁、无染色体、有环状DNA分子位于拟核 有核膜、有核仁、有DNA和蛋白质结合的染色体 相同点,都有细胞膜、细胞质，都以DNA为遗传物质 （4)原核细胞具有多样性和统一性：原核细胞在形态、结构等方面存在差异，说明原核细胞具有多样性，但都有细胞膜、细胞质，且都有环状DNA分子分布在拟核中，说明原核细胞具有统一性。 3．细胞多样性和统一性的体现 （1）多样性：真核细胞多种多样，原核细胞多种多样，而真核细胞与原核细胞又不一样。 （2）统一性：原核细胞之间、真核细胞之间，及原核细胞和真核细胞之间具有相似的细胞膜和细胞质，都具有核糖体这种细胞器，它们都以DNA作为遗传物质。 第二章 组成细胞的分子 第1节 细胞中的元素和化合物 知识点一 组成细胞的元素和化合物 1．组成细胞的元素 (1)生物界与非生物界的统一性和差异性： ①组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能够找到，没有一种化学元素是细胞所特有的，这一事实说明生物界和非生物界具有统一性。 ②细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同，这一事实说明生物界和非生物界具有差异性。 (2)组成细胞的元素具有相似性和差异性： 不同生物体内所含元素种类基本相同，说明生物具有共同的物质基础；不同生物体内每种化学元素的含量不同，同一生物体内不同化学元素的含量不同，其中C、H、O、N四种元素所占比例较大(干重)。 (3)组成细胞的元素分类 ①种类：细胞中常见的化学元素有20多种。 ②分类 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。 微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等。 ③含量较高的元素：C、H、O、N。 ④细胞鲜重：O>C>H>N；细胞干重:C>O>N>H 2.组成细胞的化合物 (1)种类 类型 化合物 质量分数/% 无机化合物 水 占70～90 无机盐 占1～1.5 有机化合物 蛋白质 占7～10 脂质 占1～2 糖类和核酸 占1～1.5 (2)含量 ①细胞内含量最多的化合物是水。 ②细胞内含量最多的有机化合物是蛋白质。 知识点二 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 1．原理 (1)思路：某些化学试剂能够使生物组织中的相关化合物产生特定的颜色反应。 (2)原理 ①糖类 还原糖+斐林试剂砖红色沉淀 ②脂肪＋苏丹Ⅲ染液―→橘黄色 ③蛋白质＋双缩脲试剂―→紫色 2．实验材料及试剂 (1)材料：梨、葡萄、白萝卜匀浆，花生种子，豆浆，鲜肝提取液，鸡蛋清稀释液。 (2)试剂：斐林试剂(甲液：质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液，乙液：质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液)，质量浓度为0.01 g/mL苏丹Ⅲ染液，双缩脲试剂(A液：质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液，B液：质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液)，体积分数为50%的酒精溶液，蒸馏水。 3．实验步骤 (1)还原糖的检测 ①材料的选择：还原糖含量高，白色或接近白色的植物组织样液，例：梨匀浆。 ②斐林试剂的使用方法 a．甲、乙液必须等量混合均匀再使用。 b.水浴加热(50～65 ℃)。 c．现配现用。 ③检测的方法步骤 ④实验结果：蓝色→棕色→砖红色(沉淀)。 ⑤实验结论：组织样液中含有还原糖。 (2)脂肪的检测 ①材料的选择：富含脂肪的种子，例：花生种子。 ②试剂：质量浓度为0.01 g/mL苏丹Ⅲ染液。 ③检测的方法步骤： 取材：取一粒浸泡过的花生种子，去掉种皮 切片：用刀片在花生子叶的横断面上平行切下若干薄片，放在盛有清水的培养皿中待用 制片： a.选取最薄的切片，用毛笔蘸取放在载玻片中央 b.在薄片上滴2~3滴苏丹Ⅲ染液，染色3 min c.去浮色（用吸水纸吸去染液后，滴加1~2滴体积分数为50%的酒精溶液，洗去浮色） d.制成临时装片 观察：在低倍镜下找到花生子叶的最薄处，移到视野中央，将物像调节清晰，然后换高倍镜观察，视野中已着色的圆形脂肪颗粒清晰可见 ④实验结果：脂肪颗粒被染成橘黄色。 ⑤实验结论：花生种子含脂肪。 (3)蛋白质的检测 ①材料的选择：富含蛋白质的材料，例：鸡蛋清稀释液、豆浆、鲜肝提取液等。 ②双缩脲试剂的使用方法：先加A液再加B液，B液不能过量。 ③检测的方法步骤 ④实验结果：样液变成紫色。 ⑤实验结论：鸡蛋清、豆浆、鲜肝含蛋白质。 第2节 细胞中的无机物 知识点一 细胞中的水 1．水的含量：水是活细胞中含量最多的化合物，生物体的含水量随着生物种类的不同有所差别，一般为60%～95%，水母含水量达到97%。 2．水的特点 (1)水是极性分子：水分子的空间结构及电子的不对称分布，使水分子成为一个极性分子。带有正电荷或负电荷的分子(或离子)都容易与水结合，因此水是良好的溶剂。 (2)水分子之间靠氢键相互作用： ①氢键形成：由于水分子的极性，当一个水分子的氧端靠近另一个水分子的氢端时，它们之间的静电吸引作用就形成一种弱的引力，这种弱的引力称为氢键。 ②氢键的作用： a.水分子之间靠氢键连接，氢键比较弱，易被破坏，只能维持极短时间，这样氢键不断地断裂，又不断地形成，使水在常温下能够维持液体状态，具有流动性。 b．由于氢键的存在，水具有较高的比热容，使水的温度相对不容易发生改变，对于维持生命系统的稳定性十分重要。 3.水的存在形式及功能 存在形式 自由水 结合水 含义 细胞中绝大部分呈游离状态，可以自由流动的水 与细胞内其他物质(主要与蛋白质、多糖)相结合的水 含量 约占细胞内全部水分的95.5% 约占细胞内全部水分的4.5% 功能 ①细胞内的良好溶剂 ②参与许多生物化学反应 ③为细胞提供液体环境 ④运送营养物质和代谢废物 是细胞结构的重要组成部分 4．自由水与结合水的关系 (1)自由水和结合水在一定条件下可相互转化 自由水结合水 (2)自由水与结合水相对含量与细胞代谢的关系 ①关系 自由水与结合水比值高：代谢旺盛，但抗逆性差 自由水与结合水比值低：代谢缓慢，但抗逆性强 ②实例：种子晒干，自由水含量降低，细胞代谢水平降低，便于储藏；北方冬小麦在冬天来临前，自由水比例降低，结合水比例上升，以避免气温下降时自由水过多导致结冰而损害自身。 知识点二 细胞中的无机盐 1．存在形式：大多数无机盐以离子形式存在，少数与其他化合物结合。 2．含量：无机盐是细胞中含量很少的无机物，仅占细胞鲜重的1%～1.5%。 3．无机盐的作用 生理功能 举例 无机盐是细胞必不可少的许多化合物的成分 ①Mg是构成叶绿素的元素；②Fe是构成血红素的元素；③P是组成细胞膜、细胞核的重要成分 无机盐对于维持生物体的生命活动有重要作用 ①人体内Na＋缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等，因此，当大量出汗排出过多的无机盐后，应多喝淡盐水；②哺乳动物的血液中必须含有一定量的Ca2＋，如果Ca2＋的含量太低，动物会出现抽搐等症状 无机盐对于维持细胞的酸碱平衡具有重要作用 人体血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等酸碱缓冲物质，可以中和人体代谢产生的或酸或碱的代谢物质 无机盐能调节人体的渗透压，维持细胞的正常形态 — 第3节 细胞中的糖类和脂质 知识点一 细胞中的糖类 1．糖类的功能：重要的能源物质。 2．糖类的元素组成：糖类分子一般是由C、H、O三种元素构成的。因为多数糖类分子中氢、氧原子比例为2∶1，类似水分子，所以糖类又被称为“碳水化合物”，简写为(CH2O)。 3．糖类的种类 种类 定义 分布 主要功能或应用 单糖 五碳糖 核糖 不能水解的糖类，可直接被细胞吸收 【组成元素：C、H、O】 动植物 RNA的组成成分之一 脱氧核糖 DNA的组成成分之一 六碳糖 葡萄糖(C6H12O6) 细胞生命活动所需要的主要能源物质 果糖 — 半乳糖, 二糖 蔗糖 由两分子单糖脱水缩合而成，一般要水解成单糖才能被细胞吸收 化学式：(C12H22O11) 【组成元素：C、H、O】 植物：甘蔗、甜菜，大多数蔬菜、水果中 — 麦芽糖 植物：发芽的小麦等谷粒中 乳糖 人和动物：乳汁中 多糖 淀粉 由多个单糖分子脱水缩合而成 化学式：(C6H10O5)n 【组成元素：C、H、O】 植物：玉米、小麦、水稻等的种子中，马铃薯、甘薯等植物变态的茎或根以及一些植物的果实中 植物细胞中重要的储能物质 纤维素 植物细胞 植物细胞壁的主要组成成分 糖原 人和动物：肝脏和肌肉中 人和动物细胞的储能物质 几丁质(又称壳多糖) 【组成元素：C、H、O、N】 甲壳类动物和昆虫的外骨骼中 几丁质及其衍生物在医药、化工等方面有广泛的用途。例如，其能与溶液中的重金属离子有效结合，可用于废水处理；可用于制作食品的包装纸和食品添加剂；可以用于制作人造皮肤等 糖类的划分 按水解程度 单糖 葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖 二糖 麦芽糖、乳糖、蔗糖 多糖 淀粉、纤维素、糖原、几丁质 按分布 动植物共有 葡萄糖、核糖、脱氧核糖、果糖、半乳糖 主要存在于植物 麦芽糖、蔗糖、淀粉、纤维素 主要存在于动物 乳糖、糖原 按功能 结构物质 核糖、脱氧核糖、纤维素、几丁质 储能物质 淀粉、糖原 主要能源物质 葡萄糖 按是否具有还原性 还原糖 葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖、半乳糖所有的单糖及除蔗糖外的所有二糖 非还原糖 蔗糖以及所有的多糖 知识点二 细胞中的脂质 1．脂质功能：脂质存在于所有细胞中，是组成细胞和生物体的重要有机化合物。 2．脂质元素组成：主要由C、H、O组成，有些脂质还含有N、P。 3．脂质分子特点 (1)相对于糖类，脂质分子氧的含量低，氢的含量高。 (2)不同种类的脂质分子结构差异很大，通常都不溶于水，而溶于脂溶性有机溶剂，如丙酮、氯仿、乙醚等。 4.脂质的分类和功能 (1)脂肪 元素组成 C、H、O 结构组成 ①脂肪是由三分子脂肪酸与一分子甘油发生反应而形成的酯，即三酰甘油(又称甘油三酯) ②脂肪酸可以分为不饱和脂肪酸(植物脂肪大多含有此种脂肪酸，在室温时呈液态)和饱和脂肪酸(大多数动物脂肪含有此种脂肪酸，室温时呈固态) 功能 ①细胞内良好的储能物质 ②很好的绝热体，有保温作用 ③能缓冲和减压，可以保护内脏器官 分布 大量存在于某些植物的种子、果实及动物体的脂肪组织中 (2)磷脂 元素组成 C、H、O、P、N 结构组成 甘油、脂肪酸、磷酸及其他衍生物结合构成 功能 构成细胞膜以及多种细胞器膜的重要成分 分布 在人和动物的脑、卵细胞、肝脏以及大豆的种子中含量丰富 (3)固醇 元素组成 C、H、O 种类及功能 胆固醇 ①构成动物细胞膜的重要成分 ②在人体内参与血液中脂质的运输 性激素 促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成 维生素D 能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收 5．细胞中糖类和脂质的转化 (1)糖类和脂质是可以相互转化的 ①糖类转化为脂肪的过程 葡萄糖：首先供细胞利用，多余的合成糖原储存起来，再富余转变成脂肪和某些氨基酸 ②脂肪转化为糖类的过程 (2)糖类和脂肪之间的转化程度有明显差异：糖类在供应充足的情况下，可以大量转化为脂肪；而脂肪一般只在糖类代谢供能不足时，才会分解供能，而且不能大量转化为糖类。 第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者 知识点一 蛋白质的功能 功能 举例 结构蛋白 羽毛、肌肉、蛛丝、头发等的成分主要是蛋白质 催化作用 绝大多数酶是蛋白质 运输作用 血红蛋白能运输氧 调节作用 胰岛素等蛋白质类激素能够调节机体的生命活动 免疫功能 抗体可抵御抗原的侵害 总结：细胞的各项生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。 知识点二 蛋白质的基本组成单位——氨基酸 1．氨基酸的种类 组成人体蛋白质的氨基酸有21种，根据能否在人体内合成可分为两类： （1）必需氨基酸： 特点：必须从外界获取 种类：8种【甲硫（蛋）氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸，亮氨酸、色氨酸、苏氨酸】 （2）非必需氨基酸： 特点：人体细胞能够合成 种类：13种 2．氨基酸的结构 （1）组成元素：各种氨基酸共有的元素是C、H、O、N，其中半胱氨酸还有S元素。 （2）图中数字标示结构的名称：①氨基，②羧基，③R基。 （3）氨基酸的结构特点 每种氨基酸至少都含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。 （4）氨基酸分子的结构通式： （5）各种氨基酸之间的区别在于R基不同。其中甘氨酸的R基：—H，天冬氨酸的R基：—CH2—COOH，半胱氨酸的R基：—CH2—SH，赖氨酸的R基：—(CH2)4—NH2。 知识点三 蛋白质的结构及其多样性 1．氨基酸形成蛋白质过程 （1）脱水缩合——连接氨基酸的方式 ①概念：一个氨基酸分子的氨基(—NH2)与另一个氨基酸分子的羧基(—COOH)相连接，同时脱去一分子的水。 ②过程 过程a的名称：脱水缩合，脱去的水中氢来自氨基和羧基，氧来自羧基。 化合物b的名称：二肽，即由两个氨基酸脱水缩合形成的化合物。 c的名称：肽键。 （2）氨基酸形成血红蛋白的过程：氨基酸之间脱水缩合形成肽链→一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲、折叠(氢键使多肽链盘曲、折叠)→这条肽链进一步盘绕形成一定的空间结构→四条肽链聚集在一起形成复杂的空间结构(通过一定化学键，如二硫键)。 2．结构多样性原因 （1）氨基酸种类、数目、排列顺序不同 （2）肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。 3.结构多样性与功能多样性的关系： 每一种蛋白质都有与它所承担功能相适应的独特结构，如果氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变，就可能会影响其功能。 第5节 核酸是遗传信息的携带者 知识点一 核酸的种类及其分布 1．种类：脱氧核糖核酸，简称DNA；核糖核酸，简称RNA。 2．分布：真核细胞DNA主要分布在细胞核中，另外线粒体、叶绿体内也含有少量的DNA。RNA主要分布在细胞质中。 知识点二 核酸是由核苷酸连接而成的长链 1．核酸的基本单位——核苷酸 （1）核苷酸分子组成： 磷酸、五碳糖（核糖或脱氧核糖）、含氮碱基 （2）连接方式： （2）核苷酸的分类：根据五碳糖的不同，核苷酸分为脱氧核糖核苷酸简称脱氧核苷酸和核糖核苷酸两类。 ①脱氧核苷酸：构成DNA的基本单位，如图： 其中A的中文名称：腺嘌呤；G的中文名称：鸟嘌呤；C的中文名称：胞嘧啶；T的中文名称：胸腺嘧啶。由于碱基有4种，故脱氧核苷酸有4种，分别为腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸。 ②核糖核苷酸：构成RNA的基本单位，如图： 其中U的中文名称：尿嘧啶。由于碱基有4种，故核糖核苷酸有4种，分别为腺嘌呤核糖核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸、鸟嘌呤核糖核苷酸。 2.核苷酸链 （1）核苷酸形成核苷酸链的过程 （2）核酸的结构层次 元素→小分子物质核苷酸核苷酸链核酸 （3）DNA与RNA的比较 项目 DNA RNA 中文名 脱氧核糖核酸 核糖核酸 基本单位 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 元素组成 C、H、O、N、P 成分 碱基 共有 A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤) 特有 T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶) 五碳糖 脱氧核糖 核糖 磷酸 磷酸 结构 一般呈规则双螺旋结构 常呈单链结构 3．核苷酸链储存遗传信息 （1）遗传信息的储存 ①遗传信息：脱氧核苷酸的排列顺序储存着生物的遗传信息。 ②遗传信息储存 绝大多数生物的遗传信息储存在中，部分病毒的遗传信息储存在RNA中，如HIV、SARS病毒等 （2）核酸功能 ①细胞内携带遗传信息的物质。 ②在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。 4．核酸的多样性、特异性 （1）多样性的原因 4种核苷酸的数目成千上万，核苷酸的排列顺序千变万化核酸DNA或RNA，分子具有多样性 （2）特异性的原因：每个个体的核酸(DNA或RNA)中核苷酸(脱氧核苷酸或核糖核苷酸)的数目和排列顺序都是特定的，决定了每个个体的核酸(DNA或RNA)分子具有特异性。 知识点三 生物大分子以碳链为骨架 1．生物大分子 (1)学过的生物大分子：多糖、蛋白质、核酸。 (2)生物大分子的基本单位：多糖的基本单位是单糖，蛋白质的基本单位是氨基酸，核酸的基本单位是核苷酸，这些基本单位称为单体。 (3)生物大分子：由许多单体连接成的多聚体。 2.生物大分子以碳链为骨架 第三章 细胞的基本结构 第1节 细胞膜的结构和功能 知识点一 细胞膜的功能 1．细胞膜：也称质膜，它是细胞的边界。 2．功能 (1)将细胞与外界环境分隔开：保障了细胞内部环境的相对稳定。 (2)控制物质进出细胞 ①可“进”的物质：细胞需要的营养物质。 ②不容易“进”的物质：细胞不需要或对细胞有害的物质，以及有些病毒、病菌。 ③可“出”的物质：抗体、激素等物质和细胞产生的废物。 ④不会轻易“出”的物质：细胞内有用的成分，如核酸。 总结：细胞膜能控制物质进出细胞，且这种控制作用是相对的。 (3)进行细胞间的信息交流 图示 内容 举例 内分泌细胞分泌的激素，随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞 胰岛素的分泌及发挥作用 相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞 精子和卵细胞之间的识别和结合 相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞 高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用 知识点二 细胞膜的成分 1．对细胞膜成分的探索 (1)最初对细胞膜成分的探究 时间 1895年 科学家 欧文顿 实验 对植物细胞进行通透性实验，发现溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜，不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜 结论 细胞膜是由脂质组成的 (2)细胞膜中脂质成分实验探究 研究材料 动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等 实验 分离出哺乳动物红细胞的细胞膜，进行化学分析 结论 组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多 (3)磷脂分子在细胞膜中排列方式探究 时间 1925年 科学家 荷兰戈特和格伦德尔 实验 用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，其面积为红细胞表面积的2倍 结论 细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层 (4)细胞膜中是否还含有其他成分的探究 时间 1935年 科学家 英国丹尼利和戴维森 实验 研究细胞膜的张力，发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力 实验前提 人们已经发现油脂滴表面吸附蛋白质会使其表面张力降低 结论 细胞膜除含有脂质分子外，可能还附有蛋白质 2．细胞膜成分 (1)成分 (2)特点：功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。 知识点三 对细胞膜结构的探索 1．静态结构模型的提出 (1)时间：1959年。 (2)科学家：罗伯特森。 (3)依据：电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。 (4)模型假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。 (5)模型缺点：细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都难以解释。 2．新技术带来新模型 (1)人—鼠细胞融合实验 时间 1970年 方法 荧光标记法 过程 结果 构成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的 这一实验及相关的其他实验表明 细胞膜具有流动性 (2)动态结构模型的提出 时间 1972年 科学家 辛格和尼科尔森 模型名称 流动镶嵌模型 知识点四 流动镶嵌模型的基本内容 1．流动镶嵌模型的基本内容 (1)图中① 名称：磷脂双分子层 地位：膜的基本支架 构成：内部是磷脂分子的疏水端 作用：屏障作用，水溶性分子或离子不能自由通过 特点：侧向自由移动 (2)图中② 名称：蛋白质分子 位置：贯穿于整个磷脂双分子层 作用：在物质运输等方面具有重要作用 特点：蛋白质大多也能运动 (3)图中③ 位置：细胞膜外表面 名称：糖类（糖被）与蛋白质结合→④糖蛋白；与脂质结合→糖脂 作用：糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系 2．生物膜的结构特点——具有一定的流动性 (1)原因：构成生物膜的磷脂分子可以侧向自由移动，蛋白质分子大多也是可以运动的。 (2)生理意义：对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能具有重要意义。 (3)实例：变形虫变形；细胞融合；分泌蛋白的传递分泌。 3．生物膜的功能特性——选择透过性 (1)结构基础：膜上具有转运蛋白。 (2)生理意义：控制物质进出细胞。 第2节 细胞器之间的分工合作 知识点一 细胞器之间的分工 1．细胞质 (1)定义：细胞膜以内、细胞核以外的整个区域的一切结构和物质都属于细胞质。 (2)组成：细胞质基质(呈溶胶状态)和细胞器。 2．细胞器的分离方法 (1)方法：差速离心法。 (2)原理：主要是采取逐渐提高离心速率分离不同大小颗粒的方法。 (3)过程 3.细胞器之间的分工 （1）线粒体 结构：双层膜（分为内膜和外膜，内膜向内折叠形成嵴以增大膜面积）；基质：含有少量DNA和RNA 功能：是细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细胞的“动力车间” 分布：几乎所有真核细胞 （2）叶绿体 结构：双层膜（内膜和外膜）；基粒（类囊体堆叠而成，以增大膜面积，含有与光合作用有关的色素和酶）；基质：含有与光合作用有关的酶，有少量DNA和RNA 功能：是绿色植物进行光合作用的场所，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站” 分布：绿色植物能进行光合作用的细胞中 （3）内质网： 分类：有核糖体附着的为粗面内质网；无核糖体附着的光面内质网 结构:由膜围成的管状、泡状或扁平囊状结构连接形成一个连续的内腔相通的膜性管道系统 功能:蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道。粗面内质网是蛋白质合成、加工场所和运输通道。光面内质网是脂质合成的“车间” 分布:几乎所有真核细胞中 （4）高尔基体 结构:单层膜围成的扁平囊和小泡组成 功能:主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站” 分布:几乎所有真核细胞中 （5）溶酶体 结构:单层膜包裹的囊泡状细胞器 功能:是细胞的“消化车间”,内部含多种上水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌 分布:主要分布在动物细胞中 （6）液泡 成分:内有细胞液,含糖类、无机盐、蛋白质、色素等 结构:单层膜 功能:调节植物细胞内的环境,充盈的液泡还可以使植物细胞保持坚挺 分布:主要存在于植物细胞中 （7）核糖体 结构：无膜,含RNA和蛋白质 功能:是“生产蛋白质的机器”。分为附着核糖体(合成分泌蛋白)和游离核糖体(合成胞内蛋白) 分布:真、原核细胞中 （8）中心体： 结构：无膜，由两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成 功能:与细胞的有丝分裂有关 分布:动物和低等植物细胞中 总结： 内容 特点 细胞器名称 分布 植物细胞特有的细胞器 叶绿体、液泡 动物细胞和低等植物细胞特有的细胞器 中心体 动植物细胞共有的细胞器 线粒体、内质网、核糖体、高尔基体 原核细胞与真核细胞共有的细胞器 核糖体 结构 具有单层膜结构的细胞器 内质网、液泡、高尔基体、溶酶体 具有双层膜结构的细胞器 线粒体、叶绿体 不具有膜结构的细胞器 核糖体、中心体 成分 含有DNA的细胞器 叶绿体、线粒体 含有色素的细胞器 叶绿体、液泡 含有RNA的细胞器 线粒体、叶绿体、核糖体 功能 能产生水的细胞器 叶绿体、线粒体、核糖体 与能量转换有关的细胞器 叶绿体、线粒体 能自我复制的细胞器 叶绿体、线粒体、中心体 4．植物细胞壁 (1)组成：主要由纤维素和果胶构成。 (2)功能：对细胞起支持与保护作用。 5．细胞骨架 (1)组成：蛋白质纤维组成的网架结构。 (2)功能：维持着细胞的形态，锚定并支撑着许多细胞器，与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关。 知识点二 用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动 1．实验原理 (1)观察叶绿体 ①形态：扁平的椭球或球形。 ②分布：主要在绿色植物叶肉细胞中。 ③颜色：绿色。 (2)观察细胞质的流动 活细胞中的细胞质处于不断流动的状态。观察细胞质的流动，可用细胞质基质中的叶绿体的运动作为标志。 2.实验选材 藓类叶(或菠菜叶、番薯叶等)、新鲜的黑藻。 3．实验流程 (1)观察叶绿体的形态和分布 ①制作临时装片： a.藓类小叶(或菠菜叶稍带些叶肉的下表皮)放入盛有清水的培养皿中 b.载玻片中央滴一滴[清水,将叶片放入水滴中 c.盖上盖玻片 ②观察:先用低倍显微镜观察,再用高倍显微镜观察,观察叶绿体的形态和分布情况 (2)观察细胞质的流动 ①培养：将实验用的黑藻放在光照、室温条件下培养 ②制作临时装片： a.取出黑藻,用镊子从新鲜枝上取一片幼嫩的小叶 b.载玻片中央滴一滴清水 c.幼嫩小叶放入水滴中 d.盖上盖玻片 ③观察:先在低倍镜下找到黑藻叶肉细胞,再用高倍镜观察。注意观察叶绿体随着细胞质流动的情况,仔细观察每个细胞中细胞质流动的方向是否一致 4、实验材料及选材原因 实验 观察叶绿体 观察细胞质的流动 选材 藓类叶片 菠菜叶稍带叶肉的下表皮 新鲜的黑藻 原因 叶片薄，仅有一两层叶肉细胞，可以取整个小叶直接用来制作临时装片 接近下表皮处为海绵组织，细胞排列疏松，易撕取，且所含叶绿体数目少，体积大，便于观察 黑藻幼嫩的小叶扁平且只有一层细胞，含有较多的叶绿体，且叶绿体体积大，易观察 知识点三 分泌蛋白的合成和运输 1．分泌蛋白 (1)概念：在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的蛋白质。 (2)举例：消化酶、抗体和一部分激素等。 2．分泌蛋白的合成、加工与运输 (1)研究方法：同位素标记法。 ①定义：用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向。 ②作用：用于示踪物质的运行和变化规律。 ③具有放射性的同位素：14C、32P、3H、35S等。 不具有放射性的同位素：15N、18O等。 (2)分泌蛋白形成过程 知识点四 细胞的生物膜系统 1．概念：由细胞膜、细胞器膜和核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。 2．特点 (1)各种生物膜的组成成分和结构很相似。 ①组成成分联系 a．相似性：各种生物膜在组成成分的种类上基本相同，都主要由蛋白质和脂质组成。 b．差异性：各种生物膜在组成成分的含量上有显著差异，功能越复杂的生物膜中，蛋白质的种类和数量越多。 ②结构上联系 (2)在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调与配合。例如：分泌蛋白的形成。 3．功能 (1)细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转化和信息传递的过程中起着决定性的作用。 (2)许多重要的化学反应需要酶的参与，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，使细胞内能同时进行多种化学反应，而不会互相干扰，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。 第3节 细胞核的结构和功能 知识点一 细胞核的功能 1．细胞核的分布：除了高等植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞等极少数细胞外，真核细胞都有细胞核。 2．细胞核功能的实验探究 (1)实验一：黑白美西螈核移植实验 实验结论：美西螈皮肤颜色是由细胞核控制的，证明细胞核是遗传的控制中心。 (2)实验二：蝾螈受精卵横缢实验 ①实验现象：受精卵横缢后A部分无细胞核，停止分裂；B部分有细胞核，能分裂。从B部分向A部分挤入一个细胞核后，A部分有细胞核，细胞会开始分裂，但会发育得慢一些。 ②实验结果：细胞核控制着细胞的分裂、分化。 ③实验结论：细胞核是生命活动的控制中心。 (3)实验三：变形虫切割实验 ①实验现象：A结果：不能摄食，对外界刺激不再发生反应，电镜下可以观察到退化的高尔基体和内质网等； B结果：照样摄食、对刺激仍有反应，失去的伸缩泡可以再生，还能生长和分裂； C结果：与A结果相同； D结果：各种生命活动恢复。 ②实验结果：变形虫的摄食、应激性及生长和分裂等各项生命活动都离不开细胞核。 ③实验结论：细胞核是细胞生命活动的控制中心。 (4)实验四：伞藻嫁接、核移植实验 实验结论：伞藻“帽”的形状由细胞核控制，证明了细胞核是遗传的控制中心。 3．功能结论 细胞核控制着细胞的代谢和遗传。 知识点二 细胞核的结构 1．结构 (1)核膜 ①结构：双层膜(外膜和内膜)。 ②功能：把核内物质与细胞质分开。 (2)核孔 ①位置：位于核膜上。 ②功能：实现核质之间频繁的物质交换和信息交流。 (3)核仁 功能：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。 (4)染色质 ①组成：主要由DNA和蛋白质组成。 ②功能：染色质是DNA的载体，DNA是遗传信息的载体。 ③形态：极细的丝状物。 ④特点：易被碱性染料染成深色。 ⑤与染色体关系：a.染色质染色体； b．染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。 2．细胞是一个统一的整体 (1)细胞作为基本的生命系统，其结构复杂而精巧。 (2)各组分之间分工合作成为一个统一的整体，使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。 (3)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。 知识点三 建构模型 1．概念：模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。 2．类型：物理模型、数学模型、概念模型 3．实例：沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模型就是物理模型，它形象而概括地反映了DNA分子结构的共同特征。 4．探究·实践：尝试制作真核细胞的三维结构模型。 (1)目的要求 ①尝试制作真核细胞的三维结构模型。 ②体验建构模型的过程。 (2)材料用具：根据模型种类选取材料用具。 (3)建立模型 a.确定制作模型的种类、规格 b.确定使用的材料用具 c.确定制作模型的实施过程和具体分工 d.完成模型的制作 e.检查、修补存在的缺陷 (4)表达和交流：对各小组模型进行评价。 第四章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 知识点一 渗透作用 1．渗透作用概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。 2．渗透作用的原理 (1)漏斗管内液面上升的原因：单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。 (2)发生渗透作用的液面高度差H不会一直升高的原因：长颈漏斗中的液面升高时，液体产生的静水压也会随之变大，当静水压增大到和渗透压相等时(二者的方向相反，静水压向外、渗透压向内)，通过半透膜进出长颈漏斗的水分子数相等，因此，液面就不再升高了。 (3)纱布代替玻璃纸，液面不会上升的原因：纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通过。 (4)清水换成同样浓度的蔗糖溶液，液面不会上升的原因：半透膜两侧浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数等于渗出的水分子数。 (5)渗透方向：水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。 3．渗透作用发生的条件 (1)具有半透膜。 (2)膜两侧溶液具有浓度差。 知识点二 水进出动物细胞的原理 1．实验材料：哺乳动物的红细胞、不同浓度的氯化钠溶液。 2．现象 (1)当外界溶液的浓度<细胞质的浓度，细胞吸水膨胀。 (2)当外界溶液的浓度>细胞质的浓度，细胞失水皱缩。 (3)当外界溶液的浓度＝细胞质的浓度，细胞形态不变。 3．结论 (1)水进出动物细胞的原理是渗透作用。 (2)动物细胞的细胞膜相当于一层半透膜。 知识点三 水进出植物细胞的原理 1．植物细胞结构与动物细胞的区别 (1)植物细胞具有细胞壁：具有全透性；伸缩性小。 (2)成熟的植物细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。 (3)水进出植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。原生质层指细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。 2．探究植物细胞的吸水和失水 (1)提出问题：水分子进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？ (2)作出假设：原生质层相当于半透膜。 (3)实验设计思路 ①若假设成立，则外界溶液浓度＞细胞液浓度——导致渗透失水；外界溶液浓度<细胞液浓度——导致渗透吸水。 ②观察到细胞失水和吸水的状态需用仪器为显微镜；材料为紫色洋葱鳞片叶的外表皮，原因：具有中央液泡且具有颜色好观察；试剂为质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水。 ③预测结果 细胞失水：中央液泡变小，紫色加深，原生质层与细胞壁逐渐分离； 细胞吸水：中央液泡逐渐变大，紫色变浅，原生质层紧贴细胞壁。 (4)实验过程 (5)实验结果 外界溶液 中央液泡大小 颜色 原生质层位置 细胞大小 蔗糖溶液 逐渐变小 紫色逐渐加深 与细胞壁逐渐分离 基本不变 清水 逐渐变大 紫色逐渐变浅 与细胞壁逐渐紧贴 基本不变 (6)实验结论 ①植物细胞的原生质层相当于半透膜。 ②植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。 ③当细胞液浓度<外界溶液浓度时，细胞失水，由于原生质层伸缩性大于细胞壁，发生质壁分离。 ④发生质壁分离的细胞，当细胞液浓度>外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离的复原。 3．注意事项 (1)实验成功的关键之一是实验材料的选择 ①选择的实验材料必须是新鲜的洋葱，以保证细胞膜具有选择透过性，因为只有活细胞的原生质层才具有选择透过性，否则将不会出现质壁分离及复原现象。 ②要用含有大液泡的植物细胞。 ③细胞液应有颜色，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液为紫色，易于观察。 (2)滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作，通过前后对比观察某个细胞的吸水和失水情况。 (3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜 过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡，不能发生质壁分离复原现象。 知识点四 自由扩散和协助扩散 1．被动运输 (1)概念：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输的方式称为被动运输。 (2)类型：自由扩散和协助扩散。 2．自由扩散和协助扩散 (1)自由扩散 ①定义：指物质通过简单的扩散作用进出细胞的物质扩散方式，用图中A表示。 ②实例：O2、CO2等；脂溶性小分子有机物：如甘油、乙醇、苯等。 ③条件 方向：从高浓度一侧到低浓度一侧 转运蛋白：不需要转运蛋白 能量：不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量 (2)协助扩散 ①定义：指借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，用图中的B表示。 ②实例：离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等。 ③类型（根据转运蛋白分类） a.载体蛋白类：只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，且每次转运时都会发生自身构象的改变 b.通道蛋白类：只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，分子或离子不需要与通道蛋白结合 实例：水分子可以借助水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞；细胞膜上的一些无机盐离子的通道蛋白 ④条件 方向：高浓度一侧到低浓度一侧 转运蛋白：需要转运蛋白 能量：不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量 3．被动运输的影响因素 (1)自由扩散与协助扩散都是顺浓度梯度进行跨膜运输的，因此膜内外物质浓度梯度的大小会直接影响物质运输的速率。 (2)协助扩散需要转运蛋白，因而某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。 第2节 主动运输与胞吞、胞吐 知识点一 主动运输 1．概念：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫作主动运输。 2．过程 (1)K＋、Na＋和Ca2＋等离子和其他物质在逆浓度梯度跨膜运输时，首先与膜上载体蛋白的特定部位结合，一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。 (2)离子或分子与载体蛋白结合后，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来。 (3)载体蛋白随后又恢复原状，又可以去转运同种物质的其他离子或分子。 3．特点 (1)逆浓度梯度运输。 (2)需要能量。 (3)需要载体蛋白的协助。 4．实例：小肠绒毛上皮细胞对Na＋、K＋、葡萄糖、氨基酸等的吸收。 5．生理意义：通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。 6．影响因素 (1)细胞外物质浓度。 (2)载体蛋白。 (3)能量。 知识点二 胞吞与胞吐 1．概念 (1)胞吞：大分子与膜上的蛋白质结合，从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子。然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。 (2)胞吐：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞。 2．实例 (1)胞吞：变形虫摄食、吞噬细胞吞噬细菌等。 (2)胞吐：乳腺细胞合成蛋白质、内分泌腺分泌细胞合成蛋白质类激素、消化腺细胞分泌消化酶的过程。 3．特点 (1)需要消耗细胞呼吸所释放的能量。 (2)需要细胞膜上特定蛋白质的识别。 (3)依靠细胞膜的流动性。 4．总结(课本P72正文最后一段) (1)除一些不带电荷的小分子可以自由扩散的方式进出细胞外，离子和较小的有机分子(如葡萄糖和氨基酸等)的跨膜运输必须借助于转运蛋白，这又一次体现了蛋白质是生命活动的承担者。 (2)一种转运蛋白往往只适合转运特定的物质，因此，细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。 (3)像蛋白质这样的生物大分子，通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。 知识点三 物质进出细胞方式的比较 方式 被动运输 主动运输 胞吞 胞吐 自由扩散 协助扩散 运输 方向 高浓度→低浓度 低浓度 ↓ 高浓度 细胞外 ↓ 细胞内 细胞内 ↓ 细胞外 是否需要 蛋白质 不需要 需要 需要 需要 需要 能量 不消耗 不消耗 消耗 消耗 消耗 模型 举例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯 红细胞吸收葡萄糖、H2O通过通道蛋白的运输 小肠上皮细胞吸收葡萄糖、无机盐、氨基酸等 白细胞吞噬病菌 分泌蛋白的分泌 第五章 细胞的能量供应和利用 第1节 降低化学反应活化能的酶 知识点一 酶在细胞代谢中的作用 1．细胞代谢 (1)场所：细胞内。 (2)实质：各种化学反应的统称。 (3)意义：细胞生命活动的基础。 2．实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解 (1)实验目的 比较过氧化氢在不同条件下的分解快慢，了解过氧化氢酶的作用。 (2)实验原理：新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。经计算，质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3＋数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。 (3)实验材料：质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液，新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液，质量分数为3.5%的FeCl3溶液。量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架，石棉网，温度计。 (4)实验过程及结果 实验过程 试管编号 1 2 3 4 H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 条件 不处理 90 ℃左右水浴加热处理 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴肝脏研磨液 气泡 基本无 少 较多 很多 结果 点燃的卫生香 — — 复燃性较强 复燃性很强 (5)实验结论：1号和2号试管实验结果对比，说明升高温度能加快过氧化氢分解速率；1号和3号试管实验结果对比，说明无机催化剂FeCl3具有催化作用；1号和4号试管实验结果对比，说明酶具有催化作用；4号试管与3号试管的现象不同，说明与无机催化剂Fe3＋相比，过氧化氢酶的催化效率更高。 3．科学方法——控制变量和设计对照实验 (1)实验中的变量 含义 上述实验中实例 自变量 实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素 温度、催化剂 因变量 因自变量的改变而变化的变量 过氧化氢分解速率 无关 变量 除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的可变因素；无关变量应当始终保持相同 反应物浓度、反应时间等 (2)对照实验 ①含义：除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验。 ②分组：对照组(1号试管)和实验组(2号、3号、4号试管)。本实验的对照组未作任何处理，这样的对照组叫作空白对照。 4．酶的作用原理 (1)活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。 (2)原理：酶可以降低化学反应的活化能。同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 (3)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。 知识点二 酶的本质 1．探索过程 (1)1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。 (2)巴斯德之前：认为发酵是纯化学过程，与生命活动无关。 (3)争论 巴斯德法国1857年提出：只有活酵母菌细胞参与才能进行发酵 李比希德国认为：酵母菌细胞死亡裂解后释放出某些物质，引起发酵 (4)毕希纳(德国)：发现酵母菌细胞的提取液也能使糖液变成酒，他将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶。但未能分离鉴定出酶。 (5)萨姆纳(美国)：1926年采用丙酮作溶剂的提取液提取出了刀豆种子中的脲酶，并证明了其化学本质是蛋白质。 (6)切赫和奥尔特曼(美国)：20世纪80年代，发现少数RNA也具有催化功能。 2．酶的概念 (1)合成场所：活细胞内。 (2)化学本质：具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。 知识点三 酶的高效性和专一性 1．酶的高效性 (1)含义：酶的催化效率比无机催化剂高许多，大约是无机催化剂的107～1013倍。 (2)意义：可以使生命活动更加高效地进行。 2．酶的专一性 (1)无机催化剂催化的化学反应范围比较广。例如，酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。 (2)酶专一性含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。例：过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解。脲酶只能催化尿素分解。 (3)酶专一性意义：使细胞代谢有条不紊地进行。 (4)探究酶专一性实验的设计思路 思路 自变量 因变量 思路一：通过改变底物种类，验证酶的专一性 底物种类 底物是否分解 思路二：通过改变酶的种类，验证酶的专一性 酶的种类 底物是否分解 (5)探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 ①实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。还原糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的氧化亚铜沉淀。 ②目的要求：探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 ③实验步骤(思路一)： a．取两支洁净的试管，编上号，然后按照下列要求操作 步骤 试管1 试管2 第一步：注入可溶性淀粉溶液 2 mL － 第二步：注入蔗糖溶液 － 2 mL 第三步：注入新鲜淀粉酶溶液 2 mL 2 mL b．轻轻振荡两支试管，使试管内的液体混合均匀，然后将试管的下半部浸到60 ℃左右的热水中，保温5 min。 c．取出两支试管，各加入2 mL斐林试剂(边加入试剂，边轻轻振荡这两支试管，以便使试管内的物质混合均匀)。 d．将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1 min。 e．观察两支试管内的溶液颜色变化。 ④实验结果：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉有水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有水解。 ⑤实验结论：淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性。 知识点四 影响酶活性的条件 1．酶活性 (1)定义：酶催化特定化学反应的能力。 (2)表示方法：可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 2．探究温度对酶活性的影响 (1)提出问题：温度对酶的活性会产生怎样的影响？ (2)作出假设：最适温度下酶的活性最高。 (3)设计实验 ①材料：宜选用淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响。 ②实验设计思路(包括自变量、如何控制自变量、因变量、如何检测因变量、怎样对无关变量进行控制、对照实验 自变量 温度 控制自变量 将装有等量酶的试管分别放入装有冰块、热水和37 ℃的水的烧杯中，进行对照实验 因变量 淀粉是否水解 检测因变量 碘液检测溶液是否变蓝 对无关变量进行控制 溶液的量以及试管洁净度等保持相同 ③预期结果：热水和冰块里的淀粉酶没有分解淀粉，发生蓝色反应，37 ℃的水里的淀粉酶分解淀粉，无明显颜色反应。 (4)进行实验(以唾液淀粉酶的催化作用为例) 步骤及结果 试管 1 2 3 4 5 6 1 2 mL淀粉溶液 ＋ ＋ ＋ 1 mL淀粉酶溶液 ＋ ＋ ＋ 2 分别保温5 min 冰浴 水浴，60 ℃ 沸水浴 3 将试管2中的溶液倒入试管1中混合 将试管4中的溶液倒入试管3中混合 将试管6中的溶液倒入试管5中混合 4 分别保温2 min 冰浴 水浴，60 ℃ 沸水浴 用自来水冲凉 5 加入2滴碘液，观察颜色变化 实验结果 变蓝 不变色 变蓝 (5)实验结果：热水和冰块的两组实验结果：呈现蓝色，37 ℃的水组实验结果：无明显颜色反应。 (6)实验结论：酶的作用需要适宜的温度，温度偏高或偏低都会影响酶的活性，使酶活性降低。 （7）注意事项 ①酶和淀粉混合前，务必各自在设定的温度保温5 min，不能混合后再保温。因为一旦混合，二者即快速完成反应。 ②不宜选用斐林试剂检测还原糖的生成，因为加热会改变反应体系的温度，从而给实验引入额外的变量。 ③在100 ℃高温下，直链淀粉的螺旋结构被破坏，不能与碘形成蓝色络合物，遇碘不变蓝。因此，100 ℃(沸水浴)反应管在完成反应后，先在自来水下冲凉，然后加入碘液检测淀粉含量。同时也可防止碘液在高温下蒸发而影响实验效果。 3．探究pH对酶活性的影响 (1)提出问题：pH对酶的活性会产生怎样的影响？ (2)作出假设：最适pH下酶的活性最高。 (3)设计实验 ①材料：宜选用过氧化氢和肝脏研磨液探究pH对酶活性的影响。 ②实验设计思路(包括自变量、如何控制自变量、因变量、如何检测因变量、怎样对无关变量进行控制、对照实验) 自变量 pH 控制自变量 将等量的氢氧化钠、盐酸和pH=7的缓冲液分别放入装有等量酶的试管中，进行对照实验 因变量 过氧化氢的分解速率 检测因变量 观察气泡产生的情况(或插入卫生香，观察复燃情况) 对无关变量进行控制 溶液的量以及试管洁净度等保持相同 ③预期结果：氢氧化钠和盐酸两组无明显气泡产生(或卫生香不复燃)，pH=7的缓冲液组有大量气泡产生(或卫生香复燃)。 (4)进行实验 步骤 试管1 试管2 试管3 第一步 加入2滴肝脏研磨液 第二步 1 mL pH=7的缓冲液 1 mL盐酸溶液 1 mL NaOH溶液 第三步 加入2 mL H2O2溶液 第四步 观察气泡生成速率(或插入卫生香，观察复燃情况) (5)实验结果：氢氧化钠和盐酸两组实验结果：无明显气泡产生(或卫生香不复燃)，pH＝7的缓冲液组实验结果：有大量气泡产生(或卫生香复燃)。 (6)实验结论：酶的作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会使酶活性降低。 （7）注意事项 ①本实验不能选择淀粉和淀粉酶进行探究。因为调节pH值所营造的酸性环境会干扰斐林试剂(碱性)对淀粉水解的检测，且酸性环境下，淀粉还会水解，碱性环境会干扰碘液与淀粉的蓝色反应。 ②需要事先在肝脏研磨液中加入调节pH的溶液后，再将酶液和底物混合，否则尚未调节pH，反应即已结束。 4．通过实验可以看出，溶液的温度和pH都对酶活性有影响。与无机催化剂比，酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 知识点五 酶的作用条件较温和 1．温度对酶活性的影响 (1)曲线分析 ①在最适温度条件下，酶的活性最高(如B点)。温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低。 ②低温(如A点)影响酶的活性，但不会使酶的空间结构遭到破坏，温度升高后，酶仍能恢复活性。但高温(如C点)会导致酶的空间结构遭到破坏，使其永久失活。 ③酶制剂适宜在低温下保存。 (2)各类生物的最适温度 动物体内的酶最适温度在35～40 ℃；植物体内的酶最适温度在40～50 ℃；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的酶最适温度可高达70 ℃。 2．pH对酶活性的影响 (1)曲线分析 ①在最适pH条件下，酶活性最高(如E点)。pH偏高和偏低，酶活性都会明显降低。 ②过酸(如D点)、过碱(如F点)都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 (2)各类生物的最适pH 动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，但胃蛋白酶比较特殊(最适pH为1.5)；植物体内的酶最适pH大多在4.5～6.5。 3．细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，除了与酶的特性有关，还与酶在细胞中的分布有关。植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。 第2节 细胞的能量“货币”ATP 知识点一 ATP是一种高能磷酸化合物 1．中文名称：ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。 2．结构简式是A—P～P～P，其中A代表腺苷(由腺嘌呤和核糖组成)，T代表“三”，P代表磷酸基团，“—”代表普通化学键，“～”代表一种特殊的化学键。 3．元素组成：C、H、O、N、P。 4．结构特点 (1)不稳定：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得“～”这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。 (2)高能量：1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。 5．功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 知识点二 ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用 1．转化过程 (1)ATP转化为ADP ①ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物——ADP(腺苷二磷酸)，脱离下来的磷酸基团如果未转移给其他分子，就成为游离的磷酸(以Pi表示)。 ②反应式：ATPADP＋Pi＋能量。 (2)ADP转化为ATP ①在有关酶的作用下，ADP可以接受能量，同时与Pi结合，重新形成ATP。 ②反应式：ADP＋Pi＋能量ATP。 2．转化过程中能量来源和去向 (1)ADP合成ATP的能量来源 ①绿色植物：既可来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量。 ②动物、人、真菌和大多数细菌：均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。 (2)ATP水解成ADP释放的能量去向：各项生命活动。 3.相互转化特点 (1)ATP在细胞内的含量很少。 (2)ATP和ADP相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。 (3)ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性。 4．ATP的利用 细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。 ATP的利用：用于物质的主动运肌肉收缩、生物发电发光、大脑思考、物质合成等 5．ATP供能机制 (1)ATP为主动运输提供能量的过程 ①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。 ②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。 ③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。 (2)ATP供能机制 ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。 6．ATP是细胞内流通的能量“货币” (1)细胞内的化学反应分为吸能反应和放能反应 ①吸能反应是需要吸收能量的，如蛋白质合成等。许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。 ②放能反应是释放能量的，如葡萄糖的氧化分解等。许多放能反应与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，用来为吸能反应直接供能。 (2)ATP是细胞内流通的能量“货币” 能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通，及时而持续地满足细胞各项生命活动对能量的需求。 第3节 细胞呼吸的原理和应用 知识点一 细胞呼吸的方式 1．呼吸作用的实质：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。 2．细胞呼吸类型：有氧呼吸和无氧呼吸。 3．探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 (1)提出问题：酵母菌在有氧和无氧条件下都能产生二氧化碳吗？酒精和二氧化碳是在什么条件下产生的？ (2)作出假设：酵母菌在有氧的条件下产生更多的二氧化碳；酵母菌在无氧条件下产生酒精和少量的二氧化碳。 (3)设计方案 ①材料选择 食用酵母菌、质量分数为5%的葡萄糖溶液、质量分数为10%的NaOH溶液、澄清石灰水、溴麝香草酚蓝溶液、重铬酸钾溶液、质量分数为95%～97%的浓硫酸溶液、锥形瓶等。 ②变量的分析和控制 自变量 氧气的有无 如何控制自变量 通入氧气(橡皮球或气泵用于控制有氧条件)；密闭 因变量 有无CO2产生，CO2产生的多少，有无酒精产生 因变量检测方法 CO2的鉴定：CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据变色的时间长短来比较CO2的多少。 酒精的鉴定：酒精与橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下发生化学反应，变成灰绿色 无关变量 温度、试剂用量等，要遵循等量原则 (4)实施方案 ①酵母菌培养液的配制：取20 g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A(500 mL)和锥形瓶B(500 mL)中。向锥形瓶A、B中分别加入240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。 ②连接装置 ③产物检测 注意：由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 (5)实验结果和结论 观察项目 有氧呼吸装置 无氧呼吸装置 澄清石灰水出现混浊所需时间及混浊程度比较 短且混浊程度较大 长且混浊程度较小 溴麝香草酚蓝溶液变色情况比较 变黄且时间短 变黄且时间长 酸性重铬酸钾检验情况比较 不变色 由橙色变成灰绿色 实验结论 酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，产生大量的CO2 在无氧条件下进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物有酒精，同时也产生少量的CO2 4.科学方法——对比实验 对比实验：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。在探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式活动中，有氧和无氧两种条件都是实验组，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。 知识点二 有氧呼吸 1．对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。 2．有氧呼吸的主要场所——线粒体 外膜：保证线粒体内部相对稳定 内膜：某些部位向线粒体内腔折叠形成-嵴,使内膜的表面积大大增加，膜上含有与有氧呼吸有关的酶 基质：嵴周围充满了液态的基质，基质中也含有与有氧呼吸有关的酶 3．有氧呼吸的总反应式 C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量 4．对有氧呼吸的三个阶段归纳 阶段 场所 物质变化 放能多少 第一阶段 细胞质基质 葡萄糖2丙酮酸＋4[H] 少量 第二阶段 线粒体基质 2丙酮酸＋6H2O6CO2＋20[H] 少量 第三阶段 线粒体内膜 24[H]＋6O212H2O 大量 5．有氧呼吸的概念：有氧呼吸是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CO2和水，释放能量，生成大量ATP的过程。 6．有氧呼吸的能量转化 1 mol的葡萄糖彻底氧化分解释放2870kJ能量，其中977.28kJ储存在ATP中，1892.72kJ以热能形式散失 7．同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸特点： 有氧呼吸过程温和；有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；这些能量有相当一部分储存在ATP中。 知识点三 无氧呼吸 1．无氧呼吸场所：细胞质基质。 2．无氧呼吸的过程 (1)第一阶段(与有氧呼吸的第一阶段完全相同) 葡萄糖2丙酮酸＋4[H]＋少量能量 (2)第二阶段 丙酮酸酒精+CO2 丙酮酸乳酸 注：无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，形成少量ATP。 3.无氧呼吸的总反应式可概括为两种 (1)无氧呼吸的乳酸途径 ①反应式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量。 ②实例：马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、动物和人剧烈运动时骨骼肌的肌细胞、哺乳动物成熟红细胞、乳酸菌等。 (2)无氧呼吸的酒精途径 ①反应式：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。 ②实例：水稻根、苹果果实等植物器官的细胞、酵母菌等。 4．无氧呼吸过程中的能量转化 只在第一阶段释放少量能量，释放的能量只有少部分储存在ATP中，大部分以热能的形式散失；其余大部分能量储存在酒精或者乳酸中 5．无氧呼吸概念：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。 6．细胞呼吸 概念：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。 知识点四 细胞呼吸原理的应用 1．细胞呼吸原理的应用 (1)生活中的应用 ①包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。 ②破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖，需及时到医院治疗。 ③提倡慢跑等有氧运动的原因之一是：有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。 ④生活中，馒头、面包、泡菜等许多传统食品的制作，现代发酵工业生产青霉素、味精等产品，都建立在对微生物细胞呼吸原理利用的基础上。 (2)生产中的应用 ①中耕松土、适时排水，是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，以利于作物的生长。 ②利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒。 ③在储藏果实、蔬菜时往往需要降低温度、降低氧气含量等措施减弱果蔬的呼吸作用，以减少有机物的消耗，延长保质期。 2.细胞呼吸的影响因素 (1)温度 ①曲线分析：温度主要是影响酶的活性，在一定温度范围内，呼吸作用强度随温度升高而增强，但超过一定的温度，酶的活性降低甚至会变性失活，从而使呼吸作用强度减弱直至停止。 ②应用：生产上常利用这一原理在零上低温下储藏蔬菜、水果；在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降低温度，减弱呼吸作用，减少有机物的消耗；温水和面发酵快。 (2)O2浓度 ①O2浓度为0时，只进行无氧呼吸。 ②随O2浓度增大，无氧呼吸强度逐渐被抑制，有氧呼吸强度不断加强，但仍较弱，细胞呼吸强度较弱。 ③当O2浓度达到5%时，释放CO2最少，细胞呼吸强度最弱。 ④当O2浓度达到一定值(10%)后，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸。 ⑤随O2浓度进一步增大，有氧呼吸强度先增强后基本不变(受呼吸酶数量等因素的影响)。 曲线整体分析 a. O₂浓度低时，无氧呼吸占优势。 b.随着O₂浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。 c.当O₂浓度达到一定值后，随O₂浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。 应用：a.中耕松土促进植物根部有氧呼吸。b.无氧发酵过程需要严格控制无氧环境。 c.低氧仓储存粮食、水果和蔬菜 (3)CO2浓度 曲线图 原理和应用 原理：增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用。这可以从化学平衡的角度进行解释 应用：储藏粮食时适当增大CO2浓度，可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗 (4)H2O浓度 曲线图 原理和应用 原理：在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强 应用：植物栽培要合理灌溉；将种子晒干，以减弱呼吸作用，有利于储藏 （5）遗传因素：遗传物质及表达情况不同导致酶的种类数量不同，进而影响呼吸速率 第4节 光合作用与能量转化 知识点一 捕获光能的色素 1．光合作用意义：太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 2．叶片呈现绿色的原因：叶片中有绿色的色素。 3．实验：绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 实验 原理 提取色素 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中；色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素 分离色素 各种色素都能溶解在层析液中，但不同色素的溶解度不同；溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。因而色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开 (2)实验步骤 (3)观察结果 滤纸条上色素带有四条，如下图所示： 结果分析： ①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。 ②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽(色素含量最多)的是叶绿素a，色素带最窄(色素含量最少)的是胡萝卜素，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽(含量稍多)。 ③色素带扩散速度与色素在层析液中的溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。溶解度最高的是胡萝卜素。 ④相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。 4．绿叶中色素的吸收光谱 (1)光谱：阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。 (2)吸收光谱：分别让不同颜色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光谱。 (3)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 知识点二 叶绿体的结构适于进行光合作用 1．叶绿体 (1)叶绿体的结构 ①结构 a外膜和b内膜使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动；由c类囊体堆叠而成的d基粒，增大了膜面积 受光面积；基粒与基粒之间充满了e基质 ②色素及酶的分布 c类囊体膜上分布着能够吸收、传递和转化光能的叶绿体基质中，e叶绿体基质中还含有少量DNA和RNA (2)分布：主要分布在植物的叶肉细胞内。 (3)功能：叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。 2．叶绿体功能的实验验证 (1)实验者：德国科学家恩格尔曼。 (2)实验过程及现象 资料1： ① ②紧接着又做了一个实验：他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 (3)实验结论 ①叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 ②叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。 (4)实验设计的巧妙之处 ①实验材料用水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察，用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。 ②没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。 ③用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对比实验。 ④临时装片完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 资料2： 在叶绿体的类囊体膜上和基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。 该资料说明光合作用的有关生化反应在叶绿体中进行。 3．总结 在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。 知识点三 探索光合作用原理的部分实验 1．光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 2．反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2 3．探索光合作用原理的部分实验 4．总结：通过以上实验得出：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一化学反应，而是分成光反应和暗反应两个阶段。 知识点四 光合作用的原理 1．光反应过程 项目 光反应 需要条件 外界条件：光照；内部条件：色素、酶 反应场所 叶绿体类囊体薄膜上 物质变化 (1)水的光解 H2OO2＋H＋ (2)NADPH的形成 (氧化型辅酶Ⅱ)NADP＋＋H＋―→NADPH(还原型辅酶Ⅱ) (3)ATP的合成 ADP＋Pi＋能量ATP 注意：NADPH作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。 能量变化 光能→ATP和NADPH中的化学能 2．暗反应过程 (1)美国科学家卡尔文等用小球藻做的实验 ①方法：同位素示踪法。 ②过程：用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的。 (2)暗反应过程(卡尔文循环) 项目 暗反应 需要条件 外界条件：不需要光照，需要CO2；内部条件：酶 反应场所 叶绿体基质内 物质变化 ①CO2固定：CO2＋C52C3 ②C3还原：C3C5＋(CH2O) 能量变化 ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能 3.光反应与暗反应的关系 上图说明：光反应为暗反应提供ATP、NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。光合作用产生的有机物，不仅供植物体自身利用，还养活了包括你我在内的所有异养生物。光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。 知识点五 探究环境因素对光合作用强度的影响 1．光合作用强度 (1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 (2)表示方法：用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。 2．探究光照强度对光合作用强度的影响 (1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 (2)提出问题：光照强度对光合作用强度有何影响？ (3)作出假设：在一定范围内，随着光照强度增强，光合作用强度增强，超过一定范围，随着光照强度增强，光合作用强度不再变化。 (4)设计实验 ①实验中变量分析 自变量 不同光照强度 控制自变量 调节光源与烧杯的距离进行控制 因变量 光合作用强度 检测因变量 同一时间段内叶片浮起数量 对无关变量 进行控制 叶片大小、溶液的量等保持一致 ②材料：打孔器、注射器、5 W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶(如菠菜、吊兰等)。 ③预期结果：光源与烧杯的距离越远，相同时间内叶片浮起数量越少。 (5)实验流程 (6)实验结果：在一定范围内，台灯与小烧杯的距离越近，浮起的圆形小叶片也越多。 (7)实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也增强(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。 知识点六 影响光合作用的因素及应用 1．影响光合作用的内部因素：色素的含量、酶的含量和活性、叶龄等。 2．影响光合作用强度的环境因素：光照强度、二氧化碳浓度、温度、水分等。只要影响到原料(CO2、水)、能量的供应(光能)，都可能是影响光合作用强度的因素。 (1)影响CO2供应量的因素：环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况。 (2)影响叶绿体(光合作用场所)的形成和结构的因素，也会影响光合作用强度。例如：无机营养、病虫害。 (3)光合作用需要众多的酶参与，因此影响酶活性的因素也是影响因子。例如：温度、pH。 3．影响光合作用的环境因素分析 （1）内部因素 ①植物自身的遗传特性(如植物品种不同),以阴生植物、阳生植物为例,如图所示。 ②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。 ③叶面积指数。 (2)光照对光合作用的影响 ①光照时间越长，产生的光合产物越多。 ②由于光合色素吸收红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，所以光的波长不同光合作用强度不同。 ③光照强度 原理：光照强度影响光反应阶段,制约ATP和NADPH的产生,进而制约暗反应 a.有关点的解读 O：起点，光照强度为零，不进行光合作用，光合作用强度为零。 C：光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度(光饱和点)。 b．线段分析 OA：随着光照强度增强，光合作用强度增强。 AB：光照强度增加到一定值后，光合作用强度不再增加(光照强度不再是限制因素)。 ④应用：适当提高光照强度；延长光合作用时间；增加光合作用面积——合理密植；温室大棚用无色透明的塑料或玻璃增产。 (2)CO2浓度 原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段,制约C3的生成来影响光合作用强度 ①曲线 a．有关点的解读 A′：进行光合作用所需的最低CO2浓度。 B′：达到最大光合作用强度所需最低CO2浓度(CO2饱和点)。 b．线段分析 A′B：光合作用强度随CO2浓度增大而增大。 B以后：当CO2浓度增加到一定值后，光合作用强度不再增强(CO2浓度不再是限制因素)。 ②应用：温室栽培植物时，适当提高室内CO2的浓度，如放置一定量的干冰或多施有机肥；大田中，要注意通风透气。 (3)温度 原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用强度 ①温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度。 ②应用：适时播种；温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。 (4)水及矿质元素 ①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。 ②水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，也参与光合作用过程中反应物和生成物的运输；水还会影响气孔开闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。 ③应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料；合理灌溉可以提高作物的光合作用效率。 4．真正光合速率、净光合速率和呼吸速率 (1)真正光合速率、净光合速率和呼吸速率关系 ①真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率 ②上图中光照强度大于C时，OA段表示植物呼吸速率，OF段表示植物净光合速率，则真正光合速率＝OA＋OF。 (2)曲线分析 曲线对应点 细胞生理活动 植物组织外观表现 图示 A点 光照强度为零，只进行细胞呼吸 从外界吸收O2，向外界排出CO2 AB段 随光照强度增强，光合作用强度增强，但仍比呼吸作用强度弱 从外界吸收O2，向外界排出CO2 B点 光合作用强度等于呼吸作用强度，而此时的光照强度为光补偿点 与外界不发生气体交换 BD段 光合作用强度随光照强度的增强而增强，而且光合作用强度大于呼吸作用强度 从外界吸收CO2，向外界释放O2——此时植物可更新空气 C点 光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点 DE段 光合作用强度达到饱和，不再随光照强度增大而增强 (3)限制因素 AD段主要限制因素：光照强度。 DE段主要限制因素：CO2浓度等。 第六章 细胞的生命历程 第1节 细胞的增殖 知识点一 细胞增殖及细胞周期 1．细胞增殖 (1)细胞增殖的概念：细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程。 (2)细胞增殖的意义：细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。 (3)细胞增殖的阶段：物质准备和细胞分裂两个相连续的过程。 (4)细胞增殖的表达方式：“物质准备—分裂—物质准备—再分裂……”，可见细胞增殖具有周期性。 2．细胞周期 (1)适用生物：真核生物。 (2)前提条件：连续分裂的细胞。 (3)起止点 起点：一次分裂完成时；止点：下一次分裂完成时。 (4)两个阶段：分裂间期和分裂期。 (5)分裂间期 ①特点：完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长。 ②意义：为分裂期进行活跃的物质准备。 知识点二 高等植物细胞有丝分裂 1．间期复制的DNA通过有丝分裂平均分配到两个子细胞中。 2．人们根据染色体的行为把有丝分裂分为前期、中期、后期、末期。 3．有丝分裂各时期的特点(以高等植物细胞为例) 图示 时期 主要变化 前期 ①染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，成为染色体。每条染色体包括两条并列的姐妹染色单体，这两条染色单体由一个共同的着丝粒连接着 ②核仁逐渐解体，核膜逐渐消失 ③从细胞的两极发出纺锤丝，形成一个梭形的纺锤体 （记忆口诀：膜仁消失现两体） 中期 纺锤丝牵引着染色体运动，使每条染色体的着丝粒排列在赤道板上 （记忆口诀：形数清晰赤道齐） 后期 ①每个着丝粒分裂成两个，姐妹染色单体分开，形成两条染色体，染色体数目加倍 ②染色体由纺锤丝牵引着分别向细胞的两极移动 （记忆口诀：粒列数增均两极） 末期 ①每条染色体逐渐变成染色质丝，纺锤丝逐渐消失 ②核膜、核仁出现，形成两个新的细胞核 ③赤道板位置出现细胞板，细胞板逐渐扩展为新的细胞壁 （记忆口诀：两消两现重建壁） 4．结果 一个细胞分裂成为两个子细胞，每个子细胞中含有的染色体数目与亲代细胞的相等。分裂后形成的子细胞若继续分裂，就进入下一个细胞周期的分裂间期状态。 知识点三 动物细胞有丝分裂 1．动物细胞有丝分裂的过程，与植物细胞的基本相同 动物细胞有丝分裂模式图 2．比较动、植物细胞的细胞分裂的异同 发生时期和内容 高等植物细胞 动物细胞 不 同 点 前 期 形成纺锤体的方式不同 细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体 动物细胞中心粒在间期倍增，成为两组。进入分裂期后，两组中心粒分别移向细胞两极，其周围发出大量放射状的星射线形成纺锤体 末 期 形成子细胞的方式不同 细胞中央出现细胞板向四周扩展形成细胞壁，一个细胞形成两个子细胞 细胞膜从细胞的中部向内凹陷，一个细胞分裂成两个子细胞 相同点 分裂间期都进行染色体复制；分裂期都进行染色体平均分配 3．细胞有丝分裂的意义 (1)将亲代细胞的染色体经过复制(关键是DNA的复制)之后，精确地平均分配到两个子细胞中。 (2)由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代间保持了遗传的稳定性。 4．一个细胞周期过程中DNA、染色体数量变化 (1)染色体、染色单体、DNA的数量关系 ①图示 ②分析 染色体数=着丝粒数，即根据着丝粒数计算染色体数。 当染色单体存在时，染色体数∶染色单体数∶DNA数=1∶2∶2。 当无染色单体存在时，染色体数∶DNA数=1∶1。 (2)一个细胞周期过程中细胞内染色体、DNA分子等的规律性变化 时期 项目 间期 前期 中期 后期 末期 染色体形 态变化 染色体(2N) 数目变化 2N 2N 2N 2N→4N 4N 染色单体 数目变化 0→4N 4N 4N 4N→0 0 DNA(2C) 数目变化 2C→4C 4C 4C 4C 4C ①DNA数量加倍的时期是分裂间期，其原因是DNA复制。 ②染色体数量加倍的时期是后期，其原因是着丝粒分裂，染色单体分离。 (3)根据上表画出一个细胞周期细胞内DNA、染色体数目变化规律曲线图 知识点四 运用模型解释细胞不能无限长大 1．原理 (1)不同大小模型模拟细胞大小。 (2)葡萄糖在不同大小模型中扩散速率相同。 2．变量分析 (1)自变量：“细胞”体积的大小。 (2)因变量：含葡萄糖的体积与“细胞”体积的比值(细胞物质交换效率)。 3．数据分析 模型边长 (mm) 表面积 (mm2) 体积 (mm3) 葡萄糖 扩散深度(mm) 表面积/体积 (相对表面积) 含葡萄糖的体积 /“细胞”体积 2 24 8 0.5 3 7/8 4 96 64 0.5 3/2 37/64 8 384 512 0.5 3/4 169/512 4．实验结论 (1)模型的表面积与体积之比(相对表面积)随体积的增大而减小。 (2)葡萄糖扩散的体积与整个“细胞”体积之比随体积的增大而减小。 归纳总结： 表面积与体积的关系限制了细胞的长大：细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输效率就越低。 知识点五 观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂 1．实验原理 (1)在高等植物体内，根尖、芽尖等分生区细胞能进行有丝分裂。 (2)在高倍显微镜下，可根据细胞内染色体的存在状态判断这些细胞处于有丝分裂的哪个时期。 (3)染色体容易被碱性染料(如甲紫溶液)着色。 (4)盐酸和酒精混合液能使组织中的细胞分离开。 2．实验试剂 质量浓度为0.01 g/mL或0.02 g/mL的甲紫溶液或醋酸洋红液，质量分数为15%的盐酸，体积分数为95%的酒精。 3.实验步骤 (1)洋葱根尖的培养 (2)装片的制作 ①解离 取材：剪取洋葱根尖2~3mm 解离液：质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精按1:1配制而成 解离时间：3~5min 解离程度：根尖软化 解离目的：使组织中的细胞相互分离开来 ②漂洗 漂洗液：清水 漂洗时间：约10min 漂洗目的：洗去组织中的解离液，防止解离过度，影响染色 ③染色 染色液：质量浓度为0.01g/mL或0.02g/mL的甲紫溶液或醋酸洋红液 染色时间：3~5min 染色目的：使染色体着色 ④制片 用镊子取出根尖放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子尖把根尖弄碎，盖上盖玻片，然后用拇指轻轻地按压盖玻 片。这样可以使细胞分散开来，有利于观察 (3)观察：把制成的装片先放在低倍镜下观察，找到分生区细胞（细胞呈正方形，排列紧密）。再换成高倍镜仔细观察，首先找出分裂中期的细胞，然后再找其他时期的细胞，注意观察各时期细胞内染色体形态和分布的特点。最后观察分裂间期的细胞。 注：每一时期的时间＝细胞周期×此时期的细胞数占计数细胞总数的比例。 第2节 细胞的分化 知识点一 细胞分化及其意义 1．概念：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。 2．特点 特点 解释 持久性(不可逆性) 一般情况下，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直至死亡 普遍性 是生物界普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础 遗传物质不变性 细胞分化过程中遗传物质不发生改变 3．实质：在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同(即基因的选择性表达)。 4．表现 细胞水平：产生特定的细胞。 分子水平：合成特定的蛋白质。 5．实例：构成人体四种组织的细胞，如上皮细胞、骨骼肌细胞、软骨细胞、神经细胞等；植物的叶肉细胞、表皮细胞、储藏细胞等。 6．意义 (1)是生物个体发育的基础。 (2)使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生物体各种生理功能的效率。 知识点二 细胞的全能性 1．概念：指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。 2.实例 (1)植物细胞的全能性 ①实验过程 ②结论：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。 ③应用：人们可以利用植物细胞的全能性，通过植物组织培养的方法，快速繁殖花卉和蔬菜等作物，培养微型观赏植株，拯救濒危物种。 (2)动物细胞核的全能性 ①实例 a．将非洲爪蟾的蝌蚪的肠上皮细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中，结果获得了新的个体。 b．1996年诞生的克隆羊“多莉”。 c．我国科学家于2017年获得了世界上首批体细胞克隆猴“中中”和“华华”。 ②结论：已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。 3．细胞全能性的原因 (1)原因：已分化的体细胞(或体细胞的细胞核)具有本物种个体发育所需要的全部基因。 (2)理解：体细胞一般都是由受精卵通过细胞分裂增殖而来的，一般已分化的细胞都有一套和受精卵相同的染色体，携带有相同的DNA分子。 4．干细胞 (1)特点 ①具有分裂和分化能力。 ②在动物和人体内，数量很少。 (2)举例：人骨髓中有许多造血干细胞，它们能通过增殖和分化，不断产生红细胞、白细胞和血小板。 第3节 细胞的衰老和死亡 知识点一 细胞的衰老 1．细胞衰老的过程：细胞衰老的过程是细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。 2．细胞衰老的特征 (1)形态结构方面 ①细胞：萎缩，体积变小。 ②细胞膜：通透性改变，使物质运输功能降低。 ③细胞核：细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深。 (2)细胞内的物质方面 ①水：水分减少，细胞萎缩，体积变小，细胞新陈代谢的速率减慢。 ②酶：多种酶的活性降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢。 ③色素：细胞内的色素逐渐积累，妨碍细胞内的物质的交流和传递。 3．衰老细胞会影响个体的表现，个体的衰老则明显地体现在外貌上。例如，由于毛囊中的黑色素细胞衰老，细胞中的酪氨酸酶活性降低，黑色素合成减少，所以老年人的头发会变白。老年人的皮肤上会长出“老年斑”，这也是细胞内色素积累的结果。 4．细胞衰老的原因：对于细胞衰老的原因提出了很多假说，目前为大家普遍接受的是自由基学说和端粒学说。 （1）自由基学说 ①自由基:异常活泼的带电分子或基团 ②产生原因 内因：细胞进行氧化反应产生 外因：辐射以及有害物质入侵刺激细胞产生 ③作用：攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子：攻击磷脂分子,损伤生物膜；攻击DNA，可能引起基因突变；攻击蛋白质,使蛋白质活性下降,导致细胞衰老。 （2）端粒学说 端粒：每条染色体两端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体 特点：端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截，端粒内侧正常基因的DNA序列就会受到损伤，结果使细胞活动渐趋异常。 5．细胞衰老与个体衰老的关系 (1)单细胞生物：细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。 (2)多细胞生物：细胞的衰老和死亡与个体的衰老和死亡不是一回事；从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。 6．细胞衰老的结果 (1)细胞衰老是个体体内发生的正常生命现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。 (2)众多细胞及组织的衰老会引起个体衰老，导致个体出现免疫力下降、适应环境能力减弱等现象。 知识点二 细胞的死亡 1．细胞死亡方式：细胞凋亡；细胞坏死；细胞自噬。 2．细胞凋亡 (1)概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以它是一种程序性死亡。 (2)类型 ①细胞的自然更新，如红细胞的更新。 ②某些被病原体感染的细胞的清除，如白细胞因吞噬过多的细菌而死亡。 ③正常发育过程中器官的退化，如蝌蚪尾的消失。 (3)意义 ①完成正常的发育，如胎儿手的发育。 ②维持内部环境的稳定，如红细胞的更新。 ③抵御外界各种因素的干扰，如吞噬细胞清除病原体。 3．细胞坏死：在种种不利因素影响下，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激的情况下，由细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。 4．细胞自噬 (1)概念：在一定条件下，细胞会将受损或功能退化的细胞结构等，通过溶酶体降解后再利用，这就是细胞自噬。 (2)意义 ①处于营养缺乏条件下的细胞，通过细胞自噬可以获得维持生存所需的物质和能量。 ②在细胞受到损伤、微生物入侵或细胞衰老时，通过细胞自噬，可以清除受损或衰老的细胞器，以及感染的微生物和毒素，从而维持细胞内部环境的稳定。 ③有些激烈的细胞自噬，可能诱导细胞凋亡。 ④细胞自噬机制的研究对许多疾病的防治有重要意义。 生物必修1基础知识清单（人教版） 第 1 页 共 50 页 学科网（北京）股份有限公司 $