分子与细胞 整册知识清单2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

高中生物学 必修1 分子与细胞 · 整册知识清单 知识清单 第 1 章 走近细胞 “每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中寻找” —— 威尔逊（E. B. Wilson） 第 1 节　细胞是生命活动的基本单位 　　教材 P1—8 ▍ 一、细胞学说及其建立过程 ▪ 1．细胞学说的内容 细胞学说的建立者主要是两位德国科学家施莱登（M. J. Schleiden）和施旺（T. Schwann）。后人根据他们分别于1838年和1839年发表的研究结果进行整理并加以修正，归纳为以下三个要点： 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。 ★ 重点掌握　细胞学说的三个要点可从三个角度把握：从结构看，细胞是一切动植物结构和功能的基本单位；从功能看，细胞既是相对独立的生命单位，又参与构成整体生命；从来源看，新细胞由老细胞分裂产生。 ▪ 2．细胞学说的建立过程 细胞学说的建立经历了漫长而曲折的过程，大致可分为四个阶段：从人体的解剖观察入手（器官→组织）；显微观察资料的积累（认识细胞）；科学观察和归纳概括的结合（形成理论）；细胞学说在修正中前进。 科学家 时间 主要贡献 维萨里 1543年 通过大量尸体解剖研究，发表《人体构造》，揭示人体在器官水平的结构 比夏 —— 通过对器官的解剖观察，指出器官由低一层次的结构——组织构成 罗伯特·胡克 1665年 用显微镜观察木栓组织，发现许多规则的小室，命名为“细胞”（cell） 列文虎克 —— 用自制显微镜观察到细菌、红细胞、精子等 马尔比基 —— 用显微镜广泛观察动植物的微细结构，如细胞壁和细胞质 施莱登 1838年 通过归纳概括提出植物细胞学说：植物体由细胞构成，细胞是植物体的基本单位 施旺 1839年 提出动物体也是由细胞构成的，一切动物个体发育都从受精卵这个单细胞开始 耐格里 —— 观察多种植物分生区新细胞的形成，发现新细胞是细胞分裂的结果 魏尔肖 1858年 总结出“细胞通过分裂产生新细胞”，名言“所有的细胞都来源于先前存在的细胞” ★ 难点突破　细胞学说建立过程的四个阶段环环相扣：解剖观察奠定了器官与组织的认识基础，显微观察提供了细胞存在的证据，归纳概括才上升为理论，而不断修正使学说趋于完善。这启示我们，科学发现依赖技术手段的进步，也需要观察与实证、归纳与概括，并要经历不断修正完善的过程。 ⚠ 易错警示　①第一个命名“细胞”的是胡克，但他观察的是木栓组织的死细胞；细胞学说的主要建立者是施莱登和施旺。②“新细胞由老细胞分裂产生”是由魏尔肖总结补充的，施莱登曾错误地认为新细胞从老细胞的细胞核中长出或在细胞质中像结晶那样产生。 ▪ 3．细胞学说的意义 细胞学说揭示了动物和植物的统一性，从而阐明了生物界的统一性。就像原子论之于化学一样，细胞学说对于生物学的发展具有重大的意义。 • 打破了在植物学和动物学之间横亘已久的壁垒，促使解剖学、生理学、胚胎学等学科获得共同基础，它们的融通和统一催生了生物学的问世； • 使人们认识到生物的生长、生殖、发育及各种生理现象的奥秘都需要到细胞中去寻找，生物学研究由器官、组织水平进入细胞水平，并为后来进入分子水平打下基础； • 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。 ★ 重点掌握　细胞学说和进化论一起被恩格斯列入19世纪自然科学三大发现，是生物学大厦的基石；细胞学说的核心价值在于它阐明了生物界的统一性。 ▍ 二、细胞是基本的生命系统 ▪ 1．生命活动离不开细胞 单细胞生物能够独立完成生命活动；多细胞生物则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。例如，缩手反射就是由一系列不同的细胞共同参与完成的比较复杂生命活动。 动植物以细胞代谢为基础的各种生理活动，以细胞增殖、分化为基础的生长发育，以细胞内基因的传递和变化为基础的遗传与变异，等等，都说明细胞是生命活动的基本单位，生命活动离不开细胞。 ▪ 2．生命系统的结构层次 在多细胞生物体内，细胞是构成组织的组分，组织是构成器官的组分，器官是构成个体的组分；在自然界，生物个体又与其他个体以及无机环境相互作用，形成更高层次的生命系统。生命系统的结构层次（由小到大）依次为： 细胞 → 组织 → 器官 → 系统 → 个体 → 种群 → 群落 → 生态系统 → 生物圈 层次 概念（含义） 细胞 生命活动的基本单位，最基本的生命系统 组织 由形态相似、结构和功能相同的细胞联合在一起形成的细胞群 器官 由不同的组织按照一定的次序结合在一起，能行使一定功能的结构 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 个体 由各种器官或系统协调配合，共同完成复杂生命活动的生物体 种群 在一定的空间范围内，同种生物的所有个体形成的整体 群落 同一区域内，不同种群相互作用形成的整体 生态系统 群落与它所生活的无机环境相互关联形成的统一整体 生物圈 地球上所有的生态系统相互关联构成的整体 ★ 难点突破　区分种群、群落和生态系统，关键是把握“范围”：种群强调“同种生物的所有个体”，如一定区域内所有的大熊猫；群落强调“所有生物”，如大熊猫、冷箭竹和其他生物一起构成的集合；生态系统强调“生物群落＋无机环境”。三者范围依次扩大，呈包含关系。 ⚠ 易错警示　①植物没有“系统”这一层次，器官直接构成个体；②单细胞生物（如草履虫、衣藻、细菌）一个细胞就是一个个体，没有组织、器官、系统层次；③病毒没有细胞结构，不属于生命系统的任何结构层次；④细胞是最基本的生命系统，分子、原子不是生命系统。 ▪ 3．细胞是最基本的生命系统 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。 ★ 重点掌握　细胞是最基本的生命系统。生物科学要研究各个层次的生命系统及其相互关系，首先要研究细胞。 ▍ 三、科学方法：归纳法 归纳法是指由一系列具体事实推出一般结论的思维方法。归纳法分为完全归纳法和不完全归纳法。 • 完全归纳法：观察了所有类型的对象后，才得出的一般结论； • 不完全归纳法：根据部分对象的观察就得出一般结论。 例如，从观察到植物的花粉、胚珠、柱头等的细胞都有细胞核，得出植物细胞都有细胞核这一结论，运用的就是归纳法。科学研究中经常运用不完全归纳法。 ◆ 方法与规律　由不完全归纳法得出的结论很可能是可信的，可以用来预测和判断，但需要注意存在例外的可能。 第 2 节　细胞的多样性和统一性 　　教材 P9—14 ▍ 一、观察细胞——使用高倍显微镜观察几种细胞 观察细胞时，通常在低倍镜下找到目标后，再换用高倍镜观察。高倍显微镜的使用步骤（要点）如下： 1. 转动反光镜（调节光圈）使视野明亮； 2. 在低倍镜下观察清楚后，把要放大观察的目标移至视野中央； 3. 转动转换器，换成高倍物镜； 4. 用细准焦螺旋调焦并观察。 ⚠ 易错警示　换用高倍镜后，视野会变暗、观察范围变小；此时只能调节细准焦螺旋，不能转动粗准焦螺旋。 ▍ 二、原核细胞和真核细胞 ▪ 1．分类依据 科学家根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核，把细胞分为真核细胞（eukaryotic cell）和原核细胞（prokaryotic cell）两大类。 • 由真核细胞构成的生物叫作真核生物，如植物、动物、真菌等； • 由原核细胞构成的生物叫作原核生物，原核生物主要是分布广泛的各种细菌。 ▪ 2．细菌的细胞结构 细菌的细胞有细胞壁、细胞膜和细胞质，没有由核膜包被的细胞核，也没有染色体，但有环状的DNA分子，位于细胞内特定的区域，这个区域叫作拟核。多数细菌营腐生或寄生生活，是异养生物。 ▪ 3．蓝细菌（旧称蓝藻） 蓝细菌（旧称蓝藻）是一类细菌，常见的有色球蓝细菌、颤蓝细菌、念珠蓝细菌等。蓝细菌细胞内含有藻蓝素和叶绿素，是能进行光合作用的自养生物。 淡水水域污染后富营养化，会导致蓝细菌和绿藻等大量繁殖，形成让人讨厌的“水华”，影响水质和水生动物的生活。发菜也属于蓝细菌，是我国列为国家一级重点保护的生物。 ▪ 4．原核细胞与真核细胞的比较 比较项目 原核细胞 真核细胞 细胞核 没有以核膜为界限的细胞核（无成形细胞核，有拟核） 有以核膜为界限的细胞核（成形细胞核） 染色体 没有染色体 有染色体 遗传物质 环状的DNA分子（位于拟核） DNA 代表生物 细菌（如大肠杆菌、根瘤菌）、蓝细菌、支原体、衣原体等 植物、动物、真菌（如酵母菌）等 ⚠ 易错警示　①蓝细菌（蓝藻）虽能进行光合作用，但属于原核生物，不是真核生物；原核生物中既有自养生物（如蓝细菌），也有异养生物（如多数细菌）。②判断原核生物与真核生物，依据是有无以核膜为界限的细胞核，而不是有无细胞壁、细胞膜。③常见原核生物：细菌、蓝细菌、支原体、衣原体等；常见真核生物：动物、植物、真菌（酵母菌、霉菌、蘑菇等）以及草履虫、变形虫、衣藻、眼虫等单细胞生物。 ▪ 5．原核细胞和真核细胞的统一性 原核细胞和真核细胞具有相似的细胞膜和细胞质，它们都以DNA作为遗传物质，这再一次体现了原核细胞和真核细胞的统一性。 ▍ 三、细胞的多样性和统一性 多样性：真核细胞多种多样，原核细胞多种多样，而真核细胞和原核细胞又不一样；在同一个多细胞生物体内，由于细胞结构和功能的分化，细胞也呈现多样性。 统一性：多种多样的细胞都有共同的结构模式——都有细胞膜、细胞质，以及遗传物质集中存在的区域（细胞核或拟核）。 ★ 重点掌握　细胞的统一性可以用细胞学说中“新细胞由老细胞分裂产生”的观点来解释，这也是生物界的统一性的基础。 ▍ 四、拓展了解——支原体与人工合成生命的探索 ▲ 拓展了解（不作考查要求）　支原体可能是最小、最简单的单细胞生物，属于原核生物；据其结构模式图，支原体具有细胞膜、细胞质、DNA、核糖体等，没有细胞壁。人工合成生命的探索方面，美国文特尔小组人工合成某种支原体生命活动必需的300多个基因；我国科学家对酿酒酵母染色体进行重新设计和人工合成，实现了国际上首次人工创建单条染色体的真核细胞，是合成生物学领域的里程碑式突破。 ▍ 本章知识脉络 ■ 本章核心概念 ① 除病毒以外，生物体都是以细胞作为结构和功能的基本单位，生命活动离不开细胞； ② 细胞有着相似的基本结构，如细胞膜、细胞质等，但不同生物的细胞结构又有差别，这体现了细胞的统一性和多样性； ③ 细胞总体上分为真核细胞和原核细胞两大类，它们的主要区别是有无以核膜包被的细胞核； ④ 细胞学说阐明了动植物都是由细胞构成的，都以细胞为生命活动的基本单位，据此认识到生物界具有统一性； ⑤ 从系统的视角看，细胞是最基本的生命系统，各层次生命系统的形成、维持和运转都以细胞为基础。 第 2 章 组成细胞的分子 “阐明生命现象的规律，必须建立在阐明生物大分子结构的基础上” —— 中国科学院院士邹承鲁 第 1 节　细胞中的元素和化合物 　　教材 P16—19 ▍ 一、组成细胞的元素 ▪ 1．组成细胞的化学元素 生物体总是和外界环境进行着物质交换，细胞生命活动所需要的物质，归根结底是从无机自然界中获取的。因此，组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能够找到，没有一种化学元素为细胞所特有；但是细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同。这既体现了生物界与非生物界的统一性，又体现了二者的差异性。 组成细胞的化学元素，常见的有20多种。细胞中含量较多的元素有 C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg 等，称为大量元素；含量很少的元素如 Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo 等，称为微量元素。其中 C、H、O、N 这四种元素的含量很高，其原因与组成细胞的化合物有关。 ⚠ 易错警示　①区分大量元素与微量元素的依据是含量的多少，而不是作用的大小——微量元素含量虽少，作用却不可或缺。②“生物界与非生物界的统一性”体现在元素种类上（细胞没有无机自然界不存在的元素），“差异性”体现在元素含量上。③C、H、O、N 是细胞中含量最多的四种元素，其中干重下 C 含量最多，鲜重下 O 含量最多。 ▪ 2．组成细胞的化合物 组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在，如水、蛋白质、核酸、糖类、脂质等。组成细胞的主要化合物及其相对含量如下表。 化合物 分类 相对含量 说明 水 无机物 70%～90% 活细胞中含量最多的化合物 无机盐 无机物 1%～1.5% 大多以离子形式存在 蛋白质 有机物 7%～10% 含量最多的有机化合物 糖类和核酸 有机物 1%～1.5% 重要能源 / 遗传信息携带者 脂质 有机物 1%～2% 包括脂肪、磷脂、固醇 ★ 重点掌握　细胞内含量最多的化合物是水，含量最多的有机化合物是蛋白质。 ▍ 二、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 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，据此可以检测生物组织中糖类、脂肪或蛋白质的存在。 检测对象 检测试剂 颜色反应 操作要点 还原糖 斐林试剂 砖红色沉淀 甲、乙液等量混合均匀后加入，50～65℃水浴加热约2 min 脂肪 苏丹Ⅲ染液 橘黄色 切片染色后，用体积分数50%的酒精洗去浮色，显微镜观察 蛋白质 双缩脲试剂 紫色 先加A液1 mL摇匀，再加B液4滴摇匀（不需加热） ⚠ 易错警示　①斐林试剂与双缩脲试剂都含 NaOH 和 CuSO₄，但二者的使用方法与条件不同：斐林试剂需现配现用（等量混合）并水浴加热；双缩脲试剂先加A液再加B液、不需加热。②斐林试剂检验的是还原糖（如葡萄糖、果糖、麦芽糖），蔗糖、淀粉不是还原糖，不能用斐林试剂检验。③脂肪鉴定用苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，用酒精洗去的是浮色。 第 2 节　细胞中的无机物 　　教材 P20—22 ▍ 一、细胞中的水 ▪ 1．水的含量与存在形式 水是构成细胞的重要成分，也是活细胞中含量最多的化合物。生物体的含水量随生物种类的不同有所差别，一般为60%～95%。水在细胞中以两种形式存在：绝大部分的水呈游离状态、可以自由流动，叫作自由水；一部分水与细胞内的其他物质相结合，叫作结合水。 ▪ 2．水是极性分子，是良好的溶剂 水分子由2个氢原子和1个氧原子构成。由于氧具有比氢更强的吸引共用电子对的能力，使氧的一端稍带负电荷、氢的一端稍带正电荷，水分子因此成为一个极性分子。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。 由于水分子的极性，一个水分子的氧端（负电性区）靠近另一个水分子的氢端（正电性区）时，它们之间形成一种弱的引力，称为氢键。氢键较弱、易被破坏，只能维持极短时间，因此氢键不断地断裂、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；同时氢键使水具有较高的比热容，水的温度相对不容易改变，这对维持生命系统的稳定性十分重要。 ▪ 3．自由水与结合水的作用及相互转化 比较 自由水 结合水 存在形式 游离状态，可自由流动 与蛋白质、多糖等物质结合 主要作用 细胞内良好的溶剂；参与化学反应；运输营养物质和代谢废物 细胞结构的重要组成部分（约占全部水分的4.5%） 与代谢关系 自由水比例越大，细胞代谢越旺盛 结合水越多，细胞抵抗干旱、寒冷的能力越强 ⚠ 易错警示　①自由水和结合水可以相互转化：自由水减少→结合水，结合水增多→抗逆性增强。②将种子晒干是减少了自由水，使其代谢水平降低，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，以避免结冰损害自身。③自由水与结合水的比值上升，代谢增强；反之抗逆性增强。 ▍ 二、细胞中的无机盐 ▪ 1．无机盐的存在形式 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%。细胞中大多数无机盐以离子的形式存在，含量较多的阳离子有 Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺ 等，阴离子有 Cl⁻、SO₄²⁻、PO₄³⁻、HCO₃⁻ 等。 ▪ 2．无机盐的作用 • 组成细胞内某些复杂化合物的重要成分：Mg 是构成叶绿素的元素，Fe 是构成血红素的元素，P 是组成细胞膜、细胞核的重要成分，也是细胞必不可少的许多化合物的成分； • 维持细胞和生物体的生命活动：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；哺乳动物血液中 Ca²⁺ 含量太低会出现抽搐等症状； • 维持细胞的酸碱平衡、渗透压：生物体内的某些无机盐离子必须保持一定的量，这对维持细胞的酸碱平衡非常重要。 ⚠ 易错警示　①缺 Mg 影响光合作用，是因为 Mg 是叶绿素的组成元素；缺 Fe 导致缺铁性贫血，是因为 Fe 是血红素的组成元素。②大量出汗后应喝淡盐水，以补充随汗液排出的无机盐。③生理盐水是质量分数为0.9%的氯化钠溶液，其渗透压与人体细胞外液基本一致，可维持细胞的正常形态。 第 3 节　细胞中的糖类和脂质 　　教材 P23—27 ▍ 一、细胞中的糖类 ▪ 1．糖类的元素组成与分类 糖类（carbohydrate）分子一般是由 C、H、O 三种元素组成的。多数糖类分子中氢原子和氧原子之比是2∶1，类似水分子，因而糖类又被称为“碳水化合物”，简写为（CH₂O）。糖类大致可以分为单糖、二糖和多糖等几类。 ▪ 2．单糖、二糖和多糖 类别 常见种类 分布或特点 功能 单糖 葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖 不能水解，可直接被细胞吸收 葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质 二糖 蔗糖、麦芽糖、乳糖 由两分子单糖脱水缩合而成，一般要水解成单糖才能被吸收 蔗糖在甘蔗、甜菜中含量丰富；麦芽糖在发芽谷粒中丰富；乳糖在乳汁中丰富 多糖 淀粉、糖原、纤维素、几丁质 生物体内的糖类绝大多数以多糖形式存在 淀粉是植物储能物质；糖原是动物储能物质；纤维素是植物细胞壁成分 葡萄糖的分子式是 C₆H₁₂O₆，是细胞生命活动所需要的主要能源物质，常被形容为“生命的燃料”。淀粉、糖原、纤维素都是由许多葡萄糖连接而成的多糖，构成它们的基本单位都是葡萄糖分子。人体摄入的淀粉必须经过消化分解成葡萄糖，才能被细胞吸收利用；糖原主要分布在人和动物的肝脏和肌肉中，是人和动物细胞的储能物质。几丁质又称壳多糖，广泛存在于甲壳类动物和昆虫的外骨骼中。 ⚠ 易错警示　①单糖、二糖、多糖的区分：能否水解（单糖不能水解，二糖水解成2分子单糖，多糖水解成多个单糖）。②植物细胞储能物质是淀粉，动物细胞储能物质是糖原；纤维素是植物细胞壁的成分，人和动物体内没有纤维素。③常见还原糖有葡萄糖、果糖、麦芽糖等；蔗糖、淀粉、纤维素不是还原糖。 ▍ 二、细胞中的脂质 ▪ 1．脂质的元素组成与特性 组成脂质的化学元素主要是 C、H、O，有些脂质还含有 P 和 N。与糖类不同的是，脂质分子中氧的含量远远低于糖类，而氢的含量更高。常见的脂质有脂肪、磷脂和固醇等，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。 ▪ 2．脂肪 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）。脂肪酸可以是饱和的，也可以是不饱和的：植物脂肪大多含有不饱和脂肪酸，在室温时呈液态；大多数动物脂肪含有饱和脂肪酸，室温时呈固态。 1 g糖原氧化分解释放出约17 kJ的能量，而1 g脂肪可以放出约39 kJ的能量，因此脂肪是细胞内良好的储能物质。此外，脂肪还是一种很好的绝热体（保温作用），分布在内脏器官周围的脂肪还具有缓冲和减压的作用，可以保护内脏器官。 ▪ 3．磷脂和固醇 • 磷脂：除了含有 C、H、O，还含有 P 甚至 N，是构成细胞膜的重要成分，也是构成多种细胞器膜的重要成分； • 固醇：包括胆固醇、性激素和维生素D。胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分，还参与血液中脂质的运输；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；维生素D能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收。 ▪ 4．糖类和脂质的相互转化 细胞中的糖类和脂质是可以相互转化的。血液中的葡萄糖除供细胞利用外，多余的部分可以合成糖原储存起来；如果葡萄糖还有富余，就可以转变成脂肪和某些氨基酸。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供能不足时，才会分解供能，而且不能大量转化为糖类。 ⚠ 易错警示　①脂肪、磷脂、固醇的区分：脂肪是储能物质，磷脂构成膜结构，固醇（胆固醇、性激素、维生素D）参与代谢调节。②糖类和脂肪的转化是单向为主的：糖类可大量转化为脂肪，脂肪却不能大量转化为糖类。③等质量的脂肪比糖类含能量多，原因是脂肪中C、H比例高，O比例低，氧化分解时释放能量多。 第 4 节　蛋白质是生命活动的主要承担者 　　教材 P28—33 ▍ 一、蛋白质的功能 组成细胞的有机物中含量最多的就是蛋白质。细胞中的遗传信息，往往要表达成蛋白质才能起作用，蛋白质是生命活动的主要承担者。 • 结构蛋白：许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，如肌肉、头发、羽毛、蛛丝等的主要成分都是蛋白质； • 催化功能：细胞中的化学反应离不开酶的催化，绝大多数酶都是蛋白质； • 运输功能：如血红蛋白能运输氧； • 免疫功能：人体内的抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害； • 信息传递（调节）功能：如胰岛素等蛋白质类激素能够调节机体的生命活动。 ★ 重点掌握　蛋白质是细胞的基本组成成分，具有参与组成细胞结构、催化、运输、信息传递、免疫等重要功能，可以说，细胞的各项生命活动都离不开蛋白质。 ▍ 二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸 在人体中，组成蛋白质的氨基酸有21种。氨基酸是组成蛋白质的基本单位。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；这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团（用 R 表示）。各种氨基酸之间的区别在于 R 基的不同。 ⚠ 易错警示　①判断某物质是不是氨基酸，关键是看它是否同时含有一个氨基和一个羧基，且二者连接在同一个碳原子上。②各种氨基酸的区别在于R基不同。③组成人体蛋白质的21种氨基酸中有8种是人体细胞不能合成的必需氨基酸（赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋〔甲硫〕氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸），必须从外界获取；另外13种是人体细胞能合成的非必需氨基酸。 ▍ 三、蛋白质的结构及其多样性 ▪ 1．氨基酸形成蛋白质的过程 一个氨基酸分子的羧基（—COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（—NH₂）相连接，同时脱去一分子的水，这种结合方式叫作脱水缩合。连接两个氨基酸分子的化学键叫作肽键。由两个氨基酸缩合而成的化合物叫二肽，由多个氨基酸缩合而成的、含有多个肽键的化合物叫多肽，多肽通常呈链状结构，叫作肽链。肽链再盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质分子。 ▪ 2．蛋白质结构多样性的原因 在细胞内，组成一种蛋白质的氨基酸数目可能成百上千；氨基酸形成肽链时，不同种类氨基酸的排列顺序千变万化；肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。因此，蛋白质分子的结构极其多样，这就是细胞中蛋白质种类繁多的原因。 ★ 重点掌握　蛋白质结构多样性的四个原因：氨基酸的种类不同、数目不同、排列顺序不同，以及肽链的盘曲折叠方式及其形成的空间结构不同。 ▪ 3．结构与功能相适应 每一种蛋白质分子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。例如，人正常血红蛋白某一处的谷氨酸被缬氨酸取代，就可能形成异常的血红蛋白，使红细胞扭曲成镰刀状，运输氧的能力大为削弱。 蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。例如，高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解；经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的蛋白质变性，可以达到消毒、灭菌的目的。 ⚠ 易错警示　①蛋白质变性的本质是空间结构（空间构象）被破坏，肽键并未断裂（变性≠水解）。②高温、强酸、强碱、酒精等可使蛋白质变性；变性后蛋白质的生物活性丧失，但依然能被双缩脲试剂检测（因为仍含有肽键）。③蛋白质的多样性由结构决定，结构又决定其功能。 ▲ 拓展了解（不作考查要求）　生物科学史话：1965年，我国科学家钮经义、龚岳亭、邹承鲁等通力合作，在世界上第一次用人工方法合成具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素，摘取了人工合成蛋白质的桂冠。 第 5 节　核酸是遗传信息的携带者 　　教材 P34—38 ▍ 一、核酸的种类及其分布 核酸包括两大类：一类是脱氧核糖核酸，简称DNA；另一类是核糖核酸，简称RNA。真核细胞的 DNA 主要分布在细胞核中，线粒体、叶绿体内也含有少量的 DNA；RNA 主要分布在细胞质中。 ▍ 二、核酸是由核苷酸连接而成的长链 ▪ 1．核苷酸——核酸的基本组成单位 核酸同蛋白质一样，也是生物大分子，核苷酸是核酸的基本组成单位。一个核苷酸是由一分子含氮的碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成的。根据五碳糖的不同，可以将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。 ▪ 2．DNA 与 RNA 的比较 比较项目 DNA（脱氧核糖核酸） RNA（核糖核酸） 基本单位 脱氧核糖核苷酸（脱氧核苷酸） 核糖核苷酸 五碳糖 脱氧核糖 核糖 碱基 A、G、C、T A、G、C、U 结构 一般由两条脱氧核苷酸链构成 一般由一条核糖核苷酸链构成 分布 主要分布在细胞核，线粒体、叶绿体含少量 主要分布在细胞质 ▪ 3．核苷酸的排列顺序与遗传信息 组成 DNA 的脱氧核苷酸虽然只有4种，但如果数量不限，在连成长链时，排列顺序就极其多样，它的信息容量自然就非常大了。脱氧核苷酸的排列顺序储存着生物的遗传信息，DNA 分子是储存、传递遗传信息的生物大分子；部分病毒的遗传信息储存在 RNA 中，如 HIV（人类免疫缺陷病毒）、SARS（严重急性呼吸综合征）病毒等。核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。 ⚠ 易错警示　①DNA 与 RNA 共有的碱基是A、G、C，DNA 特有的碱基是T（胸腺嘧啶），RNA 特有的碱基是U（尿嘧啶）。②细胞生物（真核、原核）都同时含有 DNA 和 RNA，其遗传物质是DNA；病毒只含一种核酸（DNA 或 RNA）。③核酸的分布：DNA 主要在细胞核，RNA 主要在细胞质，但二者并非只分布于某一场所。 ▍ 三、生物大分子以碳链为骨架 在构成细胞的化合物中，多糖、蛋白质、核酸都是生物大分子。组成多糖的基本单位是单糖，组成蛋白质的基本单位是氨基酸，组成核酸的基本单位是核苷酸，这些基本单位称为单体；生物大分子是由许多单体连接成的多聚体。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，因此生物大分子也是以碳链为基本骨架的。 ★ 重点掌握　生物大分子：多糖（单体为单糖）、蛋白质（单体为氨基酸）、核酸（单体为核苷酸），三者都以碳链为基本骨架。正因如此，科学家才说“碳是生命的核心元素”“没有碳，就没有生命”。 ⚠ 易错警示　①生物大分子均以碳链为骨架，构成这些大分子基本骨架的元素是C。②生物大分子的单体不同：多糖—单糖、蛋白质—氨基酸、核酸—核苷酸；因此它们彻底水解的产物也不同。③脂肪、磷脂、固醇等脂质虽然是有机物，但不属于生物大分子。 ▍ 本章知识脉络 ■ 本章核心概念 ① 组成细胞的化学元素常见的有20多种，C、H、O、N 的含量最多，这些元素都是无机自然界所具有的；元素可组成水、无机盐等无机物，以及糖类、脂质、蛋白质、核酸等有机物； ② 水是细胞中良好的溶剂，又是细胞结构的重要组成成分；无机盐多以离子形式存在，一些无机盐是复杂化合物的重要成分，许多无机盐对维持生命活动有重要作用； ③ 糖类是细胞的重要能源物质，大致分为单糖、二糖和多糖；脂质包括脂肪、磷脂、固醇等，脂肪是细胞内良好的储能物质； ④ 蛋白质是生命活动的主要承担者，其基本单位是氨基酸；氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链的空间结构不同，决定了蛋白质结构和功能的多样性； ⑤ 核酸包括 DNA 和 RNA，是遗传信息的携带者，基本单位是核苷酸；核苷酸的排列顺序储存遗传信息； ⑥ 多糖、蛋白质、核酸分别以单糖、氨基酸、核苷酸为单体，组成多聚体，称为生物大分子，都以碳链为骨架。 第 3 章 细胞的基本结构 “我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧” —— 引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》 第 1 节　细胞膜的结构和功能 　　教材 P40—46 ▍ 一、细胞膜的功能 细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜（cell membrane），也叫质膜。细胞膜的功能有： • 将细胞与外界环境分隔开：膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定； • 控制物质进出细胞：细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞，细胞不需要的物质不容易进入细胞，细胞内有用的成分不会轻易流失到细胞外。但细胞膜的控制作用是相对的，一些对细胞有害的物质也有可能进入； • 进行细胞间的信息交流：多细胞生物体内细胞间必须保持功能协调，这种协调的实现有赖于信息的交流。 细胞间信息交流的方式主要有三种：内分泌细胞分泌的激素（如胰岛素）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；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（如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（如高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接）。 ⚠ 易错警示　①用台盼蓝染液染色时，死细胞被染成蓝色，活细胞不会着色，据此可判断细胞是否死亡，说明细胞膜具有控制物质进出的功能（活细胞的细胞膜能够阻止台盼蓝进入）。②细胞膜的控制作用是相对的，不是绝对的。③细胞间的信息交流大多与细胞膜的结构有关。 ▍ 二、对细胞膜成分的探索 时间 科学家 实验或依据 结论（推测） 1895年 欧文顿 用500多种化学物质做通透性实验 溶于脂质的物质容易穿过细胞膜，推测细胞膜的主要成分中有脂质 —— —— 利用哺乳动物红细胞制备纯净细胞膜，化学分析 细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多 1925年 戈特、格伦德尔 从人的红细胞提取脂质，在空气—水界面铺成单分子层 单层面积恰为红细胞表面积的2倍，推断磷脂排列为连续的两层 1935年 丹尼利、戴维森 研究细胞膜的张力 表面张力明显低于油—水界面，推测细胞膜除脂质外还附有蛋白质 对细胞膜成分的研究发现，细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的，此外还有少量的糖类。其中脂质约占细胞膜总质量的50%，蛋白质约占40%，糖类占2%～10%。在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇。蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要的作用，因此功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量就越多。 ⚠ 易错警示　①磷脂分子的一端为亲水的“头”，两个脂肪酸一端为疏水的“尾”，在水中自发形成双分子层。②制备纯净细胞膜通常选用哺乳动物成熟的红细胞，因为它没有细胞核和众多细胞器，易获得较纯净的细胞膜。③功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。 ▍ 三、对细胞膜结构的探索 1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的“暗—亮—暗”三层结构，提出细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成的假说，并把细胞膜描述为静态的统一结构。20世纪60年代以后，这一静态观点受到质疑。 1970年，科学家将小鼠细胞和人细胞融合，用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质。融合后，两种颜色的荧光在37℃下经过40 min均匀分布。这一实验以及相关的其他实验证据表明，细胞膜具有流动性。 ◆ 方法与规律　细胞膜结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方法的作用：先根据已有知识和信息提出假说，再用进一步的观察与实验对假说进行修正和补充。一种假说最终被接受或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。 ▍ 四、流动镶嵌模型的基本内容 1972年，辛格和尼科尔森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。其主要内容为： • 磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用； • 蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：有的镶在表面，有的部分或全部嵌入，有的贯穿于整个磷脂双分子层，这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用； • 细胞膜具有流动性：构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动； • 细胞膜的外表面还有糖类分子，它与蛋白质结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫作糖被。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。 ★ 重点掌握　细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都非常重要。 ⚠ 易错警示　①细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特点是选择透过性（选择透过性详见第4章）。②能体现细胞膜流动性的实例：细胞融合、变形虫运动、白细胞吞噬病菌、分泌蛋白的分泌等。③磷脂双分子层内部是疏水的，但水分子仍能通过细胞膜（详见第4章第1节）。 第 2 节　细胞器之间的分工合作 　　教材 P47—53 ▍ 一、细胞器之间的分工 在细胞质中有许多具有特定结构的“部门”，如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体、核糖体等，它们统称为细胞器。细胞质中还有呈溶胶状的细胞质基质，细胞器就分布在细胞质基质中。 ▪ 1．主要细胞器的结构和功能 细胞器 主要分布 结构与功能 线粒体 动、植物细胞 有氧呼吸的主要场所，是细胞的“动力车间”；细胞生命活动所需能量大约95%来自线粒体 叶绿体 绿色植物细胞 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” 内质网 动、植物细胞 蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道（分粗面、光面内质网） 高尔基体 动、植物细胞 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” 核糖体 所有细胞 生产蛋白质的机器（无膜，有的附着于内质网，有的游离在细胞质基质中） 溶酶体 主要分布在动物细胞 细胞的“消化车间”，含多种水解酶，分解衰老损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入的病毒或细菌 液泡 主要存在于植物细胞 内有细胞液，含糖类、无机盐、色素和蛋白质等，调节植物细胞内环境，使植物细胞保持坚挺 中心体 动物和低等植物细胞 由两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成，与细胞的有丝分裂有关 ⚠ 易错警示　①无膜细胞器：核糖体、中心体；具单层膜细胞器：内质网、高尔基体、溶酶体、液泡；具双层膜细胞器：线粒体、叶绿体。②植物细胞壁主要由纤维素和果胶构成，对细胞起支持与保护作用，它不属于细胞器。③并非所有植物细胞都有叶绿体（如根尖细胞无叶绿体），也并非所有动物细胞都有中心体（成熟红细胞等无）。 ▪ 2．细胞骨架 细胞质中有着支持细胞器的结构——细胞骨架。细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构，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。 ▪ 3．分离细胞器的方法 分离细胞中的细胞器常用差速离心法，即采取逐渐提高离心速率的方法，分离不同大小（沉降系数）的细胞器。 ▍ 二、细胞器之间的协调配合——分泌蛋白的合成和运输 有些蛋白质在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用，这类蛋白质叫作分泌蛋白，如消化酶、抗体和一部分激素等。 科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，用同位素标记法标记亮氨酸，追踪被标记蛋白质的走向。分泌蛋白的合成过程大致是：先在游离的核糖体中以氨基酸为原料合成多肽链，肽链与核糖体一起转移到粗面内质网上继续合成并加工、折叠；内质网膜鼓出形成囊泡，包裹蛋白质到达高尔基体，做进一步的修饰加工；高尔基体膜形成囊泡，转运到细胞膜，与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外。整个过程需要消耗能量，能量主要来自线粒体。 ★ 重点掌握　分泌蛋白合成和运输的路径：核糖体 → 内质网 → 囊泡 → 高尔基体 → 囊泡 → 细胞膜（线粒体供能）。与分泌蛋白合成、加工、运输有关的细胞器：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体。 ⚠ 易错警示　①分泌蛋白在核糖体上合成，在内质网和高尔基体中加工；内质网和高尔基体之间、高尔基体和细胞膜之间都通过囊泡运输。②研究分泌蛋白用到的同位素有放射性同位素 ¹⁴C、³²P、³H、³⁵S 等和稳定同位素 ¹⁵N、¹⁸O 等。③在分泌蛋白的合成、加工、运输过程中，膜面积会发生规律性变化：内质网膜面积减小，高尔基体膜面积先增大后减小，细胞膜面积增大。 ▍ 三、细胞的生物膜系统 在细胞中，内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。这些生物膜的组成成分和结构很相似，在结构和功能上紧密联系。 生物膜系统在细胞的生命活动中作用极为重要：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；广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点；细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开，使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高效、有序地进行。 ⚠ 易错警示　①生物膜系统包括细胞膜、细胞器膜和核膜，三者缺一不可；具膜细胞器单独不能称为生物膜系统。②原核细胞只有细胞膜，没有生物膜系统。③生物膜之间在结构和功能上紧密联系：内质网膜与细胞膜、核膜直接相连，内质网、高尔基体、细胞膜之间通过囊泡实现膜的转化。 第 3 节　细胞核的结构和功能 　　教材 P54—58 ▍ 一、细胞核的功能 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。大量事实表明，细胞核控制着细胞的代谢和遗传，有人把细胞核比喻为细胞的“大脑”、细胞的“控制中心”。 实验 方法与现象 结论 美西螈核移植实验 黑色美西螈胚胎细胞核移植到白色美西螈去核卵细胞，后代全是黑色 美西螈皮肤颜色（性状）由细胞核控制 蝾螈受精卵横缢实验 有核的一半能分裂，无核的一半停止分裂；挤入核后又能分裂 细胞核控制细胞的分裂、分化 变形虫切割实验 无核一半不能摄食、无应激、不能分裂；重新植入核后恢复 细胞核控制细胞的代谢（生命活动） 伞藻嫁接和核移植实验 伞藻的形态结构（帽形）取决于细胞核 细胞核控制细胞的形态结构 ★ 重点掌握　细胞核控制着细胞的代谢和遗传。克隆牛的实例同样说明，细胞核控制着生物体的性状遗传。 ▍ 二、细胞核的结构 结构 特点与功能 核膜 双层膜，把核内物质与细胞质分开 染色质 主要由DNA和蛋白质组成，DNA是遗传信息的载体 核仁 与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关 核孔 实现核质之间频繁的物质交换和信息交流 细胞核中有DNA，DNA和蛋白质紧密结合成染色质。染色质是极细的丝状物，因容易被碱性染料染成深色而得名。细胞分裂时，染色质高度螺旋化、缩短变粗，成为光学显微镜下清晰可见的染色体；细胞分裂即将结束时，染色体解螺旋，重新成为细丝状的染色质。因此，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。 ▍ 三、细胞核是遗传信息库，是代谢和遗传的控制中心 DNA上储存着遗传信息。遗传信息就像细胞生命活动的“蓝图”，细胞依据这个“蓝图”进行物质合成、能量转化和信息交流。正是由于这张“蓝图”储藏在细胞核里，细胞核才具有控制细胞代谢的功能。 ★ 重点掌握　对细胞核功能较为全面的阐述是：细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。 ⚠ 易错警示　①细胞核内行使遗传功能的结构是染色质（染色体），因为其上储存着遗传信息。②核孔是大分子物质进出细胞核的通道（如RNA出核、蛋白质入核），但DNA不能通过核孔出核。③代谢旺盛的细胞，核仁较大、核孔数目较多。④原核细胞没有核膜包被的细胞核（详见第1章），但有遗传物质集中的区域——拟核。 ▍ 四、科学方法：建构模型 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。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等。以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型，如沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型、真核细胞三维结构模型等。 ▲ 拓展了解（不作考查要求）　生物科技进展：世界上首例体细胞克隆猴“中中”“华华”于2017年在我国诞生，标志着我国克隆技术走在了世界最前列。克隆人会给社会带来严重的伦理问题，我国政府明确禁止克隆人。 ▍ 本章知识脉络 ■ 本章核心概念 ① 细胞作为基本的生命系统，具有系统的一般特征：有边界（细胞膜）、有系统内各组分的分工合作（细胞器）、有控制中心（细胞核）起调控作用； ② 细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，还有少量糖类；磷脂双分子层是膜的基本支架，具有流动性，蛋白质分子以不同方式镶嵌其中； ③ 细胞膜具有将细胞与外界环境分隔开、控制物质进出、进行细胞间信息交流等作用； ④ 细胞质中有线粒体、内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体等细胞器，植物细胞有的还有叶绿体、液泡，它们既有分工又有合作； ⑤ 细胞核由核膜、染色质、核仁等结构组成，是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心； ⑥ 细胞膜、细胞器膜和核膜共同构成生物膜系统，在结构和功能上紧密联系。 第 4 章 细胞的物质输入和输出 “掌控着道道闸门，驱动着各式舟车。输入输出中忙碌，被动主动间选择。” 第 1 节　被动运输 　　教材 P62—68 ▍ 一、水进出细胞的原理——渗透作用 水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。发生渗透作用必须具备两个条件：一是要有半透膜（如玻璃纸、细胞膜、原生质层等），二是半透膜两侧存在浓度差。渗透作用的方向是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。 ▪ 1．水进出哺乳动物红细胞 外界溶液浓度与细胞质浓度的关系 红细胞的变化 实例 外界溶液浓度 < 细胞质浓度 细胞吸水膨胀（甚至涨破） 清水 外界溶液浓度 = 细胞质浓度 细胞形态基本不变 生理盐水（0.9%氯化钠溶液） 外界溶液浓度 > 细胞质浓度 细胞失水皱缩 高浓度盐水 红细胞的细胞膜相当于一层半透膜，水进出红细胞就是通过渗透作用实现的。临床上输液常用生理盐水，是因为它的浓度与细胞质（血浆）基本一致，能维持细胞的正常形态。 ▪ 2．植物细胞的吸水和失水 对于水分子来说，植物细胞的细胞壁是全透性的，其主要作用是保护和支持细胞，伸缩性比较小。成熟的植物细胞中，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。原生质层相当于一层半透膜，水进出植物细胞主要是指水经过原生质层进出液泡。 ▪ 3．质壁分离及其复原 当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水透过原生质层进入外界溶液中，细胞失水；由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，即发生了质壁分离。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水透过原生质层进入细胞液，整个原生质层慢慢恢复原状，即发生质壁分离的复原。 ★ 重点掌握　质壁分离及其复原实验说明：原生质层相当于一层半透膜，成熟植物细胞能通过渗透作用吸水和失水，且原生质层的伸缩性大于细胞壁。 ⚠ 易错警示　①观察质壁分离常选用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，因为它具有紫色的大液泡，便于观察。②质壁分离的“质”指原生质层，“壁”指细胞壁。③发生质壁分离后，细胞壁与原生质层之间充满的是外界溶液（如蔗糖溶液）。④能发生质壁分离的细胞必须是成熟的、有中央大液泡的活植物细胞。 ▍ 二、被动运输——自由扩散和协助扩散 像水分子这样，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，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。被动运输分为自由扩散和协助扩散两类。 ▪ 1．自由扩散（简单扩散） 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散。有些小分子物质，如氧和二氧化碳，以及甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物，都较易通过自由扩散进出细胞。 ▪ 2．协助扩散（易化扩散） 离子和一些小分子有机物（如葡萄糖、氨基酸等）不能自由地通过细胞膜，需要借助膜上的转运蛋白顺浓度梯度跨膜运输，这种方式叫作协助扩散。转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两种类型：载体蛋白每次转运时都会发生自身构象的改变，且只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过；通道蛋白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，分子或离子通过时不需要与通道蛋白结合。 ▪ 3．自由扩散与协助扩散的比较 比较项目 自由扩散 协助扩散 运输方向 顺浓度梯度 顺浓度梯度 是否需要转运蛋白 不需要 需要（载体蛋白或通道蛋白） 是否消耗能量 不消耗 不消耗 实例 O2、CO2、甘油、乙醇、苯等 离子、葡萄糖、氨基酸等；水分子也可借助水通道蛋白 ⚠ 易错警示　①自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度运输，都不需要消耗能量，均属于被动运输。②水分子可以通过自由扩散进出细胞，但更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。③协助扩散的速率既受浓度差影响，还受转运蛋白的数量影响。④载体蛋白转运时发生构象改变，通道蛋白不发生（不需结合）。 ▲ 拓展了解（不作考查要求）　生物科学史话：1988年，美国科学家阿格雷成功分离出水通道蛋白；2003年，阿格雷与解析出钾离子通道蛋白立体结构的麦金农共同获得诺贝尔化学奖。德国科学家内尔和萨克曼因发明膜片钳法，于1991年获得诺贝尔生理学或医学奖。 第 2 节　主动运输与胞吞、胞吐 　　教材 P69—72 ▍ 一、主动运输 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。离子或分子先与载体蛋白的特定部位结合，在能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，将其从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来，载体蛋白随后又恢复原状。 主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，通过主动运输可以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。例如，甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液中高20～25倍，小肠上皮细胞逆浓度梯度吸收氨基酸、葡萄糖等。 ▍ 二、胞吞与胞吐 对于像蛋白质和多糖这样的生物大分子，靠转运蛋白无法运输，它们进出细胞通过胞吞或胞吐。当细胞摄取大分子时，大分子先与膜上的蛋白质结合，引起这部分细胞膜内陷形成小囊，小囊从细胞膜上分离下来形成囊泡进入细胞内部，这种现象叫胞吞；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，这种现象叫胞吐。胞吞、胞吐也需要消耗细胞呼吸所释放的能量。 ▍ 三、物质跨膜运输方式的比较 运输方式 运输方向 载体/转运蛋白 能量 实例 自由扩散 顺浓度梯度 不需要 不消耗 O2、CO2、甘油、乙醇、苯等 协助扩散 顺浓度梯度 需要（载体或通道蛋白） 不消耗 离子、葡萄糖、氨基酸、水（水通道蛋白）等 主动运输 逆浓度梯度 需要载体蛋白 消耗 K⁺、Na⁺、Ca²⁺ 等离子，葡萄糖、氨基酸逆浓度吸收 胞吞、胞吐 ——（大分子） 依赖膜上蛋白质和膜的流动性 消耗 分泌蛋白、吞噬作用、分泌消化酶等 ★ 重点掌握　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的跨膜运输必须借助于转运蛋白；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。 ⚠ 易错警示　①判断运输方式的依据：看是否需要能量（被动运输不需要，主动运输需要），看是否逆浓度梯度（主动运输逆浓度），看是否需要转运蛋白（自由扩散不需要）。②葡萄糖进入红细胞是协助扩散，葡萄糖进入小肠上皮细胞是主动运输。③胞吞、胞吐运输的是大分子，依赖于细胞膜的流动性，也需要消耗能量。④胞吞形成的囊泡在细胞内可以被溶酶体降解。 ★ 难点突破　易混淆辨析：①果脯腌制时变甜，是因为高浓度蔗糖使细胞失水死亡，细胞膜失去选择透过性，蔗糖分子被动进入细胞，不是主动运输。②加热使红苋菜叶片细胞内的花青素外泄到水中，是因为高温破坏了生物膜（细胞膜）的选择透过性。③物质跨膜运输方式与该物质的分子大小、带电情况等性质有关，也与细胞膜的结构有关。 ▍ 本章知识脉络 ■ 本章核心概念 ① 细胞中物质的输入和输出都必须经过细胞膜，细胞膜既是屏障，也是细胞与外界进行物质交换的门户； ② 水分子通过半透膜的扩散称为渗透作用，动物细胞的细胞膜、植物细胞的原生质层都相当于一层半透膜； ③ 自由扩散和协助扩散都是顺浓度梯度运输、都不需要消耗能量，属于被动运输； ④ 离子和一些较小有机分子的跨膜运输必须借助转运蛋白（载体蛋白或通道蛋白），顺浓度梯度为协助扩散，逆浓度梯度（需能量）为主动运输； ⑤ 蛋白质、多糖等大分子通过胞吞、胞吐进出细胞，均需要消耗能量，依赖细胞膜的流动性； ⑥ 细胞膜上转运蛋白的种类和数量是细胞膜具有选择透过性的结构基础。 第 5 章 细胞的能量供应和利用 “新叶伸向和煦的阳光，蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。它们为生存而获取能量，能量在细胞里流转激荡！” 第 1 节　降低化学反应活化能的酶 　　教材 P76—85 ▍ 一、酶在细胞代谢中的作用 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢是细胞生命活动的基础，而细胞代谢离不开酶。 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称为活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。 ⚠ 易错警示　①酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，都不为反应物提供能量（加热才是提供能量）。②与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。③酶不能改变化学反应的平衡点，只加快反应速率。 ▍ 二、酶的本质 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，少数是RNA。 科学家 主要观点或贡献 巴斯德 认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞的参与糖类不可能变成酒精 李比希 认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母菌死亡并裂解后才能发挥作用 毕希纳 从酵母菌细胞中获得不含细胞的提取液，仍能引起发酵，将其中引起发酵的物质称为酿酶 萨姆纳 1926年从刀豆种子中提取出脲酶结晶，证明脲酶是蛋白质 切赫、奥尔特曼 20世纪80年代发现少数RNA也具有生物催化功能 ★ 重点掌握　酶的本质：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，少数是RNA。 ▍ 三、酶的特性 ▪ 1．高效性 大量的实验数据表明，酶的催化效率是无机催化剂的10⁷～10¹³倍。 ▪ 2．专一性 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。例如，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。细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的。 ▪ 3．作用条件较温和 与无机催化剂相比，酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。溶液的温度和 pH 都对酶活性有影响：在最适宜的温度和 pH 条件下，酶的活性最高；温度和 pH 偏高或偏低，酶活性都会明显降低。过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；在0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。 ⚠ 易错警示　①酶制剂的保存应在低温（0～4℃）条件下，因为低温下酶活性很低但空间结构稳定，不会永久失活。②高温、过酸、过碱会使酶变性失活（空间结构被破坏，不可恢复）；低温只是抑制酶活性（可恢复）。③胃蛋白酶的最适 pH 约为1.5，因此胃蛋白酶进入小肠（偏碱性）后会失活。④探究温度对酶活性的影响时用淀粉酶（不宜用过氧化氢酶，因过氧化氢受热易分解）；探究 pH 的影响时用过氧化氢酶（不宜用淀粉酶，因淀粉在酸性条件下会水解）。 ▍ 四、科学方法：控制变量与设计对照实验 实验过程中的变化因素称为变量。其中人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量；因自变量改变而变化的变量叫作因变量；除自变量外，实验中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量。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叫作对照实验。 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）。 ◆ 方法与规律　对照组有空白对照（不作任何处理）和相互对照（设置两个或两个以上的实验组，各组间互为对照）等形式；无关变量要遵循“等量且适宜”原则加以控制。 第 2 节　细胞的能量“货币”ATP 　　教材 P86—89 ▍ 一、ATP是一种高能磷酸化合物 细胞中的糖类、脂肪等有机物都储存着化学能，但是直接给细胞生命活动提供能量的却是另一种有机物——ATP。ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写，是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中 A 代表腺苷，P 代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键。由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，这种化学键不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能。当ATP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，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。 ▍ 二、ATP与ADP可以相互转化 ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物——ADP（腺苷二磷酸），与其他分子结合的磷酸基团再脱离下来，就成为游离的磷酸（以 Pi 表示）。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。 ATP ⇌ ADP ＋ Pi ＋ 能量 在相关酶的催化下，ATP水解为ADP和Pi并释放能量；ADP与Pi结合重新形成ATP并储存能量。 对细胞的正常生活来说，ATP与ADP的这种相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。 ADP转化成ATP所需要的能量来源：对于绿色植物来说，既可以来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量；对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞呼吸时有机物分解所释放的能量。 ⚠ 易错警示　①ATP与ADP的相互转化不是可逆反应——二者所需酶不同，能量来源、去向也不同，但转化所需的酶和能量存在联系。②ATP中远离腺苷的那个磷酸基团（末端磷酸基团）最容易脱离。③ATP水解的实质是释放能量，用于各种需能的生命活动；ATP合成的实质是储存能量。 ▍ 三、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，如大脑思考、电鳐发电、物质的主动运输、物质合成、肌肉收缩等。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，因而可以参与特定的化学反应。 细胞内的化学反应可以分成吸能反应和放能反应两大类：许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；许多放能反应与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通，因此可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。 ★ 重点掌握　ATP是细胞的直接能源物质，被称为能量“货币”；糖类、脂肪等有机物是主要的能源物质，但它们储存的化学能不能被细胞直接利用，必须转化为ATP后才能供能。 第 3 节　细胞呼吸的原理和应用 　　教材 P90—96 ▍ 一、细胞呼吸及其方式 呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。 ▪ 1．探究酵母菌细胞呼吸的方式 • 酵母菌是单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，便于用来研究细胞呼吸的不同方式； • 检测CO₂：CO₂可使澄清的石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄； • 检测酒精：橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇反应，变成灰绿色。 实验结论：酵母菌在有氧条件下产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下产生酒精和少量的二氧化碳。 ▍ 二、有氧呼吸 对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与，主要场所是线粒体。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，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。 C₆H₁₂O₆ ＋ 6H₂O ＋ 6O₂ 酶 → 6CO₂ ＋ 12H₂O ＋ 能量 有氧呼吸的全过程分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化： 阶段 场所 反应物 产物 释放能量 第一阶段 细胞质基质 1分子葡萄糖 2分子丙酮酸 ＋ 少量[H] 少量 第二阶段 线粒体基质 丙酮酸 ＋ 水 CO₂ ＋ [H] 少量 第三阶段 线粒体内膜 [H] ＋ O₂ H₂O 大量 同有机物在生物体外的燃烧相比，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。1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放约2 870 kJ的能量，其中约977.28 kJ储存在ATP中，其余以热能散失。 ▍ 三、无氧呼吸 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，就是无氧呼吸。无氧呼吸的全过程分为两个阶段，两个阶段都在细胞质基质中进行：第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同；第二阶段是丙酮酸在酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP，葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。 C₆H₁₂O₆ 酶 → 2C₃H₆O₃（乳酸）＋ 少量能量 乳酸发酵：如乳酸菌、马铃薯块茎、动物骨骼肌细胞等 C₆H₁₂O₆ 酶 → 2C₂H₅OH（酒精）＋ 2CO₂ ＋ 少量能量 酒精发酵：如酵母菌等 酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫作发酵，产生酒精的叫作酒精发酵，产生乳酸的叫作乳酸发酵。 ⚠ 易错警示　①有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段完全相同（都在细胞质基质，都产生丙酮酸和[H]）。②无氧呼吸不产生CO₂ 的是乳酸发酵（产物只有乳酸）；产生 CO₂ 的是酒精发酵。③酵母菌无氧呼吸产生酒精和CO₂；人体细胞无氧呼吸产生乳酸。④[H]是还原型辅酶Ⅰ（NADH）的简化表示。 ▍ 四、有氧呼吸与无氧呼吸的比较 比较项目 有氧呼吸 无氧呼吸 条件 需要氧、多种酶 不需氧、多种酶 场所 细胞质基质和线粒体（主要） 细胞质基质 有机物分解程度 彻底氧化分解 不彻底氧化分解 产物 CO₂ 和 H₂O 乳酸，或酒精和 CO₂ 释放能量 多 少 ▍ 五、细胞呼吸原理的应用 • 中耕松土、适时排水：改善氧气供应，促进作物根系的呼吸作用，利于作物生长； • 储藏果实、蔬菜：采取降低温度、降低氧气含量等措施，减弱呼吸作用，减少有机物的消耗； • 包扎伤口：选用透气的纱布或“创可贴”，抑制厌氧菌（如破伤风芽孢杆菌）繁殖； • 提倡有氧运动：避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸，导致肌肉酸胀乏力； • 利用酵母菌酿酒：控制通气条件进行发酵。 ★ 重点掌握　细胞呼吸除了为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽：糖类、脂质和蛋白质的合成或分解，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 第 4 节　光合作用与能量转化 　　教材 P97—106 ▍ 一、捕获光能的色素和结构 ▪ 1．绿叶中色素的种类和分布 绿叶中的色素有4种，分为两大类：叶绿素（含量约占3/4）和类胡萝卜素（含量约占1/4）。叶绿素包括叶绿素a（蓝绿色）和叶绿素b（黄绿色）；类胡萝卜素包括胡萝卜素（橙黄色）和叶黄素（黄色）。这些色素分布在叶绿体类囊体的薄膜上。 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。这4种色素吸收的光波长有差别，但都可以用于光合作用。 ▪ 2．色素的提取和分离 步骤 操作要点 目的 提取 无水乙醇溶解色素；加少量二氧化硅、碳酸钙，迅速充分研磨 二氧化硅使研磨更充分，碳酸钙防止色素被破坏，无水乙醇提取色素 制备滤纸条 滤纸条一端剪去两角，距底端1 cm处画铅笔细线 铅笔线作为滤液细线的起点 画滤液细线 毛细吸管沿铅笔线画细线，待干后重复一两次 使色素线集中、含量足 分离 滤纸条插入层析液，滤液细线不能触及层析液 不同色素溶解度不同，随层析液扩散速度不同而分离 ▪ 3．叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒由圆饼状的囊状结构（类囊体）堆叠而成，吸收光能的4种色素就分布在类囊体的薄膜上；基粒与基粒之间充满了基质。众多基粒和类囊体极大地扩展了受光面积。在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种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。 ⚠ 易错警示　①叶绿体是进行光合作用的场所，色素分布在类囊体薄膜上，与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和叶绿体基质中。②叶片呈绿色是因为叶绿素几乎不吸收绿光，绿光被反射出来。③恩格尔曼用极细光束照射水绵、结合需氧细菌分布，证明了叶绿体是光合作用的场所、光合作用产生氧气。 ▍ 二、光合作用的原理 ▪ 1．光合作用的概念 光合作用是指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。 CO₂ ＋ H₂O 光能、叶绿体 → (CH₂O) ＋ O₂ 其中（CH₂O）表示糖类，此式为光合作用总反应式的概括 ▪ 2．探索光合作用原理的部分实验 • 希尔实验（1937年）：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称为希尔反应，说明水的光解产生氧气； • 鲁宾和卡门实验（1941年）：用同位素¹⁸O分别标记 H₂O 和 CO₂，证明光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，而不是来自二氧化碳； • 阿尔农实验（1954年）：光照下叶绿体可合成ATP，且这一过程与水的光解相伴随； • 卡尔文实验：用¹⁴C 标记的 ¹⁴CO₂ 供小球藻进行光合作用，探明了 CO₂ 中的碳在光合作用中的转化途径（卡尔文循环）。 ▪ 3．光反应和暗反应 根据是否需要光能，光合作用的过程概括地分为光反应和暗反应（现在也称碳反应）两个阶段。 比较项目 光反应阶段 暗反应（碳反应）阶段 条件 必须有光 不直接依赖光（有光、无光都能进行） 场所 类囊体薄膜 叶绿体基质 物质变化 水的光解生成 O₂ 和 H⁺；形成 ATP 和 NADPH CO₂ 的固定；C₃ 被还原成糖类，再形成 C₅ 能量变化 光能 → ATP、NADPH 中的化学能 ATP、NADPH 中的化学能 → 糖类等有机物中的化学能 在光反应阶段，光能被类囊体薄膜上的色素捕获后，将水分解为氧和H⁺，形成ATP和NADPH，光能转化为储存在ATP和NADPH中的化学能；ATP和NADPH驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO₂转化为储存化学能的糖类。光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。 ⚠ 易错警示　①CO₂ 的固定是指 CO₂ 与 C₅ 结合形成 C₃；C₃ 的还原需要 ATP 和 NADPH（其中NADPH既是还原剂又提供能量）。②光合作用释放的氧气全部来自水。③光反应的产物 ATP 和 NADPH 为暗反应提供能量和还原剂；暗反应产生的 ADP、Pi、NADP⁺ 供光反应再利用。④暗反应虽然不直接需要光，但长期缺乏光照（或无光反应提供 ATP、NADPH），暗反应也会停止。 ▍ 三、光合作用原理的应用 光合作用的强度直接关系农作物的产量。影响光合作用强度的环境因素主要有：光照强度、CO₂ 浓度、温度（影响酶活性）、无机营养、水分等。生产上可采取适当增加光照、提高 CO₂ 浓度、保持适宜温度、合理灌溉与施肥等措施提高光合作用强度。 ★ 难点突破　①影响光反应的因素（光照强度等）也会影响暗反应，影响暗反应的因素也会影响光反应，因为两阶段紧密联系、相互制约。②限制光合作用强度的因素要从“原料（CO₂、水）、能量（光）、场所（叶绿体）、酶（温度等）”四个方面分析。 ▲ 拓展了解（不作考查要求）　化能合成作用：少数细菌（如硝化细菌）不能进行光合作用，但能利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，例如硝化细菌能将氨（NH₃）氧化成亚硝酸（HNO₂）、进而氧化成硝酸（HNO₃），利用释放的能量将 CO₂ 和 H₂O 合成糖类。 ▍ 本章知识脉络 ■ 本章核心概念 ① 细胞的生命活动离不开能量的供应和利用，能量的释放、储存和利用都通过化学反应实现，细胞代谢离不开酶； ② 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，具有高效性、专一性和作用条件较温和等特点； ③ ATP是一种高能磷酸化合物，与ADP相互转化实现储能和放能，是细胞生命活动的直接能源物质； ④ 细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸，共同点是分解有机物、释放能量，前者需氧、有机物彻底氧化、释放能量多； ⑤ 光合作用在叶绿体中进行，分为光反应（类囊体薄膜，光能转化为ATP中的化学能）和暗反应（叶绿体基质，合成糖类）两个阶段； ⑥ 光合作用与细胞呼吸在物质和能量上密切联系，共同构成细胞能量代谢的核心。 第 6 章 细胞的生命历程 “鲜花吐蕊，绿叶葱茏，抑或花瓣凋落，枯叶飘零，展示着个体的生命现象，折射出细胞的生命历程。” 第 1 节　细胞的增殖 　　教材 P110—117 ▍ 一、细胞增殖与细胞周期 ▪ 1．细胞增殖 细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程，叫作细胞增殖。单细胞生物通过细胞增殖而繁衍；多细胞生物从受精卵开始，经过细胞增殖和分化逐渐发育为成体。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。细胞增殖包括物质准备和细胞分裂两个相连续的过程。 ▪ 2．细胞周期 连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。一个细胞周期包括分裂间期和分裂期两个阶段。分裂间期占细胞周期的90%～95%，为分裂期进行活跃的物质准备，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。 ▪ 3．细胞不能无限长大的原因 细胞的大小影响物质运输的效率：细胞体积越大，其表面积与体积的比值（相对表面积）越小，物质运输的效率就越低。因此，细胞不能无限长大，需要经过分裂来维持适宜的体积。 ▍ 二、有丝分裂 对于真核生物来说，有丝分裂是其进行细胞分裂的主要方式。有丝分裂是一个连续的过程，人们根据染色体的行为，把它分为前期、中期、后期、末期四个时期。 ▪ 1．有丝分裂各时期的特点（以高等植物细胞为例） 时期 主要变化 分裂间期 完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，细胞有适度的生长 前期 染色质丝螺旋缠绕、缩短变粗成为染色体（每条含两条姐妹染色单体，由一个着丝粒连接）；核仁逐渐解体，核膜逐渐消失；从细胞两极发出纺锤丝，形成纺锤体 中期 每条染色体的着丝粒排列在细胞中央的赤道板上，染色体形态最稳定、数目最清晰 后期 每个着丝粒分裂成两个，姐妹染色单体分开成为两条染色体，由纺锤丝牵引分别移向细胞两极 末期 染色体变成染色质丝，纺锤丝消失，出现新的核膜和核仁；赤道板位置出现细胞板，逐渐扩展形成新的细胞壁 ▪ 2．动物细胞有丝分裂与植物细胞的异同 动物细胞有丝分裂的过程与植物细胞的基本相同，主要不同点有二：第一，动物细胞有一对中心粒构成的中心体，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，周围发出大量星射线，形成纺锤体。第二，动物细胞分裂的末期不形成细胞板，而是细胞膜从细胞的中部向内凹陷，最后把细胞缢裂成两部分。 ▪ 3．有丝分裂中染色体、染色单体与DNA数量的变化 时期 染色体数 染色单体数 DNA数 分裂间期（DNA复制后） 2n 0→4n 2n→4n 前期 2n 4n 4n 中期 2n 4n 4n 后期 4n 0 4n 末期（子细胞） 2n 0 2n ▪ 4．有丝分裂的意义 细胞有丝分裂的重要意义，是将亲代细胞经复制之后的染色体（关键是DNA的复制），精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传的稳定性，可见细胞的有丝分裂对于生物的遗传有重要意义。 ⚠ 易错警示　①有丝分裂中染色体数目加倍的时期是后期（着丝粒分裂），DNA数目加倍的时期是分裂间期（DNA复制）。②染色体和染色单体：前期、中期每条染色体含2条姐妹染色单体，后期着丝粒分裂后染色单体变为0。③赤道板是虚拟的平面，不是真实结构；细胞板是真实结构（植物细胞特有）。④观察有丝分裂应选分生区细胞（呈正方形、排列紧密）。 ▍ 三、无丝分裂 无丝分裂过程比较简单，一般是细胞核先延长，核的中部向内凹陷，缢裂成为两个细胞核；接着整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。因为在分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化，所以叫作无丝分裂，如蛙的红细胞的无丝分裂。 ▍ 四、观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂 在高等植物体内，有丝分裂常见于根尖、芽尖等分生区细胞。装片的制作流程为：解离→漂洗→染色→制片。 步骤 操作要点 目的 解离 剪取根尖2～3 mm，放入盐酸和酒精混合液（1:1）中，室温解离3～5 min 用药液使组织中的细胞相互分离开来 漂洗 用清水漂洗约10 min 洗去药液，防止解离过度 染色 用甲紫溶液（旧称龙胆紫溶液）或醋酸洋红液染色 使染色体着色（染色体易被碱性染料着色） 制片 用镊子把根尖弄碎，盖上盖玻片，用拇指轻压 使细胞分散开来，有利于观察 ⚠ 易错警示　①解离液由盐酸和酒精组成，解离的作用是使细胞分离，解离后细胞已死亡。②观察时应先在低倍镜下找到分生区细胞（正方形、排列紧密），再换高倍镜观察。③视野中处于分裂间期的细胞最多，因为间期占细胞周期的大部分时间。④不同细胞处于不同分裂时期，说明各个细胞的分裂是独立进行的。 第 2 节　细胞的分化 　　教材 P118—122 ▍ 一、细胞分化及其意义 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，叫作细胞分化。细胞分化是一种持久性的变化，一般来说，分化的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。 细胞分化是生物界普遍存在的生命现象，它是生物个体发育的基础。细胞分化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。 就一个个体来说，各种细胞具有完全相同的遗传信息，但形态、结构和功能却有很大差异，这是细胞中的基因选择性表达的结果，即在个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同。 ★ 重点掌握　细胞分化的实质是基因的选择性表达，分化过程中细胞的遗传物质不发生改变。细胞分化使细胞在形态、结构和功能上产生稳定性差异。 ⚠ 易错警示　①细胞分化是持久性、不可逆（稳定）的变化（一般来说），是普遍存在的。②细胞分化的标志是细胞形态、结构、功能发生差异；分化前后细胞的基因（遗传信息）相同，只是基因的表达情况不同。③分化程度越高的细胞，其全能性往往越低（但细胞核仍具有全能性）。 ▍ 二、细胞的全能性 细胞的全能性是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。实验表明，高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力（斯图尔德1958年胡萝卜韧皮部组织培养实验）；已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性（克隆羊“多莉”、体细胞克隆猴“中中”“华华”）。那些没有分化的细胞，如受精卵、动物和人体的早期胚胎细胞、植物体的分生组织细胞也具有全能性。 ★ 难点突破　①植物细胞全能性容易表达（斯图尔德胡萝卜实验），动物体细胞全能性难以表达，但动物体细胞的细胞核具有全能性。②全能性大小比较：受精卵＞早期胚胎细胞＞体细胞；分化程度越低，全能性越高。③植物组织培养依据的原理是植物细胞的全能性，可用于快速繁殖花卉、蔬菜，拯救濒危物种。 ▍ 三、干细胞 动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫作干细胞。人的骨髓中有许多造血干细胞，能够通过增殖和分化，不断产生红细胞、白细胞和血小板；脐带血中也含有大量干细胞，可用于治疗血液系统疾病。 ▲ 拓展了解（不作考查要求）　科学·技术·社会：白血病是由骨髓造血干细胞恶性增殖引起的疾病，通过骨髓移植（造血干细胞移植）可以治疗白血病。中华骨髓库（中国造血干细胞捐献者资料库）为白血病患者寻找配型相符的捐献者发挥了重要作用。 第 3 节　细胞的衰老和死亡 　　教材 P123—128 ▍ 一、细胞衰老的特征 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。衰老的细胞主要具有以下特征： • 细胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小； • 细胞内多种酶的活性降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢； • 细胞内的色素逐渐积累，妨碍细胞内物质的交流和传递； • 细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低； • 细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深。 ▍ 二、细胞衰老的原因 • 自由基学说：在生命活动中，细胞不断进行各种氧化反应，容易产生自由基；自由基攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子（如磷脂分子、DNA、蛋白质），导致细胞衰老； • 端粒学说：每条染色体的两端都有一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体，称为端粒；端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截，随着分裂次数增加，端粒内侧正常基因的DNA序列会受到损伤，使细胞活动渐趋异常。 ▍ 三、细胞衰老与个体衰老的关系 对于单细胞生物来说，细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡；但对多细胞生物来说，细胞的衰老和死亡与个体的衰老和死亡并不是一回事。多细胞生物体内的细胞总是在不断更新着，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。 ▍ 四、细胞的死亡 细胞死亡包括凋亡和坏死等方式，其中凋亡是细胞死亡的一种主要方式。 ▪ 1．细胞凋亡（程序性死亡） 由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，就叫细胞凋亡。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。例如，人在胚胎时期尾部细胞的自动死亡、蝌蚪尾的消失、胎儿手指间细胞的死亡等。在成熟的生物体中，细胞的自然更新、某些被病原体感染的细胞的清除，也是通过细胞凋亡完成的。 ▪ 2．细胞坏死 细胞坏死是指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），由细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。 ▪ 3．细胞自噬 细胞自噬通俗地说就是细胞吃掉自身的结构和物质。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。细胞自噬对于维持细胞内部环境的稳定有重要意义。 ★ 重点掌握　细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，是一种程序性死亡，对生物体有利；细胞坏死是由不利因素导致的被动死亡，对生物体往往有害。细胞凋亡对于多细胞生物体完成正常发育、维持内部环境的稳定以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用。 ⚠ 易错警示　①细胞凋亡与坏死的主要区别：凋亡是基因控制的主动死亡，坏死是外界因素引起的被动死亡。②衰老细胞的特征要抓住“水分减少、酶活性降低、色素积累、核大、膜通透性改变”等要点。③细胞凋亡的实例：胚胎尾消失、蝌蚪尾消失、胎儿手指形成、细胞的自然更新、被病原体感染细胞的清除等。 ▍ 本章知识脉络 ■ 本章核心概念 ① 细胞通过分裂进行增殖，细胞分裂具有周期性，一个细胞周期包括分裂间期和分裂期； ② 有丝分裂分为前期、中期、后期和末期，最重要的变化是在纺锤体作用下将亲代细胞复制的染色体平均分配到两个子细胞，保持遗传稳定性； ③ 受精卵分裂形成的众多细胞经过细胞分化，具有不同的形态、结构和功能，进而形成组织和器官，细胞分化的实质是基因的选择性表达； ④ 高度分化的植物细胞仍然具有全能性，已分化的动物细胞的细胞核具有全能性； ⑤ 细胞衰老是细胞的形态、结构和功能发生复杂变化的过程，个体衰老与细胞衰老密切相关； ⑥ 细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程（程序性死亡），与细胞坏死不同，对生物体有积极意义。 — — 学科网（北京）股份有限公司 $