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生物学必修一 分子与细胞
生物学必修一 分子与细胞思维导图，主要介绍了细胞的能量供应和利用，本图知识梳理清楚，非常实用，值得收藏。
编辑于2022-01-19 23:45:49- 分子与细胞
- 细胞的能量供应和利用
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生物学必修一 分子与细胞
走进细胞
细胞是生命活动的基本单位
细胞学说及其建立过程
建立者
施莱登
施旺
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。
建立过程
维萨里
揭示了人体器官水平的结构
比夏
指出器官是由低一级的组织构成
虎克
细胞的发现和命名者
列文·虎克
观察不同形态的细菌、红细胞和精子等
马尔比基
观察动植物细胞的细微结构
施莱登
提出植物都是由细胞构成的
施旺
指出动植物都是由细胞构成
耐格里
发现新细胞的产生是细胞分裂的结果
魏尔肖
总结出”细胞通过分裂产生新细胞”
意义
1 揭示了动植物的统一性，从而阐明了生物界的统一性。
2 使生物学的研究由器官、组织水平进入到细胞水平（细胞是生命活动的基本单位），并为后来的进入分子水平打下基础。
3 揭示了生物有共同的祖先（细胞分裂产生新细胞），不仅解释了个体发育，还为生物进化论提供了依据。
细胞是基本的生命系统
表现形式
1
单细胞生物
独立完成生命活动
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。
2
生命系统的结构层次
：生物圈、生态系统、群落、种群、个体、系统、器官、组织、细胞
细胞的多样性和统一性
观察细胞
细胞的多样性
细胞的统一性
原核细胞和真核细胞
细胞的多样性和统一性 多样性：多种多样，各不相同。 统一性：都具有相似的细胞膜和细胞质，它们都以DNA作为遗传物质。
原核细胞（无以核膜为界限的细胞核）
构成
原核生物
主要是：细菌（都有细胞壁、细胞膜和细胞质，都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，这个区域叫做拟核。）
支原体（附
蓝细菌
直径约为10μm 特例：颤蓝细菌70μm
淡水域污染后富营养化，导致蓝细菌和绿藻等大量繁殖，形成水华
发菜也属于蓝细菌
内含藻蓝素和叶绿素，是能进行光合作用的自养生物
其他细菌
大多数直径为0.5~5μm
大多是营腐生或寄生生活的异养生物
真核细胞（有以核膜为界限的细胞核）
构成
真核生物
真菌
动物
植物
组成细胞的分子
细胞中的元素和化合物
组成细胞的元素
大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等
基本元素：C、H、O、N
主要元素：C、H、O、N、P、S
微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等
组成细胞的化合物
细胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有机化合物是蛋白质
正因为不同食物中营养物质的种类和含量有很大差别，我们才需要在日常膳食中做到不同食物的合理搭配，以满足机体的营养需要。
实验一：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
一.还原糖的检测
1.还原糖
定义：具有还原性的糖
常见还原糖：葡萄糖、果糖、麦芽糖、乳糖、半乳糖
常见非还原糖：蔗糖、淀粉、
2.原理
还原糖+斐林试剂 水浴加热 砖红色沉淀
斐林试剂：甲液 0.1g/mLNaOH 乙液 0.05g/mLCuSO4 （等体积混合使用，现配现用）
颜色变化：蓝色（Cu(OH)2） → 棕色（Cu(OH)2+Cu2O） → 砖红色（Cu2O）
3.选材
还原糖含量高且色浅（苹果或梨匀浆）
①还原糖含量高
不能用马铃薯(富含淀粉)和甘蔗、甜菜(富含蔗糖)。
②色浅
不能用绿色叶片、西瓜、血液等材料,防止颜色的干扰。
4.过程
1取材
还原糖含量高，颜色为无色或白色的生物组织
2制备组织样液
制浆→过滤→取液
3颜色反应
组织样液2ml+新配置的斐林试剂1ml，水浴加热。
5.结果
出现砖红色沉淀
6.结论
组织样液中有可溶性还原糖
7.应用
尿糖的检测（定性）
二.蛋白质的检测
1.原理
蛋白质+双缩脲试剂 紫色
双缩脲试剂：A液 0.1g/mLNaOH B液 0.01g/mLCuSO4（先加较多A液，再加几滴B液）
颜色变化：双缩脲试剂B液（浅蓝色） 试剂与蛋白质反应呈紫色
蛋白质+Cu2+ 碱性环境 紫色络合物
2.选材
富含蛋白质且色浅（豆浆、鲜肝脏研磨液）
3.过程
1取材
蛋清或牛奶或豆浆等
2制备组织样液
将上述组织样液稀释
3颜色反应
组织样液2ml+双缩脲试剂A液1ml 摇匀 双缩脲试剂B液4滴。
4.结果
出现紫色
5.结论
组织样液中有蛋白质
三.脂肪的检测
1.原理
脂肪＋苏丹Ⅲ染液 橘黄色
2.选材
富含脂肪且色浅（花生种子）
3.过程
4.结果
出现橘黄色
5.结论
薄片中有脂肪
细胞中的无机物
细胞中的水
自由水
定义
绝大多数的水呈游离状态，可以自由流动，叫做自由水。
作用
1.细胞内良好的溶剂
2.细胞内的生化反应需要在水中进行
3.多细胞生物体的绝大多数细胞，必须浸润在以水基础的液体环境中
4.细胞内许多化学反应需要水的参与（水解反应、细胞呼吸、光合作用等）
增强细胞代谢
5.运输营养物和代谢废物
6.缓和温度变化
结合水
定义
细胞中一部分水（4.5%）与细胞内部的其他物质（蛋白质、多糖）结合，叫做结合水。（结合水失去了流动性和溶解性）
作用
1.作为细胞结构的重要组成部分
2.增强细胞抗逆性（如植物的抗旱抗寒等）
自由水和结合水的关系
a.两者的相对含量（自由水/结合水）影响生物组织的细胞代谢速率
自由水/结合水上升 细胞代谢增强
自由水/结合水下降 细胞代谢减弱，抗逆性增强
自由水与结合水可以相互转换
自由水 温度下降 结合水
结合水 温度上升 自由水
细胞中的无机盐
含量
较少 仅占细胞鲜重的1%-1.5%
存在形式
绝大多数是离子形式
作用
1.构成细胞中某些复杂化合物的组成成分
Mg2+参与构成叶绿素分子，Fe2+参与构成血红蛋白分子 PO43-参与构成ATP分子和生物膜中的磷脂
2.参与并维持生物体的代谢活动
Na+、Ca2+:与神经细胞的兴奋性、肌肉细胞兴奋及肌肉细胞的收缩有关
缺钠：神经、肌肉细胞兴奋性降低，导致肌肉酸痛、无力
缺钙：抽搐；钙过多：肌无力
3.维持生物体内的酸碱平衡
常见缓冲对：H2CO3/HCO3-
4.维持细胞的渗透压
探究无机盐X是否为植物生长发育所必需
细胞中的糖类和脂质
细胞中的糖类（糖类是细胞生命活动所需的主要能源物质）
元素组成
该类化合物由C、H、O三种元素组成，早先认为氢和氧的比例与水分子的组成比例相同，就如同是碳与水分子形成的化合物， 由此而得名碳水化合物，通式为Cx(H2O)y。
种类
根据能否水解及水解产物分子数进行分类
单糖
定义
不能水解的糖，可以被细胞直接吸收利用。
举例
二糖
定义
由两分子单糖脱水缩合而成，可水解为两分子单糖。
举例
蔗糖：红糖、白糖、冰糖等都是蔗糖，甘蔗和甜菜中蔗糖含量高。 麦芽糖：发芽的小麦的谷粒麦芽糖含量丰富。 乳糖：人和动物乳汁中乳糖含量丰富。
多糖
定义
有多个单糖缩合而成，可水解为多个单糖。
举例
淀粉、纤维素和糖原的基本单位都是葡萄糖 葡萄糖之间的连接方式和排列方式不同，形成了结构不同的淀粉、糖原和纤维素
总
糖原
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。参与血糖调节。
纤维素
生活中的棉、麻的主要成分是纤维素。 纤维素不溶于水，是地球上最多的有机物，构成植物的细胞壁。 人和动物的很难消化纤维素，草食动物需借助消耗器官内共生的微生物的作用才能将其分解。
几丁质
是外骨骼的重要组成部分
根据是否具有还原性分类
还原糖
单糖
麦芽糖
乳糖
非还原糖
蔗糖
多糖
在动植物细胞中的分布
功能
1.作为生物体的主要能源物质（主要能源物质）
2.构成细胞的某些物质或结构（结构物质）
3.与蛋白质结合形成糖蛋白，与脂质结合形成糖脂，进行细胞表面识别、细胞间的信息传递、润滑、保护等。（信息物质）
细胞中的脂质
蛋白质是生命活动的主要承担者
蛋白质的功能
1.结构蛋白
许多蛋白质是构成细胞和生物体的重要物质，称为结构蛋白
2.催化功能
细胞中化学反应离不开酶催化，绝大多数酶都是蛋白质
3.调节功能
有些蛋白质能够调节机体的生命活动
4.运输功能
有些蛋白质具有运输功能
5.免疫功能
有些蛋白质具有免疫功能，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
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
蛋白质的结构及其多样性
1.脱水缩合
一个氨基酸的羧基(一COOH)和另一个氨基酸的氨基(—NH2)相连，同时脱去一分子水，这种结合方式叫做脱水缩合
肽键：连接两个氨基酸分子的化学键
二肽：由两个氨基酸缩合而成的化合物
多肽：由多个氨基酸缩合而成的，含有多个肽键的化合物
肽链：多肽呈链状的结构
2.蛋白质的形成
3.蛋白质结构多样性的原因
氨基酸角度
组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同
蛋白质角度
蛋白质的空间结构不同
4.蛋白质结构与功能的关系
蛋白质结构 决定 蛋白质功能
5.蛋白质变性
定义
蛋白质变性是指在某些物理和化学因素作用下其特定的空间结构被破坏，从而导致其理化性质改变和生物学活性丧失的现象。
变形因素
物理因素
加热、紫外线、X射线、超声波、剧烈振荡或搅拌等
化学因素
强酸、强碱、重金属盐、去垢剂等
影响
丧失生物学活性
水溶性下降
更易水解
应用
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。
核酸是遗传信息的携带者
核酸的种类及其分布
种类
脱氧核糖核酸（DNA）
核糖核酸（RNA）
分布（真核细胞）
①DNA 主要分布在细胞核中，线粒体和叶绿体 中也含有少量的DNA
②RNA主要分布在细胞质中，细胞核中也含有少量的RNA。
核酸是由核苷酸链接而成的长链
1.核酸的结构层次
基本单位：核苷酸
①组成：磷酸+五碳糖+含氮碱基
②种类
五碳糖不同
脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸
总
含氮碱基不同
脱氧核糖核苷酸
核糖核苷酸
2.核苷酸连接形成长链
①脱氧核苷酸连接形成脱氧核苷酸长链，通常由两条长链构成DNA。
②核糖核苷酸连接形成核糖核苷酸长链，通常由一条长链构成RNA。
3.核苷酸链储存遗传信息
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。
生物大分子以碳链为骨架
1.细胞由元素和化合物构成
2.多糖、蛋白质、核酸是生物大分子
3.生物大分子是由基本单位组成，这些基本单位称为单体
4.每个单体都是以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架的
5.生物大分子是由许多单体连接成的多聚体
6.生物大分子也是以碳链为基本骨架的
7.总结：碳是生命的核心元素，没有碳就没有生命
碳链 → 单体 → 多聚体(生物大分子）
细胞的基本结构
细胞膜的结构与功能
细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开
细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
2.控制物质进出细胞
①控制作用的相对性
一般来说，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。抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，细胞产生的废物也要排到细胞外；但是，细胞内有用的成分却不会轻易流失到细胞外。
环境中一些对细胞有害的物质有可能进入；有些病毒、病菌也能侵入细胞，使生物体患病。
②验证细胞膜具有控制物质进出的功能
a.思路及结果
b.结论
细胞膜具有控制物质进出的功能。
c.应用
鉴别动物细胞是否死亡
3.进行细胞间的信息交流
在多细胞生物体内，各个细胞都不是孤立存在的，它们之间必须保持功能的协调，才能使生物体健康地生存。这种协调性的实现不仅依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。
方式1通过细胞分泌化学物质传递信息
方式2接触交流
方式3通道交流
胞间连丝
对细胞膜结构的探索
流动镶嵌模型的基本内容
细胞膜的成分与结构
成分
结构：流动镶嵌模型
内容
磷脂双分子层是膜的基本支架
其内部是疏水端，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
有的镶在磷脂分子层表面。有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层表面。
补充：在细胞膜外表面，糖类分子与蛋白质结合形成糖蛋白 ，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫做糖被。
结构特点
具有一定的流动性
磷脂分子可以侧向自由移动 蛋白质大多也能运动。
细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能非常重要。
细胞器之间的分工合作
细胞器之间的分工
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
细胞器
线粒体
功能
是细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细胞呼吸的“动力车间”。细胞生命活动所需的能量，大约95%来自线粒体。
分布
广泛分布于真核细胞中。 (动物细胞、植物细胞、真菌细胞) 特例：哺乳动物成熟红细胞 代谢旺盛的细胞中含有线粒体数量多
形态(显微结构)
粒状、短线状
结构(亚显微结构)
成分
叶绿体
功能
是植物细胞进行光合作用的场所。是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转化站”。
分布
绿色植物的绿色部分的细胞中。主要分布在叶肉细胞中。 在叶肉细胞中，叶绿体的分布位置与光照有关。 躲避强光，趋向弱光。
形态
光学显微镜下呈球形、椭球形
结构（亚显微结构）
成分
内质网
功能
蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道。
分布
广泛分布于真核细胞中。 (动物细胞、植物细胞、真菌细胞) 除哺乳动物成熟红细胞。
形态结构(亚显微结构)
由单层膜围成的管状、泡状或扁平囊状结构连接成一个连续的内腔相同的膜性管道系统。 内连核膜，外连细胞膜， 占细胞总体积10%。
粗面内质网
表面有核糖体附着 蛋白质的合成与运输
滑面内质网
表面没有核糖体附着 合成脂质
总
附：细胞骨架（在细胞质中支持细胞器的结构，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）
高尔基体
功能
对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和把包装的“车间”及“发送站”。
分布
广泛分布于真核细胞中。 (动物细胞、植物细胞、真菌细胞) 除哺乳动物成熟红细胞。
形态结构(亚显微结构)
单层膜连接而成的扁平囊泡结构。
溶酶体
功能
是细胞内的“消化车间”，内部含有多种水解酶，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。
成分
溶酶体内含多种水解酶 水解酶不是溶酶体合成的，是粗面内质网中合成，运输到高尔基体，再由高尔基体运输到溶酶体中。
液泡
功能
调节细胞内的环境，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， 成熟植物组织中含有中央大液泡。 如：叶肉细胞、表皮细胞 根尖成熟区(根毛区)细胞等。
成分
液泡内有细胞液，含糖类、无机盐、色素和蛋白质等。
核糖体
功能
是“生产蛋白质的机器”。
分布
几乎存在于一切细胞中。
成分
无膜结构，是体积较小的细胞器。由蛋白质和RNA组成
中心体
功能
与细胞有丝分裂有关。
分布
动物细胞与低等植物细胞(如藻类植物)
成分
由两个相互垂直排列的中心粒及周围物质组成。 无膜结构，主要成分是蛋白质。
细胞器之间的协调配合
细胞的生物膜系统
细胞核的结构和功能
1，种子萌发时，吸收水分，自由水增多，代谢增强 2，晒干的种子，自由水减少，代谢减弱，利于储存 3，晒干的种子，经过加热，失去结合水，细胞的结构被破坏，不能萌发