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一、基础知识
1、细胞是生物体结构和功能的基本单位。除病毒外,所有生物都是由细胞构成的。
单细胞生物(细菌、衣藻、蓝藻、草履虫、变形虫、酵母菌等)依赖单个细胞完成各种生命活动;
多细胞生物(许多植物和动物、人等)依赖各种分化的细胞密切合作,完成复杂的生命活动。
2、生命系统的结构层次:细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统、生物圈。
最基本的生命系统:细胞;
最大的生命系统是:生物圈。
注:原子、分子(蛋白质、核酸等生物大分子)不是生命系统;植物无系统,单细胞生物无组织、器官、系统。
二、病毒的相关知识:
1、病毒是一类没有细胞结构的生物体。
主要特征:①、专营细胞内寄生生活(依赖活细胞生活);
②、结构简单,一般由核酸(DNA或RNA)和蛋白质外壳所构成。
2、常见病毒:
a、噬菌体(DNA)、乙肝病毒(DNA)、人类天花病毒(DNA)
b、SARS病毒(RNA)、人类免疫缺陷病毒(HIV)[引起艾滋病(AIDS)](RNA)、
禽流感病毒(RNA)、狂犬病毒(RNA)、烟草花叶病毒(RNA)等。
三、细胞的多样性与统一性
1、细胞的统一性:都有细胞膜、细胞质、核糖体,遗传物质都是DNA.
2、细胞的多样性:大小,细胞核,细胞质中的细胞器,包含的生物类群等均不同.
根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核,:原核生物和真核生物
四、细胞学说的建立(主要是德国科学家:施旺、施莱登)
细胞学说揭示了细胞和生物体结构的统一性,即阐明了生物界的统一性。
第二章:组成细胞的分子
一、元素
最基本元素:C;
基本元素:C、H、O、N;
主要元素:C、H、O、N、P、S;
大量元素:C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg;
微量元素:Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu(铁猛碰新木桶)。
生物与无机自然界的统一性:元素种类基本相同;
生物与无机自然界的差异性:元素含量大不相同.
占细胞鲜重最大的元素是:O,占细胞干重最大的元素:C
二、组成细胞的化合物:
1、无机化合物:水(占细胞鲜重最多)、无机盐
(1)细胞中的水:
结合水:细胞结构的重要组成成分(含量多时,代谢慢、抗逆性强)
自由水:细胞内良好溶剂;运输养料和废物;参与许多生化反应;为细胞提供液体环境(含量多时代谢快、抗逆性差)
(2)细胞中的无机盐:
a、细胞中大多数无机盐以离子的形式存在
b、无机盐的作用:细胞中许多有机物的重要组成成分;
维持细胞和生物体的生命活动有重要作用;
维持细胞的酸碱平衡、维持细胞的渗透压。
2、有机化合物:
(1)糖类:
糖类的化学元素组成:元素组成(C,);
糖类的作用:细胞内的主要能源物质
分布:动植物共有的糖,(都是单糖)葡萄糖,核糖,脱氧核糖。
植物特有的糖:单糖(果糖),二糖(蔗糖,麦芽糖),多糖(淀粉,纤维素)。
动物体特有的糖:单糖(半乳糖),二糖(乳糖),多糖(糖原)。
功能:a、组成物质或结构:五碳糖(核糖、脱氧核糖),纤维素。
b、提供能源:葡萄糖,果糖,半乳糖。
c、储存能量:淀粉(植物),糖原(动物)。
(2)脂质(C、H、O,有的含N、P)
a、脂肪(C、H、O):储能,保温,缓冲减压
b、磷脂(C、H、O、N、P):构成细胞膜和细胞器膜的主要成分
c、固醇(C、H、O):胆固醇:参与血液脂质的运输,细胞膜的重要成分
性激素(雄性/雌性激素、孕激素):维持生物第二性征,促进***官形成及发育
维生素D:有利于Ca、P吸收
(3)蛋白质(都含C、H、O、N,有的含P、S;占细胞干重最多)
蛋白质的基本单位:氨基酸(生物体内组成蛋白质的氨基酸约有20种)
氨基酸的结构通式:
氨基酸的结构特点:一个氨基酸分子至少含有一个氨基和一个羧基,,(R基)的不同。
脱水缩合:在蛋白质的形成过程中,一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基相连接,同时脱去一分子水,这种结合方式叫做脱水缩合.
肽键的结构式:—CO—NH—
★规律:
假设一个蛋白质分子中含有的氨基酸数为n
若蛋白质只有一条肽链,则脱去水分子数等于形成的肽键数等于n-1
若蛋白质含有m条肽链,则脱去水分子数等于形成的肽键数等于n-m
,含有氨基酸数为n,形成的蛋白质的分子量为an-18(n-m)(氨基酸的总分子量减去脱去的水分子总量)。
蛋白质结构的多样性的原因:组成蛋白质的氨基酸种类,数目,排列顺序不同,肽链的盘曲折叠,及蛋白质的空间结构千差万别
(4)核酸()
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有重要作用
基本单位:核苷酸=磷酸+五碳糖+含氮碱基
分类:脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)
核酸链:DNA通常为2条链,RNA通常为1条链
分布:真核细胞DNA主要存在于细胞核中,少量存在于线粒体、叶绿体中,RNA主要存在于细胞质中;原核细胞DNA主要存在于拟核中,RNA主要存在于细胞质中。
三、化合物的鉴定:
a、还原性糖:斐林试剂(甲液::)
甲乙溶液先混合(现配现用),再与还原性糖溶液经水浴加热后生成砖红色沉淀.
(葡萄糖,果糖,麦芽糖是还原性糖,蔗糖是典型的非还原性糖,不能用于该实验)。
颜色变化:浅蓝色、棕色、砖红色。
b、蛋白质:双缩脲试剂(A液::)
先加入A液1毫升,摇匀,再加入B液3-。
c、脂肪:苏丹III染液(橘黄色)苏丹IV染液(红色)体积分数50%酒精的作用是洗去浮色
核酸:***绿+DNA→绿色吡罗红+RNA→红色***绿吡罗红混合使用
8%盐酸的作用:①改变细胞膜的通透性,加速染色剂进入细胞
②使染色体中的DNA与蛋白质分离,%的NaCl的作用:保持动物细胞的正常形态
实验步骤:①制片②水解③冲洗④染色⑤观察
第三章细胞的基本结构
第一节细胞膜------系统的边界
一、细胞膜的成分:主要是脂质(约50%)和蛋白质(约40%),还有少量糖类(约2%--10%)
二、细胞膜的功能:
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:控制的普遍性→营养物质的进入,废物与分泌物的排出。
控制的相对性→环境中一些对细胞有害的物质(病菌、病毒)也可能进入,使人患病。
③、进行细胞间的信息交流:a、物质和能量的交换b、信息的交流
三、植物细胞还有细胞壁,主要成分是纤维素和果胶,对细胞有支持和保护作用;其性质是具全透性。
第二节细胞器----系统内的分工合作
一、相关概念:
细胞质:在细胞膜以内、细胞核以外的原生质,叫做细胞质。
细胞质主要包括细胞质基质和细胞器。
细胞质基质:细胞质内呈液态的部分是基质。是细胞进行新陈代谢的主要场所。
八大细胞器的比较:
线粒体:呈粒状、棒状,具有双层膜,普遍存在于动、植物细胞中,内有少量DNA和RNA内膜突起形成嵴,内膜、基质和基粒中有许多种与有氧呼吸有关的酶;线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所,生命活动所需要的能量,大约95%来自线粒体,所以线粒体是细胞的“动力车间”。
2、叶绿体:呈扁平的椭球形或球形,具有双层膜,主要存在绿色植物叶肉细胞里。”含有叶绿素和类胡萝卜素,还有少量DNA和RNA,叶绿素分布在基粒片层的膜上。在片层结构的膜上和叶绿体内的基质中,含有光合作用需要的酶;
叶绿体是植物进行光合作用的细胞器,是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站。
核糖体:椭球形粒状小体,是细胞内将氨基酸合成蛋白质的场所。有些附着在内质网上(合成分泌蛋白),有些游离在细胞质基质中(合成结构蛋白)。
4、内质网:由膜结构连接而成的网状物。是细胞内蛋白质合成和加工,以及脂质合成的“车间”
5、高尔基体:在植物细胞中与细胞壁的形成有关,在动物细胞中与蛋白质(分泌蛋白)的加工、分类运输有关。
6、中心体:每个中心体含两个中心粒,呈垂直排列,存在于动物细胞和低等植物细胞,与细胞的有丝分裂有关。
7、液泡:主要存在于成熟植物细胞中,液泡内有细胞液。化学成分:有机酸、生物碱、糖类、蛋白质、无机盐、色素等。有维持细胞形态、储存养料、调节细胞渗透吸水的作用。
8、溶酶体:有“消化车间”之称,内含多种水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病毒或病菌。
三、细胞活动中能产生水的细胞器:
1、线粒体:有氧呼吸(第三阶段)
2、叶绿体:叶绿体基质(暗反应过程)
3、核糖体:蛋白质合成场所(脱水缩合)
4、高尔基体:与细胞壁的形成有关→果胶与纤维素(单糖脱水缩合多糖)
四、分泌蛋白的合成和运输:
核糖体(合成肽链)→内质网{粗加工(盘曲折叠、糖基化)形成具有一定空间结构的蛋白质}→囊泡→高尔基体(进一步修饰加工成成熟蛋白质)→囊泡→细胞膜→细胞外
五、生物膜系统的组成:包括细胞器膜、细胞膜和核膜等。
第三节细胞核----系统的控制中心
一、细胞核的功能:a、遗传信息库(遗传物质储存和复制的场所);
b、是细胞代谢和遗传的控制中心;
二、细胞核的结构:
1、染色质:由DNA和蛋白质组成,染色质和染色体是同样物质在细胞不同时期的两种存在状态。
2、核膜:双层膜,把核内物质与细胞质分开。
3、核仁:与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。
4、核孔:实现细胞核与细胞质之间的物质交换和信息交流。
第四章细胞的物质输入和输出
第一节物质跨膜运输的实例
一、渗透作用:水分子(溶剂分子)通过半透膜的扩散作用。
一、实验:观察植物细胞的质壁分离和复原
1、实验原理:原生质层(细胞膜、液泡膜、两层膜之间细胞质)相当于半透膜,当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时,细胞将失水,原生质层和细胞壁都会收缩,但原生质层伸缩性比细胞壁大,所以原生质层就会与细胞壁分开,发生“质壁分离”。反之,当外界溶液的浓度小于细胞液浓度时,细胞将吸水,原生质层会慢慢恢复原来状态,使细胞发生“质壁分离复原”。
2、材料用具:
紫色洋葱表皮,0。3g/ml蔗糖溶液,清水,载玻片,镊子,滴管,显微镜
3、结果:
细胞液浓度<外界溶液浓度细胞失水(质壁分离)
细胞液浓度>外界溶液浓度细胞吸水(质壁分离复原)
第二节生物膜的流动镶嵌模型
一、细胞膜结构:磷脂蛋白质糖类
↓↓↓
磷脂双分子层“镶、嵌、贯穿”糖被(与细胞识别有关)
(膜基本支架)(膜功能的主要承担者)
二、特点
细胞膜→结构特点:具有一定的流动性(胞吞和胞吐)
生物膜→功能特点:选择透过性(主动运输)
第三节物质跨膜运输的方式
一、相关概念:
(1)被动运输:a、自由扩散:物质通过简单的扩散作用进出细胞。(水、氧、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等)
b、协助扩散:进出细胞的物质要借助载体蛋白的扩散。(红细胞吸收葡萄糖)
主动运输:物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧,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。(小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸和无机盐等;钠离子、钾离子的吸收)
二、自由扩散、协助扩散和主动运输的比较:
三、离子和小分子物质主要以被动运输(自由扩散、协助扩散)和主动运输的方式进出细胞;
大分子和颗粒物质进出细胞的主要方式是胞吞作用和胞吐作用。
第五章细胞的能量供应和利用
第一节降低化学反应活化能的酶
一、相关概念:
新陈代谢:是活细胞中全部化学反应的总称,是生物与非生物最根本的区别,是生物体进行一切生命活动的基础。
细胞代谢:细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应。
酶:是活细胞(来源)所产生的具有催化作用的一类有机物。
其中绝大多数酶是蛋白质(胃蛋白酶、胰蛋白酶、抗体酶等);少数酶是RNA(核酶)
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。
二、酶的发现:
①巴斯德之前:发酵是纯化学反应,与生命活动无关。
②巴斯德(法、微生物学家):发酵与活细胞有关;发酵是整个细胞。
③利比希(德、化学家):引起发酵的是细胞中的某些物质,但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
④比希纳(德、化学家):酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用,就像在活酵母细胞中一样。
⑤萨姆纳(美、科学家):从刀豆种子提纯出来的脲酶是一种蛋白质。
⑥许多酶是蛋白质。
⑦切赫与奥特曼(美、科学家):少数RNA具有生物催化功能。
三、酶的本质:
绝大多数酶的化学本质是蛋白质(合成酶的场所主要是核糖体,水解酶的酶是蛋白酶),少数是RNA。
四、酶的特性:
①、高效性:催化效率比无机催化剂高得多。
②、专一性:每种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。(淀粉酶只能催化淀粉分解)
③、酶的作用条件较温和:在最适宜的温度和pH下,酶的活性最高。温度和pH偏高、偏低,酶的活性都会明显降低。
即过酸过碱、温度多高,都会使酶活性降低,甚至失活,但温度过低,酶不失活,只是酶活性降低。
第二节细胞的能量“通货”-----ATP
一、ATP的结构简式:
ATP是三磷酸腺苷的英文缩写,结构简式:A-P~P~P;
其中:A代表腺苷,P代表磷酸基团,“~”代表高能磷酸键,“-”代表普通化学键,ATP有两个高能磷酸键。
注意:ATP的分子中的高能磷酸键中储存着大量的能量,所以ATP被称为高能化合物。这种高能化合物化学性质不稳定,在水解时,由于远离A的高能磷酸键的断裂而释放出大量的能量。
A—P~P~P
/mol磷酸基团
二、ATP与ADP的转化
第三节ATP的主要来源------细胞呼吸
一、相关概念:
1、呼吸作用(也叫细胞呼吸):指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,最终生成二氧化碳或其它产物,释放出能量并生成ATP的过程。根据是否有氧参与,分为:有氧呼吸和无氧呼吸
a、有氧呼吸:指细胞在有氧的参与下,通过多种酶的催化作用下,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放出大量能量,生成ATP的过程。
b、无氧呼吸:一般是指细胞在无氧的条件下,通过酶的催化作用,把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物(酒精、CO2或乳酸),同时释放出少量能量的过程。
2、发酵:微生物(如:酵母菌、乳酸菌)的无氧呼吸。
五、有氧呼吸与无氧呼吸的比较:
注意:
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
能碱基互补配对:线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核
六、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(酶活性降低或失活)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。
生产上:(低温或降温,抑制呼吸作用,减少有机物的消耗,提高产量)→低温贮存蔬菜、水果;大棚蔬菜栽培,夜间适当降温。
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。
应用:生活中利用降低氧气浓度抑制呼吸作用减少有机物的消耗来延长蔬菜、水果的保鲜时间;
中耕松土增加氧气量,从而增强根细胞有氧呼吸,保证能量的供应,促进矿质元素的吸收。但是,在完全无氧的条件下,无氧
呼吸加强,分解的有机物也较多,同样不利于蔬菜水果的保质保鲜。
所以,一般情况下采用低氧气(5%)保存,此时有氧呼吸弱,而无氧呼吸又收到抑制。
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浓度: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。
应用:在密闭的地窖中,氧气浓度低,二氧化碳浓度较高,从而抑制了细胞的呼吸作用,使整个器官的代谢水平降低,有利于蔬菜水果
的保存。
七、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。
第四节能量之源----光与光合作用
一、相关概念:
1、光合作用: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。
二、光合色素(在类囊体的薄膜上)