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《分子与细胞》
元素细胞膜细胞质基质
化学成分结构与功能细胞质
化合物细胞核细胞器
细胞生物膜系统
有丝分裂
无丝分裂细胞分裂细胞分化细胞工程
减数分裂
高一生物内容构成
细胞的种类
细胞是最基本的生命系统
细胞的多样性和统一性
从生物圈到细胞
组成细胞的成分
组成和结构
系统的边界——细胞膜
系统内的分工——细胞器
系统的控制中心——细胞核
功能
物质的输入和输出
能量代谢:光合作用和细胞呼吸
增殖和分化
细胞增殖、细胞分化
细胞衰老和凋亡、癌变
(一)走近细胞
一、细胞的生命活动离不开细胞
1、无细胞结构的生物病毒的生命活动离不开细胞
生活方式:寄生在活细胞
病毒分类:DNA病毒、RNA病毒
遗传物质:或只是DNA,或只是RNA(一种病毒只含一种核酸)
2、单细胞生物依赖单个细胞完成各种生命活动。
3、多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作,完成复杂的生命活动。
二、生命系统的结构层次
结构层次
概念
举例
细胞
细胞是生物体结构和功能的基本单位
心肌细胞 
组织
由形态相似,结构、功能相同的细胞联合在一起
心肌组织 、血液
器官
不同的组织按照一定的次序结合在一起
皮肤、心脏
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
循环系统 、
呼吸系统
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。
草履虫、树、龟
种群
在一定的自然区域内,同种生物的所有个体是一个种群(彼此间可以进行基因交流)
该区域内同种龟的所有个体
群落
在一定的自然区域内,所有的种群组成一个群落
该区域内所有生物
生态系统
生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体
水生生态系统
生物圈
由地球上所有的生物和这些生物生活的无机环境共同组成
地球
除病毒以外,细胞是生物体结构和功能的基本单位,是地球上最基本的生命系统。
三、高倍显微镜的使用
1、重要结构
光学结构:镜头目镜——长,放大倍数小
物镜——长,放大倍数大
反光镜平面——调暗视野
凹面——调亮视野
机械结构:准焦螺旋——使镜筒上升或下降(有粗、细之分)
转换器——更换物镜
光圈——调节视野亮度(有大、小之分)
2、步骤:取镜安放对光放置装片使镜筒下降使镜筒上升低倍镜下调清晰,并移动物像到视野中央转动转换器,换上高倍物镜缓缓调节细准焦螺旋,使物像清晰
注意事项:
(1)调节粗准焦螺旋使镜筒下降时,侧面观察物镜与装片的距离;
(2)首先用低倍镜观察,找到要放大观察的物像,将物像移到视野中央(粗准焦螺旋不动),然后换上高倍物镜;
(3)换上高倍物镜后,“不准动粗”。
(4)物像移动的方向与装片移动的方向相反。
3、高倍镜与低倍镜观察情况比较
物像大小
看到细胞数目
视野亮度
物像与装片的距离
视野范围
高倍镜
大
少
暗
近
小
低倍镜
小
多
亮
远
大
四、病毒、原核细胞和真核细胞的比较
原核细胞
真核细胞
病毒
大小
较小
较大
最小
本质区别
无以核膜为界限的细胞核
有以核膜为界限的真正的细胞核
无细胞结构
细胞壁
主要成分是肽聚糖
植物:纤维素和果胶;真菌:几丁质;动物细胞无细胞壁
无
细胞核
有拟核,无核膜、核仁,DNA不与蛋白质结合
有核膜和核仁,DNA与蛋白质结合成染色体
无
细胞质
仅有核糖体,无其他细胞器
有核糖体线粒体等复杂的细胞器
无
遗传物质
DNA
DNA或RNA
举例
蓝藻、细菌等
真菌,动、植物
HIV、H1N1
误区警示
正确识别带菌字的生物:凡是“菌”字前面有“杆”字、“球”字、“螺旋”及“弧”字的都是细菌。如破伤风杆菌、葡萄球菌等都是细菌。乳酸菌是一个特例,它本属杆菌但往往把“杆”字省略。青霉菌、酵母菌、曲霉菌及根霉菌等属于真菌,是真核生物。
五、细胞学说的内容(统一性)
○从人体的解剖的观察入手:维萨里、比夏
○显微镜下的重要发现:虎克、列文虎克
○理论思维和科学实验的结论:施旺、施莱登
,一切动植物都是由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成;
,既有它自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。
。
○在修正中前进:细胞通过分裂产生新细胞。
注:现代生物学三大基石
1、1938~1839年,细胞学说;2、1859年,达尔文,进化论;3、1866年,孟德尔,遗传学
(二)组成细胞的分子
元素基本元素:C、H、O、N(90%)
(20种)大量元素:C、H、O、N、P、S(97%)K、Ca、Mg等
物质基础微量元素:Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等
最基本元素:C,%,生物大分子以碳链为骨架
说明生物界与非生物界的统一性和差异性。
化合物无机化合物水:主要组成成分,一切生命活动都离不开水。
无机盐:对维持生物体的生命活动有重要作用
有机化合物蛋白质:生命活动(或性状)的主要承担者(体现者)
核酸:携带遗传信息
糖类:主要的能源物质
脂质:主要的储能物质
一、蛋白质(占细胞鲜重的7%~10%,占干重的50%)
结构
元素组成
C、H、O、N,有的含有P、S、Fe、Zn、Cu、B、I等
单体
氨基酸(约有20种,必需氨基酸8种,非必需氨基酸12种)
化学结构
由多个氨基酸分子脱水缩合而成,含有多个肽键的化合物,叫多肽,多肽呈链状结构,叫肽链,一个蛋白质分子含有一条或几条肽链
高级结构
多肽链形成不同的空间结构
结构特点
由组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列次序不同,于是肽链的空间结构千差万别,因此蛋白质分子的结构式极其多样的
功能
蛋白质的结构多样性决定了它的特异性和功能多样性
○连接两个氨基酸分子的键(—NH—CO—)叫肽键。
 ○氨基酸结构通式: 
①每种氨基酸至少都含有一个氨基和一个羧基连同一碳原子上;
②各种氨基酸的区别在于R基的不同。
○ 变性:高温、强酸、强碱(熟鸡蛋)
 ,如肌动蛋白; 
:如酶; 
3. 有些蛋白质有调节作用:如胰岛素、生长激素; 
4. 有些蛋白质有免疫作用:如抗体,抗原; 
5. 有些蛋白质有运输作用:如红细胞中的血红蛋白。 
备注
计算
○由N个氨基酸形成的一条肽链围成环状蛋白质时,产生水=肽键= N 个; 
○N个氨基酸形成一条肽链时,产生水=肽键 =N-1 个; 
○N个氨基酸形成M条肽链时,产生水=肽键 =N-M 个; 
○N个氨基酸形成M条肽链时,每个氨基酸的平均分子量为α,那么由此形成的蛋白质的分子量为 N×α-(N-M)×18 ; 
二、核酸 
是一切生物的遗传物质,是遗传信息的载体,是生命活动的控制者。
 
元素组成  
C、H、O、N、P
分类
 脱氧核糖核酸(DNA双链) 
 核糖核酸(RNA单链)
单体 
脱氧核糖核苷酸
o
核糖核苷酸
成分 磷酸
五碳糖
碱基
 H3PO4 
脱氧核糖 
核糖 
A、G、C、T 
A、G、C、U 
功能  
主要的遗传物质,编码、复制遗传信息,并决定蛋白质的生物合成
将遗传信息从DNA传递给蛋白质。 
存在  
主要存在于细胞核,少量在线粒体和叶绿体中。(***绿)
主要存在于细胞质中。(吡罗红) 
三、糖类和脂质 
元素   
类别
存在
生理功能 
糖类 
C、
H、
O 
单糖
核糖(C5H10O5) 
主细胞质
核糖核酸的组成成分; 
脱氧核糖C5H10O4 
主细胞核
脱氧核糖核酸的组成成分 
六碳糖:葡萄糖 果糖C6H12O6 
主细胞质
是生物体进行生命活动的重要能源物质
二糖C12H22O11 
 麦芽糖、蔗糖
植物 
乳糖 
 动物
多糖  
淀粉、纤维素  
植物
细胞壁的组成成分,重要的储存能量的物质; 
糖原(肝、肌)
 动物
脂质 
C、H、O有的 还有N、P
脂肪; 
动\植物
 储存能量、维持体温恒定
类脂、磷脂
构成生物膜的重要成分; 
固醇    
 
胆固醇
动物
 动物细胞膜的重要成分; 
性激素
性器官发育和生殖细形成
维生素D
促进钙、磷的吸收和利用; 
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,由许多单体连接成多聚体。
 
四、鉴别实验 
试剂   
成分
实验现象
常用材料 
蛋白质
 双缩脲试剂
A:  NaOH 
紫色 
大豆 、蛋清
B:  CuSO4 
脂肪  
苏丹Ⅲ 
橘黄色
花生 
苏丹Ⅳ
红色
还原糖  
菲林试剂、班氏(加热)
甲:  NaOH 
砖红色沉淀
 苹果、梨、白萝卜 
乙:  CuSO4 
淀粉  
 碘液
I2 
蓝色
马铃薯 
○具有还原性的糖:葡萄糖、麦芽糖、果糖 
五、无机物 
存在方式
生理作用 
水 
 % 
部分水和细胞中其他物质结合。
细胞结构的组成成分,不易散失,不参与代谢。
%
绝大部分的水以游离形式存在,可以自由流动。
; 
; 
; 
,把营养物质运送到细胞,并把废物运送到排泄器官或直接排出; 
无机盐
 多数以离子状态存, 如K+、Ca2+、Mg2+、Cl--、PO42-等 
,如Fe2+是血红蛋白的主要成分; 
,细胞的形态和功能; 
; 
化合
分化 
有机组合
 六、小结  
化学元素化合物 原生质 细胞 
○原生质 ,但并不包括细胞内的所有物质,如细胞壁; 
、细胞质和细胞核三部分;其主要成分为核酸、蛋白质(和脂类); 
。 
○细胞质 : 指细胞中细胞膜以内、细胞核以外的全部原生质。 
○原生质层:成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质,为一层半透膜。 
(三)细胞的基本结构 
细胞壁(植物): 纤维素+果胶,支持和保护作用 
细胞膜成分:脂质(主磷脂)50%、蛋白质约40%、糖类2%-10% 
 作用:隔开细胞和环境;控制物质进出;细胞间信息交流; 
真核 基质: 有水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等 
细胞 细胞质 是活细胞进行新陈代谢的主要场所。 
细胞器分工:线、 内、 高、核 、溶、中、叶、液
   协调配合:分泌蛋白的合成与分泌;生物膜系统 
核膜:双层膜,分开核内物质和细胞质 
 细胞核核孔:实现核质之间频繁的物质交流和信息交流 
核仁:与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关 
染色质:由DNA和蛋白质组成,DNA是遗传信息的载体 
一、 细胞器 差速离心:美国 克劳德 
线粒体
叶绿体
 高尔基体 
内质网 
溶酶体
液泡 
核糖体 
中心体 
分布
动植物 
植物 
动植物 
动植物 
动植物 
植物和某些原生动物 
动植物 
动物、低等植物 
形态
球形、棒形
扁平的球形或椭球形
大小囊泡、扁平囊泡
网状结构
囊状结构
泡状结构
椭球形粒状小体
两个中心粒相互垂直排列
结构  
双层膜少量DNA 
单层膜,形成囊泡状和管状,内有腔
没有膜结构
嵴、基粒、基质
 基粒、基质
片层结构
外连细胞膜内连核膜
含丰富的水解酶
 水、离子和营养物质
蛋白质和RNA
 两个中心粒 
功能
有氧呼吸的主场所
进行光合作用的场所
 细胞分泌及细胞壁合成有关
提供合成、运输条件 
细胞内消化
贮存物质,调节内环境
蛋白质合成的场所
 与有丝分裂有关 
备注
与高尔基体有关
在核仁形成
△ 细胞器是指在细胞质中具有一定形态结构和执行一定生理功能的结构单位。 
二、各种细胞器的归纳总结
1、分布特点:
(1)高等动植物细胞共有的细胞器:核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、溶酶体
(2)动物细胞和低等植物细胞特有的细胞器:中心体
(3)高等植物细胞特有的细胞器:叶绿体、液泡
2、功能特点:
(1)与能量转换有关的细胞器:叶绿体和线粒体
(2)与蛋白质合成、分泌相关的细胞器:核糖体、内质网、高尔基体、线粒体
(3)与细胞有丝分裂相关的细胞器:中心体、核糖体、高尔基体、线粒体
(4)增大细胞内膜面积的细胞器:内质网、线粒体、叶绿体
3、结构特点:
(1)具有双层膜结构的细胞器:线粒体、叶绿体
(2)具有单层膜结构的细胞器:内质网、高尔基体、溶酶体、液泡
(3)无膜结构的细胞器:中心体、核糖体
三、协调配合—— 分泌蛋白合成与分泌
放射性同位素示踪法:罗马尼亚 帕拉德 有机物、O2 
能量、CO2 
叶绿体 线粒体 
供能
分泌
修饰 
 加工
初步合成
基因调控
细胞核 核糖体 内质网 高尔基体 细胞膜 胞外 
氨基酸 肽链 一定空间结构 
○生物膜系统:细胞器膜 + 细胞膜 + 核膜等形成的结构体系 
四、细胞核 = 核膜(双层) + 核仁 + 染色质 + 核液 
 美西螈实验、蝾螈横缢实验、变形虫实验、伞藻嫁接与移植实验 
细胞核功能:是遗传信息储存和复制的场所,是代谢活动和遗传特性的控制中心。 
○ 染色质和染色体是同一物质在细胞周期不同阶段相互转变的形态结构。
DNA
组蛋白染色体
五、树立观点(基本思想) 
; 
○结构和功能相统一  
,又相互联系,相互依存; 
○分工合作 。 
○生物的整体性:整体大于各部分之和;只有在各部分组成一个整体的时才能体现出生命现象。 
六、总结 
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。 
(四)细胞物质的运输 
○科学家研究细胞膜结构的历程是从物质跨膜运输的现象开始的,分析成分是了解结构的基础,现象和功能又提供了探究结构的线索。人们在实验观察的基础上提出假说,又通过进一步的实验来修正假说,其中方法与技术的进步起到关键的作用 
成分:脂质、蛋白质和糖类 
结构:单位膜(三明治)→ 流动镶嵌模型 
细胞膜特性 结构特点:具有一定的流动性 
功能特性:选择透过性(对离子和小分子物质具选择性) 
将细胞与外界环境隔开 
功能 控制物质进出细胞
进行细胞间的信息交流
一、物质跨膜运输的实例 
条件
 浓度
细胞外液 > 细胞内液
细胞外液 < 细胞内液 
 现象
 动物
 失水皱缩 
吸水膨胀甚至胀破 
植物
质壁分离
质壁分离复原 
原理
外因
 水分的渗透作用 
内因
原生质层与细胞壁的伸缩性不同造成收缩幅度不同 
结论
细胞的吸水和失水是水分顺相对含量梯度跨膜运输的过程 
○ 渗透现象发生的条件:半透膜、细胞内外浓度差 
○ 渗透作用:水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。 
○ 半透膜:指一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的一类薄膜的总称。 
○ 质壁分离与复原实验可拓展应用于:(指的是原生质层与细胞壁) 
①证明成熟植物细胞发生渗透作用; ②证明细胞是否是活的; 
③作为光学显微镜下观察细胞膜的方法; ④初步测定细胞液浓度的大小; 
2. 无机盐等其他物质 
① 不同生物吸收无机盐的种类和数量不同,与膜上载体蛋白的数量有关。 
② 物质跨膜运输既有顺浓度梯度的,也有逆浓度梯度的。 
3. 选择透过性膜 
可以让水分子自由通过,一些离子和小分子也可以通过,而其他离子、小分子和大分子则不能通过的膜。 
□ 生物膜是一种选择透过性膜,是严格的半透膜。 
二、流动镶嵌模型 
 ①磷脂双分子层:构成生物膜的基本支架,但这个支架不是静止的,它具有一定的流动性。 
②蛋白质:镶嵌、贯穿、覆盖在磷脂双分子层上,大多数蛋白质也是可以流动的。 
③糖蛋白:蛋白质和糖类结合成天然糖蛋白,形成糖被具有保护、润滑和细胞识别等 
三、跨膜运输的方式 
例子
方式
浓度梯度
载体
能量
作用 
水气体、脂溶性物质
自由扩散
顺 
× 
 ×
被选择吸收的物质从高浓度的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运 
葡萄糖进入红细胞
协助扩散
顺
√
× 
无机盐离子
主动运输
逆
√
√
能保证活细胞按照生命活动的需要,主动地选择吸收所需要 的物质,排出新陈代谢产生的废物和对细胞要害的物质
决定 
组成
○大分子或颗粒:胞吞、胞吐不是跨膜运输,不穿过膜
四、小结 
 体现 
保证
导致
磷脂分子+蛋白质分子 结构功能(物质交换) 
具有 
 
运动性 流动性 物质交换正常 选择透过性 
成分组成结构,结构决定功能。构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的,因此决定了由它们构成的细胞膜的结构具有一定的
流动性。结构的流动性保证了载体蛋白能把相应的物质从细胞膜的一侧转运到到另一侧。由于细胞膜上不同载体的数量不同,所以,当物质进出细胞时能体现出不同的物质进出细胞膜的数量、速度及难易程度的不同,即反映出物质交换过程中的选择透过性。可见,流动性是细胞膜结构的固有属性,无论细胞是否与外界发生物质交换关系,流动性总是存在的,而选择透过性是细胞膜生理特性的描述,这一特性,只有在流动性基础上,完成物质交换功能方能体现出来。 
(五)细胞的能量供应和利用
H2O外界
矿质元素
C3
水
H2OO2
C5
ATP
ADP+Pi
[H]
原生质
热能
C6H12O6
 光叶绿体的色素
ATP
ADP+Pi
 
CO2+H2O C3H6O3 C2H5OH+CO2 
一、 酶——降低反应活化能 
◎ 新陈细胞代谢:活细胞内全部有序化学反应的总称。 
◎ 活化能:分子从常态转变成容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。 
 1. 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。 
 :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。
注: ①由活细胞产生(与核糖体有关) 
②催化性质:,提高化学反应速度。 
。 
③成分:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。 
 ① 高效性:催化效率很高,使反应速度很快
② 专一性:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
③ 需要合适的条件(温度和pH值) → 温和性 → 易变性→特异性 。