分子与细胞-知识结构整理-教师版.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除2010版高考生物知识结构整理第一部分 分子与细胞一 组成生物体的化学成分水和无机盐离子的作用（I）占细胞鲜重最多的化合物是水、元素是O；占细胞干重最多的化合物是蛋白质、元素是C。细胞中水的存在形式有两种：结合水与其他物质相结合，是细胞结构的重要组成成分，约占4.5；自由水以游离的形式存在，是细胞的良好溶剂，也可以直接参与生物化学反应，还可以运输营养物质和代谢废物。总而言之，各种生物体的一切生命活动都离不开水。一般来说，自由水部分缺失（晒干的种子）不会影响生物的生命活动，而结合水的失去（炒干的种子）则会破坏生物体的结构。液泡内的水属于自由水。自由水含量高，新陈代谢旺盛。组成生物体的化学元素种类虽然大体相同，但是含量不同。根据组成生物体的化学元素，在生物体内含量的不同，可分为大量元素和微量元素。其中大量元素有C H O N P S K Ca Mg等；微量元素有Fe Mn Zn Cu B Mo等。大量元素中，C H O N是构成细胞的主要元素，其中C是最基本的元素。组成生物体的化学元素，在自然界中都可以找到，没有一种是生物界所特有的。这个事实说明生物界与非生物界具有统一性；组成生物体的化学元素，在生物体内和在无机自然界中的含量相差很大。这个事实说明生物界与非生物界具有差异性。细胞内无机盐大多数以离子状态存在，其含量虽然很少 ，但却有多方面的重要作用：有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分，如Fe是血红蛋白的主要成分，Mg是叶绿素分子必需的成分；许多无机盐离子对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用，如血液中钙离子含量太低就会出现抽搐现象；无机盐对于维持细胞的酸碱平衡和渗透压也很重要。糖类、脂质的种类和作用（II）糖类分子都是由C、H、O元素组成。糖类是细胞的主要能源物质。糖类可分为单糖、二糖和多糖等几类。单糖是不能再水解的糖， 常见的有葡萄糖、果糖、半乳糖（六碳糖）、核糖、脱氧核糖（五碳糖），其中葡萄糖是细胞的重要能源物质，核糖和脱氧核糖一般不作为能源物质，它们是核酸的组成成分，单糖中的葡萄糖和果糖是还原糖；二糖中蔗糖和麦芽糖是植物细胞特有的糖，乳糖是动物细胞特有的糖；多糖中糖原（肝糖原和肌糖原）是动物细胞特有的糖，淀粉和纤维素是植物细胞特有的糖，糖原和淀粉分别是动植物细胞中重要的储能物质。参与高等植物细胞分裂末期细胞板形成的糖是纤维素。脂质包括脂肪、磷脂和固醇。脂肪是生物体内的储能物质，由C H O三种化学元素组成。 除此以外，脂肪还有保温、缓冲、减压的作用；磷脂是构成包括细胞膜在内的膜物质重要成分，除含有组成脂肪的三种元素外，还含有N和P；固醇类物质主要包括胆固醇、性激素、维生素D等，这些物质对于生物体维持正常的生命活动，起着重要的调节作用，这类物质的跨膜运输方式为自由扩散。细胞中的直接能源物质是ATP。胆固醇既是构成细胞膜的重要成分，又参与人体血液中脂质的运输；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；能有效促进人和动物肠道对钙、磷吸收的脂质是维生素D。蛋白质、核酸的结构和作用（II）蛋白质由C、H、O、N元素构成，有些含有P、S和某些金属离子。组成蛋白质的基本单位是氨基酸，人体内含有约20种，其中人体细胞能够合成的叫做非必需氨基酸，不能合成、必须从外界环境中获取的叫做必需氨基酸。结构特点：每种氨基酸都至少含有一个氨基和一个羧基，并且都连结在同一个碳原子上。（氨基酸的不同点：R基不同）写出氨基酸的结构通式： （略）蛋白质的形成过程：在细胞内的核糖体上，氨基酸通过脱水缩合反应，形成由肽键（分子结构：-NH-CO-）连接成的多肽，再由一条或几条肽链形成具有一定空间结构的蛋白质。有关计算:脱去水分子的个数=肽键个数=氨基酸数肽链数 蛋白质分子量=氨基酸分子量氨基酸个数脱去水分子的个数18 蛋白质多样性原因：氨基酸的种类、数目、排列顺序不同；构成蛋白质多肽链数目、空间结构不同。蛋白质的分子结构具有多样性决定了蛋白质的功能具有多样性。一切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和体现者。功能：1、有些蛋白是构成细胞和生物体的重要物质，即结构蛋白，如肌肉蛋白；2、催化作用，即酶；3、运输作用，如血红蛋白运输氧气；4、调节作用，如胰岛素，生长激素；5、免疫作用，如免疫球蛋白。25又被称为功能蛋白。核酸是遗传信息的携带者，是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传和变异、蛋白质的生物合成有极其重要作用。核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类，基本组成单位是核苷酸，基本组成元素是C、H、O、N、P五种，由一分子含氮碱基一分子五碳糖和一分子磷酸组成。除RNA病毒外，绝大多数生物的遗传物质都是DNA；有细胞结构的生物遗传物质为DNA。真核细胞的DNA主要存在于细胞核中，细胞质中的线粒体和叶绿体也有少量；RNA主要存在于细胞质中。组成核酸的碱基有5 种，五碳糖有2 种，核苷酸有8种。脱氧核苷酸和核糖核苷酸在成分上的差异是前者含有脱氧核糖和胸腺嘧啶，后者含有核糖和尿嘧啶。多糖、蛋白质、核酸等都是生物大分子，组成它们的基本单位分别是单糖（葡萄糖）氨基酸和核苷酸，这些基本单位称为单体，这些生物大分子就称为单体的多聚体，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，由许多单体连接成多聚体 。二 细胞的结构和功能细胞的类型（I）细胞是生物体结构和功能的基本单位，病毒主要由蛋白质外壳和核酸组成。生命系统的结构层次是：生物圈、生态系统、群落、种群、个体、 系统、器官、组织、细胞。（植物没有系统，单细胞生物细胞也是个体）。植物细胞细胞壁成分是纤维素和果胶，细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，真菌细胞壁的主要成分是几丁质。细胞壁作用为支持和保护。科学家根据有无以核膜为界限的细胞核,将细胞分为原核细胞和真核细胞。前者分为细胞膜、细胞质和拟核（并不是真正的细胞核，内有大型环状DNA分子，无染色质和染色体），细胞器只有核糖体。病毒、原核生物和真核生物的共同点是都有蛋白质和遗传物质。真核、原核细胞的统一性在于两者都具有细胞膜、细胞质和核糖体。从遗传物质上看，两者都以DNA作为遗传物质。区别：病毒是非细胞结构的生物；原核生物只有拟核、核糖体等；真核生物有细胞核、多种细胞器。在微生物中，常见的原核生物包括：蓝藻（包括蓝球藻、发菜、念珠藻、颤藻等）、细菌、放线菌、支原体、衣原体；真核生物包括真菌（如酵母菌、霉菌和大型真菌等）、单细胞动物（如草履虫和变形虫等）和单细胞植物（如绿藻、衣藻和黑藻等）。细胞核每个真核细胞通常只有一个细胞核，而有的细胞没有细胞核，如哺乳动物的红细胞。细胞核的主要结构包括核膜、核仁、染色质。核膜由双层膜构成，膜上有核孔，是细胞核和细胞质之间物质交换和信息交流的孔道（mRNA进出细胞核的通道）。核仁在不同种类的生物中，形态和数量不同，核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。染色质主要由DNA和蛋白质组成，能被碱性染料染成深色，DNA是遗传信息的载体。在细胞有丝分裂间期以染色质形式存在，在分裂期高度螺旋化形成染色体。染色质和染色体是细胞中同种物质在不同时期的两种形态。细胞核是遗传信息库，它是遗传物质（DNA）储存和复制的主要场所，是细胞代谢和细胞遗传的控制中心。细胞膜的结构和功能（II）细胞膜主要由脂质和蛋白质（载体蛋白）构成，其中脂质最多，约占50；此外，还有少量的糖类（以糖蛋白形式存在，在细胞识别中起作用）。在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富。细胞膜的功能是：将细胞与外界环境分隔开、控制物质进出细胞、进行细胞间的信息交流。功能越复杂的生物膜中，蛋白质的种类或数量越多，细胞膜与其他生物膜相比，多糖的含量较高。细胞膜的结构特点流动性（体现：胞吞胞吐、1970年人鼠细胞细胞膜的融合实验）细胞膜的功能特点选择透过性（体现：物质的跨膜运输）流动镶嵌模型磷脂双分子层 构成生物膜的基本支架，但这个支架不是静止的，它具有流动性。（含量最多）蛋白质 镶嵌、横跨、覆盖在磷脂双分子层上，大多数蛋白质也是可以流动的。糖蛋白 蛋白质和糖类结合形成糖被，具有保护、润滑和细胞识别等在所有细胞器中，具有双层膜的有线粒体、叶绿体，具有单层膜的有内质网、高尔基体、溶酶体、液泡，无细胞膜的有中心体和核糖体。它们都由生物膜构成，这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。生物膜系统的作用：细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时在细胞与环境之间进行物质运输、能量转换和信息传递的过程中也起着决定性的作用。第二，细胞的许多重要的化学反应都在生物膜上进行。细胞内的广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点，为各种化学反应的顺利进行创造了有利条件。第三，细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开，这样就使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会相互干扰，保证了细胞的生命活动高效、有序地进行。细胞器的结构和功能（II）在细胞膜以内，核膜以外的部分叫细胞质。活细胞的细胞质处于不断流动的状态，细胞质主要包括细胞质基质和细胞器。线粒体广泛存在于细胞质基质中，它是有氧呼吸主要场所，被喻为“动力车间”。光镜下线粒体为椭球形，电镜下观察，它是由双层膜构成的。外膜使它与周围的细胞质基质分开，内膜的某些部位向内折叠形成嵴，这种结构使线粒体内的膜面积增加。在线粒体内有许多种与有氧呼吸有关的酶，还含有少量的DNA。叶绿体是植物叶肉细胞特有的细胞器。叶绿体是绿色植物的细胞中光合作用进行的细胞器，被称为“养料制造车间”和“能量转换站” 。在电镜下可以看到叶绿体外面有双层膜，内部含有几个到几十个由囊状的结构堆叠成的基粒，其间充满了基质。这些囊状结构被称为类囊体，其上含有光合色素。叶绿体中也含有少量的DNA。内质网是由单层膜连接而成的网状结构，大大增加了细胞内的膜面积，内质网与细胞内蛋白质合成和加工有关（加工由其上核糖体合成的蛋白质），也是脂质合成的“车间”。细胞中的核糖体是颗粒状小体，它除了一部分附着在内质网上之外，还有一部分游离在细胞质中。核糖体是细胞内合成蛋白质的场所，被称为“生产蛋白质的机器”。高尔基体本身不能合成蛋白质，但可以对蛋白质进行加工分类和包装，与细胞分泌物的形成有关，植物细胞分裂过程中，高尔基体与细胞壁的形成有关（合成多糖）。成熟的植物细胞都有液泡。液泡内有细胞液，其中含有糖类、无机盐、色素、蛋白质等物质，它对细胞内的环境起着调节作用，可以使细胞保持一定的形状，保持膨胀状态。动物细胞和低等植物细胞中有中心体，每个中心体由两个互相垂直排列的中心粒，及其周围物质组成。动物细胞的中心体与有丝分裂有关（与纺锤体的形成有关）。溶酶体是细胞内具有单层膜结构的细胞器，它含有多种水解酶，能分解多种物质。能产生ATP的细胞器是线粒体、叶绿体；与主动运输有关的细胞器是核糖体和线粒体；与细胞分裂有关的细胞器是核糖体、中心体、高尔基体、线粒体等；与分泌蛋白合成、加工、运输、分泌有关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体和线粒体。能发生碱基互补配对行为的细胞器有线粒体、叶绿体和核糖体。含有DNA的细胞器有叶绿体和线粒体。含有RNA的细胞器有叶绿体、线粒体和核糖体；含有色素的细胞器有液泡和叶绿体；动物和低等植物细胞特有的细胞器是中心体；植物细胞具有，而动物细胞没有的细胞器是叶绿体和液泡。三 细胞增殖与分化细胞周期（I）限制细胞大小的原因：相对表面积（细胞表面积与体积的比），体积太大不利于物质交换，体积太小不利于容纳其中的各种细胞结构。细胞周期：指连续分裂的细胞，从上一次细胞分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止。细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。真核细胞的分裂方式包括有丝分裂、无丝分裂和减数分裂，细菌的分裂方式为二分裂。有丝分裂的过程、特征、意义（II）分裂间期：上一次分裂结束之后到下一次分裂开始之前（约占整个细胞周期时间的90%95%）包括G1（合成S期需要的蛋白质）、S（进行DNA的复制）、G2（合成分裂期需要的蛋白质）三个阶段。分裂期是一个连续的过程，包括前、中、后、末四个阶段。间期：DNA复制，蛋白质合成，出现染色单体，细胞体积略有增加前期：核膜、核仁消失，出现染色体和纺锤体中期：染色体形态比较稳定，数目比较清晰，染色体的着丝点排列在细胞中央的赤道板上，是染色体形态观察和计数的最佳时期。后期：着丝点分裂，染色体数目加倍，染色单体数变为0，在纺锤丝的牵引下向细胞两极移动末期：染色体解螺旋成为染色质，纺锤体消失，核膜、核仁重现，在赤道板的位置出现细胞板，细胞板向四周扩散形成新的细胞壁，此时高尔基体的活动频繁，合成纤维素形成细胞壁动植物细胞有丝分裂的不同点：间期：动物细胞有中心体的复制；前期纺锤体的形成方式不同；植物细胞：细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体。动物细胞：中心体周围发出星射线形成纺锤体；末期子细胞的形成过程不同：植物细胞：细胞板向四周扩散形成新的细胞壁，细胞分裂成两个子细胞。动物细胞：细胞中央向内凹陷，细胞缢裂成两个子细胞。有丝分裂的意义：将亲代细胞的染色体经过复制（实质为DNA的复制）之后，精确地平均分配到两个子细胞中，在亲子代细胞间保持了遗传性状的稳定性。时期染色体数目染色单体数目DNA分子数间期2N04N2N4N前期2N4N4N中期2N4N4N后期2N4N4N04N末期4N2N04N2N有丝分裂过程中染色体的复制，出现，加倍，消失依次出现在：间期，前期，后期，末期 有丝分裂过程中DNA的复制和减半分别发生在间期和末期无丝分裂：无纺锤丝和染色体的出现但是有遗传物质的复制（如：蛙的红细胞）观察植物细胞的有丝分裂：细胞核内的染色体容易被碱性染料（如龙胆紫或者醋酸洋红）染成深色，便于观察；方法步骤：解离：15%的HCl：使果胶成为果胶质，解除细胞间的粘连；95%的酒精：杀死细胞（根尖细胞被杀死，细胞间质溶解，细胞容易分离）；漂洗：去除多余的解离液，特别是盐酸。因为染色时用的是碱性染料，酸碱反应会影响染色效果 染色：便于观察；制片：使组织细胞分散成单个细胞，便于观察。细胞的分化（II）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（一般高度分化的细胞就不会再次分裂和分化）特点：持久性、稳定性和不可逆性；意义：使多细胞生物体中的细胞趋向专门化；实质：基因的选择性表达（同一个体的所有体细胞所含遗传信息相同）的结果；细胞分化程度越高，分裂能力越弱。细胞的全能性（II）细胞全能性：已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能（细胞个体）原因：已分化体细胞含有一整套和受精卵相同的遗传物质，因此，具有发育成完整新个体的潜能植物细胞全能性：高度分化的植物细胞仍然具有全能性（如：胡萝卜韧皮部细胞可以发育成完整的新植株）动物细胞全能性：高度分化的动物细胞核具有全能性（如：克隆羊多莉）全能性：受精卵生殖细胞体细胞干细胞：动物和人体内少数具有分裂和分化能力的细胞，包括全能干细胞（如胚胎干细胞）和专能干细胞（如造血干细胞）细胞的凋亡和衰老（I）个体衰老与细胞衰老的关系：单细胞生物体，细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡；多细胞生物体，个体衰老的过程就是组成个体的细胞普遍衰老的过程。（细胞随时都在衰老、死亡和更新，但是个体的衰老只有一个周期，个体衰老的过程中细胞要更新换代很多次） 衰老细胞的主要特征：在衰老的细胞内水分减少（如皱纹）；衰老的细胞内有些酶的活性降低（如白发）； 细胞内的色素会随着细胞的衰老而逐渐积累（如老年斑）；衰老的细胞内呼吸速率减慢，细胞核体积增大，染色质固缩，染色加深；细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低；细胞衰老的原因，两种学说：自由基学说端粒学说细胞凋亡：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程（也被称为细胞编程性死亡）细胞死亡分为正常死亡（细胞凋亡）和非正常死亡（细胞坏死）细胞癌变（I）癌细胞：有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，就变成不受有机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。（正常细胞在体外培养的条件下分裂次数在50次左右，遗传物质未发生改变，这样的细胞称为细胞株；而在传代培养过程中部分细胞遗传物质会发生改变，并且具备癌细胞（无限增殖）特点，这样的细胞称为细胞系）癌细胞的特征：能够无限增殖；癌细胞的形态结构发生了变化（如：正常的成纤维细胞呈扁平的梭形，癌变后呈球形）；癌细胞的表面也发生了变化（细胞膜上的糖蛋白减少，黏着性下降，容易在有机体内分散和转移）。致癌因子的种类：物理致癌因子：辐射，如紫外线，X射线等；化学致癌因子：煤焦油，黄曲霉毒素，亚硝酸盐等（香烟的烟雾中有20多种致癌因子）病毒致癌因子：如Rous肉瘤病毒等。细胞癌变的原因：致癌因子使原癌基因和抑癌基因发生突变，导致正常细胞的生长和分裂失控而成为癌细胞。四 细胞代谢物质进出细胞的方式（II）渗透现象发生的条件要有半透膜；半透膜两侧的溶液要有浓度差。渗透作用：水分从渗透压低的系统通过半透膜向渗透压高的系统移动的现象。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。质壁分离过程中起到半透膜功能的是原生质层（包括细胞膜、细胞质和液泡膜），动物细胞发生渗透作用的时候起到半透膜功能的是细胞膜。质壁分离与复原实验可拓展应用于：证明成熟植物细胞发生渗透作用；证明细胞是否是活的；作为光学显微镜下观察细胞膜的方法； 初步测定细胞液浓度的大小；质壁分离只发生在植物细胞中，因为动物细胞没有细胞壁。运输方式运输方向是否需要载体是否消耗能量示例自由扩散高浓度到低浓度否否气体、水、甘油、乙醇以及其他一些脂溶性物质等协助扩散高浓度到低浓度是否葡萄糖进入红细胞膜主动运输低浓度到高浓度是是各种离子主动运输的意义是保证活细胞按照生命活动需要，主动吸收营养物质，排出代谢废物和有害物质。大分子和颗粒状物质进出细胞的方式是胞吞胞吐，利用的是细胞膜的流动性。酶的特性和作用（II）酶是活细胞产生的一类催化作用的有机物，胃蛋白酶（最适PH值为1.5）、唾液淀粉酶等绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。酶的特性有高效性、专一性。酶的作用需要适合的温度和PH值，酶在过酸、过碱、高温的条件下，会导致酶的空间结构被破坏，使酶永久失活，而在低温下酶活性会降低，不会失活。酶与无机催化剂的催化作用原理相同，都是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。酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应。ATP的特性和作用（II）ATP中文名叫三磷酸腺苷，结构式简写A-ppp，远离腺苷的那个高能磷酸键能够断裂释放能量，几乎所有生命活动的能量直接来自ATP的水解，由ADP合成ATP 所需能量，动物来自呼吸作用，植物来自光合作用和呼吸作用，ATP可在线粒体或叶绿体中和在细胞质基质中合成，不过在叶绿体中的ATP自产自销，不能用于其他的细胞代谢过程。在细胞内ATP含量很少，转化很快。ATP是生物体进行各项生命活动的直接能源物质。ATP脱去一分子磷酸变成ADP，脱去两分子磷酸变成腺嘌呤核糖核苷酸，脱去三分子磷酸变成腺苷。细胞呼吸（呼吸作用）（II）有氧呼吸 主要场所：线粒体； 最常利用的物质：葡萄糖； 有氧呼吸反应物产物场所第一阶段葡萄糖丙酮酸、H、ATP细胞质基质第二阶段丙酮酸、H2OCO2 、H、ATP线粒体基质第三阶段H、O2H2O、ATP线粒体内膜（嵴）总反应式： 酶 C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量（生成ATP38mol）； 注意：产物H2O中的O来自O2,H来自C6H12O6和H2O；CO2中的O来自C6H12O6和H2O，C来自C6H12O6； 有氧呼吸CO2的生成在第二阶段，O2参与反应在第三阶段；有氧呼吸大量能量的释放在第三阶段； 有氧呼吸H2O参与反应在第二阶段，H2O的生成在第三阶段； 无氧呼吸场所：细胞质基质；最常利用的物质：葡萄糖； 过程：（场所在细胞质基质）酵母菌无氧呼吸反应式： 酶 C6H12O62CH3CH2OH（酒精）+2CO2+能量（生成ATP2mol）无氧呼吸产生酒精的典型生物类群：酵母菌和绿色植物；乳酸菌发酵反应式： 酶 C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量（生成ATP2mol） 无氧呼吸产生乳酸的典型生物类群：人和高等动物及马铃薯的块茎，甜菜的块根、乳酸菌等； 在探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中，CO2和CH3CH2OH（酒精）的检测 CO2+澄清石灰水浑浊；CO2+溴麝香草酚蓝黄色（颜色变化过程：蓝色绿色黄色）； CH3CH2OH（酒精）+重铬酸钾+H+灰绿色（颜色变化过程：橙色灰绿色）； 光合作用（II）色素的提取和分离实验：无水乙醇或丙酮溶解色素，是色素的提取液；二氧化硅的作用有助