高中生物必修一知识点·人教版

生物学是一门探索生命奥秘的学科，而《分子与细胞》作为高中生物的开篇之作，为我们打开了认识生命微观世界的大门。本梳理旨在帮助同学们系统回顾必修一的核心知识，构建清晰的知识网络，为后续学习奠定坚实基础。一、走进细胞1.1从生物圈到细胞生命活动离不开细胞。无论是单细胞生物（如草履虫）还是多细胞生物（如人类），其生命活动的基本单位都是细胞。病毒虽无细胞结构，但其增殖过程也必须依赖活细胞。生命系统的结构层次从微观到宏观依次为：细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈。理解各层次间的关系，有助于我们从整体上把握生命的复杂性。1.2细胞的多样性和统一性显微镜是观察细胞的重要工具，使用时需注意规范操作，如先低倍镜观察再高倍镜观察，调节细准焦螺旋使物像清晰。通过观察不同细胞，我们能直观感受到细胞形态和结构的多样性，如动物细胞与植物细胞的区别，原核细胞与真核细胞的差异。原核细胞没有以核膜为界限的细胞核，仅有拟核，细胞器也相对简单（如只有核糖体）；真核细胞则具有细胞核和多种复杂的细胞器。1.3细胞学说的建立细胞学说的建立是一个漫长而曲折的过程，主要由施莱登和施旺提出，后经魏尔肖等科学家补充完善。其主要内容包括：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；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的生命起作用；新细胞可以从老细胞中产生。细胞学说揭示了细胞的统一性和生物体结构的统一性，为生物学的发展奠定了重要基础。二、组成细胞的分子2.1细胞中的元素和化合物细胞中常见的化学元素有多种，根据含量可分为大量元素和微量元素。碳是构成细胞的最基本元素，因为碳链是生物大分子的基本骨架。组成细胞的化合物包括无机化合物（水、无机盐）和有机化合物（糖类、脂质、蛋白质、核酸）。检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质是重要的实验技能，如还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下产生砖红色沉淀，蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应。2.2生命活动的主要承担者——蛋白质氨基酸是组成蛋白质的基本单位，其结构通式的特点是至少含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。氨基酸通过脱水缩合形成肽键，进而连接成多肽链，多肽链经过盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质。蛋白质的结构多样性决定了其功能的多样性，如催化（酶）、运输（血红蛋白）、调节（胰岛素）、免疫（抗体）等。2.3遗传信息的携带者——核酸核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），其基本组成单位是核苷酸。DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中。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。2.4细胞中的糖类和脂质糖类是主要的能源物质，分为单糖、二糖和多糖。单糖如葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质；多糖如淀粉是植物细胞的储能物质，糖原是动物细胞的储能物质，纤维素是构成植物细胞壁的主要成分。脂质包括脂肪、磷脂和固醇等。脂肪是细胞内良好的储能物质，还具有保温、缓冲和减压的作用；磷脂是构成细胞膜的重要成分；固醇类物质如胆固醇、性激素、维生素D等在细胞的生命活动中具有重要功能。2.5细胞中的无机物水在细胞中以自由水和结合水两种形式存在。自由水是细胞内的良好溶剂，参与许多化学反应，为细胞提供液体环境，运送营养物质和代谢废物；结合水是细胞结构的重要组成成分。无机盐在细胞中主要以离子形式存在，对于维持细胞和生物体的生命活动（如维持细胞的渗透压和酸碱平衡）具有重要作用。三、细胞的基本结构3.1细胞膜——系统的边界细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有少量糖类。细胞膜的功能主要有：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。细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。体验制备细胞膜的方法通常选用哺乳动物成熟的红细胞，因为其没有细胞核和众多细胞器。3.2细胞器——系统内的分工合作细胞中的细胞器具有不同的结构和功能。线粒体是有氧呼吸的主要场所，被称为“动力车间”；叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，被称为“养料制造车间”和“能量转换站”；内质网是蛋白质等大分子物质合成、加工场所和运输通道；高尔基体主要对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装；核糖体是合成蛋白质的场所；溶酶体含有多种水解酶，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；液泡主要存在于植物细胞中，内有细胞液，含糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质，可调节植物细胞内的环境，充盈的液泡还可以使植物细胞保持坚挺；中心体存在于动物细胞和某些低等植物细胞中，与细胞的有丝分裂有关。细胞器之间通过协调配合完成各项生命活动，如分泌蛋白的合成和运输过程，需要核糖体、内质网、高尔基体和线粒体等细胞器的参与。3.3细胞核——系统的控制中心细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。其结构包括核膜（双层膜，把核内物质与细胞质分开）、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，DNA是遗传信息的载体）。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。四、细胞的物质输入和输出4.1物质跨膜运输的实例细胞的吸水和失水是通过渗透作用实现的。渗透作用发生的条件是具有半透膜和半透膜两侧具有浓度差。动物细胞的细胞膜相当于半透膜，植物细胞的原生质层（细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质）相当于半透膜。物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的，这表明细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。4.2生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型认为，磷脂双分子层构成了膜的基本支架，这个支架不是静止的，具有流动性。蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，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。大多数蛋白质分子也是可以运动的。细胞膜表面的糖类分子与蛋白质结合形成糖蛋白，与细胞识别等功能有关。4.3物质跨膜运输的方式物质跨膜运输的方式主要有被动运输和主动运输。被动运输包括自由扩散和协助扩散，都是顺浓度梯度进行的，不需要消耗能量，其中协助扩散需要载体蛋白的协助。主动运输是逆浓度梯度进行的，需要载体蛋白的协助，并且消耗能量，这种方式保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。此外，大分子物质进出细胞的方式是胞吞和胞吐，这依赖于细胞膜的流动性，也需要消耗能量。五、细胞的能量供应和利用5.1降低化学反应活化能的酶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，少数酶是RNA。酶具有高效性、专一性和作用条件较温和等特性。酶的催化作用机理是降低化学反应的活化能。影响酶活性的因素主要有温度和pH等，在最适温度和pH条件下，酶的活性最高。5.2细胞的能量“通货”——ATPATP是三磷酸腺苷的英文缩写，其结构简式是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。ATP是细胞生命活动的直接能源物质。ATP与ADP可以相互转化，这种转化在活细胞中时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。ATP的合成需要能量，能量来自呼吸作用、光合作用等；ATP的水解会释放能量，用于各项生命活动。5.3ATP的主要来源——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，释放出能量并生成ATP的过程。有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，其过程分为三个阶段：第一阶段在细胞质基质中进行，葡萄糖分解成丙酮酸和少量[H]，释放少量能量；第二阶段在线粒体基质中进行，丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，释放少量能量；第三阶段在线粒体内膜上进行，[H]与氧结合生成水，释放大量能量。无氧呼吸在细胞质基质中进行，分为两个阶段，第一阶段与有氧呼吸第一阶段相同，第二阶段丙酮酸在不同酶的催化下，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。细胞呼吸的原理在生产和生活中有广泛的应用，如包扎伤口用透气的敷料，利用酵母菌酿酒等。5.4能量之源——光与光合作用光合作用是指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，并且释放出氧气的过程。叶绿体中的色素包括叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）和类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素），它们对不同波长的光吸收情况不同，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。光合作用的过程分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段在叶绿体类囊体的薄膜上进行，需要光、色素和酶等条件，主要发生水的光解和ATP的合成；暗反应阶段在叶绿体基质中进行，不需要光，需要多种酶参与，主要发生二氧化碳的固定和C3的还原。影响光合作用强度的环境因素主要有光照强度、二氧化碳浓度和温度等。六、细胞的生命历程6.1细胞的增殖细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。细胞通过分裂的方式进行增殖，真核细胞的分裂方式有有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式，其过程分为分裂间期和分裂期（前期、中期、后期、末期）。分裂间期主要进行DNA的复制和有关蛋白质的合成；分裂期细胞中会发生染色体的出现、纺锤体的形成、染色体的着丝点排列在赤道板上、着丝点分裂、染色体移向两极以及核膜核仁重新出现等一系列变化。有丝分裂的意义是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，在生物的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。6.2细胞的分化在个体发育中，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，叫做细胞分化。细胞分化是一种持久性的变化，一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。细胞分化的实质是基因的选择性表达。细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。6.3细胞的衰老和凋亡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。衰老细胞具有水分减少、新陈代谢速率减慢、酶活性降低、色素积累、细胞膜通透性改变等特征。细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，也常被称为细胞编程性死亡，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。6.4细胞的癌变有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质