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-/ 必修1《分子与细胞》复习知识梳理 第二章 细胞的化学组成 第一节 细胞中的原子和分子 一、组成细胞的化学元素 1、种类：组成生物体的元素中，C、H、O、N、P等元素的质量占全部元素的98%。 人教版 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等 微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等 注意：（1）细胞组成中最多的四种元素是C、O、H、N，其中基本元素是C。 （2）人体细胞组成中的主要元素，鲜重：O>C>H>N；干重：C>O>N>H （3）无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，对于维持生物体的生命活动起着非常重要的作用。 2、作用 ①组成多种多样的化合物进而构成细胞，如核酸、蛋白质等。 ②影响生物体的生命活动，如缺硒导致患克山病。 3、研究意义（课标要求） （1）生物界与非生物界的统一性 l 组成生物体的化学元素，在无机自然界都可以找到，没有一种元素是生物体特有的。 （2）生物界与非生物界的差异性： l 组成生物体的化学元素在生物体和自然界中含量相差很大； 二、细胞中的无机化合物：包括水和无机盐 （一）水： 1、含量：占细胞总重量的60%-90%，（人教版是60%-95%）是活细胞中含量 最多的物质。 2、存在形式：自由水和结合水 l 自由水：细胞中绝大部分的水以游离形式存在，可以自由流动，叫做自由水。 l 结合水：与细胞内其他物质相结合的水。 3、功能 l 自由水： ①细胞内的良好溶剂； ②参与细胞内的许多生化反应； ③运送营养物质和代谢废物； ④维持细胞的形态，保证代谢的正常进行。 从生物体的水平上阐述： ⑤为细胞生活提供液体环境； ⑥具有较大的比热和汽化热，是生物体的温度调节剂。 l 结合水：是细胞结构的重要组成成分。 4、转化： （1）自由水 结合水 l 在代谢旺盛的细胞中，自由水的含量一般较多； l 在环境条件恶劣（如低温、干旱、盐渍）时，结合水的含量增多，使植物的抗逆性增强，以适应不良环境。 （2）应用： ①种子的贮存：晒干种子是为了减少自由水含量，降低种子的代谢，延长种子寿命。 ②低温环境下减少（填增加或减少）花卉浇水，可以提高花卉对低温的抗性。 （二）无机盐 1、存在形式：主要以离子形式存在。 2、含量：占细胞鲜重1%-1.5%。 3、功能 ①合成有机物及某些特殊生理功能物质的原料。 如：Mg2+是合成叶绿素的原料、PO43-是合成ATP、磷脂和核苷酸的原料、Fe2+是合成血红蛋白的原料、I-是合成甲状腺激素的原料。 ②维持细胞和生物体的生命活动。 如：哺乳动物血液中Ca2+浓度过低会出现肌肉抽搐（人教版）、过高会出现肌肉乏力现象等；缺少Ca2+时，番茄果实顶端呈现暗绿色或灰白色；缺少K2+时，番茄植株的老叶尖端和边缘会失去绿色直至干枯坏死。 ③维持细胞的酸碱平衡。 如：酸性（HCO-3、PO43-等）、碱性（Ca2+、Mg2+等）离子的适当配合等具有缓冲作用。 ④调节渗透压，维持细胞的形态和功能。（必修3） 如：K+维持细胞内液的渗透压，Na+维持细胞外液的渗透压。 注：渗透压是指溶液中溶质微粒对水的吸引力，单位体积中溶质微粒的数目越多，渗透压越大。 第二节 细胞中的生物大分子 一、生物大分子的基本骨架 碳原子之间可以以单键、双键或三键相结合，形成不同长度的链状、分支链状或环状结构，这些结构称为有机物的碳骨架。 生物大分子以碳链为骨架。多糖、蛋白质、核酸等都是生物大分子，都是由许多基本组成单位（单体）连接而成的，这些生物大分子又称为单体的多聚体。每个单体都是由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。正是由于碳原子在组成生物大分子中的作用，科学家才说“碳是生命的核心元素”，“没有碳，就没有生命”。 二、细胞中重要的有机化合物 （一）糖类 1、元素组成：由C、H、O 3种元素组成。 2、种类 概 念 种 类 分 布 主 要 功 能 单糖 不能水解的糖 五碳糖 核糖 C5H10O5 核糖、脱氧核糖、葡萄糖动植物细胞都有 组成核酸的物质 脱氧核糖 C5H10O4 六碳糖 C6H12O6 葡萄糖、果糖、半乳糖 葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质 二糖 C12H22O11 水解后能够生成二分子单糖的糖 蔗糖 植物细胞 麦芽糖 乳糖 动物细胞 多糖 水解后能够生成许多个单糖分子的糖 淀粉 植物细胞 植物细胞中的储能物质 纤维素 植物细胞壁的基本组成成分 糖原 动物细胞 动物细胞中的储能物质 水解 3：转化关系： 脱水缩合 二糖或多糖 单糖 1蔗糖→1葡萄糖+1果糖 1麦芽糖→2葡萄糖 1乳糖→1葡萄糖+ 1半乳糖 1淀粉→麦芽糖→葡萄糖 1纤维素→纤维二糖→葡萄糖 1糖原→葡萄糖 4、功能： 主要功能：是生物体维持生命活动的主要能量来源。是生物体重要的结构物质。 其他功能：糖类与蛋白质等物质结合形成的复杂化合物能参与细胞识别，细胞间物质运输和免疫功能的调节等生命活动。 5．【实验】糖类的鉴定： （1）淀粉的鉴定 淀粉 + 碘液 蓝色 （2）生物组织中还原糖的鉴定 50-65℃水浴加热 l 原理 2min 还原性糖 + 斐林试剂 砖红色沉淀 (单糖、麦芽糖和乳糖) 注：斐林试剂的使用： 成分：0.1g/mL NaOH溶液（甲液）、 0.05g/mL CuSO4溶液（乙液） 使用：混合（甲液2mL，乙液4-5滴）后使用，且现配现用。 条件：隔水加热（人教版：50-60℃水浴加热） （二）脂质 1、元素组成：主要由C、H、O组成，有些还含N、P等 2、分类：脂肪、类脂（如磷脂）、固醇（如胆固醇、性激素、维生素D等）。不同的脂质在化学组成和化学结构上有很大差异，但共同的特性是通常都不溶于水。 3、功能： 脂肪：细胞代谢所需能量的主要储存形式。 类脂中的磷脂：是构成生物膜的重要物质，所有细胞都含有磷脂。（是构成细胞膜的重要成分，也是构成细胞器膜的重要成分。在人和动物的脑、卵细胞、肝脏以及大豆种子中含量丰富。） 固醇类：在细胞的营养、调节和代谢中具有重要功能。 胆固醇：构成细胞膜的重要物质，在人体内还参与血液中脂质的运输。 性激素：促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成。 维生素D：能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收。 4、【实验】脂肪的鉴定 l 原理： 脂肪 + 苏丹Ⅲ染液 橘黄色 脂肪 + 苏丹Ⅳ染液 红色 l 过程： 方法一：花生种子匀浆 + 3滴苏丹Ⅲ染液→橘黄色 方法二： 取材：花生种子（浸泡），去掉种皮 切片：用刀片在花生子叶横断面上平行切下若干薄片 制片：①选取最薄的切片 ②在切片上滴2-3滴苏丹Ⅲ染液（染色3min） ③去浮色（1-2滴体积分数50%的酒精溶液） ④制成临时装片（吸去酒精，加1滴蒸馏水，盖上盖玻片） 观察：先用低倍镜观察，再用高倍镜观察 结果与结论：视野中有被染成橘黄色的脂肪颗粒，说明有脂肪存在。 （三）蛋白质 1、元素组成：除C、H、O、N外，大多数蛋白质还含有S 2、含量：细胞中含量最多的有机物。 3、基本组成单位：氨基酸 （1）氨基酸的种类：组成蛋白质的氨基酸约20种。 人教版：将氨基酸分为两类： l 非必需氨基酸：人体细胞可以合成的。（12种） l 必需氨基酸：人体细胞不能合成，必须从外界环境中直接获取的氨基酸。（8种）评价食物中蛋白质成分的营养价值时，格外注重其含量。 （2）氨基酸的结构通式：。 （3）氨基酸的判断： ①同时有氨基和羧基 ②至少有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。 （组成蛋白质的20种氨基酸的区别：R基的不同） 4．形成：许多氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键（-CO-NH-）相连而成肽链，多条肽链盘曲折叠形成有具有一定空间结构的蛋白质 二肽：由2个氨基酸分子组成的肽链。 多肽：由n（n≥3）个氨基酸分子以肽键相连形成的肽链。 蛋白质结构的多样性的原因：组成蛋白质多肽链的氨基酸的种类、数目、排列顺序的不同； 构成蛋白质的多肽链的数目、空间结构不同 5．计算： （1）有关氨基酸脱水缩合反应的计算 一个蛋白质分子中肽键数（脱去的水分子数）＝氨基酸数 － 肽链条数。 一个蛋白质分子中至少含有氨基数（或羧基数）=肽链条数 蛋白质分子量 = 氨基酸数氨基酸平均分子量－脱去的水分子数18 （注意：有时还要考虑肽链之间形成化学键导致的分子量的减少） 6．功能： （1）结构功能：细胞膜主要由蛋白质和磷脂构成，还有各种结构蛋白质。（人教版：许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，如羽毛、头发、肌肉、蛛丝等的成分主要是蛋白质。） （2）调控（节）功能：如激素等能调节、控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。 （3）催化功能：如酶。 （4）运输（载体）功能：如载体蛋白，血红蛋白运输氧气，脂蛋白将脂质从肝运输到身体其他部位。 （5）信息传递功能：（人教版）如胰岛素与细胞表面的受体结合，调节细胞的糖代谢等。 （6）免疫功能：如抗体。 小结：蛋白质的功能还有很多。可以说，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。（人教版） 7．蛋白质研究的新进展： 8、【实验】蛋白质鉴定 l 原理：蛋白质 + 双缩脲试剂→紫色 注：双缩脲试剂的使用： 成分：0.1g/mL NaOH溶液、0.01g/mL CuSO4溶液、 （A液） （B液） 使用：分开使用，先加1mL 0.1g/mL NaOH溶液，再加4滴0.01g/mL CuSO4溶液。 条件：（不需要隔水加热） l 过程（人教版） 选材与制备：鲜肝提取液或黄豆浆滤液 ↓ 呈色反应：取2mL组织样液，向试管中加入1mL双缩脲试剂A液1ml并摇匀，再加入双缩脲试剂B液4滴并摇匀，组织样液变成紫色。 结论：组织样液中存在蛋白质。 （四）核酸 1、元素组成：由C、H、O、N、P 5种元素构成 2、基本单位：核苷酸（由一分子磷酸、一分子五碳糖、一分子含氮碱基组成） 1分子磷酸 脱氧核苷酸 1分子脱氧核糖 （4种） 1分子含氮碱基（A、T、G、C） 1分子磷酸 核糖核苷酸 1分子核糖 （4种） 1分子含氮碱基（A、U、G、C） 3、种类：脱氧核糖核酸（DNA）和 核糖核酸（RNA） 类别 核酸 DNA（脱氧核糖核酸） RNA（核糖核酸） 基本单位 核苷酸 脱氧核糖核苷酸（4种） 核糖核苷酸（4种） 化学成分 碱基 A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶） T（胸腺嘧啶） U（尿嘧啶） 五碳糖 脱氧核糖 核糖 磷酸 磷酸 分布 主要分布在细胞核中（在线粒体和叶绿体中有少量存在） 主要分布在细胞质中（在线粒体和叶绿体中有少量存在） 结构 一般由两条脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构 一般是一条核糖核苷酸长链 （单链RNA不稳定，易发生突变） 功能 绝大多数生物的遗传物质 某些病毒的遗传物质 4、生理功能： DNA分子的4种核苷酸分子不同的组合或序列构成了成千上万种基因，这些基因编码着不同的遗传信息，指导和控制着生物体的形态、生理和行为等多种性状的表达和变化。同时，DNA分子也通过精细准确的自我复制，为生物将其遗传特性传递给下一代提供了最基本的分子基础。 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。（人教版） 5、生物体中DNA和RNA比较： 细胞生物（真核、原核） 非细胞生物（病毒） 核酸 DNA和RNA 只有DNA 只有RNA 遗传物质 DNA DNA RNA 举例 细菌、真菌、动物、植物等 大多数噬菌体 烟草花叶病毒、SARS病毒、艾滋病病毒（HIV）、流感病毒等 6、【实验】观察DNA和RNA在细胞中的分布（人教版） l 原理：甲基绿使DNA呈现绿色，吡罗红（苏教称派洛宁）使RNA呈现红色。 l 结果：绿色明显集中分布于细胞中央，红色广泛分布于绿色的周围。 l 结论：DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中。 第三章 细胞的结构和功能 第一节 生命活动的基本单位——细胞 一、细胞学说的建立和发展 1、建立： l ；细胞的发现者、命名者是英国的科学家胡克； l 细胞学说的建立者是德国的科学家施莱登和施旺。施旺、施莱登提出“一切动物和植物都是由细胞构成的，细胞是一切动植物的基本单位”。 l 在此基础上德国的魏尔肖总结出：“细胞只能来自细胞”，细胞是一个相对独立的生命活动的基本单位。这被认为是对细胞学说的重要补充。 2、意义： 它使动物和植物统一到细胞的基础上，对现代生物科学的发展具有重要意义。 二、光学显微镜的使用 1、方法： 先对光：一转转换器；二调光圈；三调反光镜 再观察：一放标本孔中央；二降物镜片上方；三升镜筒仔细看 2、注意： （1）放大倍数＝物镜的放大倍数目镜的放大倍数 （2）物镜越长，放大倍数越大 目镜越短，放大倍数越大 “物镜—玻片标本”距离越短，放大倍数越大 （3）物像与实际材料上下、左右都是颠倒的 （4）高倍物镜使用顺序： 低倍镜→标本移至中央→高倍镜→大光圈，凹面镜→细准焦螺旋 三、【实验】用显微镜观察多种多样的细胞 结果： 1、不同的细胞形态、大小千差万别。 2、不同的细胞有共同的结构：细胞膜、细胞质、（细胞核）。 结论：细胞既具有多样性，又具有统一性。 第二节 细胞的类型和结构 一、显微结构与亚显微结构 显微结构：光学显微镜下观察到的细胞结构。 亚显微结构：电子显微镜下观察到的细胞结构。 二、细胞的类型 原核细胞 真核细胞 不 同 点 本质区别 无由核膜包被的细胞核 有由核膜包被的细胞核 大小 较小 较大 细胞壁 有，主要成分是糖类和蛋白质 植物细胞有，主要成分是纤维素和果胶（动物细胞无细胞壁） 细胞质 有唯一细胞器核糖体 有核糖体和其他细胞器 细胞核 拟核，无核膜、核仁，DNA不与蛋白质结合 有核膜、核仁，DNA与蛋白质结合成染色体 举例 细菌、蓝藻、放线菌、支原体（无细胞壁） 动物、植物、真菌 相同点 ①都有相似的细胞膜和细胞质 ②都有与遗传关系密切的DNA分子 人教版： 蓝藻也称蓝细菌，颤藻、发菜等都是蓝藻。蓝藻细胞含藻蓝素和叶绿素，是能进行光合作用的自养生物。水域污染、富营养化，会长出水华，影响水质和水中动物的生活，其中有多种蓝藻。细菌中的绝大多数是营腐生或寄生的异养生物。 三、细胞的结构 （一）细胞膜——系统的边界系统（人教版） 1、成分：主要是脂质（约占50%）和蛋白质（约占40%），还有少量的糖类（约占2%-10%） 2、结构：（流动镶嵌模型） l 磷脂双分子层：构成细胞膜的基本骨架 。 （注：磷脂分子包括亲水的头部和疏水的尾部） l 蛋白质：不同程度的嵌入、贯穿或附着在磷脂双分子层的表面。 （注：功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多） l 外表面：糖分子与蛋白质结合形成糖蛋白。 （注：糖蛋白与细胞识别有关） 3、特点： （1）结构特点：具有一定的流动性 （原因：构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大多数是可以运动的）； （2）功能特点：具有选择透过性。 4、功能：（人教版） 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性。 ②控制物质的进出； 如：细胞需要的营养物质可以可以进入细胞，而细胞不需要或对细胞有害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。 ③进行细胞间信息交流 附：细胞壁 植物细胞细胞膜外面还有一层细胞壁，其主要成分是纤维素和果胶，对植物细胞有支持和保护的功能。 （二）细胞质： 是指细胞膜以内，细胞核以外的部分，主要包括细胞质基质和细胞器。 1、细胞质基质： 成分：水、无机盐离子、脂质、糖类、蛋白质、氨基酸、核苷酸等，许多蛋白质类酶。 功能：为生命活动提供了重要的代谢反应场所和所需的物质物质（如核苷酸、氨基酸等）及一定的环境条件，影响细胞的形状、分裂、运动及细胞器的转运等。 2、细胞器：——系统内的分工合作。细胞器是指细胞质基质中一些具有特定形态结构、功能的结构。 （1）双层膜细胞器 l 线粒体： 结构：有内外两层膜，内膜向内突起形成“嵴”，内膜以内是线粒体基质。 功能：是细胞进行有氧呼吸的主要场所（第二、三阶段），在线粒体内膜与基质中有多种与有氧呼吸有关的酶。细胞生命活动所需能量大约95%来自线粒体。 分布：动、植物细胞。 特点：含少量DNA和RNA l 叶绿体： 结构：由双层膜、类囊体、基质构成（许多类囊体叠合构成基粒），在类囊体薄膜上有光合作用必需的色素和与光反应有关的酶，基粒之间的基质中含有与暗反应有关的酶。 功能：进行光合作用的场所。 分布：主要存在于植物的叶肉细胞中。 特点：含少量DNA和RNA （2）单层膜细胞器 l 内质网： 结构：由膜构成的复杂结构，广泛分布在细胞质基质内。内质网膜与核膜相连，内质网腔与内、外两层核膜之间的腔相通；有的细胞中内质网膜与细胞膜相连，有的细胞中内质网膜与线粒体外膜相连。 功能：①增大了细胞内的膜面积，膜上有多种酶，有利于化学反应进行； ②合成和加工蛋白质（形成蛋白质的空间结构）、与脂质的合成有关。 分布：动、植物细胞。 l 高尔基体： 结构：由扁平小囊和小泡组成。 功能：①与动物细胞分泌物的形成有关； ②与植物细胞细胞壁的形成有关； ③加工和转运来自内质网蛋白质，形成成熟的蛋白质。 分布：动、植物细胞。 l 液泡： 结构：泡状结构，外面的膜称液泡膜，里面的液体称细胞液，其中含有糖类、无机盐、色素和氨基酸等物质。成熟的植物细胞中有大液泡。 功能：调节细胞的内环境，使细胞维持一定的渗透压，保持细胞的形态。 分布：普遍存在于植物细胞。 l 溶酶体（人教版） 结构：单层膜构成的囊状结构。 功能：含多种水解酶，是“消化车间”。能分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒、病菌。 分布：动、植物细胞。 （3）无膜细胞器 l 核糖体： 结构：无膜结构。含rRNA。 功能：合成蛋白质的场所。 分布：动、植物细胞。（注：其他细胞，包括原核细胞也有） l 中心体： 结构：无膜结构，由两个垂直排列的中心粒及其周围物质组成。 功能：与动物细胞的有丝分裂有关。 分布：动物细胞。（注：低等植物细胞中也有） 小结： 1、高等动、植物细胞区别：高等动物特有的结构是中心体；高等植物特有的结构有细胞壁、叶绿体、液泡。 2、具有双层膜的细胞器有线粒体、叶绿体；具有单层膜的细胞器有内质网、高尔基体、液泡、溶酶体；没有膜的细胞器有核糖体、中心体； 3、能产生水的细胞器有：线粒体、核糖体、叶绿体、高尔基体。 4、能产生ATP（与能量转换有关）的结构有：线粒体、核糖体、细胞质基质。 5、与主动运输有关的细胞器有：线粒体、核糖体。 6、生理互动中遵循碱基互补配对原则的结构有：细胞核、核糖体、线粒体、叶绿体。 7、参与细胞分裂的细胞器有：线粒体、核糖体、中心体、高尔基体。 8、含色素的细胞器有：叶绿体、液泡、有色体。 9、与碳循环有关的细胞器有：叶绿体、线粒体。 10、核糖体在细胞中的分布和功能：有的附着在内质网上（合成分泌蛋白，如消化酶、抗体、部分激素等）；有的游离在细胞质基质中（合成胞内蛋白，如与有氧呼吸有关的酶） 细胞内有许多条“生产线”。每条“生产线”都需要若干细胞器的相互配合。各种细胞器的形态、结构不同，在功能上也各有分工。（人教版）体现了“结构与功能相统一、局部与整体相统一”。 （三）细胞核（真核细胞）——系统的控制中心 1、结构：由核膜、核仁、染色质等组成。 （1）核膜：双层膜，膜上有核孔（细胞核与细胞质之间的物质交换通道，RNA、蛋白质等大分子进出必须通过核孔），核膜上还有多种酶。 （2）核仁：细胞有丝分裂中，周期性的消失（前期）和重建（末期），核糖体中的RNA来自核仁。蛋白质合成旺盛的细胞中，常有较大的核仁。 （3）染色质：细胞核中容易被碱性染料染成深色的物质，主要由DNA和蛋白质组成。 （注：染色质和染色体的关系：细胞中同一种物质在不同时期的两种表现形态） 2、功能： 是遗传物质DNA的储存和复制的主要场所； 是细胞遗传特性和细胞代谢活动的控制中心。 五、细胞的生物膜系统 1、概念：在真核细胞中，细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕而成的细胞器，在结构和功能上是紧密联系的统一整体，它们形成的结构体系，称为细胞的生物膜系统。 2、作用：（人教版） （1）细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转换和信息传递的过程中起着决定性作用。 （2）许多重要的化学反应都在生物膜上进行，这些化学反应需要酶的参与，广阔的膜面积为多种酶提供了大量的附着位点。 （3）细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开，如同一个个小的区室，这样就使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会互相干扰，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。 3、生物膜系统之间的联系 （1）生物膜在化学组成上的联系 ①相似性：各种生物膜在组成成分的种类上基本相同，都主要由蛋白质和脂质组成。 ②差异性：各种生物膜在组成成分的含量上有显著差异。功能越复杂的生物膜中，蛋白质的种类和数量越多；具有识别功能的细胞膜中糖类含量较多。 （2）生物膜在结构上的联系 （3）生物膜在功能上的联系（以分泌蛋白的合成、运输、加工为例） 细胞核：基因的转录，将遗传信息传递到细胞质 ↓ 线粒体供能 核糖体：利用氨基酸合成多肽。 ↓ 内质网：对多肽进行初步加工，形成蛋白质的空间结构，再以囊泡的方式运送到高尔基体。 ↓ 高尔基体：将多肽再加工为成熟的蛋白质，再以囊泡的方式运送到细胞膜并与之融合。 ↓ 细胞膜：通过外排作用，将蛋白质分泌到细胞外成为分泌蛋白。 注：上述过程的发现所用的研究手段是同位素示踪技术。 六、细胞的完整性： 细胞是一个有机的统一整体，细胞只有保持完整性，才能正常地完成各种生命活动。 （第三章）第三节 物质的跨膜运输 一、物质进出细胞的方式： （一）物质跨膜运输方式的类型几特点 1、小分子物质跨膜运输的方式： 方式 浓度 载体 能量 举例 意义 被动运输 简单 扩散 高→低 O2、CO2、水、乙醇、甘油、小分子脂肪酸 只能从高到低被动地吸收或排出物质 易化 扩散 高→低 √ 葡萄糖进入红细胞 主动 运输 一般低→高 √ √ 各种离子，小肠吸收葡萄糖、氨基酸，肾小管重吸收葡萄糖 保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择并吸收营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。 2、大分子和颗粒性物质跨膜运输的方式： （1）内吞作用： 过程：大分子或颗粒附着在细胞膜上，这部分细胞膜内陷形成小囊，然后小囊从细胞膜上脱离下来，形成囊泡，进入细胞内部。 实例：白细胞吞噬大肠杆菌，变形虫吞噬有机颗粒。 （2）外排作用 过程：大分子先在细胞内形成小囊泡，囊泡移到细胞膜处，与细胞膜融合，小囊泡逐渐移到细胞表面，并且向细胞外张开，将大分子排出。 实例：胰岛B细胞分泌胰岛素。 （二）生物膜的特点： 1、结构特点：具有一定的流动性 l 原因：构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子大多数是可以运动的。 l 意义：物质运输、细胞识别、细胞融合、细胞表面受体接受信息的调节功能等均与之有关。 2、功能特点：具有选择透过性。 决定 决定 l 表现：水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子或分子也可以通过，其他的离子或分子则不能通过。 l 原因：遗传性 载体种类、数量 选择性 3、流动性与选择透过性的关系 ①区别：流动性是生物膜的结构特点，选择透过性是生物膜的功能特点。 ②联系：流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性。 （三）生物膜的流动镶嵌模型 1、生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容 磷脂双分子层构成了膜的基本骨架，这个支架不是静止的，磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性。蛋白质分子有的镶在磷脂双分子表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。大多数蛋白质也是可以运动的。 2、尝试制作生物膜模型（略） （四）渗透实验： 1、发生渗透作用的基本条件——渗透系统 具有半透膜 膜两侧的溶液具有浓度差 2、渗透系统的组成（如右下图，开始时漏斗内外液面相等，溶质不能透过半透膜） （1）若S1>S2，则单位时间内进入漏斗中的水分子多，表现为漏斗内液面上升。 （2）若S2>S1，则单位时间内进入烧杯中的水分子多，表现为漏斗内液面下降。 （3）若S1=S2，则单位时间内进入漏斗中的水分子与进入烧杯中的水分子一样多，表现为漏斗内液面高度不变。 【特别提示】 （1）半透膜两侧溶液间的水分子是进行双向运动的； （2）上述原理适用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小。 （3）水分子、葡萄糖分子可以通过半透膜，蔗糖分子不能通过半透膜； 3、动、植物细胞符合渗透系统 （1）动物细胞：细胞膜相当于半透膜 l 当细胞质浓度>外界溶液浓度时，细胞吸水膨胀； l 当细胞质浓度<外界溶液浓度时，细胞失水皱缩； l 当细胞质浓度=界溶液浓度时，细胞水分进出平衡，形态不变。 （2）成熟植物细胞：原生质层（包括细胞膜、液泡膜、两层膜之间细胞质）相当于半透膜 l 当外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞通过渗透作用失水，发生质壁分离现象； l 将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度高于外界清水，植物细胞就吸水，发生质壁分离复原现象； 三、【实验】观察植物细胞的质壁分离和复原 1、实验原理： 成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。 原生质层（细胞膜、液泡膜、两层膜之间细胞质）相当于半透膜。 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，显微镜等 3、方法步骤： （1）制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片。 （2）低倍镜下观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡的大小以及原生质层位置。 （现象：有一个紫色的中央大液泡；原生质层紧贴着细胞壁。） （3）在盖玻片一侧滴入蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸，重复几次，让洋葱表皮浸润在蔗糖溶液中。 （4）用低倍镜观察，看细胞的中央液泡是否逐渐变小，原生质层在什么位置、细胞大小是否变化。 （现象：中央液泡逐渐变小，细胞液颜色变深，原生质层与细胞壁逐渐分离。） （5）在盖玻片一侧滴入清水，另一侧用吸水纸吸，重复几次，让洋葱表皮浸润在清水中。 （6）用低倍镜下观察，看中央液泡是否逐渐变大，原生质层的位置有没有变化，细胞的大小有没有变化。 （现象：中央液泡逐渐变大，细胞液颜色变浅，原生质层逐渐贴近细胞壁。） 4、实验结论： 成熟的植物细胞能与外界溶液发生渗透作用， 外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞失水（发生质壁分离现象） 外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞吸水（发生质壁分离复原现象） 5、应用 （1）判断细胞的死活。 （2）测定细胞液浓度范围。 待测细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液（分别镜检）→细胞液浓度范围等于未发生质壁分离和 刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围。 （3）鉴别不同种类的溶液。 成熟植物细胞 + 不同种类溶液 →质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液（如蔗糖溶液） 质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液（如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液） （4）验证细胞壁和原生质层的伸缩性大小。 发生质壁分离现象→细胞壁伸缩性小于原生质层的伸缩性 不发生质壁分离现象→细胞壁伸缩性大于原生质层的伸缩性 （5）比较不同植物细胞的细胞液浓度。 同一植物的不同成熟细胞+同一浓度的蔗糖溶液（镜检）→刚发生质壁分离所需时间比较 →判断细胞液浓度（或质壁分离速度） （6）鉴别不同种类的溶液。 成熟植物细胞 + 不同种类溶液 →质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液（如蔗糖溶液） 质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液（如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液） 四、影响植物吸收无机盐（矿质元素）离子的因素 1、内因——遗传因素表现 决定 决定 不同植物DNA不同 载体种类、数量不同 选择性吸收 不同植物对同一离子的吸收能力不同； 同种植物对不同离子的吸收能力不同。 （注意：载体具有特异性，不同的离子一般需要不同的载体来运输。） 影响 影响 2、外因——影响呼吸作用的因素 影响 ①土壤中O2含量 呼吸 ATP 主动 ②温度→呼吸酶活性 作用 的生成 运输 3、根吸收无机盐（矿质元素）离子与溶液中离子浓度的关系 （1）曲线AB段表示在一定离子浓度范围内，根吸收离子的速度随离子浓度的增大而加快。 （2）曲线BC段表示当离子浓度增大到一定数值时，根的吸收速率不再增加，这是由根细胞膜上载体的数量决定。 （3）曲线CD段表示当离子浓度过高时，将会使根细胞失水，从而影响根细胞正常的代谢活动，使离子吸收速率下降。 五、植物对水分和无机盐（矿质元素）吸收的关系 比较 水分的吸收 矿质元素的吸收 区 别 过程 主要通过渗透作用完成 通过主动运输完成 动力 浓度差；蒸腾作用 根细胞呼吸产生的ATP 影响因素 ①细胞液与外界溶液的浓度差 ②蒸腾作用的强度 ①植物自身的遗传特性 ②土壤中O2含量 ③土壤温度 联系 ①无机盐（矿质元素）必须溶解在水中呈离子状态，才能被细胞吸收 ②吸收后的无机盐（矿质元素）离子，影响对水分的吸收，并随水分一起运输 小结：植物对水的吸收和对无机盐（矿质）离子的吸收是两个相对独立的过程。 第四章 光合作用和细胞呼吸 第一节 ATP和酶 一、ATP在能量代谢中的作用： 1、ATP的功能：ATP是生命活动的直接能源物质。 注：生物体内 可以提供能量的物质有糖类、脂肪、蛋白质 生命活动的主要的能源物质是糖类 植物细胞中储存能量的多糖是淀粉 动物细胞中储存能量的多糖是糖原 储备能源物质是脂肪 细胞进行生命活动所需要的主要能源物质是葡萄糖 生命活动的根本能量来源是太阳光能 2、ATP的化学组成与结构特点： 中文名：腺嘌呤核苷三磷酸（人教版：三磷酸腺苷） 构成：腺嘌呤—核糖—磷酸基团～磷酸基团～磷酸基团（如右图） 结构简式： A-P～P～P（A ：腺嘌呤核苷 P：磷酸基团 ~ ：高能磷酸键） 简称：ATP（A ：腺嘌呤核苷 T ：3 P：磷酸基团） 3、ATP在能量代谢中的作用： ATP末端的高能磷酸键相当脆弱，水解时容易断裂，ATP水解生成腺嘌呤核苷二磷酸（ADP）和无机磷酸（Pi），同时释放出能量，为各种生命活动直接供能。 注：ADP可以继续水解生成腺嘌呤核苷酸（简称AMP）和无机磷酸（Pi）,其中AMP是构成RNA的基本单位之一，可作为RNA的合成原料。 4、ATP的形成途径： l ATP与ADP的相互转化： 酶 ATP ADP＋Pi＋能量 思考：该反应式向右表示ATP水解，向左：表示ATP合成，但上述反应式能不能表示可逆反应？ 分析： 酶 ATP的水解 酶 ATP的合成 反应式 ATP → ADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量 → ATP 所需酶 ATP水解酶 ATP合成酶 能量来源 储存在高能磷酸键中的能量 动物：细胞呼吸 植物：细胞呼吸和光合作用 能量去路 用于各项生命活动 储存在形成的高能磷酸键中 反应场所 生物体的需能部分 细胞质基质、线粒体、叶绿体 小结： （1）从表上可以看出，ATP与ADP相互转化过程中，反应类型，反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同，因此，ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。但物质是可以循环利用的（能量不可逆）。 （2）ATP在细胞中含量并不多，但它却能作为各种生命活动的直接能源物质，原因是细胞中ATP与ADP循环转变，且十分迅速。 l ATP产生量与O2供给量之间的关系（如下图） （1）A点表示在无氧的条件下，细胞可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量的ATP。 （2）AB段表示随O2供给量逐渐增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放出来的能量明显增多，ATP产生量随之升高。 （3）BC段表示O2供给量超过一定的范围，ATP的产生量不再增加，因为有氧呼吸产生ATP的过程还受其他条件的限制，如酶、ADP、Pi等。 二、酶在代谢中的作用： 1、酶的概念：酶通常是指由活细胞产生的、具有催化活性的一类特殊的蛋白质，又称为生物催化剂。（少数是RNA）。 附：酶化学本质的实验验证 （1）证明某种酶是蛋白质 实验组：待测酶液 + 双缩脲试剂 → 是否出现紫色反应 对照组：已知蛋白质溶液 + 双缩脲试剂 → 出现紫色反应 （2）证明某种酶是RNA 实验组：待测酶液 + 吡罗红染液 → 是否呈现红色 对照组：已知RNA溶液 +吡罗红染液→ 出现红色 注：利用酶的特异性也可探究某种酶的化学本质是蛋白质还是RNA，将某种酶液用蛋白酶或核糖核酸酶处理，根据酶液是否被水解予以判断。 2、酶的特性： （1）催化性 操作顺序 项 目 1号试管 2号试管 1 底物 2mL 3%的H2O2 2mL 3%的H2O2 2 滴加 2滴新鲜酵母菌液 2滴蒸馏水 3 用棉花堵住试管 √ √ 4 插入点燃无火焰卫生香 √ √ 5 现象 产生大量气泡； 卫生香燃烧猛烈 无气泡产生； 卫生香燃烧无变化 结论：酶具有催化性（注：同无机催化剂一样，化学反应前后酶的性质和数量不发生变化） （2）高效性（比较过氧化氢在不同条件下的分解效果） 注：每滴质量分数为3.5%FeCl3溶液中