《生物高一必修一思维导图》
一、走进细胞的世界
1. 细胞的发现与研究方法
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1.1 显微镜的使用
- 1.1.1 光学显微镜
- 结构：目镜、物镜、载物台、压片夹、遮光器（光圈、反光镜）、粗准焦螺旋、细准焦螺旋等
- 使用步骤：取镜安放、对光、安放玻片、观察、收镜
- 放大倍数：物镜倍数 × 目镜倍数
- 成像特点：倒像，放大倍数越大，视野越暗，观察到的细胞数目越少，视野范围越小。
- 注意：观察时先用低倍镜观察，再换高倍镜观察。
- 1.1.2 电子显微镜
- 放大倍数：远高于光学显微镜
- 观察对象：细胞的精细结构（如核糖体、内质网等）
- 1.1.1 光学显微镜
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1.2 细胞学说的建立
- 1.2.1 提出者：施莱登和施旺
- 1.2.2 基本内容：
- 细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，细胞是生物体结构和功能的基本单位。
- 细胞可以从已存在的细胞产生。
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1.3 研究方法
- 1.3.1 观察法：直接观察细胞的形态、结构和行为
- 1.3.2 实验法：通过实验来研究细胞的生命活动
- 1.3.3 同位素示踪法：利用放射性同位素来追踪细胞内的物质变化
- 1.3.4 细胞培养技术：在体外培养细胞，用于研究细胞的生长、分化和代谢
2. 细胞的多样性和统一性
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2.1 细胞的类型
- 2.1.1 原核细胞
- 结构：没有核膜，只有拟核，包含DNA和核糖体。细胞器只有核糖体。
- 代表生物：细菌、蓝藻、支原体、衣原体
- 2.1.2 真核细胞
- 结构：有核膜，有成形的细胞核，有各种细胞器（如线粒体、内质网、高尔基体等）
- 代表生物：动物、植物、真菌等
- 2.1.1 原核细胞
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2.2 细胞大小、形态的多样性
- 受环境因素影响
- 与细胞功能相适应
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2.3 细胞的统一性
- 组成元素相似
- 都有细胞膜、细胞质和核糖体
- 遗传物质都是DNA
二、组成细胞的分子
1. 细胞中的元素和化合物
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1.1 细胞中的元素
- 1.1.1 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
- 1.1.2 微量元素：Fe、Zn、Cu、Mn、B、Mo等
- 1.1.3 元素含量：O>C>H>N
- 1.1.4 最基本元素：C
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1.2 细胞中的化合物
- 1.2.1 无机物
- 水：含量最高，存在形式：自由水（代谢场所）、结合水（细胞结构成分）
- 无机盐：维持细胞的生命活动（如维持酸碱平衡，调节渗透压）
- 1.2.2 有机物
- 糖类：
- 组成元素：C、H、O
- 单糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、脱氧核糖、核糖
- 二糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖
- 多糖：淀粉、纤维素、糖原
- 功能：提供能量、组成细胞结构
- 脂质：
- 组成元素：C、H、O，有些含N、P
- 脂肪：储能物质，绝热，保护内脏
- 磷脂：构成细胞膜的重要成分
- 固醇：胆固醇（构成细胞膜，参与调节）、性激素（调节生长发育）、维生素D（促进钙吸收）
- 蛋白质：
- 组成元素：C、H、O、N，有些含S
- 基本单位：氨基酸
- 结构层次：一级结构（氨基酸的种类、数目、排列顺序），二级结构（α螺旋、β折叠），三级结构，四级结构
- 功能：结构蛋白、催化（酶）、运输、免疫、调节、运动等
- 核酸：
- 组成元素：C、H、O、N、P
- 基本单位：核苷酸
- 类型：DNA（脱氧核糖核酸）、RNA（核糖核酸）
- 功能：遗传信息的携带者，控制生物的遗传和变异
- 糖类：
- 1.2.1 无机物
2. 细胞中的重要有机分子
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2.1 蛋白质
- 2.1.1 氨基酸
- 结构特点：至少含有一个氨基和一个羧基，且有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
- 种类：组成蛋白质的氨基酸约20种
- 形成：脱水缩合
- 2.1.2 蛋白质结构与功能的多样性
- 蛋白质结构的多样性：氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，肽链的空间结构不同
- 蛋白质功能的多样性：与结构的多样性有关
- 2.1.3 蛋白质的检测
- 双缩脲试剂：用于检测蛋白质，产生紫色反应
- （注意：与斐林试剂的区别，斐林试剂检测还原糖，需要加热产生砖红色沉淀）
- 2.1.1 氨基酸
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2.2 核酸
- 2.2.1 DNA
- 结构：双螺旋结构，由脱氧核苷酸组成，A与T配对，G与C配对
- 分布：主要分布在细胞核中，少量在线粒体和叶绿体中
- 功能：遗传信息的携带者
- 2.2.2 RNA
- 结构：单链结构，由核糖核苷酸组成，A与U配对，G与C配对
- 分布：细胞质中
- 类型：mRNA（信使RNA）、tRNA（转运RNA）、rRNA（核糖体RNA）
- 功能：参与蛋白质的合成
- 2.2.1 DNA
三、细胞的生命历程
1. 细胞膜的结构和功能
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1.1 细胞膜的结构
- 1.1.1 流动镶嵌模型
- 磷脂双分子层：构成细胞膜的基本支架
- 蛋白质：镶嵌、贯穿、覆盖在磷脂双分子层上
- 糖蛋白（糖被）：细胞识别、保护、润滑等作用
- 1.1.2 细胞膜的特点：具有一定的流动性，功能具有选择透过性
- 1.1.1 流动镶嵌模型
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1.2 细胞膜的功能
- 1.2.1 保护作用
- 1.2.2 控制物质进出细胞
- 自由扩散：高浓度到低浓度，不需要载体和能量，如水、气体
- 协助扩散：高浓度到低浓度，需要载体，不需要能量，如葡萄糖进入红细胞
- 主动运输：低浓度到高浓度，需要载体和能量，如葡萄糖、氨基酸等
- 胞吞和胞吐：大分子物质的进出方式，需要能量
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1.3 细胞间的连接方式
- 植物细胞：胞间连丝
- 动物细胞：紧密连接、桥粒等
2. 细胞器——系统内的分工合作
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2.1 具有双层膜的细胞器
- 2.1.1 线粒体：有氧呼吸的主要场所，含有少量DNA和RNA
- 2.1.2 叶绿体：光合作用的场所，含有少量DNA和RNA
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2.2 具有单层膜的细胞器
- 2.2.1 内质网：蛋白质合成、加工、运输的场所，脂质合成的场所
- 2.2.2 高尔基体：蛋白质的加工、分类、包装和运输，植物细胞中参与细胞壁的形成
- 2.2.3 液泡：调节细胞渗透压，储存物质
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2.3 没有膜结构的细胞器
- 2.3.1 核糖体：蛋白质合成的场所
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2.4 其他细胞结构
- 2.4.1 中心体：动物细胞和低等植物细胞中，与细胞分裂有关
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2.5 细胞核
- 2.5.1 结构：核膜、核孔、核仁、染色质
- 2.5.2 功能：遗传信息的储存场所，细胞代谢和遗传的控制中心
3. 酶在代谢中的作用
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3.1 酶的特性
- 3.1.1 高效性：酶的催化效率比无机催化剂高
- 3.1.2 专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应
- 3.1.3 作用条件比较温和：在适宜的温度和pH条件下活性最高
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3.2 酶的本质：大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA
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3.3 影响酶活性的因素
- 3.3.1 温度：最适温度下活性最高，高温使酶变性失活，低温抑制酶活性
- 3.3.2 pH：最适pH下活性最高，过酸或过碱使酶变性失活
- 3.3.3 酶浓度：在底物充足的条件下，酶活性与酶浓度成正比
- 3.3.4 底物浓度：在酶浓度一定的条件下，随着底物浓度的增加，酶活性先增大，后趋于稳定
4. 细胞的能量货币——ATP
- 4.1 ATP的结构：腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团
- 4.2 ATP的特点：高能磷酸键，水解时释放大量能量
- 4.3 ATP与ADP的相互转化：
- ATP → ADP + Pi + 能量：能量用于各项生命活动
- ADP + Pi + 能量 → ATP：能量来自光合作用和呼吸作用
- 4.4 ATP的功能：直接为生命活动提供能量，是细胞的能量货币
5. 细胞的增殖
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5.1 细胞周期的概念：连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止
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5.2 细胞的无丝分裂：没有纺锤丝和染色体的出现，如蛙红细胞的分裂
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5.3 细胞的有丝分裂：
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5.3.1 过程：
- 间期：DNA复制和相关蛋白质的合成
- 前期：核膜、核仁消失，染色质螺旋化形成染色体，纺锤丝出现
- 中期：染色体排列在赤道板上
- 后期：着丝点分裂，染色单体分离，分别移向细胞两极
- 末期：核膜、核仁重新出现，染色体解旋成染色质，细胞质分裂
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5.3.2 意义：保证了亲代和子代细胞遗传物质的稳定性
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6. 细胞的分化、衰老和凋亡
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6.1 细胞分化：
- 6.1.1 概念：在个体发育中，由一个或一种细胞产生形态结构和生理功能不同的细胞的过程
- 6.1.2 本质：基因的选择性表达
- 6.1.3 意义：使生物体内的细胞种类增多，功能完善
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6.2 细胞衰老：
- 6.2.1 特征：细胞内水分减少，酶活性降低，色素积累，呼吸速率减慢，细胞体积变小
- 6.2.2 原因：多种因素共同作用的结果
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6.3 细胞凋亡：
- 6.3.1 概念：由基因决定的细胞自动结束生命的过程
- 6.3.2 意义：清除体内衰老、病变的细胞，维持内部环境的稳定
7. 癌细胞的特征
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7.1 癌细胞的特征：
- 能够无限增殖
- 细胞形态结构发生显著变化
- 细胞表面发生改变，细胞间的黏着性降低，容易转移
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7.2 癌变的原因：
- 遗传物质发生了改变，原癌基因和抑癌基因发生突变