《思维导图生物必修一》

一、走进细胞

1. 细胞的统一性和多样性

• 统一性：
  • 基本组成元素：C、H、O、N是基本元素，含量最多的元素是O。
  • 主要组成元素：C、H、O、N、P、S。
  • 最重要的化合物：水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质、核酸。
  • 遗传物质：DNA (脱氧核糖核酸)。
  • 基本结构：细胞膜、细胞质、细胞核（真核细胞）或拟核（原核细胞）。
  • 能量代谢：ATP是直接能源物质。
• 多样性：
  • 细胞形态：球形、柱状、梭形、纤维状等。
  • 细胞结构：真核细胞与原核细胞的结构差异显著，同为真核细胞，动植物细胞结构也存在差异。
  • 细胞功能：不同细胞分工不同，执行不同的生理功能。
• 病毒：
  • 无细胞结构，由蛋白质外壳和内部的核酸构成。
  • 必须寄生在活细胞中才能进行生命活动。
  • 核酸类型：DNA病毒或RNA病毒。

2. 细胞的类型

• 原核细胞：
  • 结构特点：无核膜，无成形的细胞核，只有拟核。
  • 细胞器：仅有核糖体。
  • 典型生物：细菌、蓝藻、支原体、衣原体、放线菌。
  • DNA存在形式：环状DNA分子，不与蛋白质结合。
• 真核细胞：
  • 结构特点：有核膜，有成形的细胞核。
  • 细胞器：多种细胞器，如线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体、液泡、叶绿体（植物细胞）。
  • 典型生物：真菌、动植物。
  • DNA存在形式：线性DNA分子，与蛋白质结合形成染色体。

3. 细胞的结构

• 细胞膜：
  • 成分：磷脂双分子层、蛋白质、少量糖类。
  • 结构特点：具有流动性。
  • 功能：
    • 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。
• 细胞质：
  • 细胞质基质：液态，含有多种物质，是细胞代谢的场所。
  • 细胞器：
    • 线粒体：有氧呼吸的主要场所，提供能量。
    • 叶绿体：光合作用的场所，存在于植物细胞中。
    • 内质网：蛋白质合成和加工、脂质合成的车间。
    • 高尔基体：蛋白质的加工、分类和包装，与细胞分泌物形成有关。
    • 核糖体：蛋白质合成的场所。
    • 溶酶体：含有多种水解酶，分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死入侵的病菌。
    • 液泡：调节细胞内的环境，储存物质（植物细胞）。
    • 中心体：与细胞有丝分裂有关（动物和某些低等植物细胞）。
• 细胞核：
  • 结构：
    • 核膜：双层膜结构，控制物质进出。
    • 核孔：实现细胞核与细胞质之间物质交换的通道。
    • 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，是遗传物质的载体。
  • 功能：遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

二、组成细胞的分子

1. 水和无机盐

• 水：
  • 含量：细胞中含量最多的化合物。
  • 存在形式：自由水和结合水。
  • 功能：
    • 良好的溶剂。
    • 参与细胞内的许多化学反应。
    • 运输营养物质和代谢废物。
    • 维持细胞的形态和功能。
• 无机盐：
  • 存在形式：离子形式。
  • 功能：
    • 维持细胞和生物体的生命活动。
    • 构成细胞中的某些复杂化合物，如Fe是血红蛋白的成分。
    • 维持细胞的渗透压和酸碱平衡。

2. 糖类和脂质

• 糖类：
  • 元素组成：C、H、O
  • 分类：
    • 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：
    • 主要的能源物质。
    • 构成细胞的结构物质，如纤维素是细胞壁的主要成分。
    • 参与细胞识别。
• 脂质：
  • 元素组成：C、H、O，有些含N、P。
  • 分类：
    • 脂肪：储存能量。
    • 磷脂：构成细胞膜的重要成分。
    • 固醇：胆固醇、性激素、维生素D等。
  • 功能：
    • 储存能量。
    • 构成细胞膜等结构。
    • 调节生理功能。

3. 蛋白质

• 元素组成： C、H、O、N，有些含S。
• 基本单位： 氨基酸。
  • 结构特点：至少含有一个氨基和一个羧基，且氨基和羧基连接在同一个碳原子上。
  • 分类：必需氨基酸和非必需氨基酸。
• 蛋白质的结构：
  • 一级结构：氨基酸的种类、数目和排列顺序。
  • 二级结构：α螺旋、β折叠等。
  • 三级结构：在二级结构基础上形成具有一定空间结构的结构。
  • 四级结构：由多个具有三级结构的亚基组成。
• 蛋白质的功能：
  • 结构蛋白：构成细胞和生物体的结构。
  • 催化功能：酶。
  • 运输功能：血红蛋白。
  • 免疫功能：抗体。
  • 调节功能：激素。
  • 识别功能：受体。

4. 核酸

• 元素组成： C、H、O、N、P。
• 基本单位： 核苷酸。
  • 组成：磷酸、五碳糖（脱氧核糖或核糖）、含氮碱基。
  • 含氮碱基：A、T、C、G (DNA)， A、U、C、G (RNA)。
• 分类：
  • DNA (脱氧核糖核酸)：遗传物质，双链螺旋结构。
  • RNA (核糖核酸)：遗传信息表达的中间媒介，单链结构。
• 功能：
  • DNA：储存遗传信息，控制生物的性状。
  • RNA：参与蛋白质的合成。

三、细胞的物质进出

1. 物质跨膜运输的方式

• 被动运输：
  • 定义：物质顺浓度梯度运输，不需要消耗能量。
  • 类型：
    • 自由扩散：O2、CO2、H2O、甘油、乙醇等。
    • 协助扩散：葡萄糖进入红细胞。需要载体蛋白的协助。
• 主动运输：
  • 定义：物质逆浓度梯度运输，需要消耗能量，需要载体蛋白的协助。
  • 例子：葡萄糖、氨基酸、K+、Na+等。
• 胞吞和胞吐：
  • 大分子物质进出细胞的方式，需要消耗能量。

2. 影响物质跨膜运输的因素

• 细胞膜的结构： 流动性。
• 载体蛋白： 种类和数量。
• 浓度差： 影响被动运输的速率。
• 能量： 影响主动运输的速率和胞吞胞吐。
• 温度： 影响细胞膜的流动性和酶的活性。
• pH值： 影响酶的活性。

四、细胞的能量供应和利用

1. ATP：细胞的能量通货

• 结构简式： A-P~P~P (A：腺苷，P：磷酸基团，~：高能磷酸键)。
• 合成场所： 细胞质基质、线粒体、叶绿体（植物细胞）。
• 功能： 直接能源物质，为细胞的各项生命活动提供能量。
• 能量来源： 呼吸作用和光合作用。
• ATP与ADP的相互转化：
  • ATP → ADP + Pi + 能量 (水解反应)
  • ADP + Pi + 能量 → ATP (合成反应)

2. 酶：细胞代谢的催化剂

• 本质： 大多数酶是蛋白质，少数是RNA。
• 特性：
  • 高效性：酶的催化效率很高。
  • 专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应。
  • 温和性：在温和的条件下（如常温常压）即可进行。
• 影响酶活性的因素：
  • 温度：低温抑制酶活性，高温使酶变性失活。
  • pH值：过酸或过碱都会使酶变性失活。
  • 酶浓度：酶浓度增加，反应速率加快（底物充足）。
  • 底物浓度：底物浓度增加，反应速率加快（酶量一定）。
• 酶的作用机理： 降低化学反应的活化能。

3. 细胞呼吸

• 定义： 有机物在细胞内氧化分解，释放能量的过程。
• 类型：
  • 有氧呼吸：
    • 场所：细胞质基质和线粒体。
    • 过程：
      • 第一阶段：葡萄糖分解为丙酮酸和少量[H]，释放少量能量。
      • 第二阶段：丙酮酸和水反应生成CO2和[H]，释放少量能量。
      • 第三阶段：[H]与O2反应生成水，释放大量能量。
    • 总反应式：C6H12O6 + 6O2 + 6H2O → 6CO2 + 12H2O + 大量能量
  • 无氧呼吸：
    • 场所：细胞质基质。
    • 过程：葡萄糖分解为酒精和CO2（植物、酵母菌）或乳酸（动物、某些细菌），释放少量能量。
    • 反应式：
      • C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 少量能量
      • C6H12O6 → 2C3H6O3 + 少量能量
• 影响细胞呼吸的因素：
  • 温度：影响酶的活性。
  • 氧气浓度：影响有氧呼吸的速率。
  • 水分：影响细胞代谢。

4. 光合作用

• 定义： 植物利用光能，将CO2和水转化为有机物，释放氧气的过程。
• 场所： 叶绿体。
• 过程：
  • 光反应阶段：
    • 场所：叶绿体类囊体薄膜。
    • 过程：
      • 水的光解：H2O → [H] + O2 + ATP。
      • ATP的生成：ADP + Pi + 光能 → ATP。
  • 暗反应阶段：
    • 场所：叶绿体基质。
    • 过程：
      • CO2的固定：CO2 + C5 → 2C3。
      • C3的还原：2C3 + [H] + ATP → (CH2O) + C5。
• 影响光合作用的因素：
  • 光照强度：影响光反应的速率。
  • CO2浓度：影响暗反应的速率。
  • 温度：影响酶的活性。
  • 水分：影响光合作用的原料供应。
  • 矿质元素：影响叶绿素的合成。