《必修一生物思维导图》

一、绪论：走进细胞

1.1 生命的特征

• 定义： 生物区别于非生物的根本属性
• 主要特征：
  • 1. 新陈代谢：
       • 吸收营养：从外界获取营养物质
       • 消化：将复杂有机物分解为简单小分子
       • 同化作用：利用简单小分子构建自身物质
       • 异化作用：分解自身物质，释放能量
       • 排泄：排出代谢废物
  • 2. 生长与发育：
       • 生长：体积增大，质量增加
       • 发育：细胞分化，形态结构和生理功能发生变化
  • 3. 繁殖：产生后代，延续种族
       • 有性生殖
       • 无性生殖
  • 4. 遗传与变异：
       • 遗传：亲子代之间性状的相似性
       • 变异：亲子代之间以及子代个体之间性状的差异性
  • 5. 应激性：
       • 刺激：环境中的变化
       • 反应：对刺激的适应性反应
  • 6. 由细胞构成（病毒除外）：
       • 细胞是生物体结构和功能的基本单位
  • 7. 具有共同的物质基础和结构基础：
       • 物质基础：蛋白质、核酸、糖类、脂质、水和无机盐
       • 结构基础：细胞

1.2 探索细胞的历程

• 显微镜的发明与改进:
  • 简单显微镜的出现
  • 复式显微镜的出现
• 细胞学说的建立:
  • 施莱登和施旺的贡献：
    • 植物是由细胞构成的
    • 动物也是由细胞构成的
  • 细胞学说的内容：
    • 细胞是生物体结构和功能的基本单位
    • 细胞都是由先前的细胞产生的
    • 细胞的生命活动受细胞自身控制，但也能影响个体乃至物种
• 对细胞结构的探索:
  • 光学显微镜：观察细胞的形态结构
  • 电子显微镜：观察细胞的精细结构（亚显微结构）

二、组成细胞的分子

2.1 细胞中的元素和化合物

• 组成细胞的元素：
  • 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
  • 微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等
• 组成细胞的化合物：
  • 无机物：
    • 水：
      • 含量最多
      • 存在形式：自由水、结合水
      • 功能：良好的溶剂；参与化学反应；运输营养物质和代谢废物
    • 无机盐：
      • 功能：维持细胞和生物体的生命活动
  • 有机物：
    • 糖类：
      • 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；构成细胞结构的成分
    • 脂质：
      • 脂肪：储能物质
      • 磷脂：构成细胞膜的重要成分
      • 固醇：胆固醇、性激素
    • 蛋白质：
      • 组成元素：C、H、O、N，可能含有S等
      • 基本单位：氨基酸
      • 氨基酸的结构：
        • 至少含有一个氨基和一个羧基
        • 氨基和羧基连接在同一个碳原子上
        • 含有一个侧链R基
      • 蛋白质的结构层次：
        • 一级结构：氨基酸的种类、数目、排列顺序
        • 二级结构：α螺旋、β折叠等
        • 三级结构：在二级结构的基础上进一步折叠盘曲
        • 四级结构：多个具有三级结构的亚基组成
      • 蛋白质的功能：
        • 结构蛋白
        • 催化功能（酶）
        • 运输功能
        • 调节功能（激素）
        • 免疫功能（抗体）
    • 核酸：
      • DNA：
        • 基本单位：脱氧核苷酸
        • 组成元素：C、H、O、N、P
        • 双螺旋结构
        • 分布：主要在细胞核，少量在线粒体和叶绿体
      • RNA：
        • 基本单位：核糖核苷酸
        • 组成元素：C、H、O、N、P
        • 单链结构
        • 分布：细胞质

2.2 细胞中的重要有机物

• （见2.1内容）

三、细胞的基本结构

3.1 细胞膜、细胞质和细胞核

• 细胞膜：
  • 成分：磷脂双分子层、蛋白质、少量糖类
  • 结构特点：流动性
  • 功能特点：选择透过性
  • 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：
    • 液态胶状物质
    • 进行细胞代谢的主要场所
  • 细胞器：
    • 核糖体：合成蛋白质的场所
    • 内质网：蛋白质的加工和运输的通道，脂质的合成场所
    • 高尔基体：蛋白质的加工、分类、包装和运输
    • 线粒体：进行有氧呼吸的主要场所
    • 叶绿体：进行光合作用的场所（植物细胞）
    • 溶酶体：分解衰老损伤的细胞器，清除入侵的病原体
    • 液泡：调节细胞内的环境，储存物质（植物细胞）
    • 中心体：与细胞的有丝分裂有关（动物细胞和低等植物细胞）
• 细胞核：
  • 结构：
    • 核膜：双层膜结构，具有选择透过性
    • 核孔：大分子物质进出细胞核的通道
    • 核仁：与核糖体的形成有关
    • 染色质：由DNA和蛋白质组成，是遗传物质的载体
  • 功能：
    • 遗传物质储存和复制的场所
    • 细胞代谢和遗传的控制中心

3.2 细胞的结构与功能的统一性

• 结构决定功能：
  • 不同的细胞器具有不同的结构，执行不同的功能
  • 细胞的结构和功能相互适应，共同完成生命活动
• 细胞的多样性：
  • 细胞的形态、结构和功能各不相同
  • 细胞的多样性是生物多样性的基础

四、细胞的生命历程

4.1 物质进出细胞的方式

• 被动运输：
  • 自由扩散：物质顺浓度梯度扩散，不需要载体蛋白和能量（如O2、CO2、H2O等）
  • 协助扩散：物质顺浓度梯度扩散，需要载体蛋白，不需要能量（如葡萄糖进入红细胞）
• 主动运输：
  • 物质逆浓度梯度运输，需要载体蛋白和能量（如K+、Na+等）
• 胞吞和胞吐：
  • 大分子物质进出细胞的方式，依赖于细胞膜的流动性，需要能量

4.2 酶在细胞代谢中的作用

• 酶的特性：
  • 高效性：酶的催化效率比无机催化剂高
  • 专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应
  • 温和性：酶在温和的条件下（常温、常压、适宜pH）发挥作用
• 酶的作用机理：
  • 降低化学反应的活化能
  • 酶本身在反应前后不变
• 影响酶活性的因素：
  • 温度：最适温度附近，酶活性最高；过高或过低，酶活性降低甚至丧失
  • pH：最适pH附近，酶活性最高；过高或过低，酶活性降低甚至丧失
  • 酶浓度：在底物充足的情况下，酶活性与酶浓度成正比
  • 底物浓度：在酶量一定的条件下，酶活性先随底物浓度增加而增加，后趋于稳定

4.3 细胞的能量供应与利用

• ATP：细胞的能量货币
  • 结构：腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团
  • ATP与ADP的相互转化：
    • ATP → ADP + Pi + 能量
    • ADP + Pi + 能量 → ATP
  • 能量来源：光合作用、呼吸作用
  • 用途：用于各项生命活动
• 光合作用：
  • 场所：叶绿体
  • 过程：
    • 光反应：
      • 水的光解：H2O → [H] + O2
      • ATP的生成
    • 暗反应：
      • CO2的固定：CO2 + C5 → 2C3
      • C3的还原：2C3 → (CH2O) + C5
• 细胞呼吸：
  • 场所：
    • 有氧呼吸：细胞质基质、线粒体
    • 无氧呼吸：细胞质基质
  • 过程：
    • 有氧呼吸：
      • 第一阶段：葡萄糖分解成丙酮酸，产生少量ATP和[H]
      • 第二阶段：丙酮酸分解成CO2，产生少量ATP和[H]
      • 第三阶段：[H]与O2结合成水，释放大量能量
    • 无氧呼吸：
      • 葡萄糖分解成酒精和CO2或乳酸，产生少量ATP

4.4 细胞的生长、分裂和分化

• 细胞的生长：
  • 细胞体积增大
  • 细胞物质积累
• 细胞的分裂：
  • 有丝分裂：
    • 过程：前期、中期、后期、末期
    • 意义：保证亲子代细胞遗传物质相同
  • 减数分裂：
    • 过程：减数第一次分裂、减数第二次分裂
    • 意义：产生生殖细胞，为有性生殖提供保障
• 细胞的分化：
  • 定义：在个体发育中，细胞的形态、结构和生理功能发生持久性差异的过程
  • 本质：基因的选择性表达
  • 意义：形成不同的组织、器官，个体发育的基础
• 细胞的衰老和凋亡：
  • 细胞衰老：
    • 细胞内的水分减少，酶活性降低
    • 细胞内的色素积累
    • 细胞膜的通透性改变
  • 细胞凋亡：
    • 细胞的程序性死亡
    • 对生物体的正常发育起重要作用
• 癌细胞的特征：
  • 无限增殖
  • 形态结构发生改变
  • 容易转移

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