《生物思维导图必修一》

一、 走进细胞的世界

1.1 细胞是生命活动的基本单位

1.1.1 生命系统的结构层次

• 概念： 具有生命现象的系统，由小到大依次是：细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统
• 结构层次：
  • 细胞：最基本层次，是生命活动的基础
  • 组织：形态、结构和功能相似的细胞群及其细胞间质的集合
  • 器官：由不同的组织按照一定的次序结合起来，共同完成一定功能的结构
  • 系统：能共同完成一种或几种生理功能的多个器官按照一定次序的组合
  • 个体：由不同系统协调配合，形成完整的生命个体
  • 种群：一定区域内同种生物个体的总和
  • 群落：一定区域内所有生物种群的集合
  • 生态系统：生物群落与其生存环境相互作用所形成的统一整体

1.1.2 细胞学说的建立

• 过程：
  • 施莱登和施旺分别研究植物和动物细胞。
  • 总结出细胞学说的主要内容。
• 内容：
  • 细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞构成，细胞是生物体结构和功能的基本单位。
  • 细胞可以从已经存在的细胞中产生。
• 意义：
  • 揭示了细胞的统一性和生物体结构的统一性。
  • 促进了生物学的发展。

1.2 细胞的多样性和统一性

1.2.1 原核细胞和真核细胞

• 比较：

特征	原核细胞	真核细胞
大小	较小	较大
细胞壁	主要成分是肽聚糖	植物细胞：纤维素和果胶；动物细胞：无；真菌细胞：几丁质
细胞器	只有核糖体	有多种细胞器，如线粒体、内质网、高尔基体等
细胞核	无核膜，无成形的细胞核，只有拟核	有核膜，有成形的细胞核
DNA	裸露环状DNA，无组蛋白结合	DNA与组蛋白结合成染色质/染色体
例子	细菌、蓝藻、支原体、衣原体、放线菌	动植物、真菌

• 本质区别： 有无以核膜为界限的细胞核

1.2.2 细胞的多样性

• 原因： 基因的选择性表达，即细胞的分化
• 实例：
  • 动植物细胞形态、结构、功能的多样性。
  • 同一生物不同组织细胞的差异。

二、 组成细胞的分子

2.1 细胞中的元素和化合物

2.1.1 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
• 含量最多的元素： O (以H2O形式存在)
• 含量最多的元素（按干重计）： C
• 最基本元素： C (构成有机物的骨架)

2.1.2 细胞中的化合物

• 无机物：
  • 水：
    • 含量最高
    • 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：维持细胞的生命活动，如维持细胞的渗透压、酸碱平衡。
• 有机物：
  • 糖类：
    • 单糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖 (C、H、O组成)
    • 二糖：麦芽糖、蔗糖、乳糖 (C、H、O组成)
    • 多糖：淀粉、纤维素、糖原 (C、H、O组成)
    • 功能：提供能量、组成细胞结构。
  • 脂质：
    • 脂肪：储能、保温
    • 磷脂：细胞膜的重要组成成分
    • 固醇：胆固醇、性激素、维生素D
    • (C、H、O，有的含N、P)
  • 蛋白质：
    • 基本组成单位：氨基酸
    • 氨基酸结构：至少含一个氨基和一个羧基，连接在同一个C原子上。
    • 氨基酸种类：20种
    • 功能：生命活动的主要承担者，结构蛋白、酶、抗体、激素等。
    • (C、H、O、N，有的含S)
  • 核酸：
    • DNA：遗传物质，双链螺旋结构。
    • RNA：与蛋白质合成有关，单链结构。
    • 基本单位：核苷酸 (磷酸、五碳糖、含氮碱基)
    • (C、H、O、N、P)

2.2 细胞中的重要有机物

2.2.1 蛋白质的结构和功能

• 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
  • 三级结构：在二级结构基础上进一步折叠
  • 四级结构：多个具有三级结构的多肽链组成
• 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：如血红蛋白
  • 免疫功能：抗体
  • 调节功能：激素

2.2.2 核酸的种类和作用

• DNA：
  • 存在场所：真核细胞的细胞核，原核细胞的拟核，以及线粒体、叶绿体中。
  • 功能：遗传信息的携带者，控制生物的性状。
• RNA：
  • 种类：mRNA (信使RNA)、tRNA (转运RNA)、rRNA (核糖体RNA)
  • 存在场所：细胞质中
  • 功能：参与蛋白质的合成。

三、 细胞的基本结构

3.1 细胞膜的结构和功能

3.1.1 细胞膜的流动镶嵌模型

• 主要成分： 磷脂、蛋白质
• 特点：
  • 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中，具有流动性
• 细胞膜的结构特点： 具有一定的流动性

3.1.2 细胞膜的功能

• 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。

3.2 细胞器的结构和功能

3.2.1 细胞器的种类和功能

• 双层膜细胞器：
  • 线粒体：有氧呼吸的主要场所。
  • 叶绿体：光合作用的场所。
• 单层膜细胞器：
  • 内质网：蛋白质的合成、加工和运输，脂质的合成。
  • 高尔基体：蛋白质的加工、包装和分泌，参与细胞壁的形成。
  • 溶酶体：分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死入侵的病菌。
  • 液泡：调节细胞内的渗透压，储存物质。
• 无膜细胞器：
  • 核糖体：蛋白质合成的场所。
  • 中心体：与细胞有丝分裂有关。
• 特殊结构：
  • 细胞核：遗传信息的储存和复制场所，细胞代谢和遗传的控制中心。

3.2.2 细胞的统一性和差异性

• 统一性： 细胞结构基本相似，都具有细胞膜、细胞质、细胞核等。
• 差异性： 不同类型的细胞具有不同的细胞器，其功能也不同。

四、 细胞的生命历程

4.1 物质进出细胞的方式

4.1.1 被动运输

• 概念： 物质顺浓度梯度运输，不需要消耗能量。
• 类型：
  • 自由扩散：如O2、CO2、H2O等。
  • 协助扩散：如葡萄糖进入红细胞。

4.1.2 主动运输

• 概念： 物质逆浓度梯度运输，需要载体蛋白的协助，并消耗能量。
• 例子： K+、Na+的运输。

4.1.3 胞吞和胞吐

• 概念： 大分子物质进出细胞的方式，依靠细胞膜的流动性。
• 特点： 需要消耗能量。
• 意义： 实现细胞与外界环境之间物质的交换。

4.2 酶在代谢中的作用

4.2.1 酶的本质和特性

• 本质： 大部分是蛋白质，少数是RNA。
• 特性：
  • 高效性：酶的催化效率高。
  • 专一性：一种酶只能催化一种或一类反应。
  • 温和性：在温和条件下进行。

4.2.2 影响酶活性的因素

• 温度： 最适宜温度时活性最高，过高或过低都会影响活性，高温使酶变性失活。
• pH： 最适宜pH时活性最高，过高或过低都会影响活性。
• 酶的浓度： 在一定范围内，酶浓度越高，反应速率越快。
• 底物浓度： 在一定范围内，底物浓度越高，反应速率越快。

4.3 细胞的能量供应和利用

4.3.1 ATP的结构和功能

• 结构： A-P~P~P (A代表腺苷，P代表磷酸基团，~代表高能磷酸键)
• 功能： 直接能源物质，参与细胞的各项生命活动。
• 特点： 含量少，可快速再生。

4.3.2 细胞呼吸

• 概念： 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、线粒体
    • 过程：葡萄糖分解；丙酮酸分解；[H]的氧化
  • 无氧呼吸：
    • 场所：细胞质基质
    • 过程：葡萄糖分解为酒精和二氧化碳或乳酸

4.3.3 光合作用

• 概念： 植物利用光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气的过程。
• 场所： 叶绿体
• 过程：
  • 光反应阶段：
    • 场所：类囊体薄膜
    • 内容：水的光解，ATP的形成
  • 暗反应阶段：
    • 场所：叶绿体基质
    • 内容：二氧化碳的固定，C3的还原

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