《高一生物必修1思维导图》
一、绪论：走进细胞
1.1 生物科学与技术
1.1.1 生物科学的概念
- 研究生命现象和生命活动规律的科学
- 涉及多个领域，如分子生物学、细胞生物学、遗传学等
1.1.2 生物技术
- 利用生物体或生物组分进行生产，解决人类社会问题
- 应用广泛：医药、农业、环保等
- 例如：转基因技术、发酵技术、生物防治
1.1.3 生物科学与技术的联系
- 生物技术发展依赖于生物科学的理论基础
- 生物技术的应用反过来促进生物科学的进步
1.2 生命的特征
1.2.1 生命的基本特征
- 新陈代谢: 从外界摄取物质和能量，排出废物
- 生长和发育: 生物体体积增大和复杂程度增加
- 生殖和遗传: 产生新个体，传递遗传信息
- 应激性: 对外界刺激产生反应
- 适应性: 适应环境，更好地生存
1.2.2 生物的多样性
- 物种多样性：不同种类的生物
- 遗传多样性：同种生物的不同个体之间的遗传差异
- 生态系统多样性：不同的生态系统类型
1.2.3 生命的统一性与多样性
- 统一性：所有生物都由细胞构成，遗传物质都是DNA
- 多样性：生物形态结构、生活方式等存在巨大差异
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 等
- 微量元素: Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo 等
- 不同元素含量比例：C是最基本骨架
2.1.2 组成细胞的化合物
- 无机物: 水、无机盐
- 有机物: 糖类、脂质、蛋白质、核酸
2.2 水和无机盐
2.2.1 水
- 含量最高：占细胞鲜重的70%-90%
- 存在形式：
- 自由水：流动性强，参与代谢
- 结合水：与细胞内其他物质结合，构成细胞结构
- 重要作用：
- 良好的溶剂
- 参与化学反应
- 维持细胞形态和功能
- 运输营养物质和代谢废物
2.2.2 无机盐
- 含量较低
- 存在形式：离子形式
- 重要作用：
- 维持细胞的酸碱平衡和渗透压
- 参与构成某些复杂化合物，如血红蛋白中的铁
- 维持生命活动，如神经调节中的钠离子和钾离子
2.3 糖类和脂质
2.3.1 糖类
- 组成元素：C、H、O
- 分类：
- 单糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖
- 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：葡萄糖
- 细胞结构的组成成分：纤维素
- 储能物质：淀粉（植物）、糖原（动物）
2.3.2 脂质
- 组成元素：C、H、O (有时含 N、P)
- 分类：
- 脂肪：储能物质，绝热，保护内脏
- 磷脂：细胞膜的重要组成成分
- 固醇：胆固醇（细胞膜的组成成分）、性激素、维生素D
2.4 蛋白质
2.4.1 氨基酸
- 基本组成单位：氨基酸
- 结构特点：至少含有一个氨基和一个羧基，且连接在同一个碳原子上
- 种类：构成蛋白质的氨基酸约20种
- 形成肽链：通过脱水缩合反应形成肽键
2.4.2 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：肽链的折叠和盘绕，如α螺旋、β折叠
- 三级结构：二级结构的进一步折叠和盘绕，形成具有一定空间结构的蛋白质
- 四级结构：由多个具有三级结构的亚基组成，如血红蛋白
2.4.3 蛋白质的功能
- 结构蛋白：构成细胞和生物体的结构，如胶原蛋白
- 催化功能：酶
- 运输功能：血红蛋白
- 调节功能：激素
- 免疫功能：抗体
- 信息传递功能：受体蛋白
2.5 核酸
2.5.1 核酸的种类
- DNA (脱氧核糖核酸)：遗传物质，主要存在于细胞核中
- RNA (核糖核酸)：参与蛋白质合成，主要存在于细胞质中
2.5.2 核酸的基本单位
- 核苷酸：由磷酸、五碳糖（脱氧核糖或核糖）和含氮碱基组成
- 含氮碱基：
- DNA：A、T、C、G
- RNA：A、U、C、G
2.5.3 DNA的结构
- 双螺旋结构：由两条脱氧核苷酸链组成，两条链反向平行
- 碱基互补配对原则：A-T，C-G
2.5.4 RNA的种类和功能
- mRNA (信使RNA)：携带遗传信息，作为蛋白质合成的模板
- tRNA (转运RNA)：识别mRNA上的密码子，转运氨基酸到核糖体
- rRNA (核糖体RNA)：构成核糖体的组成成分
三、细胞的基本结构
3.1 细胞膜
3.1.1 细胞膜的成分
- 磷脂：形成双分子层，构成膜的基本支架
- 蛋白质：镶嵌、贯穿或覆盖在磷脂双分子层上
- 糖类：与蛋白质或脂质结合形成糖蛋白或糖脂
3.1.2 细胞膜的结构
- 流动镶嵌模型：
- 磷脂分子可以流动
- 蛋白质分子也可以流动，但受到一定限制
- 细胞膜的结构特点：具有一定的流动性
3.1.3 细胞膜的功能
- 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 细胞质
3.2.1 细胞质基质
- 液态部分，含有多种酶、无机盐、核苷酸等
- 是细胞进行新陈代谢的主要场所
3.2.2 细胞器
- 线粒体：有氧呼吸的主要场所，细胞的“动力工厂”
- 叶绿体：植物细胞进行光合作用的场所
- 核糖体：合成蛋白质的场所
- 内质网：蛋白质加工、运输和脂质合成的场所
- 高尔基体：蛋白质的加工、包装和分泌的场所
- 溶酶体：分解衰老、损伤的细胞器，清除病原体
- 中心体：与细胞有丝分裂有关 (动物和某些低等植物细胞)
- 液泡：调节细胞内的渗透压，储存物质 (植物细胞)
3.3 细胞核
3.3.1 细胞核的结构
- 核膜：双层膜结构，具有选择透过性
- 核孔：物质进出细胞核的通道
- 核仁：与某种RNA的合成和核糖体的形成有关
- 染色质：由DNA和蛋白质组成，是遗传物质的载体
3.3.2 细胞核的功能
- 遗传信息库
- 控制细胞的代谢和遗传
四、细胞的生命历程
4.1 细胞的生长、分裂与分化
4.1.1 细胞的生长
- 细胞体积增大
- 细胞内物质增加
4.1.2 细胞的分裂
- 有丝分裂：
- 过程：前期、中期、后期、末期
- 结果：产生两个相同的子细胞，遗传信息不变
- 无丝分裂：直接分裂，没有纺锤丝出现
4.1.3 细胞的分化
- 细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程
- 细胞分化是基因选择性表达的结果
4.2 细胞的衰老与凋亡
4.2.1 细胞的衰老
- 多种因素引起，如基因控制、环境影响
- 衰老细胞的特征：
- 酶活性降低
- 色素积累
- 呼吸速率减慢
- 细胞核体积增大
4.2.2 细胞的凋亡
- 由基因决定的细胞自动结束生命的过程
- 对于生物体的正常发育、维持内部环境的稳定具有重要作用
4.3 癌细胞的特征
4.3.1 癌细胞的特征
- 无限增殖
- 细胞形态发生显著改变
- 细胞表面糖蛋白减少，容易转移
- 遗传物质发生改变
4.3.2 癌变的原因
- 内外因素共同作用，如物理因素、化学因素、病毒感染、遗传因素等
- 原癌基因和抑癌基因发生突变
五、物质进出细胞的方式
5.1 物质进出细胞的方式
5.1.1 被动运输
- 自由扩散：高浓度向低浓度扩散，不需要载体和能量，如O2、CO2
- 协助扩散：高浓度向低浓度扩散，需要载体，不需要能量，如葡萄糖进入红细胞
5.1.2 主动运输
- 低浓度向高浓度运输，需要载体和能量，如K+、Na+
5.1.3 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
- 胞吞：细胞将大分子物质包裹在囊泡中，进入细胞内部
- 胞吐：细胞将大分子物质包裹在囊泡中，释放到细胞外部
六、酶与ATP
6.1 酶
6.1.1 酶的本质
- 大多数是蛋白质，少数是RNA
6.1.2 酶的特性
- 高效性：酶的催化效率远高于无机催化剂
- 专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应
- 温和性：在较温和的条件下发挥作用
- 催化活性受温度、pH等因素影响
6.1.3 酶的作用机理
- 降低化学反应的活化能
6.2 ATP
6.2.1 ATP的结构
- 腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团组成
6.2.2 ATP与ADP的相互转化
- ATP水解：ATP → ADP + Pi + 能量
- ATP合成：ADP + Pi + 能量 → ATP
- ATP是细胞内直接的能量来源，是细胞的“能量货币”