高中生物知识结构图

发布时间：2020-04-19 12:31:48

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必修1 分子与细胞

专题一：组成细胞的分子

1.1细胞中的元素和化合物　系统表解

表2-1-1组成细胞的化合物的种类及含量：

种　　　　　　　类		含量（质量分数/%）
有机化合物（除CO、CO2、碳酸盐等以外的所有含碳化合物）	蛋白质	占7～10
	脂质	占1～2
	糖类和核酸	占1～1.5
无机化合物（有机化合物以外的化合物）	水	占85～90
无机化合物（有机化合物以外的化合物）	无机盐	占1～1.5

1．2几种常见元素的生理功能

元素种类	功能	缺乏时引起的病症
N	构成蛋白质、核酸的重要元素，有生命元素之称	各种新陈代谢活动受到影响
P	构成磷脂、ATP、NADPH等	动物缺P：佝偻病、软骨病
K	维持动物细胞内液渗透压	动物：心律失常
Mg	构成叶绿素元素之一，也可作为多种酶激活剂	叶片变黄
B	促进花粉的萌发和花粉管的伸长	花粉发育不良
Fe	构成动物血红蛋白的元素	缺铁性贫血
Ca	组成骨骼和牙齿的主要成分，控制肌肉收缩	骨质疏松症、抽搐
Na	维持细胞外液渗透压	血压下降，心率加快
I	甲状腺激素的组成成分	地方甲状腺肿（大脖子病）

1.3细胞中的化合物一览表

化合物	分类	元素组成	主要生理功能
水			①组成细胞（结合水） ②维持细胞形态 ③运输物质 ④提供反应场所 ⑤参与化学反应
无机盐			①构成化合物（Fe、Mg） ②组成细胞（如骨细胞） ③维持细胞渗透压和酸碱平衡 ④许多无机盐离子对于维持生命活动有重要作用
糖类	单糖二糖多糖	C、H、O	①供能（淀粉、糖元、葡萄糖等） ②组成核酸（核糖、脱氧核糖） ③细胞识别（糖蛋白） ④组成细胞壁（纤维素）
脂质	脂肪磷脂（类脂）固醇（胆固醇、性激素、维生素D）	C、H、O C、H、O、N、P C、H、O	①脂肪：储能、保护和保温 ②磷脂组成生物膜 ③固醇调节生殖和代谢（性激素）
蛋白质	单纯蛋白（如胰岛素）结合蛋白（如糖蛋白、脂蛋白）	C、H、O、N、S （Fe、Cu、P、Mo……）	①组成细胞和生物体 ②调节代谢（激素） ③催化化学反应（酶） ④运输（血红蛋白） ⑤免疫（抗体） ⑥识别（糖蛋白）
核酸	DNA RNA	C、H、O、N、P	①储存、传递和表达遗传信息 ②控制生物性状 ③催化化学反应（RNA类酶）

1.4 蛋白质系统表解

表2-2-1　必需氨基酸和非必需氨基酸：

种类	含义	举例
非必需氨基酸	在人体细胞内能够合成的氨基酸。	丙氨酸、甘氨酸等
必需氨基酸	不能在人体细胞内合成，必需从外界环境中直接摄取。	共8种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸。（甲携来一本亮色书）婴儿有9种，多出来的一种是组氨酸。

 熟记教材中常见的蛋白质

（1）大部分酶 (2)部分激素：如胰岛素、生长激素（3）载体（4）抗体（5）干扰素（6）受体（7）糖被

 蛋白质的相关计算

规律1：氨基酸数、肽链数、肽键数、失水数

1)形成肽链

失水数＝肽腱数＝氨基酸数（n)－肽链数(m)

2)形成环状肽

脱去的水分子数＝肽腱数＝氨基酸数（n)

规律2：有关游离氨基数、游离羧基数的“至少”、“至多”。

至少含有的游离氨基或羧基数=肽链数

注：若是环状，则至少为0.

游离氨基或羧基数目=肽链数+R基中含有的氨基或羧基数

规律3：蛋白质的相对分子量

蛋白质分子量＝氨基酸个数×氨基酸分子平均质量-18×脱水数

规律4:在蛋白质相对分子质量的计算中若通过图示或其他形式告知蛋白质中含有二硫键时, 要考虑脱去氢的质量,每形成1个二硫键,脱去2个H。

规律5：有M个氨基酸形成X条肽链，其中Z条形成环状，则形成的肽键数为M—X+Z.

规律6：组成蛋白质分子各原子数的计算

（1）N原子数＝各氨基酸中N的总数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数

(2)O原子数＝各氨基酸中O的总数－脱去水分子数=肽键数＋2×肽链数＋R基上的O原子数

规律7：氨基酸的排列与多肽种类的计算

（1）假若n种氨基酸形成一个m肽，每种氨基酸数目无限，则形成的多肽种类nm。

（2）假若n种氨基酸形成一个三肽，且每种氨基酸只有一个，则形成三肽的种类：n×(n-1)×(n-2)

规律8：氨基酸与相应核酸的碱基数目的对应关系：

DNA（基因）碱基数：RNA碱基数：氨基酸数=6：3：1

1．5核酸的基本组成单位

名称		基本组成单位
核酸		核苷酸（8种）	一分子磷酸（H3PO4）
			一分子五碳糖（核糖或脱氧核糖）	核苷
			一分子含氮碱基（5种：A、G、C、T、U）
	DNA	脱氧核糖核苷酸（4种）	一分子磷酸
			一分子脱氧核糖		脱氧核苷
			一分子含氮碱基（A、G、C、T）
	RNA	核糖核苷酸（4种）	一分子磷酸
			一分子核糖		核糖核苷
			一分子含氮碱基（A、G、C、U）

 DNA、RNA、蛋白质的水解产物和代谢产物

	基本单位	初步水解	彻底水解	代谢产物
DNA	脱氧核苷酸	脱氧核苷酸(4种)	磷酸、脱氧核糖、碱基	CO2、H2O、含N废物
RNA	核糖核苷酸	核糖核苷酸(4种)	磷酸、核糖、碱基	CO2、H2O、含N废物
蛋白质	氨基酸	多肽	氨基酸	CO2、H2O、尿素

1.6生物大分子的组成特点及多样性的原因

名称	基本单位	化学通式	聚合方式	多样性的原因
多糖	葡萄糖	C6H12O6	脱水缩合	①葡萄糖数目不同 ②糖链的分支不同 ③化学键的不同
蛋白质	氨基酸			①氨基酸数目不同 ②氨基酸种类不同 ③氨基酸排列次序不同 ④肽链的空间结构
核酸（DNA和RNA）	核苷酸			①核苷酸数目不同 ②核苷酸排列次序不同 ③核苷酸种类不同

1.7生物组织中还原性糖、脂肪、蛋白质和DNA的鉴定

物质	试剂	操作要点	颜色反应
还原性糖	斐林试剂（甲液和乙液）	临时混合加热	砖红色
脂肪	苏丹Ⅲ（苏丹Ⅳ）	切片（高倍镜观察）	桔黄色（红色）
蛋白质	双缩脲试剂（A液和B液）	先加试剂A1ml 再滴加试剂B4滴	紫色
DNA	二苯胺	加2mol/LNaCl溶液5ml 沸水加热5min	蓝色

专题二：细胞的结构和功能

2.1 细胞是生命系统最基本的结构层次

生物类型		举例	生命活动现象举例	结论
无细胞结构的生物		病毒	只有依赖活细胞才能生活。	单细胞生物的单个细胞就能完成各种生命活动；多细胞生物依赖各种分化的细胞的密切合作。
细胞生物	单细胞生物	草履虫	运动、分裂增殖等
细胞生物	多细胞生物	动植物	物质和变量变化的基础－细胞代谢生殖、生长发育的基础―细胞的增殖和分化遗传变异的基础－细胞内基因的传递和变化

 与病毒相关的知识点：

1.病毒没有细胞结构，主要由核酸和蛋白质组成，有完整的结构。

2.病毒的生活方式为寄生生活，必须利用寄主细胞提供原料、能量、酶和物质合成场所才能进行增殖等活动。一旦离开活细胞，不再有任何生命活动。

3.病毒的培养必须利用活细胞，不能利用培养基来培养病毒。

4.病毒的遗传物质是DNA或RNA

2.2细胞学说的创立过程

科学家	贡献	不足
维萨里、比夏	1543年，从器官、组织水平研究生命	未深入到细胞水平
马尔比基	用显微镜观察了微细结构	未用细胞来描述
罗伯特.虎克	1665年，用显微镜发现并命名了细胞	观察的是死细胞
列文虎克	17世纪，用显微镜观察了活细胞	未上升到理论
施莱登	18世纪，细胞是构成植物体的基本单位	未与动物界联系
施旺	18世纪，提出了细胞学说：一切动、植物都是由细胞构成的	未搞清细胞来源的过程
耐格里	观察到了细胞是细胞分裂的结果	未上升到理论
魏尔肖	1858年，细胞通过分裂产生新细胞	未考虑非细胞结构生命的繁殖

◆ 细胞学说使千变万化的生物界通过细胞这一共同的结构统一起来。细胞学说揭示细胞的统一性和生物体的统一性。

1．2细胞学中常用研究方法

①制备细胞膜的方法——吸水涨破 ②染色排除法（台盼蓝染液）——鉴别动物细胞的死活③质壁分离法——鉴别植物细胞的死活④差速离心法——分离细胞器

⑤同位素示踪技术——研究细胞器功能⑥引流法——制作临时装片

⑦高倍显微镜使用技术——观察细胞显微结构⑧模型建构法——概括细胞结构

⑨核移植法——研究细胞核的功能

2．3原核细胞与真核细胞的比较表

	原核细胞		真核细胞
细胞大小	较小		较大
细胞壁	主要含肽聚糖		纤维素和果胶
细胞膜	均有，且成分相似
细胞质（细胞器）	无复杂的细胞器，只有分散的核糖体	有线粒体、内质网、叶绿体等复杂的细胞器
细胞核	拟核：无核膜、核仁、染色质，有1个环状DNA	有核膜、核仁、染色质和DNA
细胞分裂	二分裂	无丝分裂、有丝分裂、减数分裂
生殖方式	无性生殖	无性生殖、有性生殖
可遗传变异来源	基因突变	基因突变、基因重组、染色体变异
转录与翻译	同一时间和地点	先转录后翻译，转录在核内，翻译在核外
遗传物质	DNA	DNA

2.4 细胞膜

2.5 扩散作用与渗透作用的联系与区别

2.6 半透膜与选择透过性膜的区别与联系

	半透膜	选择透过性膜
概念	小分子、离子能透过，大分子不能透过	水自由通过，被选择的离子和其它小分子可以通过，大分子和颗粒不能通过
性质	半透性（存在微孔，取决于孔的大小）	选择透过性（生物分子组成，取决于脂质、蛋白质和ATP）
状态	活或死	活
材料	合成材料或生物材料	生物膜（磷脂和蛋白质构成的膜）
物质运动方向	不由膜决定，取决于物质密度	水和亲脂小分子：不由膜决定，取决于物质密度离子和其它小分子：膜上载体（蛋白质）决定
功能	渗透作用	渗透作用和其它更多的生命活动功能
共同点	水自由通过，大分子和颗粒都不能通过

2.7

2.8选择透过性膜的特点

2.9 三种跨膜运输方式的比较：

运输方式		比较			举例
运输方式		运输方向	是否需载体蛋白协助	是否耗能	举例
被动运输	自由扩散	顺浓度梯度扩散	否	否	水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯
被动运输	协助扩散	顺浓度梯度扩散	是	否	葡萄糖进入红细胞
主动运输		低浓度一侧→高浓度一侧	是	是	无机离子、葡萄糖和氨基酸的吸收

 主动选择吸收所需营养物质，排出代谢废物和有害物质，保证了活细胞能够按照生命活动的需要。

 大分子物质通过胞吞胞吐进出生物膜，体现膜的流动性，物质的跨膜运输方式主要体现膜的选择透过性。

 流动性是生物膜的结构特点，选择透过性是生物膜的功能特性。

 流动性是选择透过性的基础，膜只有具有流动性，才能实现选择透过性。

 只有活细胞才具有膜的流动性和选择透过性。

 膜的流动性受温度影响，在一定温度范围内，随温度升高，膜的流动性增强。

2.10生物膜与生物膜系统

2.11对生物膜结构的探索历程

探究历程	时间	科学家	方法	现象	推测或结论
膜成分的探究	19世纪末	欧文顿	用化学物质对植物细胞的通透性进行实验	脂溶性物质更容易通过细胞膜	膜是由脂质构成。
膜成分的探究	20世纪初		分离哺乳动物的红细胞膜，并化学分析。		膜的主要成分是脂质和蛋白质
膜静态结构的建立	1925年	两位荷兰科学家	将丙酮提取的人红细胞膜中的脂质在空气－水界面上铺展成单分子层	单分子层的面积为红细胞表面积的2倍	细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层
	20世纪40年代		推测		蛋白质分子覆盖在脂质两边
	20世纪50年代	罗伯特森	电镜观察细胞膜	细胞膜的“暗―亮―暗”的三层结构	中间亮层是脂质分子，两边暗层是蛋白质分子。蛋白质均匀分布
膜动态模型的建立	20世纪60年代以后		新技术用于生物膜的研究		膜蛋白有的镶嵌于脂质双分子层中
	1970年		绿和红色荧光染料分别标记鼠和人细胞表面的蛋白质，细胞融合	开始融合细胞一半发绿色荧光，一半发红色荧光，37 ℃40 min后荧光均匀分布	细胞膜具有流动性
	1972年	桑格、尼克森

2.12细胞器

细胞器	分布	形态结构	功能
线粒体	动植物细胞	形态多种多样，有短棒状、圆球状、线形、哑铃形等。双层膜，详见第5章第3节。	细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细胞的“动力车间”。
叶绿体	绿色植物进行光合作用的细胞	绿色、扁平的椭球形或球形。双层膜，详见第5章第4节。	植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。
内质网	动植物细胞	由单层膜连接成的网状结构。	是细胞内蛋白质合成和加工，以及脂质合成的“车间”。
高尔基体	动植物细胞	具有单层膜结构的细胞器	主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站”。
核糖体	动植物细胞	无膜。有的附着在内质网上，有的游离分布在细胞质基质中。	是“生产蛋白质的机器”
溶酶体		单层膜	是“消化车间”，分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死细胞内的病毒和病菌。
液泡	主要存在于植物细胞	单层膜，内有细胞液	调节植物细胞内的环境，充盈的液泡使植物细胞坚挺。
中心体	动物低等植物	由两个互相垂直排列的中心粒及其周围物质构成。	与细胞的有丝分裂有关。

2．13 最能表明一个细胞的特殊功能的是细胞器的种类和数量

	特殊细胞
线粒体	代谢旺盛细胞分布多。(心肌细胞)
叶绿体	绿色植物的叶肉细胞、幼嫩茎分布多
内质网	生化反应旺盛的细胞分布多
核糖体	蛋白质合成旺盛细胞含量多（肝细胞）
高尔基体	动物的腺体细胞和植物在有丝分裂末期
中心体	有丝分裂的动物细胞和低等植物细胞具有
液泡	成熟的植物细胞有中央大液泡（根尖成熟区细胞）
溶酶体	物质代谢旺盛，含量较多

2．14细胞核的结构和功能

数目	通常1个，有的多个（骨骼肌细胞），少数无（红细胞）
核膜	双层膜，把核内物质与细胞质分开。核膜上有酶、核糖体
核孔	实现核质之间频繁的物质交换（大分子）和信息交流
核仁	①与rRNA的合成以及核糖体的形成有关②有丝分裂过程中核仁周期性消失和重建③蛋白质合成旺盛的细胞常有较大或很多核仁
染色质	①染色质与染色体是同种物质的两种形态②易被碱性染料染成深色③主要由DNA和蛋白质组成④是DNA的主要载体，而DNA是遗传信息的载体
功能	是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心（复制、转录）

2．15 细胞只有保持完整性，才能正常地完成各项生命活动

结构上	细胞核与细胞质通过核孔互相沟通，核膜与内质网膜、细胞膜等互相连接成细胞的完整的生物膜系统
功能上	细胞各部分结构和功能虽然不同，但它们相互联系、分工合作、协调一致，共同完成各项生命活动
调控上	细胞核是遗传信息库，是控制着细胞的代谢和遗传，使细胞形成一个整体调控系统
内外环境彼此沟通	无论单细胞还是多细胞都要与外界环境进行物质交流、能量交换和信息交流

专题三：细胞的能量供应和利用

3．１酶的发现史

1783年	意大利科学家帕兰札尼	用实验证明了胃具有化学性消化作用（识酶）
1836年	德国科学家施旺	从胃中提取消化蛋白质的物质（取酶）
	巴斯德之前	发酵是纯化学反应，与生命活动无关
1857年	巴斯德	发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用
	李比希	引起发酵的是细胞中的某些物质，但是这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能起作用
	毕希纳	酵母细胞中的某些物质能在酵母细胞破碎后起催化作用，就像在活酵母细胞中一样、
1926年	萨姆纳	通过化学实验证明了脲酶是蛋白质（证酶）
20世纪80年代	美国切赫和奥特曼	发现少数RNA也具有生物催化作用（展酶）

3．2教材中涉及的有关酶

细胞代谢	淀粉酶	将淀粉水解为麦芽糖
	脂肪酶	将脂肪水解为甘油和脂肪酸
	蛋白酶	将蛋白质水解为多肽
	过氧化氢酶	将过氧化氢分解为氧和水
遗传、基因工程	DNA酶	初步水解DNA为脱氧核苷酸
	DNA聚合酶	催化复制过程合成互补子链
	RNA酶	初步水解RNA为核糖核苷酸
	RNA聚合酶	催化转录过程合成RNA
	逆转录酶	以RNA为模板合成DNA
	酪氨酸酶	将酪氨酸转变为黑色素
	限制性内切酶	识别特定核苷酸序列并在特定切点切割DNA分子
	DNA连接酶	连接断开的DNA末端的磷酸二酯键
细胞工程	纤维素酶果胶酶	去除细胞壁获得原生质体，进行原生质体融合
细胞工程	胰蛋白酶	使动物组织分散成单个细胞进行动物细胞培养
免疫	溶菌酶	水解细菌细胞壁，达到杀菌的目的
免疫

３．３酶与激素

	酶	激素
合成	活细胞	植物激素：一定部位动物激素：内分泌腺细胞
作用部位	细胞内、外	体内、体外
作用	催化作用	调节作用
含量	量大	极少
化学本质	蛋白质、RNA	植物激素：有机小分子物质动物激素：蛋白质类、固醇类
关系	激素对生命活动的调节，归根到底要通过酶发挥作用

３．4酶促反应序列及其意义

酶促反应序列生物体内的酶促反应可以顺序连接起来，即第一个反应的产物是第二个反应的底物，第二个反应的产物是第三个反应的底物，以此类推，所形成的反应链叫酶促反应序列。如

意义各种反应序列形成细胞的代谢网络，使物质代谢和能量代谢沿着特定路线有序进行，确定了代谢的方向。

３.５ATP与ADP的相互转化

反应条件	ATP合成是一种合成反应，催化该反应的酶为合成酶
反应条件	ATP的分解是一种水解反应，催化该反应酶属水解酶
能量来源	合成ATP的能量有光能，有机物氧化分解释放的化学能，磷酸肌酸水解
能量来源	ATP水解释放的能量为储存在ATP高能磷酸键中化学能
场所	ATP的合成是细胞质基质、线粒体和叶绿体
场所	ATP的分解场所很多
阐述	ATP与ADP在不同酶催化下可相互转化，在转化中，物质是可逆的，能量是不可逆的；ATP是化学性质不稳定的化合物，细胞内含量极低；细胞内的ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性

３.６生物体内ATP的去向

３.７光合作用的色素

３.８光合作用中光反应和暗反应的比较

比较项目	光反应	暗反应
反应场所	叶绿体类囊体薄膜上	叶绿体基质
能量变化	光能—→电能—→活跃化学能	活跃化学能——→稳定化学能
物质变化	H2O——→[H]＋O2 NADP+ ＋ H+ ＋ 2e ——→NADPH ATP＋Pi+能量——→ATP	CO2＋NADPH＋ATP———→ （CH2O）＋ADP＋Pi＋NADP+＋H2O
反应物	H2O、ADP、Pi、NADP+	CO2、ATP、NADPH
反应产物	O2、ATP、NADPH	（CH2O）、ADP、Pi、NADP+ 、H2O
反应条件	需光	不需光
反应性质	光化学反应（快）	酶促反应（慢）

３.９影响光合作用的外界因素与提高光能利用率的关系

３.１０光合作用实验的常用方法

3.11细胞内的有氧呼吸

2.4细胞内的无氧呼吸

３.１２呼吸作用产生的能量的利用情况

呼吸类型	被分解的有机物	储存的能量	释放的能量	可利用的能量	能量利用率
有氧呼吸	1mol葡萄糖	2870kJ	2870kJ	1165 kJ	40.59%
无氧呼吸	1mol葡萄糖	2870 kJ	196.65 kJ	61.08 kJ	2.13%

注：无氧呼吸释放的能量值为分解乳酸时的值。不同的无氧呼吸类型释放的能量可能稍有不同。

３.１3有氧呼吸与无氧呼吸

比较项目	有氧呼吸	无氧呼吸
反应场所	真核细胞：细胞质基质，主要在线粒体原核细胞：细胞基质（含有氧呼吸酶系）	细胞质基质
反应条件	需氧	不需氧
反应产物	终产物（CO2、H2O）、能量	中间产物（酒精、乳酸等）、能量
产能多少	多，生成大量ATP	少，生成少量ATP
共同点	氧化分解有机物，释放能量

3.14新陈代谢的类型

专题四：细胞的生命历程

4.1动物有性生殖细胞的形成（没有交换）

4.2减数分裂中染色体行为及数目与配子类型的关系

 非姐妹染色单体不发生交叉互换

具有n对同源染色体的一个精原细胞减数分裂后可产生2种类型的精子(无互换)。

具有n对同源染色体的一个卵原细胞减数分裂后只形成一种卵细胞。

具有n对同源染色体的一个生物体减数分裂后可产生2n 种的精子(卵细胞)。n为同源染色体的对数。

若从基因型角度分析，在独立遗传时，产生的配子种类也为2n ，其中n为等位基因的对数。

 非姐妹染色单体发生交叉互换

1、每一个精原细胞分裂都要形成4种精子

2、每一个卵原细胞分裂都只形成1种卵子

3、m个精（卵）原细胞分裂时形成的精子（卵）最多为4m（m）种，与染色体对数无关

(不符合2n规律)

4.3减数分裂与有丝分裂的比较（以动物细胞为例）

比较项目	减数分数	有丝分裂
复制次数	1次	1次
分裂次数	2次	1次
同源染色体行为	联会、四分体、同源染色体分离、非姐妹染色体交叉互换	无
子细胞染色体数	是母细胞的一半	与母细胞相同
子细胞数目	4个	2个
子细胞类型	生殖细胞（精细胞、卵细胞）、极体	体细胞
细胞周期	无	有
相关的生理过程	生殖	生长、发育
染色体(DNA)的变化曲线

4.4理化因素对细胞周期的影响

理化因素	间期	前期	中期	后期	末期	机理	应用
过量脱氧胸苷	＋					抑制DNA复制	治疗癌症
秋水仙素		＋				抑制纺锤体形成	获得多倍体
低温（2—4℃）	＋	＋	＋	＋	＋	影响酶活和供能	低温贮藏

注：＋表示有影响，低温作用于前期，抑制纺锤体形成，获得多倍体

4.5细胞分裂异常（或特殊形式分裂）的类型及结果

类型	分裂方式	结果	事例
细胞质不分裂	有丝分裂	双（多）核细胞	多核胚囊
个别染色体不分离	有丝分裂、减数分裂	单体	21三体综合征
全部染色体不分离	有丝分裂、减数分裂	多倍体	四倍体植物
染色体多次复制，但不分离	有丝分裂	多线巨大染色体	果蝇唾腺染色体