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文檔簡(jiǎn)介

必修1分子與細(xì)胞

第1章走進(jìn)生物學(xué).

一、生物學(xué)是與人類生活密切相關(guān)的自然科學(xué)

1.雜交水稻技術(shù)的發(fā)展為我國乃至世界的糧食供給作為重大貢獻(xiàn)

隨著人口的不斷增長(zhǎng),糧食短缺始終是世界性難題。中國科學(xué)家基于遺傳學(xué)雜

種優(yōu)勢(shì)原理,不斷進(jìn)行科技創(chuàng)新培育雜交水稻,為我國乃至世界的糧食供給作出重

大貢獻(xiàn)。

第一代雜交水稻:中國的雜交水稻研究起始于1964年。1973年,袁隆平帶領(lǐng)的

研究團(tuán)隊(duì)以細(xì)胞質(zhì)雄性不育系為遺傳工具,突破實(shí)現(xiàn)了三系法配套,培育出第一代

雜交水稻。

第二代雜交水稻:1986-1992年,科學(xué)家們又攻克兩系法育種關(guān)鍵技術(shù),以光

溫敏雄性不育系為遺傳工具,培育出第二代雜交水稻,極大地簡(jiǎn)化了育種程序、縮

短了育種周期,增產(chǎn)效果明顯。

第三代雜交水稻:科學(xué)家們通過不斷努力,運(yùn)用基因工程技術(shù),以遺傳工程雄

性不育系為遺傳工具,推出了第三代雜交水稻,不但提高了性狀穩(wěn)定性和選育效率,

還降低了對(duì)環(huán)境的要求,使其每公頃產(chǎn)量由普通水稻的6t*提升到It,潛在產(chǎn)量更可

達(dá)18tls

第四代雜交水稻:目前,更多的科學(xué)家還在繼續(xù)深入研究新一代的雜交水稻。袁

隆平認(rèn)為,第四代雜交水稻應(yīng)是正在研究中的碳四(C4)型雜交水稻,其光合作用效

率高等優(yōu)勢(shì)必將使水稻產(chǎn)量潛力進(jìn)一步提高;而第五代則是利用無融合生殖固定水

稻雜種優(yōu)勢(shì),雖然難度很大,但隨著分子育種技術(shù)的進(jìn)步,有望在本世紀(jì)中期獲得

成功。

2.基因編輯技術(shù)為農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)提供了更廣闊的發(fā)展空間

進(jìn)入21世紀(jì),在細(xì)胞和分子生物學(xué)研究基礎(chǔ)上建立起來的基因編輯技術(shù),通過

特定的“工具”可以重新編輯細(xì)胞中DNA的遺傳信息,以此改變細(xì)胞的生物學(xué)性狀。

例如,通過人工設(shè)計(jì),可以使核酸酶在靶細(xì)胞DNA上的特定位點(diǎn)進(jìn)行剪切,實(shí)現(xiàn)對(duì)

細(xì)胞內(nèi)源基因的精準(zhǔn)定點(diǎn)編輯。

基因編輯:是一種比較精確地對(duì)生物體基因組特定基因進(jìn)行操作的基因工程技

術(shù),可以理解為像編輯文檔中的文字一樣,對(duì)DNA分子中某個(gè)或若干個(gè)特定脫氧核

甘酸進(jìn)行替代、刪除或增加。目前應(yīng)用較廣的基因編輯工具是CRISPR/Cas9系統(tǒng)。

(必修2-p26前沿視窗)

細(xì)菌CRISPR-cas9技術(shù)原理:設(shè)計(jì)并人工合成一段RNA(向?qū)NA)。該向?qū)?/p>

RNA能夠與目標(biāo)生物基因組中特定DNA片段的一條單鏈進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)。向?qū)NA

與Cas9結(jié)合后,在目標(biāo)生物的DNA上“巡航”,尋找到目標(biāo)DNA片段后,向?qū)NA

就與目標(biāo)DNA的一條鏈互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合,使Cas9正確定位,并對(duì)目標(biāo)DNA的兩條鏈進(jìn)

行切割,使之?dāng)嗔?。之后,在?xì)胞中DNA修復(fù)機(jī)制的幫助下,按照設(shè)計(jì)把外源DNA

插入到斷裂位置并連接起來。(敲除基因-精確改變特定一段基因的序列-定點(diǎn)對(duì)基

因片段進(jìn)行整合)

基因編輯技術(shù)的應(yīng)用:

①可廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)基礎(chǔ)研究、疾病模型構(gòu)建、藥物研發(fā)等領(lǐng)域。通過對(duì)特

定基因的定點(diǎn)敲除或替換,建構(gòu)人類疾病的動(dòng)物模型,可以幫助科學(xué)家研究特定基因

的功能,或設(shè)計(jì)出相關(guān)疾病治療的藥物。

②基因突變引起的疾病,如鐮狀細(xì)胞貧血癥、血友病等,則有望直接通過對(duì)突變

基因的修復(fù)、改造進(jìn)行治療。目前已知的人類遺傳病超過5000種,95%以上的遺傳病

仍缺乏有效的治療方法,而基因治療給這些患者帶來治愈的新希望。

③新一代的基因編輯技術(shù)可以不引入外源基因,有望更安全、更廣泛地應(yīng)用于各

種農(nóng)作物和果蔬品種的改良。

3.免疫治療開啟清除腫瘤細(xì)胞新途徑

腫瘤己成為目前人類健康所面臨的最大挑戰(zhàn)之一。常見的腫瘤治療手段為手術(shù)切

除、放療、化療以及靶向治療等。近年來,科學(xué)家通過研究免疫細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞之間

“相愛相殺”的復(fù)雜關(guān)系,開創(chuàng)出刺激人體免疫系統(tǒng)清除腫瘤細(xì)胞的新途徑。2018年

諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者發(fā)現(xiàn):具有人體健康監(jiān)護(hù)作用的T淋巴細(xì)胞表面的兩種

膜蛋白(PDT和CTLA-4)會(huì)阻止T淋巴細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。如能研制出阻

斷這兩種膜蛋白功能的靶向藥物,就可以借助T淋巴細(xì)胞來清除腫瘤。

1)免疫治療:針對(duì)機(jī)體低下或亢進(jìn)的免疫狀態(tài),人為地增強(qiáng)或抑制機(jī)體的免疫功

能以達(dá)到治療疾病目的的治療方法。

2)CAR-T療法:通過基因工程的技術(shù),在T細(xì)胞上加上一個(gè)能夠精確識(shí)別腫瘤細(xì)

胞的蛋白質(zhì),相當(dāng)于針對(duì)腫瘤細(xì)胞制造了一個(gè)精確制導(dǎo)炸彈,讓T細(xì)胞可以更加精準(zhǔn)

地識(shí)別腫瘤細(xì)胞并將其消滅。

分離T細(xì)胞一制備CAR-T細(xì)胞(導(dǎo)入基因)一擴(kuò)增CAR-T細(xì)胞一回輸細(xì)胞一監(jiān)控

病人

4.現(xiàn)代發(fā)酵在人類的生產(chǎn)和生活中廣泛應(yīng)用

發(fā)酵工程是利用微生物的生命活動(dòng)來大量生產(chǎn)人們所需生物產(chǎn)品的工程技術(shù)。

1)食品領(lǐng)域:釀酒,酸奶,醬油,味精等;

2)醫(yī)藥領(lǐng)域:發(fā)酵工程技術(shù)生產(chǎn)的人源重組蛋白質(zhì)藥物(如重組人胰島素、干擾

素、白介素等)具有重要的治療作用;

3)農(nóng)牧業(yè)領(lǐng)域:微生物的產(chǎn)物可以當(dāng)作土壤肥料,可以為畜牧業(yè)養(yǎng)殖提供食物,

還能產(chǎn)生抗蟲抗病物質(zhì);

4)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域:利用非糧資源的木質(zhì)纖維素作為原料發(fā)酵生產(chǎn)可再生能源燃料

乙醇;利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)生物可降解塑料聚乳酸。

5.生態(tài)學(xué)原理指導(dǎo)人類可持續(xù)發(fā)展

隨著人口的增長(zhǎng)、人類對(duì)自然資源和環(huán)境的不合理開發(fā)和利用,氣候變化、生物

多樣性喪失、海洋酸化、土地荒漠化加劇等全球性生態(tài)和環(huán)境問題,在可預(yù)見的未來

還將進(jìn)一步加劇。因此,生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)將是如何在維持地球生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的前提

下,滿足人類日益增長(zhǎng)的需求。

運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理,將人類活動(dòng)合理融入地球生態(tài)系統(tǒng),是解決可持續(xù)發(fā)展問題的

有效途徑?!熬G水青山就是金山銀山”,生動(dòng)形象地闡明了人類社會(huì)發(fā)展與環(huán)境的“舟

水關(guān)系”,更是我們加強(qiáng)生態(tài)文明、建設(shè)美麗中國、構(gòu)建人與自然生命共同體的努力

方向。生產(chǎn)或f活實(shí)踐

提出問題

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)方案

驗(yàn)

證I

實(shí)施方案

設(shè)I

.獲取數(shù)據(jù)

分析數(shù)據(jù)

—得出結(jié)論

解答問題

實(shí)驗(yàn)探究式學(xué)習(xí)生物學(xué)重要途徑I—

新的問題

1.實(shí)驗(yàn)探究需要合理的思路和方法進(jìn)一步探究

1.1生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)

實(shí)驗(yàn)探究也是學(xué)習(xí)生物學(xué)的重要

途徑。合理的思路和方法以及熟練的實(shí)

驗(yàn)技術(shù)是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的基本保障。走

進(jìn)實(shí)驗(yàn)室之前,我們先要熟悉生物學(xué)實(shí)

驗(yàn)探究的基本步驟和要求。

1.2實(shí)驗(yàn)案例:探究NaCI含量對(duì)小生的影響

1、提出問題:鹽堿化的土壤中,NaCI含量對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)有怎樣的影響?

2、作出假設(shè):土壤中的NaCI含量高會(huì)排制農(nóng)作物的生長(zhǎng)。

3、實(shí)驗(yàn)原理

小麥種子是容易獲得的實(shí)驗(yàn)材料,并且適合在實(shí)驗(yàn)室中生長(zhǎng)培養(yǎng);小麥幼苗的生長(zhǎng)

速率是適合觀察和評(píng)價(jià)生長(zhǎng)狀況的指標(biāo);用水培法能更好地控制NaCI含量(實(shí)驗(yàn)變量);

每種農(nóng)作物都有其耐受的鹽含量,據(jù)查閱資料顯示,小麥在低于50mlliol/L的NaCL含

量下對(duì)生長(zhǎng)影響不大。

4、實(shí)驗(yàn)步驟

①小麥種子萌發(fā)

先用蒸儲(chǔ)水浮選小麥種子,去掉干癟的種子,留下的種子在75%酒精中浸泡30c

60s進(jìn)行消毒處理,用蒸儲(chǔ)水反復(fù)洗滌3?5次。然后將小麥種子置于溫水(25℃左右)

中浸泡6h或過夜(12h),從中挑選顆粒飽滿的種子放置在鋪了4層紗布的白瓷盤中,

以蒸儲(chǔ)水浸濕紗布(指壓能出水),于25℃室溫中暗室培養(yǎng)(可用保鮮膜封蓋保濕,

但需注意每天揭開保鮮膜通氣lOmin),直至種子萌發(fā)。

②觀察小麥幼苗生長(zhǎng)

將上述萌發(fā)的小麥種子隨機(jī)分成大致相同的3組,轉(zhuǎn)移到尼龍網(wǎng)架上。在0.1%復(fù)

合肥營(yíng)養(yǎng)液中,加相應(yīng)質(zhì)量的NaCl分別配制濃度為0、80、120mmol/LDENaCl培養(yǎng)

液。在25℃、光照條件下的培養(yǎng)室或培養(yǎng)箱中,每組用相應(yīng)NaCl濃度培

養(yǎng)液進(jìn)行水培。培養(yǎng)早期注意培養(yǎng)液液面高度保持與播種種子的尼龍網(wǎng)水平對(duì)齊,以

防缺水。在培養(yǎng)過程中,保證各組的光照和溫度等條件的恒定一致。

5、注意事項(xiàng)

(1)為什么要選擇300題小麥種子進(jìn)行實(shí)臉,每組大約100顆?

設(shè)置多組重復(fù),避免實(shí)驗(yàn)誤差,避循平行重復(fù)原則;

(2)本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了幾個(gè)組別?實(shí)驗(yàn)組是什么?對(duì)照組是什么?

3;實(shí)驗(yàn)組:80和120mmolNaCl營(yíng)養(yǎng)液;對(duì)照組OmmolLNaCl培養(yǎng)液,遵循對(duì)照

原則;

(3)在培養(yǎng)過程中,為什么要保證各組的光照和溫度等條件的恒定一致?

控制唯一變量而排除無關(guān)變量的干擾,遵循單一變量原則;

6、獲取數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,80、120mmol/LNaCl溶液進(jìn)行水培的小麥植株高度都低于同期

Ommol/LNaCl溶液水培的小麥植株高度,120mmol/L條件下的株高最低。

培養(yǎng)時(shí)間(d)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原則:

①對(duì)照原則:需要設(shè)置對(duì)照組,通過實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間的比較,用統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法

確定是否存在差異,從而得出結(jié)論;

②單一變量原則:控制無關(guān)變量,保證實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間實(shí)驗(yàn)條件的一致性,盡

可能避免因?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)或操作引起的誤差;

③平行重復(fù)原則:需要有一定數(shù)量的樣本和重復(fù),確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠。

2.顯微鏡的使用方法

2.1實(shí)驗(yàn)探究需要熟練的技能

1目鏡:放大物像

鐐頭彳

I物鏡:放大物像

光學(xué)結(jié)構(gòu)<

、j平面鏡:光線較強(qiáng)時(shí)使用

顯微鏡4反光鏡[凹面鏡:光線較弱時(shí)使用

'準(zhǔn)焦螺旋:使鏡筒上升或下降

機(jī)械結(jié)構(gòu)《轉(zhuǎn)換器:轉(zhuǎn)換物鏡

、遮光器:調(diào)節(jié)視野亮度

①電源開關(guān)和光圈(或光亮度調(diào)節(jié)旋鈕)的位置;

②目鏡和物鏡的放大倍數(shù);

③粗準(zhǔn)焦螺旋和細(xì)準(zhǔn)焦螺旋的旋轉(zhuǎn)方向與載物臺(tái)升降的關(guān)系;

④片夾旋鈕旋轉(zhuǎn)方向與玻片移動(dòng)方向的關(guān)系。

2.2顯微鏡的成像原理

放大倍數(shù)=目鏡放大倍數(shù)X物鏡放大倍數(shù),這里的放大倍數(shù)是指物像長(zhǎng)度和寬度

的放大倍數(shù),而不是面積或體積的放大倍數(shù)。

2.3使用顯微鏡的方法步驟

使轉(zhuǎn)動(dòng)反光鏡使視野明亮

法將物像移到視野中央

察轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器,換上高倍物鏡

調(diào)細(xì)準(zhǔn)焦螺旋使物像清晰

2.4顯微鏡使用中的注意事項(xiàng)

①低倍鏡觀察:將低倍鏡對(duì)準(zhǔn)通光孔。在低倍鏡下觀察裝片,先調(diào)節(jié)粗準(zhǔn)焦螺旋

再調(diào)節(jié)細(xì)準(zhǔn)焦螺旋使物像達(dá)到最清晰。旋轉(zhuǎn)片夾旋鈕移動(dòng)裝片,選取不同的視野進(jìn)行

觀察。將需要放大觀察的細(xì)胞,通過旋轉(zhuǎn)片夾旋鈕,移至視野正中。(觀察到的細(xì)胞:

表皮細(xì)胞形狀不規(guī)則保衛(wèi)細(xì)胞是腎形且成對(duì)排列;保衛(wèi)細(xì)胞圍成的是氣孔(二氧化碳

進(jìn)出的通道))。

②轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器:切換到高倍鏡。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),兩眼須從顯微鏡側(cè)面注視,避免鏡頭與

裝片相碰。然后用目鏡觀察視野并微微轉(zhuǎn)動(dòng)細(xì)準(zhǔn)焦螺旋直到物像最清晰。(可以將細(xì)

胞結(jié)構(gòu)看得更加清晰,細(xì)胞中深色的微小顆粒結(jié)構(gòu)就是細(xì)胞核)

紅細(xì)胞白細(xì)胞

操作注意:

A.下降鏡筒時(shí)要目視物鏡,防止物鏡下降時(shí)壓壞玻片標(biāo)本或損傷物鏡

B.轉(zhuǎn)換物鏡時(shí)要轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器,不可握住物鏡直接轉(zhuǎn)動(dòng)

C.光線暗示,使用反光鏡的凹面;光線亮?xí)r,使用反光鏡的平面

D.高倍鏡觀察時(shí),只能使用細(xì)準(zhǔn)焦螺旋調(diào)節(jié)焦距。若視野光線較暗可調(diào)節(jié)光圈(或

光亮度調(diào)節(jié)旋鈕),使視野明亮。

補(bǔ)充:關(guān)于顯微鏡相關(guān)考點(diǎn)

(1)關(guān)于放大倍數(shù)

放大倍數(shù)的計(jì)算:顯微鏡的放大倍數(shù)等于且量放大倍數(shù)與物量放大倍數(shù)的乘積。

放大倍數(shù)的實(shí)質(zhì):放大倍數(shù)指放大的長(zhǎng)度或?qū)挾?不是指得面積或體積。

(2)放大倍數(shù)的變化與視野范圍內(nèi)細(xì)胞數(shù)量變化的推算

若視野中細(xì)胞為單行,計(jì)算時(shí)只考慮長(zhǎng)度;若視野中充滿細(xì)胞,計(jì)算時(shí)考慮面積

的變化。細(xì)胞數(shù)量與放大倍數(shù)的變化規(guī)律如表所示:

項(xiàng)目視野中一行細(xì)胞數(shù)量圓形視野內(nèi)細(xì)胞數(shù)量

低倍鏡下放大倍數(shù)為aCd

高倍鏡下放大倍數(shù)為nacX(1/n)dX(1/n2)

二放大倍數(shù)一二

舉例\u7100倍*400倍

16個(gè)4個(gè)64個(gè)4個(gè)

3.顯微鏡的成像特點(diǎn)和物像移動(dòng)規(guī)律

(1)成像特點(diǎn):顯微鏡成放大倒立的虛像,實(shí)物與像之間的關(guān)系是實(shí)物旋轉(zhuǎn)180°

如實(shí)物為字母“b”,則視野中觀察到的為“q”。

(2)移動(dòng)規(guī)律:在視野中物像偏向哪個(gè)方向,則應(yīng)向哪個(gè)方向移

動(dòng)(或同向移動(dòng))裝片。如物像在偏左上方,則裝片應(yīng)向左上方移動(dòng);

若將下圖中的細(xì)胞移到視野正中央,應(yīng)先將裝片向右下方移動(dòng)。

4.顯微鏡的目鏡和物鏡及放大倍數(shù)的區(qū)分

■■99

①②③④

有螺紋的是物鏡(③和④),無螺紋的是目鏡(①和②)。

區(qū)分放大倍數(shù)可看“長(zhǎng)短”:物鏡長(zhǎng)的放大倍數(shù)大,目鏡短的放大倍數(shù)大。

還可看物鏡鏡頭與玻片標(biāo)本的距離:放大倍數(shù)越大,鏡頭離玻片標(biāo)本越近。圖中

放大倍數(shù)較大的目鏡和物鏡分別是②和④。

5.使用低倍鏡與高倍鏡觀察細(xì)胞標(biāo)本時(shí)的不同點(diǎn)

物鏡與裝片

項(xiàng)目視野中的細(xì)胞數(shù)目物像大小視野亮度視野范圍

的距離

低倍鏡遠(yuǎn)多小亮大

高倍鏡近少大暗小

6.結(jié)5艮觀察異常情況分析

(1)視野模糊原因分析

①整個(gè)視野模糊一一細(xì)準(zhǔn)焦螺旋未調(diào)節(jié)好。

②視野一半清晰,一半模糊一一觀察材料有重疊,觀察材料應(yīng)薄而透明。

③有異物存在。

(2)調(diào)節(jié)視野亮度的操作

①觀察染色標(biāo)本或高倍鏡觀察一一光線宜強(qiáng)。

②觀察無色或未染色標(biāo)本或低倍鏡觀察一一光線宜弱。

③視野一半暗一半亮一一應(yīng)調(diào)反光鏡。

補(bǔ)充:顯微鏡的分辨率

植物細(xì)胞

微絲

DNA

電子W微鏡分辨率

肉眼、光學(xué)M微鏡、電于M微鏡的分辨率

1)顯微結(jié)構(gòu):普通光學(xué)顯微鏡下能觀察到的結(jié)構(gòu)。如在細(xì)胞的吸水和失水實(shí)驗(yàn)中

看到的細(xì)胞壁、中央液泡(夠大、常食魚素);在觀察植物細(xì)胞的有絲分裂的實(shí)驗(yàn)中可看

到細(xì)胞核、染色體(可被堿性染料染成深色)、核仁(折光性強(qiáng));在觀察葉綠體的實(shí)驗(yàn)中

可看到葉綠體(光學(xué)顯微鏡下只能看到葉綠體的外形,含色素);線粒體進(jìn)行染色可

以看見。

2)亞顯微結(jié)構(gòu):要通過電子顯微鏡才能看到的結(jié)構(gòu)。如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶

體、核糖體等細(xì)胞器,還包括線粒體和葉綠體的內(nèi)外膜等細(xì)微結(jié)構(gòu)。

三.細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)的基本單位

1.生物體由多種多樣的細(xì)胞構(gòu)成

單細(xì)胞生物:整個(gè)生物體由一個(gè)細(xì)胞構(gòu)成。細(xì)胞直接與外界非生物環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)

和信息交換,生理活動(dòng)由細(xì)胞的不同結(jié)構(gòu)分工完成。例如綠眼蟲、草履蟲。

高等植物:高等植物由不同器官組成,如根、莖、葉等。人和動(dòng)物的消化、呼吸、

循環(huán)等系統(tǒng)也是由相應(yīng)的器官組成。顯微鏡下可觀察到這些器官都是由無數(shù)細(xì)胞構(gòu)成

的,形態(tài)相似的細(xì)胞排列在一起,執(zhí)行特定的功能。例如小腸絨毛

生物體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng):高等動(dòng)植物是先由細(xì)胞構(gòu)成組織,再由組織形成一

個(gè)個(gè)帶有功能的器官,再最終形成個(gè)體。

細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)的基本單位。

2.不同形態(tài)和功能的真核細(xì)胞具有相似的基本結(jié)構(gòu)

構(gòu)成成人身體的細(xì)胞約有10'4個(gè),可分為200多種類型。這些不同類型的細(xì)胞形態(tài)

各異、功能多樣,但都屬于真核細(xì)胞。

原核與真核的區(qū)別:真核細(xì)胞都由一層非常薄的保護(hù)層一質(zhì)鹿

包裹。細(xì)胞內(nèi)有一個(gè)染色后顏色較深的結(jié)構(gòu)一細(xì)胞核

,核中有控制細(xì)胞生命活動(dòng)的遺傳物質(zhì)。

細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)膜之間有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾

基體、核糖體等各種細(xì)胞器分布于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。通常,每個(gè)細(xì)胞

都具有細(xì)胞核以及完成生命活動(dòng)所需的各種細(xì)胞器。

2.1科學(xué)史話:細(xì)胞的研究之路

時(shí)間科學(xué)家貝獻(xiàn)

用顯微鏡發(fā)現(xiàn)細(xì)胞并命名細(xì)胞

英國學(xué)者胡克

1665年①W

用顯微鏡觀察到了動(dòng)植物細(xì)胞和原生動(dòng)物(觀察

1675年荷蘭學(xué)者列文虎克

的活細(xì)胞)iffH

1838年德國動(dòng)物學(xué)家施萊登首先提出細(xì)胞是構(gòu)成植物體的基本單位

與施萊登共同提出:一切動(dòng)植物都是由細(xì)胞發(fā)育

1839年德國動(dòng)物學(xué)家施旺

而來的

結(jié)合電鏡技術(shù)的研究成果,提出了細(xì)胞質(zhì)膜的流

1972年美國科學(xué)家辛格和尼克森

動(dòng)鑲嵌模型

美國分子生物學(xué)家沃森和

1953年發(fā)現(xiàn)了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)

英國生物物理學(xué)家克里克

3.原核細(xì)胞沒有由核膜包被的細(xì)胞核

擬核:原核細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小,直徑一般為1?10口m,沒有核膜包被的細(xì)

胞核,其遺傳物質(zhì)集中在細(xì)胞的中央的區(qū)域。原核細(xì)胞中的細(xì)胞器一般只有核糖體。

原核生物:由原核細(xì)胞構(gòu)成的生物。

原核生物包括:細(xì)菌、支原體(支原體是一類已知最小、無細(xì)胞壁、能獨(dú)立生活的

原核生物)、衣原體、立克次氏體、藍(lán)細(xì)菌等。

結(jié)構(gòu):

(1)莢膜:多糖,幫助自身適應(yīng)惡劣環(huán)境

(2)細(xì)胞壁:主要成分肽聚糖細(xì)胞壁

細(xì)胞質(zhì)膜

(3)細(xì)胞質(zhì)膜

擬核

(4)細(xì)胞質(zhì):有唯一細(xì)胞器核糖體核糖體

(5)擬核:遺傳物質(zhì)(DNA)集中分布的區(qū)

域(無染色體)

(6)鞭毛:運(yùn)動(dòng)

藍(lán)細(xì)菌(舊稱藍(lán)藻)大多數(shù)無鞭毛,含葉綠素,但沒有葉綠①

煌,是地球上最早出現(xiàn)的能進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用的原核生物。

補(bǔ)充:原核細(xì)胞核真核細(xì)胞的比較

比較項(xiàng)目原核細(xì)胞真核細(xì)胞

本質(zhì)區(qū)別有無核膜包被的成型的細(xì)胞核

大小較小較大

植物細(xì)胞和真菌細(xì)胞有,動(dòng)物細(xì)胞

同細(xì)胞壁有(支原體除外)

點(diǎn)

細(xì)胞器有核糖體,無其他細(xì)胞器有核糖體、線粒體等復(fù)雜的細(xì)胞器

細(xì)胞核有擬核,無核膜,無染色體有成形的細(xì)胞核,有染色體

放線菌、支原體、衣原體

真菌:酵母菌、霉菌、蘑菇

細(xì)菌:大腸桿菌、乳酸菌、硝化

生物類群動(dòng)物

細(xì)菌等

植物

藍(lán)細(xì)菌(藍(lán)藻)

統(tǒng)一性都有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、核糖體,都以DNA作為遺傳物質(zhì)

第2章細(xì)胞的分子組成

一、C、H、0、N、P、S等元素組成復(fù)雜的生物分子

1.細(xì)胞主要由C、H、0、N、P、S等元素構(gòu)成

(1)元素的的統(tǒng)一性和特殊性

①統(tǒng)一性:(生物界與非生物界)組成細(xì)胞的元素都可以在地殼中找到,沒有一種

元素是生物界所特有的,可見生物與環(huán)境密不可分,是自然界組成的一部分。

②特殊性:(生物界與非生物界)生物體細(xì)胞中的元素組成與非生物環(huán)境的元素

組成既相似又有差異。細(xì)胞與地殼中元素的分布差異很大,體現(xiàn)了生命的特殊性。

1.2組成細(xì)胞的化合物

大量元素C、H、O、N、P、S、K、Ca、

含量Mg等

-微電兀卷FeMn、Zn、Cu、B、Mo等

分類

硒最基本元素C(參與構(gòu)成生物大分

作用IT的基本骨架)

基本元素C、H、O、N(干重、鮮

重均最多)

存在形式一大多以化合物的形式存在

(1)存在形式:組成細(xì)胞的各種元素大多以化合物的形式存在,如水、蛋白質(zhì)(C、H、

0、N、(S))、核酸(C、H、0、N、P)、糖類(C、H、0)、?(C、H、0)等。

(2)據(jù)上圖完成組成細(xì)胞化合物的有關(guān)問題。

①鮮細(xì)胞(活細(xì)胞)中含量最多的化合物是丞。它是生命之源,缺少了它生命活

動(dòng)就無法進(jìn)行。含量(就是重量,H比較輕,所以不是H)最高的元素:0>C>H>N

②干細(xì)胞(去掉了水)中含量最多的化合物是蛋白質(zhì)。它是組成生物體的重要物

質(zhì),在生命活動(dòng)中起重要作用。含量最高的元素:C>O>N>H

(3)細(xì)胞內(nèi)還有多種含量甚微的元素,稱為微量元素,如Fe、Zn、Cu、I、Mn>B(能

夠促進(jìn)花粉的萌發(fā)和花粉管的伸長(zhǎng),植物缺乏會(huì)“花而不實(shí)”)、Cr、Mo、Co、Se、F

等。微量元素的總質(zhì)量?jī)H占細(xì)胞干重的1%左右,且僅出現(xiàn)在某些生物分子中,但不可

缺少。例如,碘(I)是構(gòu)成甲狀腺激素的重要元素。缺碘或長(zhǎng)期碘攝入量不足會(huì)導(dǎo)致

地方性甲狀腺腫(俗稱大脖子?。?。

2.元素以碳鏈為骨架形成生物分子

碳元素占細(xì)胞干重的40%以上。蛋白質(zhì)、核酸、糖類和脂質(zhì)等組成細(xì)胞的生物分子

都可以看成是碳的化合物。生物分子中,碳原子與周邊的碳或其他原子通過化學(xué)鍵結(jié)

合,形成相對(duì)穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)。碳與碳之間能以單鍵(C—C)、雙鍵(C=C)相連接,

形成長(zhǎng)短不一、形狀不同的碳骨架。

II

碳骨架可以是直鏈碳骨架上可以有雙鍵

0H

c(?

H-C-NH.

H-C-H

SH

碳骨架可以形成分枝碳骨架可以形成環(huán)狀半胱氨酸:一種組成蚩白質(zhì)的基本單位前的精:一種組成多糖的睡本單位

細(xì)胞中的許多生物分子是大分子,一般由小分子組成,如蛋白質(zhì)由氨基酸組成,

多糖由單糖(如葡萄糖)組成。從氨基酸、葡萄糖等生物分子的結(jié)構(gòu)來看,其碳骨架

周邊連接著不同基團(tuán)。這些基團(tuán)都有自己的化學(xué)特性,使生物分子具有一定的空間結(jié)

構(gòu),并能進(jìn)行特定的化學(xué)反應(yīng)。這也正是生物分子具有特定生物功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。

(1)生物大分子是由許多基本單位連接而成的,這些基本單位稱為里位,這些生

物大分子又稱為單體的多聚體。

單體(基本單位)多聚體(生物大分子)

多糖(淀粉、糖原、纖

單糖(葡萄糖)

維素)

氨基酸蛋白質(zhì)

核昔酸核酸(DNA和RNA)

(2)每一個(gè)單體都以若干個(gè)相連的碳原子構(gòu)成的碳鏈為基本骨架,由許多單體連接

成多聚體。

(3)碳是生命的核心元素。

(4)細(xì)胞是由化學(xué)元素和化合物構(gòu)成的

(5)多糖、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子以碳鏈作為基本骨架。

(6)糖類和脂質(zhì)提供生命活動(dòng)的重要能源。

(7)水和無機(jī)鹽與其他物質(zhì)一起,共同承擔(dān)著構(gòu)建細(xì)胞、參與細(xì)胞生命活動(dòng)等重要

功能。

(8)細(xì)胞中的化合物,含量和比例處在不斷變化中,但又保持相對(duì)穩(wěn)定,以保證細(xì)

胞生命活動(dòng)。

二、蛋白質(zhì)和核酸是重要的生物大分子

1.蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者

通過歸納檢索到的信息,我們發(fā)現(xiàn)生物體中蛋白質(zhì)的種類、結(jié)構(gòu)和功能具有多樣

性。生物界的蛋白質(zhì)種類多達(dá)1(/°?lor種。在大多數(shù)細(xì)胞中,蛋白質(zhì)占到干重的50%

以上。

在生物體內(nèi),蛋白質(zhì)不僅參與細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成,還承擔(dān)著物質(zhì)、能量和信息的轉(zhuǎn)

換與傳遞等多種多樣的生命活動(dòng)。

(1)含量:組成細(xì)胞的有機(jī)物中含量最多的是蛋白康,占到干重50%以上。

(2)蛋白質(zhì)功能的多樣性

實(shí)例圖示蛋白質(zhì)的功能

動(dòng)物結(jié)締組織中的膠原蛋

白(結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì))H支持和保護(hù)作用(構(gòu)成生物體結(jié)構(gòu))

細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與水、離子和小分子的運(yùn)輸

各種受體蛋白參與細(xì)胞間信息的傳遞和轉(zhuǎn)換

細(xì)胞中的醒絕大多數(shù)是蛋

白質(zhì)(催化作用蛋白質(zhì))催化生物體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)

血液中的血紅蛋白(運(yùn)輸

作用蛋白質(zhì))1負(fù)責(zé)氧氣的運(yùn)輸

1■

免疫球蛋白(抗體)(免丁5

疫作用蛋白質(zhì))機(jī)體防御系統(tǒng)的重要組成

胰島素、生長(zhǎng)激素(含量

少,長(zhǎng)不高,晚上才分泌)

調(diào)節(jié)生命活動(dòng)

等蛋白質(zhì)(調(diào)節(jié)功能蛋白

質(zhì))

生物體幾乎每一項(xiàng)生命活動(dòng)都需要蛋白質(zhì)的參與、執(zhí)行,因此,可以認(rèn)為蛋白質(zhì)

是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。

2.蛋白質(zhì)由氨基酸組成

1.氨基酸的種類

蛋白質(zhì)種類很多,但是將蛋白質(zhì)水解后會(huì)發(fā)現(xiàn),所有的蛋白質(zhì)都是由氨基酸組成

的。組成蛋白質(zhì)的氨基酸有22種,其中常見的有20種。

有些氨基酸是人體細(xì)胞不能合成的,必須從食物中獲取,稱為必需氨基酸(非必

需氨基酸:在人體中可以合成的氨基酸)(8種必需氨基酸:甲硫氨酸,賴氨酸,繳氨

酸,異亮氨酸,苯丙氨酸,亮氨酸,色氨酸,蘇氨酸)

2.氨基酸的元素組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

0

H,N-C-CXHjN-C-C^H0

詢OH°HH,N-C-C^

<1.

甘氨酸丙氨酸

CIL

H0110Clk

11〃

H,N-C-CH,N-C-C、bH5

IXnw

(IIClhNII

c

OOH

聚丙短酸天冬窗仰6賴氨酸

(1)組成氨基酸的共有元素是C、H、0、N,有的氨基酸還含有“等元素。

(2)構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

a.至少含有一個(gè)氨基(-NH2)和一個(gè)赧基(-C00H)

b.有一個(gè)氨基(-NH9和一個(gè)竣基(-C00H)連接在中心碳原子上

c.側(cè)鏈(R基)的不同,決定了氨基酸種類的不同

①中心碳原子通過四個(gè)共價(jià)鍵分別連接一個(gè)竣基(一C00H)、一個(gè)氨基(一NHz)、

一個(gè)氫原子(一H)和一個(gè)側(cè)鏈(R基)

②不同種類氨基酸的區(qū)別就在于R基的不同(20種R基),如甘氨酸上的R基是

一個(gè)氫原子(一H),丙氨酸上的R基則是甲基(一CM)等。每種氨基酸的側(cè)鏈R基

具有獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì),可分為極性(親水)和非極性(親脂)兩大類。

③寫出氨基酸的結(jié)構(gòu)通式:

R基:決定氨基酸的種類

氨基:與相鄰氨基||綾基:與相鄰氨

4基酸的一脫

酸的一COOHM!"H2NCOOHNH2

水縮合形成肽鍵!|水縮合形成肽鍵

!共同部分:決定是否是構(gòu)成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸;

3.脫水縮合的過程

氨基酸通過脫水縮合連接形成肽。一個(gè)氨基酸分子的氨基(一NH?)和另一個(gè)氨基

酸分子的竣基(-C00H)脫水縮合,形成肽鍵(碳原子與氮原子中間的化學(xué)鍵)。兩

個(gè)氨基酸分子通過肽鍵連接形成二肽。

肽鍵

IIOCH,HjOHo|CH,

H,N-C-C-POH"+"Ti4N-C-COOH)-I^N-C-C-N-C-COOH

2?u--------------??*???

IIHIIIIHII

甘氨酸丙氨酸二肽

二肽:由兩個(gè)氨基酸縮合而成的化合物。

多肽:由多個(gè)氨基酸分子縮合而成的,含多個(gè)肽鍵的化合物。

肽鏈:多肽通常呈鏈狀結(jié)構(gòu),叫做肽鏈。

總結(jié):a.圖中產(chǎn)生的H20中H來源于氨基和竣基;0來源于竣基。

b.一條肽鏈含有的游離的氨基(或竣基)至少是L個(gè),位于肽鏈的一端;其余的位于

R基(或側(cè)鏈基團(tuán))上。

生物體中蛋白質(zhì)種類繁多的原因:

①多個(gè)氨基酸分子通過肽鍵連接,可形成不同長(zhǎng)度的肽鏈。每條肽鏈的一端是氨

基,另一端是竣基。肽鏈上氨基酸的組成與排列順序稱為該肽鏈的氨基酸序列。(氨

基酸的種類不同)

②不同的蛋白質(zhì)的氨基酸序列不同。可以想象,類似26個(gè)英文字母可以組合成無

數(shù)英語單詞那樣,20種常見氨基酸的不同組合可以使每一種蛋白質(zhì)帶有獨(dú)特的氨基酸

序列。理論上,一個(gè)由50個(gè)氨基酸組成的肽鏈可能有205。種不同的氨基酸序列。(肽

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EHZF^-<I

氨基酸的獨(dú)類不同夕氨基酸的數(shù)目不同,

5,蛋白質(zhì)

構(gòu)成的肽鏈不同構(gòu)成的肽鏈不同

結(jié)構(gòu)多

樣性

D-OO-D20嗔廣

氨基酸的排列順序不同,肽鏈的盤曲、折疊方式

構(gòu)成的肽鏈不同及其形成的空間結(jié)構(gòu)不

同,構(gòu)成的蛋白質(zhì)不同

補(bǔ)充:不同生物及同一生物不同細(xì)胞中蛋白質(zhì)不同的原因:同一生物不同細(xì)胞蛋白質(zhì)

不同的直接原因是mRNA不同,根本原因是基因的選擇性表達(dá);不同生物蛋白質(zhì)不同的

根本原因是DNA基因或遺傳信息的特異性。

3.蛋白質(zhì)的功能與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)

肽鏈的氨基酸序列-蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)-蛋白質(zhì)的功能。

有些蛋白質(zhì)只由一條肽鏈構(gòu)成,如細(xì)胞色素c、T4溶菌酶;有些蛋白質(zhì)由多條肽

鏈構(gòu)成,如血紅蛋白由四條肽鏈相互作用形成、胰島素。

4.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次

氨基酸

'概念:一個(gè)氨基酸分子的竣基與另一個(gè)氨

3脫水縮合,基酸分子的氨基相連接,同時(shí)脫去一分

、子的水

二肽:由兩個(gè)氨基酸縮合而成的化合物

3

多肽:由多個(gè)氨基酸縮合而成的,含有多個(gè)肽鍵的化合物,通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)

I盤曲、折疊(原因:由于氨基酸之間能形成氫鍵等)

蛋白質(zhì):具有一定的空間結(jié)構(gòu)

_________________組成________脫水_________,一條或數(shù)條1_______

C、H、0、N等禍當(dāng)總|氨基酸|福容|多肽鏈]盤曲.折疊國百而

5.蛋白質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)(蛋白質(zhì)變性)

高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等一些物理或化學(xué)因素會(huì)引起蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化(肽鏈

完整,肽鍵一般不斷裂),導(dǎo)致蛋白質(zhì)的功能受到影響,甚至完全喪失。體溫過高會(huì)導(dǎo)

致生命危險(xiǎn)的原因之一就是某些蛋白質(zhì)功能的喪失。

蛋白質(zhì)變性的例子:a.高溫:煮雞蛋一蛋清凝固

b.重金屬:喝雞蛋清(或牛奶)解重金屬中毒

c.酸、堿:果汁+牛奶一牛奶沉淀

補(bǔ)充:①熟雞蛋更容易消化的原因:高溫使蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)變得伸展、松散,容

易被蛋白酶水解(肽鍵斷斷裂,蛋白質(zhì)分解為短肽和氨基酸;水解與脫水縮合過程相

反)。

②蛋白質(zhì)變性后還可用雙縮胭試劑檢測(cè)嗎?能,因?yàn)榈鞍踪|(zhì)變性后空間結(jié)構(gòu)改變,

并沒有破壞氨基酸之間的肽鍵。

補(bǔ)充:蛋白質(zhì)計(jì)算專題(出題頻率較低)

(1)利用蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖解掌握相應(yīng)的計(jì)算規(guī)律

Ri肽鍵R?肽鍵R”-i肽鍵R”

I|I|I|I

HN-C-CO-NH—C-CO-NH-------C-CO-NH—C-COOH

2IIII

HHHH

①肽鍵數(shù)=脫去水分子數(shù)=氨基酸數(shù)-肽鏈數(shù)(環(huán)肽:肽鍵數(shù)=脫去水分子數(shù)=氨基酸數(shù))

②氨基(-NH。數(shù)目=肽鏈

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