生物核心概念整理（分子与细胞）

中心主线：
组成细胞的分子 → 细胞的结构 → 细胞的功能（物质输入输出、能量供应、生命历程）

第一章：走近细胞

这是全书的导论，确立了最基本的生物学观点。

细胞是生命活动的基本单位
- 细胞学说：揭示了动植物界的统一性（由细胞构成），是19世纪自然科学的三大发现之一。
- 生命系统的结构层次：细胞 → 组织 → 器官 → 系统 → 个体 → 种群 → 群落 → 生态系统 → 生物圈。细胞是最基本的生命系统。
细胞的多样性与统一性
- 多样性：表现在形态、大小、结构等方面的差异（如动植物细胞、不同功能的细胞）。
- 统一性：
  - 化学组成：基本元素和化合物种类相似。
  - 结构：都具有细胞膜、细胞质、核糖体、遗传物质DNA。
  - 代谢：都能进行新陈代谢。
  - 增殖：都以细胞分裂的方式增殖。
原核细胞 vs. 真核细胞
- 根本区别：有无以核膜为界限的细胞核。
- 原核生物：细菌、蓝藻（蓝细菌）、放线菌等。结构简单，只有核糖体一种细胞器。
- 真核生物：真菌、植物、动物等。结构复杂，有复杂的膜系统细胞器。

第二章：组成细胞的分子

阐述生命的物质性。

元素与化合物
- 基本元素：C、H、O、N（占鲜重比例最大的是O，干重最大的是C）。
- 核心观点：生物界与非生物界的统一性和差异性。
无机物
- 水：含量最多。
  - 结合水：细胞结构的重要组成部分。
  - 自由水：良好溶剂、参与化学反应、运输物质、提供液体环境。
- 无机盐：多以离子形式存在。
  - 功能：组成复杂化合物（如Mg²⁺→叶绿素，Fe²⁺→血红蛋白）、维持细胞和生物体的生命活动（如血钙过低会抽搐）、维持细胞的渗透压和酸碱平衡。
有机物
- 蛋白质——生命活动的主要承担者
  - 基本单位：氨基酸（约20种），通式特点：至少有一个氨基(-NH₂)和一个羧基(-COOH)连接在同一个碳原子上。
  - 连接方式：脱水缩合，形成肽键(-CO-NH-)。
  - 结构多样性原因：氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，以及肽链的盘曲折叠方式及其形成的空间结构千差万别。
  - 功能多样性：结构蛋白、催化（酶）、运输（血红蛋白）、信息传递（胰岛素）、免疫（抗体）等。
- 核酸——遗传信息的携带者
  - 分类：DNA（脱氧核糖核酸） 和 RNA（核糖核酸）。
  - 基本单位：核苷酸（由一分子磷酸、一分子五碳糖、一分子含氮碱基组成）。
  - 功能：DNA是主要的遗传物质，储存遗传信息；RNA在遗传信息的表达中起作用（如mRNA、tRNA、rRNA）。
- 糖类——主要的能源物质
  - 分类：
    - 单糖：葡萄糖（细胞生命活动的主要能源）、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖。
    - 二糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖。
    - 多糖：淀粉（植物储能）、糖原（动物储能，肝糖原、肌糖原）、纤维素（植物细胞壁成分）。
  - 功能：主要能源物质、结构物质（纤维素、几丁质）。
- 脂质
  - 脂肪：储能、保温、缓冲减压。
  - 磷脂：生物膜（细胞膜、细胞器膜）的基本骨架。
  - 固醇：胆固醇（动物细胞膜成分）、性激素（促进生殖器官发育）、维生素D（促进钙磷吸收）。

第三章：细胞的基本结构

“结构与功能相适应”是本章的核心思想。

细胞膜——系统的边界
- 成分：主要是磷脂（双分子层构成基本支架）和蛋白质（功能执行者），还有少量糖类。
- 结构模型：流动镶嵌模型。
  - 特点：流动性（磷脂和大多数蛋白质可以运动）和选择透过性。
- 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（如受体识别）。
细胞器——系统内的分工合作
- 双层膜细胞器：
  - 线粒体：细胞进行有氧呼吸的主要场所，“动力车间”。
  - 叶绿体：绿色植物进行光合作用的场所，“能量转换站”。
- 单层膜细胞器：
  - 内质网：蛋白质合成和加工、脂质合成的“车间”。（粗面/滑面）
  - 高尔基体：对蛋白质进行加工、分类、包装的“发送站”及与植物细胞壁形成有关。
  - 液泡：调节植物细胞内的环境，保持渗透压。
  - 溶酶体：“消化车间”，内含多种水解酶。
- 无膜细胞器：
  - 核糖体：合成蛋白质的场所。
  - 中心体：与动物细胞有丝分裂有关。
- 生物膜系统：由细胞膜、核膜、细胞器膜共同构成。作用：使细胞内部区域化、提供酶附着位点、为生化反应提供场所。
细胞核——系统的控制中心
- 结构：
  - 核膜（双层膜，有核孔）：控制大分子物质进出。
  - 核仁：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。
  - 染色质/染色体：由DNA和蛋白质组成，是遗传物质的主要载体。
- 功能：是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

第四章：细胞的物质输入和输出

核心是细胞膜的选择透过性。

被动运输：顺浓度梯度，不消耗能量(ATP)。
- 自由扩散：物质直接通过磷脂双分子层，如O₂、CO₂、甘油、乙醇。
- 协助扩散：借助膜上的载体蛋白或通道蛋白，如葡萄糖进入红细胞、离子。
主动运输：逆浓度梯度，需要载体蛋白，消耗能量(ATP)。如Na⁺、K⁺通过钠钾泵运输。意义：保证活细胞按生命活动需要主动选择吸收营养物质。
胞吞与胞吐：大分子物质的运输方式，依赖于细胞膜的流动性，需要消耗能量。

第五章：细胞的能量供应和利用

核心是“ATP是直接能源物质”，以及细胞如何通过呼吸作用和光合作用产生和利用能量。

降低化学反应活化能的酶
- 本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
- 特性：高效性、专一性（一种酶只能催化一种或一类化学反应）、作用条件较温和（受温度、pH影响）。
细胞的能量“货币”——ATP
- 结构简式：A-PPP（A：腺苷；P：磷酸基团；~：高能磷酸键）。
- 功能：直接为生命活动提供能量。
- 与ADP的相互转化：ATP ⇌ ADP + Pi + 能量（该反应不可逆）。
细胞呼吸
- 本质：有机物在细胞内经过一系列氧化分解，生成CO₂或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。
- 方式：
  - 有氧呼吸（主要方式）：
    - 总反应式：C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O → 6CO₂ + 12H₂O + 大量能量
    - 三个阶段：细胞质基质（糖酵解）→ 线粒体基质（柠檬酸循环）→ 线粒体内膜（电子传递链）
  - 无氧呼吸：
    - 场所：细胞质基质。
    - 产物：乳酸（动物、乳酸菌）或酒精和CO₂（植物、酵母菌）。
- 意义：为生命活动提供能量。
光合作用
- 本质：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO₂和H₂O转化成储存能量的有机物，并释放出O₂的过程。
- 总反应式：6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O
- 过程：
  - 光反应：场所（类囊体薄膜），条件（光、色素、酶），产物（O₂、[H]、ATP）。
  - 暗反应（碳反应）：场所（叶绿体基质），条件（[H]、ATP、酶），过程（CO₂的固定、C₃的还原），产物（有机物）。
- 联系：光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。

第六章：细胞的生命历程

细胞的增殖
- 方式：有丝分裂（主要）、无丝分裂、减数分裂。
- 细胞周期：分裂间期（G1期、S期-DNA复制、G2期）和分裂期（M期）。
- 植物细胞有丝分裂过程：间期 → 前期 → 中期 → 后期 → 末期。
  - 核心事件：染色体的形态和行为变化（复制、散乱分布、着丝粒排列在赤道板、着丝粒分裂、移向两极、形成新核）。
- 意义：亲代细胞将遗传物质精确地平均分配到两个子细胞中，保持了遗传的稳定性。
细胞的分化
- 概念：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
- 根本原因：基因的选择性表达。（注意：遗传物质没有改变）
- 特点：持久性、稳定性、不可逆性、普遍性。
- 意义：生物个体发育的基础。
细胞的衰老和凋亡
- 细胞衰老：正常的生命现象，特征如水分减少、酶活性降低、色素积累等。
- 细胞凋亡：由基因决定的细胞自动结束生命的过程。是正常的生理过程，对机体有利。（如：蝌蚪尾的消失，胚胎指蹼的消失）
- 细胞坏死：在不利因素影响下，细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。对机体有害。
细胞的癌变
- 概念：受致癌因子作用，细胞中遗传物质发生变化，变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞。
- 主要特征：无限增殖、形态结构改变、细胞膜上糖蛋白减少（易扩散转移）。
- 致癌因子：物理、化学、病毒因子。
- 根本原因：原癌基因和抑癌基因发生突变。

【核心概念总结与易错提醒】

结构功能观：蛋白质的多样性与功能的多样性；线粒体/叶绿体的结构与功能；生物膜系统的结构与功能。
物质与能量观：ATP是直接能源；光合作用储存能量，呼吸作用释放能量。
信息观：DNA携带遗传信息；细胞膜进行信息交流；激素等信号分子的作用。
生命系统观：从细胞到生物圈的各层次，细胞是基础。
易错点：
- 蛋白质计算（肽键数、脱水数、分子量）。
- 原核生物有细胞壁（成分与植物不同）、只有核糖体。
- 主动运输与被动运输的根本区别在于是否消耗ATP和逆浓度梯度。
- 有氧呼吸三个阶段均有ATP产生，但第三阶段最多。
- 细胞分化的实质是基因选择性表达，不是基因丢失。
- 细胞凋亡是程序性死亡，是主动的，对机体有利；细胞坏死是被动的，对机体有害。
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