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1.1细胞的分子组成蛋白质的结构与功能 氨基酸的结构P21图2-3脱水缩合P22图2-5蛋白质的结构由多个氨基酸分子缩合而成的,含有多个肽键的化合物,叫多肽多肽通常成链状结构,叫做肽链肽链不呈直线、也不在一个平面上肽链能盘曲、折叠,形成有一定空间结构的蛋白质分子 蛋白质种类繁多的原因在细胞内,氨基酸的数目成千上百;氨基酸形成多肽链时,不同种类氨基酸的排列顺序千变万化;多肽链的空间结构千差万别 蛋白质的功能蛋白质是生命活动的主要承担者和体现者许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质,称为结构蛋白细胞内的化学反应离不开酶的催化,绝大多数的酶都是蛋白质有些蛋白质具有运输载体的功能(血红蛋白)有些蛋白质起信息传递作用,能够调节机体的生命活动(胰岛素)有些蛋白质有免疫功能,人体内的抗体是蛋白质核酸的结构与功能结构核酸是由核苷酸连接而成的长链核苷酸是核酸的基本组成单位在绝大多数的生物体的细胞中,DNA由两条核苷酸链构成RNA由一条核苷酸链构成组成DNA的脱氧核苷酸虽然只有4种,但若数量不限,在连成长链时,排列顺序就是极其多样化的部分病毒的遗传信息直接贮存在RNA中,如HIV、SARS病毒等核酸是细胞内携带遗传信息的物质,在生物体遗传、变异和蛋白质的生物合成中,具有极其重要的作用糖类的种类与作用糖类是主要的能源物质单糖葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质,常被形容为“生命的燃料”它不能水解,可直接被细胞吸收常见的单糖还有果糖、半乳糖、核糖和脱氧核糖等二糖由两分子单糖脱水缩合而成,二糖必须水解成单糖,才能被细胞吸收常见的二糖是蔗糖(植物)、乳糖(人和动物乳汁)多糖生物体内的糖类绝大多数以多糖的形式存在淀粉是最常见的多糖植物通过光合作用产生淀粉,作为植物体内的储能物质存在于植物细胞中淀粉不易溶于水,人们食用的淀粉,必须经过消化分解成葡萄糖,才能被细胞吸收利用这些葡萄糖成为人和动物体合成动物多糖——糖原的原料糖原主要分布在人和动物的肝脏和肌肉中,是人和动物细胞的储能物质植物茎秆和枝叶中的纤维,以及所有植物细胞的细胞壁的主要成分都是纤维素,它也是多糖,不溶于水,由许多葡萄糖连接而成脂质的种类与作用脂质组成元素主要是C、H、O,有些脂质还含有P、N脂肪是最常见的脂质脂肪是细胞内良好的储能物质,具有保温、润滑、缓冲外界压力磷脂是构成细胞膜的重要成分,也是构成多种细胞器膜的重要成分固醇类物质也是细胞膜的成分之一,包括胆固醇、性激素和维生素D等生物大分子以碳链为骨架1)组成生物体的主要化学元素种类和其重要作用细胞中常见的化学元素有二十多种,其中有些含量较多,如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等,称为大量元素有些含量很少,如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等,被称为微量元素无论是鲜重还是干重,组成细胞的元素中C、H、O、N这四种元素的含量最多在干重中C的含量达到
48.4%这表明C是构成细胞的基本元素细胞鲜重中,含量最多的是O,次之为C;细胞干重中,含量最多的是C,次之的为O2)碳链是生物构成生物大分子的基本骨架多糖、蛋白质、核酸都是生物大分子,都是由许多基本的组成单位连接而成的,这些基本单位称为单体,这些生物大分子又称为单体的多聚体组成多糖的单体是单糖,组成蛋白质的单体是氨基酸,组成核酸的单体是核苷酸每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架,由许多单体连接成多聚体正是由于C原子在组成生物大分子的重要作用,科学家才说“C是生命的核心元素”,“没有C,就没有生命”水和无机盐的作用1)水在细胞中的存在形式与作用一般地说,水在细胞的各种化学成分中含量最多水在细胞中以两种形式存在一部分水与细胞内的其他物质相结合,叫做结合水结合水是细胞结构中的重要组成成分细胞中绝大部分的水以游离的形式存在,可以自由流动,叫做自由水自由水是细胞内的良好溶剂,参与细胞内的一些化学反应的原料,运输营养物质和代谢废物等2)无机盐在细胞中的存在形式与作用细胞中大多数无机盐以离子的形式存在对维持细胞和生物体的生命活动有重要作用例如,哺乳动物的血液中,必须含有一定量的钙离子,若含量太低,会出现抽搐等症状无机盐也是某些生物大分子的组成成分之一(Fe2+、Mg2+、)生物体内的无机盐离子,必须保持一定的量,这对维持细胞的酸碱平衡非常重要(了解P36页第二段)
1.2细胞的结构细胞学说建立的过程由施莱登和施旺建立于19世纪的细胞学说,是自然科学史上的一座丰碑他们提出
一、细胞是一个有机体,一切动植物都由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成
二、细胞是一个相对独立的单位,既有他自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用
三、新细胞可以从老细胞中产生细胞学说主要是阐明了细胞的统一性和生物界的统一性细胞膜系统的结构和功能1)生物膜(细胞膜)的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型认为,磷脂双分子层构成了膜的基本支架,这个支架不是静止的磷脂具有流动性蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的部分或全部嵌入磷脂双分子中,有的横跨整个磷脂双分子层大多数蛋白质分子也是可以运动的细胞膜具有流动性2)细胞膜的成分和功能细胞膜主要由脂质和蛋白质组成此外还有少量的糖类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)细胞膜系统的结构在细胞中,许多细胞器都有膜,如内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等,这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构,共同构成细胞的生物膜系统4)生物膜系统的功能首先,细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境,同时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转化和信息传递的过程中起着决定性作用第二,许多重要的化学反应都在生物膜上进行,这些化学反应需要酶的参与,广阔的膜面积为多种酶提供了大量附着位点第三,细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开,如同一个个小的区室,这样就使得细胞内能够同时进行多种化学反应,而不会互相干扰,保证细胞的生命活动高效有序的进行几种细胞器的结构和功能1)叶绿体、线粒体的结构与功能 叶绿体是绿色植物能进行光合作用的细胞含有的细胞器,是植物细胞的养料制造车间和能量转换站在电子显微镜下观察可以看到叶绿体的外表有双层膜,内部有许多基粒,基粒与基粒之间充满了基质每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成(P99图5-11)这些囊状结构称为类囊体吸收光能的四种色素就分布在它的薄膜上叶绿体是进行光合作用的场所它的内部巨大膜表面上,不仅分布着许多吸收光能的色素分子,还有许多进行光合作用所必须的酶 线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所,是细胞的“动力车间”细胞生命活动所需要的能量大约95%来自线粒体线粒体具有内、外两层膜(P93图5-8),内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠成嵴,嵴使内膜的表面积大大增加嵴的周围充满了液态的基质,线粒体的内膜上和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶2)其他几中细胞器的功能 内质网是由膜连接而成的网状结构,是细胞内蛋白质加工和合成,以及脂质合成的“车间”高尔基体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”与植物细胞壁形成有关,与动物细胞分泌物的形成有关 核糖体有的附着在内质网上,有的游离分布在细胞质中,是“生产蛋白质的机器”溶酶体是“消化车间”,内部含有许多种水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病毒或病菌 液泡主要存在于植物细胞中,内有细胞液,含糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质,可以调节植物细胞内的环境,充盈的液泡还可以使植物细胞保持坚挺 中心体见于动物和某些低等植物衣藻的细胞,有两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成,与细胞的有丝分裂有关 在细胞质基质中也进行着多种化学反应细胞核的结构与功能1)细胞核的结构与功能结构模式图(P53图3-10)功能细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心2)原核细胞与真核细胞的区别与联系区别科学家根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核,把细胞分为真核细胞和原核细胞两大类联系原核细胞具有与真核细胞相似的细胞膜和细胞质,没有由核膜包被的细胞核,也没有染色体,但有一个环状的DNA分子,位于无明显边界的区域,这个区域叫做拟核真核细胞染色体的主要成分也是DNADNA与细胞的遗传和代谢关系十分密切显示了真核细胞和原核细胞的统一性3)细胞是一个有机的统一整体细胞作为基本的生命系统,其结构复杂而精巧;各组分之间分工合作成为一个整体,使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行细胞核和细胞质相互依存不可分割的一个整体这是几十亿年进化的产物细胞既是生物体结构的基本单位,也是生物体代谢和遗传的基本单位
1.3细胞的代谢物质进出细胞的方式1)物质跨膜运输方式的类型及特点物质进出细胞既有顺浓度梯度的扩散,统称为被动运输;也有逆浓度梯度的运输,称为主动运输物质通过简单的扩散作用进出细胞,叫做自由扩散(水,氧气,二氧化碳)进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散,叫做协助扩散(葡萄糖进入红细胞)从低浓度一侧运输到高浓度一侧,需要载体蛋白的协助,同时还需要消耗细胞内化学所释放的能量(ATP),这种方式叫做主动运输P72了解胞吞胞吐,反映了细胞膜的流动性2)细胞膜是选择透过性膜细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜,这种膜可以让水分子自由通过,一些离子和小分子也可以通过,而其他的离子、小分子和大分子则不能通过3)大分子物质进出细胞的方式胞吞胞吐酶在代谢中的作用1)酶的本质、特性、作用本质酶是活细胞产生具有催化作用的有机物,绝大多数是蛋白质少数RNA也具有生物催化功能特性高效性、专一性、作用条件较温和(见书P85图5-35-4及小字部分)作用同无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,因而催化效率更高2)影响酶活性的因素温度pH值(最适温度最适pH值)ATP在能量代谢中的作用1)ATP化学组成和结构特点ATP是三磷酸腺苷的英文缩写ATP分子的结构式可以简写A—P~P~P,其中A代表腺苷,P代表磷酸基团,~代表一种特殊的化学键,叫做高能磷酸键,ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物2)ATP与ADP相互转化的过程及意义在有关酶的催化作用下,ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解,于是,远离A的那个P就脱离开来,形成游离的Pi(磷酸),同时,储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来,ATP就转化成ADP(二磷酸腺苷)在有关酶的催化作用下,ADP可以接受能量,同时与一个游离的Pi结合,重新形成ATP(P89图5-5)绿色植物产生ATP的途径光合作用和呼吸作用;动物产生ATP的途径是呼吸作用ATP为细胞生命活动直接提供能量光合作用以及对它的认识过程1)光合作用的认识过程光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程18世纪中期前,人们认为土壤中的水分是植物建造自身的原料,未考虑到空气1771年,英国科学家普利斯特利证明,植物可以更新空气1779年,荷兰科学家英格豪斯证明上述实验只有在阳光照射下才能成功1785年,由于发现了空气的组成,人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气,吸收的是二氧化碳1864年,德国植物学家萨克斯证明光合作用的产物除氧气外还有淀粉因人们发现放射性同位素标记法,1939年美国科学家鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自于水(P106页第6题)20世纪40年代美国科学家卡尔文用14C标记的14CO2,最终证明产物CO2中的C在光合作用中转化成有机物中C的途径,称为卡尔文途径2)光合作用的过程光反应阶段光合作用的第一阶段中的化学反应,必须有光才能进行,这个阶段叫做光反应阶段光反应阶段的化学反应是在类囊体的薄膜上进行的O2释放出去,[H]和ATP被传递到叶绿体内的基质中,参与到暗反应阶段;光能就转变为储存在ATP中的化学能暗反应阶段光合作用第二阶段中的化学反应,不需要光,有没有光都能进行,这个阶段,叫做暗反应阶段暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的在暗反应阶段中,绿叶通过气孔从外界吸收进来的二氧化碳,不能直接被[H]还原,它必须首先与植物体内的C5(一种五碳化合物)结合,这个过程叫做二氧化碳的固定一个二氧化碳分子被一个C5分子固定以后,很快形成两个C3(一种三碳化合物)分子在有关酶的催化作用下,C3接受ATP释放的能量并且被[H]还原一些C3经过一系列变化,形成糖类;另一些C.3则形成C5,从而使暗反应阶段的化学反应持续的进行下去影响光合作用的速率的环境因素1)环境因素对光合作用的速率的影响光照的强弱,温度的高低,CO2的浓度,光的品质(红光,蓝紫光)2)农业生产以及温室中提高农作物产量的方法细胞呼吸1)有氧呼吸和无氧呼吸过程及异同有氧呼吸 对于绝大多数生物来说,有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式,这一过程必须有氧的参与有氧呼吸的主要场所是线粒体有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖 有氧呼吸第一阶段是,一分子的葡萄糖分解成二分子的丙酮酸,产生少量的[H],并释放出少量的能量这一阶段不需要氧的参与,是在细胞质的基质中进行的第二阶段是丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H],并释放出少量的能量这一阶段不需要氧的参与,是在线粒体基质中进行的第三个阶段是,上述两个阶段产生的[H],经过一系列的反应,与氧结合形成水,同时释放出大量的能量这一阶段需要氧的参与,是在线粒体内膜上进行的有氧呼吸是指细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放能量,生成许多ATP的过程无氧呼吸 除酵母菌以外,还有许多种细菌和真菌能够进行无氧呼吸马铃薯块茎、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等,除了能够进行有氧呼吸,在缺氧条件下也能进行无氧呼吸一般地说,无氧呼吸最常利用的物质也是葡萄糖无氧呼吸分成两个阶段,需要不同酶的催化,但都是在细胞质基质进行的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同第二阶段是丙酮酸在不同酶的催化下,分解成酒精和二氧化碳,或者转化成乳酸细胞呼吸的意义及其在生产和生活中的应用意义ATP分子高能磷酸键中能量的主要来源是呼吸作用应用(P95-96资料分析)
1.4细胞的增殖细胞的生长和增殖的周期性 多细胞生物体体积的增大,即生物体的生长,既靠细胞生长增大细胞的体积,还要靠细胞分裂增加细胞的数量细胞进行有丝分裂具有周期性即连续分裂的细胞,从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止,为一个细胞周期一个细胞周期包括两个阶段分裂间期和分裂期(P112图6-1)细胞的无丝分裂及其特点 在分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化,所以叫做无丝分裂例如,蛙的红细胞的无丝分裂 ★细胞的有丝分裂 1动、植物细胞有丝分裂的过程及异同 以高等植物细胞为例的有丝分裂期的过程 间期染色体复制(DNA的复制,蛋白质合成),细胞适度生长时间最长 前期间期染色质丝螺旋缠绕,缩短变粗,成为染色体每条染色体包括两条并列的姐妹染色单体,这两条染色单体由一个共同的着丝点连接着(P112图6-2)核仁逐渐解体,核膜逐渐消失从细胞的两极发出纺锤丝,形成一个梭形的纺锤体染色体散乱地分布在纺锤体的中央 中期每条染色体的着丝点的两侧,都有纺锤丝附着在上面,纺锤丝牵引着染色体运动,使每条染色体的着丝点排列在细胞中央的一个平面上这个平面与纺锤体的中轴相垂直,称为赤道板中期染色体的形态比较稳定,数目比较清晰,便于观察 后期每个着丝点分裂成两个,姐妹染色单体分开,成为两条子染色体,由纺锤丝牵引着分别向细胞的两极移动这时细胞核中的染色体就平均分配到了细胞的两极,使细胞的两极各有一套染色体这两套染色体的形态和数目完全相同,每一套染色体与分裂前亲代细胞中的染色体的形态和数目也相同 末期当这两套染色体分别到达细胞的两极以后,每条染色体逐渐变成细长而盘曲的染色质丝同时,纺锤丝逐渐消失,出现了新的核膜和核仁核膜把染色体包围起来,形成了两个新的细胞核此时,在赤道板的位置出现了一个细胞板,细胞板由细胞的中央向四周扩散,逐渐形成了新的细胞壁(与高而基体有关)最后,一个细胞分裂成为两个子细胞大多数子细胞进入下一个细胞周期的分裂间期状态 动物细胞有丝分裂期的过程的不同点 第一动物细胞有由一对中心粒构成的中心体,中心粒在间期倍增,成为两组进入分裂期后,两组中心粒分别移向细胞两极在这两组中心粒的周围,发出无数条放射状的星射线,两组中心粒之间的星射线形成了纺锤体 第二动物细胞分裂的末期不形成细胞板,而是细胞膜从细胞的中部向内凹陷,最后把细胞缢裂成两部分,每部分都含有一个细胞核这样,一个细胞就分裂成了两个子细胞2有丝分裂的特征和意义 特征将亲代细胞的染色体经过复制(实质为DNA的复制)之后,精确的平均分配到两个子细胞中 意义由于染色体上有遗传物质DNA,因而在细胞的亲代和子代中保持了遗传形状的稳定性,对生物遗传有重要意义
1.5细胞的分化、衰老和调亡 细胞的分化 细胞分化的特点、意义及实例 特点细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础 意义细胞分化使许多生物体中的细胞趋向专门化,有利于提高各种生物生理功能的效率 实例多细胞生物体从小长大,不仅有细胞数量的增加,还有细胞在结构和功能上的分化(受精卵发育成个体)即使在成熟的个体中,仍然有一些细胞具有产生不同种类的新细胞的能力(造血干细胞) 细胞分化的过程及原因 过程在个体发育中,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,叫做细胞分化 原因就一个个体来说,各种细胞具有完全相同的遗传信息,在个体发育过程中,不同的细胞中遗传信息执行的情况是不同的(基因选择性表达) 细胞的全能性 概念细胞的全能性是指已经分化的细胞,仍然具有发育成完整个体的潜能 原因细胞内含有本物种生长发育所需要的全套遗传物质受精卵的全能性最大,其次是生殖细胞(花粉、卵细胞等);植物细胞的全能性比动物细胞全能性要大 实例P119图6-11胡萝卜的组织培养 细胞的衰老和调亡与人体健康的关系 细胞衰老的特征1)细胞内的水分减少,结果是细胞萎缩,体积变小,细胞新陈代谢的速率减慢2)细胞内多种酶的活性降3)细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累,它们会妨碍细胞内物质的交流和传递,影响细胞正常的生理功能4)细胞内呼吸速率减慢,细胞核的体积增大,细胞内折,染色质收缩,染色加深5)细胞膜通透性改变,使物质运输功能降低 细胞调亡的含义 由基因所决定的细胞自动结束生命的过程,就叫细胞调亡由于细胞调亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控,所以也常常被称为细胞编程性死亡(与溶酶体酶有关,例如蝌蚪尾巴的消失) 细胞衰老和调亡与人体健康的关系 细胞调亡对于多细胞生物体完成正常发育,维持内部环境的稳定,以及抵御外界各种因素的干扰都起着非常关键的作用 癌细胞的主要特征和恶性肿瘤的防治 主要特征
一、在适宜的条件下,癌细胞能够无限增殖;
二、癌细胞的形态结构发生显著变化;
三、癌细胞的表面发生了变化(糖蛋白减少) 致癌因子物理、化学、病毒致癌因子内因原癌基因和抑癌基因的突变 预防远离致癌因子,注意饮食,尽量规避罹患癌症的风险 治疗手术切除、化疗、放疗 实验1检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质实验原理P182观察植物细胞的质壁分离和复原实验原理P633探究影响酶活性的因素实验原理P854叶绿体中色素的提取和分离实验原理P975探究酵母菌的呼吸方式实验原理P912.1遗传的细胞基础细胞的减数分裂减数分裂的概念减数分裂是进行有性生殖的生物在产生成熟生殖细胞时,染色体只复制一次,而细胞分裂两次减数分裂的结果是,成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半配子(例如精子、卵细胞)的形成过程1)精子与卵细胞形成的过程及特征P17图2-2,P20图2-5书本18-19全部内容2)配子的形成与生物个体发育的联系减数分裂形成的精子和卵细胞,必须相互结合,形成受精卵,才能发育成新个体1)受精作用是卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞的数目,其中有一半的染色体来自精子(父方),另一半来自卵细胞(母方)意义减数分裂和受精作用对维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定,对于生物的遗传和变异都是十分重要的2)减数分裂和受精作用对于生物遗传和变异的重要作用由于减数分裂形成的配子,染色体组成具有多样性,导致不同配子遗传物质的差异,加上受精过程中卵细胞和精子结合的随机性,同一双亲的后代必然呈现多样性这种多样性有利于生物在自然选择中进化,体现了有性生殖的优越性就进行有性生殖的生物来说,减数分裂和受精作用对维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定,对于生物的遗传和变异都是十分重要的
2.2遗传的分子基础人类对遗传物质的探索过程1.20世纪20年代,大多数科学家认为,蛋白质是生物体的遗传物质(错误的观点)2.1928年格里菲思肺炎双球菌的转化实验说明了转化因子;1944年艾弗里通过肺炎双球菌的转化实验证明DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质(P43-44)3.1952年赫尔希和蔡斯(用放射性同位素标记法)完成了噬菌体侵染实验,证明DNA是遗传物质因为绝大多数生物的遗传物质是DNA,所以说DNA是主要的遗传物质DNA分子结构的主要特点(DNA分子双螺旋结构,1953年由沃森和克里克提出)1)DNA分子是由两条链组成这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排在外侧,构成基本骨架;碱基排在内侧3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,碱基配对具有一定的规律A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对;G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对碱基之间这中一一对应的关系叫做碱基互补配对原则基因和遗传信息的关系基因是有遗传效应的DNA片段DNA分子的多样性和特异性遗传信息指DNA中四种碱基的排列顺序多样性碱基排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性特异性碱基特定的排列顺序,构成了每一个DNA分子的特异性DNA分子的复制DNA分子复制的过程及特点(从这些方面归纳场所、模板、原料、产物、酶、能量、碱基互补配对)过程DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程这一过程是在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期,随着染色体的复制而完成的复制开始时,DNA分子首先利用细胞提供的能量在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开,这个过程叫做解旋(P54图3-11)然后以解开的每一段母链为模板,在DNA聚合酶等酶的作用下,利用细胞中游离的四种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对原则,各自合成与母链互补的一段子链随着模板链解旋过程的进行,新合成的子链也在不断的延伸同时,每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构特点通过复制,一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子,通过细胞分裂分配到子细胞中去DNA分子复制的实质及意义实质DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程,复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件DNA分子独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板,通过碱基互补配对,保证了复制能够准确的进行意义DNA分子通过复制,将遗传信息从亲代传给子代,保持了遗传信息的连续性转录和翻译(从这些方面归纳场所、模板、原料、产物、酶、能量、碱基互补配对)转录主要在细胞核中,以DNA的一条链为模板合成RNA的过程(P63图4-4)翻译在核糖体上以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程(P66图4-
5、4-6)(密码子、反密码子)
2.3遗传的基本规律孟德尔遗传遗传的科学方法
一、选材好(豌豆);
二、实验方法好(由一对性状到两对或以上性状);
三、数学统计分析;
四、假说演绎法(科学的实验设计程序)基因的分离规律和自由组合定律1)生物的性状及表现方式相对性状一种生物的同一种性状的不同表现类型孟得尔把子一代中显现出来的性状,叫做显性性状;未表现出来的性状,叫做隐性性状2)遗传分离定律(实质)在杂合体的细胞中,位于一对同源染色体上的等位基因,具有一定的独立性;在减数分裂形成配子的过程中,等位基因会随同源染色体的分开而离开,分别进入两个配子中,独立地随配子遗传给后代3)遗传自由组合定律(实质)位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的;在减数分裂的过程中,同源染色体上的等位基因彼此分离的同时,非同源染色体上的非等位基因自由组合基因与性状的关系1)基因对性状的控制表现型=基因型+环境基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状例人的白化症状是由于控制酪氨酸酶的基因异常而引起的基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状例囊性纤维病是基因改变,使这个基因对应的蛋白质改变表现型与基因之间不是简单的线性关系,有的性状受多对基因的控制比如身高除了受基因影响外,还受到后天锻炼和营养的影响2)基因与染色体的关系
一、萨顿认为基因和染色体行为存在着明显的平行关系(类比推理法)
二、摩尔根认为一条染色体上应该有许多个基因
三、摩尔根确定基因在染色体上呈线性排列伴性遗传1)伴性遗传基因位于性染色体上,所以遗传上总是和性别相关联,这种现象叫做伴性遗传2)常见几种遗传病及其特点X染色体上的隐性基因的遗传(红绿色盲)特点是男性红绿色盲基因只能从母亲那里传来,只能传给女儿这种遗传特点在遗传学上叫做交叉遗传(P35页表2-
1、图2-
12、
13、
14、15)(男患多于女患)X染色体上的显性基因的遗传(抗维生素D佝偻病)特点是,女性多于男性,但部分女性患者病症较轻男性患者与正常女性结婚的后代中,女性都是患者,男性正常
2.4生物的变异基因重组及意义1)基因重组的概念及实例概念基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因重新组合实例除了同卵双胞胎,基因重组的相同,形状十分相像以外,其他的同胞兄妹基因重组不同,性状也有差异猫由于基因重组而产生的毛色变异2)基因重组的意义基因重组是生物变异的来源之一,对生物的进化有重要意义基因突变的特征和原因1基因突变的概念、原因、特征概念DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失,而引起的基因结构的改变原因外因物理因素、化学因素和生物因素 内因在没有外来因素影响时,基因突变由于DNA分子复制偶尔发生错误、DNA的碱基组成发生改变等原因自发产生特征
1.基因突变在生物界中是普遍存在的
2.基因突变是随机发生的、不定向的
3.在自然状态下,基因突变的频率是很低的4大多数突变是有害的,少数突变是有利的,也有的既无害也无利2基因突变的意义它是新基因产生的途径,是生物变异的根本来源,是生物进化的原始材料染色体结构变异和数目变异染色体结构的改变,都会是排列在染色体上的基因的数目或排列顺序发生改变,从而导致性状的变异(P85-86图5-
5、5-6)(缺失、重复、易位、倒位)染色体数目的变异可以分为两类一类是细胞内个别染色体的增加或减少,另一类是细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍的增加或减少二倍体、多倍体从受精卵开始发育,体细胞内有几个染色体组就叫几倍体单倍体从配子(卵细胞、花粉)发育,不论体细胞内有几个染色体组都叫单倍体生物变异在育种上的应用1)多倍体育种的原理、方法及特点原理染色体变异方法人工诱导多倍体的方法有很多,如低温处理等目前最常用而且最有效的方法,是用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时,能够抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两极,从而引起细胞内染色体数目加倍染色体数目加倍的细胞继续进行有丝分裂,将来就可能发育成多倍体植株优点获得营养价值更高的多倍体新品种(例如含糖量高的甜菜和三倍体无子西瓜)2)诱变育种在生产中的应用原理基因突变利用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、激光等)或化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理生物,使生物发生基因突变例如青霉素高产菌株的选育优点提高突变频率,在较短的时间里获得更多的优良变异类型3)单倍体育种的原理、方法及特点原理染色体变异和细胞全能性优点利用单倍体植株培育新品种能明显缩短育种年限,易得到纯种方法采用花药(花粉)离体培养的方法来获得单倍体植株育种工作者常常采用花药(花粉)离体培养的方法来获得单倍体植株,然后经过人工诱导使染色体数目加倍,重新恢复到正常植株的染色体数目用这种方法培育得到的植株,不仅能够正常生殖,而且每对染色体上的成对的基因都是纯合的,自交产生的后代不会发生性状分离转基因生物和转基因食品的安全性一种观点转基因生物和转基因食品不安全,要严格控制另一种观点转基因生物和转基因食品是安全的,应该大范围推广(P105)
2.5人类遗传病人类遗传病的类型人类遗传病的产生原因、特点及类型原因人类遗传病通常是指由于遗传物质改变而引起的人类疾病,主要可以分为单基因遗传病、多基因遗传病和染色体异常遗传病单基因遗传病受一对等位基因控制的遗传疾病由显性致病基因引起如多指,并指,软骨发育不全,抗维生素D佝偻病;由隐性致病基因引起如,镰刀型细胞贫血症、白化病、先天性聋哑、苯丙酮尿症多基因遗传病受两对以上等位基因控制的人类遗传病,主要包括一些先天性发育异常和一些常见病,如原发性高血压、冠心病、哮喘病和青少年型糖尿病,在群体中发病率比较高染色体异常遗传病由染色体异常引起的遗传病如21三体综合征人类遗传病的监测和预防通过遗传咨询和产前诊断等手段,对遗传病进行检测和预防,在一定程度上能够有效的预防遗传病的产生和发展产前诊断是在胎儿出生前确定胎儿是否患有某种遗传病或先天性疾病遗传咨询的内容是向咨询对象提出防治对策和建议人类基因组计划及其意义人类基因组计划正式启动于1990年,目的是测定人类基因组的全部DNA序列,解读其中包含的遗传信息有6个国家参与,美、德、英、法、日、中,中国是参与了这一项计划的唯一发展中国家,承担了其中1%的测序任务测序结果表明人类基因组大约由
31.6亿个碱基对组成意义对人类疾病的诊治和预防具有重要意义P93资料搜集和分析正面效应及负面效应相关内容
2.6生物的进化现代生物进化理论的主要内容(达尔文的自然选择学说的优点和局限)内容以达尔文的自然选择学说为核心1.种群是生物进化的基本单位,也是生物繁殖的单位;2.突变和基因重组产生进化的原材料;3.自然选择决定生物进化的方向4隔离是物种形成的必要条件生物进化的实质在自然选择的作用下,种群的基因频率会发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化隔离通过长期的地理隔离形成生殖隔离是常见的类型,生殖隔离的形成标志着新物种的形成生物进化与生物多样性的形成1)生物进化的历程P124图7-11(主要依据是化石)地球上原始大气中是没有氧气的,因此,最早出现的生物都是厌氧(进行无氧呼吸)的;最早的光合生物的出现,使得原始大气中有了氧气,这就为好氧生物的出现创造了前提条件由简单到复杂,由水生到陆生,由原核到真核,由单细胞到多细胞生物,由无性生殖到有性生殖,由厌氧到需氧生物进化与生物多样性的关系生物多样性主要包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样性生物多样性的形成的原因是由于长时间的共同进化实验调查人群中的遗传病实验原理P91群体中发病率较高的单基因遗传病有红绿色盲、白化病、高度近视(600度以上)等
3.1植物的激素调节1)生长素的发现过程19世纪末,达尔文设计实验来探讨向光性的原因,根据实验他提出,单侧光照射使胚芽鞘的尖端产生某种刺激,当这种刺激传递到下部的伸长区时,会造成背光面比向光面生长快,因而出现向光性弯曲1910年,詹森的实验(需要加入对照实验)证明,胚芽鞘顶尖产生的刺激可以透过琼脂片传递给下部1914年,拜尔的实验证明,胚芽鞘的弯曲生长,是因为顶尖产生的刺激在其下部分布不均匀造成的1928年,温特的实验(需要加入对照实验)证明,造成胚芽鞘弯曲的刺激确实是一种化学物质,他认为这可能是一种和动物激素类似的物质,并将其命名为生长素1934年,从人尿中分离出具有生长素效应的化学物质-——吲哚乙酸(IAA)1942年,从高等植物中分离出生长素,并确认它就是IAA2)生长素的产生、运输和分布产生生长素主要的合成部位是幼嫩的芽、叶和发育中的种子运输从形态学上端运输到形态学下端,称为极性运输(也是主动运输)还有通过韧皮部的非极性运输分布相对集中分布在生长旺盛的部分3)生长素的生理作用的两重性既能促进生长,也能抑制生长;既能促进发芽,也能抑制发芽;既能防止落花落果,也能疏花疏果一般情况下,浓度较低时,促进生长;浓度过高时,会抑制生长,甚至杀死植物(P50页)4)生长素类似物在农业生产实践中的应用顶端优势顶芽产生的生长素向下运输,在侧芽处积累,使侧芽处的浓度过高,抑制了侧芽生长的现象农民会适时摘除棉花的顶芽,解除顶端优势,以促进侧芽的发育,从而使它多开花、多结果生长素类似物的应用一定浓度的生长素类似物涂在为授粉的雌蕊的柱头上,促进子房壁发育成无籽果实(无籽番茄、无籽黄瓜、无籽辣椒),果实的体细胞的染色体数不变,就是母本体细胞的染色体数一定浓度的生长素类似物涂在枝条的形态学下端,能促进扦插枝条的生根其他植物生长素其他植物激素的种类(霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯)赤霉素促进细胞伸长,从而引起植株增高;促进种子萌发和果实成熟细胞分裂素促进细胞分裂和细胞分化脱落酸抑制细胞分裂,促进叶和果实的衰老和脱落乙烯促进果实成熟植物生长调节剂人工合成的对植物生长发育有调节作用的化学物质(生长素类似物属于植物生长调节剂,此外还有乙烯利,青鲜)使用植物生长调节剂,要注意其药效和药物毒性等因素
3.2动物生命活动调节人体神经调节的结构基础和调节过程1)反射和反射弧基本方式是反射,反射的结构基础是反射弧反射弧通常由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器(传出神经末梢和它所支配的肌肉和腺体)组成2)神经元的结构与功能P17思考与讨论A图神经冲动的产生和传导1)兴奋在神经纤维上的传导过程和特点(双向传导)在神经系统中,兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维传导的,这种电信号的也叫神经冲动未受到刺激时,神经纤维处于静息状态,细胞膜两侧的电位表现为内负外正,这称为静息电位当神经纤维某一部位受到刺激时,这个部位的膜两侧出现暂时性电位变化,由内负外正变为内正外负而邻近的未兴奋的部位仍然是内负外正在兴奋部位和未兴奋部位之间由于电位差的存在而发生电荷移动,这样就形成了局部电流P18图2-22)突触的结构特点神经元的轴突末梢经过多次分支,最后每个小枝末端膨大,呈杯状或球状,叫做突触小体突触小体可以与其他神经元的细胞体、树突等相接触,共同形成突触P19图2-33)兴奋在神经元之间的单向传递由于神经递质只存在于突触前膜的突触小泡中,只能由突触前膜释放,然后作用于突触后膜上,因此神经元之间的兴奋的传递只能是单方向的各级中枢的功能下丘脑体温调节中枢,水平衡的调节中枢,还与生命节律等的控制有关脑干有许多维持生命必要的中枢,如呼吸中枢大脑皮层调节机体活动的最高级中枢小脑有维持身体平衡的中枢脊髓调节躯体运动的低级中枢P20图2-5人脑的高级功能(大脑皮层是人体中最高级的神经中枢)人的语言中枢的位置和功能位置大脑左半球的大脑皮层功能W区V区S区H区P21图2-6动物激素的调节常见激素及其作用(P25)甲状腺激素分泌的分级调节,也有反馈调节当血液中的甲状腺激素含量增加到一定程度时,又反过来抑制下丘脑和垂体分泌相关激素,进而使甲状腺激素分泌减少,体内的甲状腺激素含量不至于过高激素调节的特点微量和高效;通过体液运输;作用于靶器官、靶细胞激素种类多、量极微,既不组成细胞结构,又不提供能量,也不起催化作用,而是随体液到达靶细胞,使靶细胞原有的生理活动发生变化因此有人说激素是调节生命活动的信息分子动物激素在生产中的应用P30科学技术社会
3.3人体的内环境与稳态稳态的生理意义1)单细胞与环境的物质交换生活在水中的单细胞生物,可以直接从水里获取生存所必需的养料和氧,并把废物直接排入水中2)内环境体液分为细胞内液(2/3)和细胞外液(1/3)细胞外液分为血浆、组织液和淋巴血浆、组织液和淋巴通过动态的有机联系,共同构成机体内细胞生活的直接的外环境由细胞外液构成的液体环境叫做内环境内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介3)稳态的调节机制目前普遍认为,神经—体液—免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制4)内环境稳态与健康的关系细胞代谢的进行离不开酶,酶的活性又受温度、pH等因素的影响只有温度、pH等都在适宜的范围内,酶才能正常地发挥催化作用内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件神经、体液调节在维持稳态中的作用动物体的各项生命活动常常同时受神经和体液的调节(神经调节处于主导)正是由于这两种调节方式的协调,各器官、系统的活动才能协调一致,内环境的稳态才得以维持,细胞的各项生命活动才能正常进行,机体才能适应环境的不断变化体温调节、水盐调节、血糖调节P32页资料分析体温调节下丘脑是神经中枢;汗腺、毛细血管是散热结构;肌肉、肝脏是产热结构水盐调节下丘脑是神经中枢;尿量、主动饮水是方式(抗利尿激素由下丘脑合成分泌,由垂体释放)血糖调节P25页图2-9胰岛素降低血糖水平;胰高血糖素升高血糖水平(注意它们本身的作用效果影响它们分泌的反馈调节)人体免疫系统在维持稳态中的作用1)免疫系统组成及主要功能组成P35页免疫器官、免疫细胞、免疫活性物质主要功能防卫、监控、清除2)体液免疫和细胞免疫体液免疫P37页图2-16抗原(不一定是蛋白质)、抗体(是蛋白质,由浆细胞分泌);B细胞细胞免疫P37页图2-17靶细胞、效应T细胞艾滋病的流行和预防1)艾滋病的的全称、病原体及其存在部位全称获得性免疫缺陷综合症(AIDS)病原体人类免疫缺陷病毒(HIV)存在部位T淋巴细胞2)艾滋病发病机理、症状HIV侵入人体后与T淋巴细胞相结合,破坏T淋巴细胞,使免疫调节受到抑制,并逐渐使人体的免疫系统瘫痪,功能瓦解,最终使人无法抵抗其他病菌、病毒的入侵,或发生恶性肿瘤而死亡3)艾滋病流行与预防流行医学研究表明,艾滋病主要通过性接触、血液和母婴三种途径传播共用注射器吸毒和性滥交是传播艾滋病的主要危险行为预防拒绝毒品,洁身自好2007年世界艾滋病日的口号遏制艾滋,履行承诺
3.4种群和群落种群的特征1)种群的概念和基本特征概念在一定的自然区域内,同种生物的全部个体形成种群,基本特征
一、种群密度是种群最基本的数量特征
二、出生率和死亡率
三、迁入率和迁出率
四、年龄组成和性别比例
五、种群的空间特征2)种群密度的调查方法方法一样方法(适用于植物或者运动能力小的动物)方法二标志重捕法种群的数量变动及数学模型1)种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线“J”型曲线条件在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下,种群数量呈“J”型增长建立模型t年后种群数量为Nt=N0λt“S”型曲线条件自然界的资源和空间总是有限,当种群数量达到一定值时,种内斗争加剧,种间捕食出现环境容纳量(K值)在环境条件不变的情况下,一定空间中所能维持的种群最大数量称为环境容纳量建立自然保护区,提高环境容纳量,是保护大熊猫的根本措施降低环境容纳量,对有害动物进行控制2)研究种群数量的意义影响种群数量的因素很多,气候、天敌、食物、传染病等,大多数种群数量总是在波动中,在不利的条件下,种群数量还会急剧下降甚至消亡研究种群的变化规律以及影响种群数量变化的因素,对于有害动物的防治、野生生物资源的保护和利用,以及濒危动物种群的拯救和恢复,都有着重要的意义群落的基本特征群落一定时间,一定区域内所有不同生物种群的集合称为群落1)群落的物种组成是区别不同群落的重要特征(物种丰富度)2)种间关系捕食、竞争、寄生和互利共生3)群落的空间结构(P
72、P74)垂直结构和水平结构垂直结构植物的垂直结构与对光的利用有关,动物的垂直结构与栖息空间和食物条件有关群落的演替1)群落演替的过程和主要类型过程随着时间的推移,一个种群被另一个种群代替的过程称为演替(例P79图4-14;P80图4-15)主要类型初生演替是指在一个从来没有被植物覆盖的地面,或者是原来存在过植被、但被彻底消灭了的地方的演替如沙丘、火山岩、冰川泥上进行的演替次生演替是指在原有植被虽已不存在,但原有土壤条件基本保留,甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体(如能发芽的地下茎)的地方发生的演替如火灾过后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田上进行的演替2)人类活动对群落演替的影响人类可以砍伐森林、填湖造地、捕杀动物,也可以封山育林、治理沙漠、管理草原,甚至可以建立人工群落人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行
3.5生态系统1)生态系统的概念和类型由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体,叫做生态系统(最大的生态系统是生物圈)类型类型众多一般可分为自然生态系统和人生态系统两大类自然生态系统又可分为水域生态系统和陆地生态系统水域生态系统可进一步分为海洋生态系统、淡水生态系统等;陆地生态系统可进一步分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统等人工生态系统又可分为农田生态系统、人工林生态系统、果园生态系统、城市生态系统等2)生态系统的结构结构一生态系统的组成成分P90图5-3(非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者)结构二食物链和食物网P91图5-4图5-5生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用1)生态系统能量流动的过程和特点太阳能大约只有1%以可见光的形式,被生态系统的生产者通过光合作用转化成为化学能,固定在它们所制造的有机物中这样,太阳能就输入到了生态系统的第一营养级输入第一营养级的能量,
①一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了;
②一部分用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动,储存在植物体的有机物中
③一部分随着残枝败叶等被分解者分解释放出来,
④另一部分则被初级消费者摄入体内(P94图5-
6、5-7)2)研究能量流动的实践意义可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统,使能量多吉利用,使能量得到最有效的利用还可以帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分3)物质循环的概念和特点概念组成生物体的C、H、O、N、P、S的元素,都不断进行着从无机环境到生物群落,又从生物群落到无机环境的物质循环特点全球性4)生态系统中的碳循环P101图5-11温室效应生态系统中的信息传递1)生态系统中的信息传递生态系统中的光、声、温度、湿度、磁力等,通过物理过程传递的信息,称为物理信息化学物质,诸如植物的生物碱、有机酸等代谢产物以及动物的性外激素等是化学信息动物的特殊行为,对于同种或异种生物也能够传递某种信息,即生物的行为特征可以体现为行为信息(蜜蜂跳舞、孔雀开屏)生命活动的正常进行离不开信息的作用;生物种群的繁衍也离不开信息的传递信息还能够调节生物的种间关系,以维持生态系统的稳定2)信息传递在农业生产中的应用一是提高农产品或畜产品的产量;二是对有害动物进行控制生态系统的稳定性1)生态系统的稳定性生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力,叫做生态系统的稳定性生态系统之所以能维持相对稳定,是由于生态系统具有自我调节能力2)抵抗力稳定性(抵抗干扰后恢复)和恢复力稳定性(遭受破坏后恢复)食物网越复杂,营养结构越复杂,抵抗力稳定性越大,恢复力稳定性就越小3)人类活动对生态系统稳定性的影响一方面要控制对生态系统干扰的程度,对生态系统的利用应该适度,不应超过生态系统的自我调节能力;另一方面,对人类利用强度较大的生态系统,应实施相应的物质、能量投入,保证生态系统内部结构与功能的协调
3.6生态环境的保护人口增长对生态系统环境的影响过度利用耕地和开垦出更多的农田;人类还有多种物质和精神需求;人口增长过快,还在消耗大量自然资源的同时加剧了对环境的污染,增加了治理的成本和难度全球性生态环境问题主要包括全球气候变化、水资源短缺、臭氧层破坏、酸雨、土地荒漠化、海洋污染和生物多样性锐减等生物多样性保护的意义和措施意义生物圈内所有的植物、动物和微生物,它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统,共同构成了生物多样性(潜在价值、直接价值、间接价值(生态功能,这也是最要的价值))措施就地保护和易地保护,对于濒危物种可以建立精子库或者在基因层面保护实验
1.植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用实验原理P
512.培养液中酵母种群数量的动态变化计划的制定和实验方法P
683.制作生态瓶实验原理P112。