高中生物必修1教案

《分子与细胞》

元素 细胞膜 基质

化学成分 结构与功能 细胞质

化合物 细胞核 细胞器

细胞 生物膜系统

有丝分裂

无丝分裂 细胞分裂 细胞分化 细胞工程

减数分裂

高一生物内容构成

（一）走近细胞

一、 比较原核与真核细胞（多样性）

二、生命系统的层次性

植：营养、保护、机械、输导 植：根、茎、叶

细胞 组织 分泌 器官 花、果、种

动：上皮、结缔、肌肉、神经 动：心、肝……

运动、循环

消化、呼吸 病毒

系统（动） 个体 单细胞 种群 群落

泌尿、生殖 多细胞

神经、内分泌

非生物因素 Ⅰ号

生态系统 生产者 生物圈

生物因素 消费者 Ⅱ号

分解者

三、细胞学说内容（统一性）

○从人体的解剖和观察入手：维萨里、比夏

○显微镜下的重要发明：虎克、列文虎克

○理论思维和科学实验的结合：施来登、施旺

1． 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。

2． 细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。

3． 新细胞可以从老细胞中产生。

○在修正中前进：细胞通过分裂产生新的细胞。

注：现代生物学的三大基石

1.1838—1839年 细胞学说 2．1859年 达尔文 进化论 3.1866年 孟德尔 遗传学

四、结论

除病毒以外，细胞是生物体结构和功能的基本单位，也是地球上最基本的生命系统。

（二）组成细胞的分子

基本：C、H、O、N （90％）

大量：C、H、O、N、P、S、（９７％）K、Ca、Mg

元素 　 微量：Fe、Mo、Zn、Cu、B、Mo等

　　（２０种） 　最基本：C，占干重的48.４%,生物大分子以碳链为骨架

物质 说明生物界与非生物界的统一性和差异性。

基础　　　　　　　　　　　　水：主要组成成分；一切生命活动离不开水

　　　　　　　　　　　无机物　　无机盐：对维持生物体的生命活动有重要作用

　　　　　　化合物　　　　　　　蛋白质：生命活动（或性状）的主要承担者／体现者

　　　　　　　　　　　　　　　　核酸：携带遗传信息

　　　　　　　　　　　有机物　　糖类：主要的能源物质

　　　　　　　　　　　　　　　　脂质：主要的储能物质　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

一、蛋白质　（占鲜重７－１０％，干重５０％）

二、核酸

一切生物的遗传物质，是遗传信息的载体，是生命活动的控制者。

△ 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。

三、糖类和脂质

△ 组成生物体的任何一种化合物都不能够单独地完成某一种生命活动，而只有按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象。细胞就是这些物质最基本的结构形式。

四、鉴别实验

○具有还原性的糖：葡萄糖、麦芽糖、果糖

五、无机物

六、小结

化合 有机组合 分化

化学元素 化合物 原生质 细胞

○原生质 1．泛指细胞内的全部生命物质，但并不包括细胞内的所有物质，如细胞壁；

2．包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分；其主要成分为核酸、蛋白质（和脂类）；

3．动物细胞可以看作一团原生质。

○细胞质 ： 指细胞中细胞膜以内、细胞核以外的全部原生质。

○原生质层：成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，为一层半透膜。

(三)细胞的基本结构

细胞壁（植物特有）： 纤维素+果胶，支持和保护作用

成分：脂质（主磷脂）50%、蛋白质约40%、糖类2%-10%

细胞膜

作用：隔开细胞和环境；控制物质进出；细胞间信息交流；

真核 基质： 有水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等

细胞 细胞质 是活细胞进行新陈代谢的主要场所。

分工：线、内、高、核、溶、中、叶、液、

细胞器

协调配合：分泌蛋白的合成与分泌；生物膜系统

核膜：双层膜，分开核内物质和细胞质

核孔：实现核质之间频繁的物质交流和信息交流

细胞核 核仁：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关

染色质：由DNA和蛋白质组成，DNA是遗传信息的载体

一、 细胞器 差速离心：美国 克劳德

△ 细胞器是指在细胞质中具有一定形态结构和执行一定生理功能的结构单位，

三、协调配合 分泌蛋白 放射性同位素示踪法：罗马尼亚 帕拉德

有机物、O2

叶绿体 线粒体

能量、CO2

基因调控 初步合成 加工 修饰

细胞核 核糖体 内质网 高尔基体 细胞膜 胞外

氨基酸 肽链 一定空间结构

○生物膜系统：细胞器膜 + 细胞膜 + 核膜等形成的结构体系

四、细胞核 = 核膜（双层） + 核仁 + 染色质 + 核液

美西螈实验、蝾螈横缢实验、变形虫实验、伞藻嫁接与移植实验

细胞核是遗传信息储存和复制的场所，是代谢活动和遗传特性的控制中心。

○ 染色质和染色体是同一物质在细胞周期不同阶段相互转变的形态结构。

DNA 螺旋

○ + = 核小体（串珠结构） 染色质 30nm纤维

组蛋白 非组蛋白

螺旋化

0.4um超螺旋管（圆筒形） 2－10um染色单体（圆柱状、杆状）

二、树立观点(基本思想)

1．有一定的结构就必然有与之相对应功能的存在；

○结构和功能相统一

2．任何功能都需要一定的结构来完成

1．各种细胞器既有形态结构和功能上的差异，又相互联系，相互依存；

○分工合作

2．细胞的生物膜系统体现细胞各结构之间的协调配合。

○生物的整体性：整体大于各部分之和；只有在各部分组成一个整体的时才能体现出生命现象。

1．结构：细胞的各个部分是相互联系的。如分布在细胞质的内质网内连核膜，外接细胞膜。

2．功能：细胞的不同结构有不同的生理功能，但却是协调配合的。如分泌蛋白的合成与分泌。

3．调控：细胞核是代谢的调控中心。其DNA通过控制蛋白质类物质的合成调控生命活动。

4．与外界的关系上：每个细胞都要与相邻细胞、而与外界环境直接接触的细胞都要和外界环境进行物质交换和能量转换。

六、总结

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。

（四）细胞物质的运输

○科学家研究细胞膜结构的历程是从物质跨膜运输的现象开始的，分析成分是了解结构的基础，现象和功能又提供了探究结构的线索。人们在实验观察的基础上提出假说，又通过进一步的实验来修正假说，其中方法与技术的进步起到关键的作用

成分：磷脂和蛋白质和糖类

结构：单位膜（三明治）→ 流动镶嵌模型

细胞膜 特性 结构特点：具有相对的流动性

生理特性：选择透过性（对离子和小分子物质具选择性）

保护作用

功能 控制细胞内外物质交换

细胞识别、分泌、排泄、免疫等

一、物质跨膜运输的实例

1.水分

○ 渗透现象发生的条件：半透膜、细胞内外浓度差

○ 渗透作用：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。

○ 半透膜：指一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的一类薄膜的总称。

○ 质壁分离与复原实验可拓展应用于：（指的是原生质层与细胞壁）

①证明成熟植物细胞发生渗透作用； ②证明细胞是否是活的；

③作为光学显微镜下观察细胞膜的方法； ④初步测定细胞液浓度的大小；

2. 无机盐等其他物质

① 不同生物吸收无机盐的种类和数量不同。

② 物质跨膜运输既有顺浓度梯度的，也有逆浓度梯度的。

3. 选择透过性膜

可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过的膜。

□ 生物膜是一种选择透过性膜，是严格的半透膜。

二、流动镶嵌模型

1.要点

①磷脂双分子层 构成生物膜的基本支架，但这个支架不是静止的，它具有流动性。

②蛋白质 镶嵌、贯穿、覆盖在磷脂双分子层上，大多数蛋白质也是可以流动的。

③天然糖蛋白 蛋白质和糖类结合成天然糖蛋白，形成糖被具有保护、润滑和细胞识别等

2.与单位膜的异同

相同点：组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质

不同点：①流：蛋白质的分布有不均匀和不对称性；强调组成膜的分子是运动的。

②单：蛋白质均匀分布在脂双层的两侧；认为生物膜是静止结构。

三、跨膜运输的方式

○大分子或颗粒：胞吞、胞吐

四、小结

组成 决定

磷脂分子+蛋白质分子 结构 功能（物质交换）

具有

导致 保证 体现

运动性 流动性 物质交换正常 选择透过性

成分组成结构，结构决定功能。构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的，因此决定了由它们构成的细胞膜的结构具有一定的流动性。结构的流动性保证了载体蛋白能把相应的物质从细胞膜的一侧转运到到另一侧。由于细胞膜上不同载体的数量不同，所以，当物质进出细胞时能体现出不同的物质进出细胞膜的数量、速度及难易程度的不同，即反映出物质交换过程中的选择透过性。可见，流动性是细胞膜结构的固有属性，无论细胞是否与外界发生物质交换关系，流动性总是存在的，而选择透过性是细胞膜生理特性的描述，这一特性，只有在流动性基础上，完成物质交换功能方能体现出来。

(五)细胞的能量供应和利用

H2O 外界

水

H2O O2 矿质元素

[H]

光 ATP 原生质

ADP+PI 热能

ATP

ADP+PI

CO2+H2O C3H6O3 C2H5OH+CO2

一、 酶——降低反应活化能

◎ 新陈/细胞代谢：活细胞内全部有序化学反应的总称。

◎ 活化能：分子从常态转变成容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。

1． 发现

①巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。

②巴斯德（法、微生物学家）：发酵与活细胞有关；发酵是整个细胞。

③利比希（德、化学家）：引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。

④比希纳（德、化学家）：酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。

⑤萨姆纳（美、科学家）：从刀豆种子提纯出来的脲酶是一种蛋白质。

⑥许多酶是蛋白质。

⑦切赫与奥特曼（美、科学家）：少数RNA具有生物催化功能。

2．定义

酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。

注：

①由活细胞产生（与核糖体有关）

②催化性质：A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提高化学反应速度。

B.反应前后酶的性质和数量没有变化。

③成分：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。

3．特性

① 高效性：催化效率很高，使反应速度很快，是一般无机催化集的107——1013倍。

② 专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 → 多样性 。

③ 需要合适的条件（温度和pH值） → 温和性 → 易变性 。

酶的催化作用需要适宜的温度、pH值等，过酸、过碱、高温都会破坏酶分子结构。低温也会影响酶的活性，但不破坏酶的分子结构。

◎ 酶工程

生产提取 制成 酶制剂 应用 治疗疾病；加工和生产一些产品；

和分离纯化 固定化酶 化验诊断和水质检测；其他分支。

二、ATP（三磷酸腺苷）

◎ ATP是生物体细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，是生物体进行各项生命活动的直接

能源，它的水解与合成存在着能量的释放与贮存。

1．结构简式

A — P ～ P ～ P

腺苷 普通化学键13.8KJ/mol 高能磷酸键 30.54 KJ/mol 磷酸基团

2．ATP与ADP的转化

ATP

呼吸作用

（线粒体） 吸 Pi

（细胞质基质） 能 吸收分泌（渗透能）

（叶绿体） 放 肌肉收缩（机械能）

光合作用 Pi 能 神经传导、生物电（电能）

ADP (每个活细胞) 合成代谢（化学能）

体温（热能）

萤火虫（光能）

◎ 糖类—主要能源物质 热能 散失

太阳光能 脂肪—主要储能物质 氧化

（直接能源） 蛋白质—能源物质之一 分解 化学能 ATP

水解酶、放

◎ ATP ADP + Pi + 能量

合成酶、吸

3．能产生ATP： 线粒体、叶绿体、细胞质基质

能产生水： 线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核

能碱基互补配对： 线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核

三、ATP的主要来源——细胞呼吸

◎呼吸是通过呼吸运动吸进氧气，排出二氧化碳的过程。

◎细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。分为：

◎比较

◎ 光合作用的实质

通过光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。

四、光和光合作用

◎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，并释放出氧气的过程。影响因素有：光、温度、CO2浓度、水分、矿质元素等。

1．发现

2．场所

双层膜

叶绿体 基质

基粒 多个类囊体（片层）堆叠而成

胡萝卜素（橙黄色）1/3

类胡萝卜素 叶黄素（黄色） 2/3 吸蓝紫光

色素 （1/4） 叶绿素A（蓝绿色）3/4

叶绿素（3/4） 叶绿素B（黄绿色）1/4 吸红橙和蓝紫光

3．过程

◎ 同位素示踪

14C 光反应 2C 3 暗反应 （14CH2O）

3H2O 固定 [3H] 还原 （C3H2O）

H218O 光 18O2

◎ 人为创设条件，看物质变化：

1． 光照 → [H]和ATP → 暗反应 → （CH2O）

↓ ↓ ↓ ↓

切断 → 不能生成 → 不能进行 → 不能生成

2． CO2 → C5 → C3 → （CH2O）

↓ ↓ ↓ ↓

切断 → 增多 → 减少 →不能生成

4．意义

（1）制造有机物，实现物质转变——“绿色工厂”；

（2）调节大气中O2和CO2的含量——“自动的空气净化剂”；

（3）生物生命活动所需能量的最终来源——“巨大的能量转换器”；

（4）对生物的进化具有重要的作用。

光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。

6． 比较同化作用的类型

(

（六）细胞的生命历程

癌变 增殖 分化 衰老与凋亡

一、细胞的增殖

表面积/体积 → 物质运输效率

体积增大 → 细胞生长 细胞核/细胞质 → 控制与必需

◎ 生长 减数分裂

数目增加 → 细胞分裂 有丝分裂 核延长缢裂为二，整个细胞缢裂成两个

无丝分裂 特点：分裂中无纺锤丝和染色体的变化

例子：蛙的红细胞

1．细胞周期

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结束。可分

分裂间期：DNA复制与蛋白质的合成。分G1、S、G2期。

前期：核膜核仁消失，纺锤丝出现形成纺锤体，出现染色体；

分裂期M 中期：纺锤丝牵引着染色体运动，使染色体的着丝点排列在中央赤道板；

后期：着丝点分裂，染色单体分开，分别移向两极；

末期：纺锤丝消失，染色体变成染色质，核膜核仁出现。

2．区别

复制 着丝点分裂

DNA数： 1 2 2

染色体 ： 1 1 2

染色单体： 0 2 0

3．假设正常体细胞的核中DNA含量为2a，染色体数为2N，则

复制

二、细胞的分化

1．分化

在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在结构、形态和生理功能上

发生稳定性差异的过程。

注：

① 持久性：在生物体的整个生命过程都有，只是在胚胎发育时达到最大值；

② 相对稳定性：一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡；

③ 意义：使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。

2．全能性 ← 1958年 美国 斯图尔德

指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。如

植物：胡萝卜的组织培养 快繁花卉与蔬菜；拯救物种；培育新作物；

动物：克隆羊多莉；干细胞 替换病变部位，治疗某些癌症和遗传病带来希望。

一般而言，受精卵的全能性大于生殖细胞，生殖细胞的全能性大于体细胞，

植物细胞全能性大于动物细胞。

三、细胞的衰老与凋亡

◎ 生命历程：发生 → 分化 → 衰老 → 死亡

水分减少，体积变小，代谢减慢 → 皱纹

酶活性降低 → 白发

细胞衰老 个体衰老 色素积累 → 老年斑

（形态、结构、功能） 呼吸减慢，核体积增大，染色质固缩，染色加深

细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低

细胞凋亡：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。如尾的消失，手指的形成。

VS （基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果）

细胞坏死

四、细胞的癌变

物理：主指各种辐射，如紫外线、X射线等；

致癌因子 化学：如石棉、砷、亚硝胺、黄曲霉素等；

病毒：如Rous肉瘤病毒等。

原癌、抑癌基因突变 无限增殖；

正常细胞 癌细胞 形态结构发生显著变化；

（不受机体控制的恶性增殖 ） 表面发生变化，易分散和转移；

实验专题

一、检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质

隔水加热

◎可溶性还原糖（葡萄糖、果糖、麦芽糖）+蓝色的斐林试剂（甲+乙液） 砖红色↓

①3min ②吸水纸吸去染液 2min

◎脂肪+苏丹Ⅲ 橘黄色

③50%酒精洗去浮色 ④吸去酒精，滴蒸馏水

先A液：制造碱性环境；再B液

◎蛋白质+双缩脲 紫色

二、植物细胞的吸、失水

原理：原生质层相当于一层选择透过性膜。

步骤： 有一个紫色的中央液泡

制作洋葱外表皮临时装片 观察正常细胞形态 质壁紧贴在一起

中央液泡逐渐缩小

换0.3g/L的蔗糖溶液 观察质壁分离 质、壁逐渐分离

中央液泡逐渐扩大

换清水 观察质壁分离复原 质壁逐渐紧贴在一起

结论：①成熟的植物细胞能与外溶液发生渗透作用；

②当外界溶液大于细胞液浓度时，细胞失水；

③当外界溶液小于细胞液浓度时，细胞吸水。

三、影响酶活性的条件

四、绿叶中色素的提取与分离

1．过程

2．结果

3．注意事项

①研磨不充分，色素未能充分提取出来；

◎淡绿色 ②丙酮加入量太多，稀释了色素提取液；

③未加入碳酸钙粉末，叶绿素分子已破坏。

◎荧光现象：提取液在透射光下是翠绿色的，而在反射光下是棕红色。

五、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂

注意事项：

◎烂根：进行无氧呼吸而酒精中毒，以及微生物繁殖使水质污染导致。

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