一、走近细胞

（一）细胞是生命活动的基本单位

1. 细胞学说的建立过程

·创始人：德国科学家施莱登、施旺

·核心内容：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；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生命起作用；新细胞是由老细胞分裂产生的。

·意义：揭示了动物和植物的统一性，从而阐明了生物界的统一性。

2. 生命系统的结构层次

从小到大依次为：细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈

💡易错提醒：植物没有「系统」层次；单细胞生物既属于细胞层次，也属于个体层次；病毒没有细胞结构，不属于生命系统的结构层次。

（二）细胞的多样性和统一性

1. 原核细胞和真核细胞的对比

⚠️ 高频考点：蓝细菌没有叶绿体，但含有藻蓝素和叶绿素，是能进行光合作用的自养生物；细菌中的绝大多数种类是营腐生或寄生生活的异养生物。

2. 显微镜使用的关键步骤

1.低倍镜观察：取镜→安放→对光（调节反光镜、光圈使视野明亮）→压片→调焦（先降镜筒再升镜筒，粗准焦螺旋调至物像清晰）

2.高倍镜转换：移（将物像移至视野中央）→转（转动转换器换高倍物镜）→调（调节光圈、反光镜使视野亮度适宜，调节细准焦螺旋使物像清晰）

💡小技巧：物像在视野的哪个方向，就向哪个方向移动装片，才能将物像移到中央；高倍镜下禁止使用粗准焦螺旋，防止压碎装片。

二、组成细胞的分子

（一）细胞中的元素和化合物

1. 组成细胞的元素

·大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等

·微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等

·最基本元素：C（生物大分子以碳链为骨架）

·细胞鲜重含量最多的元素：O；细胞干重含量最多的元素：C

2. 组成细胞的化合物

·无机化合物：水（鲜重含量最高的化合物）、无机盐

·有机化合物：糖类、脂质、蛋白质、核酸

·干重含量最高的化合物：蛋白质

3. 三大有机物的检测实验

（二）细胞中的无机物

1. 水的存在形式和作用

2. 无机盐的存在形式和功能

·存在形式：大多数以离子形式存在

·功能：构成细胞内复杂化合物的成分（如Mg²⁺构成叶绿素、Fe²⁺构成血红素、I^-构成甲状腺激素）；维持细胞和生物体的生命活动（如血钙过低会出现抽搐，过高会出现肌无力）；维持细胞的酸碱平衡和渗透压平衡。

（三）生命活动的主要承担者——蛋白质

1. 基本组成单位：氨基酸

·结构通式：

·结构特点：每种氨基酸至少都含有一个氨基（-NH₂）和一个羧基（-COOH），并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团R基。

·种类：组成人体蛋白质的氨基酸有21种，根据人体细胞能否合成分为必需氨基酸（8种，必须从外界环境中获取）和非必需氨基酸（13种）。

2. 蛋白质的结构层次

氨基酸→（脱水缩合）→二肽→多肽→（盘曲、折叠，形成空间结构）→蛋白质

💡相关计算：n个氨基酸形成m条肽链时，脱去的水分子数=形成的肽键数=n - m；蛋白质的相对分子质量=氨基酸平均相对分子质量×n - 18×(n - m)。

3. 蛋白质结构多样性的原因

直接原因：氨基酸的数目、种类、排列顺序不同，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。

根本原因：DNA分子的多样性。

4. 蛋白质的功能多样性

·结构蛋白：构成细胞和生物体结构的重要物质，如肌肉、毛发、蛛丝的主要成分是蛋白质

·催化作用：绝大多数酶都是蛋白质

·运输作用：如血红蛋白运输氧气，细胞膜上的载体蛋白运输物质

·信息传递作用：如胰岛素能够调节机体的血糖平衡

·免疫作用：如抗体可以抵御病原体的侵害

⚠️ 易错提醒：高温、过酸、过碱、重金属盐会破坏蛋白质的空间结构，导致蛋白质变性失活，该过程是不可逆的；盐析只是降低了蛋白质的溶解度，蛋白质的空间结构没有改变，是可逆过程。

（四）遗传信息的携带者——核酸

1. 核酸的种类和结构

💡考点汇总：细胞生物（原核生物、真核生物）的遗传物质是DNA；病毒的遗传物质是DNA或RNA。所有生物的遗传物质都是核酸，DNA是主要的遗传物质。

（五）糖类和脂质

1. 糖类的分类和功能

·元素组成：C、H、O，多数糖类H:O=2:1，又称「碳水化合物」

·主要功能：细胞生命活动的主要能源物质

2. 脂质的分类和功能

·元素组成：主要是C、H、O，有些还含有N、P；脂质分子中O的含量远远少于糖类，而H的含量更多，氧化分解释放的能量更多。

三、细胞的基本结构

（一）细胞膜的结构和功能

1. 细胞膜的功能

·将细胞与外界环境分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定

·控制物质进出细胞，该功能具有相对性

·进行细胞间的信息交流：通过激素传递信息、通过细胞膜直接接触传递信息、通过细胞通道传递信息（如植物细胞的胞间连丝）。

2. 细胞膜的成分

主要由脂质（约50%，其中磷脂最丰富，动物细胞膜还含有胆固醇）和蛋白质（约40%）组成，还有少量糖类（约2%~10%）。功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。

3. 流动镶嵌模型的基本内容

·磷脂双分子层是膜的基本支架，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层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层，大多数蛋白质分子也是可以运动的

·细胞膜的外表面有糖类分子和蛋白质结合形成的糖蛋白，或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫作糖被，与细胞识别、细胞间的信息传递等功能密切相关。

💡结构特点：细胞膜具有一定的流动性；功能特点：细胞膜具有选择透过性。

（二）细胞器之间的分工合作

1. 八大细胞器的结构和功能

⚠️ 特殊细胞提醒：哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和各种细胞器；植物根尖分生区细胞没有叶绿体和大液泡。

2. 生物膜系统

·组成：细胞器膜、细胞膜和核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。

·功能：细胞膜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、能量转换和信息传递的过程中起着决定性作用；广阔的膜面积为多种酶提供了大量的附着位点，有利于许多化学反应的进行；将各种细胞器分隔开，使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会互相干扰，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。

3. 分泌蛋白的合成和运输过程

核糖体（合成肽链）→内质网（进行初步加工，形成有一定空间结构的蛋白质）→囊泡→高尔基体（进一步加工、分类和包装）→囊泡→细胞膜（胞吐作用分泌到细胞外）。整个过程需要线粒体提供能量。

（三）细胞核的结构和功能

1. 细胞核的结构

·核膜：双层膜，把核内物质与细胞质分开，核膜上有核孔，是实现核质之间频繁的物质交换和信息交流的通道。

·核仁：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。

·染色质：主要由DNA和蛋白质组成，DNA是遗传信息的载体。染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。

2. 细胞核的功能

细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

四、细胞的物质输入和输出

（一）物质跨膜运输的实例

1. 渗透作用

发生条件：具有半透膜；半透膜两侧的溶液具有浓度差。

2. 动物细胞的吸水和失水

·外界溶液浓度＜细胞质浓度：细胞吸水膨胀，甚至涨破

·外界溶液浓度＞细胞质浓度：细胞失水皱缩

·外界溶液浓度＝细胞质浓度：水分进出细胞处于动态平衡，细胞形态不变

3. 植物细胞的吸水和失水（质壁分离与复原实验）

·成熟植物细胞的原生质层（细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质）相当于一层半透膜。

·质壁分离条件：外界溶液浓度＞细胞液浓度，细胞失水，原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，导致原生质层与细胞壁分离。

·质壁分离复原条件：已发生质壁分离的细胞放在低浓度溶液或清水中，外界溶液浓度＜细胞液浓度，细胞吸水，原生质层恢复原来的状态。

💡实验应用：可以判断细胞的死活；测定细胞液的浓度范围；鉴别不同种类的溶液（如KNO₃溶液可以使细胞发生质壁分离后自动复原，因为细胞可以主动吸收K⁺和NO₃^-，使细胞液浓度升高）。

（二）物质跨膜运输的方式

⚠️ 易错提醒：同一种物质进出不同细胞的运输方式可能不同，比如葡萄糖进入红细胞是协助扩散，进入小肠上皮细胞是主动运输。

五、细胞的能量供应和利用

（一）降低化学反应活化能的酶

1. 酶的本质和作用

·本质：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，少数是RNA。

·作用：降低化学反应的活化能，与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。

2. 酶的特性

·高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的10⁷~10¹³倍。

·专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

·作用条件较温和：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的，高温、过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；低温会抑制酶的活性，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。

（二）细胞的能量「货币」ATP

1. ATP的结构

ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写，结构简式为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，叫作高能磷酸键。

2. ATP和ADP的相互转化

ATP水解：，释放的能量用于各项生命活动（如主动运输、肌肉收缩、生物发电、大脑思考等）。

ATP合成：，能量来源为细胞呼吸（动物、植物、微生物）和光合作用（绿色植物）。

💡考点：ATP和ADP的相互转化过程，物质是可逆的，能量是不可逆的，反应所需要的酶也不同，因此不是可逆反应。细胞内ATP含量很少，但转化速度非常快，保证了能量的持续供应。

（三）细胞呼吸

1. 有氧呼吸

·总反应式：

2. 无氧呼吸

·场所：细胞质基质

·类型1（产生乳酸）：，实例：高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等。

·类型2（产生酒精和CO₂）：，实例：大多数植物、酵母菌等。

⚠️ 注意：无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP，葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。

3. 细胞呼吸原理的应用

·包扎伤口用透气的消毒纱布，抑制厌氧病原菌的繁殖

·酿酒过程中先通气让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，再密封进行无氧呼吸产生酒精

·中耕松土、稻田定期排水，促进根细胞的有氧呼吸，防止无氧呼吸产生酒精导致烂根

·提倡慢跑等有氧运动，避免剧烈运动导致肌细胞无氧呼吸产生大量乳酸，引起肌肉酸胀乏力

·零上低温、低氧、适当湿度条件下储存水果和蔬菜；零上低温、干燥、低氧条件下储存种子

（四）光合作用与能量转化

1. 捕获光能的色素

·分布：叶绿体的类囊体薄膜上

·分类：叶绿素（含量约占3/4，包括叶绿素a、叶绿素b，主要吸收蓝紫光和红光）、类胡萝卜素（含量约占1/4，包括胡萝卜素、叶黄素，主要吸收蓝紫光）

2. 光合作用的过程

总反应式：

💡联系：光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP⁺，二者紧密联系，缺一不可。

3. 光合作用原理的应用

·控制光照强度：合理密植、阴生植物种植在弱光环境下

·控制温度：温室栽培白天适当提高温度，晚上适当降低温度，增加昼夜温差，减少呼吸消耗，积累有机物

·适当提高CO₂浓度：温室中施用有机肥、合理通风、施用CO₂气肥

·合理灌溉：保证植物生长所需的水分

六、细胞的生命历程

（一）细胞的增殖

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为止，为一个细胞周期。包括分裂间期（占90%~95%，进行DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长）和分裂期两个阶段。

2. 有丝分裂的过程（以高等植物细胞为例）

3. 动植物细胞有丝分裂的区别

4. 有丝分裂的意义

将亲代细胞的染色体经过复制（关键是DNA的复制）之后，精确地平均分配到两个子细胞中，保持了亲代和子代之间遗传性状的稳定性，对生物的遗传具有重要意义。

（二）细胞的分化、衰老和死亡

1. 细胞分化

·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。

·特点：普遍性、持久性、稳定性和不可逆性。

·实质：基因的选择性表达（细胞中的遗传物质没有改变）。

·意义：是生物个体发育的基础；使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高生物体各种生理功能的效率。

2. 细胞的全能性

概念：细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。植物细胞具有全能性（如植物组织培养）；动物细胞的细胞核具有全能性（如克隆动物）。

3. 细胞衰老

特征：细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小；细胞内多种酶的活性降低；细胞内的色素逐渐积累，妨碍细胞内物质的交流和传递；细胞内呼吸速率减慢，细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深；细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低。

4. 细胞凋亡

概念：由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，也叫细胞编程性死亡。实例：蝌蚪尾的消失、胎儿手的发育过程中指间细胞的自动死亡、被病原体感染的细胞的清除。意义：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。

5. 细胞坏死

在种种不利因素影响下，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激，由细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡，对生物体是有害的。

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