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2014年五一高中生物联赛冲刺班导学1-细胞生物学 生物化学 微生物学


QBXT/JY/DX2014/4-1-2

清北学堂集中培训课程导学
(2014 年五一集中培训课程使用)

2014 年五一高中生物联赛冲刺班导学
(第一次)

资料说明

本导学用于学员在实际授课之前,了解授课方向及重难点。同时还附上部分知识点的 详细解读。本班型导学共由 4

份书面资料构成。在 2014 年 4 月 10 日,公司还会发布相应 班型的详细授课大纲,敬请关注。

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2014-4-5 发布

清北学堂教学研究部

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2014 年五一高中生物联赛冲刺班导学(第一次)
——细胞生物学、生物化学、微生物学
章节重点内容 .......................................................................................... 3 重点内容浅析 .......................................................................................... 4 细胞的化学成分 ................................................................................ 4 细胞的基本结构 ................................................................................ 6 细胞的物质输入和输出 ..................................................................... 7 细胞的能量供应和利用 ..................................................................... 7 细胞生命周期 .................................................................................. 11 生物联赛大纲(细胞生物学部分) ..................................................... 12

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2014 年五一高中生物联赛冲刺班导学(一)
——细胞生物学、生物化学、微生物学 章节重点内容
根据近几年的生物联赛试卷,在细胞生物学、生物化学和微生物学的重点内容如下: —细胞的化学成分 —酶类 —细胞代谢:呼吸和光合作用 —物质通过膜转运 —细胞分裂 —细胞结构 —微生物代谢产能、代谢调节 —生物技术 建议参考《生命科学导论》或《普通生物学》或《细胞生物学》了解重点内容,学 习中做好“预习——听讲——回顾”三部曲,达到最佳学习效果。

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重点内容浅析

细胞的化学成分
生命活动的主要承担者------蛋白质 一、概念: 氨基酸:蛋白质的基本组成单位 ,组成蛋白质的氨基酸约有 20 种。 脱水缩合:一个氨基酸分子的氨基(—NH2)与另一个氨基酸分子的羧基(—COOH) 相连接,同时失去一分子水。 肽 键:肽链中连接两个氨基酸分子的化学键(—NH—CO—)。 二 肽:由两个氨基酸分子缩合而成的化合物,只含有一个肽键。 多 肽:由三个或三个以上的氨基酸分子缩合而成的链状结构。 肽 链:多肽通常呈链状结构,叫肽链。 二、氨基酸分子通式: NH2 | R — C H —COOH 三、氨基酸结构的特点: 每种氨基酸分子至少含有一个游离的氨基 (—NH2) 和一个游离的羧基 (—COOH) , 并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上(如:虽然有—NH2 和—COOH,但 不是连在同一个碳原子上不叫氨基酸);R 基的不同导致氨基酸的种类不同。 四、 蛋白质多样性的原因是: 组成蛋白质的氨基酸数目、种类、排列顺序不同,多肽链空间结构千变万化。 五、蛋白质的主要功能(生命活动的主要承担者): ① 构成细胞和生物体的重要物质,如肌动蛋白; ② 催化作用:如酶; ③ 调节作用:如胰岛素、生长激素; ④ 免疫作用:如抗体, 抗原; ⑤ 运输作用:如红细胞中的血红蛋白。 六、有关计算: 肽键数 = 脱去水分子数 = 氨基酸数目 — 肽链数

遗传信息的携带者------核酸 核酸是细胞内携带遗传信息的物质,对于生物的遗传、变异和蛋白质的合成具有重要 作用。 一、 核酸的种类: 脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA) 二、 组成核酸的基本单位是:核苷酸,是由一分子磷酸、一分子五碳糖(DNA 为脱氧核糖、 RNA 为核糖)和一分子含氮碱基组成 ;组成 DNA 的核苷酸叫做脱氧核苷酸,组成 RNA 的核苷酸叫做核糖核苷酸。 三、 DNA 所含碱基有:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)
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RNA 所含碱基有:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)、尿 嘧 啶(U) 四、 核酸的分布:真核细胞的 DNA 主要分布在细胞核中;线粒体、叶绿体内也含有少量的 DNA;RNA 主要分布在细胞质中。 细胞中的糖类和脂质 一、概念: 糖类:是主要的能源物质;主要分为单糖、二糖和多糖等 单糖:是不能再水解的糖。如葡萄糖。 二糖:是水解后能生成两分子单糖的糖。 多糖:是水解后能生成许多单糖的糖。多糖的基本组成单位都是葡萄糖。 可溶性还原性糖:葡萄糖、果糖、麦芽糖等 二、糖类的比较: : 单糖:组成元素 C、H 、O 核糖:动植物细胞中, 组成核酸 脱氧核糖 、葡萄糖、果糖、半乳糖 重要能源物质 :二糖 蔗糖 麦芽糖:分布于植物细胞中 乳糖:仅分布于动物细胞中 淀粉:植物 植物贮能物质 多糖 纤维素:细胞壁主要成分 糖原(肝糖原、肌糖原):仅存于动物细胞中, 动物贮能物质 三、脂质的比较: 脂质种类:脂肪、磷脂、性激素、维生素 D 1、脂肪 元素:C、H、O ; 功能:①.主要储能物质 ②.保温 ③.减少摩擦,缓冲和 减压 2、磷脂 元素:C、H、O、N、P 功能: 细胞膜的主要成分 3、 固醇 胆固醇:与细胞膜流动性有关 性激素: 维持生物第二性征,促进生殖器官发育 维生素 D :有利于 Ca、P 吸收 细胞中的无机物 一、水 1、存在形式: 自由水 约 95% 2、功能:①.良好溶剂 ②.参与多种化学反应 ③.运送养料和代谢废物 它们可相互转 化; 3、联系:代谢旺盛的细胞自由水含量增多,结合水含量减少;反之,自由水含量减少,结 合水增多。结合水是细胞结构的重要组成成分,结合水增多增强细胞的抗逆性(高 温、寒冻等)。 二、无机盐(绝大多数以离子形式存在)功能: ①、构成某些重要的化合物,如:叶绿素、血红蛋白等
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②、维持生物体的生命活动(如动物缺钙会抽搐) ③、维持酸碱平衡,调节渗透压。

细胞的基本结构
细胞膜------系统的边界 一、细胞膜的成分:主要是脂质(约 50%)和蛋白质(约 40%),还有少量糖类(约 2% --10%) 二、细胞膜的功能: ①、将细胞与外界环境分隔开 ②、控制物质进出细胞 ③、进行细胞间的信息交流 三、植物细胞特有:细胞壁(主要是纤维素和果胶),支持和保护作用;全透性的。 细胞器----系统内的分工合作 一、概念: 细胞质:在细胞膜以内、细胞核以外的原生质,主要包括细胞质基质和细胞器。 细胞质基质:细胞质内呈液态的部分,是细胞进行新陈代谢的主要场所。 细胞器:细胞质中具有特定功能的各种亚细胞结构的总称。 二、八大细胞器及比较: 1、线粒体:粒状、棒状,双层膜,普遍存在于动、植物细胞中,内有少量 DNA 和 RNA, 内膜突起形成嵴,内膜、基质和基粒中有多种与有氧呼吸有关的酶,是细胞进行有 氧呼吸的主要场所,生命活动所需要的能量,大约 95%来自线粒体,细胞的“动力 车间” 2、叶绿体:扁平的椭球形或球形,双层膜,主要存在绿色植物叶肉细胞里,是植物进行 光合作用的细胞器,植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”,含有叶绿素 和类胡萝卜素,还有少量 DNA 和 RNA,叶绿素分布在基粒片层囊状结构膜上。膜上 和叶绿体内的基质中,含有光合作用需要的酶。 3、核糖体:椭球形粒状小体,有些附着在内质网上,有些游离在细胞质基质中,是细胞内 将氨基酸合成蛋白质的场所。 4、内质网:由膜结构连接而成的网状物,是细胞内蛋白质合成和加工,以及脂质合成的“车 间” 5、高尔基体:植物细胞中与细胞壁的形成有关;动物细胞中与分泌蛋白的加工、分类运输 有关。 6、中心体:每个中心体含两个垂直排列的中心粒,见于动物和低等植物细胞,与细胞有丝分 裂有关。 7、液泡:主要见于成熟植物细胞中,液泡内有细胞液。化学成分:有机酸、生物碱、糖类、蛋 白质、无机盐、色素等。有维持细胞形态、储存养料、调节细胞渗透吸水的作用。 8、溶酶体:称“消化车间”,内含多种水解酶,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。 三、分泌蛋白的合成与运输:
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核糖体→ 内质网 → 高尔基体 → 囊泡→细胞膜 →细胞外→分泌蛋白 ↓ ↓ ↓ 合成肽链→加工成具有一定空间结构蛋白质→进一步修饰加工成成熟的蛋白质 四、生物膜系统的组成:包括细胞器膜、细胞膜和核膜等。 细胞核----系统的控制中心 一、 功能: 遗传信息库(遗传物质储存和复制的场所),是细胞代谢和遗传的控制中心; 二、结构: 1、染色质:由 DNA 和蛋白质组成,染色质和染色体是同样物质在细胞不同时期的两种存 在状态。 2、核膜:双层膜,把核内物质与细胞质分开。 3、核仁:与某种 RNA 的合成以及核糖体的形成有关。 4、核孔:实现细胞核与细胞质之间的物质交换和信息交流。

细胞的物质输入和输出
物质跨膜运输的方式 一、概念: 自由扩散:物质通过简单的扩散作用进出细胞。 协助扩散:进出细胞的物质要借助载体蛋白的扩散。 主动运输:物质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 细胞内化学反应所释放的能量。 二、 自由扩散、协助扩散和主动运输的比较: 自由扩散 高浓度→低浓度 不需要 不消耗 O2、CO2、H2O、乙醇、甘油等 协助扩散 高浓度→低浓度 需要 不消耗 葡萄糖进入红细胞等 主动运输 低浓度→高浓度 需要 消耗 氨基酸、各种离子等 一、 离子和小分子 物质主要以被动运输(自由扩散、协助扩散)和主动运输的方式进出细胞;大分子和 颗粒物 质进出细胞的主要方式是胞吞作用和胞吐作用。

细胞的能量供应和利用
降低化学反应活化能的酶 一、概念:

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新陈代谢:活细胞中全部化学反应的总称,生物与非生物最根本的区别,生物体进行一切生 命活动的基础。 细胞代谢:细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应。 酶:活细胞所产生的具有催化作用(功能:降低化学反应活化能,提高化学反应速率)的一类有 机物。 活化能:分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。 二、 酶的本质: 大多数酶是蛋白质(合成酶的场所主要是核糖体,水解酶的酶是蛋白酶),少数酶是 RNA。 三、酶的特性: ①、高效性:催化效率比无机催化剂高许多。 ②、专一性:每种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。 ③、酶促反应需要较温和的作用条件:在最适宜的温度和 pH 下,酶的活性最高。温度 和 pH 偏高和偏低,酶的活性都会明显降低。 细胞的能量“通货”-----ATP 一、 ATP 是高能化合物 因为 ATP 的分子中的高能磷酸键中储存着大量的能量。 ATP 化学性质不稳定, 在水解时, 因 高能磷酸键的断裂,释放出大量的能量。 二、结构简式: ATP 是三磷酸腺苷的英文缩写,结构简式:A-P~P~P,其中:A 代表腺苷,P 代表磷 酸基团,~ 代表高能磷酸键,-代表普通化学键。 三、ATP 与 ADP 的转化: 酶 ATP ADP+Pi+能量 注: (1)向右:表示 ATP 水解,所释放的能量用于各种需要能量的生命活动。 向左:表示 ATP 合成,所需的能量来源于生物化学反应释放的能量。 (在人和动物体内,来自细胞呼吸;绿色植物体内则来自细胞呼吸和光合作用) (2)ATP能作为直接能源物质的原因是细胞中ATP与ADP循环转变,且十分迅速。 ATP 的主要来源------细胞呼吸 一、 概念: 1、呼吸作用(也叫细胞呼吸):指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,最终生 成 CO2 或其它产物,释放出能量并生成 ATP 的过程。根据是否有氧参与,分为:有氧呼 吸和无氧呼吸 2、有氧呼吸:指细胞在有氧的参与下,通过多种酶的催化作用下,把葡萄糖等有机 物彻底氧化分解,产生 CO2 和 H2O,释放出大量能量,生成 ATP 的过程。 3、无氧呼吸:一般是指细胞在无氧的条件下,通过酶的催化作用,把葡萄糖等有机 物分解为不彻底的氧化产物(酒精、CO2 或乳酸),同时释放出少量能量的过程。 4、发酵:微生物(如:酵母菌、乳酸菌)的无氧呼吸。

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二、有氧呼吸的总反应式: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量 三、无氧呼吸的总反应式: C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+ 2CO2 + 少量能量 或 C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+ 少量能量 四、有氧呼吸过程(主要在线粒体中进行): 第一阶段: 场所:细胞质基质 产物丙酮酸、[H]、释放少量能量,形成少量 ATP 第二阶段: 场所:线粒体基质 产物: CO2、[H]、释放少量能量,形成少量 ATP 第三阶段: 场所:线粒体内膜 产物:生成 H2O、释放大量能量,形成大量 ATP 五、有氧呼吸与无氧呼吸的比较: 呼吸方式: 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点: 场所:细胞质基质,线粒体基质、内膜 细胞质基质 条件: 氧气、多种酶 无氧气参与、多种酶 物质变化: 葡萄糖彻底分解,产生 CO2 和 H2O 葡萄糖分解不彻底,生成乳酸或酒精 等 能量变化: 释放大量能量,形成大量 ATP 释放少量能量,形成少量 ATP 六、影响呼吸速率的外界因素: 1、温度:温度通过影响细胞内与呼吸作用有关的酶的活性来影响细胞的呼吸作用。 温度过低或过高都会影响细胞正常的呼吸作用。 在一定温度范围内, 温度越低, , 细胞呼吸越弱;温度越高,细胞呼吸越强。 2、氧气:氧气充足,则无氧呼吸将受抑制;氧气不足,则有氧呼吸将会减弱或受抑 制。 3、水分:一般来说,细胞水分充足,呼吸作用将增强。但陆生植物根部如长时间受 水浸没,根部缺氧,进行无氧呼吸,产生过多酒精,可使根部细胞坏死。 4、CO2:环境 CO2 浓度提高,将抑制细胞呼吸,可用此原理来贮藏水果和蔬菜。 七、呼吸作用在生产上的应用: 1、作物栽培时,要有适当措施保证根的正常呼吸,如疏松土壤等。 2、粮油种子贮藏时,要风干、降温,降低氧气含量,则能抑制呼吸作用,减少有机 物消耗。 3、水果、蔬菜保鲜时,要低温或降低氧气含量及增加二氧化碳浓度, 抑制呼吸作用。 能量之源----光与光合作用 一、 概念: 光合作用:绿色植物通过叶绿体,利用光能,把 CO2 和 H2O 转化成储存着能量的有 机物,并释放出 O2 的过程 二、光合色素 位于在类囊体的薄膜上
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叶绿素 a (蓝绿色) 叶绿素 主要吸收红光和蓝瞎? 叶绿素 b (黄绿色) 色素: 胡萝卜素 (橙黄色);类胡萝卜素 主要吸收蓝紫光;叶黄素(黄色) 三、叶绿体的功能: 叶绿体是进行光合作用的场所。在类囊体的薄膜上分布着具有吸收光能的光合色 素,在类囊体的薄膜上和叶绿体的基质中含有许多光合作用所必需的酶。 四、影响光合作用的外界因素主要有: 1、光照强度:在一定范围内,光合速率随光照强度的增强而加快,光照强度超过 光饱合点,光合速率反而会下降。 2、温度:温度通过影响酶的活性来影响光合作用。 3、CO2 浓度:在一定范围内,光合速率随 CO2 浓度的增加而加快,达到一定程度后,光 合速率维持在一定的水平,不再增加。 4、水:光合作用的原料之一,缺少时光合速率下降。 六、光合作用的应用: 1、适当提高光照强度。 2、延长光合作用的时间。 3、增加光合作用的面积------合理密植,间作套种。 4、温室大棚用无色透明玻璃。 5、温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温。 6、温室栽培多施有机肥或放置干冰,提高二氧化碳浓度。 七、光合作用的过程: 1、 光 反 应 阶 段 条件: 光、色素、酶 场所: 在类囊体的薄膜上 物质变化: 水的分解:H2O → [H] + O2↑ ATP 的生成:ADP + Pi → ATP 能量变化: 光能→ATP 中的活跃化学能 产物:[H]、 O2、、ATP 2、 暗 反 应 阶 段 原料:[H]、、ATP(光反应的产物)和 CO2 条件: 酶、ATP、[H] 场所: 叶绿体基质 物质变化: CO2 的固定:CO2 + C5 → 2C3 C3 的还原: C3 + [H] → (CH2O) 能量变化: ATP 中的活跃化学能→(CH2O)中的稳定化学能 总反应式:

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细胞生命周期
一、真核细胞的分裂方式 有丝分裂:体细胞增殖 减数分裂:生殖细胞(精子,卵细胞)增殖 ★无丝分裂: 蛙的红细胞。 分裂过程中没有出现纺缍丝和染 色体变化 分裂间期:完成 DNA 分子复制及有关蛋白质合成,染色体数目不增加, DNA 加倍。 前期:核膜核仁逐渐消失,出现纺缍体及染色体,染色体散乱排 列。 中期:染色体着丝点排列在赤道板上,染色体形态比较稳定, 数目比分裂期较清晰便于观察 后期:着丝点分裂,姐妹染色单体分离,染色体数目加倍 末期:核膜,核仁重新出现,纺缍体,染色体逐渐消失。

有丝分裂

二、动植物细胞有丝分裂区别 植物细胞 动物细胞 间期 DNA 复制, 蛋白质合成 (染色体复制) 染色体复制,中心粒也倍增 前期 细胞两极发生纺缍丝构成纺缍体 中心体发出星射线,构成纺缍体 末期 赤道板位置形成细胞板向四周扩散形 不形成细胞板,细胞从中央向内 成细胞壁 凹陷,缢裂成两子细胞 三、 有丝分裂特征及意义: 将亲代细胞染色体经过复制(实质为 DNA 复制后) ,精确地平均分配到两个子细胞,在 亲代与子代之间保持了遗传性状稳定性,对于生物遗传有重要意义。

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生物联赛大纲(细胞生物学部分)
Ⅰ.细胞生物学 25% 细胞的结构和功能
* 化学成分
- 单糖、双糖、多糖 - 脂类 - 蛋白质:氨基酸、遗传密码子、蛋白质结构 蛋白质的化学分类:简单蛋白质和结合蛋白质 蛋白质的功能分类:结构蛋白和酶 - 酶类:化学结构、酶作用的模型、变性、命名 - 核酸:DNA, RNA - 其他重要化合物 ADP 和 ATP NAD+和 NADH NADP+和 NADPH

* 细胞器
细胞核 -核膜 -(核透明质) -染色体 -核仁 细胞质 -细胞膜 -透明质 -线粒体 -内质网 -核糖体 -高尔基体 -溶酶体

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-液泡膜 -前质体 -质体 ?叶绿体 ?有色体 ?白色体(如造粉体)

* 细胞代谢
- 碳水化合物的异化 无氧呼吸:糖酵解 有氧呼吸:糖酵解 - 脂肪和蛋白质的异化 - 同化作用 光合作用 光反应 暗反应(卡尔文循环) 柠檬酸循环 氧化磷酸化

* 蛋白质合成
- 转录 - 转译 - 遗传密码

* 通过膜的转运
- 扩散 - 渗透,质壁分离 - 主动转运

* 有丝分裂和减数分裂
- 细胞周期:间期和有丝分裂 - 染色单体、赤道板、单倍体和二倍体、基因组、体细胞和生殖细胞、配子、 交换 - 减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ

微生物学
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* 原核细胞的组成 * 形态学 * 光养和化养

生物工程学
* 发酵 * 生物体的遗传操纵

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