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《高中学业水平合格性考试生物知识点全解析》
细胞的分子组成
1、元素与化合物
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- 组成生物体的化学元素种类繁多，其中大量元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等，微量元素如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等，这些元素在生物体内有着不同的作用，例如C是构成生物体最基本的元素，因为它能够通过共价键形成碳链，这是生物大分子的基本骨架。
- 细胞中的化合物分为无机化合物和有机化合物，无机化合物有水和无机盐，水在细胞中以自由水和结合水的形式存在，自由水是细胞内良好的溶剂，参与许多化学反应，为细胞提供液体环境等；结合水是细胞结构的重要组成部分，无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用，如血钙过低会引起抽搐，有些无机盐离子是某些复杂化合物的重要组成成分，如Fe²⁺是血红蛋白的组成成分。
- 有机化合物主要有糖类、脂质、蛋白质和核酸，糖类是主要的能源物质，可分为单糖（如葡萄糖、果糖等）、二糖（如蔗糖、麦芽糖等）和多糖（如淀粉、纤维素、糖原等），脂质包括脂肪、磷脂和固醇等，脂肪是细胞内良好的储能物质，磷脂是构成生物膜的重要成分，固醇类物质如胆固醇、性激素和维生素D等在细胞的营养、调节等方面有重要作用。
2、蛋白质
- 蛋白质是生命活动的主要承担者，其基本单位是氨基酸，约有20种，氨基酸的结构通式为一个中心碳原子上连接着一个氨基、一个羧基、一个氢原子和一个R基，氨基酸通过脱水缩合形成肽键，进而形成多肽链，一条或多条多肽链盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质。
- 蛋白质结构具有多样性，原因包括氨基酸的种类、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不同，蛋白质的功能多样，如催化作用（酶）、运输作用（如血红蛋白运输氧气）、调节作用（如胰岛素调节血糖）、免疫作用（如抗体）等。
3、核酸
- 核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的合成中具有极其重要的作用，核酸分为DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸），DNA主要存在于细胞核中，少量存在于线粒体和叶绿体中；RNA主要存在于细胞质中。
- 核酸的基本单位是核苷酸，一分子核苷酸由一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成，DNA的基本单位是脱氧核苷酸，含有的碱基是A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鸟嘌呤）；RNA的基本单位是核糖核苷酸，含有的碱基是A、U（尿嘧啶）、C、G。
细胞的结构
1、细胞膜
- 细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，还有少量糖类，细胞膜的基本骨架是磷脂双分子层，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，有的贯穿整个磷脂双分子层。
- 细胞膜的功能有将细胞与外界环境分隔开、控制物质进出细胞（具有选择透过性）和进行细胞间的信息交流，细胞间信息交流的方式有通过化学物质传递信息（如激素调节）、通过细胞膜直接接触（如精子和卵细胞的识别）和通过细胞通道（如植物细胞间的胞间连丝）。
2、细胞器
- 线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，被称为“动力车间”，其内膜向内折叠形成嵴，增大了内膜的表面积，有利于有氧呼吸的进行，叶绿体是植物进行光合作用的场所，呈扁平的椭球形或球形，内部有许多基粒，基粒由类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上分布着光合色素。
- 内质网是蛋白质等大分子物质合成、加工场所和运输通道，高尔基体主要对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装，溶酶体含有多种水解酶，能分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌，核糖体是蛋白质合成的场所，有的附着在内质网上，有的游离在细胞质中，中心体存在于动物细胞和某些低等植物细胞中，与细胞的有丝分裂有关。
3、细胞核
- 细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心，细胞核包括核膜（双层膜，把核内物质与细胞质分开）、染色质（主要由DNA和蛋白质组成，是遗传物质的主要载体）、核仁（与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关）和核孔（实现核质之间频繁的物质交换和信息交流）。
细胞的代谢
1、物质进出细胞的方式
- 被动运输包括自由扩散和协助扩散，自由扩散是物质顺浓度梯度，不需要载体蛋白和能量，如水、氧气、二氧化碳等进出细胞的方式；协助扩散是物质顺浓度梯度，需要载体蛋白，但不需要能量，如葡萄糖进入红细胞的方式。
- 主动运输是物质逆浓度梯度运输，需要载体蛋白和能量，主动运输能够保证细胞按照生命活动的需要主动地选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，小肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸、葡萄糖等营养物质的方式是主动运输。
- 大分子物质进出细胞通过胞吞和胞吐作用，胞吞是细胞摄取大分子时，首先是大分子附着在细胞膜表面，这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子，然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部；胞吐是细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞。
2、酶
- 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，少数酶是RNA，酶具有高效性（同无机催化剂相比，酶的催化效率更高）、专一性（一种酶只能催化一种或一类化学反应）和作用条件较温和（需要适宜的温度和pH等）的特点。
- 酶的活性受温度和pH的影响，在最适温度和最适pH条件下，酶的活性最高，温度和pH过高或过低都会影响酶的活性，甚至使酶失活，人体口腔内的唾液淀粉酶在37℃左右活性最高，胃蛋白酶在酸性环境（pH约为1.5 - 2.2）下活性最高。
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3、细胞呼吸
- 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，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸。
- 有氧呼吸的主要场所是线粒体，其反应式为：C₆H₁₂O₆ + 6O₂→6CO₂+6H₂O + 能量，有氧呼吸分为三个阶段：第一阶段在细胞质基质中进行，葡萄糖分解为丙酮酸和少量[H]，释放少量能量；第二阶段在线粒体基质中进行，丙酮酸和水彻底分解为二氧化碳和大量[H]，释放少量能量；第三阶段在线粒体内膜上进行，[H]和氧气结合生成水，释放大量能量。
- 无氧呼吸的场所是细胞质基质，反应式为：C₆H₁₂O₆→2C₂H₅OH + 2CO₂+少量能量（如酵母菌无氧呼吸）或者C₆H₁₂O₆→2C₃H₆O₃（乳酸）+少量能量（如人和高等动物无氧呼吸产生乳酸）。
4、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，并且释放出氧气的过程，反应式为：6CO₂+12H₂O→C₆H₁₂O₆+6O₂+6H₂O。
- 光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，光反应在类囊体薄膜上进行，主要包括水的光解（2H₂O→4[H]+O₂）和ATP的合成（ADP + Pi + 能量→ATP）；暗反应在叶绿体基质中进行，主要包括二氧化碳的固定（CO₂+C₅→2C₃）和C₃的还原（2C₃→(CH₂O)+C₅），影响光合作用的因素有光照强度、温度、二氧化碳浓度等。
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，一个细胞周期包括分裂间期和分裂期（M期），分裂间期占细胞周期的大部分时间，主要进行DNA的复制和有关蛋白质的合成，为分裂期做准备；分裂期又分为前期、中期、后期和末期。
2、有丝分裂
- 前期：染色质螺旋化成为染色体，核仁逐渐解体，核膜逐渐消失，细胞两极发出纺锤丝，形成纺锤体。
- 中期：染色体的着丝点排列在赤道板上，染色体形态比较稳定，数目比较清晰，便于观察。
- 后期：着丝点分裂，姐妹染色单体分开成为两条子染色体，分别向细胞两极移动，染色体数目加倍。
- 末期：染色体解螺旋成为染色质，纺锤体消失，核膜、核仁重新出现，细胞板向四周扩展形成细胞壁（植物细胞），将细胞一分为二，有丝分裂的意义在于将亲代细胞的染色体经过复制（实质为DNA的复制）之后，精确地平均分配到两个子细胞中，由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。
3、无丝分裂
- 无丝分裂过程比较简单，一般是细胞核先延长，核的中部向内凹进，缢裂成为两个细胞核；整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞，例如蛙的红细胞的分裂就是无丝分裂。
细胞的分化、衰老、凋亡和癌变
1、细胞分化
- 细胞分化是指在个体发育中，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，细胞分化的实质是基因的选择性表达，细胞分化具有持久性、稳定性和不可逆性的特点，细胞分化的意义在于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、细胞衰老
- 细胞衰老的特征有细胞内水分减少，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；细胞内呼吸速率减慢，细胞核的体积增大，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等。
3、细胞凋亡
- 细胞凋亡是由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，也称为细胞编程性死亡，细胞凋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，在胚胎发育过程中，手指和脚趾间的蹼细胞凋亡，形成了正常的手指和脚趾。
4、细胞癌变
- 癌细胞是指受到致癌因子的作用，细胞中的遗传物质发生变化，变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，癌细胞的特征有能够无限增殖；形态结构发生显著变化，如正常的成纤维细胞变成球形；癌细胞的表面发生了变化，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，使得癌细胞彼此之间的黏着性显著降低，容易在体内分散和转移，致癌因子包括物理致癌因子（如紫外线、X射线等）、化学致癌因子（如亚硝胺、黄曲霉毒素等）和生物致癌因子（如某些病毒）。
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遗传的基本规律
1、孟德尔的豌豆杂交实验
- 孟德尔选用豌豆作为实验材料的原因是豌豆是自花传粉、闭花受粉植物，自然状态下一般是纯种；豌豆具有易于区分的相对性状。
- 孟德尔一对相对性状的杂交实验中，亲本（P）为纯种高茎豌豆（DD）和纯种矮茎豌豆（dd），杂交得到子一代（F₁），F₁全部为高茎（Dd），F₁自交得到子二代（F₂），F₂中高茎与矮茎的比例为3:1，孟德尔对分离现象的解释是生物的性状是由遗传因子决定的；体细胞中遗传因子是成对存在的；生物体在形成生殖细胞 - 配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中；受精时，雌雄配子的结合是随机的。
- 孟德尔通过测交实验（让F₁与隐性纯合子杂交）验证了他对分离现象的解释，在两对相对性状的杂交实验中，亲本为纯种黄色圆粒豌豆（YYRR）和纯种绿色皱粒豌豆（yyrr），F₁为黄色圆粒（YyRr），F₁自交得到F₂，F₂中出现了9:3:3:1的性状分离比，孟德尔对自由组合现象的解释是F₁在产生配子时，每对遗传因子彼此分离，不同对的遗传因子可以自由组合，同样，通过测交实验验证了自由组合现象的解释。
2、基因的分离定律和自由组合定律
- 基因的分离定律的实质是在杂合子的细胞中，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分离，分别进入两个配子中，独立地随配子遗传给后代。
- 基因的自由组合定律的实质是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。
3、伴性遗传
- 伴性遗传是指性染色体上的基因，它的遗传方式与性别相关联，人类红绿色盲症是一种X染色体上的隐性遗传病，男性患者多于女性患者，因为男性只要X染色体上有色盲基因就会患病，而女性需要两条X染色体上都有色盲基因才会患病，抗维生素D佝偻病是一种X染色体上的显性遗传病，女性患者多于男性患者，伴性遗传在实践中有重要应用，如根据伴性遗传的规律，可以对某些遗传病进行预防和诊断。
遗传的分子基础
1、DNA是主要的遗传物质
- 肺炎双球菌的转化实验包括格里菲斯的体内转化实验和艾弗里的体外转化实验，格里菲斯的体内转化实验中，将无毒性的R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合后注射到小鼠体内，小鼠死亡，并从死亡小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌，格里菲斯推论已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质 - “转化因子”，艾弗里的体外转化实验中，将S型细菌的各种成分分离出来，分别与R型细菌混合培养，结果只有加入S型细菌的DNA时，R型细菌才能转化为S型细菌，从而证明了DNA是遗传物质。
- 噬菌体侵染细菌的实验中，用放射性同位素³²P标记噬菌体的DNA，用放射性同位素³⁵S标记噬菌体的蛋白质外壳，实验结果表明，噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞内，而蛋白质外壳留在外面，在细菌细胞内，噬菌体以自己的DNA为模板，利用细菌细胞内的物质合成自身的组成成分，从而证明了DNA是遗传物质，由于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。
2、DNA的结构
- DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋结构，DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧，两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定规律，即A（腺嘌呤）与T（胸腺嘧啶）配对，G（鸟嘌呤）与C（胞嘧啶）配对。
3、DNA的复制
- DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，DNA复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期，DNA复制的特点是边解旋边复制、半保留复制，DNA复制的过程包括解旋（在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开）、合成子链（以解开的每段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用游离的四种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链）、连接（每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，形成两个与亲代完全相同的子代DNA分子），DNA复制的意义在于将遗传信息从亲代传递给子代，保持了遗传信息的连续性。
4、基因的表达
- 基因表达包括转录和翻译两个过程，转录是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程，转录主要发生在细胞核中，翻译是指以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，翻译发生在细胞质中的核糖体上。
- 在转录过程中，RNA聚合酶与DNA模板结合，以核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则合成RNA，在翻译过程中，mRNA上的密码子（由三个相邻的碱基组成）与tRNA上的反密码子互补配对，tRNA携带相应的氨基酸，在核糖体上按照mRNA上密码子的顺序依次连接氨基酸，形成多肽链，基因表达的调控能够使生物体根据自身需求，在不同的细胞、不同的发育阶段表达不同的基因，从而保证生命活动的正常进行。
生物的变异
1、基因突变
- 基因突变是指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，基因突变具有普遍性、随机性、
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