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《高二生物合格考知识点全解析》
细胞的分子组成
1、元素与化合物
- 细胞中的化学元素，根据含量分为大量元素（如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等）和微量元素（如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等），这些元素大多以化合物的形式存在于细胞中。
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- 水是细胞中含量最多的化合物，有自由水和结合水两种存在形式，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。
- 无机盐在细胞中含量较少，但具有重要作用，如维持细胞和生物体的生命活动（血钙过低会引起抽搐），维持细胞的酸碱平衡（如血浆中的\(HCO_3^-\)等缓冲物质）和渗透压（如\(Na^+\)、\(Cl^-\)等对细胞外液渗透压的维持）。
- 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，结构通式为\(NH_2 - CH(R)-COOH\)，氨基酸通过脱水缩合形成肽键（\(-CO - NH-\)）连接成肽链，一条或多条肽链盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质，蛋白质结构多样性的原因包括氨基酸的种类、数目、排列顺序以及肽链的盘曲折叠方式及其形成的空间结构不同，蛋白质的功能多种多样，如催化（酶）、运输（血红蛋白）、调节（胰岛素）、免疫（抗体）等。
- 核酸是遗传信息的携带者，分为DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸），DNA的基本单位是脱氧核苷酸，由磷酸、脱氧核糖和含氮碱基（A、T、C、G）组成；RNA的基本单位是核糖核苷酸，由磷酸、核糖和含氮碱基（A、U、C、G）组成，核酸具有特异性，是生物的遗传物质。
- 糖类是主要的能源物质，分为单糖（如葡萄糖、果糖、核糖等）、二糖（如蔗糖、麦芽糖、乳糖）和多糖（如淀粉、纤维素、糖原），其中葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质，淀粉是植物细胞中储存能量的多糖，糖原是动物细胞中储存能量的多糖，纤维素是植物细胞壁的主要成分。
- 脂质包括脂肪、磷脂和固醇，脂肪是细胞内良好的储能物质，还具有保温、缓冲和减压等作用；磷脂是构成细胞膜和细胞器膜的重要成分；固醇类物质包括胆固醇、性激素和维生素D等，胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输，性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成，维生素D能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收。
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，细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，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，有的贯穿于整个磷脂双分子层，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）、进行细胞间的信息交流（如通过细胞分泌的化学物质间接传递信息、通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息、通过细胞间的通道传递信息等）。
2、细胞器
- 线粒体是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，增大了内膜面积，含有与有氧呼吸有关的酶等物质。
- 叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，被称为“养料制造车间”和“能量转换站”，其具有双层膜结构，内部有基粒（由类囊体堆叠而成），类囊体薄膜上含有光合色素，基质中含有与光合作用有关的酶等物质。
- 内质网是蛋白质等大分子物质合成、加工场所和运输通道，分为粗面内质网（有核糖体附着）和滑面内质网。
- 核糖体是蛋白质合成的场所，有的附着在内质网上，有的游离在细胞质基质中。
- 高尔基体对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装，与植物细胞细胞壁的形成有关，与动物细胞分泌物的形成有关。
- 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。
- 液泡主要存在于植物细胞中，内有细胞液，与植物细胞的渗透吸水有关，还可以调节植物细胞内的环境，充盈的液泡使植物细胞保持坚挺。
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，其结构包括核膜（双层膜，把核内物质与细胞质分开）、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，是遗传物质的主要载体，在细胞分裂时会高度螺旋化成为染色体）等。
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，自由扩散不需要载体蛋白和能量，物质顺浓度梯度进行运输，如\(O_2\)、\(CO_2\)、甘油、乙醇等进出细胞；协助扩散需要载体蛋白但不需要能量，物质顺浓度梯度运输，如葡萄糖进入红细胞。
- 主动运输需要载体蛋白和能量，物质逆浓度梯度运输，如小肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸、葡萄糖、\(K^+\)等，主动运输能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。
- 大分子物质进出细胞通过胞吞和胞吐作用，需要消耗能量，体现了细胞膜的流动性。
2、酶
- 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA，酶具有高效性（同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著）、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，温度和pH会影响酶的活性，在最适温度和最适pH下，酶的活性最高。
3、ATP
- ATP是三磷酸腺苷的英文缩写，结构简式为\(A - P～P～P\)，\(A\)”代表腺苷（由腺嘌呤和核糖组成），“\(P\)”代表磷酸基团，“\(～\)”代表高能磷酸键，ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，是细胞生命活动的直接能源物质，细胞内的ATP与ADP可以相互转化，\(ATP\xrightleftharpoons[酶2]{酶1}ADP + Pi+能量\)，其中酶1是水解酶，酶2是合成酶，能量来源和去向不同。
4、光合作用
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- 光合作用的场所是叶绿体，其反应式为\(6CO_2 + 12H_2O\xrightarrow[叶绿体]{光能}C_6H_{12}O_6+6H_2O + 6O_2\)。
- 光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，光反应发生在类囊体薄膜上，主要包括水的光解（\(2H_2O\xrightarrow{光能}4[H]+O_2\)）和ATP的合成（\(ADP + Pi+光能\xrightarrow{酶}ATP\)），光反应为暗反应提供\([H]\)和ATP；暗反应发生在叶绿体基质中，包括\(CO_2\)的固定（\(CO_2 + C_5\xrightarrow{酶}2C_3\)）和\(C_3\)的还原（\(2C_3\xrightarrow{[H],ATP,酶}(CH_2O)+C_5\)），影响光合作用的因素有光照强度、温度、\(CO_2\)浓度等。
5、呼吸作用
- 有氧呼吸的反应式为\(C_6H_{12}O_6 + 6O_2+6H_2O\xrightarrow{酶}6CO_2 + 12H_2O+能量\)，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\([H]\)，释放少量能量；第二阶段在线粒体基质中进行，丙酮酸和水反应生成\(CO_2\)和\([H]\)，释放少量能量；第三阶段在线粒体内膜上进行，\([H]\)和\(O_2\)结合生成水，释放大量能量。
- 无氧呼吸的反应式为\(C_6H_{12}O_6\xrightarrow{酶}2C_2H_5OH + 2CO_2+少量能量\)（植物、酵母菌等进行酒精发酵）或\(C_6H_{12}O_6\xrightarrow{酶}2C_3H_6O_3+少量能量\)（动物、乳酸菌等进行乳酸发酵），无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，其场所是细胞质基质。
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），分裂间期时间较长，主要进行\(DNA\)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，核仁解体，核膜消失，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，此时染色体形态比较稳定，数目比较清晰，是观察染色体的最佳时期。
- 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，此时染色体数目加倍。
- 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，细胞中央形成细胞板（植物细胞）或细胞膜向内凹陷（动物细胞）将细胞缢裂成两个子细胞。
- 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\(DNA\)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
- 无丝分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化，如蛙的红细胞的分裂。
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。
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；表面发生了变化，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，细胞间的黏着性降低，容易在体内分散和转移等，致癌因子分为物理致癌因子（如\(X\)射线、紫外线等）、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），细胞癌变的内因是原癌基因和抑癌基因发生突变。
遗传的细胞基础
1、减数分裂
- 减数分裂是进行有性生殖的生物，在产生成熟生殖细胞时进行的特殊的有丝分裂，在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞连续分裂两次，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。
- 减数第一次分裂前期：同源染色体联会形成四分体，四分体中的非姐妹染色单体之间可能发生交叉互换，中期：同源染色体成对排列在赤道板两侧，后期：同源染色体分离，非同源染色体自由组合，末期：形成两个子细胞，每个子细胞中染色体数目减半。
- 减数第二次分裂过程与有丝分裂相似，前期：染色体散乱分布；中期：着丝点排列在赤道板上；后期：着丝点分裂，姐妹染色单体分开成为子染色体，分别向细胞两极移动；末期：形成四个子细胞。
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2、受精作用
- 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中的数目，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），受精作用对于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。
遗传的分子基础
1、人类对遗传物质的探索历程
- 肺炎双球菌的转化实验：
- 格里菲斯的体内转化实验：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S型活细菌，说明加热杀死的S型细菌中含有某种转化因子，能将R型细菌转化为S型细菌。
- 艾弗里的体外转化实验：将S型细菌的各种成分分离提纯，分别与R型细菌混合培养，发现只有DNA才能使R型细菌转化为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：
- 噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒，由蛋白质外壳和DNA组成，赫尔希和蔡斯用放射性同位素标记法，用\(^{35}S\)标记噬菌体的蛋白质外壳，用\(^{32}P\)标记噬菌体的DNA，然后让标记后的噬菌体侵染未标记的细菌，结果发现，\(^{35}S\)标记的噬菌体侵染细菌时，放射性主要分布在离心后的上清液中，说明噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌体内；而\(^{32}P\)标记的噬菌体侵染细菌时，放射性主要分布在离心后的沉淀物中，说明噬菌体的DNA进入了细菌体内，并在细菌体内进行了复制、合成等过程，进一步证明了DNA是遗传物质。
2、DNA的结构
- DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋而成的双螺旋结构，外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，内侧是碱基对通过氢键连接，碱基之间遵循碱基互补配对原则，即\(A=T\)（两个氢键连接），\(G = C\)（三个氢键连接）。
3、DNA的复制
- DNA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，其特点为半保留复制，即新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，DNA复制需要模板（亲代DNA的两条链）、原料（四种游离的脱氧核苷酸）、能量（ATP）和酶（解旋酶、DNA聚合酶等）等条件。
4、基因的表达
- 基因是有遗传效应的DNA片段，基因表达包括转录和翻译两个过程。
- 转录：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，主要发生在细胞核中，转录需要RNA聚合酶等酶的参与，原料是四种核糖核苷酸。
- 翻译：以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，发生在核糖体上，mRNA上的密码子（三个相邻的碱基）决定一个氨基酸，tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对，tRNA负责搬运氨基酸。
生物的变异与进化
1、生物变异的类型
- 可遗传的变异包括基因突变、基因重组和染色体变异。
- 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、低频性、不定向性和多害少利性等特点，基因突变是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，为生物进化提供原材料。
- 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的重新组合，基因重组发生在减数第一次分裂前期（四分体时期的交叉互换）和后期（非同源染色体上非等位基因的自由组合），基因重组能够产生多样化的基因组合的子代，是生物变异的重要来源，对生物的进化也具有重要意义。
- 染色体变异包括染色体结构变异（缺失、重复、倒位、易位）和染色体数目变异，染色体数目变异又分为个别染色体的增加或减少（如21三体综合征）和以染色体组的形式成倍地增加或减少（如多倍体、单倍体）。
2、生物进化
- 现代生物进化理论的主要内容：
- 种群是生物进化的基本单位，种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体，种群的基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因，基因频率是指在一个
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