高一生物心智模型
必修一 · 期中范围 · 重点：糖、脂、细胞膜、细胞器
七个模型
1 结构决定功能遇到任何结构，都问它因此能做什么。线粒体内膜折叠，所以酶附着面积大；叶绿体类囊体堆叠，所以光反应面积大；蛋白质空间结构一破坏，功能就没了。
2 单体搭积木大分子 = 单体重复连接。葡萄糖 → 多糖，氨基酸 → 蛋白质，核苷酸 → 核酸。脱水连接，水解拆开。脂肪不是生物大分子，也不是多聚体。
3 水与油的边界细胞的边界靠亲水、疏水两种力形成。磷脂头亲水、尾疏水，在水中自发成双层。判断一种物质好不好过膜，先看它是否脂溶性、是否带电、分子多大。
4 物质、能量、信息三条线细胞每一项活动都可以拆成三条线：物质从哪来到哪去，能量谁提供，指令谁发出。分泌蛋白：物质走内质网 → 高尔基体，能量靠线粒体，指令来自细胞核 DNA。
5 分隔与协作膜把细胞分成互不干扰的车间，让多种反应同时进行；囊泡在车间之间运货。膜系统的本质就是“先分隔，再连通”。
6 同一性与差异性所有细胞都有细胞膜、细胞质、核糖体和 DNA，这是共同祖先留下的统一性；是否有细胞核、哪些细胞器多，反映分化和适应。
7 元素比例决定能量C、H 越多，O 越少，还原性越强，氧化时耗氧和放能越多。脂肪、糖类的比较，以及种子萌发的所有题，都由这条推出。
走近细胞
细胞学说
- 建立者：施莱登、施旺；魏尔肖补充“细胞通过分裂产生新细胞”。
- 内容：动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物构成；细胞是相对独立的单位；新细胞由老细胞分裂产生。
- 意义：揭示动物和植物的统一性，以及生物体结构的统一性。
易错细胞学说没有涉及原核细胞、病毒，也没有揭示差异性。
生命系统
细胞 → 组织 → 器官 → 系统 → 个体 → 种群 → 群落 → 生态系统 → 生物圈。
- 细胞是最基本的生命系统。病毒无细胞结构，不属于生命系统，必须寄生在活细胞中才能繁殖。
- 植物没有“系统”层次；单细胞生物既是细胞层次，也是个体层次。
原核与真核
| 比较项 | 原核细胞 | 真核细胞 |
|---|---|---|
| 细胞核 | 无核膜，有拟核 | 有核膜包被的细胞核 |
| 细胞器 | 只有核糖体 | 多种细胞器 |
| DNA | 环状，不与蛋白质形成染色体 | 核 DNA 与蛋白质形成染色质 |
| 细胞壁 | 多为肽聚糖；支原体无壁 | 植物：纤维素和果胶；真菌：几丁质等；动物无壁 |
| 例子 | 大肠杆菌、乳酸菌、蓝细菌、支原体 | 酵母菌、霉菌、衣藻、草履虫、动植物 |
蓝细菌没有叶绿体，但含藻蓝素和叶绿素，能光合作用。发菜、颤蓝细菌、念珠蓝细菌都属于它。
名字陷阱带“菌”的不一定是原核：酵母菌、霉菌是真核。带“藻”的不一定是真核：蓝藻（蓝细菌）是原核，绿藻、黑藻是真核。
显微镜
- 放大倍数 = 目镜 × 物镜，放大的是长度或宽度。
- 目镜越短倍数越高；物镜越长倍数越高。
- 高倍下：视野暗、细胞大、数目少。
- 物像上下左右都颠倒，物像偏哪边，装片就往哪边移。
- 低倍换高倍：低倍找到 → 移到中央 → 转转换器 → 调亮（大光圈、凹面镜）→ 只调细准焦螺旋。
放大倍数变为原来的 k 倍：一行细胞数 ÷ k；充满视野的细胞数 ÷ k²
元素、水、无机盐
元素
- 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg。
- 微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo。
- 鲜重元素 O 最多，干重元素 C 最多。鲜重化合物水最多，有机物中蛋白质最多。
- 生物界与非生物界：元素种类有统一性，含量有差异性。
水
| 形式 | 特点 | 作用 |
|---|---|---|
| 自由水 | 可流动，比例最高 | 良好溶剂、参与反应、运输、液体环境 |
| 结合水 | 与其他物质结合 | 细胞结构的重要组成成分 |
一条比值规律自由水/结合水 ↑，代谢旺盛；比值 ↓，抗逆性强。种子晒干失去的主要是自由水，烘烤失去结合水后种子死亡。
无机盐
主要以离子形式存在。三类作用：构成化合物，维持生命活动，维持酸碱平衡和渗透压。
| 无机盐 | 作用或缺乏表现 |
|---|---|
| Fe²⁺ | 血红素组成成分，缺乏导致贫血 |
| Mg²⁺ | 叶绿素组成成分，缺乏叶片发黄 |
| I⁻ | 合成甲状腺激素 |
| Ca²⁺ | 骨骼牙齿成分；血钙低抽搐，血钙高肌无力 |
| Na⁺ | 缺乏时神经、肌肉兴奋性降低 |
| HCO₃⁻、H₂PO₄⁻ | 维持酸碱平衡 |
糖类与脂质
主线问题细胞的能量和结构分别由谁承担？
| 比较项 | 糖类 | 脂肪 |
|---|---|---|
| 元素 | C、H、O（几丁质含 N） | C、H、O |
| 组成 | 单糖、二糖、多糖 | 甘油 + 3 脂肪酸 |
| 角色 | 主要能源物质 | 细胞内良好储能物质 |
| H、O 比例 | O 较多 | H 多、O 少 |
| 同质量氧化 | 耗氧较少、放能较少（约 17 kJ/g） | 耗氧更多、放能更多（约 39 kJ/g） |
| 鉴定 | 还原糖：斐林试剂，砖红色；淀粉：碘液，蓝色 | 苏丹Ⅲ，橘黄色 |
糖按用途分
- 直接被细胞氧化利用：葡萄糖
- 储能：淀粉（植物）、糖原（动物）
- 结构：纤维素（细胞壁）、几丁质（外骨骼等）
- 构成核酸：核糖、脱氧核糖
糖按大小分
| 类别 | 种类 | 要点 |
|---|---|---|
| 单糖 | 葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖 | 不能再水解，可被直接吸收 |
| 二糖 | 蔗糖 = 葡萄糖 + 果糖 麦芽糖 = 葡萄糖 + 葡萄糖 乳糖 = 葡萄糖 + 半乳糖 | 蔗糖、麦芽糖在植物；乳糖在动物 |
| 多糖 | 淀粉、糖原、纤维素、几丁质 | 前三者单体都是葡萄糖，连接方式不同，性质不同 |
还原糖单糖、麦芽糖、乳糖是还原糖；蔗糖和多糖不是。纤维素是糖，但不作能源物质。
脂质三类
| 种类 | 元素 | 功能 |
|---|---|---|
| 脂肪 | C、H、O | 储能、保温、缓冲减压 |
| 磷脂 | C、H、O、P，常含 N | 构成细胞膜和细胞器膜的骨架 |
| 胆固醇 | C、H、O | 构成动物细胞膜，参与血液中脂质运输 |
| 性激素 | C、H、O | 促进生殖器官发育和生殖细胞形成 |
| 维生素 D | C、H、O | 促进肠道吸收钙、磷 |
脂肪的结构与状态
- 植物脂肪：不饱和脂肪酸多，室温下多呈液态。
- 动物脂肪：饱和脂肪酸多，室温下多呈固态。
两者的转化
糖类 —— 供应充足时，大量转化 → 脂肪
脂肪 —— 糖代谢障碍时，少量转化 → 糖类
常考情境：油料种子
- 含脂肪多，萌发时耗氧多，因此播种宜浅。
- 萌发初期，脂肪转化为糖，分子中 O 的比例升高，干重可能短暂增加。
- 之后呼吸消耗持续进行，幼苗开始光合作用前，干重下降。
高维一句话糖是流动的现金，脂肪是高密度存款，多糖是可拆的仓库或建材，磷脂是围墙。分类不看名字，看它在细胞里干什么。
蛋白质与核酸
蛋白质
氨基酸通式：中心 C 连 —NH₂、—COOH、—H、—R。种类由 R 基决定。
- 人体约 21 种氨基酸；必需氨基酸成人 8 种，婴儿多组氨酸。
- 脱水缩合在核糖体上进行，肽键写作 —CO—NH—。
- 多样性：氨基酸种类、数目、排列顺序不同，肽链盘曲折叠形成的空间结构不同。
- 功能：结构、催化、运输、信息传递与调节、免疫。
n 个氨基酸、m 条链：
肽键数 = 脱水数 = n − m
至少游离 —NH₂、—COOH 各 m 个
相对分子质量 = n·a − 18(n − m)，每个二硫键再减 2
环肽：肽键数 = n
肽键数 = 脱水数 = n − m
至少游离 —NH₂、—COOH 各 m 个
相对分子质量 = n·a − 18(n − m)，每个二硫键再减 2
环肽：肽键数 = n
变性不等于水解高温破坏空间结构，肽键未断，所以变性蛋白仍能与双缩脲试剂显紫色，也更容易被消化。
核酸
核苷酸 = 1 磷酸 + 1 五碳糖 + 1 含氮碱基
| 比较项 | DNA | RNA |
|---|---|---|
| 五碳糖 | 脱氧核糖 | 核糖 |
| 特有碱基 | T | U |
| 共有碱基 | A、G、C | |
| 结构 | 一般双链 | 一般单链 |
| 分布 | 主要在细胞核；线粒体、叶绿体少量 | 主要在细胞质 |
- 细胞生物：5 种碱基、8 种核苷酸，遗传物质都是 DNA。
- 病毒：4 种碱基、4 种核苷酸，遗传物质是 DNA 或 RNA。
- 元素：核酸 C、H、O、N、P；蛋白质主要 C、H、O、N，常含 S。
有机物鉴定
| 待测物 | 试剂 | 颜色 | 关键操作 |
|---|---|---|---|
| 还原糖 | 斐林试剂 | 砖红色沉淀 | 甲乙等量混合，现配现用，50~65℃ 水浴 |
| 淀粉 | 碘液 | 蓝色 | 无需加热 |
| 脂肪 | 苏丹Ⅲ | 橘黄色 | 50% 酒精洗浮色，可用显微镜观察 |
| 蛋白质 | 双缩脲试剂 | 紫色 | 先加 A 液 1 mL，后加 B 液 4 滴，不加热 |
斐林：NaOH 0.1 g/mL + CuSO₄ 0.05 g/mL
双缩脲：NaOH 0.1 g/mL，CuSO₄ 0.01 g/mL
双缩脲：NaOH 0.1 g/mL，CuSO₄ 0.01 g/mL
选材要颜色浅、待测物多。西瓜汁、血液颜色深，不适合做还原糖鉴定；甘蔗主要含蔗糖，也不合适。
细胞膜
主线问题一层薄膜怎样既隔开内外，又让细胞与外界沟通？
成分
- 脂质约 50%，以磷脂为主，动物细胞膜还有胆固醇。
- 蛋白质约 40%：功能越复杂的膜，蛋白质种类和数量越多。
- 糖类 2%~10%：与蛋白质或脂质结合形成糖蛋白、糖脂，位于膜外侧，称糖被。
实验材料提取细胞膜常用哺乳动物成熟红细胞：没有细胞核和众多细胞器，吸水涨破后得到较纯的膜。
模型探索史
| 证据 | 结论 |
|---|---|
| 欧文顿：脂溶性物质更易进入细胞 | 膜含脂质 |
| 戈特、格伦德尔：红细胞脂质铺成单层，面积约为细胞表面积 2 倍 | 脂质排成双层 |
| 罗伯特森：电镜下暗—亮—暗三层 | 静态的蛋白质—脂质—蛋白质模型 |
| 荧光标记小鼠和人细胞融合后，蛋白质均匀分布 | 膜具有流动性 |
| 辛格、尼科尔森 | 流动镶嵌模型 |
流动镶嵌模型
- 磷脂双分子层是基本支架，头部朝外亲水，尾部朝内疏水。
- 蛋白质镶在表面、部分或全部嵌入、贯穿双层。
- 磷脂分子和大多数蛋白质能运动。
| 特性 | 内容 | 体现 |
|---|---|---|
| 结构特点 | 一定的流动性 | 变形虫运动、胞吞胞吐、细胞融合 |
| 功能特性 | 选择透过性 | 对物质吸收有选择 |
三大功能
- 将细胞与外界环境分隔开。
- 控制物质进出细胞，这种控制是相对的。
- 进行细胞间信息交流：激素经体液运输与受体结合；相邻细胞膜直接接触（精卵识别）；高等植物胞间连丝。
辨析细胞壁全透，不控制物质进出。台盼蓝能染死细胞、不染活细胞，体现选择透过性。判断膜内外，找糖蛋白。
细胞器
工厂模型细胞核是总部，线粒体是电站，叶绿体是光能车间，核糖体是装配线，内质网是加工和运输线，高尔基体是包装发货站，溶酶体是回收站，液泡是水塔和仓库，细胞骨架是厂房骨架。
| 细胞器 | 膜 | 分布 | 功能 |
|---|---|---|---|
| 线粒体 | 双层 | 动植物 | 有氧呼吸主要场所，内膜折叠成嵴 |
| 叶绿体 | 双层 | 绿色植物部分细胞 | 光合作用场所，类囊体堆成基粒 |
| 内质网 | 单层 | 动植物 | 蛋白质加工运输，脂质合成场所 |
| 高尔基体 | 单层 | 动植物 | 蛋白质加工、分类、包装；植物中与细胞壁形成有关 |
| 液泡 | 单层 | 主要在植物 | 调节细胞内环境，保持细胞坚挺 |
| 溶酶体 | 单层 | 主要在动物 | 含多种水解酶，分解衰老损伤细胞器，吞噬病菌 |
| 核糖体 | 无 | 所有细胞 | 合成蛋白质 |
| 中心体 | 无 | 动物、低等植物 | 与有丝分裂有关 |
按特征检索
| 特征 | 答案 |
|---|---|
| 双层膜结构 | 线粒体、叶绿体、细胞核（核不是细胞器） |
| 无膜 | 核糖体、中心体 |
| 含 DNA | 线粒体、叶绿体 |
| 含 RNA | 线粒体、叶绿体、核糖体 |
| 含色素 | 叶绿体、液泡 |
| 产生 ATP 的细胞器 | 线粒体、叶绿体 |
| 能发生碱基互补配对 | 线粒体、叶绿体、核糖体 |
| 动物特有的区分依据 | 有中心体、无细胞壁；但低等植物也有中心体 |
分泌蛋白：最重要的流程
游离核糖体开始合成 → 粗面内质网继续合成、加工 → 囊泡 → 高尔基体再加工 → 囊泡 → 细胞膜胞吐
线粒体全程供能，细胞核提供遗传指令
线粒体全程供能，细胞核提供遗传指令
- 研究方法：同位素标记法，如 ³H 标记亮氨酸。
- 膜面积：内质网减少，高尔基体先增后减、基本不变，细胞膜增加。
- 穿过的膜层数为 0，靠囊泡和胞吐运输。
- 例子：消化酶、抗体、胰岛素等；血红蛋白、呼吸酶是胞内蛋白。
特殊细胞
- 哺乳动物成熟红细胞：无核、无细胞器，只能无氧呼吸。
- 蛔虫：无线粒体，无氧呼吸。
- 根尖细胞：无叶绿体。分生区细胞：无大液泡。
- 代谢旺盛的细胞线粒体多；分泌旺盛的细胞内质网、高尔基体发达。
生物膜系统
细胞膜 + 细胞器膜 + 核膜。作用：维持内部环境稳定并参与物质运输、能量转化、信息传递；为酶提供附着位点；分隔细胞器，使反应互不干扰。
注意小肠黏膜、视网膜等是组织结构，不属于生物膜系统。原核细胞只有细胞膜，没有生物膜系统。
其他方法
- 分离细胞器：差速离心法。
- 观察叶绿体：藓类小叶，或菠菜叶稍带叶肉的下表皮。
- 胞质流动：以叶绿体运动为标志，显微镜下方向与实际相同。
- 细胞骨架：蛋白质纤维组成，维持形态，参与运动、分裂、物质运输和信息传递。
细胞核
| 结构 | 要点 |
|---|---|
| 核膜 | 双层膜，把核内物质与细胞质分开 |
| 核孔 | 大分子进出通道，有选择性；代谢旺盛的细胞核孔多 |
| 核仁 | 与某种 RNA 合成和核糖体形成有关 |
| 染色质 | DNA + 蛋白质，易被碱性染料染色；与染色体是同一物质的不同状态 |
功能：遗传信息库，细胞代谢和遗传的控制中心。
| 实验 | 结论 |
|---|---|
| 美西螈核移植 | 肤色由细胞核控制 |
| 蝾螈受精卵横缢 | 分裂、分化与细胞核有关 |
| 变形虫切割 | 生命活动受细胞核控制 |
| 伞藻嫁接、核移植 | 帽形由细胞核决定 |
伞藻只做嫁接还不够，因为假根里还有细胞质；核移植排除了这一干扰。
物质进出细胞
如果你们期中未考到这里，可以略过。
渗透作用
条件：半透膜 + 两侧浓度差。水从溶液浓度低（水多）的一侧净移向浓度高的一侧。
- 原生质层 = 细胞膜 + 液泡膜 + 两层膜之间的细胞质，相当于半透膜。
- 质壁分离：外界浓度 > 细胞液浓度，且原生质层伸缩性大于细胞壁。需要活的成熟植物细胞。
- 放在 KNO₃、尿素等溶液中，可先分离后自动复原，因为溶质能进入细胞。
| 方式 | 方向 | 转运蛋白 | 能量 | 例子 |
|---|---|---|---|---|
| 自由扩散 | 顺浓度 | 不需要 | 不需要 | O₂、CO₂、甘油、乙醇、苯 |
| 协助扩散 | 顺浓度 | 需要 | 不需要 | 葡萄糖进红细胞、水通道运输 |
| 主动运输 | 可逆浓度 | 载体蛋白 | 需要 | 小肠吸收葡萄糖、氨基酸，多种离子 |
| 胞吞胞吐 | 不穿膜 | 需膜蛋白识别 | 需要 | 大分子、分泌蛋白 |
看图速率随浓度一直升：自由扩散。先升后平：受转运蛋白或能量限制。与 O₂ 有关：需要呼吸供能，多为主动运输。
自测
同质量脂肪氧化比糖类放能多，根本原因？
脂肪 H 比例高、O 比例低，氧化时耗氧多，产生的水和释放的能量更多。
淀粉、糖原、纤维素单体相同，为何性质不同？
葡萄糖连接方式和空间结构不同，结构决定功能。
油料种子萌发初期干重为何可能增加？
脂肪转化为糖时，分子中结合了更多来自水的 O，O 比例升高，增重大于此时呼吸消耗。
加热后的蛋白质遇双缩脲试剂还变色吗？
变紫。高温破坏空间结构，肽键仍在。
哪些结构有双层膜？有膜但不是细胞器的是什么？
线粒体、叶绿体、核膜。细胞膜和核膜有膜，但不是细胞器。
为什么用哺乳动物成熟红细胞提取细胞膜？
没有细胞核和众多细胞器，避免其他膜的干扰。
一条分泌蛋白从合成到胞外，依次经过什么？
核糖体 → 内质网 → 高尔基体 → 细胞膜，线粒体供能。
流动性和选择透过性是什么关系？
流动性是结构特点，选择透过性是功能特性。结构特点是功能特性的基础。
蓝细菌有叶绿体吗？为什么能光合作用？
没有叶绿体，含藻蓝素、叶绿素和相关酶。
显微镜下物像在左上方，装片往哪移？
往左上方移。