高中生物必修一重點知識梳理與習題解析前言高中生物必修一《分子與細胞》是生物學的基礎(chǔ)模塊，核心思想是“細胞是生命活動的基本單位”。本模塊從分子水平（細胞的組成物質(zhì)）、細胞水平（細胞的結(jié)構(gòu)與功能）到生命活動（代謝、增殖、分化等），構(gòu)建了“物質(zhì)-結(jié)構(gòu)-功能”的邏輯體系。掌握本模塊知識，是理解后續(xù)模塊（如遺傳、穩(wěn)態(tài)）的關(guān)鍵。本文將梳理重點知識，并通過典型習題解析，幫助學生鞏固核心概念，提升解題能力。一、細胞的分子組成細胞是由無機物（水、無機鹽）和有機物（蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂質(zhì)）組成的統(tǒng)一整體。其中，有機物是生命活動的主要承擔者。（一）蛋白質(zhì)——生命活動的主要承擔者1.基本單位：氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)通式為：$\text{NH}_2-\text{CH}(R)-\text{COOH}$，特點是“至少有一個氨基（-NH?）和一個羧基（-COOH）連接在同一個碳原子上”（α-碳原子）。注：R基的不同決定了氨基酸的種類（約20種）。2.肽鏈的形成：脫水縮合兩個氨基酸通過脫水縮合形成二肽，脫去1分子水，形成1個肽鍵（-CO-NH-）。多個氨基酸脫水縮合形成多肽鏈，肽鏈盤曲折疊形成具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。計算關(guān)系：肽鍵數(shù)=脫去水分子數(shù)=氨基酸數(shù)-肽鏈數(shù)；蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量=氨基酸平均相對分子質(zhì)量×氨基酸數(shù)-18×脫去水分子數(shù)；游離氨基（或羧基）數(shù)=肽鏈數(shù)+R基中的氨基（或羧基）數(shù)。3.結(jié)構(gòu)與功能的多樣性蛋白質(zhì)的多樣性取決于氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序及肽鏈的空間結(jié)構(gòu)。功能：催化（酶）、運輸（血紅蛋白）、調(diào)節(jié)（胰島素）、免疫（抗體）、結(jié)構(gòu)（膠原蛋白）等。（二）核酸——遺傳信息的攜帶者1.分類與分布DNA（脫氧核糖核酸）：主要分布在細胞核（染色體），少量在細胞質(zhì)（線粒體、葉綠體）；RNA（核糖核酸）：主要分布在細胞質(zhì)（核糖體、mRNA、tRNA）。2.基本單位：核苷酸核苷酸由五碳糖（脫氧核糖/核糖）、磷酸、含氮堿基組成。DNA的堿基：A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鳥嘌呤）；RNA的堿基：A、U（尿嘧啶）、C、G。3.功能DNA是細胞的遺傳物質(zhì)（儲存、傳遞遺傳信息）；RNA參與遺傳信息的表達（如mRNA傳遞遺傳信息，tRNA轉(zhuǎn)運氨基酸，rRNA構(gòu)成核糖體）。（三）糖類——主要的能源物質(zhì)1.分類與功能單糖：不能水解的糖（如葡萄糖、果糖、核糖、脫氧核糖），是細胞的直接能源物質(zhì)；二糖：由兩分子單糖脫水縮合而成（如蔗糖=葡萄糖+果糖，麥芽糖=葡萄糖+葡萄糖，乳糖=葡萄糖+半乳糖）；多糖：由多分子單糖脫水縮合而成（如淀粉、纖維素（植物），糖原（動物）），是儲能物質(zhì)（淀粉、糖原）或結(jié)構(gòu)物質(zhì)（纖維素）。（四）脂質(zhì)——儲能與結(jié)構(gòu)物質(zhì)1.分類與功能脂肪：細胞內(nèi)良好的儲能物質(zhì)（儲能是糖類的2倍以上），還具有保溫、緩沖和減壓作用；磷脂：構(gòu)成細胞膜、細胞器膜的基本支架（頭部親水，尾部疏水）；固醇：包括膽固醇（構(gòu)成動物細胞膜，參與脂質(zhì)運輸）、性激素（促進生殖器官發(fā)育）、維生素D（促進鈣、磷吸收）。（五）水與無機鹽1.水存在形式：自由水（約95%，參與代謝、運輸）、結(jié)合水（約5%，構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)）；功能：自由水是細胞內(nèi)的良好溶劑，參與化學反應（如光合作用、呼吸作用），運輸營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物；結(jié)合水是細胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分。2.無機鹽存在形式：離子（如Na?、K?、Ca2?、Mg2?、Fe2?、Cl?）；功能：維持細胞的滲透壓（如Na?、Cl?）、酸堿平衡（如HCO??）、生命活動（如Mg2?是葉綠素的組成成分，F(xiàn)e2?是血紅蛋白的組成成分）。二、細胞的結(jié)構(gòu)細胞的結(jié)構(gòu)與其功能相適應，可分為細胞膜、細胞質(zhì)（細胞器）、細胞核三部分。（一）細胞膜——系統(tǒng)的邊界1.成分：主要由脂質(zhì)（約50%，磷脂最豐富）和蛋白質(zhì)（約40%）組成，還有少量糖類（約2%-10%，與蛋白質(zhì)或脂質(zhì)結(jié)合成糖蛋白、糖脂，參與細胞識別）。2.結(jié)構(gòu)：流動鑲嵌模型基本支架：磷脂雙分子層（親水頭部向外，疏水尾部向內(nèi)）；蛋白質(zhì)分布：鑲在表面、嵌入或貫穿磷脂雙分子層（大多數(shù)可運動，體現(xiàn)細胞膜的流動性）；糖類：位于細胞膜外側(cè)（判斷細胞內(nèi)外的依據(jù)）。3.功能分隔細胞與外界環(huán)境；控制物質(zhì)進出（選擇透過性，如允許水分子、氧氣、二氧化碳自由通過，允許葡萄糖、氨基酸等主動運輸通過，阻止大分子物質(zhì)進入）；進行細胞間信息交流（如激素與受體結(jié)合、細胞識別、胞間連絲）。（二）細胞器——分工合作的“車間”1.具膜細胞器線粒體（雙層膜）：細胞呼吸的主要場所（有氧呼吸第二、三階段），被稱為“動力工廠”（產(chǎn)生ATP）；葉綠體（雙層膜）：光合作用的場所（光反應在類囊體薄膜，暗反應在葉綠體基質(zhì)），被稱為“養(yǎng)料制造車間”“能量轉(zhuǎn)換站”；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（單層膜）：分為粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（附著核糖體，加工分泌蛋白）和滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（合成脂質(zhì)）；高爾基體（單層膜）：對來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)進行分類、包裝、發(fā)送（如分泌蛋白的分泌、植物細胞壁的形成）；溶酶體（單層膜）：含有多種水解酶，能分解衰老、損傷的細胞器，吞噬并殺死侵入細胞的病毒或細菌；液泡（單層膜）：存在于植物細胞，內(nèi)含細胞液（如糖類、無機鹽、色素、蛋白質(zhì)），調(diào)節(jié)細胞內(nèi)環(huán)境，維持細胞形態(tài)。2.無膜細胞器核糖體（由rRNA和蛋白質(zhì)組成）：蛋白質(zhì)的合成場所（游離核糖體合成胞內(nèi)蛋白，附著核糖體合成分泌蛋白）；中心體（由兩個互相垂直的中心粒組成）：存在于動物細胞和低等植物細胞，與細胞有絲分裂中紡錘體的形成有關(guān)。3.細胞器的協(xié)調(diào)配合（以分泌蛋白為例）分泌蛋白（如胰島素、抗體）的合成路徑：核糖體（合成肽鏈）→粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（初步加工：折疊、糖基化）→囊泡→高爾基體（進一步加工：分類、包裝）→囊泡→細胞膜（分泌到細胞外）。注：整個過程需要線粒體提供能量。（三）細胞核——遺傳信息庫1.結(jié)構(gòu)核膜（雙層膜）：分隔細胞核與細胞質(zhì)，控制物質(zhì)進出（如mRNA出核，蛋白質(zhì)入核）；核仁：與rRNA的合成及核糖體的形成有關(guān)（代謝旺盛的細胞，核仁較大）；染色質(zhì)：由DNA和蛋白質(zhì)組成，是遺傳物質(zhì)的主要載體（分裂期高度螺旋化形成染色體，分裂間期解螺旋形成染色質(zhì)，兩者是同一物質(zhì)的不同形態(tài)）。2.功能細胞核是遺傳信息庫，是細胞代謝和遺傳的控制中心（DNA通過控制蛋白質(zhì)的合成，調(diào)控細胞的生命活動）。三、細胞的代謝細胞代謝是細胞內(nèi)所有化學反應的總稱，包括光合作用（合成代謝）和呼吸作用（分解代謝），需要酶（催化）和ATP（能量）的參與。（一）酶——生物催化劑1.本質(zhì)：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)（如唾液淀粉酶），少數(shù)酶是RNA（如核酶）。2.特性高效性：酶的催化效率比無機催化劑高10?-1013倍（原因：酶降低活化能的作用更顯著）；專一性：一種酶只能催化一種或一類化學反應（原因：酶的活性中心與底物的結(jié)構(gòu)相匹配）；作用條件溫和：酶的活性受溫度、pH等因素影響（過酸、過堿或高溫會破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，使酶永久失活；低溫會降低酶的活性，但不會失活）。3.影響酶活性的因素溫度：在最適溫度（如人體酶約37℃）下，酶活性最高；超過最適溫度，酶活性降低；高溫使酶失活；pH：在最適pH（如胃蛋白酶約1.5，唾液淀粉酶約7.0）下，酶活性最高；過酸或過堿使酶失活。（二）ATP——直接能源物質(zhì)1.結(jié)構(gòu)：ATP（三磷酸腺苷）由腺苷（腺嘌呤+核糖）和三個磷酸基團組成，結(jié)構(gòu)簡式為：$\text{A-P}~\text{~P}~\text{~P}$（“~”表示高能磷酸鍵）。2.功能：ATP是細胞生命活動的直接能源物質(zhì)（如肌肉收縮、主動運輸、物質(zhì)合成等）。3.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化反應式：$\text{ATP}+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{ADP}+\text{Pi}+\text{能量}$（酶催化）。向右：ATP水解，釋放能量（用于生命活動）；向左：ATP合成（能量來自光合作用、呼吸作用）。注：該過程是不可逆的（反應場所、酶、能量來源不同）。（三）光合作用——光能轉(zhuǎn)化為化學能1.色素的種類與功能葉綠體中的色素分布在類囊體薄膜上，包括：葉綠素（約75%）：葉綠素a（藍綠色，吸收紅光、藍紫光）、葉綠素b（黃綠色，吸收紅光、藍紫光）；類胡蘿卜素（約25%）：胡蘿卜素（橙黃色，吸收藍紫光）、葉黃素（黃色，吸收藍紫光）。2.光合作用的過程光合作用分為光反應（需要光）和暗反應（不需要光，但需要光反應提供的ATP和[H]）兩個階段：階段場所物質(zhì)變化能量變化光反應|類囊體薄膜|①水的光解：$\text{H}_2\text{O}\rightarrow\text{O}_2+[\text{H}]$（還原型輔酶Ⅱ）；②ATP合成：$\text{ADP}+\text{Pi}+\text{能量}\rightarrow\text{ATP}$|光能→ATP、[H]中的化學能|暗反應|葉綠體基質(zhì)|①$\text{CO}_2$固定：$\text{CO}_2+\text{C}_5\rightarrow2\text{C}_3$；②$\text{C}_3$還原：$2\text{C}_3+[\text{H}]+\text{ATP}\rightarrow\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6+\text{C}_5$|ATP、[H]中的化學能→有機物中的化學能|3.影響光合作用的因素光照強度：在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光照強度增加而增加，達到光飽和點后不再增加（限制因素：CO?濃度、溫度等）；CO?濃度：在一定范圍內(nèi)，光合速率隨CO?濃度增加而增加，達到CO?飽和點后不再增加（限制因素：光照強度、溫度等）；溫度：影響酶的活性（最適溫度約25-30℃）；水：缺水會導致氣孔關(guān)閉，減少CO?進入，降低光合速率；礦質(zhì)元素：如Mg（葉綠素組成成分）、N（酶、ATP組成成分）。（四）呼吸作用——化學能釋放與利用1.類型：有氧呼吸（主要方式）、無氧呼吸（輔助方式）。2.有氧呼吸有氧呼吸是指細胞在氧氣的參與下，將有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生CO?和H?O，釋放大量能量的過程。分為三個階段：階段場所物質(zhì)變化能量變化第一階段|細胞質(zhì)基質(zhì)|$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\rightarrow2\text{丙酮酸}+4[\text{H}]+\text{少量能量}$|少量能量→ATP|第二階段|線粒體基質(zhì)|$2\text{丙酮酸}+6\text{H}_2\text{O}\rightarrow6\text{CO}_2+20[\text{H}]+\text{少量能量}$|少量能量→ATP|第三階段|線粒體內(nèi)膜|$24[\text{H}]+6\text{O}_2\rightarrow12\text{H}_2\text{O}+\text{大量能量}$|大量能量→ATP（約占總能量的95%）|總反應式：$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6+6\text{O}_2+6\text{H}_2\text{O}\rightarrow6\text{CO}_2+12\text{H}_2\text{O}+\text{能量}$（酶催化）。3.無氧呼吸無氧呼吸是指細胞在無氧氣的參與下，將有機物不徹底氧化分解，產(chǎn)生酒精和CO?（如酵母菌、植物細胞）或乳酸（如動物細胞、乳酸菌），釋放少量能量的過程。分為兩個階段：第一階段：與有氧呼吸第一階段相同（細胞質(zhì)基質(zhì)，產(chǎn)生丙酮酸、[H]、少量能量）；第二階段：丙酮酸在不同酶的催化下，轉(zhuǎn)化為酒精和CO?（如酵母菌）或乳酸（如人體肌肉細胞）?？偡磻剑ň凭l(fā)酵）：$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\rightarrow2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}+2\text{CO}_2+\text{少量能量}$（酶催化）；總反應式（乳酸發(fā)酵）：$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\rightarrow2\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3+\text{少量能量}$（酶催化）。4.細胞呼吸的意義為生命活動提供能量（如主動運輸、肌肉收縮、神經(jīng)傳導等）；為其他化合物的合成提供原料（如丙酮酸可轉(zhuǎn)化為氨基酸、脂質(zhì)等）。四、細胞的增殖細胞增殖是生物體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳的基礎(chǔ)，真核細胞的增殖方式包括有絲分裂（主要）、無絲分裂（如蛙的紅細胞）、減數(shù)分裂（生殖細胞形成）。（一）細胞周期1.概念：連續(xù)分裂的細胞（如根尖分生區(qū)細胞、造血干細胞），從一次分裂完成時開始，到下一次分裂完成時為止，為一個細胞周期。2.階段：分裂間期（約占90%-95%）：進行DNA復制和蛋白質(zhì)合成（為分裂期做準備），分為G?期（DNA合成前期，合成RNA和蛋白質(zhì)）、S期（DNA合成期，DNA復制）、G?期（DNA合成后期，合成RNA和蛋白質(zhì)）；分裂期（約占5%-10%）：分為前期、中期、后期、末期（以植物細胞為例）。（二）有絲分裂的過程與特點時期特點染色體數(shù)目DNA數(shù)目間期DNA復制（S期）、蛋白質(zhì)合成，細胞體積增大，染色質(zhì)呈細絲狀2n2n→4n前期核膜、核仁消失；染色質(zhì)螺旋化形成染色體（可見）；紡錘體形成（植物：紡錘絲；動物：星射線）2n4n中期染色體的**著絲點**排列在**赤道板**（虛擬平面）上；染色體形態(tài)固定、數(shù)目清晰（觀察染色體的最佳時期）2n4n后期著絲點分裂，姐妹染色單體分開成為兩條子染色體；染色體數(shù)目加倍（2n→4n）；子染色體移向細胞兩極4n4n末期核膜、核仁重建；染色體解螺旋形成染色質(zhì)；紡錘體消失；植物細胞形成**細胞板**（擴展為細胞壁），動物細胞細胞膜縊裂4n→2n4n→2n3.意義：將親代細胞的染色體（DNA）精確地平均分配到兩個子細胞中，保持了細胞的遺傳穩(wěn)定性。五、細胞的分化、衰老、凋亡與癌變（一）細胞分化1.概念：在個體發(fā)育中，由一個或一種細胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。2.原因：基因的選擇性表達（不同細胞中表達的基因不同，如胰島B細胞表達胰島素基因，不表達血紅蛋白基因）。3.特點：持久性（貫穿整個生命進程，胚胎時期最顯著）；穩(wěn)定性（分化后的細胞一般不會恢復到未分化狀態(tài)）；普遍性（所有多細胞生物都存在）。4.意義：是生物個體發(fā)育的基礎(chǔ)；形成不同的組織、器官，使生物體能正常進行各種生命活動。（二）細胞衰老1.特征：細胞體積減?。ㄋ譁p少）；細胞核增大、染色質(zhì)收縮（染色加深）；酶活性降低（如酪氨酸酶活性降低，導致白發(fā)）；呼吸速率減慢（線粒體數(shù)量減少）；色素積累（如脂褐素積累，導致老年斑）；細胞膜通透性改變（物質(zhì)運輸功能降低）。（三）細胞凋亡1.概念：由基因決定的細胞編程性死亡（如胚胎發(fā)育中尾的消失、手指的形成，細胞的自然更新，被病原體感染細胞的清除）。2.意義：維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定；清除受損、衰老細胞；保證胚胎發(fā)育正常進行。（四）細胞癌變1.原因：原癌基因（調(diào)節(jié)細胞周期，促進細胞生長和分裂）和抑癌基因（抑制細胞異常增殖）發(fā)生突變（多基因突變累積的結(jié)果）。2.特征：無限增殖（失去接觸抑制）；形態(tài)結(jié)構(gòu)改變（如癌細胞呈球形）；細胞膜表面糖蛋白減少（黏著性降低，易轉(zhuǎn)移）；代謝旺盛（如核糖體數(shù)量增加，線粒體數(shù)量增加）。3.預防：避免接觸致癌因子（如物理因子：紫外線、X射線；化學因子：亞硝胺、黃曲霉毒素；生物因子：病毒）；保持健康的生活方式（如戒煙限酒、合理飲食、適量運動）。六、典型習題解析（一）蛋白質(zhì)相關(guān)計算例題1：某蛋白質(zhì)由3條肽鏈組成，含有100個氨基酸，其中有5個氨基酸的R基中含有氨基，3個氨基酸的R基中含有羧基。則該蛋白質(zhì)中游離的氨基數(shù)目和游離的羧基數(shù)目分別是（）A.3、3B.8、6C.105、103D.100、100解析：游離的氨基數(shù)目=肽鏈數(shù)+R基中的氨基數(shù)目=3+5=8；游離的羧基數(shù)目=肽鏈數(shù)+R基中的羧基數(shù)目=3+3=6。答案：B（二）細胞器功能與分泌蛋白合成例題2：下列關(guān)于分泌蛋白合成和運輸?shù)臄⑹?，正確的是（）A.分泌蛋白的合成場所是游離的核糖體B.分泌蛋白的運輸需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工C.分泌蛋白的運輸過程不需要線粒體提供能量D.分泌蛋白的運輸過程中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜會轉(zhuǎn)化為高爾基體膜解析：分泌蛋白的合成場所是附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體（A錯誤）；合成的肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)初步加工，再通過囊泡運輸?shù)礁郀柣w進一步加工（B正確）；整個過程需要線粒體提供能量（C錯誤）；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜通過囊泡轉(zhuǎn)化為高爾基體膜（D正確）。答案：BD（三）光合作用曲線分析例題3：下圖表示某植物在不同光照強度下的光合速率（以CO?吸收量表示），請回答：（1）當光照強度為0時，該植物的光合速率為______，此時植物進行的生理過程是______。（2）當光照強度