生物奥赛知识点全集

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第一章生命的物质基础

第一节组成生物体的化学元素及化合物

一、组成生物体的化学元素

含量占生物体总质量的万分之一以上的元素，称大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。生物生活所必需，但是需要量却很少的一些元素，称微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。

二、组成生物体的化合物

（－）糖类

1．生物学功能参与细胞组成，是生命活动的主要能源物质。

2．组成元素及种类

糖类的组成元素为C、H、O，分单糖、寡糖、多糖三类。

单糖是不能水解的最简单的糖类，其分类中只含有一个多羟基醛或一个多羟基酮，如葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖。葡萄糖和果糖都是含6个碳原子的己糖，分子式都是C6H12O6，但结构式不同，在化学上叫做同分异构体。核糖（C5H10O5）和脱氧核糖（C5H10O4）都是含有5个碳原子的戊糖，两者都是构成生物遗传物质（DNA或RNA）的重要组成成分。

寡糖（低聚糖）是由少数几个单糖分子脱水缩合而得的糖。常见的是含有2个单糖单位的双糖，如植物细胞内的蔗糖、麦芽糖，动物细胞内的乳糖，存在于藻类细菌、真菌和某些昆虫细胞内的海藻糖等。

多糖是由多个单糖缩聚而成链状大分子，与单糖、双糖不同，一般不溶于水，从而构成贮藏形式的糖，如高等植物细胞内的淀粉，高等动物细胞内的糖元。纤维素是植物中最普遍的结构多糖。

（二）蛋白质

1．生物学功能催化、运输、免疫、调节作用，结构和机械支持作用、收缩功能。

2．组成元素和基本组成单位

蛋白质主要由C、H、O、N四种元素组成，多数还含有S。基本组成单位是氨基酸。除甘氨酸外，蛋白质中的氨基酸都具有不对称碳原子，都有L—型与D一型之分，为区别两种构型，通过与甘油醛的构型相比较，人为地规定一种为L型，另种为D一型。当书写时—NH2写在左边为L型，－NH2在右为D型。已知天然蛋白质中的氨基酸都属L型。

氨基酸与氨基酸之间可以发生缩合反应，形成的键为肽键。肽是两个以上氨基酸连接起来的化合物。两个氨基酸连接起来的肽叫二肽，三个氨基酸连接起来的肽叫三肽，多个氨基酸连接起来的肽叫多肽。多肽都有链状排列的结构，叫多肽链。蛋白质就是由一条多肽链或几条多肽链集合而成的复杂的大分子。

20种基本氨基酸中，有许多是能在生物体内从其他化合物合成的。但其中有8种氨基酸是不能在人体内合成的，叫必需氨酸。20种氨基酸的分类，主要是根据R基来区分的，分为脂肪族、芳香族和杂环族三类，其中脂肪族又分为中性（一氨基一羧基）、酸性（一氨基二羧基）和碱性（二氨基一羧基）氨基酸。按R基的极性分为极性和非极性氨基酸。

3．结构

蛋白质结构分一、二、三、四级结构。

一级结构：多肽链中氨基酸连接方式及排序。

二级结构：是指多肽链本身折叠和盘绕方式，这种周期性的结构是以肽链内或各肽链间的氢键来维持。天然蛋白质二级结构有α–螺旋、β–折叠、β–转角和自由回折四种。例如动物的各种纤维蛋白，它们的分子围绕一个纵轴缠绕成螺旋状，称为α–螺旋。相邻的螺旋以氢

键相连，以保持构象的稳定。指甲、毛发以及有蹄类的蹄、角、羊毛等的成分都是呈α–螺旋的纤维蛋白，又称α–角蛋白。β–折叠片是并列的比α–螺旋更为伸展的肽链，互相以氢铸连接起来而成为片层状，如蚕丝、蛛丝中的β–角蛋白。

三级结构：是指在二级结构的基础上，进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定构象的蛋白质分子。

四级结构：是由两条或两条以上的具有三级结构的多肽聚合而成特定构象的蛋白质分子。构成功能单位的各条肽链，称为亚基，一般地说，亚基单独存在时没有生物活力，只有聚合成四级结构才具有完整的生物活性。如：血红蛋白是由4个不同的亚基（2个α肽链，2个β链）构成的，每个链都是一个具三级结构的球蛋白。

4．特点

（1）胶体性质：蛋白质分子量很大，容易在水中形成胶体粒，具有胶体性质。在水溶液中，蛋白质形成亲水胶体，就是在胶体颗粒之外包含有一层水膜。水膜可以把各个颗粒相互隔开，所以颗粒不会凝聚成块而下沉。

（2）变构作用：含2个以上亚基的蛋白质分子，如果其中一个亚基与小分子物质结合，那就不但该亚基的空间结构要发生变化，其他亚基的构象也将发生变化，结果整个蛋白质分子的构象乃至活性均将发生变化，这一现象称为变构或别构作用。例如，某些酶分子可以和它所催化的最终产物结合，引起变构效应，使酶的活力降低，从而起到反馈抑制的效果。

（3）变性作用：蛋白质在重金属盐（汞盐、银盐、铜盐等）、酸、碱、乙醛、尿素等的存在下，或是加热至70～100℃，或在X射线、紫外线的作用下，其空间结构发生改变和破坏，从而失去生物学活性，这种现象称为变性。变性过程中不发生肽键断裂和二硫键的破坏，因而不发生一级结构的破坏，而主要发生氢键、疏水键的破坏，使肽链的有序的卷曲、折叠状态变为松散无序。这种变化不可逆。

（三）核酸

1．生物学功能

核酸是遗传信息的载体，存在于每一个细胞中。核酸也是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传性、变异性和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。

2．种类

核酸分DNA和RNA。所有生物细胞都含有这两大类核酸（病毒只含有DNA或RNA）。

3．组成元素及基本组成单位

核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的高分子化合物。其基本组成单位是核苷酸。每个核酸分子是由几百个到几千个核苷酸互相连接而成的。每个核苷酸含一分子碱基、一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）及一分子的磷酸组成。

DNA的碱基有四种（A、G、C、T），RNA的碱基也有四种（A、G、C、U）。DNA中碱基的百分含量一定是A＝T、G＝C，不同种生物的碱基含量不同。RNA中A﹣U、G﹣C之间并没有等量的关系。

4．结构

DNA一级结构中核苷酸之间唯一的连接方式是3’、5’﹣磷酸二酯键（5’端为磷酸）。所以DNA 的一级结构是直线形或环形的结构。DNA的二级结构是由两条反向平行的多核苷酸链绕同一中心轴构成双螺旋结构。常有A、B(即Watson－Crick模型)、C型和Z型（左手螺旋）。

5．性质（1）一般性质

核酸和核苷酸既有磷酸基，又有碱性基团，为两性电解质，因磷酸的酸性强，通常表现为酸性。核酸可被酸、碱或酶水解成为各种组分，其水解程度因水解条件而异。RNA在室温条件下被稀碱水解成核苷酸而DNA对碱较稳定，常利用该性质测定RNA的碱基组成或除去溶液中的RNA杂质。DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末；都微溶于水，不溶于一般有机溶剂。

常用乙醇从溶液中沉淀核酸。

（2）核酸的紫外吸收性质

核酸中的嘌呤碱和嘧啶碱均具有共轭双键，使碱基、核苷、核苷酸和核酸在240～290nm 的紫外波段有一个强烈的吸收峰，最大吸收值在260nm附近。不同的核苷酸有不同的吸收特性。由于蛋白质在这一光区仅有很弱的吸收，蛋白质的最大吸收值在280nm处，利用这一特性可以鉴别核酸纯度及其制剂中的蛋白质杂质。

（3）核酸的变性和复性

①核酸的变性：是指核酸双螺旋区的氢键断裂，碱基有规律的堆积被破坏，双螺旋松散，发生从螺旋到单键线团的转变，并分离成两条缠绕的无定形的多核苷酸单键的过程。变性主要是由二级结构的改变引起的，因不涉及共价键的断裂，故一级结构并不发生破坏。核酸变性后，一系列物理和化学性质也随之发生改变，如260nm区紫外吸收值升高(增色效应)，粘度下降，失去生物活性。②核酸的复性：变性DNA在适当条件（如缓慢冷却即退火）下，又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构，这个过程称为复性。DNA复性后，许多物理、化学性质又得到恢复，生物活性也可以得到部分恢复。DNA的片段越大，复性越慢；DNA的浓度越高，复性越快。

（四）脂类

脂类是生物体内一大类重要的有机化合物，由C、H、O三种元素组成，有的（如卵磷脂）含有N、P等元素，不溶于水，但溶于乙醚、苯、氯仿和石油醚等有机溶剂。

1．生物学功能

脂类是构成生物膜的重要成分；是动植物的贮能物质；在机体表面的脂类有防止机械损伤和水分过度散失的作用；脂类与其他物质相结合，构成了细胞之间的识别物质和细胞免疫的成分；某些脂类具有很强的生物活性。

2．种类

（l）脂肪也叫中性脂，一种脂肪分子是由一个甘油分子中的三个羟基分别与三个脂肪酸的末端羟基脱水连成酯键形成的。脂肪是动植物细胞中的贮能物质，当动物体内直接能源过剩时，首先转化成糖元，然后转化成脂肪。在植物体内就主要转化成淀粉，有的也能转化成脂肪。

（2）类脂包括磷脂和糖脂，这两者除了包含醇、脂肪酸外，还包含磷酸、糖类等非脂性成分。含磷酸的脂类衍生物叫做磷酯，含糖的脂类衍生物叫做糖脂。磷脂和糖脂都参与细胞结构特别是膜结构的形成，是脂类中的结构大分子。

（3）固醇又叫甾醇，是含有四个碳环和一个羟基的烃类衍生物，是合成胆汁及某些激素的前体，如肾上腺皮质激素、性激素。有的固醇类化合物在紫外线作用下会变成维生素D。在人和动物体内常见的固醇为胆固醇。

（五）水和无机盐1．水

水是细胞的重要成分，一般发育旺盛的幼小细胞中含水量较大，生命活力差的细胞组织中含水量较小，休眠的种子和孢子中含水量一般低于10％。水的作用有：水是代谢物质的良好溶剂，水是促进代谢反应的物质，水参与原生质结构的形成，水有调节各种生理作用的功能。

2．无机盐

它在体内通常以离子状态存在，各种无机盐离子在体液中的浓度是相对稳定的，其主要作用有：维持渗透压，维持酸碱平衡，特异作用等。

第二章生命的基本单位——细胞

第一节细胞的形态和类别

【知识概要】

一、细胞的概念及形态

细胞是由原生质小团所组成的基本单位，其中含有一个核（或拟核），四周被膜包围着。

细胞的大小千差万别。最大的直径近10cm，如驼鸟卵；小的需用电子显微镜才能看到，如支原体，其细胞直径只有0.1um。一般细胞的直径都在10～100um之间，观察需要借助光学显微镜。

细胞的形状多样。有球状、多面体、纺锤体和柱状体等。由于细胞内在的结构、自身的表面张力以及外部的机械压力的作用，各种细胞总是保持其一定的形态。细胞的形状与功能之间有着密切关系，如运动神经元细胞质伸展长达几米，用以传导外界刺激产生的兴奋。

二、原核细胞

原核细胞外部由质膜所包围，质膜之外是坚固的细胞壁。细胞壁主要是由一种叫胞壁质的蛋白多糖组成。在原核细胞内含有DNA的区域，没有核膜包围，这个区域为拟核，其中只有一条DNA。原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等，但含有核糖核蛋白体、间体、粒状物、类囊体和蓝色体等。原核细胞细胞质中的内含物有气泡。多磷酸颗粒、脂肪滴和蛋白粒等。由原核细胞构成的生物称原核生物，如支原体、细菌、蓝藻和放线菌等。

三、真核细胞

真核细胞的细胞质与细胞核之间有核膜把它们分开，细胞质中的细胞器与结构都比原核细胞复杂。真核细胞内含有的物质，大致可分为四类：①原生质，它是细胞质与细胞核所组成的生活物质的整体。细胞质包括质膜、内质网、高尔基体、中心体、线粒体、质体等。②后成质，由细胞分化出来具有一定机能的细胞衍生物，如纤毛、鞭毛等。③异质，由原生质高度特化的物质，如角质、木质、木柱质、纤维素等。④副质，细胞质中的内含物，都是新陈代谢的产物，如淀粉粒、糖元粒、油滴、乳液等。

四、真核细胞和原核细胞的主要区分见下表

植物细胞的外面有细胞壁，它由纤维素和果胶质构成。细胞壁分为三层：中胶层、初生壁和次生壁。中胶层（胞间层）把相邻细胞粘合在一起，初生壁在中胶层的两侧，所有植物细胞都具有。次生壁在初生壁里面，又分为外、中、内三层，厚而硬，不是所有植物细胞都有的。在两个相邻细胞之间的壁上，有胞间连丝联结两个相邻细胞的原生质体，使细胞之间互相流通。此外，植物细胞的细胞器中有液泡和叶绿体。

动物细胞表面由质膜包着，它控制着细胞内物质的运输。两个相邻细胞之间的质膜也可变形，形成联结或桥粒，使两个相邻细胞“焊接”在一起，便于通讯。动物细胞质膜外无细胞壁，动物细胞内的微管对细胞的形态起着支持作用；动物细胞质内也无明显的液泡和叶绿体。在核附近有中心体，细胞有丝分裂时，中心体能发出星状细丝，分裂时称为星体。

第二节真核细胞的结构和功能

【知识概要】

一、细胞膜

1．细胞膜的化学组成

细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，其中脂类以磷脂为主，它既有亲水的极性部分（一般称头部），又有疏水的非极性部分（一般称尾部）。构成膜的蛋白质按其在膜中与磷脂相互作用方式及排列部位不同，可以分为外在性蛋白和内在性蛋白两大类，外在性蛋白与膜的内外表面相连，内在性蛋白嵌在脂质的内部，有的穿过膜的内外表面。

2．细胞膜的结构

关于细胞膜的结构有很多假说和模型，其中广泛被接受的是“液态镶嵌模型”。它有两个主要特点：一是膜的结构不是静止的，而是具有一定的流动性；二是膜蛋白质分布的不对称性，即有的镶嵌在脂质中，有的附在脂质表面。

3．细胞膜的功能

细胞膜的基本功能是：物质运输、细胞膜受体作用、代谢的调节控制、细胞识别、信息传递、保护细胞等。物质运输方面。细胞膜对物质的通过有高度的选择性。物质出入细胞的三种方式见下表：

噬侵入人体的病菌，属内吞方式；腺细胞所分泌的酶的过程，属外吐方式。内吞和外吐也需消耗能量。

二、细胞质

1．基质

细胞基质呈胶体状，除含有小分子和离子外，还含有脂类、糖、氨基酸、蛋白质、RNA等。在基质中存在着几千种酶，大多数中间代谢，如糖酵解、氨基酸合成等都在这里进行。在基质内分散着具一定结构和功能的小“器官”叫细胞器，如线粒体、质体。中心体、内质网、核糖体、溶酶体以及微管和微丝等。

2．线粒体

（1）线粒体形状、大小和数目线粒体一般呈线状或颗粒状，线粒体的直径约0.5～1um，长2～10um。线粒体数目因细胞类型和生理状况而不同，每个细胞中线粒体的数量可以从1到50万个，在生理活动旺盛的细胞中，线粒体数目多；在衰老或休眠的细胞中线粒体较少。

（2）线粒体结构电镜下观察线粒体由内外两层膜所包围。外膜磷脂含量较高，透性较强，有利于线粒体内外物质交换。内膜透性较差，在不同部位向内折叠形成嵴。嵴之间的内部空隙叫嵴间腔，里面充满基质，基质中含有蛋白质和少量DNA。内外膜之间的间隙叫膜间腔。里面充满液体。线粒体的内外膜上都附有酶系颗粒，在外膜上牢固附着的是柠檬酸循环所必需的酶系颗粒。柠檬酸循环所产生的NADPH通过膜进入线粒体，使ADP转变成A TP。在内膜内侧附着有许多带柄小颗粒，这种颗粒就是可溶性三磷酸腺苷。

（3）线粒体功能线粒体是细胞呼吸中心。它通过有呼吸作用的多种酶系颗粒，能将细胞质中的糖酵解，产生丙酮酸，再进一步氧化产生能量，并将能量贮藏在ATP高能磷酸键中。ATP 通过膜上的小孔向外扩散到细胞质中，供细胞其他生理活动时能量的需要。

3．质体

质体是绿色植物细胞所特有的细胞器。根据颜色和功能的不同，成熟的质体分白色体、有色体和叶绿体三类。

（1）白色体（也叫无色体）因所在的组织和功能的不同可分为造粉质体、造蛋白质体和造油体。

（2）有色体有色体内含有叶黄素和胡萝卜素，呈红色或橙黄色。它存在于花瓣和果实中，其主要功能是积累淀粉和脂类。

（3）叶绿体主要存在于叶肉细胞和幼茎皮层细胞内，是光合作用的场所。叶绿体由内外两层膜包围，叶绿体膜能控制代谢物质进出叶绿体。膜内淡黄色、半流动状态的物质叫基质，主要是可溶性蛋白质（酶）和其他代谢物质。基质中悬浮着浓绿色圆柱状颗粒叫基粒。每个基粒由两个以上类囊体重叠而成基粒片层，类囊体由自身闭合的双层薄膜组成。有些类囊体和基粒中的基粒片层横向连接，使基粒跟基粒相连，这种类囊体叫做基质片层。叶绿体的光合色素主要集中在基粒中，类囊体的内膜和外膜上分别附有几十种与光合作用有关的酶。光合作用的光反应在类囊体膜上进行，合成有机物的暗反应，在叶绿体基质中进行。

4．内质网和高尔基体

内质网是由单层膜组成，有两种类型：粗糙内质网和光滑内质网。粗糙内质网呈扁平囊状，内质网膜的外面附有核糖核蛋白体颗粒，是细胞内合成蛋白质的主要部位。粗糙内质网常与核膜的外膜相连。光滑内质网呈管状，膜上没有颗粒，常与有分泌功能的高尔基体相连。光滑内质网与脂类物质的合成、糖元等的代谢有关。

高尔基体是由双层膜、表面光滑的大扁囊和小囊泡构成，多数扁囊和囊泡集合在一起，又叫高尔基复合体。在植物细胞内，有高尔基体合成的果胶、半纤维和木质素等物质，这些物质参与细胞壁的形成。在动物细胞内，高尔基体参与蛋白质的分泌。

在细胞生物学中，把核被膜、内质网、高尔基体、小泡和液泡等看成是在功能上连续统一的细胞内膜，被称为内膜系统。

5．液泡系

液泡系是指由内膜所包围的小泡和液泡，除线粒体和质体外，都属于液泡系。液泡的类型可分为以下几种：①高尔基液泡，由高尔基体成熟面高尔基地边缘形成的小泡，其中含有水解酶等。②溶酶体，由内质网形成，其中含有水解酶。③圆球体，为植物细胞所特有，相当于溶酶体，也是由内质网形成。④微体，按其中所含的酶来确定它们的性质。⑤自噬小体，由一层膜将一小部分细胞质包围而成，其中被消化的物质是细胞质内含有的各种组成，如线粒体、内质网的碎片等。⑥吞噬泡，由质膜的内陷作用吞噬了营养颗粒而成。⑦胞饮液泡，由质膜的内陷作用吞噬了一些溶液或营养液而成。⑧糊粉粒，在植物的种子中产生的一种特异的液泡，其中贮有蛋白质（多数是酶），起源于内质网。⑨收缩泡，为原生动物所含有的液泡，具有伸缩性，收缩时可把废液和过量的水分排出体外。动、植物液泡都是由一层单位膜包围而成。

植物细胞中的液泡是植物细胞显著特征之一。液泡里有细胞液，细胞液主要成分是水，另外含有糖类、丹宁、有机酸、植物碱、色素、盐类等。植物细胞的液泡既是细胞营养物质的贮藏器，也是废物的排泄器。

溶酶体是溶解或消化小体，内含各种水解酶，在动植物细胞中都含有这类细胞器。细菌内没有发现溶酶体。溶酶体的功能有三个方面：正常消化作用、自体吞噬、细胞自溶作用。

微体有两种类型：过氧化物酶体和乙醛酸循环体。前者存在于动、植物细胞内，而后者仅存在于植物细胞内。

植物细胞内的圆球体和糊粉粒都含有水解酶，具有动物溶酶体同样的功能。

6．核糖体

核糖体颗粒存在于所有类型的活细胞内，游离在细胞质中或附着在粗糙型内质网上，快速增殖的细胞中含量更多。根据核糖体的沉降系数，把不同来源的核糖体分为70S型（具有30S 和50S两个亚单位）和80S型（具有40S和60S两个亚单位）两大类。80S分布在真核细胞的细胞质中，而70S则存在于原核细胞与叶绿体内。

核糖体是蛋白质合成的主要场所。

7．中心体

中心体是动物细胞和低等植物细胞特有的细胞器。它包括两部分：中央部分有中心粒，周围的致密物质叫中心球。它存在的位置比较接近细胞中央，在核的一侧，所以叫中心体。在电镜下看到，中心粒由27条很短的微管组成，从横切面看到是由9个三体微管盘绕成的环状结构。三体微管之间和它的周围有质地比较致密的细粒状物质。中心粒对细胞分裂期纺锤丝的排列方向和染色体的移动方向，起着重要作用。

8．微管和微丝

微管是细胞的骨骼，而微丝则是细胞的肌肉系统。

微管含有微管蛋白，微丝含有的分子与肌肉中的肌动蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白相同，也有像肌肉一样的收缩功能。

微管的功能有：支架作用、细胞的运动、细胞分裂、细胞内运输、细胞壁的结构等。微管可以单体到多聚体集合成完整的管子，但经低温、高压、秋水仙素和长春花碱等处理后就会破坏，使细胞变形，也不能运动。

微丝担负着细胞内运输、细胞质运动、细胞的移动和肌肉的收缩等功能。

三、细胞核

细胞核是细胞内储存、复制和转录遗传信息的主要场所。在真核细胞中，除高等植物成熟的筛管以及哺乳类成熟的红细胞外，都有细胞核。细胞核的核膜由两层膜组成，包在核之外。核膜上有许多穿孔，称核孔，全部核孔占膜面积的8％以上。核孔是细胞核和细胞质进行物质交换的通道。核液充满在核膜内，是以核蛋白为主的胶态物质，染色质和核仁悬浮在其中。当这些基质呈液体状态（溶胶）时叫核液，呈半固体状态（凝胶）时叫核质。核仁主要由蛋白质和RNA组成，它与合成核糖体RNA有关。染色质是细胞核的重要成分，是真核细胞间期核中DNA、组蛋白、非组蛋白性蛋白质以及少量RNA所组成的一串念珠状的复合体，是能被碱性染料染色的物质。

第三节细胞周期和细胞分裂

【知识概要】

一、细胞周期

1．概念

细胞周期是指细胞一次分裂结束开始生长，到下一次分裂完成所经历的过程。

2．细胞周期分四个时期

①从有丝分裂完成到DNA复制前的这段间隙时间叫G1期。②DNA复制的时期叫S期。在S期，DNA的含量增加一倍。③从DNA复制完成到有丝分裂开始，这段时间叫G2期，细胞分裂期的开始，标志着G2期的结束。④从细胞分裂开始到结束，也就是染色体的凝缩、分离到平均分配到两个子细胞为止，叫M期。M期包括前、中、后、末四个时期。

在细胞生长繁殖过程中，有的细胞在前一周期结束后，不再进入下一周期，而是退出了细胞周期，细胞这时所处的时期叫G0期。G0期的细胞不合成DNA，也不发生分裂，而处于静止状态。

二、细胞分裂

细胞分裂有三种方式：即无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。

无丝分裂又称直接分裂。分裂时无染色体出现，不形成纺锤体，也无核膜、核仁的消失。无丝分裂过程简单，遗传物质也不能平均分配，但能保持亲代个体的遗传性。

有丝分裂是真核生物细胞分裂的基本形式，也称间接分裂。在分裂过程中出现由许多级锤丝构成的纺锤体，经复制后的染色质集缩成棒状的染色体，并平均分配到子细胞中。细胞有丝分裂是一个连续的过程，为研究方便，按照各时期的特点，人们将有丝分裂分为间期和分裂期。分裂期又包括前期、中期、后期和末期。

减数分裂是以有性方式繁殖的动、植物，在形成生殖细胞时发生的分裂。减数分裂有三种类型：合子减数分裂（形成合子后立即进行减数裂，如衣藻等某些藻类）

配子减数分裂（减数分裂发生在形成配子时，如动物和人）

居间减数分裂（所有高等植物）

一、细胞分化

1．细胞分化的原理

（1）细胞核的全能性

在动物个体发育过程中，受精卵具有分化出各种组织和细胞，并建立一个完整个体的潜在能力，这种细胞称为全能细胞。

在胚胎发育的囊胚细胞和原肠胚细胞，虽然具有分化出多种组织的可能，但却不能发育成完整的个体，这部分细胞叫做多能细胞。

在动物长成后，成体中储存着保持增殖能力的细胞，它们产生的细胞后代有的可能分化为多种组织，有的可能只分化出一种细胞。只能分化出一种细胞的类型叫做单能细胞。

看来，随着动物细胞分化程度提高，细胞分化潜能越来越窄，尽管如此，但它们的细胞核仍保持着原有的全部遗传物质，具有全能性。高度分化的植物组织具有发育成完整植物的潜能，保持着发育的全能性。

（2）基因的选择表达

细胞分化并非由于某些遗传物质丢失造成的，而是与基因选择表达有关。细胞的编码基因分为两类：管家基因和奢侈基因。管家基因是维持细胞生存必需的一类基因，在各类细胞中都处于活动状态。奢侈基因是在不同组织细胞中选择表达的基因，与分化细胞的特殊性状直接相关，这类基因的丧失对细胞生存没有直接影响。目前一般认为，细胞分化主要是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果。

2．细胞质、细胞核及外界环境对细胞分化的影响

（1）细胞质在细胞分化中的决定作用

受精卵的分裂称卵裂。卵裂过程的每次分裂，从核物质的角度看都是均匀分配到子细胞中，但是细胞质中物质的分布是不均匀的。也许正是因为胞质分裂时的不均等分配，在一定程度上决定了细胞的早期分化。

（2）细胞核在细胞分化中的作用

细胞核是真核细胞遗传信息的贮存场所。因此，在细胞分化过程中，细胞核对于细胞分化也肯定有重要的影响，它可能通过控制细胞质的生理代谢活动从而控制分化。

（3）外界环境对细胞分化的影响

细胞对邻近细胞的形态发生会产生影响，并决定其分化方向。另外，在多细胞生物幼体发育过程中，环境中的激素作用能引发和促进细胞分化。

二．癌细胞

在个体正常发育过程中，细胞有控制地通过有丝分裂增殖，有秩序地发生分化，执行特定的功能。可是，有时部分细胞由于受到某种因素的作用则发生转化，不再进行终未分化，而变成了不受调节的恶性增殖细胞，这种细胞即称为癌细胞。

1．癌细胞的主要特征

癌细胞的主要特征表现在无限增殖；接触抑制现象丧失；细胞间的粘着性降低，易分散和转移；易于被凝集素凝集；粘壁性下降；细胞骨架结构紊乱；产生新的膜抗原；对生长因子需要量降低等方面。

2．致癌因子及癌基因学说

凡能引起细胞发生癌变的因子称为致因子。主要包括三类：化学致癌因子，物理致癌因子，病毒致癌因子。

一些学者对细胞癌变的机理提出了“癌基因学说”：认为病毒对细胞的致癌作用是由于病毒基因组中的癌基因引起，而正常细胞中存在的癌基因是在早期进化过程中通过病毒感染而从病毒基因组中获得。如果细胞癌基因受阻，则细胞能正常发育；在各种致癌因子作用下，细胞癌基因被活化而使细胞发生癌变。

四、细胞工程

应用细胞生物学的方法，按照人们预先的设计，有计划地改变或创造细胞遗传物质的技术，以及发展这种技术的研究领域，叫做细胞工程。细胞工程学可分为五个部分：基因工程学，染色体工程学，染色体组工程学，细胞质工程学，细胞并合工程学。

第三章 生物的新陈代谢

第一节 酶

【知识概要】

一、酶的概念

1．酶是生物催化剂

酶是由生物体活细胞所产生的一类具有生物催化作用的有机物。生物体内的新陈代谢过程包含着许多复杂而有规律的物质变化和能量变化，其中的许多化学反应都是在酶的催化作用下进行的。

2．酶的化学本质是蛋白质

酶具有一般蛋白质的理化性质。从酶的化学组成来看，有简单蛋白和复合蛋白两类。属于简单蛋白的酶，只含有蛋白质；属于复合蛋白的酶分子中，除了蛋白质外，还有非蛋白质的小分子物质，前者称酶蛋白，后者称辅助因子，可分为辅酶和辅基两类。近些年来发现，绝大多数酶是蛋白质，有的酶是RNA 。

二、酶催化作用的特点

酶与一般催化剂一样，能降低化学反应所需的活化能，使反应速度加快，反应完成时，酶本身的化学性质并不发生变化。

酶与一般非生物催化剂不同的特点是：1．高效性；2．专一性；3．需要适宜的条件。

三、酶催化作用的机理

现在认为，酶进行催化作用时，首先要和底物结合，形成一中间络合物，它很容易转变为

产物和酶；该过程可表示为：S （底物）＋E （酶）→SE （中间络合物）??

?→?迅速分解

E （酶）＋P （反应产物）。酶分子中直接与底物结合并与酶催化作用直接有关的部位称为“活性（力）中心’。一般认为，酶的活性中心有两个功能部位：结合部位和催化部位。

四、影响酶催化作用的因素

影响酶催化作用的因素有底物浓度、温度、pH 、酶浓度、激活剂和抑制剂等。 第二节 植物的营养器官

【知识概要】

一、根

根据发生的部位，根分成主根、侧根和不定根三种。植物地下部分所有根的总和叫做根系，分为直根系和须根系两种。

从根的顶端到着生根毛的部分叫做根尖，它是根生长、分化、吸收最活跃的部位。从根尖的顶端起，依次分成根冠、分生区（生长点）、伸长区和成熟区（根毛区）四部分。

根的初生结构由外向内分成表皮、皮层和维管柱（中柱）。皮层的最内层细胞叫做内皮层，这层细胞的径向壁和横壁上形成栓质化的带状加厚结构，叫做凯氏带，它具有加强控制根的物质转移的作用。维管柱由中柱鞘、初生木质部和初生韧皮部三部分组成。双子叶植物的根可以

进行次生生长，由形成层细胞进行细胞分裂，向内形成次生木质部，向外形成次生韧皮部。

根的生理功能是吸收、支持、合成和贮藏，有些植物的根还有营养繁殖的作用。

二、茎

茎的形态特征是有节和节间，有芽，落叶后节上有叶痕。茎因生长习性的不同，可以分为直立茎、攀援茎、缠绕茎和匍匐茎四类。

茎的主干由种子的胚芽发育而成，侧枝由主干上的芽发育而成。因此，芽是一个枝条的雏型，将植物的叶芽纵切，从上到下依次为生长点、叶原基、幼叶、腋芽原基。

双子叶植物茎的初生结构分为表皮、皮层和维管柱。维管柱由维管束、髓和髓射线三部分组成。维管束是初生韧皮部、形成层和初生木质部组成的束状结构。双子叶植物茎的维管束常排列成筒状。茎的次生结构是由形成层的活动而加粗的部分。由于形成层的活动受四季气候影响而在多年生木质部横切面上出现年轮。

一般单子叶植物的茎只有初生结构，由表皮、维管束和薄壁组织组成。表皮下有机械组织，起支持作用，其细胞常含叶绿体。维管束是分散的，有的植物茎中空成髓腔。

茎的生理功能主要是运输水分、无机盐类和有机营养物质，同时又能支持技、叶、花和果实展向空中。此外还有贮藏和营养繁殖的作用。

三、叶

植物的叶一般由叶片、叶柄和托叶三部分组成。叶片内分布着叶脉，叶脉有网状脉和平行脉之分。叶柄有支持和输导作用。

叶片的结构通常分三部分：表皮、叶肉和叶脉。表在分为上表皮和下表皮。表皮细胞之间有许多气孔，由两个保卫细胞围成，保卫细胞控制着气孔的开闭。气孔是叶蒸腾水分和气体进出的通道。叶肉由含许多叶绿体的薄壁细胞组成，分为栅栏和海绵组织，大中型叶脉由维管束和机械组织构成，木质部在上，韧皮部在下。叶脉越细，结构越简单。

四、根、茎、叶的变态

根的变态包括贮藏根（有肉质直根、块根）、气生根（有支柱根、呼吸根、攀援根等）、寄生根（吸器）；茎的变态包括地下茎的变态（有块茎、鳞茎、球茎、根状茎等）、地上茎的变态（有茎卷须、枝刺、叶状枝、肉质茎等）；叶的变态，有苞叶、叶卷须、鳞叶、叶刺、捕虫叶等。

第三节植物的光合作用

【知识概要】

一、光合作用的概念及其重要意义

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，并且释放出氧的过程。光合作用的重要意义是把无机物转变成有机物，转化并储存太阳能，使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定等。总之，光合作用是地球上几乎一切生物的生存、繁荣和发展的根本源泉。

二、光合作用的场所和光合色素

叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶绿体是光合作用的重要细胞器。叶绿体的类囊体薄膜上分布有光合色素，在类囊体膜和间质中存在许多种光合作用需要的酶。

叶绿体中的色素有三类：①叶绿素，主要是叶绿素a和叶绿素b。绝大多数叶绿素a分子和全部叶绿素b分子具有收集光能的作用，少数不同状态的叶绿素a分子有将光能转换为电能的作用。②类胡萝卜素，包括胡萝卜素和叶黄素。它们除有收集光能的作用之外，还有防止光照伤害叶绿素的功能。③藻胆素，是藻类进行光合作用的主要色素。

三、光合作用的过程

光合作用的总反应式概括为：

CO2＋H2O（CH2O）＋O2

1．光反应阶段

是由光引起的光化反应，在叶绿体的类囊体上进行，包括两个步骤：①光能的吸收、传递和转换，是通过原初反应完成的。这个过程使光能转换为电能。②电能转换为活跃化学能过程，

是通过电子传达和光合磷酸化完成的。结果使电能转变成的活跃化学能贮存于ATP和NADPH2中。

2．暗反应阶段

是由若干酶所催化的化学反应，不需要光，在叶绿体的间质中进行。暗反应是活跃的化学能转变为稳定化学能的过程，通过碳同化来完成。碳同化的途径有卡尔文循环（C3途径）、C4途径和景天科酸代谢（CAM）。卡尔文循环是碳同化的主要形式，大体分三个阶段：①羧化阶段（CO2的固定）。②还原阶段。③更新阶段。根据碳同化的最初光合产物的不同，把高等植物分为C3植物和C4植物两类。

四、外界条件对光合作用的影响

影响光合作用的外界条件主要有光照强度、二氧化碳浓度、温度和水含量等。

第四节植物对水分的吸收和利用

【知识概要】

一、植物细胞对水分的吸收

细胞吸水的主要方式是渗透吸水。细胞的渗透吸水取决于水势。纯水的水势最高，定为零值，则其他溶液的水势就成负值，溶液越浓，水势越低，水势总是从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动。成熟的植物细胞是一个渗透系统，细胞的水势表示为：

水势＝渗透势＋压力势＋衬质势

当细胞处于不同浓度的溶液中时，在细胞内外就会有水势差，从而发生渗透作用。可以用“植物细胞的质壁分离和复原”实验来证明植物细胞的渗透作用。

植物细胞在形成液泡之前依靠吸胀作用吸水。吸胀作用是亲水胶体吸水膨胀的现象。

二、植物根系对水分的吸收

根系吸水有两种动力：（l）根压：即根系的生理活动使液流从根部上升的动力。从土壤到根内通常存在一个由高到低的水势梯度。使水分由土壤溶液进入根的表皮、皮层，进而到达木质部导管。此外水分还可以通过成熟区表皮细胞壁以及根内层层细胞之间的间隙向里渗入，最终也达到导管。（2）蒸腾拉力：这种吸水是依靠蒸腾失水而产生的蒸腾拉力，由枝叶形成的力量使到根部而引起的被动吸水。

影响根系吸水的外界条件有土壤中可用水分、土壤通气状况、土壤温度、土壤溶液浓度等。

三、蒸腾作用

水分以气体状态从植物体表面（主要是叶）散失到体外的现象叫做蒸腾作用。蒸腾作用对植物体有重要生理意义。蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的主要动力，蒸腾作用能促进矿质养料在体内的运输，蒸腾作用能降低叶片的温度。

植物成长以后，蒸腾作用主要通过叶面进行。叶面蒸腾分为角质蒸腾和气孔蒸腾，后者是最主要形式。

外界条件影响蒸腾作用的最主要因素是光照，此外还有空气相对湿度、温度、风等。生产实践上，一方面要促使根系生长健壮，增强吸水能力；另一方面要减少蒸腾，这在干旱环境中

更为重要。

四、植物体内水分的运输

水分被根系吸收进入木质部的导管和管胞后，沿着木质部向上运输到茎或叶的木质部，而到达植物体的各部。水分子在导管内上有蒸腾拉力，下有根压，中间有水分子本身的内聚力，使水分形成连续的水柱源源而上。

第五节 植物的矿质营养

【知识概要】

一、植物必需的矿质元素及其主要生理作用

植物生长发育必需的元素有C 、H 、O 、N 、P 、K 、S 、Ca 、Mg 、Fe 、Mn 、B 、Zn 、Cu 、Mo 和Cl 等16种，除C 、H 、O 以外的13种元素主要由根系从土壤中吸收，叫做矿质元素。植物对前9种元素需要量相对较大，属于大量元素；对后7种元素需要量极微，属于微量元素。

矿质元素的生理作用：一是细胞结构物质的组成成分；二是植物生命活动的调节者，参与酶的活动；三是起电化学作用，即离子浓度的平衡。胶体的稳定和电荷中和等。

二、植物体对矿质元素的吸收

根吸收土壤中矿质离子的过程，首先通过交换吸附把离子吸附在根部表皮细胞表面；然后靠扩散作用，通过非质体运输进入皮层内部，同时，也靠呼吸供给的能量做功，通过共质体主动运输进入根细胞内部；最后进入导管。

根吸收矿质元素的主要特点表现在：根吸收矿质元素和吸收水分是相对独立的，根对离子的吸收有选择性。

三、生物固氮

某些微生物把空气中的游离态氮还原为氨的过程称为生物固氮。固氮微生物依靠固氮酶，消耗能量，把氮还原成氨，供植物利用。其总反应式为

N 2＋8e －＋8H ＋＋16ATP ??

→?固氮酶

2NH 3＋H 2＋16ADP ＋16Pi 四、矿质元素在植物体内的运输和利用

吸收到根内的矿质元素，多数同化为有机物，有一些仍呈离子状态。它们进入导管后，随蒸腾作用流经木质部一起上升到地上各部，有些物质可从木质部横向运输到韧皮部。

在植物体内，参与循环的元素大多分布于代谢较旺盛的幼嫩部分，Ca 、Fe 等不参与循环的矿质元素在越老的器官含量越多。 第六节 高等动物和人体内的主要代谢系统

【知识概要】

一、消化系统

1．消化系统的组成

高等动物和人体的消化系统分为消化管和消化腺两部分。消化管一般分为口腔、咽、食道、胃、小肠（十二指肠、空肠和回肠）、大肠（盲肠、结肠和直肠）和肛门。小肠是消化和吸收的主要场所，是消化管中最长的部分。消化腺分为两类，一类是位于消化道外的大消化腺，如唾液腺、肝、胰；一类是位于消化道壁、粘膜层的大量小消化腺，如胃腺、肠腺。消化腺分泌的消化液里含多种消化酶。肝脏是体内最大的消化腺，具有分泌胆汁、物质代谢、参与血细胞生成和破坏、解毒、产生体热等作用。

2．食物的营养成分

组成食物的营养成分分为糖类、脂类、蛋白质、维生素、无机盐和水六大类。其中蛋白质、水、脂类等是构成机体的重要原料；糖类、脂类、蛋白质等有机物是机体生命活动的能源物质；维生素和无机盐对生命活动起调节作用。

3．食物的消化

消化是指食物通过消化管的运动和其在消化液的作用下被分解为可吸收成分的过程。消化的方式有细胞内消化和细胞外消化两种。消化的过程分为机械性消化和化学性消化。机械性消

化是通过牙齿的咀嚼和胃肠的蠕动，将食物磨碎、搅拌和消化液混合、输送排出残渣等一系列消化管的运动机能。化学性消化是在生物体内把蛋白质、脂类和糖类等高分子物质分解成结构简单、能被吸收的小分子物质的过程，它是依靠消化液中各种消化酶来完成的。

4．营养物质的吸收

各种营养物质的消化产物以及水、无机盐和维生素等，通过消化管壁粘膜上皮细胞进入血液和淋巴的过程叫做吸收。小肠是吸收的主要部位，胃只能吸收少量酒精和水分，大脑能吸收水、无机盐和部分维生素，小肠上皮细胞吸收营养物质时，水、甘油、胆固醇等是通过渗透、扩散等作用来吸收的，葡萄糖、氨基酸、无机盐离子等是通过主动运输来吸收的。甘油和脂肪酸被吸收到小肠上皮细胞后重新合成脂肪、再外包卵磷脂和蛋白质形成的膜，形成乳糜微粒。脂肪的主要转运途径是淋巴，经淋巴转入血液，其余营养物质的转运途径是通过血液循环。

二、循环系统

1．循环系统的组成

循环系统包括心血管系统和淋巴系统两部分。血液循环是在由心脏和血管组成的密闭的心血管系统中进行的。其中，心脏是血液循环的动力器官，血管是血液循环的管道，瓣膜是使血液向一定方向流动的特殊结构。

2．血液循环途径

血液循环分为体循环和肺循环。体循环和肺循环的大体途径归纳如下。

3．血液

血液由血浆和血细胞组成。血浆是血液的液体部分，有运输血细胞、营养物质和代谢产物的作用。血细胞包括红细胞、白细胞和血小板三种。红细胞有运输O2和CO2的功能，白细胞起防御和免疫作用，血小板能促进止血和加速凝血。

4．心脏

心脏为一中空的肌性器官。哺乳类和人的心脏有左、右心房和左、右心室四腔室，由中隔分为不相通的两半。同侧心房和心室之间有房室口相通，左房室四有二尖瓣，右房室口有三尖瓣，它们都朝心室方向开放，使血液只能从心房流入心室。

右心房与上、下腔静脉相连通，右心室与肺动脉相连通，左心房与四条肺静脉相连通，左心室与主动脉相连通。在肺动脉和主动脉起始部位的里面，各有三个半月形的瓣膜，分别称为肺动脉辩和主动脉瓣，它们都朝动脉方向开启，能阻止血液由动脉返回心室。

心脏有一套传导系统，能自动地、节律地发生兴奋。心脏有心动周期，心搏频率和心输出量等生理指标。

5．血管

根据结构、功能和血流方向不同，血管分为动脉、静脉和毛细血管。

动脉是把血液从心脏输送到身体各部分去的血管，动脉的管壁厚。弹性大、管内血流的速度快，心脏搏动所引起的主动脉管壁发生搏动，这搏动沿动脉管壁向外周传递，就是脉搏。

静脉是把血液从身体各部分送回心脏的血管，与伴行的动脉相比，静脉管壁薄，弹性小，管腔大，管内血流的速度慢。四肢静脉的内表面通常有防止血液倒流的静脉瓣。

毛细血管是连通于最小的动脉与最小的静脉之间的血管，毛细血管数量大，分布广，管壁由一层扁平细胞构成，管内血流的速度极慢，是血液和组织液进行物质交换的部位。

6．淋巴系统

淋巴系统是心血管系统的辅助部分。它由淋巴管、淋巴结、脾等组成。淋巴循环是未被毛细血管吸收的、可流动的少量组织液进入组织间隙的毛细淋巴管成为淋巴，逐级汇合进入较大的淋巴管，通过淋巴结，最后经左侧胸导管和右侧淋巴管进入左、右锁骨下静脉的过程。

7．循环系统的作用

循环系统能运输代谢原料和代谢废物，保证机体新陈代谢的进行；把内分泌腺分泌的激素运输到机体各部，执行体液调节作用；运输白细胞和淋巴细胞，有免疫功能；维持机体内环境的恒定，为生命活动提供最适宜的条件。

三、呼吸系统

1．呼吸系统的组成和结构

呼吸系统由输送空气的呼吸道和进行气体交换的肺组成。呼吸道包括鼻、咽、喉、气管和支气管，通常把鼻、咽、喉划为上呼吸道，气管、支气管划为下呼吸道。

鼻腔分成嗅部和呼吸部；喉是呼吸道的一部分，也是发声器官；气管反复分支为各级支气管和细支气管，再由终末细支气管分支为呼吸性细支气管，后者再经分支连接肺泡管、肺泡囊和肺泡。

肺是呼吸系统的主要器官，是气体交换的场所，肺内最小的呼吸单位是肺泡，肺泡由单层上皮细胞构成，被毛细血管网包绕，保证了肺泡内充分的气体交换，肺泡外有丰富的弹性纤维，有助于吸气后肺泡的弹性回缩。

2．呼吸的过程与原理

呼吸过程包括三个连续的环节：（1）外呼吸（肺呼吸），指外界环境的气体在肺部和体内的气体交换，包括肺的通气和肺泡内的气体交换；（2）气体在血液中的运输，氧由肺经过血液循环运送到组织，同时二氧化碳由组织运输到肺；（3）内呼吸（组织呼吸），指血液与组织细胞之间的气体交换。

肺的通气与呼吸运动密切相关。胸部有节律地扩大与缩小称为呼吸运动。它包括吸气和呼气两个过程。呼吸运动是由呼吸肌的舒缩活动引起的，人体主要的呼吸肌有隔肌和肋间肌。由于呼吸运动形成了肺内气压与大气压之间的压力差，才使气体能够进出肺泡，实现肺的通气。

肺泡内的气体交换和组织里的气体交换都通过扩散作用来实现。气体交换的动力是气体压力差，肺泡气、动脉血、静脉血液、组织内的氧气分压和二氧化碳分压各不相同，彼此存在分压差。于是气体就从分压高处向分压低处扩散。总之，肺循环中毛细血管的血液不断从肺泡获得氧气，放出二氧化碳；而体循环中毛细血管的血液则供给组织氧气和接受来自组织的二氧化碳，从而不断满足细胞新陈代谢的需要。

四、泌尿系统

1．排泄的概念与途径

人和动物把新陈代谢的最终产物，多余的水和无机盐，以及其他机体不需要或对机体有害的物质排出体外的过程，叫做排泄。人体的主要排泄器官是肾脏，此外还有皮肤的汗腺、肺和大肠。尿在肾脏里形成，经输尿管到达贮尿的膀就，最后由尿道排出体外。肾、输尿管、膀胱和尿道组成泌尿系统。

2．肾脏的结构

肾脏是泌尿系统的主要器官。从肾脏的纵剖面看，肾实质可以分为皮质和髓质两部分。髓质与漏斗状的肾盂相连通。每个肾约由一百多万个肾单位以及集合管和少量结缔组织组成。肾单位是肾脏的结构和功能的基本单位，肾单位的组成与分布归纳如下。

肾单位包括肾小体、肾小管；肾小体位于皮质，由肾小球、肾小囊组成；肾小管位于皮质和髓质，由近曲小管、髓袢细段、远曲小管组成。

肾小管最终通入集合管，后者伸入肾盂，再由肾盂连接输尿管。

3．尿的形成

尿是由流经肾单位的血液形成的，它包括三个步骤：（1）肾小球的滤过作用。血液流经肾小球时，血液里除血细胞和大分子蛋白质外，其余成分都能够滤过到肾小囊腔中，生成原尿。（2）肾小管和集合管的重吸收作用。原尿中的葡萄糖、氨基酸、小分子蛋白质等营养物质几乎被全部主动重吸收，水和Na＋、Cl－、Ca2＋等大部分被重吸收，少量尿素也随之被重吸收，肌酐则完全不被重吸收。（3）肾小管和集合管的分泌和排泄作用。肾小管上皮细胞可以把代谢产物的某些物质如H＋、NH3等分泌到管腔中，或把血液中某些物质转运到肾小管管腔中去。通过上述三个过程，最终形成终尿。

五、内环境的稳态

人体内含有的大量液体，称为体液。体液分为细胞内液和细胞外液。人体内的细胞外液构成了人体内细胞生活的液体环境，这个液体环境叫做人体的内环境。人体内的细胞可以通过内环境，与外界环境之间间接地进行物质交换。循环、消化、呼吸和泌尿系统与体内细胞的物质交换有密切的关系，神经和内分泌系统则起着重要的调节作用。

生理学家把正常机体在神经和体液调节下，通过各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态，叫做内环境稳态。内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。

第七节人和动物体内有机物的代谢

【知识概要】

一、糖类代谢

糖类是动物和人生命活动的主要能源。食物中的糖类主要是淀粉。淀粉经过消化分解成葡萄糖，被小肠吸收进人血液循环，运输到全身各个器官和组织中。糖类在体内主要有三个变化：氧化分解、合成糖元和转变成脂肪等。

1．氧化分解

氧气供给不足时，葡萄糖通过酵解生成乳酸；在充分供给氧气的条件下，葡萄糖经过三核酸循环和呼吸链等途径，彻底分解成二氧化碳和水。葡萄糖的有氧氧化是细胞内产生能量最主要的方式，它比无氧酵解过程释放的能量多，但后者为组织细胞在氧气供应不足时提供机体急需的能量。

2．合成糖元

血液中的葡萄糖除了供细胞利用外，多余的部分在肝脏或肌肉等组织细胞中合成糖元贮备起来。肝糖元是能量的暂时贮备，当血糖含量降低时，又可以分解成葡萄糖释放到血糖中，使血糖含量得以维持在相对稳定的水平。

3．转变成脂肪

若经上述变化后，还有多余的葡萄糖，则可以转变成脂肪，作为能源物质贮备起来。另外，葡萄糖代谢的中间产物如丙酮酸、a–酮戊二酸、草酸乙酸经转氨作用可以产生相应的丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸。

二、脂类代谢

食物中的脂类主要是脂肪，还有少量的磷脂和胆固醇。脂肪消化的产物是甘油和脂肪酸，它们被吸收到小肠上皮细胞以后，大部分重新合成脂肪，经淋巴循环进入血液循环被运送到脂肪组织贮存起来。脂肪也可以再水解成甘油和脂肪酸，甘油经转化后，通过酵解途径进入三羧酸循环而彻底氧化；脂肪酸经β–氧化作用逐步氧化，释放出的乙酰辅酶A通过三核酸循环彻底氧化。所以脂肪的主要功能是贮存和供给能量。此外，脂肪还有缓冲机械冲击，保护和固定内脏器官，以及保持体温的作用。磷脂主要参与构成机体的组织，也可以氧化分解，释放能量，或转变成脂肪。胆固醇主要是构成机体的组织，也可以转变成一些重要的化合物，如某些类固醇激素和胆汁酸等。

三、蛋白质代谢

食物中的蛋白质在消化道内被消化分解成氨基酸，氨基酸被小肠吸收后，通过血液循环输送到全身各器官组织，主要发生四方面变化

1．合成各种组织蛋白质，如血红蛋白、肌球蛋白、肌动蛋白等。

2．合成具有一定生理功能的特殊蛋白质，如蛋白质类激素等。

3．氨基转换作用，也称转氨基作用

在转氨酶作用下，氨基酸上的氨基转移到a一酮酸上，使后者变成相应的氨基酸，原来的氨基酸失去氨基变为相应的酮酸。可用下式表示：

＋?

?转氨酶＋

?→

氨基酸α–酮酸酮酸氨基酸

在人和动物体内能够合成的氨基酸，称为非必需氨基酸，如丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸等十几种。不能在人和动物体的细胞内合成，必须从食物中获得的氨基酸，称为必需氨基酸，人体的必需氨基酸有8种：甲硫氨酸、赖氨酸、色氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸。

4．脱氨基作用

氨基酸在氨基酸氧化酶的作用下，进行氧化脱氨作用生成酮酸（不含氮部分）和氨（含氮部分）。氨在肝脏中经鸟氨酸循环转变成尿素而排出体外，酮酸经三核酸循环氧化分解为二氧化碳和水，释放能量，也可以合成糖类和脂肪。

四、三大有机物代谢的关系

糖类可以转变成非必需氨基酸，氨基酸都可以转变成糖类和脂肪，糖类和脂肪可以互相转化。关于糖类、蛋白质和脂肪在动物体内的转化关系可以概括如下：

表示精尖转弯成非必需氨某酸

第八节生物的呼吸作用

【知识概要】

一、呼吸作用的概念、类型和生理意义

生物的呼吸包括外呼吸和内呼吸两个步骤。外呼吸是指机体与外界环境之间的气体交换。动物通过呼吸器官、植物通过叶的气孔与外界进行气体交换。内呼吸是指细胞的呼吸，即呼吸作用。

生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳和水或其他产物，并且释放出能量的过程叫做呼吸作用。

生物的呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸两种类型，有氧呼吸是由无氧呼吸进化而来的。有氧呼吸是高等动植物进行呼吸作用的主要形式。

呼吸作用的生理意义主要表现在：呼吸作用为生物体的生命活动提供能量，还为体内其他化合物的合成提供原料。

二、呼吸作用的过程

1．有氧呼吸的过程

有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖。有氧呼吸的反应式：

?酶6CO2＋6H2O＋能量有氧呼吸的全过程分为三个阶段：C6H12O6＋6O2?→

（1）糖酵解，葡萄糖在无氧条件下分解为丙酮酸的过程。该阶段在细胞质基质中进行，可

?酶2CH3COCOOH＋2NADH2＋2ATP

概括如下：C6H12O6＋2NAD＋2ADP＋2Pi?→

（2）三羧酸循环，在有氧条件丙酮酸彻底分解的过程。该阶段在线粒体中进行。三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质和核酸及其他物质的共同代谢过程。总式可概括为：

→

（3）呼吸链和氧化磷酸化（生物氧化），前两阶段脱下的氢经呼吸链的一系列电子传递体和氢传递体而逐步氧化，最后氢被氧接受，形成水。同时，呼吸链上氧化作用释放的能量和ADP 的磷酸化作用偶联起来，形成大量ATP。该阶段也在线粒体中进行，和概括为：

2．无氧呼吸的过程

细胞无氧呼吸的场所是细胞质基质。无氧呼吸全过程分为两个阶段：（1）与有氧呼吸的第一阶段相同。（2）在缺氧条件下，丙酮酸在不同酶的催化作用下，或脱羧形成乙醛，再被还原成乙醇；或直接被还原生成乳酸。总反应式为：

C 6H 12O 6＋2ADP ＋2Pi →2C 2H 5OH ＋2CO 2＋2A TP

C 6H 12O 6＋2ADP ＋2Pi →2C 3H 6O 3＋2A TP 高等植物无氧呼吸的主要形式是产生酒精，酵母菌和其他一些微生物能进行酒精发酵。马铃薯块茎、甜菜块根、胡萝卜和玉米胚的无氧呼吸也可以产生乳酸，乳酸细菌能进行乳酸发酵。高等动物和人体剧烈运动时，骨骼肌组织出现无氧呼吸，产生乳酸。

三、影响呼吸作用的因素

一般来说，凡是生长迅速的植物种类、器官组织和细胞，其呼吸均较旺盛，如幼根动叶的呼吸强于老根老叶，生殖器官的呼吸强于营养器官。

影响呼吸作用的外界条件主要有温度、氧气和二氧化碳含量。

四、呼吸作用的原理在生产实践中的应用

由于呼吸是新陈代谢的中心，在栽培过程中，应使呼吸过程正常进行，还要注意调节与光合作用的关系。由于呼吸作用消耗有机物和放热，所以，贮藏粮食和水果蔬菜时，又应该控制一定条件，降低呼吸作用，以利安全贮存。

第九节 微生物的新陈代谢

【知识概要】

一、微生物的营养类型

根据微生物所需要的能源、碳源的不同，可分为四大类。见下表。

微生物有不同的产能代谢途径。以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程，称为有氧呼吸；以有机物（基质未彻底氧化的产物如丙酮酸）作为最终电子受体的，称为发酵；以无机氧

化物（如NO 3－、SO 42－、CO 2）作为最终电子受体的，称为无氧呼吸。据此，微生物分为不同

呼吸类型，见下表。

1．乙醇发酵

如酵母菌，在缺氧条件下将葡萄糖经糖酵解途径分解成丙酮酸，丙酮酸脱羧生成乙醛，乙醛被还原成乙醇。工业上用于酿酒和生产酒精。

2．乳酸发酵

进行乳酸发酵的主要是细菌。它们利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸还原产生乳酸。用于制泡菜、青贮饲料及乳酪、酸牛奶等乳酸发酵制品。

3．丙酸发酵

葡萄糖经糖酵解途径生成的丙酮酸可羧化形成草酸乙酸，后者还原成琥珀酸，再脱羧产生丙酸。丙酸细菌多见于动物肠道及乳制品中。

4．混合酸发酵

是大多数肠杆菌的特征，如大肠杆菌的发酵产物中有甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸、二氧化碳和氢气等。

5．丁酸发酵

如专营厌氧的梭状芽抱杆菌，丁酸是其特征性的发酵产物。用于工业上产生丙酮、丁醇。

四、生物新陈代谢的基本类型

新陈代谢是生物体最基本的生命活动过程，是活细胞中全部化学反应的总称。它包括同化作用和异化作用两方面。按照自然界中生物体同化作用和异化作用方式的不同，新陈代谢的基本类型可分为以下几种类型。

同化作用类型有自养型和异养型两种。

自养型就是摄取无机物转变为自身组成物质并储存能量的同化作用类型，包括光能自养型、化能自养型；

异养型就是摄取现成有机物转变为自身组成物质并储存能量的同化作用类型。

异化作用类型有需氧型（有氧呼吸型）和厌氧型（无氧呼吸型）。

需氧型即要摄取氧，彻底氧化分解有机物并释放大量能量的异化作用类型；

厌氧型即在缺氧条件下，将有机物不彻底分解并释放少量能量的异化作用类型。

第四章生命活动的调节

第一节植物的激素调节

【知识概要】

一、植物的感性运动和向性运动

感性运动是植物体受到不定向的外界刺激（如光暗转变、触摸等）而引起的局部运动。外界刺激方向与感性运动的方向无关。感性运动有些是生长运动，不可逆的细胞伸长；有些是紧张性运动，由叶枕膨压变化产生，是可逆性变化。

向性运动是植物体受到一定方向的外界刺激（如光、重力等）而引起的局部运动，它的方向取决于外界刺激的方向。向性运动是生长引起的、不可逆的运动。依外界因素的不同，向性运动又可分为向光性、向重力性、向化性和向水性等。

二、植物激素

植物激素是指一些在植物体内合成的，从产生部位运输到作用部位，并且对植物体的生命活动产生显著的调节作用的微量有机物。植物激素共有五类：生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类、脱落酸和乙烯。

1．生长素类

（1）生长素的产生。分布和运输生长素在植物体内的合成部位主要是叶原基、嫩叶和发育中的种子。生长素的分布大多集中在生长旺盛的部位。生长素具有极性运输的特性，只能从植物体的形态学上端向下端运输，而不能倒转。

（2）生长素的生理作用生长素是吲哚乙酸，它具有促进植物生长的作用。生长素能引起细胞壁松弛软化，促进RNA和蛋白质的合成。生长素对植物生长的作用具有两重性。一般地，低浓度的生长素可以促进植物生长，而高浓度的生长素则抑制植物生长。植物的不同器官对不同浓度生长素的敏感程度不同，根最敏感，茎最不敏感，芽居中。

（3）生长素在农业生产上的应用人工合成的生长素类似物有萘乙酸、2，4–D等。它们在生产上的应用主要有：（1）促进扦插的枝条生根；（2）促进果实发育；（3）防止落花落果。

2．赤霉素类

赤霉素是在水稻恶苗病的研究中发现的，引起该病的病菌叫赤霉菌，它能分泌促进稻苗徒长的物质，取名叫赤霉素。植物体合成赤霉素的部位一般在幼芽、幼根、未成熟的种子等幼嫩的组织和器官里。赤霉素的生理作用是促进细胞伸长，从而引起茎秆伸长和植物增高。此外，它还有促进麦芽糖化，促进营养生长，防止器官脱落和解除种子、块茎休眠促进萌发等作用。

3．细胞分裂素类

细胞分裂素在根尖合成，在进行细胞分裂的器官中含量较高，细胞分裂素的主要作用是促进细胞分裂和扩大，此外还有诱导芽的分化，延缓叶片衰老的作用。

4．脱落酸

脱落酸在根冠和萎蔫的叶片中合成较多，在将要脱落和进入休眠期的器官和组织中含量较多。脱落酸是植物生长抑制剂，它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱落，促进休眠和提高抗逆能力等作用。

5．乙烯

乙烯是一种气体激素，它广泛存在于植物各种组织和器官中，在正在成熟的果实中含量更多，乙烯的主要作用是促进果实成熟，此外，还有促进老叶等器官脱落的作用。

6．植物激素的相互作用

五大类植物激素的生理作用大致分为两方面：促进植物的生长发育和抑制植物的生长发育。

植物的生长发育过程，不是受单一激素的调节，而是由多种激素相互协调，共同调节的。

第二节动物的激素调节

【知识概要】

一、人和高等动物的体液调节

体液调节是指某些化学物质（如激素、CO2）通过体液的传送，对人和动物体的生理活动所进行的调节。体液调节的主要内容是激素调节，此外，参与体液调节的化学物质还有CO2和H＋等。

1．激素的概念和化学成分

激素是由内分泌腺（或具有内分泌功能的细胞）分泌的活性物质。它在血液中的含量极少，但是对动物和人体的新陈代谢、生长发育和生殖等生理活动起着重要的调节作用。

激素按其化学结构分为两类。一类是含氮类激素，包括多肽及蛋白质、氨基酸衍生物和脂肪酸衍生物；另一类是类固醇激素。

2．激素的种类和生理作用

关于激素的种类、分泌器官和生理作用归纳如下表。

（1）对某一生理活动的调节，都是由多种激素相互协调、相互作用共同完成的。激素的作用有的是相互增强作用，有的则是相互拮抗。

（2）垂体分泌的多种促激素具有调节、管理对应的内分泌腺的作用，垂体的这种调节作用又是在下丘脑的控制下进行的。下丘脑的一些神经分泌细胞所分泌的“释放激素（因子）”和“释放抑制激素（因子）”对垂体的分泌具有特异性刺激作用或抑制作用；另一方面，靶腺激素对下丘脑——垂体的分泌也起反馈性调节作用，按反馈作用性质，可分为负反馈调节和正反馈调节两种类型。

（3）血糖调节正常健康成人早晨空腹时的血糖浓度为80～120mg/100mL全血。在正常情况下，由于神经和体液因素的调节，血糖的利用和补充保持着动态平衡，血糖浓度得以保持在相对稳定的水平。在体液调节方面，生长激素、甲状腺激素、肾上腺素，胰高血糖素和糖皮质激素都作用于糖代谢，共同使血糖升高，相反地，胰岛素对糖代谢的重要作用是降低血糖浓度。

二、昆虫的激素调节

昆虫激素分为两类：内激素和外激素。关于昆虫激素的种类、分泌部位和特性、作用等内容的总结见下表。