生物学科知识与教学能力(2023全新升级国家教师资格考试专用教材)

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第一章分子与细胞 第一节 认识细胞 近3年考频：单选题*4；近10年考频：单选题*13 ①判断题干中的生物是否属于原核生物，进而区分原核生物与真核生物细胞结构的异同；②直接考查生命系统的结构层次。 一、细胞学说及其建立过程 1.细胞学说的内容 （1）细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成。 （2）细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体生命起作用。 （3）新细胞是由老细胞分裂产生的。 2.建立细胞学说的大致过程 （1）英国的罗伯特·胡克将用显微镜观察到的，组成植物木栓组织的“小室”命名为“细胞”。 （2）荷兰的列文虎克利用自制显微镜，首次观察到活细胞。 （3）施莱登和施旺提出“一切动物和植物都是由细胞构成的，细胞是一切动植物的基本单位”，创立了细胞学说。 （4）德国的魏尔肖在施莱登、施旺提出的细胞学说的基础上，总结出“所有的细胞都来源于先前存在的细胞”，即“细胞通过分裂产生新细胞”。这是对细胞学说的补充。 二、细胞是生命活动的基本单位 单细胞生物能够独立完成生命活动，多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作，共同完成一系列复杂的生命活动。细胞是生命活动的基本单位，生命活动离不开细胞（病毒需要寄生在活细胞内才能生存）。例如，动植物以细胞代谢为基础的各种生理活动，以细胞增殖、分化为基础的生长发育，以细胞内基因的传递和变化为基础的遗传与变异。 生命系统的结构层次：细胞—组织—器官—系统（植物无系统）—个体—种群—群落—生态系统—生物圈。对于单细胞生物而言，一个细胞就是一个个体。 三、细胞的多样性与统一性（一）细胞的多样性1.细胞的形态和功能多样有些生物体只由一个细胞构成，而有的由很多细胞构成，这些细胞的形态、结构和功能多样。 细胞具有形态和功能多样性的直接原因是构成细胞的蛋白质种类、结构不同，根本原因是基因的选择性表达。 2.原核细胞和真核细胞★★★ 按照细胞结构的复杂程度及进化顺序，所有细胞可分为两类：原核细胞和真核细胞。两者的本质区别在于是否具有以核膜为界限的细胞核。 由原核细胞构成的生物称为原核生物，主要指分布广泛的各种细菌，如大肠杆菌、乳酸菌、蓝细菌等；由真核细胞构成的生物称为真核生物，包括酵母菌、霉菌、动物、植物等。 与原核细胞相比，真核细胞的结构复杂得多，二者的比较如表1-1-1所示。 表1-1-1原核细胞和真核细胞的比较 比较项目原核细胞真核细胞细胞壁多数有细胞壁，主要成分是肽聚糖植物细胞有细胞壁，主要成分是纤维素和果胶；真菌有细胞壁，主要成分为多糖；动物细胞无细胞壁细胞器只有核糖体一般有线粒体、叶绿体、内质网、溶酶体、核糖体等细胞器细胞核无核膜包被的细胞核，有拟核有核膜包被的真正的细胞核DNA分布主要分布在拟核，有的分布在质粒主要分布在细胞核，少量分布于线粒体和叶绿体细胞分裂方式二分裂有丝分裂、无丝分裂和减数分裂细胞呼吸有些含与有氧呼吸有关的酶，能进行有氧呼吸有氧呼吸和无氧呼吸相同点①均具有细胞膜、细胞质、核糖体等结构；②均有DNA和RNA，且遗传物质都是DNA；③细胞膜的化学组成和结构相似注：蓝细菌，旧称蓝藻，其细胞内含叶绿素，能进行光合作用。淡水水体富营养化时，水中的多种蓝细菌、绿藻等微生物将异常增殖形成水华。哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和核糖体等众多的细胞器。 1.（2022下）下列关于原核细胞和真核细胞的叙述，正确的是（）。 A.原核细胞无生物膜系统 B.真核细胞只进行有丝分裂 C.原核细胞不能进行有氧呼吸 D.真核细胞不可能以RNA为遗传物质 2.（2018下）大肠杆菌和酵母菌两者差异的最主要结构是（）。 A.细胞核B.细胞质C.细胞膜D.细胞壁 【答案】1.D2.A （二）细胞的统一性 细胞的统一性主要表现在以下几个方面。 （1）化学组成：组成元素基本一致，化合物种类相似。 （2）结构：都具有细胞膜、细胞质和核糖体等结构。 （3）增殖方式：都通过细胞分裂进行细胞的增殖。 （4）遗传物质：都以DNA作为遗传物质，且遗传密码子通用。 （5）能源物质：都以ATP作为细胞的直接能源物质。 常见的原核生物与易与之混淆的真核生物 常见的原核生物易与之混淆的真核生物细菌：常常带有“杆”“球”“螺旋”等字放线菌（包括链霉菌等）酵母菌、霉菌（如青霉菌、根霉、曲霉等）蓝细菌（念珠藻、发菜、颤藻、鱼腥藻等）衣藻、轮藻、黑藻、水绵等衣原体、支原体、立克次氏体草履虫、变形虫、疟原虫等 第二节 细胞的分子基础 近3年考频：单选题*3；近10年考频：单选题*18 ①直接考查生物大分子的种类；②直接考查蛋白质、核酸、糖类的组成元素、基本单位，以及这些物质的种类和功能；③间接考查自由水与结合水的比例与细胞代谢的关系；④比较脂肪和糖类的异同。 一、组成细胞的元素与化合物 1.组成细胞的元素 细胞中的元素，按照含量的不同，可分为大量元素和微量元素；按照作用的不同，可分为主要元素、基本元素、最基本元素。细胞中元素的分类具体见表1-1-2。 表1-1-2细胞中元素的分类 分类判断依据包含的元素大量元素占生物体总重量万分之一以上的元素C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg微量元素生命活动必需，但需要量很少的元素Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等主要元素共占组成细胞元素总重量的97%以上C、H、O、N、P、S基本元素无论干重还是鲜重，细胞中含量最多的4种元素C、H、O、N最基本元素构成有机物的基本骨架CC、H、O、N四种元素在人体细胞中的含量：细胞鲜重时，O＞C＞H＞N；细胞干重时，C＞O＞N＞H。 2.组成细胞的化合物 图1-1-1细胞鲜重中的主要化合物及相对含量组成细胞的元素大多以化合物的形式存在，这些化合物可分为无机化合物和有机化合物两类。细胞中的无机化合物包括水和无机盐；细胞中的有机化合物主要包括糖类、脂质、蛋白质和核酸。细胞鲜重中，含量最多的化合物是水，含量最多的有机化合物是蛋白质；细胞干重中，含量最多的化合物是蛋白质。细胞鲜重中的主要化合物及相对含量如图1-1-1所示。 二、细胞中的无机物（一）水★★1.水的含量及作用生物体内的含水量随着生物种类的不同有所差别，大多数生物体中水的含量都在60%以上。同一生物体在不同的生长发育期，含水量也不同。 水是极性分子，凡是有极性的分子或离子都易溶于水。因此，水是细胞内的良好溶剂，能帮助溶解和运输营养物质及代谢产物。水分子之间的氢键使得水具有调节温度的作用。此外，水还是细胞中某些代谢的反应物和产物。 2.水在细胞中的存在形式 水在细胞中以两种形式存在。一部分水与细胞内的其他物质相结合，叫作结合水。细胞中绝大部分的水以游离的形式存在，可以自由流动，叫作自由水。二者的比较如表1-1-3所示。 表1-1-3结合水和自由水的比较 存在形式含量特点生理作用结合水约4.5%与细胞内的其他物质结合在一起；结合水所占比例越高，细胞的抗逆性越强细胞结构的重要组成成分自由水约95.5%以游离的形式存在，易蒸发；自由水所占比例越高，细胞新陈代谢越旺盛①细胞内的良好溶剂，帮助溶解和运输营养物质和代谢产物；②参与许多生物化学反应；③为细胞提供液体环境自由水与结合水的比例在生产实际中的应用实例： ①种子的贮存。晒干种子是为了减少自由水的含量，降低种子的代谢速率，延长种子寿命。 ②低温环境下减少对花卉的浇水量，可提高花卉对低温的抗性。 （2020下）下列关于大豆种子在萌发的过程中物质与能量变化的叙述，正确的是（）。 A.有机物的种类不断减少 B.种子所含有的能量不断增加 C.自由水与结合水的比值升高 D.种子鲜重增加的原因是有机物含量在增加 【答案】C。解析：种子萌发过程中细胞代谢增强，自由水与结合水的比例升高，Ｃ项正确，当选。 Ａ项，种子中的有机物总量因呼吸作用消耗而不断减少，但在呼吸作用的过程中会产生很多的中间产物和终产物，这会使得种子中有机物的种类增加。 Ｂ项，种子在萌发的过程中，有机物氧化分解释放能量，能量的一部分用于种子的萌发，另一部分以热能的形式散失，所以种子所含的能量不断减少。 Ｄ项，种子鲜重增加的原因是种子在萌发过程中吸收了大量水分。 （二）无机盐 1.无机盐在细胞中的存在形式 细胞中的大多数无机盐以离子的形式存在，含量较多的阳离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等，阴离子有Cl-、SO2-4、PO3-4、HCO-3等。 2.细胞中无机盐的作用 （1）与蛋白质等物质结合成复杂的化合物。例如，Mg2+是构成叶绿素的成分；Fe2+是构成血红蛋白的成分；I-是构成甲状腺激素的成分。 （2）参与细胞的各种代谢活动。例如，人体血液中的Ca2+浓度过低会导致肌肉抽搐，过高则会导致肌肉乏力。 （3）维持生物体内的渗透压和酸碱平衡。例如，Na+、Cl-对细胞外液渗透压起重要作用；K+则对细胞内液渗透压起决定作用；人血浆中的HCO-3、HPO2-4等对血浆pH的稳定性起重要作用。 三、细胞中的有机物（一）蛋白质★★★1.蛋白质的元素组成 组成蛋白质的元素主要是C、H、O、N，大多数蛋白质（含甲硫氨酸、半胱氨酸的蛋白质）还含有S。 2.蛋白质的基本组成单位——氨基酸 图1-1-2氨基酸分子的结构通式氨基酸是蛋白质的基本组成单位。在人体中，组成蛋白质的氨基酸有21种。氨基酸分子的结构通式如图1-1-2所示。各种氨基酸之间的区别在于R基的不同，如甘氨酸上的R基是一个氢原子（—H），丙氨酸上的R基是一个甲基（—CH3）。 3.氨基酸分子的结合方式 氨基酸分子相结合的方式为脱水缩合，即一个氨基酸分子的羧基（—COOH）与另一个氨基酸分子的氨基（—NH2）相连接，同时失去一分子水的一种化学反应。连接两个氨基酸分子的化学键叫作肽键（—NH—CO—）。氨基酸脱水缩合过程如图1-1-3所示。 图1-1-3氨基酸脱水缩合示意图 两个氨基酸分子缩合而成的化合物叫作二肽。由多个氨基酸分子缩合而成的，含有多个肽键的化合物叫作多肽。多肽通常呈链状结构，叫作肽链。肽链盘曲、折叠，可形成具有一定空间结构的蛋白质分子。 ①m个氨基酸形成n 2023国家教师资格考试专用教材·生物学科知识与教学能力（高级中学）是中公教育教师资格考试研发团队在深入研究历年教师资格考试生物学科知识与教学能力（高级中学）真题及考试大纲的基础上，精心编写而成。 （一）研发力量雄厚 本书是由中公教育教师资格考试研发团队，在多年教师资格考试研究的基础上，推出的契合大纲、真题的教师资格考试辅导图书。 （二）契合考试大纲 本书依据考试大纲编写，紧随考试形式变化，分析命题规律，优化图书内容，将真题和考点紧密结合起来。 （三）图书体系完备 本书整体使用双色设计，详细讲解重难点，层次分明。并在正文部分穿插经典真题、敲黑板、考点补充、学习札记、易混辨析、强化练习等板块，对教材要点进行必要的拓展延伸，便于考生巩固提高。 本书配有图书专属精讲课，扫描封二二维码即可领取。