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第1章 緒論：生物學(xué)與你 1

1.1 什么是生命？ 2

1.1.1 生物需要物質(zhì)和能量以維持生存 2

1.1.2 生物需要復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制來維持自身的生存 3

1.1.3 面對刺激，生物會有所應(yīng)對和保護(hù)自己 4

1.1.4 生物會生長 4

1.1.5 生物會繁衍后代 5

1.1.6 生物都有進(jìn)化的能力 5

1.2 什么是進(jìn)化？ 6

1.2.1 生物進(jìn)化三步走 6

1.3 科學(xué)家是如何進(jìn)行生物學(xué)研究的？ 8

1.3.1 生物學(xué)研究的多種層面 8

1.3.2 生物學(xué)家通過生物在進(jìn)化過程中的親緣關(guān)系將其分類 9

1.4 什么是科學(xué)？ 11

1.4.1 科學(xué)基于以下公理：一切自然事件皆有起因 11

1.4.2 科學(xué)研究需要大量科學(xué)方法作為工具 12

1.4.3 生物學(xué)家用對照實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證假說 12

1.4.4 生物理論均經(jīng)過嚴(yán)密的驗(yàn)證 12

1.4.5 科學(xué)是一種人類活動 13

及時篇 細(xì)胞是生命體的基本單位

第2章 原子、分子與生命 16

2.1 什么是原子? 17

2.1.1 原子是元素的基本結(jié)構(gòu)單位 17

2.1.2 原子由更小的粒子構(gòu)成 17

2.1.3 元素用原子序數(shù)來定義 18

2.1.4 同位素指質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同種元素 18

2.1.5 原子核和電子在原子中相互依存 18

2.2 原子是如何相互作用而形成分子的？ 20

2.2.1 原子形成分子以填補(bǔ)外層電子層的空缺 20

2.2.2 原子之間依靠化學(xué)鍵形成分子 20

2.2.3 離子之間可以形成離子鍵 21

2.2.4 共價(jià)鍵通過原子之間共享電子而形成 22

2.2.5 原子間通過共價(jià)鍵可形成極性分子或非極性分子 22

2.2.6 氫鍵是特定極性分子間的引力 23

2.3 為什么水對生命如此重要？ 23

2.3.1 水分子之間相互吸引 24

2.3.2 水分子可與其他生物大分子相互作用 24

2.3.3 水起到維持溫度恒定的作用 25

2.3.4 水可以形成特殊的固體——冰 26

2.3.5 水溶液可以呈酸性、堿性或中性 27

第3章 生物大分子 29

3.1 為什么碳元素在生物大分子中至關(guān)重要？ 30

3.1.1 有機(jī)物分子復(fù)雜多樣是由碳原子之間所形成的化學(xué)鍵決定的 30

3.2 有機(jī)物分子是如何形成的？ 31

3.2.1 聚合物通常通過脫水反應(yīng)形成、通過水解反應(yīng)分解 31

3.3 什么是碳水化合物？ 32

3.3.1 不同的單糖具有相同的分子式和不同的結(jié)構(gòu) 33

3.3.2 二糖是兩個單糖通過脫水反應(yīng)而連接形成的 33

3.3.3 多糖是多個單糖結(jié)合在一起形成的鏈狀結(jié)構(gòu) 34

3.4 什么是脂類？ 36

3.4.1 油脂、脂肪和蠟是僅含碳、氫和氧三種元素的脂類 36

3.4.2 磷脂類含有親水的頭部基團(tuán)和疏水的尾部基團(tuán) 37

3.4.3 固醇類含有4個結(jié)合在一起的碳環(huán) 38

3.5 什么是蛋白質(zhì)？ 38

3.5.1 蛋白質(zhì)是由氨基酸長鏈構(gòu)成的 39

3.5.2 氨基酸通過脫水反應(yīng)結(jié)合在一起，形成蛋白質(zhì) 40

3.5.3 蛋白質(zhì)可以形成多達(dá)四級的結(jié)構(gòu) 40

3.5.4 蛋白質(zhì)的功能與其三維立體結(jié)構(gòu)相關(guān) 42

3.6 什么是核苷酸、什么是核酸？ 42

3.6.1 核苷酸可以作為能量儲存的載體，也可以作為胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的信使 42

3.6.2 DNA和RNA都是核酸，它們是遺傳物質(zhì) 43

第4章 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能 44

4.1 什么是細(xì)胞學(xué)說？ 45

4.2 細(xì)胞的基本特性是什么？ 45

4.2.1 所有細(xì)胞都具有共同的特征 45

4.2.2 細(xì)胞有兩種基本類型：原核細(xì)胞和真核細(xì)胞 48

4.3 真核細(xì)胞的主要特征是什么？ 49

4.3.1 有些真核細(xì)胞需要依靠細(xì)胞壁來支撐細(xì)胞結(jié)構(gòu) 50

4.3.2 細(xì)胞骨架維持細(xì)胞形態(tài)、支撐細(xì)胞結(jié)構(gòu)和調(diào)控細(xì)胞運(yùn)動 50

4.3.3 鞭毛和纖毛使細(xì)胞順著液體流動的方向運(yùn)動，或者使液體流過細(xì)胞表面 51

4.3.4 細(xì)胞核含有DNA，是真核細(xì)胞的控制中心 52

4.3.5 真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的膜結(jié)構(gòu)形成細(xì)胞中的內(nèi)膜系統(tǒng) 54

4.3.6 液泡的功能多種多樣，包括調(diào)節(jié)水平衡、儲存物質(zhì)和支撐細(xì)胞結(jié)構(gòu) 58

4.3.7 線粒體從食物中獲取能源，而葉綠體可以直接捕獲太陽能 58

4.3.8 植物有時利用質(zhì)體(或稱為色素體)來儲存能量 60

4.4 原核細(xì)胞的主要特征是什么？ 60

4.4.1 原核細(xì)胞的細(xì)胞表面十分特殊 61

4.4.2 與真核細(xì)胞相比，原核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)更簡單 62

第5章 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能 63

5.1 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是如何與其功能相關(guān)的？ 64

5.1.1 細(xì)胞膜是“流動的鑲嵌結(jié)構(gòu)”，蛋白質(zhì)在脂質(zhì)分子層中不斷移動 64

5.1.2 磷脂雙層將細(xì)胞的內(nèi)容物與外界隔離開 65

5.1.3 多種蛋白在細(xì)胞膜上形成鑲嵌圖案 66

5.2 物質(zhì)是如何通過細(xì)胞膜的？ 67

5.2.1 梯度使流體中的分子產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象 67

5.2.2 跨膜運(yùn)輸包括被動運(yùn)輸及耗能運(yùn)輸 67

5.2.3 被動運(yùn)輸包括簡單擴(kuò)散、協(xié)同擴(kuò)散及滲透 68

5.2.4 耗能運(yùn)輸包括主動運(yùn)輸、內(nèi)吞和胞吐 71

5.2.5 跨膜的物質(zhì)交換影響細(xì)胞的大小和形狀 74

5.3 特化的連接是如何使細(xì)胞相連和交流的？ 74

5.3.1 橋粒將細(xì)胞黏附在一起 74

5.3.2 緊密連接使細(xì)胞黏附滴水不漏 75

5.3.3 間隙連接和胞間連絲使細(xì)胞間可直接交流 75

第6章 細(xì)胞中的能量流動 76

6.1 什么是能量？ 77

6.1.1 熱力學(xué)定律描述了能量的基本特征 77

6.1.2 生物利用太陽能為生命創(chuàng)造低熵的環(huán)境 78

6.2 能量在化學(xué)反應(yīng)中是如何轉(zhuǎn)化的？ 79

6.2.1 放能反應(yīng)釋放能量 79

6.2.2 吸能反應(yīng)需要吸收能量 79

6.3 能量在細(xì)胞中是如何轉(zhuǎn)運(yùn)的？ 80

6.3.1 ATP和電子載體是細(xì)胞內(nèi)的載能分子 80

6.3.2 偶聯(lián)反應(yīng)聯(lián)系放能反應(yīng)和吸能反應(yīng) 81

6.4 酶是如何催化生化反應(yīng)的？ 82

6.4.1 催化劑降低啟動反應(yīng)所需的能量 82

6.4.2 酶是生物催化劑 82

6.5 生物酶是如何被調(diào)控的？ 84

6.5.1 細(xì)胞通過控制生物酶的合成和活化來調(diào)控代謝途徑 84

6.5.2 有毒物質(zhì)、藥物和環(huán)境因素都會影響酶的活性 87

第7章 光合作用：太陽能捕手 89

7.1 什么是光合作用？ 90

7.1.1 葉片和葉片中的葉綠素是光合作用的必備條件 90

7.1.2 光合作用由光反應(yīng)和開爾文循環(huán)組成 90

7.2 光反應(yīng)階段：光能是如何轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的？ 92

7.2.1 捕獲光能的是葉綠體中的色素 92

7.2.2 光反應(yīng)階段發(fā)生在基粒的膜結(jié)構(gòu)上 94

7.3 開爾文循環(huán)：化學(xué)能是如何儲存在糖類分子中的？ 96

7.3.1 開爾文循環(huán)捕獲二氧化碳 97

7.3.2 開爾文循環(huán)中固定的碳元素用來合成葡萄糖 97

第8章 能量的獲取：糖酵解和細(xì)胞呼吸作用 99

8.1 細(xì)胞是如何獲得能量的？ 100

8.1.1 光合作用產(chǎn)生的能量是細(xì)胞能量的最終來源 100

8.1.2 葡萄糖是主要的儲能分子 101

8.2 什么是糖酵解作用？ 101

8.3 什么是細(xì)胞的呼吸作用？ 102

8.3.1 在細(xì)胞呼吸作用的及時個階段，丙酮酸發(fā)生分解 102

8.3.2 在細(xì)胞呼吸作用的第二個階段，高能電子會通過電子傳遞鏈 103

8.3.3 在細(xì)胞呼吸作用的第三個階段，ATP通過化學(xué)滲透作用形成 103

8.3.4 細(xì)胞的呼吸作用可以從多種分子中獲取能量 105

8.4 發(fā)酵是如何發(fā)生的？ 105

8.4.1 在無氧的環(huán)境下，細(xì)胞通過發(fā)酵作用實(shí)現(xiàn)NAD 的循環(huán)利用 105

8.4.2 有些細(xì)胞通過發(fā)酵作用將丙酮酸分解為乳酸 105

8.4.3 有些細(xì)胞通過發(fā)酵作用將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳 106

第二篇 遺 傳

第9章 生命的延續(xù)：細(xì)胞增殖 108

9.1 細(xì)胞為什么分裂？ 109

9.1.1 細(xì)胞分裂將遺傳信息傳遞給每一個子代細(xì)胞 109

9.1.2 細(xì)胞分裂是生長和發(fā)育所必需的 110

9.1.3 細(xì)胞分裂是有性繁殖和無性繁殖所必需的 110

9.2 什么是原核細(xì)胞的細(xì)胞周期？ 111

9.3 真核細(xì)胞的DNA分子是如何排列的？ 112

9.3.1 真核細(xì)胞的染色體由一條線性的DNA雙螺旋分子和其上連接的蛋白質(zhì)構(gòu)成 113

9.3.2 基因是染色體上的DN段 113

9.3.3 復(fù)制后的一對染色體在細(xì)胞分裂時分開 113

9.3.4 真核細(xì)胞的染色體通常成對出現(xiàn)且包含相同的遺傳信息 114

9.4 真核細(xì)胞的細(xì)胞周期是如何發(fā)生的？ 116

9.4.1 真核細(xì)胞的細(xì)胞周期包括間期和有絲分裂期 116

9.5 細(xì)胞如何通過有絲分裂生成遺傳背景相同的兩個子代細(xì)胞？ 117

9.5.1 在有絲分裂前期，染色體發(fā)生壓縮、紡錘體微管結(jié)構(gòu)形成、核膜破裂、染色體與

紡錘體微管相連 117

9.5.2 在有絲分裂中期，染色體排列在細(xì)胞的赤道板上 119

9.5.3 在有絲分裂末期，姐妹染色單體分開并被牽引到細(xì)胞的兩極 119

9.5.4 在有絲分裂末期，每套染色體周圍會形成核膜結(jié)構(gòu) 119

9.5.5 在細(xì)胞質(zhì)分裂間期，親代細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)分配給兩個子代細(xì)胞 120

9.6 細(xì)胞周期是如何被調(diào)控的？ 120

9.6.1 特定蛋白質(zhì)的活化與失活推動細(xì)胞周期進(jìn)程 120

9.6.2 細(xì)胞周期檢查點(diǎn)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的進(jìn)程 121

9.7 為什么如此多的生物通過有性生殖進(jìn)行繁殖？ 122

9.7.1 有性生殖產(chǎn)生的后代可以結(jié)合兩個親本的等位基因 122

9.8 減數(shù)分裂是如何產(chǎn)生單倍體細(xì)胞的？ 123

9.8.1 減數(shù)及時次分裂將同源染色體分開，分配給兩個單倍體子代細(xì)胞的細(xì)胞核 124

9.8.2 減數(shù)第二次分裂將姐妹染色單體分配到4個子代細(xì)胞的細(xì)胞核中 126

9.9 在真核細(xì)胞的生命周期中有絲分裂和減數(shù)分裂是何時發(fā)生的？ 127

9.9.1 處于二倍體生命周期的生物，大多數(shù)細(xì)胞處于二倍體狀態(tài) 127

9.9.2 處于單倍體生命周期的生物，大多數(shù)細(xì)胞處于單倍體狀態(tài) 128

9.9.3 在世代交替的生命周期中，既存在二倍體多細(xì)胞階段，又存在單倍體多細(xì)胞階段 128

9.10 生物是如何通過減數(shù)分裂和有性生殖產(chǎn)生基因多態(tài)性的？ 129

9.10.1 同源染色體的隨機(jī)分離創(chuàng)造新的染色體組合 129

9.10.2 互換創(chuàng)造具有新基因組合的染色體 130

9.10.3 配子的融合增加了子代基因的多樣性 130

第10章 遺傳的方式 131

10.1 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？ 132

10.1.1 基因是染色體特定區(qū)域的核苷酸序列 132

10.1.2 基因突變是等位基因的來源 132

10.1.3 生物的一對等位基因可能相同也可能不同 132

10.2 遺傳法則是如何