高中生物课程课件：细胞与生命过程

细胞与生命过程欢迎来到高中生物细胞与生命过程课程细胞是构成生命体的基本单位，也是生命活动的基础场所在这个课程中，我们将深入探索细胞的奥秘，了解其结构与功能，揭示生命活动的基本规律通过本课程，你将认识到生命是如何在微观世界中运行的，细胞内部复杂而精密的分子机器如何协同工作，支持着我们所见的千姿百态的生命现象让我们一起踏上这段探索生命本质的奇妙旅程课程导入细胞是所有生物体的基本构造和功能单位，是生命的最小单位无论是单细胞生物还是多细胞生物，都离不开细胞这一基本单元细胞内部有着复杂而精密的结构，这些结构共同协作，维持着生命活动的正常进行生命活动的各种基本过程，如物质代谢、能量转换、信息传递、生长发育等，都是由细胞完成的深入了解细胞结构和功能，是理解生命本质的关键细胞生物学的研究成果，为人类认识生命奠定了坚实基础细胞作为生命的基本单位，不仅构成了生物体的基本结构，还执行着维持生命所必需的各种功能通过细胞内精密的分子机器和复杂的代谢网络，生命得以存在并延续单元导图细胞结构细胞分子组成细胞学说、细胞形态与多样性、细胞基水与无机盐、蛋白质、核酸、糖类与脂本结构与功能、细胞器质细胞增殖细胞代谢细胞周期、有丝分裂、减数分裂、细胞物质运输、细胞呼吸、光合作用、酶与分化生命活动通过本单元的学习，你将系统掌握细胞的基本知识，理解细胞结构与功能的关系，认识细胞代谢与能量转换的规律，了解细胞增殖与分化的过程，建立完整的细胞生物学知识体系细胞学说简介年年16651839英国科学家罗伯特·胡克首次发现并命名细胞德国动物学家施旺提出动物体由细胞构成1234年年18381855德国植物学家施莱登提出植物体由细胞构成德国医生魏尔啸提出细胞来源于细胞细胞学说是由德国科学家施莱登和施旺共同创立的生物学基本理论细胞学说包含三个基本要点第一，所有生物都由细胞组成；第二，细胞是生物体结构和功能的基本单位；第三，所有细胞都来源于已存在的细胞细胞学说的建立是生物学发展史上的重大事件，它为生物学研究提供了统一的理论基础，推动了现代生物学的发展细胞学说的提出，使人们认识到生命现象的共同本质，推动了生物学从描述性学科向实验性学科的转变显微镜的发展光学显微镜17世纪发明，放大倍数约2000倍，能观察细胞基本结构电子显微镜20世纪30年代发明，放大倍数可达100万倍，能观察亚细胞结构共聚焦显微镜能对活细胞进行三维成像，观察细胞内分子运动超分辨显微镜突破光学衍射极限，可观察纳米尺度的生物分子显微镜的发明与发展对细胞学研究起到了决定性的推动作用17世纪，荷兰人列文虎克制造了第一台显微镜，首次观察到了微生物此后，随着显微技术的不断改进，人们能够观察到越来越精细的细胞结构显微技术的每一次重大突破，都伴随着细胞学的重大发现从光学显微镜到电子显微镜，再到现代的超分辨显微镜，人们对细胞的认识不断深入，细胞结构的奥秘逐渐被揭示细胞的形态多样性细胞的形态多种多样，与其功能密切相关神经细胞呈星形，具有长长的轴突，便于传导神经冲动；红细胞呈双凹圆盘状，增大了表面积，有利于气体交换；上皮细胞呈多边形，紧密排列形成屏障；肌肉细胞呈长纤维状，适合收缩；植物细胞则通常呈规则多边形，具有坚硬的细胞壁原核细胞和真核细胞是两种基本细胞类型原核细胞结构简单，无核膜和膜性细胞器；真核细胞结构复杂，具有核膜和多种膜性细胞器植物细胞和动物细胞都是真核细胞，但植物细胞具有细胞壁和叶绿体等特有结构细胞的基本结构概述细胞核控制中心，存储遗传信息细胞质基质和细胞器，进行物质代谢细胞膜边界结构，物质交换的屏障细胞由三个基本部分组成细胞膜、细胞质和细胞核细胞膜是细胞的边界结构，由磷脂双分子层和蛋白质构成，控制物质进出细胞细胞质包括细胞基质和各种细胞器，是细胞代谢活动的主要场所细胞核是细胞的控制中心，储存和表达遗传信息细胞器是细胞质中的功能性结构，各有特定功能主要细胞器包括线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体、液泡等这些细胞器协同工作，维持细胞的正常生命活动不同类型的细胞因其功能需要，细胞器的数量和分布也有所不同细胞膜的结构与功能流动镶嵌模型膜蛋白类型选择透过性细胞膜的结构可用流动镶嵌模型来描述磷膜蛋白按位置可分为跨膜蛋白、外周蛋白和细胞膜具有选择透过性，允许某些物质通过脂双分子层形成基本骨架，蛋白质镶嵌其中脂锚定蛋白跨膜蛋白穿过磷脂双层，可形而阻止其他物质小分子如水、氧气可直接或附着于表面磷脂分子的亲水头朝外，疏成通道或转运蛋白；外周蛋白附着于膜表通过磷脂双层；离子和大分子则需要通过特水尾朝内排列，形成稳定的双分子层结构面；脂锚定蛋白通过脂质尾部锚定于膜上定的膜蛋白转运，形成细胞对外环境的物质屏障细胞膜不仅是细胞的物理边界，还承担着许多重要功能它调控物质进出细胞，维持细胞内环境稳定；参与细胞识别和信号传导；介导细胞间的相互作用和粘连细胞膜的流动性使细胞能够改变形状、移动，甚至进行胞吞和胞吐等活动细胞壁细胞壁成分细胞壁结构•植物主要由纤维素构成•初生壁柔韧，可拉伸•真菌主要由几丁质构成•次生壁坚硬，不可拉伸•细菌主要由肽聚糖构成•中胶层相邻细胞间的粘合结构细胞壁功能•支持与保护作用•维持细胞形态•防止细胞因吸水而破裂细胞壁是植物细胞特有的结构，位于细胞膜外侧，是一层坚韧的保护层它主要由多糖（如纤维素、半纤维素）和少量蛋白质组成植物细胞在分裂后首先形成初生壁，随着细胞的生长和分化，可能在初生壁内侧沉积次生壁，增加细胞的强度和硬度细胞壁虽然坚硬，但并非完全封闭的结构细胞壁上存在许多微小的孔道——胞间连丝，允许相邻细胞之间的物质交换和信息传递细胞壁的厚度和组成会随植物种类、生长环境和细胞类型而变化，这与其特定的功能需求相适应细胞质与细胞骨架微丝由肌动蛋白组成，参与细胞运动和形态变化微管由微管蛋白组成，参与细胞内物质运输和细胞分裂中间纤维由多种蛋白质组成，提供机械强度和稳定性细胞质是细胞膜和细胞核之间的部分，包括细胞基质和各种细胞器细胞基质是一种半流动性的胶状物质，由水、离子、小分子有机物和大分子等组成，是细胞代谢反应的场所细胞基质中含有丰富的蛋白质，包括各种酶，参与物质和能量代谢细胞骨架是细胞基质中由蛋白质构成的网络结构，主要包括微丝、微管和中间纤维三种类型它们构成细胞内的支架系统，维持细胞形态，参与细胞运动，协助细胞内物质运输，指导细胞分裂过程中染色体的移动等细胞骨架是一个动态变化的系统，能够根据细胞的需要不断组装和解聚细胞核的结构层个21-4核膜核仁由内外两层磷脂膜组成，具有核孔复合体核糖体RNA合成与核糖体组装场所条46染色体人体细胞中染色体的数量（二倍体细胞）细胞核是真核细胞中最大、最重要的细胞器，是遗传物质的主要存放场所，也是遗传信息表达的控制中心细胞核主要由核膜、核孔复合体、核基质、染色质和核仁组成核膜是由内外两层磷脂双分子层构成的包被结构，将核内物质与细胞质隔开染色质是DNA与蛋白质结合形成的复合物，是遗传信息的载体在细胞分裂时，染色质凝聚成可见的染色体核仁是核内最明显的结构，是合成核糖体RNA和组装核糖体的场所核孔复合体则是核膜上的通道结构，允许物质在细胞核和细胞质之间选择性地进出线粒体叶绿体结构特征光合功能光合色素具有双层膜结构，内膜形成类囊体系统，捕获光能，将二氧化碳和水转化为有机物包括叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等，类囊体由基粒和类囊体腔组成，基质中含和氧气，是地球上大部分生物能量的最初吸收不同波长的光能，参与光反应过程有DNA、RNA和核糖体来源叶绿体是植物和藻类细胞特有的细胞器，是光合作用的场所与线粒体类似，叶绿体也具有双层膜结构，内含自己的DNA和蛋白质合成系统，被认为是由光合细菌内共生而来叶绿体内膜系统形成扁平囊状的类囊体，类囊体堆叠形成基粒，这种结构增大了进行光合作用的表面积光合作用分为光反应和暗反应两个阶段光反应发生在类囊体膜上，光能被捕获并转化为化学能（ATP和NADPH）；暗反应发生在基质中，利用光反应产生的ATP和NADPH将二氧化碳固定为有机物叶绿体的功能不仅限于光合作用，它还参与植物细胞中的氨基酸合成、脂肪酸合成等代谢过程内质网和高尔基体粗面内质网滑面内质网高尔基体表面附着核糖体，主要功能是合成分泌蛋白和膜蛋白新表面无核糖体，主要功能是合成脂类物质、参与糖原代由扁平囊状结构堆叠而成，具有极性（形成面和成熟合成的蛋白质进入内质网腔后，通过折叠、修饰等加工过谢、解毒等在肝细胞中特别发达，参与药物和毒物的降面）主要功能是对来自内质网的物质进行进一步加工、程，最终形成具有生物活性的蛋白质解转化；在性腺细胞中参与激素合成分类和包装，然后运送到目的地（如细胞膜、溶酶体或分泌到细胞外）内质网和高尔基体在功能上密切合作，共同构成蛋白质合成、修饰和运输的通路内质网合成的蛋白质通过囊泡运输到高尔基体，在高尔基体中进一步加工修饰后，通过囊泡运输到最终目的地这种物质运输方式被称为囊泡运输，是细胞内物质运输的重要方式之一溶酶体和液泡溶酶体结构液泡功能自噬作用溶酶体是单层膜包被的球形细胞器，内含多种水解液泡主要存在于植物细胞和一些低等动物细胞中，成细胞自噬是溶酶体参与的重要生理过程，在这一过程酶这些酶在酸性环境（pH约5）中活性最高，能分熟植物细胞中的液泡可占细胞体积的90%以上液泡中，细胞内老化或损伤的细胞器被包裹成自噬小体，解蛋白质、核酸、多糖和脂质等大分子物质溶酶体内充满液泡液，其中含有水、无机盐、有机酸、糖然后与溶酶体融合被消化降解自噬对于细胞的更新膜上的质子泵将H+泵入腔内，维持其酸性环境类、色素、蛋白质和各种次生代谢产物和机体的健康至关重要溶酶体作为消化工厂，参与细胞内消化（如衰老细胞器的降解）和细胞外消化（如吞噬作用）溶酶体的自我消化作用在某些生理过程中也很重要，如蝌蚪尾巴的退化、昆虫变态等溶酶体膜的完整性至关重要，一旦破裂，释放的酶可能导致细胞自溶液泡除了储存功能外，还具有多种生理作用维持细胞的膨压和形态；调节细胞内渗透压和离子平衡；储存营养物质和次生代谢产物；隔离和处理有毒物质；参与植物细胞的防御反应植物细胞凋亡过程中，液泡膜破裂释放水解酶也起着重要作用原核与真核细胞结构比较比较项目原核细胞真核细胞细胞大小通常1-10μm通常10-100μm遗传物质环状DNA，无核膜包被线状DNA，有核膜包被细胞器无膜性细胞器有多种膜性细胞器核糖体70S型80S型（线粒体和叶绿体中为70S型）细胞分裂二分裂有丝分裂或减数分裂代表生物细菌、蓝藻动物、植物、真菌、原生生物原核细胞和真核细胞是生物界的两大基本细胞类型原核细胞结构简单，无核膜和膜性细胞器，DNA直接位于细胞质中，形成的区域称为核区原核细胞主要包括细菌和古菌两大类群，尽管结构简单，但在地球上分布广泛，种类繁多，适应能力极强真核细胞结构复杂，具有由核膜包被的细胞核和多种膜性细胞器真核生物包括动物、植物、真菌和原生生物等多种类群真核细胞的出现是生物进化史上的重大事件，其复杂的细胞结构为生物的多样化发展提供了基础根据内共生学说，线粒体和叶绿体可能起源于原核生物的内共生细胞的分子组成蛋白质核酸占15-20%，有结构和功能双重作用，是细胞活动的主要执行占1-2%，DNA储存遗传信息，无机盐者RNA参与蛋白质合成糖类占1-

1.5%，维持细胞渗透压和酸碱平衡，参与神经传导、肌占1%，提供能量，也是细胞结肉收缩等生理过程构的组成部分水脂质约占细胞总重量的70%，是生34命活动的基本介质，参与多种占2-3%，是细胞膜的主要成生化反应分，也储存能量56细胞是由各种有机物和无机物组成的水是最丰富的成分，为细胞提供溶剂环境，参与多种生化反应无机盐以离子形式存在，维持细胞内环境稳定，参与神经冲动传导、肌肉收缩等生理过程，某些无机元素还是重要酶的辅助因子有机物包括蛋白质、核酸、糖类和脂质等蛋白质是细胞中含量最多的有机物，具有结构、催化、运输、防御、调节等多种功能核酸是遗传信息的载体，包括DNA和RNA两种类型糖类主要提供能量，也是某些细胞结构的组成部分脂质是细胞膜的主要成分，也是重要的能量储存形式蛋白质的结构与功能一级结构氨基酸以肽键连接形成的线性序列，决定蛋白质的基本特性二级结构肽链局部区域形成的规则结构，主要有α螺旋和β折叠两种形式三级结构整个肽链在空间的折叠排列，由多种化学键和相互作用稳定四级结构由多条肽链（亚基）组合形成的复合蛋白质结构蛋白质是由20种氨基酸通过肽键连接而成的高分子化合物氨基酸序列（一级结构）决定了蛋白质如何折叠和发挥功能蛋白质的空间结构由多种非共价相互作用（如氢键、疏水相互作用、离子键、范德华力）和少量共价键（如二硫键）稳定变性条件（如高温、极端pH、有机溶剂等）会破坏这些相互作用，导致蛋白质失去正常结构和功能蛋白质在生物体内具有多种功能酶催化生化反应，如淀粉酶、蛋白酶等；运输物质，如血红蛋白运输氧气；支持和保护，如角蛋白、胶原蛋白等；调节生理活动，如激素、生长因子等；识别和免疫，如抗体、受体蛋白等；收缩和运动，如肌动蛋白、肌球蛋白等蛋白质功能的多样性源于其结构的多样性和特异性核酸（脱氧核糖核酸）（核糖核酸）DNA RNA•由脱氧核苷酸组成•由核苷酸组成•碱基A、T、G、C•碱基A、U、G、C•通常为双链螺旋结构•通常为单链结构•主要存在于细胞核中•主要存在于细胞质中•作用储存遗传信息•种类mRNA、tRNA、rRNA等核酸功能•存储遗传信息•传递遗传信息•指导蛋白质合成•参与基因表达调控•某些RNA具有催化功能核酸是由核苷酸聚合而成的大分子，是遗传信息的物质基础每个核苷酸由磷酸基团、五碳糖（DNA中为脱氧核糖，RNA中为核糖）和含氮碱基组成DNA的经典结构是沃森-克里克模型，即两条互补的核苷酸链围绕共同轴线盘旋形成的双螺旋结构，两条链之间通过碱基配对（A-T，G-C）结合RNA种类多样，包括信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）、核糖体RNA（rRNA）和各种非编码RNA在中心法则中，DNA通过转录形成RNA，RNA通过翻译指导蛋白质合成此外，某些RNA（如核酶）具有催化功能，能促进特定的生化反应核酸不仅是遗传信息的载体，也参与调控基因表达，影响生物的生长发育和表型特征碳水化合物与脂质碳水化合物脂质碳水化合物按结构复杂性可分为单糖、双糖和多糖单糖是最简脂质是一类溶于有机溶剂但不溶于水的化合物，包括脂肪（三酰单的碳水化合物，如葡萄糖、果糖；双糖由两个单糖通过脱水缩甘油）、磷脂、糖脂、固醇类等脂肪是由甘油和三个脂肪酸通合形成，如蔗糖、麦芽糖；多糖由多个单糖单位组成，如淀粉、过酯化作用形成的，是最重要的能量储备形式，每克脂肪氧化可纤维素、糖原产生约9千卡热量碳水化合物的主要功能是提供能量，葡萄糖是细胞呼吸的主要底脂质的功能多样磷脂和糖脂是生物膜的主要成分；脂肪是重要物此外，碳水化合物还是细胞结构的组成部分，如纤维素是植的能量储备形式；保护和隔热，如皮下脂肪层；合成激素，如性物细胞壁的主要成分；参与细胞识别和免疫，如细胞表面的糖蛋激素、皮质激素；参与信号传导，如某些脂质作为第二信使；形白；作为能量储备，如肝脏和肌肉中的糖原成维生素，如维生素A、D、E、K等脂溶性维生素碳水化合物和脂质都是细胞中重要的有机物，它们在能量代谢、细胞结构和信号传导等方面发挥着关键作用碳水化合物主要用于短期能量供应，而脂质则是长期能量储备两者在代谢上也有密切联系，过量的碳水化合物可转化为脂肪存储，而脂肪在需要时也可转化为葡萄糖供能酶与生命活动酶的特异性催化效率影响因素酶与底物的关系类似于锁和钥匙，每种酶只能催化特酶能显著降低化学反应的活化能，加速反应速率，但酶的活性受多种因素影响温度（过高会导致酶变性定的化学反应这种特异性源于酶的活性位点与底物酶本身在反应中不会消耗一个酶分子每秒可催化数失活）；pH值（每种酶都有最适pH）；底物浓度分子在空间结构上的互补性酶的特异性使细胞能够千至数百万次反应，效率极高酶的高效催化作用使（符合米氏方程）；抑制剂（竞争性或非竞争性）；精确控制各种代谢反应，确保生命活动的有序进行生物体内的化学反应能在温和条件下快速进行辅助因子（如辅酶、金属离子等）酶是生物体内的催化剂，几乎所有的生命活动都依赖于酶的催化作用按化学本质分类，大多数酶是蛋白质，少数是RNA（如核酶）按催化的反应类型，酶可分为氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和连接酶六大类酶的活性可通过多种方式调节基因水平的调控（调节酶的合成量）；变构调节（效应物与变构位点结合，改变酶的空间构象）；共价修饰（如磷酸化、糖基化等）；前体激活（将无活性的酶原转变为有活性的酶）这些调节机制使细胞能够根据需要调整代谢速率，维持内环境稳态物质通过细胞膜的方式主动运输利用能量，逆浓度梯度运输物质协助扩散2通过载体蛋白顺浓度梯度运输简单扩散3小分子直接穿过磷脂双层物质通过细胞膜的方式可分为被动运输和主动运输两大类被动运输不需要消耗能量，包括简单扩散、协助扩散和渗透简单扩散是小分子（如O₂、CO₂、脂溶性物质等）直接穿过磷脂双层的过程；协助扩散则需要膜蛋白的协助，如葡萄糖通过葡萄糖转运蛋白进入细胞；渗透是水分子通过细胞膜或水通道蛋白移动的过程主动运输需要消耗能量（通常是ATP），可以逆浓度梯度运输物质，维持细胞内外离子浓度差异根据运输机制，主动运输可分为原初性主动运输（如钠钾泵）和继发性主动运输（如钠-葡萄糖共转运）此外，大分子物质和颗粒一般通过胞吞和胞吐方式进出细胞，这些过程也需要消耗能量细胞与外界的物质交换渗透作用胞吞作用胞吐作用水分子通过选择透过性膜细胞膜向内凹陷，将外部细胞内的囊泡与细胞膜融从低溶质浓度区域向高溶物质包裹形成囊泡，运入合，将内容物释放到细胞质浓度区域移动的过程细胞内的过程包括吞噬外的过程用于排出细胞根据细胞外液和细胞内液作用（吞入颗粒或大分内的废物、分泌物或多余的相对浓度，环境可分为子）和胞饮作用（吞入液的膜成分等渗、低渗和高渗三种体和溶解物质）细胞与外界环境之间不断进行物质交换，这些交换过程对维持细胞正常生命活动至关重要在动物细胞中，细胞膜是与外界交换物质的唯一界面当细胞处于低渗环境中，水分进入细胞导致膨胀，甚至可能破裂；在高渗环境中，细胞会失水皱缩植物细胞因具有细胞壁而表现出不同的渗透行为在低渗环境中，水分进入导致细胞膨胀，细胞壁产生张力，形成膨压，防止细胞破裂；在高渗环境中，水分流出导致原生质体收缩，离开细胞壁，形成质壁分离现象正常情况下，植物细胞的膨压使植物保持挺拔，当失去膨压时，植物会萎蔫细胞能量的获取有氧呼吸与无氧呼吸糖酵解场所细胞质基质葡萄糖→丙酮酸产能2ATP，2NADH柠檬酸循环场所线粒体基质乙酰CoA→CO₂产能2ATP，6NADH，2FADH₂电子传递链场所线粒体内膜NADH，FADH₂→H₂O产能约26ATP有氧呼吸是最完全、最高效的能量获取方式，一个葡萄糖分子完全氧化可产生约30-32个ATP糖酵解发生在细胞质中，将葡萄糖分解为丙酮酸，产生少量ATP；在线粒体中，丙酮酸进一步氧化为CO₂和H₂O，同时产生大量ATP有氧呼吸的最终电子受体是氧气，最终产物是CO₂和H₂O无氧呼吸（或发酵）在氧气缺乏时进行，仅包括糖酵解阶段，能量释放不充分根据最终产物不同，常见的无氧呼吸有乳酸发酵（如人体剧烈运动时肌肉中发生的过程）和酒精发酵（如酵母细胞中发生的过程）无氧呼吸的能量效率低，一个葡萄糖分子仅产生2个ATP，但它能在紧急情况下快速提供能量，并且不依赖氧气的合成与利用ATP

37.3磷酸基团能量释放ATP分子中含有三个磷酸基团ATP水解为ADP释放的能量（单位千卡/摩尔）50kg日产量人体每天约合成和分解相当于体重的ATPATP（三磷酸腺苷）是细胞内主要的能量载体，被称为能量货币ATP分子由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团组成磷酸基团之间的键（尤其是最后两个磷酸基团之间的键）是高能磷酸键，水解时释放大量能量ATP水解为ADP（二磷酸腺苷）和无机磷酸，释放的能量可用于驱动各种生命活动ATP在体内的合成主要通过三种方式底物水平磷酸化（如糖酵解过程中）、氧化磷酸化（在线粒体内膜上进行，是产生ATP的主要途径）和光合磷酸化（在叶绿体类囊体膜上进行）ATP合成酶是一种跨膜蛋白复合物，能利用质子梯度驱动ATP的合成ATP的利用涉及多种生命活动肌肉收缩、物质主动运输、神经冲动传导、生物合成等，几乎所有需要能量的细胞活动都依赖ATP的水解光合作用的基本过程光能吸收能量转换叶绿素和辅助色素吸收光能光能转化为化学能ATP和NADPH糖分合成二氧化碳固定形成葡萄糖等碳水化合物利用ATP和NADPH将CO₂转化为有机物光合作用是绿色植物、藻类和某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物的过程，同时释放氧气这一过程的基本方程式可表示为6CO₂+12H₂O+光能→C₆H₁₂O₆+6O₂+6H₂O光合作用是地球上最重要的化学反应之一，它是几乎所有生物能量的最初来源，同时维持大气中的氧气平衡光合作用主要在叶绿体中进行叶绿体是具有双层膜的细胞器，内部含有类囊体系统和基质类囊体膜上分布着光合色素和电子传递链组分，是光反应的场所；基质中含有光合作用的酶系统，是暗反应的场所光合色素包括叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素等，它们能吸收特定波长的光能叶绿素a是光合作用的主要色素，直接参与光能的转换光合作用的两个阶段光反应（光依赖反应）暗反应（碳固定反应）光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，是光合作用中依赖光能的部暗反应发生在叶绿体的基质中，不直接依赖光能，但需要光反应分在这一阶段，光能被叶绿素吸收，并转化为化学能（ATP和产生的ATP和NADPH在这一阶段，通过一系列酶催化的反NADPH）同时，水分子被分解，释放出氧气和质子应，将二氧化碳固定并转化为有机物（如葡萄糖）暗反应的主要途径是卡尔文循环在这个循环中，二氧化碳首先光反应的核心过程是电子传递和光合磷酸化电子从水分子中被与核酮糖二磷酸（RuBP）结合，在RuBisCO酶的催化下形成不激发，通过光系统II、细胞色素复合体、光系统I等组分，最终将稳定的中间产物，然后经过一系列反应生成G3P（甘油醛三磷NADP+还原为NADPH在这个过程中，质子被泵入类囊体腔，酸）部分G3P被用于合成葡萄糖等有机物，剩余部分则用于再形成跨膜质子梯度，驱动ATP合成酶合成ATP生RuBP，使循环得以持续光反应和暗反应虽然在空间上分离（一个在类囊体膜上，一个在基质中），但在功能上紧密联系光反应提供暗反应所需的ATP和NADPH，暗反应则通过消耗这些物质和固定二氧化碳，使光反应得以持续进行这种精妙的协作确保了光合作用的高效进行影响光合作用的因素光照强度二氧化碳浓度在一定范围内，光照强度增加，光合速在一定范围内，二氧化碳浓度增加，光率增加；达到饱和点后，继续增强光照合速率增加；达到饱和点后，继续增加不再提高光合速率；过强的光照甚至会二氧化碳浓度不再提高光合速率抑制光合作用温度温度过低或过高都会抑制光合作用；适宜温度范围内，温度升高，光合速率增加；超过最适温度后，光合速率下降影响光合作用的因素还包括水分、矿物质等水分是光合作用的原料之一，同时也影响气孔的开闭，进而影响二氧化碳的吸收矿物质如镁、铁、氮等是光合色素和光合酶的组成成分，缺乏会影响光合效率此外，植物的内部因素如叶绿素含量、叶片结构、酶活性等也会影响光合作用的速率在实际环境中，多种因素同时影响光合作用，其中限制光合速率的是当时最不适宜的因素，这就是利比希最小因素定律例如，在光照充足但二氧化碳浓度低的情况下，光合速率主要受二氧化碳浓度限制不同植物对环境因素的适应性也不同，如C4植物（如玉米）和CAM植物（如仙人掌）具有特殊的碳固定机制，能在高温、干旱等条件下更有效地进行光合作用细胞信息的传递信号分子类型受体与识别信号转导细胞间信号分子多种多样，包括激素、神经递质、生细胞表面有各种特异性受体蛋白，能识别并结合特定信号从细胞表面传递到细胞内部的过程称为信号转长因子、细胞因子等这些分子通常由特定细胞分的信号分子受体与信号分子结合后发生构象变化，导这一过程通常涉及多种蛋白质的级联反应，如G泌，通过血液或细胞间隙扩散到靶细胞不同类型的触发细胞内的信号传导受体的特异性保证了细胞只蛋白、蛋白激酶、磷酸酶等信号转导过程中，信号信号分子有不同的作用范围和功能，共同构成复杂的对特定信号作出反应，是细胞信息传递的第一道关既可能被放大，也可能与其他信号整合，最终导致细细胞通讯网络口胞作出适当的反应细胞信息传递是多细胞生物体内细胞之间相互协调的基础通过信号分子的分泌和接收，不同的细胞能够交流并协同工作这种交流方式包括内分泌（激素通过血液传递到远处的靶细胞）、旁分泌（信号分子作用于邻近细胞）和自分泌（信号分子作用于分泌细胞自身）细胞信息传递的最终目标是调控细胞的行为，如基因表达、代谢活动、细胞分裂或分化等信号传递的异常可能导致疾病，如某些癌症就与信号转导通路的失调有关理解细胞信息传递的机制对于疾病治疗和药物开发具有重要意义细胞增殖的重要性生长与发育损伤修复•胚胎发育期间的细胞分裂•创伤愈合•儿童青少年期的生长•组织再生•成体组织的更新和扩张•损伤细胞的替换遗传信息传递•确保遗传物质精确复制•维持基因组的稳定性•遗传多样性的产生（减数分裂）细胞增殖是生命延续的基础，通过细胞分裂产生新细胞，使生物体能够生长、发育和修复损伤单细胞生物通过分裂实现种群扩大；多细胞生物则通过细胞分裂实现个体发育和组织更新例如，人体的皮肤、血细胞、肠上皮等组织需要不断更新，这依赖于干细胞的分裂和分化细胞增殖也与许多疾病相关癌症本质上是细胞增殖失控的结果；而某些器官的再生能力不足则可能导致损伤后功能无法恢复了解细胞增殖的机制，有助于开发治疗这些疾病的策略在临床上，干细胞技术、组织工程等前沿领域的发展，都基于对细胞增殖规律的深入理解细胞周期期期期期G1S G2M细胞生长，RNA和蛋白质合成活跃DNA复制，染色体数量加倍分裂前准备，合成与细胞分裂有关的有丝分裂和细胞质分裂，形成两个子蛋白细胞细胞周期是细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束的整个过程细胞周期可分为间期（G1期、S期、G2期）和分裂期（M期）间期占细胞周期的大部分时间，是细胞生长和DNA复制的阶段G1期是细胞分裂后的生长期，细胞体积增大，合成RNA和蛋白质；S期是DNA合成期，染色体复制；G2期是分裂前的准备期，合成与分裂有关的蛋白质M期包括有丝分裂（核分裂）和细胞质分裂两个阶段有丝分裂确保遗传物质平均分配到两个子细胞；细胞质分裂则将细胞质及其内容物分配到两个子细胞有些细胞（如神经细胞）在分化后会退出细胞周期，进入G0期，不再分裂；而有些细胞（如干细胞）则保持较强的分裂能力，可以多次经历细胞周期有丝分裂的四个阶段前期1染色体凝聚可见，核膜破裂，纺锤体形成中期2染色体排列在赤道板上，着丝点连接纺锤丝后期3姐妹染色单体分离，向两极移动末期4染色体去凝聚，核膜重建，细胞质分裂有丝分裂是真核细胞的一种分裂方式，确保遗传物质精确复制和均等分配到两个子细胞前期是有丝分裂的开始阶段，染色质凝聚成可见的染色体，每条染色体由两条姐妹染色单体组成；核膜和核仁消失；中心体分离并移向细胞两极，形成纺锤体中期是染色体排列最整齐的阶段，所有染色体排列在细胞赤道板上，染色体的着丝点连接纺锤丝后期是染色体分离的阶段，姐妹染色单体分离并在纺锤丝的牵引下向细胞两极移动末期是有丝分裂的最后阶段，染色体到达两极后开始去凝聚，核膜和核仁重新形成细胞质分裂通常在末期进行，通过收缩环的收缩或细胞板的形成将细胞质分为两部分动物细胞通过收缩环将细胞质分裂；植物细胞则通过形成细胞板和细胞壁实现细胞质分裂有丝分裂的调控检查点G1/S1确保细胞大小适宜，DNA无损伤检查点G2/M2确保DNA完全复制，无错误中期检查点3确保所有染色体正确连接到纺锤丝细胞周期的进行受到严格调控，以确保细胞分裂的准确性和及时性调控机制包括内部控制系统和外部信号两方面内部控制系统主要由周期蛋白（cyclins）、周期蛋白依赖性激酶（CDKs）和检查点组成周期蛋白的水平在细胞周期中周期性变化，与CDKs结合形成活性复合物，驱动细胞周期前进检查点是细胞周期中的关键控制点，用于监测特定事件的完成情况G1/S检查点决定细胞是否进入S期；G2/M检查点决定细胞是否进入有丝分裂；中期检查点确保所有染色体都正确连接到纺锤丝如果检测到问题（如DNA损伤），细胞周期将暂停，给予细胞修复的时间；如果损伤无法修复，细胞将启动凋亡程序，防止异常细胞的产生外部信号如生长因子、接触抑制等也会影响细胞周期的进行有丝分裂的生物学意义有丝分裂的生物学意义主要体现在四个方面首先，它确保遗传物质的稳定性，使子代细胞获得与母细胞完全相同的基因组，维持物种的遗传稳定性；其次，它是生物体生长发育的基础，多细胞生物从受精卵发育成完整个体的过程依赖于无数次的有丝分裂；第三，它使生物体能够修复损伤，如皮肤、肝脏等器官的修复再生；第四，对于单细胞生物，有丝分裂是其繁殖的唯一方式有丝分裂的精确进行对生物体至关重要分裂异常可能导致染色体数目或结构的改变，引起基因组不稳定，这与许多疾病相关，如癌症就常与细胞分裂的失控有关在医学上，对有丝分裂的研究有助于理解和治疗这些疾病；在生物技术领域，了解有丝分裂的机制对于细胞培养、克隆技术和干细胞研究等也有重要意义无丝分裂与减数分裂比较项目无丝分裂有丝分裂减数分裂发生场所原核生物真核生物体细胞真核生物生殖细胞分裂次数一次一次两次染色体行为DNA复制后直接分离染色体复制后均等分配同源染色体配对、交叉互换后分离子细胞数目两个两个四个子细胞染色体数与母细胞相同与母细胞相同是母细胞的一半（单倍体）生物学意义繁殖生长、发育、修复形成配子，维持物种染色体数目稳定无丝分裂是原核生物（如细菌）的分裂方式，简单快速，不形成纺锤体，DNA复制后直接分离有丝分裂是真核生物体细胞的分裂方式，通过精确的核分裂和细胞质分裂产生两个遗传物质完全相同的子细胞减数分裂是真核生物生殖细胞形成配子（如精子、卵细胞）的特殊分裂方式，一次DNA复制后经过两次连续的分裂，产生四个遗传物质减半的子细胞减数分裂的关键特点是同源染色体的配对和交叉互换，这不仅使染色体数目减半（形成单倍体配子），还增加了遗传多样性在受精过程中，两个单倍体配子结合形成二倍体合子，染色体数目恢复，这种机制确保了物种染色体数目的稳定减数分裂中的基因重组是遗传变异的重要来源，对物种的进化具有重要意义不同的分裂方式适应了生物不同的生活需求，共同构成了生命延续的基础。