第1章 绪论：生物学与你 1

1.1 什么是生命？ 2

1.1.1 生物需要物质和能量以维持生存 2

1.1.2 生物需要复杂的调节机制来维持自身的生存 3

1.1.3 面对刺激，生物会有所应对和保护自己 4

1.1.4 生物会生长 4

1.1.5 生物会繁衍后代 5

1.1.6 生物都有进化的能力 5

1.2 什么是进化？ 6

1.2.1 生物进化三步走 6

1.3 科学家是如何进行生物学研究的？ 8

1.3.1 生物学研究的多种层面 8

1.3.2 生物学家通过生物在进化过程中的亲缘关系将其分类 9

1.4 什么是科学？ 11

1.4.1 科学基于以下公理：一切自然事件皆有起因 11

1.4.2 科学研究需要大量科学方法作为工具 12

1.4.3 生物学家用对照实验来验证假说 12

1.4.4 生物理论均经过严密的验证 12

1.4.5 科学是一种人类活动 13

及时篇 细胞是生命体的基本单位

第2章 原子、分子与生命 16

2.1 什么是原子? 17

2.1.1 原子是元素的基本结构单位 17

2.1.2 原子由更小的粒子构成 17

2.1.3 元素用原子序数来定义 18

2.1.4 同位素指质子数相同而中子数不同的同种元素 18

2.1.5 原子核和电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 原子形成分子以填补外层电子层的空缺 20

2.2.2 原子之间依靠化学键形成分子 20

2.2.3 离子之间可以形成离子键 21

2.2.4 共价键通过原子之间共享电子而形成 22

2.2.5 原子间通过共价键可形成极性分子或非极性分子 22

2.2.6 氢键是特定极性分子间的引力 23

2.3 为什么水对生命如此重要？ 23

2.3.1 水分子之间相互吸引 24

2.3.2 水分子可与其他生物大分子相互作用 24

2.3.3 水起到维持温度恒定的作用 25

2.3.4 水可以形成特殊的固体——冰 26

2.3.5 水溶液可以呈酸性、碱性或中性 27

第3章 生物大分子 29

3.1 为什么碳元素在生物大分子中至关重要？ 30

3.1.1 有机物分子复杂多样是由碳原子之间所形成的化学键决定的 30

3.2 有机物分子是如何形成的？ 31

3.2.1 聚合物通常通过脱水反应形成、通过水解反应分解 31

3.3 什么是碳水化合物？ 32

3.3.1 不同的单糖具有相同的分子式和不同的结构 33

3.3.2 二糖是两个单糖通过脱水反应而连接形成的 33

3.3.3 多糖是多个单糖结合在一起形成的链状结构 34

3.4 什么是脂类？ 36

3.4.1 油脂、脂肪和蜡是仅含碳、氢和氧三种元素的脂类 36

3.4.2 磷脂类含有亲水的头部基团和疏水的尾部基团 37

3.4.3 固醇类含有4个结合在一起的碳环 38

3.5 什么是蛋白质？ 38

3.5.1 蛋白质是由氨基酸长链构成的 39

3.5.2 氨基酸通过脱水反应结合在一起，形成蛋白质 40

3.5.3 蛋白质可以形成多达四级的结构 40

3.5.4 蛋白质的功能与其三维立体结构相关 42

3.6 什么是核苷酸、什么是核酸？ 42

3.6.1 核苷酸可以作为能量储存的载体，也可以作为胞内信号转导的信使 42

3.6.2 DNA和RNA都是核酸，它们是遗传物质 43

第4章 细胞的结构与功能 44

4.1 什么是细胞学说？ 45

4.2 细胞的基本特性是什么？ 45

4.2.1 所有细胞都具有共同的特征 45

4.2.2 细胞有两种基本类型：原核细胞和真核细胞 48

4.3 真核细胞的主要特征是什么？ 49

4.3.1 有些真核细胞需要依靠细胞壁来支撑细胞结构 50

4.3.2 细胞骨架维持细胞形态、支撑细胞结构和调控细胞运动 50

4.3.3 鞭毛和纤毛使细胞顺着液体流动的方向运动，或者使液体流过细胞表面 51

4.3.4 细胞核含有DNA，是真核细胞的控制中心 52

4.3.5 真核细胞的细胞质中的膜结构形成细胞中的内膜系统 54

4.3.6 液泡的功能多种多样，包括调节水平衡、储存物质和支撑细胞结构 58

4.3.7 线粒体从食物中获取能源，而叶绿体可以直接捕获太阳能 58

4.3.8 植物有时利用质体(或称为色素体)来储存能量 60

4.4 原核细胞的主要特征是什么？ 60

4.4.1 原核细胞的细胞表面十分特殊 61

4.4.2 与真核细胞相比，原核细胞的细胞质结构更简单 62

第5章 细胞膜的结构与功能 63

5.1 细胞膜的结构是如何与其功能相关的？ 64

5.1.1 细胞膜是“流动的镶嵌结构”，蛋白质在脂质分子层中不断移动 64

5.1.2 磷脂双层将细胞的内容物与外界隔离开 65

5.1.3 多种蛋白在细胞膜上形成镶嵌图案 66

5.2 物质是如何通过细胞膜的？ 67

5.2.1 梯度使流体中的分子产生扩散现象 67

5.2.2 跨膜运输包括被动运输及耗能运输 67

5.2.3 被动运输包括简单扩散、协同扩散及渗透 68

5.2.4 耗能运输包括主动运输、内吞和胞吐 71

5.2.5 跨膜的物质交换影响细胞的大小和形状 74

5.3 特化的连接是如何使细胞相连和交流的？ 74

5.3.1 桥粒将细胞黏附在一起 74

5.3.2 紧密连接使细胞黏附滴水不漏 75

5.3.3 间隙连接和胞间连丝使细胞间可直接交流 75

第6章 细胞中的能量流动 76

6.1 什么是能量？ 77

6.1.1 热力学定律描述了能量的基本特征 77

6.1.2 生物利用太阳能为生命创造低熵的环境 78

6.2 能量在化学反应中是如何转化的？ 79

6.2.1 放能反应释放能量 79

6.2.2 吸能反应需要吸收能量 79

6.3 能量在细胞中是如何转运的？ 80

6.3.1 ATP和电子载体是细胞内的载能分子 80

6.3.2 偶联反应联系放能反应和吸能反应 81

6.4 酶是如何催化生化反应的？ 82

6.4.1 催化剂降低启动反应所需的能量 82

6.4.2 酶是生物催化剂 82

6.5 生物酶是如何被调控的？ 84

6.5.1 细胞通过控制生物酶的合成和活化来调控代谢途径 84

6.5.2 有毒物质、药物和环境因素都会影响酶的活性 87

第7章 光合作用：太阳能捕手 89

7.1 什么是光合作用？ 90

7.1.1 叶片和叶片中的叶绿素是光合作用的必备条件 90

7.1.2 光合作用由光反应和开尔文循环组成 90

7.2 光反应阶段：光能是如何转化为化学能的？ 92

7.2.1 捕获光能的是叶绿体中的色素 92

7.2.2 光反应阶段发生在基粒的膜结构上 94

7.3 开尔文循环：化学能是如何储存在糖类分子中的？ 96

7.3.1 开尔文循环捕获二氧化碳 97

7.3.2 开尔文循环中固定的碳元素用来合成葡萄糖 97

第8章 能量的获取：糖酵解和细胞呼吸作用 99

8.1 细胞是如何获得能量的？ 100

8.1.1 光合作用产生的能量是细胞能量的最终来源 100

8.1.2 葡萄糖是主要的储能分子 101

8.2 什么是糖酵解作用？ 101

8.3 什么是细胞的呼吸作用？ 102

8.3.1 在细胞呼吸作用的及时个阶段，丙酮酸发生分解 102

8.3.2 在细胞呼吸作用的第二个阶段，高能电子会通过电子传递链 103

8.3.3 在细胞呼吸作用的第三个阶段，ATP通过化学渗透作用形成 103

8.3.4 细胞的呼吸作用可以从多种分子中获取能量 105

8.4 发酵是如何发生的？ 105

8.4.1 在无氧的环境下，细胞通过发酵作用实现NAD 的循环利用 105

8.4.2 有些细胞通过发酵作用将丙酮酸分解为乳酸 105

8.4.3 有些细胞通过发酵作用将丙酮酸转化为乙醇和二氧化碳 106

第二篇 遗 传

第9章 生命的延续：细胞增殖 108

9.1 细胞为什么分裂？ 109

9.1.1 细胞分裂将遗传信息传递给每一个子代细胞 109

9.1.2 细胞分裂是生长和发育所必需的 110

9.1.3 细胞分裂是有性繁殖和无性繁殖所必需的 110

9.2 什么是原核细胞的细胞周期？ 111

9.3 真核细胞的DNA分子是如何排列的？ 112

9.3.1 真核细胞的染色体由一条线性的DNA双螺旋分子和其上连接的蛋白质构成 113

9.3.2 基因是染色体上的DN段 113

9.3.3 复制后的一对染色体在细胞分裂时分开 113

9.3.4 真核细胞的染色体通常成对出现且包含相同的遗传信息 114

9.4 真核细胞的细胞周期是如何发生的？ 116

9.4.1 真核细胞的细胞周期包括间期和有丝分裂期 116

9.5 细胞如何通过有丝分裂生成遗传背景相同的两个子代细胞？ 117

9.5.1 在有丝分裂前期，染色体发生压缩、纺锤体微管结构形成、核膜破裂、染色体与

纺锤体微管相连 117

9.5.2 在有丝分裂中期，染色体排列在细胞的赤道板上 119

9.5.3 在有丝分裂末期，姐妹染色单体分开并被牵引到细胞的两极 119

9.5.4 在有丝分裂末期，每套染色体周围会形成核膜结构 119

9.5.5 在细胞质分裂间期，亲代细胞的细胞质分配给两个子代细胞 120

9.6 细胞周期是如何被调控的？ 120

9.6.1 特定蛋白质的活化与失活推动细胞周期进程 120

9.6.2 细胞周期检查点调节细胞周期的进程 121

9.7 为什么如此多的生物通过有性生殖进行繁殖？ 122

9.7.1 有性生殖产生的后代可以结合两个亲本的等位基因 122

9.8 减数分裂是如何产生单倍体细胞的？ 123

9.8.1 减数及时次分裂将同源染色体分开，分配给两个单倍体子代细胞的细胞核 124

9.8.2 减数第二次分裂将姐妹染色单体分配到4个子代细胞的细胞核中 126

9.9 在真核细胞的生命周期中有丝分裂和减数分裂是何时发生的？ 127

9.9.1 处于二倍体生命周期的生物，大多数细胞处于二倍体状态 127

9.9.2 处于单倍体生命周期的生物，大多数细胞处于单倍体状态 128

9.9.3 在世代交替的生命周期中，既存在二倍体多细胞阶段，又存在单倍体多细胞阶段 128

9.10 生物是如何通过减数分裂和有性生殖产生基因多态性的？ 129

9.10.1 同源染色体的随机分离创造新的染色体组合 129

9.10.2 互换创造具有新基因组合的染色体 130

9.10.3 配子的融合增加了子代基因的多样性 130

第10章 遗传的方式 131

10.1 遗传的物质基础是什么？ 132

10.1.1 基因是染色体特定区域的核苷酸序列 132

10.1.2 基因突变是等位基因的来源 132

10.1.3 生物的一对等位基因可能相同也可能不同 132

10.2 遗传法则是如何