第二章细胞的化学组成

第二章细胞的化学组成第一节细胞中的原子和分子一、组成细胞的原子和分子1、细胞中含量最多的6种元素是C、H、O、N、P、S。2、组成生物体的基本元素：C元素。3、生物界与非生物界的统一性和差异性统一性：组成生物体的化学元素种类，在无机自然界都可以找到，没有一种元素是生物界特有的。差异性：组成生物体的化学元素在生物体和自然界中含量相差很大。二、细胞中的无机化合物：水和无机盐1、水：（1）含量：是活细胞中含量是最多的物质。（2）形式：自由水、结合水l自由水：是以游离形式存在，可以自由流动的水。作用有①良好的溶剂；②参与细胞内生化反应；③物质运输；④维持细胞的形态（在代谢旺盛的细胞中，自由水的含量一般较多）l结合水：是与其他物质相结合的水。作用是组成细胞结构的重要成分。（结合水的含量增多，可以使植物的抗逆性增强）2、无机盐（1）存在形式：离子（2）作用①与蛋白质等物质结合成复杂的化合物。②参与细胞的各种生命活动。（如Mg2+是构成叶绿素的成分、PO43-是合成核苷酸原料、Fe2+是构成血红蛋白的成分、I-是构成甲状腺激素的成分。第二节细胞中的生物大分子一、糖类1、元素组成：由C、H、O3种元素组成。2、分类概念种类分布主要功能单糖不能水解的糖五碳糖核糖核糖、脱氧核糖、葡组成核酸的物质脱氧核糖萄糖动植物细胞都有六碳糖葡萄糖、果糖、半乳糖葡萄糖是细胞生命活动所需要的重要能源物质二糖水解后能够生成二分子单糖的糖蔗糖植物细胞麦芽糖乳糖动物细胞多糖水解后能够生成许多个单糖分子的糖淀粉植物细胞植物细胞中的储能物质纤维素植物细胞壁的基本组成成分糖原动物细胞动物细胞中的储能物质附：二糖与多糖的水解产物：蔗糖→1葡萄糖+1果糖麦芽糖→2葡萄糖乳糖→1葡萄糖+1半乳糖淀粉→麦芽糖→葡萄糖纤维素→纤维二糖→葡萄糖糖原→葡萄糖3、功能：糖类是生物体维持生命活动的主要能量来源。4．糖的鉴定：原理：(1)淀粉：遇碘液变蓝色，这是淀粉特有的颜色反应。(2)还原性糖(单糖、麦芽糖和乳糖)：与斐林试剂反应，可以产生砖红色沉淀。（3）斐林试剂：配制：0.1g/mL的NaOH溶液（2mL）+0.05g/mLCuSO4溶液（4-5滴）使用：混合后使用，且现配现用。条件：隔水加热二、脂质1、元素组成：主要由C、H、O组成，有些还含N、P2、分类：脂肪、类脂（如磷脂）、固醇（如胆固醇、性激素、维生素D等）3、共同特征：不溶于水4、功能：脂肪：细胞代谢所需能量的主要储存形式。类脂中的磷脂：是构成生物膜的重要物质。固醇：在细胞的营养、调节、和代谢中具有重要作用。5、脂肪的鉴定：原理：脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。（在实验中用50%酒精洗去浮色→显微镜观察→橘黄色脂肪颗粒）三、蛋白质（细胞中含量最多的有机物）1、元素组成：除C、H、O、N外，大多数蛋白质还含有S2、基本组成单位：氨基酸（组成蛋白质的氨基酸约20种）氨基酸结构通式：氨基酸的判断：①同时有氨基和羧基②至少有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。（组成蛋白质的20种氨基酸的区别：R基的不同）3．形成：许多氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键（-CO-NH-）相连而成肽链，多条肽链盘曲折叠形成有具有一定空间结构的蛋白质二肽：由2个氨基酸分子组成的肽链。多肽：由n（n≥3）个氨基酸分子以肽键相连形成的肽链。蛋白质结构的多样性的原因：组成蛋白质多肽链的氨基酸的种类、数目、排列顺序的不同；构成蛋白质的多肽链的数目、空间结构不同4．计算：一个蛋白质分子中肽键数（脱去的水分子数）＝氨基酸数－肽链条数。一个蛋白质分子中至少含有氨基数（或羧基数）=肽链条数5．功能：生命活动的主要承担者。（注意有关蛋白质的功能及举例）6．蛋白质鉴定：原理：蛋白质与双缩脲试剂产生紫色的颜色反应四、核酸1、元素组成：由C、H、O、N、P5种元素构成2、基本单位：核苷酸（由1分子磷酸+1分子五碳糖+1分子含氮碱基组成）1分子磷酸脱氧核苷酸1分子脱氧核糖（4种）1分子含氮碱基（A、T、G、C）1分子磷酸核糖核苷酸1分子核糖（4种）1分子含氮碱基（A、U、G、C）3、种类：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）种类英文缩写基本组成单位存在场所脱氧核糖核酸DNA脱氧核苷酸（4种）主要在细胞核中（在叶绿体和线粒体中有少量存在）核糖核酸RNA核糖核苷酸（4种）主要存在细胞质中4、生理功能：储存遗传信息，控制蛋白质的合成。（原核、真核生物遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。）第三章细胞的结构和功能第一节生命活动的基本单位——细胞一、细胞学说的建立和发展l创立细胞学说的科学家是德国的施莱登和施旺。施旺、施莱登提出“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”。l在此基础上德国的魏尔肖总结出：“细胞只能来自细胞”，细胞是一个相对独立的生命活动的基本单位。这被认为是对细胞学说的重要补充。二、光学显微镜的使用1、方法：先对光：一转转换器；二转聚光器；三转反光镜再观察：一放标本孔中央；二降物镜片上方；三升镜筒仔细看2、注意：（1）放大倍数＝物镜的放大倍数×目镜的放大倍数（2）物镜越长，放大倍数越大；目镜越短，放大倍数越大；“物镜—玻片标本”越短，放大倍数越大（3）物像与实际材料上下、左右都是颠倒的（4）高倍物镜使用顺序：低倍镜→标本移至中央→高倍镜→大光圈，凹面镜→细准焦螺旋第二节细胞的类型和结构一、细胞的类型原核细胞：没有典型的细胞核，无核膜和核仁。如细菌、蓝藻、放线菌等原核生物的细胞。真核细胞：有核膜包被的明显的细胞核。如动物、植物和真菌（酵母菌、霉菌、食用菌）等真核生物的细胞。二、细胞的结构1．细胞膜（1）组成：主要为磷脂双分子层（基本骨架）和蛋白质，另有糖蛋白（在膜的外侧）。（2）结构特点：具有一定的流动性（原因：磷脂和蛋白质的运动）；功能特点：具有选择通透性。（3）功能：保护和控制物质进出，细胞识别（与细胞膜上糖蛋白有关）2．细胞壁：主要成分是纤维素，有支持和保护功能。3．细胞质：细胞质基质和细胞器（1）细胞质基质：为代谢提供场所和物质和一定的环境条件，影响细胞的形状、分裂、运动及细胞器的转运等。（2）细胞器：l线粒体（双层膜）：内膜向内突起形成“嵴”，细胞有氧呼吸的主要场所（第二、三阶段），含少量DNA。l叶绿体（双层膜）：只存在于植物的绿色细胞中。类囊体上有色素，类囊体和基质中含有与光合作用有关的酶，是光合作用的场所。含少量的DNA。l内质网（单层膜）：是有机物的合成“车间”，蛋白质运输的通道。l高尔基体（单层膜）：动物细胞中与分泌物的形成有关，植物中与有丝分裂细胞壁的形成有关。l液泡（单层膜）：泡状结构，成熟的植物有大液泡。功能：贮藏（营养、色素等）、保持细胞形态，调节渗透吸水。l核糖体（无膜结构）：合成蛋白质的场所。l中心体（无膜结构）：由垂直的两个中心粒构成，与动物细胞有丝分裂有关。小结：★双层膜的细胞器：线粒体、叶绿体★单层膜的细胞器：内质网、高尔基体、液泡★非膜的细胞器：核糖体、中心体；★含有少量DNA的细胞器：线粒体、叶绿体★含有色素的细胞器：叶绿体、液泡★动、植物细胞的区别：动物特有中心体；高等植物特有细胞壁、叶绿体、液泡。4．细胞核（1）组成：核膜、核仁、染色质（2）核膜：双层膜，有核孔（细胞核与细胞质之间的物质交换通道，RNA、蛋白质等大分子进出必须通过核孔。）（3）核仁：在细胞有丝分裂中周期性的消失（前期）和重建（末期），核糖体中的RNA来自核仁。（4）染色质：被碱性染料染成深色的物质，主要由DNA和蛋白质组成染色质和染色体的关系：细胞中同一种物质在不同时期的两种表现形态（5）功能：是遗传物质DNA的储存和复制的主要场所，是细胞遗传特性和细胞代谢活动的控制中心。（6）原核细胞与真核细胞根本区别：是否具有成形的细胞核（是否具有核膜）5．生物膜系统：在真核细胞中，细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕而成的细胞器，在结构和功能上紧密联系形成的统一整体的结构体系。在细胞与外部环境之间的物质运输、能量转换和信息传递方面，生物系统也发挥重要的作用。6．细胞的完整性：细胞只有保持以上结构完整性，才能完成各种生命活动。第三节物质的跨膜运输一、物质跨膜运输的方式：1、小分子物质跨膜运输的方式：方式浓度载体能量举例意义被动运输简单扩散高→低××O2、CO2、水、乙醇、甘油、脂肪酸只能从高到低被动地吸收或排出物质易化扩散高→低√×葡萄糖进入红细胞主动运输低→高√√各种离子，小肠吸收葡萄糖、氨基酸，肾小管重吸收葡萄糖一般从低到高主动地吸收或排出物质，以满足生命活动的需要。2、大分子和颗粒性物质跨膜运输的方式：大分子和颗粒性物质通过内吞作用进入细胞，通过外排作用向外分泌物质。二、实验：观察植物细胞的质壁分离和复原实验原理：原生质层（细胞膜、液泡膜、两层膜之间细胞质）相当于半透膜，l当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞将失水，原生质层和细胞壁都会收缩，但原生质层伸缩性比细胞壁大，所以原生质层就会与细胞壁分开，发生“质壁分离”。l反之，当外界溶液的浓度小于细胞液浓度时，细胞将吸水，原生质层会慢慢恢复原来状态，使细胞发生“质壁分离复原”。第四章光合作用和细胞呼吸第一节ATP和酶一、ATP1、功能：ATP是生命活动的直接能源物质注：生命活动的主要的能源物质是糖类（葡萄糖）；生命活动的储备能源物质是脂肪。生命活动的根本能量来源是太阳能。2、结构：中文名：腺嘌呤核苷三磷酸（三磷酸腺苷）构成：腺嘌呤—核糖—磷酸基团～磷酸基团～磷酸基团简式：A-P～P～P（A：腺嘌呤核苷；T：3；P：磷酸基团；~：高能磷酸键，第二个高能磷酸键相当脆弱，水解时容易断裂）3、ATP与ADP的相互转化：酶ATPADP＋Pi＋能量注：（1）向右：表示ATP水解，所释放的能量用于各种需要能量的生命活动。向左：表示ATP合成，所需的能量来源于生物化学反应释放的能量。（在人和动物体内，来自细胞呼吸；绿色植物体内则来自细胞呼吸和光合作用）（2）ATP能作为直接能源物质的原因是细胞中ATP与ADP循环转变，且十分迅速。二、酶1、概念：酶通常是指由活细胞产生的、具有催化活性的一类特殊的蛋白质，又称为生物催化剂。（少数核酸也具有生物催化作用，它们被称为“核酶”）。2、特性：催化性、高效性、特异性3、影响酶促反应速率的因素（1）PH:在最适pH下，酶的活性最高，pH值偏高或偏低酶的活性都会明显降低。（PH过高或过低，酶活性丧失）（2）温度:在最适温度下酶的活性最高，温度偏高或偏低酶的活性都会明显降低。（温度过低，酶活性降低；温度过高，酶活性丧失）另外：还受酶的浓度、底物浓度、产物浓度的影响。第二节光合作用一、光合作用的发现u1940美国，鲁宾和卡门（用放射性同位素标记法）：光合作用释放的氧全部来自参加反应的水。（糖类中的氢也来自水）。u1948美国，梅尔文·卡尔文：用标14C标记的CO2追踪了光合作用过程中碳元素的行踪，进一步了解到光合作用中复杂的化学反应。二、实验：提取和分离叶绿体中的色素1、原理：叶绿体中的色素能溶解于有机溶剂（如丙酮、酒精等）。叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。3、方法步骤：（1）提取绿叶中色素：称取绿叶5g→剪碎置于研钵→放入少许SiO2和CaCO3→加入10mL丙酮→充分研磨→过滤→收集滤液（试管口用面塞塞严）（2）制备滤纸条：（3）画滤液细线：（4）分离色素：滤纸条轻轻插入盛有层析液的小烧杯中，用培养皿盖住小烧杯。4、结果分析：色素在滤纸条上的分布如下图：（橙黄色）最快（溶解度最大）（黄色）（蓝绿色）最宽（最多）（黄绿色）最慢（溶解度最小）5、注意：l丙酮的用途是提取（溶解）叶绿体中的色素，l层析液的的用途是分离叶绿体中的色素；l石英砂的作用是为了研磨充分，l碳酸钙的作用是防止研磨时叶绿体中的色素受到破坏；l分离色素时，层析液不能没及滤液细线的原因是滤液细线上的色素会溶解到层析液中；5、色素的位置和功能叶绿体中的色素存在于叶绿体类囊体薄膜上。叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光；胡萝卜素