第2章组成细胞的分子

第二章组成细胞的化合物专题复习章节概述本专题内容包括《组成细胞的分子》。主要介绍了蛋白质的结构和功能、糖类、脂质的种类和作用、水和无机盐的作用。该部分内容作为高中生物的基础，为以后细胞结构和细胞代谢的学习提供了知识基础，因此需要学生熟练掌握。其中对于蛋白质、核酸、糖类、脂质的要求在课程标准中都是理解层次。对于组成细胞的化合物，应当引导学生学会采用比较法进行归纳总结，尤其是蛋白质和核酸。在近几年的高考中与本专题有关的内容屡有出现，通常以选择题或简答题的形式呈现。目标认知学习目标：蛋白质、核酸的结构和功能；糖类、脂质的种类和作用；水和无机盐的作用重点：蛋白质、核酸、糖类、脂质的比较难点：蛋白质的结构和功能知识要点梳理知识网络图：知识链接：细胞中的化学元素和化合物主要介绍组成生物的大量元素、微量元素、主要元素、基本元素、最基本元素的种类，组成生物体的化合物的种类和含量，以及生物界和非生物界的统一性和差异性蛋白质和核酸介绍了氨基酸和核苷酸的种类和基本结构，并且讲述通过基本单位形成大分子蛋白质和核酸的空间结构的变化，体现了结构和功能的统一性细胞中的糖类和脂质介绍了细胞中糖类和脂质的种类，并且介绍了各种类的主要功能和在生物体内的分布细胞中的无机物主要讲述了细胞中的水和无机盐的含量、存在形式和生理功能知识结构梳理：组成生命有机体的化学元素组成生命有机体的基本元素主要有4种：C、H、O、N。占组成元素总量的90％。在组成生命的元素中，根据其含量的多少分为大量元素和微量元素。大量元素有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等，其中C、H、O、N、P、S占95％；微量元素有Fe、Mn、Zn、Cu、B、Cl、Mo等。归纳起来化学元素的基本功能是：①是组成原生质的成分，如C、H、O、N、P、S等，约占原生质总量的95％以上；②是多种化合物的组成成分，如蛋白质、糖类、核酸、脂肪等；③也有一些元素能影响生物体的生命活动。无机盐的功能无机盐在动物体内的作用可以归纳为两点：一是动物体的结构成分；二是对动物体的生命活动具有调节作用。如：N是蛋白质的组织成分，参与细胞和生物体的结构。酶是蛋白质，某些激素也是蛋白质，这些物质对生命活动具有调节作用，所以N也参与了生命活动的调节。P是核酸的组织成分，也是磷脂的组成成分，参与了细胞和生物体的结构。ATP中含磷酸，所以磷酸也参与了动物体内的能量代谢过程。Na在动物体内是一种必需元素，主要以离子状态存在。但在植物体内不是必需元素。Na+可以促进小肠绒毛上皮细胞对葡萄糖和氨基酸的吸收。在神经冲动的发生和传导过程中起重要作用。Ca在动物体内即是一种结构成分（如骨骼和牙齿中主要是钙盐），人对生命活动也具有调节作用，如哺乳动物血液中的Ca2+浓度过低，动物就会出现抽搐；血液中的Ca2+具有促进血液凝固的作用如果用柠檬酸钠或草酸钠除掉血液中的Ca2+,血液就不会发生凝固。人体长期缺钙，幼儿会得佝楼病，成年人会得骨质疏松症。预防和治疗的办法是服用活性钙和维生素D。Fe在哺乳动物体内是血红蛋白的一种成分，没有Fe就不能合成血红蛋白。血红蛋白中的Fe是二价铁，三价铁是不能利用的。铁都是以二价铁离子的形式被吸收的。铁也是某些酶的活化中心。自由水、结合水和代谢水水在生物体细胞内的存在有两种形式：自由水和结合水。自由水在细胞内、细胞之间、生物体内可以自由流动，是良好的溶剂，可溶解许多物质；可以参与物质代谢，如输送新陈代谢所需物质和代谢废物。自由水的含量会影响细胞代谢强度，含量越大，新陈代谢越旺盛，如在贮藏种子时晒干主要损失自由水，降低了细胞的代谢强度，从而有利于有机物的保存。结合水在生物体内或细胞内与蛋白质、多糖等物质相结合，失去流动性。结合水是细胞结构的重要组成成分，不能溶解其他物质，不参与代谢作用。结合水赋予各种组织、器官一定形状、硬度和弹性，因此某些组织器官的含水量虽多，仍呈现坚韧的状态。自由水和结合水在一定条件下可以相互转化，如血液凝固时，部分自由水转变成结合水。代谢水是指生物土体内的糖类、脂类和蛋白质等有机物在机体内进行新陈代谢过程中通过氧化产生的水，代谢水在人和动物体内具有重要作用，如成人每天约排出300毫升的代谢水，以维持内环境的平衡。又如鸟胚胎在封闭的卵壳内发育成雏鸟所需的水，就是靠鸟蛋中贮藏的营养物质氧化产生的水。蛋白质的主要理化性质(1)两性：因为蛋白质是氨基酸通过肽键构成的高分子化合物，分子内存在一NH2和一COOH，所以蛋白质具有酸碱两性。(2)盐析：由于蛋白质分子的直径达到了胶体微粒的大小，所以蛋白质溶液是胶体。加入浓的无机盐溶液可以使蛋白质从溶液中沉淀出来，这个过程叫盐析。盐析作用主要破坏蛋白质的水化层，所以当盐析沉淀出的蛋白质重新用水处理时，沉淀重新溶解，性质不变。所以盐析是可逆反应。利用此法可以分离、提取蛋白质。(3)变性和凝固：蛋白质分子在一定的物理或化学因素的影响下，其分子结构发生改变，从而改变蛋白质的性质，这个变化叫蛋白质的变性。蛋白质变性后就失去了生理活性，也不再溶于水，从溶液中凝结沉淀出来，这个过程叫蛋白质的凝固。高温灭菌消毒，就是利用加热使蛋白质凝固从而使细胞死亡。(4)水解反应：蛋白质在酸、碱或酶的作用下，能生成一系列的中间产物，最后生成氨基酸。(5)显色反应：蛋白质可以跟许多试剂发生颜色反应。例如分子中有苯环的蛋白质与硝酸作用时呈黄色。蛋白质与双缩脲试剂反应显紫色等。多肽和蛋白质的区别（1）多肽和蛋白质的结构有区别。多肽仅仅是蛋白质的一级结构形式，而蛋白质具有一定的空间结构。（2）从核糖体中合成出的结构是具有一定氨基酸结构的多肽链。（3）蛋白质是由多肽链和其他物质结合而成的，多肽只是多个氨基酸残基的集合体糖类的功能狭义的糖类是指单纯碳水化合物，元素组成是C、H、O。但在生物体内有许多糖类还与蛋白质和脂类结合在一起，形成糖蛋白和糖脂，在生物体内执行一些特殊的生理功能。糖蛋白和糖脂主要在生物膜上，特别是细胞膜，在细胞识别、免疫等方面有重要功能。糖类的基本功能有两点：一是生命活动的主要能源物质，生物体进行生命活动的所需能量的70％以上是由糖类提供的；二是构成细胞和生物体的结构成分，如五碳糖是核酸的成分，纤维素是细胞壁的成分等。脂质的元素组成、种类及功能种类功能备注脂肪贮存能量，保温贮备能源，贮存在皮下、肠系膜等处磷脂是组成细胞膜的成分神经组织、卵和大豆中含量较多醇胆固醇是生物膜的组成成分之一，对维持膜的正常的流动性有重要作用胆固醇在人体有一个正常含量，过高会导致血管硬化、高血压等性激素促进生殖胞的形成和生殖器官的发育，激发并维持第二性征有雌性激素和雄性激素二类，雌性激素由卵巢分泌，雄性激素由睾丸分泌维生素D促进小肠对钙和磷的吸收和利用VD可预防和治疗佝偻病、骨质疏松症等人的皮肤的表皮中有7—去氢胆固醇，在紫外线照射下，通过酶的作用可转化成VD与能量有关的化合物在细胞中，糖类、脂肪、蛋白质都是有机物且含量较多，贮存着大量的化学能。当其被氧化分解时，这些化学能就释放出来，供生命活动所利用，因此它们都是能源物质。但在正常情况下，糖类分解供能约占总能量的70％以上，因此，糖类是生命活动的主要能源物质。具体地说，葡萄糖是细胞内的重要能源物质，糖类中的淀粉是植物细胞中贮存能量的物质，糖元是动物细胞中贮存能量的物质。脂肪分子中贮存的能量多(每克糖类或蛋白质完全氧化时放出17.15KJ的能量，每克脂肪完全氧化时放出38．91KJ的能量，是同质量的糖类、蛋白质的2倍还多)，是理想的贮能物质，所以脂肪主要是生物体的贮能物质。蛋白质在细胞内主要是结构物质和调节物质，虽也少量地分解供能，但供能比例小，所以是能源物质，但不是主要能源物质。若动物长时间严重饥饿，就会大量分解蛋白质作为能源物质，但这样会破坏细胞和生物体的基本结构，使生物体不能维持正常的新陈代谢，从而危及生命。细胞中还有高能化合物如ATP，它们的分子中有高能键。ATP水解时可放出较多的能量，直接为生命活动供能，所以ATP是直接能源物质。规律方法指导DNA与RNA的比较基本单位分布场所染色试剂五碳糖碱基磷酸DNA脱氧核糖ATGC磷酸主要细胞核甲基绿RNA核糖AUGC磷酸主要在细胞质吡罗红糖类和脂类的比较元素组成含量种类功能糖类C、H、O很少单糖：葡萄糖、果糖、脱氧核糖、核糖二糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖多糖：淀粉、纤维素、糖原细胞的重要组成成分。生命活动的主要能源物质脂类C、H、O（很多种类还含N、P等元素）1％～2％脂肪储备能源（动物）、维持体温等类脂（磷脂）是构成生物膜的重要成分固醇（胆固醇、性激素等）调节新陈代谢和生殖等生命活动氨基酸、肽键、失去水分子数及多肽的相对分子质量：氨基酸平均相对分子质量氨基酸数目肽键数目脱去水分子数多肽相对分子质量氨基数目羧基数目1条肽链amm－1m－1Ma－18（m－1）至少一个至少一个N条肽链amm－nm－nMa－18（m－n）至少n个至少n个氨基酸及其相关计算①构成生物体的氨基酸主要约20种。其中人体内的必需氨基酸有8种。②当n个氨基酸缩合成一条肽链时，脱去的水分子数＝肽键数＝n-1。当n个氨基酸形成m条肽链时，脱去的水分子数＝肽键数＝n-m。③当n个不同氨基酸相互间缩合成多肽时，可以有n+1种排列方式。④蛋白质的分子量计算公式：n×a-(n-m)×18-2b(其中n为氨基酸个数，a为氨基酸平均分子量，m为多肽链条数，b为二硫键数)。⑤多肽链中的氨基酸残基数与相对应信使RNA及DNA片段中碱基数目之间的比例关系为1：3：6。核酸中核苷酸的数目和含氮碱基的数目的计算脱氧核苷酸是组成DNA的基本单位，因有4种不同的含氮碱基(A、T、G、C)而分为4种，核糖核苷酸是组成RNA的基本单位，因含有4种不同的含氮碱基(A、U、G、C)也分为4种。由此可见：DNA和RNA分子中有3种相同的含氮碱基（A、G、C），并各有一种不同的含氮碱基（T、U），所以组成核酸(DNA和RNA)的碱基数目共有5种(A、C、C、T、U)。因为DNA含有脱氧核糖，RNA含有核糖，且脱氧核糖和核糖是相差一个氧原子的不同物质，因此DNA的4种核苷酸与RNA的4种核苷酸是各自独立的，不能依据含氮碱基的相同与否进行简单的合并计算，应把各自的4种核苷酸相加，所以组成核酸的核苷酸种类共有8种。经典例题透析1组成玉米和人体的最基本元素是（）A．氢元素B．氧元素C．氮元素D．碳元素解析：在组成生物体的大量元素中，C、H、O、N四种元素含量最多，属于基本元素。而碳原子由于本身的化学性质，使它能够通过化学键连接成链或环，从而形成各种生物大分子。因此碳元素是最基本的元素。参考答案：D2某22肽被水解成1个4肽，2个3肽，2个6肽，则这些短肽的氨基总数的最小值及肽键总数依次是（）A、618B、518C、517D、617解析：每条短肽至少有一个氨基（不包括R基上的氨基），共有5个短肽，所以这些短肽氨基总数的最小值是5个；肽链的肽键数为n－1,所以肽键数为（4－1）＋2×（3－1）＋2×（6－1）=17。参考答案：C3纤维素被称为第七营养素．食物中的纤维素虽然不能为人体提供能量，但能促进肠道蠕动、吸附排出有害物质．从纤维素的化学成分看，它是一种（）A．二糖B．多糖C．氨基酸D．脂肪解析：糖类物质是生物体的主要能源物质，包括多糖、二糖、单糖等。单糖主要是五碳糖和六碳糖，主要参与生物体的结构组成和能量供应；二糖则是某些生物体内的一类特定产物，如发芽小麦中的麦芽糖，动物乳汁中的乳糖等；多糖中淀粉和糖原分别是动植物体内的贮存能量的物质，而纤维素则主要参与植物细胞壁的构成，但有些时候也可以被某些微生物分解利用，如植食性动物牛、羊体内一般都具有分解纤维素的微生物与之共生。同时纤维素进入人体消化道后，也有助于营养物质的消化。参考答案：B4蛋白质和多肽的主要区别是（）A、蛋白质具有一定的空间结构B、蛋白质的氨基酸比多肽多C、蛋白质的相对分子质量比多肽大D、蛋白质能水解成多种氨基酸解析：蛋白质和多肽的区别主要有两方面：(1)数量区别。一个蛋白质分子可以由一条肽链构成，也可以由几条肽链共同组成。（2）