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组成细胞的分子

第二章　组成细胞的分子

一、本章知识结构

二、新课程标准

1、检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质

2、概述蛋白质的结构和功能

3、简述核酸的结构和功能

4、观察DNA、RNA在细胞中分布

5、概述糖类的种类和作用

6、举例说出脂质的种类和作用

7、说明生物大分子以碳链为骨架

8、说出水和无机盐的作用

三、预测新课标高考热点

1、组成细胞的元素的类别

2、组成细胞的化合物的种类

3、检测实验的实验原理、材料选择、试剂的使用及方法步骤

4、举例说出蛋白质的相对分子质量大。

5、蛋白质是结构和功能最复杂的生物大分子。

6、关于氨基酸的计算

7、蛋白质的空间结构对其功能起决定性作用

8、核酸的基本单位：

核苷酸

9、观察DNA和RNA在细胞中的分布

10、核酸的功能

11、糖类的种类和作用

12、脂质的种类和作用

13、说明生物大分子以碳链为骨架。

14、说出细胞内水的含量、存在形式和生理作用。

15、说出细胞内无机盐的含量存在形式和生理作用。

清单零二

细胞的元素和化合物

一、知识结构：

大量元素：

CHONPSKCaMg

有机物

组成细胞的元素

微量元素：

FeMaCuMoZnB

主要元素：

CHOPNS

细胞的元素和化合物

最多元素：

CHON

基本元素：

C

蛋白质　生命活动的体现者（生命物质）

组成细胞的化合物

核酸　一切生物的遗传物质（遗传物质）

糖类　生命活动的主要能源物质（能源物质）

脂质　生物体主要的储能物质（储能物质）

无机物

水　生物体内最多的化合物

无机盐　对生物体的生命活动有重要作用

二、要点精析

【要点一】正确区分“大量元素”、“微量元素”、“主要元素”和“基本元素”

大量元素包括：

C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。

微量元素包括：

Fe、Mn、Cu、Mo、Zn、B等。

主要元素是指：

C、H、O、P、N、S。

含量最多的元素指：

C、H、O、N。

基本元索是：

C。

【画龙点睛】它们关系如右图所示

【要点二】颜色反应的原理

加热

某些化学试剂能够使生物组织中的有些化合物产生特定的颜色反应

碘液

还原糖+斐林试剂——→砖红色沉淀

苏丹III

苏丹IV

双缩脲试剂

淀粉—————→蓝色

———→　橘黄色

　　　脂肪→

———→　红色

蛋白质———————→紫色

可以根据与某些化学试剂所产生的颜色反应，检测生物组织中还原糖、脂肪或蛋白质的存在。

【画龙点睛】本实验的三类有机物的检测均依据特定的颜色反应。

所以在实验中应特别注意观察检测试剂加入前后的颜色变化，加深印象并做好记录。

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【要点三】实验材料的选择

1、还原糖的检测要选择含糖量较高、颜色较浅或近于白色的材料，这样颜色的反应才明显，如苹果、梨等。

经实验比较，颜色反应的明显程度依次为苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜。

若选用色素较深的材料，对颜色反应会起掩盖作用。

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2、脂肪的检测要选择富含脂肪的材料．如花生、蓖麻等，提前浸泡3～4h，如果是新花生种子，可以不必浸泡。

否则切下的薄片不易成形。

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3、蛋白质检测最好的实验材料是鸡蛋清，其蛋白质含量高，配制的提取液透明，与双缩脲试剂反应后，颜色反应明显．但蛋清要稀释。

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4、淀粉的检测要选择富含淀粉的材料，如面粉、马铃薯块茎等。

【画龙点睛】由于本实验是利用颜色反应检测不同的物质．实验材料的选择是成功的关键。

因此在实验的选材上应注意以下两点：

①材料本身应无色．以免对结果产生干扰；②材料应富含相关物质，使现象更显著。

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【要点四】方法步骤中的注意事项

1、在检测可溶性糖的实验中．对试管中的溶液进行加热时，试管底部不要触及烧杯底部。

另外，试管口不要朝向实验者．以免沸腾的溶液冲出试管，造成烫伤。

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【画龙点睛】结合化学实验有关加热实验的科学性要求，准确掌握操作规程，注意安全。

2、在蛋白质的检测实验中．若用鸡蛋清作实验材料．必须稀释，以免实验后粘住试管，不易洗刷。

3、在检测脂肪的实验中，若用花生种子作实验材料，必须提前浸泡3～4h，浸泡时间短了．不容易切片；浸泡时间过长．则组织太软，切下的薄片不易成形，染色时间不要过长。

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4、检测脂肪时，要用到显微镜。

【要点五】斐林试剂与双缩脲试剂的比较

1、相同点：

两种试剂的成分相似斐林试剂甲液为0.1g╱mLNaOH溶液，乙液为0.05g╱mL的CuSO4溶液；双缩脲试剂A液为0.1g╱m1的NaOH溶液，B液为0.01g／mLCuSO4）液。

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2、不同点：

（1）使用方法不同：

斐林试剂的甲液和乙液要混合均匀后方可使用．而且是现用现配；而双缩脲试剂在使用时，先加A液后加B液。

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【画龙点睛】因为斐林试剂中起实质作用的是新制的Cu（OH）2溶液，斐林试剂配制时间过长，Cu（0H）2悬浊液就沉淀在底部而无法参与反应。

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（2）处理方式不同：

斐林试剂加入组织样液中后需加热方能反应,而双缩脲试剂加入组织样液中不需加热即可反应。

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（3）反应原理与结果不同

△

①还原糖的检测：

因还原糖中含有醛基（—CHO），在碱性溶液中温水浴加热2min后，会被新制Cu（OH）2氧化，使（—CHO）氧化成（—COOH），而Cu（OH）2被还原为Cu2O砖红色沉淀，其反应式如下：

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R—CHO　＋　2Cu（OH）2——→R—COOH　＋　Cu2O↓＋　2H2O　

②蛋白质的检测：

双缩脲反应是指具有两个或两个以上肽键的化合物在碱性条件下可与Cu2+反应，生成紫色的络合物。

因所有蛋白质均含多个肤键，因而均可发生此反应。

反应中先加Na0H溶液的目的就是制造碱性环境。

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【画龙点睛】使用CuSO4时．溶液不能过量，否则CuSO4的蓝色将遮蔽显色反应中产生的紫色。

清单零三

H

︱

R—C—COOH

︱

NH2

生命活动的主要承担者――蛋白质

一、知识结构

含量：

占细胞鲜重的7%~10%，占细胞干重的50%以上

元素组成：

主要由：

CHON4种化学元素，有的还含有S、P

↓种类：

合成生物蛋白质约20种

蛋白质

氨基酸（基本单位）通式：

↓结构特点：

至少含有一个氨基和一个羧基，并且连在同一个C原子

↓结合方式：

脱水缩合反应场所：

核糖体

多肽过程：

n个氨基酸———→N肽+（n－1）H2O结构：

链状（肽链）

↓

结构多样性的原因：

氨基酸种类、数量、排列顺序千变万化，空间结构千差万别

↓构成生物体的重要物质：

如人和动物的肌肉

蛋白质催化作用：

如酶

功能多样性调节作用：

如蛋白类激素

免疫作用：

如抗体

运输作用：

如血红蛋白、载体

二、要点精析

【要点一】氨基酸的结构特点及种类

每个氨基酸分子都具有中心碳原子，至少都有一个氨基和一个羧基连接在该碳原子上。

【画龙点睛】①注意理解“至少”的含义，比如当R基含有氨基或羧基时，这个氨基酸分子就不只有一个氨基和羧基了，同时还要注意氨基酸分子中都有一个氨基和羧基直接连在同一个碳原子上。

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②不同的氨基酸分子具有不同的R基，细胞内构成蛋白质的氨基酸大约20种，在结构上的主要区别就是R基结构的不同。

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③含有氨基和羧基的有机化合物都叫做氨基酸。

天然氨基酸现已发现的有300多种，但作为构成蛋白质的氨基酸大约有20种，氨基酸的结构通式表示见上。

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【要点二】氨基酸、多肽、肽键、肽链和蛋白质的关系

氨基酸是构成蛋白质分子的基本单位。

一个氨基酸分子的羧基（－COOH）与另一个氨基酸分子的氨基（－NH2）脱水缩合形成的化合物叫二肽。

其中连接两个氨基酸分子的那个键（—CO－NH—）叫肽键。

由多个不同种类的氨基酸分子缩合而成的化合物叫多肽，多肽呈链状结构叫肽链。

也就是说肽键是多肽的连接结构，蛋白质是多肽的空间结构。

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【画龙点睛】氨基酸、多肽、肽键、肽链和蛋白质的关系可归纳成下

【要点三】有关氨基酸的计算

设氨基酸的总数为m，肽链数目为n，氨基酸的平均分子量为a。

1、蛋白质形成过程中失去水分子数＝肽键数。

蛋白质所舍氨基酸总数－肽链数＝m，n

2、蛋白质分子完全水解时所需的水分子数－蛋白质形成过程中脱下的水分子数＝m－n

3、氨基酸间脱水缩合时．原来的氨基和羧基已不存在,形成的化合物即多肽的一端只有一个氨基，另一端只有一个羧基（不计R基上的氨基和羧基）。

所以对于一条多肽来说，至少应有的氨基和羧基都是一个。

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4、蛋白质分子中—NH2和—COOH的最少数量等于蛋白质的肽链数

5、计算肽链或蛋白质的相对分子质量：

蛋白质的相对分子质量或肽链的相对分子质量＝氨基酸平均分子质量×氨基酸分子数—脱去的水的分子质量＝蛋白质所含氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量－（蛋白质所含氨基酸数－肽链数）×18＝ma－（m－n）×18资料个人收集整理，勿做商业用途

【画龙点睛】注意在肽链形成蛋白质时，最常见的方式是由两个疏基（－SH）脱氢形成二硫键（－S－S－）。

所以，在计算蛋白质的相对分子质量时．还要再减去形成二硫键时脱去的氢的相对原子质量。

如胰岛素是由51个氨基酸（平均相对分子质量为128）形成如图所示的结构，其相对分子质量的计算过程为：

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（128×51）－（18×49）－（1×6）＝5640

6、核酸中碱基与蛋白质中氨基酸的关系：

组成蛋白质的氨基酸数为m．则mRNA中对应的碱基数至少为3m，DNA中对应的碱基数为6m。

即：

DNA中碱基数目：

mRNA中碱基数目：

蛋白质中氨基酸数目＝6：

3：

1

【要点四】蛋白质的结构

1、化学结构：

由一条或几条多肽链组成，每条多肽链至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基

2、空间结构：

由一条或几条肽链通过一定的化学键（如二硫键）折叠卷曲，形成特定空间结构的蛋白质

3、结构特点：

具有多样性

（1）多样性的原因：

它是由蛋白质分子的复杂结构决定的，蛋白质的结构通常分为四级：

一级结构是指蛋白质分子的多肽链中氨基酸的种类和排列顺序；二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式，在二级结构中主要依靠氢键来维持结构的稳定性；三级结构指二级结构的肽链，按照一定的方式再进一步卷曲、盘绕、折叠成一种更复杂的空间结构；四级结构是指在含有两条或多条肽链的蛋白质中，各条肽链之间依靠静电引力、分子引力、氨基侧链的相互作用，联合成为更复杂的空间结构的大分子。

所以，蛋白质分子的多样性是由氨基酸的种类、数目和排列顺序及千差万别的空间结构所决定的。

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【画龙点睛】导致蛋白质分子结构具有极其多样性的原因只有上述四点。

氨基酸与氨基酸之间的脱水缩合方式在所有蛋白质的形成过程都是相同的资料个人收集整理，勿做商业用途

（2）根本原因：

DNA分子的多样性

（3）意义：

蛋白质的多样性→决定生物的多样性

【要点五】蛋白质的生理功能

1、是构成细胞和生物体结构的基本物质。

例如构成动物和人体的肌肉，构成生物膜、核糖体、染色体等所必需的蛋白质。

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2、是构成细胞和生物体的功能物质

（1）具有催化作用：

例如参与生物体各种生命活动的酶是蛋白质

（2）具有运输作用：

如红细胞中的血红蛋白

（3）具有运动功能：

如肌动蛋白和肌球蛋白：

二者相协调滑动，使肌肉实现收缩，产生运动

（4）具有调节作用：

如胰岛素和生长激素，能调节人体的新陈代谢和生长发育

（5）具有免疫作用：

如动物和人体内的抗体，可以消除外来抗原对身体生理功能的干扰，起到免疫作用

（6）蛋白质也是细胞内的能源物质

【画龙点睛】蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的多肽链，再由一条或几条的多肽链按各自的特殊方式组合成具有生物活性的分子。

由于氨基酸种类、排列顺序和数目及肽链空间结构的不同，就形成了分子结构不同的蛋白质。

蛋白质的分子结构是蛋白质功能的物质基础。

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清单零四

遗传信息的携带者――核酸

一、知识结构

含量：

和糖类一起占细胞鲜重1%~1.5%

核酸

元素组成：

CHONP

组成：

一分子磷酸、一分子五碳糖、一分子含氮碱基

基本单位：

核苷酸→脱氧核苷酸：

组成DNA的基本单位—→主要分布在细胞核

核糖核苷酸：

组成RNA的基本单位—→主要分布在细胞质

　　　功能：

遗传信息的携带者

二、要点精析

【要点一】有关核酸中含氮碱基和核苷酸的种类

核酸是一切生物的遗传物质，包括DNA和RNA两种。

DNA是绝大多数生物的遗传物质，RNA是极少数不含DNA的病毒（如烟草花叶病毒）的遗传物质，DNA和RNA各有4种碱基，其中有3种是相同的（A、G、C）．所以．构成核酸（DNA和RNA）的含氮碱基共有5种，但构成核酸的核苷酸的种类不是共有5种，而应是8种．这是因为DNA的4种核苷酸与RNA的4种核苷酸因核糖和脱氧核糖的差异而不同，不能依据碱基种类进行简单的合并。

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【画龙点睛】可列表比较如右：

【要点二】实验探究：

观察DNA和RNA在细胞中的分布

1、实验原理：

（1）甲基绿和吡罗红两种染色剂对DNA和RNA的亲和力不同，甲基绿使DNA呈现绿色，吡罗红使RNA呈现红色。

利用甲基绿、吡罗红混合染色剂将细胞染色，可以显示DNA和RNA在细胞中的分布。

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（2）盐酸能够改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞，同时使染色体中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合。

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2．注意事项

（1）吡罗红甲基绿染色剂,应该现配现用

（2）水解要注意掌握水温和时间，才能达到水解的目的

（3）注意调节视野的通光亮度。

（4）要漱净口腔再取材，以免口腔食物残渣干扰现象观察。

⑸取口腔上皮时动作不要重，在口腔内侧壁上轻轻刮几下就可以了。

3、结论：

在真核细胞内DNA主要存在于细胞核中，在线粒体、叶绿体中也存在；在细菌等原核生物细胞中，DNA存在于拟核中，细胞质的质粒也有DNA，RNA主要存在细胞质中。

病毒只有一种核酸。

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【画龙点睛】联系可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的检测试验，总结高中学过的显色反应。

　　　1、DNA溶液中加入二苯胺，加热呈蓝色

　　　2、线粒体用健那绿染色呈绿色

　　　3、DNA用甲基绿染色呈绿色

　　　4、RNA用吡罗红染色呈红色

　　　5、参见P7要点二

【要点三】核酸功能

核酸是细胞内携带遗传信息的物质．在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。

细胞核中的DNA是染色体的主要成分．是细胞核中的遗传物质；细胞质中DNA是细胞质中的遗传物质。

RNA是传递遗传信息，核糖休的成分；运输氨基酸的工具。

DNA是绝大多数生物的遗传物质，是遗传信息的载体。

少数病毒只含有RNA，遗传信息储存在RNA中。

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【画龙点睛】有细胞结构的生物遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。

清单零五

细胞中的糖和脂质

一、知识结构

糖类

元素组成：

CHO

单糖：

葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖、半乳糖。

葡萄糖（C6H12O6）常用的能源物质

二糖：

蔗糖、乳糖、麦芽糖（具有还原性）

多糖：

纤维素（细胞壁成分）、淀粉（植物储能物质）、糖原（动物储能物质）

多糖、二糖水解生成单糖，氧化分解生成H2O和CO2和释放能量

　　　功能：

细胞中主要的能源物质

含量：

占细胞鲜重的1%~1.5%

脂质

元素组成：

CHO有的还含有P和N

脂肪：

细胞内良好的储能物质，还可保温及缓冲和减压作用

磷脂：

构成生物膜的主要成分

固醇：

胆固醇、性激素和维生素D等，也是有构成生物膜的成分。

功能：

细胞内的储能物质（脂肪）、膜结构的组成成分（磷脂）

二、要点精析

【要点一】细胞中的能源物质

1、细胞中的糖类、脂肪、蛋白质都含有大量的化学能．氧化分解时可为生命活动供能。

2、主要的能源物质：

糖类。

为生物体提供所需能量的70％以上。

3、主要的储能物质：

脂肪。

含能量高，正常情况下分解较少，主要储存能量。

其他储能物质还有动物细胞中的糖元．植物细胞中的淀粉。

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4、直接能源物质：

ATP。

生命活动所需能量都是由ATP水解提供的，能源物质所含能量都要转移到ATP中才能用于各项生命活动。

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5、最终能量来源：

太阳能。

【画龙点睛】三大能源物质的供能顺序是：

先是糖类氧化供能；当糖类供能不足时．再依次由脂肪、蛋白质供能。

蛋白质除正常代谢中提供部分能量外，一般不供能。

当需要其供能时，说明生物体已病晕或者生命接近终结。

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【要点二】糖类与脂肪供能消耗氧多少

因各有机物中碳、氢、氧三元素的含量不同，故氧化时消耗的氧气量也不同。

脂肪由一个甘油分子和三个脂肪酸分子相结合而成，又称甘油三酯。

其主要生理功能是氧化释放能量，供机体利用，脂肪是最好的贮能物质。

1g脂肪在体内完全氧化所产生的能量为38.87kj，比1g糖或蛋白质氧化产生的能量（17.15kj）高一倍多。

有个关键的原因，即脂肪含碳原子数和氢原子数比氧原子数多得多，以硬脂酸甘油酯为例来计算，则C：

H：

O＝10：

18：

1，而糖分子的C：

H：

O＝1：

2：

1，氧不仅要用来氧化脂肪中的碳，还要用来氧化其中的氢，故脂肪完全氧化需要消耗更多的氧。

所以脂肪氧化产生的能量比糖产生的能量高。

（另外产生的水也多）资料个人收集整理，勿做商业用途

【要点三】糖类的种类、分布及功能

概念

种类

分子式

分布

主要功能

单糖

不能水解的糖

核糖

C5H10O5

动植物细胞

组成核酸的物质

脱氧核糖

C5H10O5

葡萄糖

C6H12O6

重要的能源物质

二糖

水解后能够生成两分子单糖的糖

蔗糖

C12H20O11

植物细胞

水解成单糖

麦芽糖

乳糖

动物细胞

多糖

水解后能够生成多分子单糖的糖

淀粉

（C6H10O5）n

植物细胞

植物细胞中储能物质

纤维素

植物细胞壁的基本组成成分

糖原

动物细胞

动物细胞中储能物质

【要点四】生物大分子以碳链为骨架

多糖、蛋白质等都是生物大分子，它们的基本组成单位称为单体．这种生物大分子又称为单体的多聚体。

每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架．由许多单体连接成多聚体，由此可见．碳原子在组成生物大分子中的重要作用．因此碳被称为“生命的核心元素”，没有碳就没有生命。

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【画龙点睛】碳元素是组成细胞的最基本的元素，碳原子含有6个质子、6个中子和6个电子。

碳原子的4个价电子可与许多原子结合．但主要是与氢、氧、氮及硫结合，也可与其他碳原子形成共价键。

碳碳之间可以单键相结合，也可双键或三键相结合，形成不同长度的链状、分支链状或环状结构，这些结构称为有机物的碳骨架，碳骨架的结构排列和长短以及与碳骨架相连接的某些含N、O、S、P的原子团决定了有机化合物的基本性质。

糖类、脂质、蛋白质、核酸是组成生物体最主要的有机化合物。

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【要点五】生物体内的高分子化合物

（1）细胞内的高分子化合物主要有两类：

核酸和蛋白质。

（2）两大有机高分子化合物的生理功能不同：

核酸是生物的遗传物质，是生物生命活动的最终控制者；蛋白质具有多种生理功能，是生命活动的执行者（体现者）。

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核酸多样性—→蛋白质多样性—→生物多样性

（3）两大高分子化合物间的关系：

核酸——→合成蛋白质。

（4）核酸和蛋白质的结构与种类有种的差异性，因而可以从分子水平上，通过分析不同物种的核酸和蛋白质来区分或判断不同物种间的亲缘关系，也可用于刑事案件的侦破或亲子鉴定。

生物体内的水、无机盐、糖类、脂质、氨基酸等则不具有物种差异性。

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清单零六

细胞中的无机物

一、知识结构

　　　　　　　　　　含量：

占细胞鲜重的85%~90%

水

存在形式及作用

　　　　　　　　　　　　　　　结合水：

细胞结构的重要组成成分

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　细胞内良好的溶剂

组成细胞的无机化合物

自由水

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　参与许多生物化学反应

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　为多细胞生物的大多数细胞提供液体环境

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　运输营养物质和代谢废物

无机盐

含量：

占细胞鲜重1%~1.5%

存在形式：

细胞中大多数无机盐以离子的形式存在

作用

对于维持细胞和生物体的生命活动的重要作用。

如哺乳动物血液中钙离子浓度的含量太低，会出现抽搐等症状。

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对于维持细胞的酸碱平衡非常重要

二、要点精析

【要点一】自由水和结合水与新陈代谢的关系

1、自由水在细胞中的含量较多，变动幅度也较大。

自由水提供代谢的液态环境，完成体内的物质运输．有时本身也参与代谢反应．因而自由水能促使代谢正常进行。

失去自由水，细胞仍保持活性，但代谢强度很低，如晒干的种子再加热失去结合水后，则永远不能萌发。

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2、在细胞中结合水的绝对量是基本不变的，但也会受温度的影响，在一定的温度范围内，温度高些，结合水相对少一些；反之，温度低一些．结合水相对多一些。

如果温度过高，失去结合水会破坏细胞结构，细胞会死亡．如植物的种子，在太阳下晒干，蒸发掉的即是自由水．结合水不会被蒸发掉．所以种子还是活的。

如果放到锅里炒下，将结合水蒸发掉，种子就会死了。

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3、结合水在细胞内与其他物质相结合，含量比较稳定，不易散失；自由水以游离的形式存在于细胞质基质和液泡等部分。

不同的细胞在不同的发育时期，细胞内自由水的含量有很大差异；一般地，代谢旺盛的细胞，自由水含量高；处于休眠状态的细胞，自由水含量一般较低；抗旱性强的植物，结合水的含量高。

随着机体代谢情况的变化，自由水和结合水可发生转化。

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细胞内的结合水，一般吸附在大分子物质上，如淀粉、蛋白质、纤维素分子的表面形成水合物，组成细胞的成分。

自由水则在细胞的液态环境中自由流动。

通常说除去细胞内的水分主要指去掉自由水，主要采用晒干的办法；若要除去结合水，通常采用烘烤、燃烧的方法，则构成细胞的化合物及细胞的结构就被破坏。

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【画龙点睛】通常说除去细胞内的水分主要指去掉自由水，主要采用晒干的办法，若要除去结合水，通常采用烘烤、燃烧的方法，则构成细胞的化合物及细胞的结构就要破坏。

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【要点二】细胞中的无机盐

细胞中的无机盐大多数以离子状态存在，如Na＋、K＋、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Cl－、SO42－、PO43－等。

无机盐在细胞中含量虽然较少,但有多方面的重要作用。

如PO43－、H2PO4－是核苷酸、ATP、磷脂等化合物的重要组成成分。

Ca2+是动物骨骼和牙齿（CaCO3）的成分，并对血液的凝固