第二章 組成細(xì)胞的分子

1、第二章組成細(xì)胞的分子知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖第1節(jié) 細(xì)胞中的元素和化合物 大量元素： C H O N P S K Ca Mg 有機(jī)物組成細(xì)胞的元素 微量元素：Fe Mn Zn Cu B Mo 主要元素：C H O N P S細(xì)胞的元素和化合物最多元素：O C H N(O最多)基本元素：C蛋白質(zhì)生命活動(dòng)的體現(xiàn)者（生命物質(zhì)）組成細(xì)胞的化合物核酸一切生物的遺傳物質(zhì)（遺傳物質(zhì)）糖類生命活動(dòng)的主要能源物質(zhì)（能源物質(zhì)）脂質(zhì)生物體主要的儲(chǔ)能物質(zhì)（儲(chǔ)能物質(zhì)）無機(jī)物水生物體內(nèi)最多的化合物無機(jī)鹽對(duì)生物體的生命活動(dòng)有重要作用加熱顏色反應(yīng)的原理 碘液 還原糖+斐林試劑磚紅色沉淀蘇丹III蘇丹IV雙縮脲試劑 淀粉藍(lán)色 橘黃色脂肪 紅

2、色 蛋白質(zhì)紫色在實(shí)驗(yàn)的選材上應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：材料本身應(yīng)無色以免對(duì)結(jié)果產(chǎn)生干擾；材料應(yīng)富含相關(guān)物質(zhì)，使現(xiàn)象更顯著。斐林試劑與雙縮脲試劑的比較1、相同點(diǎn)： 兩種試劑的成分相似斐林試劑甲液為0. 1gmLNaOH溶液，乙液為0.05gmL的CuSO4溶液；雙縮脲試劑A液為0.1gm1的NaOH溶液，B液為0. 01gmLCuSO4)液。2、不同點(diǎn)： (1)使用方法不同：斐林試劑的甲液和乙液要混合均勻后方可使用而且是現(xiàn)用現(xiàn)配；而雙縮脲試劑在使用時(shí)，先加A液后加B液。 (2)處理方式不同：斐林試劑需加熱方能反應(yīng),而雙縮脲試劑不需加熱即可反應(yīng)。 (3)反應(yīng)原理與結(jié)果不同 還原糖的檢測(cè)：還原糖在溫水浴加熱2

3、min后，會(huì)被新制Cu(OH)2氧化，使（CHO)氧化成（COOH)，而Cu(OH)2被還原為Cu2O磚紅色沉淀。蛋白質(zhì)的檢測(cè)：蛋白質(zhì)在堿性條件下可與Cu2+反應(yīng)，生成紫色的絡(luò)合物。反應(yīng)中先加Na0H溶液的目的就是制造堿性環(huán)境。第2節(jié) 生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者蛋白質(zhì)含量：占細(xì)胞鮮重的7%10%，占細(xì)胞干重的50%以上（最多的有機(jī)物） 元素組成：主要由：C H O N4種化學(xué)元素，有的還含有S、P 種類：合成生物蛋白質(zhì)約20種蛋白質(zhì) 氨基酸(基本單位) 通式：（右圖）不同的氨基酸是由R基決定的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：至少含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，并且連在同一個(gè)碳原子上 結(jié)合方式：脫水縮合 反應(yīng)場(chǎng)所：核糖體 多 肽

4、 過程：n個(gè)氨基酸N肽 + (n1)H2O 結(jié)構(gòu)：鏈狀(肽鏈) 結(jié)構(gòu)多樣性的原因：氨基酸種類、數(shù)量、排列順序千變?nèi)f化，肽鏈空間結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別 構(gòu)成生物體的重要物質(zhì)：如人和動(dòng)物的肌肉 蛋白質(zhì) 催化作用：如酶 功能多樣性 調(diào)節(jié)作用：如蛋白類激素（胰島素、生長(zhǎng)激素等分泌蛋白） 免疫作用：如抗體（也是分泌蛋白） 運(yùn)輸作用：如血紅蛋白、載體氨基酸、多肽、肽鍵、肽鏈和蛋白質(zhì)的關(guān)系氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)分子的基本單位。一個(gè)氨基酸分子的羧基(COOH)與另一個(gè)氨基酸分子的氨基(NH2)脫水縮合形成的化合物叫二肽。其中連接兩個(gè)氨基酸分子的那個(gè)鍵(CONH)叫肽鍵。由多個(gè)不同種類的氨基酸分子縮合而成的化合物叫多肽，多肽

5、呈鏈狀結(jié)構(gòu)叫肽鏈。也就是說肽鍵是多肽的連接結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)是多肽的空間結(jié)構(gòu)?！疽c(diǎn)三】有關(guān)氨基酸的計(jì)算 設(shè)氨基酸的總數(shù)為m，肽鏈數(shù)目為n，氨基酸的平均分子量為a。1、蛋白質(zhì)形成過程中失去水分子數(shù)肽鍵數(shù)蛋白質(zhì)所含氨基酸總數(shù)肽鏈數(shù)mn2、蛋白質(zhì)分子完全水解時(shí)所需的水分子數(shù)蛋白質(zhì)形成過程中失去水分子數(shù)mn3、對(duì)于一條多肽來說，至少應(yīng)有的氨基和羧基都是一個(gè)。(分別在首和尾位置)4、計(jì)算肽鏈或蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量：ma（mn）×18注意在肽鏈形成蛋白質(zhì)時(shí)，最常見的方式是由兩個(gè)硫基(SH)脫氫形成二硫鍵(SS)。所以，在計(jì)算蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)還要再減去形成二硫鍵時(shí)脫去的氫的相對(duì)原子質(zhì)量（每形成一

6、個(gè)二硫鍵脫去兩個(gè)H）。如胰島素是由51個(gè)氨基酸(平均相對(duì)分子質(zhì)量為128)形成如圖所示的結(jié)構(gòu)（由A、B兩條肽鍵構(gòu)成），其相對(duì)分子質(zhì)量的計(jì)算過程為：(128×51)(18×49)(1×6)5640蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)1、化學(xué)結(jié)構(gòu)：由一條或幾條多肽鏈組成，每條多肽鏈至少含有一個(gè)游離的氨基和一個(gè)游離的羧基2、空間結(jié)構(gòu)：由一條或幾條肽鏈通過一定的化學(xué)鍵(如二硫鍵)折疊卷曲，形成特定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)3、具有多樣性原因：直接原因是種類、數(shù)目、次序、空間結(jié)構(gòu)，根本原因是DNA分子的多樣性4、蛋白質(zhì)的多樣性決定生物的多樣性5.由3個(gè)不同的氨基酸構(gòu)成的三肽種類：3×2×

7、16種由3種氨基酸構(gòu)成的三肽種類：3×3×327種第3節(jié) 遺傳信息的攜帶者核酸 含量：和糖類一起占細(xì)胞鮮重1%1.5% 元素組成：C H O N P核酸 組成：一分子磷酸、一分子五碳糖、一分子含氮堿基 基本單位：核苷酸脫氧核苷酸：組成DNA的基本單位主要分布在細(xì)胞核 核糖核苷酸：組成RNA的基本單位主要分布在細(xì)胞質(zhì) 功能：遺傳信息的攜帶者 有關(guān)核酸中含氮堿基和核苷酸的種類 核酸是一切生物的遺傳物質(zhì)，包括DNA和RNA兩種。DNA是絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)，RNA是極少數(shù)不含DNA的病毒(如煙草花葉病毒)的遺傳物質(zhì)，DNA和RNA各有4種堿基，其中有3種是相同的(A、G、C)所

8、以構(gòu)成核酸(DNA和RNA)的含氮堿基共有5種，但構(gòu)成核酸的核苷酸的種類不是共有5種，而應(yīng)是8種這是因?yàn)镈NA的4種核苷酸與RNA的4種核苷酸因核糖和脫氧核糖的差異而不同，不能依據(jù)堿基種類進(jìn)行簡(jiǎn)單的合并?？闪斜肀容^如右：實(shí)驗(yàn)探究：觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布 1、實(shí)驗(yàn)原理： (1)甲基綠和吡羅紅兩種染色劑對(duì)DNA和RNA的親和力不同，甲基綠使DNA呈現(xiàn)綠色，吡羅紅使RNA呈現(xiàn)紅色。利用甲基綠、吡羅紅混合染色劑將細(xì)胞染色，可以顯示DNA和RNA在細(xì)胞中的分布。 (2)鹽酸能夠改變細(xì)胞膜的通透性，加速染色劑進(jìn)入細(xì)胞，同時(shí)使染色體中的DNA與蛋白質(zhì)分離，有利于DNA與染色劑結(jié)合。有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物

9、遺傳物質(zhì)是DNA，病毒的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA。細(xì)胞中的糖和脂質(zhì)糖類 元素組成：C H O 單糖：葡萄糖、果糖、核糖、脫氧核糖、半乳糖。葡萄糖(C6H12O6) 常用的能源物質(zhì) 二糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖(具有還原性) 多糖：纖維素(細(xì)胞壁成分)、淀粉(植物儲(chǔ)能物質(zhì))、糖原(動(dòng)物儲(chǔ)能物質(zhì)) 多糖、二糖水解生成單糖，氧化分解生成H2O和CO2和釋放能量 功能：細(xì)胞中主要的能源物質(zhì) 含量：占細(xì)胞鮮重的1%1.5%脂質(zhì)元素組成：C H O 有的還含有P和N脂肪：細(xì)胞內(nèi)良好的儲(chǔ)能物質(zhì)，還可保溫及緩沖和減壓作用 磷脂：構(gòu)成生物膜的主要成分 固醇：膽固醇、性激素和維生素D等，也是有構(gòu)成生物膜的成分。 功能

10、：細(xì)胞內(nèi)的儲(chǔ)能物質(zhì)（脂肪）、膜結(jié)構(gòu)的組成成分（磷脂）【要點(diǎn)一】細(xì)胞中的能源物質(zhì)1、細(xì)胞中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)都含有大量的化學(xué)能氧化分解時(shí)可為生命活動(dòng)供能。2、主要的能源物質(zhì)：糖類。為生物體提供所需能量的70以上。3、主要的儲(chǔ)能物質(zhì)：脂肪。含能量高，正常情況下分解較少，主要儲(chǔ)存能量。其他儲(chǔ)能物質(zhì)還有動(dòng)物細(xì)胞中的糖元植物細(xì)胞中的淀粉。4、直接能源物質(zhì)：ATP。生命活動(dòng)所需能量都是由ATP水解提供的，能源物質(zhì)所含能量都要轉(zhuǎn)移到ATP中才能用于各項(xiàng)生命活動(dòng)。5、最終能量來源：太陽(yáng)能?！井孆堻c(diǎn)睛】 三大能源物質(zhì)的供能順序是：先是糖類氧化供能；當(dāng)糖類供能不足時(shí)再依次由脂肪、蛋白質(zhì)供能。蛋白質(zhì)除正常代謝中提

11、供部分能量外，一般不供能。當(dāng)需要其供能時(shí)，說明生物體已病暈或者生命接近終結(jié)。【要點(diǎn)二】糖類與脂肪供能消耗氧多少因各有機(jī)物中碳、氫、氧三元素的含量不同，故氧化時(shí)消耗的氧氣量也不同。脂肪由一個(gè)甘油分子和三個(gè)脂肪酸分子相結(jié)合而成，又稱甘油三酯。其主要生理功能是氧化釋放能量，供機(jī)體利用，脂肪是最好的貯能物質(zhì)。1g脂肪在體內(nèi)完全氧化所產(chǎn)生的能量為38. 87kj，比1g糖或蛋白質(zhì)氧化產(chǎn)生的能量(17.15kj)高一倍多。有個(gè)關(guān)鍵的原因，即脂肪含碳原子數(shù)和氫原子數(shù)比氧原子數(shù)多得多，以硬脂酸甘油酯為例來計(jì)算，則C：H：O10：18：1，而糖分子的C：H：O1： 2：1，氧不僅要用來氧化脂肪中的碳，還要用來氧

12、化其中的氫，故脂肪完全氧化需要消耗更多的氧。所以脂肪氧化產(chǎn)生的能量比糖產(chǎn)生的能量高。（另外產(chǎn)生的水也多）【要點(diǎn)三】糖類的種類、分布及功能概念種類分子式分布主要功能單糖不能水解的糖核糖C5H10O5動(dòng)植物細(xì)胞組成核酸的物質(zhì)脫氧核糖C5H10O5葡萄糖C6H12O6重要的能源物質(zhì)二糖水解后能夠生成兩分子單糖的糖蔗糖C12H20O11植物細(xì)胞水解成單糖麥芽糖乳糖動(dòng)物細(xì)胞多糖水解后能夠生成多分子單糖的糖淀粉（C6H10O5）n植物細(xì)胞植物細(xì)胞中儲(chǔ)能物質(zhì)纖維素植物細(xì)胞壁的基本組成成分糖原動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞中儲(chǔ)能物質(zhì)【要點(diǎn)四】生物大分子以碳鏈為骨架多糖、蛋白質(zhì)等都是生物大分子，它們的基本組成單位稱為單體這種

13、生物大分子又稱為單體的多聚體。每一個(gè)單體都以若干個(gè)相連的碳原子構(gòu)成的碳鏈為基本骨架由許多單體連接成多聚體，由此可見碳原子在組成生物大分子中的重要作用因此碳被稱為“生命的核心元素”，沒有碳就沒有生命。【畫龍點(diǎn)睛】碳元素是組成細(xì)胞的最基本的元素，碳原子含有6個(gè)質(zhì)子、6個(gè)中子和6個(gè)電子。碳原子的4個(gè)價(jià)電子可與許多原子結(jié)合但主要是與氫、氧、氮及硫結(jié)合，也可與其他碳原子形成共價(jià)鍵。碳碳之間可以單鍵相結(jié)合，也可雙鍵或三鍵相結(jié)合，形成不同長(zhǎng)度的鏈狀、分支鏈狀或環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)稱為有機(jī)物的碳骨架，碳骨架的結(jié)構(gòu)排列和長(zhǎng)短以及與碳骨架相連接的某些含N、O、S、P的原子團(tuán)決定了有機(jī)化合物的基本性質(zhì)。糖類、脂質(zhì)、蛋

14、白質(zhì)、核酸是組成生物體最主要的有機(jī)化合物?！疽c(diǎn)五】生物體內(nèi)的高分子化合物 (1)細(xì)胞內(nèi)的高分子化合物主要有兩類：核酸和蛋白質(zhì)。 (2)兩大有機(jī)高分子化合物的生理功能不同：核酸是生物的遺傳物質(zhì)，是生物生命活動(dòng)的最終控制者；蛋白質(zhì)具有多種生理功能，是生命活動(dòng)的執(zhí)行者(體現(xiàn)者)。 核酸多樣性蛋白質(zhì)多樣性生物多樣性 (3)兩大高分子化合物間的關(guān)系：核酸合成蛋白質(zhì)。 (4)核酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與種類有種的差異性，因而可以從分子水平上，通過分析不同物種的核酸和蛋白質(zhì)來區(qū)分或判斷不同物種間的親緣關(guān)系，也可用于刑事案件的偵破或親子鑒定。生物體內(nèi)的水、無機(jī)鹽、糖類、脂質(zhì)、氨基酸等則不具有物種差異性。 清單零六細(xì)

15、胞中的無機(jī)物一、知識(shí)結(jié)構(gòu)含量：占細(xì)胞鮮重的85%90%水存在形式及作用結(jié)合水：細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分細(xì)胞內(nèi)良好的溶劑組成細(xì)胞的無機(jī)化合物自由水參與許多生物化學(xué)反應(yīng)為多細(xì)胞生物的大多數(shù)細(xì)胞提供液體環(huán)境運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物無機(jī)鹽 含量：占細(xì)胞鮮重1%1.5% 存在形式：細(xì)胞中大多數(shù)無機(jī)鹽以離子的形式存在作用 對(duì)于維持細(xì)胞和生物體的生命活動(dòng)的重要作用。如哺乳動(dòng)物血液中鈣離子濃度的含量太低，會(huì)出現(xiàn)抽搐等癥狀。 對(duì)于維持細(xì)胞的酸堿平衡非常重要二、要點(diǎn)精析【要點(diǎn)一】自由水和結(jié)合水與新陳代謝的關(guān)系1、 自由水在細(xì)胞中的含量較多，變動(dòng)幅度也較大。自由水提供代謝的液態(tài)環(huán)境，完成體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸有時(shí)本身也參與代謝

16、反應(yīng)因而自由水能促使代謝正常進(jìn)行。失去自由水，細(xì)胞仍保持活性，但代謝強(qiáng)度很低，如曬干的種子再加熱失去結(jié)合水后，則永遠(yuǎn)不能萌發(fā)。2、在細(xì)胞中結(jié)合水的絕對(duì)量是基本不變的，但也會(huì)受溫度的影響，在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度高些，結(jié)合水相對(duì)少一些；反之，溫度低一些結(jié)合水相對(duì)多一些。如果溫度過高，失去結(jié)合水會(huì)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，細(xì)胞會(huì)死亡如植物的種子，在太陽(yáng)下曬干，蒸發(fā)掉的即是自由水結(jié)合水不會(huì)被蒸發(fā)掉所以種子還是活的。如果放到鍋里炒下，將結(jié)合水蒸發(fā)掉，種子就會(huì)死了。3、結(jié)合水在細(xì)胞內(nèi)與其他物質(zhì)相結(jié)合，含量比較穩(wěn)定，不易散失；自由水以游離的形式存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和液泡等部分。不同的細(xì)胞在不同的發(fā)育時(shí)期，細(xì)胞內(nèi)自由水的含

17、量有很大差異；一般地，代謝旺盛的細(xì)胞，自由水含量高；處于休眠狀態(tài)的細(xì)胞，自由水含量一般較低；抗旱性強(qiáng)的植物，結(jié)合水的含量高。隨著機(jī)體代謝情況的變化，自由水和結(jié)合水可發(fā)生轉(zhuǎn)化。 細(xì)胞內(nèi)的結(jié)合水，一般吸附在大分子物質(zhì)上，如淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素分子的表面形成水合物，組成細(xì)胞的成分。自由水則在細(xì)胞的液態(tài)環(huán)境中自由流動(dòng)。通常說除去細(xì)胞內(nèi)的水分主要指去掉自由水，主要采用曬干的辦法；若要除去結(jié)合水，通常采用烘烤、燃燒的方法，則構(gòu)成細(xì)胞的化合物及細(xì)胞的結(jié)構(gòu)就被破壞?！井孆堻c(diǎn)睛】通常說除去細(xì)胞內(nèi)的水分主要指去掉自由水，主要采用曬干的辦法，若要除去結(jié)合水，通常采用烘烤、燃燒的方法，則構(gòu)成細(xì)胞的化合物及細(xì)胞的結(jié)構(gòu)就

18、要破壞?！疽c(diǎn)二】細(xì)胞中的無機(jī)鹽細(xì)胞中的無機(jī)鹽大多數(shù)以離子狀態(tài)存在，如Na、K、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Cl、SO42、PO43等。無機(jī)鹽在細(xì)胞中含量雖然較少,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組成成分。Ca2+是動(dòng)物骨骼和牙齒(CaCO3)的成分，并對(duì)血液的凝固和肌肉收縮具有調(diào)節(jié)作用，如果含量太低，動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)肌肉抽搐。K是多種酶的激活劑對(duì)于植物體內(nèi)淀粉和蛋白質(zhì)的合成以及對(duì)動(dòng)物體內(nèi)神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)和肌肉收縮也具有重要的作用。Fe2+是血紅蛋白、細(xì)胞色素的成分，含鐵酶類在植物體形成葉綠素時(shí)是不可缺少的。再如Na對(duì)于動(dòng)物心臟的搏動(dòng)、神經(jīng)興奮是不可缺少的。溶解在細(xì)胞中的各種無機(jī)鹽具有一定的總濃度。如人體體液濃度為0. 9%，蛙的體液濃度為