細(xì)胞與外界的物質(zhì)交換 - 徐匯教育

1、第二節(jié) 生物體中的化合物一、 教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)與技能】掌握體內(nèi)各有機(jī)物和無(wú)機(jī)物在生物體內(nèi)含量、作用及有機(jī)物的組成單體。【過(guò)程與方法】通過(guò)各生物體水分含量比較了解水分的重要性；通過(guò)舉例理解水分和無(wú)機(jī)鹽的作用；通過(guò)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程了解多糖、脂質(zhì)及蛋白質(zhì)的形成過(guò)程；通過(guò)畫圖比較的方法理解8種核苷酸的不同；了解維生素的分類。【情感、態(tài)度與價(jià)值觀】通過(guò)各化合物形成過(guò)程的分析使學(xué)生理解生物的復(fù)雜性，從激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。二、 學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)【重點(diǎn)】各種化合物的功能及分子組成【難點(diǎn)】各種化合物的功能及分子組成三、 教學(xué)準(zhǔn)備【教學(xué)器材】ppt【教學(xué)資源】ppt、網(wǎng)絡(luò)四、 教學(xué)內(nèi)容【教學(xué)流程】水含量作用無(wú)機(jī)鹽存在形式

2、各元素作用糖類分類各類的作用脂質(zhì)分類各類的作用蛋白質(zhì)氨基酸的種類脫水縮合反應(yīng)蛋白質(zhì)的作用核酸核酸的種類和組成單位核酸的功能維生素分類及吸收方式【教學(xué)過(guò)程】 生物體內(nèi)的化合物有很多種，粗略的分可分為無(wú)機(jī)物和有機(jī)物。其中無(wú)機(jī)物主要有水和無(wú)機(jī)鹽，有機(jī)物主要有糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸和維生素。下面介紹第一種無(wú)機(jī)化合物水。（一）水下面我們通過(guò)表格來(lái)體會(huì)一下不同生物體內(nèi)的含水量。通過(guò)表格中可以看出，水母的含水量高達(dá)97%，陸生植物或動(dòng)物大約為60%，而兩棲類蛙含水量為78%。所以水是生物體內(nèi)含量最多的化合物。通過(guò)比較我們可以看出：陸生、兩棲、水生生物含水量依次升高，這與生物所生存的環(huán)境有關(guān)。人體內(nèi)含水量為

3、65%，當(dāng)缺水10%時(shí)，生理狀態(tài)會(huì)發(fā)生紊亂，如高燒不退等；當(dāng)缺水20%時(shí)，生命即終止。我們?cè)谟^察人體不同組織器官的含水量情況表，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)骨骼牙齒等生命活動(dòng)不旺盛的結(jié)構(gòu)含水量較低，血液和腦等生命活動(dòng)旺盛的結(jié)構(gòu)含水量較高。所以，水的含量與新陳代謝情況有關(guān)。那么水在生物體內(nèi)到底有哪些作用呢？1.水是水是生物體內(nèi)各種化學(xué)元素反應(yīng)的理想介質(zhì)；2.參與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送和代謝廢物的排除；3.保持體溫恒定。（二）無(wú)機(jī)鹽生物體內(nèi)的無(wú)機(jī)物除了水之外還有無(wú)機(jī)鹽，多數(shù)無(wú)機(jī)鹽在生物體內(nèi)以離子形式存在，如PO43- Mg2+ Ca2+ Fe2+等，無(wú)機(jī)鹽在生物體內(nèi)有兩大作用：1.細(xì)胞內(nèi)某些復(fù)雜化合物的重要組成部分；PO4

4、3-磷脂、核酸成分Mg2+ 葉綠素分子必需成分Ca2+、Mg2+酶的活化因子和調(diào)節(jié)因子Fe2+血紅蛋白成分2.保持一定比例，調(diào)節(jié)生物體內(nèi)滲透壓和pH值（三）有機(jī)分子的功能基團(tuán)除了水、無(wú)機(jī)鹽之外，糖類、脂質(zhì)、核酸和蛋白質(zhì)等生物有機(jī)分子也是生物體的重要組成成分。碳元素是構(gòu)成有機(jī)化合物的重要組成元素，碳原子之間有的以單鍵連接，有的以雙鍵連接，可以形成不同長(zhǎng)度的鏈狀結(jié)構(gòu)。 有機(jī)物中除碳元素相連外，碳元素還和H、O、N、P、S連接組成不同的原子團(tuán)，又稱功能基團(tuán)。這些基團(tuán)可引起生物體間特定的化學(xué)反應(yīng)，主要的基團(tuán)有羧基、羥基、氨基、磷酸基等基團(tuán)。這些基團(tuán)將成為我們理解有機(jī)物的重要基礎(chǔ)。（四）糖類 人們將符合

5、化學(xué)式(CH2O)n的物質(zhì)稱為糖類，但這里請(qǐng)注意糖類只是滿足某一通式的化合物，這類化合物與通常意義上所說(shuō)有甜味的糖是不同的。糖類物質(zhì)不僅是維持生命活動(dòng)所需能量的來(lái)源（如葡萄糖），也是組成生物體內(nèi)重要化合物的組成成分。 糖類按照他們的結(jié)構(gòu)可分為單糖、雙糖和多糖。下面我們分別介紹每一類糖類化合物。1. 單糖單糖是不能水解的最簡(jiǎn)單的糖，按照單糖所含碳原子數(shù)的多少可分為五碳糖和六碳糖。生物體內(nèi)的五碳糖主要有核糖（C5H10O5）和脫氧核糖（C5H10O4），由于脫氧核糖分子中比核糖少了一個(gè)氧原子所以稱作脫氧核糖。核糖是構(gòu)成RNA的重要組成成分，脫氧核糖是構(gòu)成DNA的重要組成成分，而DNA和RNA是生物

6、體的遺傳物質(zhì)。葡萄糖和果糖都是生物體內(nèi)的六碳糖，分子式都是C6H12O6。葡萄糖經(jīng)氧化分解產(chǎn)生的能量可共用生物體生命活動(dòng)的需要，而生物體內(nèi)所需的能量大多通過(guò)葡萄糖氧化分解來(lái)提供，所以葡萄糖是生物體內(nèi)的主要能源物質(zhì)2. 雙糖雙糖是指由兩個(gè)單糖分子經(jīng)脫水縮合連在一起的糖類，分別位于兩個(gè)單糖上兩個(gè)羥基脫去形成水，而兩個(gè)單糖分子通過(guò)氧原子連接在一起形成復(fù)雜的化合物雙糖。常見(jiàn)的雙糖有蔗糖、乳糖和麥芽糖，它們的分子式都是C12H22O11。蔗糖是一種植物雙糖，主要從甘蔗和甜菜中提煉出來(lái)；乳糖是一種動(dòng)物多糖，主要來(lái)自于乳汁當(dāng)中；麥芽糖在發(fā)芽的小麥種子種常見(jiàn)。這些雙糖在酶的作用下都可以水解為單糖，為生物體提供

7、生命活動(dòng)所需的能量。3. 多糖多糖是指由葡萄糖分子經(jīng)脫水縮合連在一起形成的復(fù)雜糖類，如植物中的淀粉、纖維素，動(dòng)物肝臟和肌肉中的糖原都是多糖。淀粉是許多植物的儲(chǔ)能多糖。淀粉在植物體內(nèi)以顆粒狀存儲(chǔ)在葉綠體、塊莖、塊根中。干燥后成顆粒狀。由于淀粉是由很多單糖經(jīng)脫水縮合形成的，所以含有的能量也高，故稱為植物的儲(chǔ)能多糖。纖維素是植物體普遍存在的另外一種多糖，它是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成份，他是細(xì)胞壁具有較強(qiáng)的韌性，大多數(shù)動(dòng)物不具有水解纖維素獲得葡萄糖的能力，所以許多動(dòng)物并不以植物為食。4.脂類：脂類是生物體內(nèi)另一大有機(jī)化合物，它主要由C、H、O三種元素構(gòu)成，還含有N和P等元素。按他們的化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為三大

8、類：脂肪、磷脂和固醇。他們雖然在結(jié)構(gòu)上有較大的差異，但他們有共同的性質(zhì)：他們都易溶于酒精，而不溶于水。脂肪是我們所熟知的化合物，在動(dòng)物體內(nèi)的是動(dòng)物脂肪，在植物的種子中含有較多的植物油。在動(dòng)物體內(nèi)當(dāng)能源物質(zhì)過(guò)剩時(shí)，首先轉(zhuǎn)化為糖原，然后在轉(zhuǎn)化為脂肪將過(guò)多的能源貯存起來(lái)；而植物體內(nèi)可以轉(zhuǎn)化為淀粉，但也能轉(zhuǎn)化為植物的脂類物質(zhì)油。將1g的脂肪完全氧化所釋放的能量要比1g葡萄糖或蛋白質(zhì)所釋放的熱量?jī)杀哆€多。所以說(shuō)脂肪是主要的貯存能源的物質(zhì)。南極的鴨子企鵝為什么有那么厚的脂肪呢？除了要貯存能量，還有一個(gè)作用就是維持體溫，這主要是因?yàn)橹镜淖锜嵯禂?shù)比較大，能夠較好的阻止熱量傳遞。而第三個(gè)作用：緩沖外界對(duì)身體的

9、作用力。拳擊手長(zhǎng)的塊頭都很大，一方面是由于它的肌肉練習(xí)的比較多，而另一方面，他們要貯存一定量的皮下脂肪，讓他們能夠抗擊打，減小損傷。那么為什么動(dòng)物內(nèi)臟表面有脂肪呢？它主要是為了減小內(nèi)臟之間的摩擦，這也是脂肪的第四個(gè)生理作用。生物體內(nèi)還有另外一種脂類化合物：磷脂類。它主要構(gòu)成細(xì)胞膜、核膜和細(xì)胞器膜等生物與膜有關(guān)的結(jié)構(gòu)。這在細(xì)胞結(jié)構(gòu)里我們會(huì)詳細(xì)介紹的。還有一種磷脂類化合物固醇類。維生素D，是生物體比較重要的脂類化合物，VitD可以調(diào)節(jié)生物體內(nèi)Ca的代謝，促進(jìn)骨的生長(zhǎng)，如果VitD缺乏會(huì)使人體軟骨化、兒童佝僂病。所以說(shuō)固醇類化合物有調(diào)節(jié)生物體生長(zhǎng)發(fā)育及代謝的能力。性激素也屬于固醇類化合物，它能夠促進(jìn)

10、性器官的發(fā)育和成熟。膽固醇也屬于此類化合物，當(dāng)膽固醇含量過(guò)高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)動(dòng)脈硬化，血管阻塞引起高血壓、心臟病等疾病。所以說(shuō)固醇有調(diào)節(jié)生長(zhǎng)發(fā)育和代謝的功能。5.蛋白質(zhì)第三大類有機(jī)化合物，也是我們要掌握的重點(diǎn)蛋白質(zhì)類化合物。占細(xì)胞干重的50%，主要由C、H、O、N和P、S等元素組成。而它的基本結(jié)構(gòu)單元是20種氨基酸。對(duì)于氨基酸的認(rèn)識(shí)我們可以從甲烷開始，甲烷在碳原子周圍由四個(gè)氫原子，而我們的氨基酸是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的修飾。其中一個(gè)氫原子被羧基所取代，而另一個(gè)氫原子被一個(gè)氨基所取代，注意這里的氨基和羧基是連接在同一個(gè)碳原子上的。還有一個(gè)氫原子被R基所取代，這里的R基代表連接在碳原子上的基團(tuán)。R基代表的

11、基團(tuán)不同，所構(gòu)成的氨基酸也不同。比如說(shuō)如果R基代表一個(gè)氫原子，那么此氨基酸就是甘氨酸，而如果R基代表一個(gè)甲基那么此氨基酸就是丙氨酸。氨基酸分子可相互連接，一個(gè)氨基酸分子的羧基和另一個(gè)氨基酸分子的氨基相互作用，脫去一分子水，而羧基和氨基所構(gòu)成的化學(xué)鍵稱為肽鍵。氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成的化合物叫肽。而這樣的反應(yīng)過(guò)程叫脫水羧合。有這樣兩個(gè)氨基酸所形成的化合物叫做二肽，我們可以看到在二肽分子中還有一個(gè)自由的氨基和一個(gè)自由的羧基，他們和其他氨基酸的氨基和羧基形成化合物。由幾個(gè)氨基酸分子構(gòu)成的化合物我們就稱它為幾肽，而由多個(gè)氨基酸分子構(gòu)成的化合物就稱為多肽。下面我們來(lái)做一道練習(xí)題，一條多肽由n個(gè)氨基酸構(gòu)成

12、，則這條多肽稱為多少肽？對(duì)，是n肽！其中包括多少個(gè)肽鍵呢？應(yīng)該是n-1個(gè)，我們說(shuō)二肽有一個(gè)肽鍵，三肽由兩個(gè)肽鍵，那么n肽就有n-1個(gè)肽鍵了。那在形成過(guò)程中形成多少分子水呢？應(yīng)該跟所形成的肽鍵數(shù)是一樣的，對(duì)吧？所以應(yīng)該形成n-1個(gè)水分子。那么在此化合物中至少應(yīng)含有多少個(gè)羧基，多少個(gè)氨基呢？這可能由一些難度，我們不妨把它改成選擇題：A.n、n B.n-1、n-1 C.n+1、n+1 D.1、1應(yīng)該是哪個(gè)答案？對(duì)，應(yīng)該是D答案，他們都是1，其余的氨基和羧基都已經(jīng)形成了肽鍵。那么如果是a條多肽那么結(jié)果又是怎么樣的呢？因?yàn)樯厦媸且粭l多肽鏈，那么a條多肽鏈就應(yīng)該將上面所有的1換成a就可以了，所以各空的答案

13、應(yīng)該是n、n-a、n-a、a、a。其實(shí)蛋白質(zhì)是多種多樣的，我們可以看一下下面一個(gè)有趣的現(xiàn)象：由o、s、p、t這四個(gè)英文字母可以形成很多英語(yǔ)單詞：spot、stop、post等等，這可以看出雖然這些單詞的組成元素相同，但由于字母的排列次序不同造成所形成的化合物也不同，如果每個(gè)字母代表一種氨基酸，那么他們所構(gòu)成的多肽也應(yīng)該不同。而一條或幾條多肽經(jīng)過(guò)一定的修飾和空間折疊就會(huì)形成蛋白質(zhì)。這里的排列不同其實(shí)就是造成蛋白質(zhì)多樣性的原因：組成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序不同。而如果本身構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸種類和數(shù)目就不同，自然就會(huì)造成所形成的蛋白質(zhì)不同。而第三個(gè)原因，也是我們比較難以理解的原因：蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)

14、不同。我們可以這樣想：給你一串項(xiàng)鏈，讓你放入一個(gè)很小的盒子里，那么就要將它折疊或纏繞起來(lái)，二十個(gè)人將有二十種不同的放法。如果把這里的項(xiàng)鏈看成是氨基酸的排列次序，而珠子則是上面的氨基酸，而我們折疊的就是我們蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，而不同的折疊方法造成了不同的空間結(jié)構(gòu)。所以這就是蛋白質(zhì)多樣性的原因。那蛋白質(zhì)既然如此多樣，他們?cè)谏眢w內(nèi)部將履行怎樣的作用呢？我們說(shuō)肌肉屬于蛋白質(zhì)的范圍，所以說(shuō)蛋白質(zhì)的第一個(gè)作用是細(xì)胞和生物體的重要物質(zhì)。蛋白質(zhì)還有催化功能，這主要是指生物體內(nèi)的一類蛋白質(zhì)酶。他在體內(nèi)就相當(dāng)于化學(xué)中的催化劑，它可以催化一系列的化學(xué)反應(yīng)。有些蛋白質(zhì)具有運(yùn)輸能力這主要是指什么？我講過(guò)的，與血液有關(guān)：血紅蛋白，它可以運(yùn)輸氧氣嘛！胰島素也屬于蛋白質(zhì)，它可以調(diào)節(jié)生物體內(nèi)糖類的代謝。蛋白質(zhì)還具有免疫功能，大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)免疫球蛋白吧！它就是與免疫功能相關(guān)的一大類蛋白。還有抗原抗體大家有沒(méi)有概念，它就是在免疫過(guò)程中產(chǎn)生出來(lái)的蛋白，來(lái)消滅生物體內(nèi)的異物。這樣我們就把蛋白質(zhì)相關(guān)的內(nèi)