組成細(xì)胞的有機(jī)物

組成細(xì)胞的有機(jī)物撰稿教師：李文強(qiáng)責(zé)編：陳莉章節(jié)概述本節(jié)介紹了組成細(xì)胞的有機(jī)化合物的種類、含量及其生理功能。組成細(xì)胞的化學(xué)元素大都以化合物的形式存在，所以本章的重點(diǎn)內(nèi)容是關(guān)于糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的相關(guān)內(nèi)容，尤其是蛋白質(zhì)和核酸，它們分別是生命的體現(xiàn)者和控制者。本章內(nèi)容從分子水平闡述了生命的組成，這些分子組成的細(xì)胞是生物體的結(jié)構(gòu)和完成各項(xiàng)生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，所以這部分知識(shí)是后面幾章內(nèi)容的基礎(chǔ)。構(gòu)成細(xì)胞的各種化合物在細(xì)胞內(nèi)的生理作用，特別是蛋白質(zhì)和核酸兩種有機(jī)物的化學(xué)組成及其生理功能，是本章的重點(diǎn)，也是高考考查的重點(diǎn)。高考試題中考查本章的題目雖然大多是選擇題，但在考查某知識(shí)點(diǎn)時(shí)從不同角度來(lái)設(shè)計(jì)問(wèn)題，靈活多變，如考查氨基酸脫水縮合形成多少肽鍵的多個(gè)考題就是如此。目標(biāo)認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)：探討細(xì)胞中主要有機(jī)化合物的種類。認(rèn)同生命的物質(zhì)性。重點(diǎn)：1.檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。2.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能及其多樣性難點(diǎn)：1.檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。2.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能及其多樣性知識(shí)精講重點(diǎn)知識(shí)講解氨基酸結(jié)構(gòu)氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位，含有氨基和羧基的有機(jī)化合物都叫做氨基酸。天然氨基酸現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的有300多種，但作為構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸大約有20種，那么構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸分子在結(jié)構(gòu)上具有什么樣的特點(diǎn)呢？可用氨基酸的結(jié)構(gòu)通式表示如下：?—G—COOK

晶rH—C—CCMJH（R^）j?—G—COOK

晶rH—C—CCMJH（R^）jNM；C—CXXJFt?R基）WH：從結(jié)構(gòu)通式可以看出構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：每種氨基酸分子至少含有一個(gè)氨基（-NH2）和一個(gè)羧基（-COOH），并且都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上。①每種氨基酸分子都至少含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基的意思是，氨基酸分子中的氨基和羧基的數(shù)目至少一個(gè)，也可以是幾個(gè)，原因是R基中可能含有氨基或羧基，如圖:HOTC—CH；片一€訊一CH—COOH（R堆上含有YOOH》1nh3_CH2—CHi-C'H?—CH-UX）H（R甚上含有一NHJ②在構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸中，至少有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連在同一個(gè)碳原子上，其意思是說(shuō)，氨基和羧基不連接在同一個(gè)碳原子上的氨基酸就不是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸，因?yàn)樵谧匀淮嬖诘牡鞍踪|(zhì)中尚未發(fā)現(xiàn)這樣的氨基酸。③不同的氨基酸分子，具有不同的R基。可以根據(jù)R基的不同，將氨基酸區(qū)別為不同的種類。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性1．氨基酸縮合成蛋白質(zhì)的示意圖盤曲折疊I怡白質(zhì)Ri f Eli 4 $￥盤曲折疊I怡白質(zhì)Ri f Eli 4 $￥-fit——$—COOHH2．蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu):用約20種氨基酸作原料根據(jù)基因信息指令，在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上，按特定的順序和方式將氨基酸分子互相連接成肽鏈。氨基酸分子互相結(jié)合的方式是:一個(gè)氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一個(gè)氨基酸分子的氨基（-NH2），脫去一分子水而連接起來(lái)，這種結(jié)合方式叫做縮合。通過(guò)縮合反應(yīng)，在羧基和氨基之間形成的連接兩個(gè)氨基酸分子的那個(gè)鍵叫做肽鍵，由肽鍵連結(jié)形成的化合物稱為肽。肽鍵結(jié)構(gòu)如圖：由兩個(gè)氨基酸縮合，形成一個(gè)肽鍵，產(chǎn)生一分子水和一分子二肽；由三個(gè)氨基酸縮合，形成兩個(gè)肽鍵，脫掉兩分子水，產(chǎn)生一個(gè)三肽；由n個(gè)氨基酸縮合成一條肽鏈，脫掉（n—1）個(gè)水分子，形成（n—1）個(gè)肽鍵，產(chǎn)生一個(gè)多肽。若n個(gè)氨基酸縮合形成m條肽鏈，則形成（n—m）個(gè)肽鍵，脫掉（n-m）個(gè)水分子（mVn/2m）。由三個(gè)或三個(gè)以上的氨基酸分子連結(jié)成的肽叫做多肽，多肽通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)，叫多肽鏈。3．蛋白質(zhì)分子多樣性的原因由于組成每種蛋白質(zhì)分子的氨基酸的種類不同，數(shù)目的多少也不等，排列的次序又變化多端，由氨基酸形成的膚鏈的空間結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)形形色色，多種多樣。從而決定了蛋白質(zhì)分子功能的多樣性?？臻g結(jié)構(gòu)：一個(gè)蛋白質(zhì)分子可以含有一條或幾條肽鏈，肽鏈通過(guò)一定的化學(xué)鍵互相連接在一起，這些肽鏈不呈直線，也不在同一個(gè)平面上，而是一條或幾條肽鏈盤曲折疊形成具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子。如胰島素的空間結(jié)構(gòu)圖（教材中圖2一6）。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)可以從以下四個(gè)方面來(lái)理解：①氨基酸的種類不同，形成的肽鏈不同，如圖1所示：②氨基酸的數(shù)目不同，形成的肽鏈不同，如圖2所示:③氨基酸的排列次序不同，形成的肽鏈不同，如圖3所示:④肽鏈的數(shù)目和空間結(jié)構(gòu)不同，構(gòu)成的蛋白質(zhì)不同，如圖4所示:蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多，這是蛋白質(zhì)分子具有多種重要功能的基礎(chǔ)。下面略舉幾例，說(shuō)明其功能的多樣性。功能舉例結(jié)構(gòu)蛋白構(gòu)成細(xì)胞和生物體的成分。如構(gòu)成人和動(dòng)物肌肉的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白；構(gòu)成生物膜的蛋白質(zhì)。催化作用如唾液淀粉酶、胃蛋白酶等絕大多數(shù)酶運(yùn)輸作用如血紅蛋白能運(yùn)輸氧氣調(diào)節(jié)作用起信息作用的部分激素，如胰島素等免疫作用如抗體核酸是由核苷酸連接而成的長(zhǎng)鏈1．核酸是大分子有機(jī)物將核酸水解后得到許多核苷酸，這表明核苷酸是構(gòu)成核酸的單體。研究表明，一個(gè)核苷酸分子由三部分組成：含氮的堿基、五碳糖、磷酸。五碳糖又分為脫氧核糖和核糖（它們之間相差1個(gè)氧原子），堿基是一類含有氮元素的有機(jī)物。嘌呤和嘧啶是兩大類堿基。構(gòu)成核酸的嘌呤有兩種：腺嘌呤和鳥嘌呤，構(gòu)成核苷酸的嘧啶有3種：胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶，所以構(gòu)成核苷酸的堿基共有5種。其中，參與組成脫氧核苷酸的堿基有4種：腺嘌吟（A）、鳥嘌吟（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），參與核糖核苷酸組成的堿基也有4種：腺嘌吟（A）、鳥嘌吟（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。從以上看出，構(gòu)成兩種核苷酸的堿基中，有3種相同1種不相同，即脫氧核苷酸中含T而不含U,核糖核苷酸中含U不含T。2.核酸的結(jié)構(gòu)層次

核酸分子的多樣性構(gòu)成DNA的是4種脫氧核苷酸，但成千上萬(wàn)個(gè)脫氧核苷酸的排列順序是多種多樣的，即不同DNA分子之間4種，脫氧核苷酸的比率和排列順序是不同的，DNA分子具有多樣性。生物的不同遺傳信息，以不同脫氧核苷酸的排列順序的方式儲(chǔ)存在DNA分子中。有一些病毒中沒有DNA,只有RNA,它的遺傳信息儲(chǔ)存在RNA分子中。4.兩種核酸的比較種類DNARNA結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)單鏈結(jié)構(gòu)基本元素C、H、0、N、P基本單位脫氧核糖核苷酸核糖核苷酸化學(xué)組成無(wú)機(jī)酸磷酸五碳糖脫氧核糖核糖含氮堿基4種(A,T,C,G)4種(A,U,C,G)分布主要存在于細(xì)胞核中主要存在于細(xì)胞質(zhì)中功能除朊病毒外，所有生物的遺傳物質(zhì)，對(duì)生物的遺傳變異和蛋白質(zhì)的生物合成有極其重要的作用糖類的功能糖類是主要的能源物質(zhì)。從能量供應(yīng)方面來(lái)講，生物體和細(xì)胞各項(xiàng)生命活動(dòng)消耗的能量主要由糖類供給，雖然蛋白質(zhì)、脂肪等也能為生命活動(dòng)提供能量。我們一日三餐中含有的糖類被消化道吸收后，大部分被細(xì)胞氧化分解，釋放的能量被細(xì)胞利用。細(xì)胞中的糖類糖類廣泛存在于動(dòng)植物細(xì)胞中，是生物體的重要組成成分和基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。糖類由C、H、0三種元素構(gòu)成，分為單糖、二糖和多糖等幾類。（1）單糖單糖是不能水解的糖。光合作用的產(chǎn)物主要是葡萄糖（CH0）,它與果糖（CH0）6I266I26是生物界分布最普遍的六碳糖，雖然分子式相同，但屬于結(jié)構(gòu)不同的同分異構(gòu)體。半乳糖（C6H0）與葡萄糖也是同分異構(gòu)體，因兩者結(jié)合構(gòu)成乳糖而得名。核糖（CH0）和脫氧核糖I265105（CH0）是相差一個(gè)氧的兩種五碳糖，它們的結(jié)構(gòu)都成環(huán)狀，是區(qū)分脫氧核糖核酸（DNA）5104和核糖核酸（RNA）的重要成分。（2）二糖二糖在植物細(xì)胞中有蔗糖和麥芽糖。蔗糖是由一分子果糖和一分子葡萄糖脫水縮合而成,甘蔗和甜菜中含有大量的蔗糖；麥芽糖是由兩分子葡萄糖組成，發(fā)芽的大麥里含有大量的麥芽糖。在動(dòng)物的乳汁中，含有由一分子葡萄糖和一分子半乳糖縮合而成的二糖——乳糖。這三種二糖（蔗糖、麥芽糖、乳糖）分子式相同（C12h220ii），但結(jié)構(gòu)不同。（3）多糖多糖是由多個(gè)單糖分子脫水縮合而成的鏈狀大分子，是自然界中含量最多的糖類。淀粉是高等植物中糖的主要存在形式，以直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種形式存在，長(zhǎng)鏈呈螺旋狀盤曲。在植物中，最重要的多糖是纖維素，整個(gè)生物界的有機(jī)碳元素，約二分之一以纖維素狀態(tài)存在于細(xì)胞壁中。動(dòng)物細(xì)胞中量重要的多糖是糖原（動(dòng)物淀粉），它分為肝糖原和肌糖原兩種。淀粉和糖原都可以水解而成為葡萄糖，葡萄糖氧化分解時(shí)釋放能量，供給生物體生命活動(dòng)的需要，因此，糖類是生物體生命活動(dòng)的主要能源物質(zhì)；另外，淀粉是植物細(xì)胞中儲(chǔ)存能量的物質(zhì)；糖原是動(dòng)物細(xì)胞中儲(chǔ)存能量的物質(zhì)；核糖和脫氧核糖是組成核酸的必要物質(zhì)，因此是構(gòu)成細(xì)胞的重要成分。細(xì)胞中的脂質(zhì)對(duì)于脂質(zhì)，我們最熟悉的是食用植物油和動(dòng)物脂肪。脂質(zhì)分子主要由C、H、O三種元素構(gòu)成，有的脂質(zhì)還含有N、P。常見的脂質(zhì)有脂肪、磷脂、固醇等功能種類生理功能脂肪（1） 細(xì)胞內(nèi)良好的儲(chǔ)能物質(zhì)（2） 很好的絕熱體，有隔熱、保溫作用（3） 能緩沖和減壓，可以保護(hù)內(nèi)臟器官磷脂構(gòu)成細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜等生物膜的重要成分固醇膽固醇（1）構(gòu)成細(xì)胞膜的重要成分（2）參與血液中脂質(zhì)的運(yùn)輸

類性激素促進(jìn)人和動(dòng)物生殖器官的發(fā)育以及生殖細(xì)胞的形成維生素D能有效地促進(jìn)人和動(dòng)物腸道對(duì)Ca、P的吸收經(jīng)典例題透析1．種子萌發(fā)的需氧量與種子所貯藏有機(jī)物的元素組成和元素比例有關(guān)，在相同條件下，消耗同質(zhì)量的有機(jī)物，油料作物種子（如花生）萌發(fā)時(shí)需氧量比含淀粉多的種子（如水稻）萌發(fā)時(shí)的需氧量（）少 B.多 C.相等 D.無(wú)規(guī)律考點(diǎn)定位本題綜合性強(qiáng)，主要考查了種子的成分、脂肪和淀粉的元素組成和元素比例、種子萌發(fā)與呼吸作用的關(guān)系，同時(shí)考查推理能力。指點(diǎn)迷津首先要弄清楚02的作用是與細(xì)胞呼吸過(guò)程中產(chǎn)生的H結(jié)合生成屯0,并釋放出大量能量，為生命活動(dòng)提供能量。其次要知道油料作物種子含脂肪較多，水稻等谷類種子含淀粉多，因此答題關(guān)鍵是計(jì)算氫碳比，脂肪分子的分子式為CHO，氫碳比（H/C）為1.93。571106淀粉的分子式為（CHO），氫碳比（H/C）為1.67。脂肪分子的H/C的值比淀粉分子的H/C的6l05n值大。有氧呼吸時(shí)，02的作用是與H結(jié)合生成H2O，因此，消耗同質(zhì)量的有機(jī)物，H/C的值大的物質(zhì)需氧量大。種子萌發(fā)時(shí)，呼吸作用（主要是有氧呼吸）增強(qiáng)。因此，相比之下，脂肪徹底氧化分解時(shí)，產(chǎn)水多，需氧多，可以放出更多的能量。油料作物種子（如花生）萌發(fā)時(shí)需氧量比含淀粉多的種子（如水稻）萌發(fā)時(shí)的需氧量多。參考答案Bo失分陷阱本題的知識(shí)綜合得比較緊密，關(guān)系復(fù)雜，條件隱蔽，難度較大。失分原因主要在審題時(shí)對(duì)于題干中給出的信息挖掘不夠，沒有把種子萌發(fā)的“需氧量”與已知的細(xì)胞呼吸內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，沒有把兩種種子所貯藏葡萄糖和脂肪的元素組成和元素比例進(jìn)行比較。一個(gè)由n條肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子共有m個(gè)氨基酸，該蛋白質(zhì)分子完全水解共需水分子（）A.n個(gè) B.m個(gè) C.（m+n）個(gè) D.（m-n）個(gè)考點(diǎn)定位本題考查氨基酸通過(guò)縮合反應(yīng)生成多肽的過(guò)程，同時(shí)考查構(gòu)建模型的能力。指點(diǎn)迷津首先要明確氨基酸縮合的方式。在氨基酸分子縮合成蛋白質(zhì)過(guò)程中，每?jī)蓚€(gè)氨基酸分子縮合失去一分子水而形成一個(gè)肽鍵。若某蛋白質(zhì)只有一條肽鏈，含有m個(gè)氨基酸，則脫去m-1個(gè)水分子，形成m-1個(gè)肽鍵。若某蛋白質(zhì)含兩條肽鏈，含有m個(gè)氨基酸，則脫去m-2個(gè)水分子，形成m-2個(gè)肽鍵。依次類推，某蛋白質(zhì)含n條肽鏈，共含m個(gè)氨基酸，則脫去m-n個(gè)水分子，形成m-n個(gè)肽鍵。反過(guò)來(lái)，由蛋白質(zhì)完全水解成氨基酸的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中需要水分子參與。每個(gè)肽鍵（一C0一NH一）水解成一COOH和一NH2需一分子水。蛋白質(zhì)分子中含多少肽鍵，就要加多少水分子才能使之完全水解。故蛋白質(zhì)中含m-n個(gè)肽鍵，就需水分子m-n個(gè)，也就是說(shuō)縮合時(shí)脫去m-n個(gè)水分子，蛋白質(zhì)水解時(shí)就需要m-n個(gè)水分子。參考答案D。失分陷阱不理解氨基酸縮合成多肽鏈的過(guò)程與多肽鏈完全水解為氨基酸之間的內(nèi)在聯(lián)系。3.由DNA分子蘊(yùn)藏的信息所支配合成的RNA在完全水解后，得到的化學(xué)物質(zhì)是（）

A.氨基酸、葡萄糖、堿基 B.氨基酸、核苷酸、葡萄糖C.核糖、堿基、磷酸 D.脫氧核糖、堿基、磷酸考點(diǎn)定位本題考查的是RNA的組成單位及其組成單位的化學(xué)組成。屬于理解性題目，同時(shí)考查審題能力。指點(diǎn)迷津RNA是由許多核糖核苷酸分子連接而成的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)。每個(gè)核糖核苷酸分子由一分子核糖、一分子磷酸和一分子含氮堿基組成。RNA分子水解后形成許多核苷酸，核苷酸分子繼續(xù)水解可形成核糖、磷酸和含氮堿基。參考答案C。失分陷阱該題中有兩處容易誤解，即：“由DNA分子蘊(yùn)藏的信息”容易誤認(rèn)為是DNA水解；“完全水解”只認(rèn)為RNA分解為核糖核苷酸，不再繼續(xù)水解。因此，要注意仔細(xì)審題，理解題意。4．對(duì)細(xì)胞中某些物質(zhì)的組成進(jìn)行分析，可以作為鑒別真核生物的不同個(gè)體是否為同一物種的輔助手段，一般不采用的物質(zhì)是（）A.蛋白質(zhì) B.DNA C.RNA D.核苷酸考點(diǎn)定位本題主要考查蛋白質(zhì)、DNA和RNA分子的多樣性和特異性。指點(diǎn)迷津蛋白質(zhì)、DNA、RNA具有多樣性和特異性，不同種生物的蛋白質(zhì)、DNA、RNA不同，可以作為鑒別真核生物的不同個(gè)體是否為同一物種的輔助手段。而所有真核生