第二章组成细胞的分子.docx

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第二章组成细胞的分子

第二章　组成细胞的分子

编撰：

刘正军2013年12月

一、本章知识网络：

二、知识解读：

知识点一、组成生物体的化学元素和无机盐

1．细胞中的化学元素

细胞中元素含量分析

（1）细胞鲜重中含量前四位的元素（O、C、H、N）与细胞干重含量前四位的元素（C、O、N、H）排序不同，这是因为细胞内自由水的含量不同。

（2）不同生物体内各种化学元素的含量差异较大，同一生物体内不同元素的含量也相差很大，但“C”却是所有生物体的最基本的元素。

（3）动物、植物干重相比，由于植物含糖类较多，动物含脂肪、蛋白质较多，故植物体中含氧元素较多，动物体中含氮、氢元素较多，另外动物含Ca、P元素也比植物多。

2．生物界与非生物界的统一性和差异性

（1）统一性是从化学元素的种类来分析的：

组成生物体的化学元素没有一种是生物体所特有的。

（2）差异性是从化学元素的含量来分析的：

组成生物体的化学元素与无机环境中的相应元素的含量有一定的差别。

3．细胞中无机盐的存在形式及其功能

（1）细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。

（2）无机盐的生理功能

①复杂化合物的组成成分

②维持正常的生命活动。

③维持酸碱平衡（如HCO

/H2CO3、H2PO

/HPO

）和渗透压平衡（K＋、Na＋、Cl－……）。

知识点二、细胞中的水及其在生产实践中的应用

1．水的含量、分类及生理作用

含量

概念

生理作用

结合水

4.5%

与其他物质结合在一起

细胞结构的组成成分

自由水

95.5%

能够自由流动、以游离状态存在

良好溶剂、运输作用、反应场所、原料

2.影响细胞含水量的因素

（1）生物种类：

水生生物含水量>陆生生物含水量。

（2）生长发育阶段：

幼儿>成年；幼嫩部分>成熟部分。

（3）组织器官种类与代谢程度：

如牙齿<骨骼<血液。

3．水的存在形式与新陈代谢、生物抗逆性的关系

自由水和结合水在一定条件下可相互转化：

自由水

结合水

细胞中自由水/结合水的比值越大，生物新陈代谢越旺盛，该生物的抗逆性（如抗寒性、抗旱性）越差；反之，该比值越小，生物新陈代谢越缓慢，其抗逆性则越强。

4．在生产实际中的应用

（1）种子的贮存：

晒干种子是为减少自由水含量，降低种子的代谢，延长种子寿命。

（2）低温环境下减少花卉浇水，可提高花卉对低温的抗性。

特别关注　①自由水主要存在于细胞液、细胞质基质及某些细胞器基质中；结合水与细胞中某些物质结合在一起存在。

②晒干的种子细胞中仍含有水分，主要是结合水，自由水极少。

③自由水、结合水的作用都非常大，不能认为自由水作用大，其实两种水在不同时期的作用各有所侧重。

知识点三、糖类、脂质的种类和作用

1．糖类功能的全面分析

（1）糖类是生物体的主要能源物质

①糖类是生物体进行生命活动的主要能源物质（70%）。

②淀粉和糖原分别是植物、动物细胞内的储能物质，而纤维素为结构物质，非储能物质。

（2）糖类是细胞和生物体的重要结构成分

①五碳糖是构成核酸的主要成分。

②纤维素和果胶是植物细胞壁的主要成分。

③细菌的细胞壁主要由肽聚糖组成。

（3）糖类是细胞通讯、识别作用的基础，也是细胞膜的成分

在细胞膜上糖类常与蛋白质结合在一起构成糖蛋白，糖蛋白在细胞与细胞之间的相互识别、信息传递过程中起着非常重要的作用。

2．脂质的类别与功能

种　类

生理功能

脂　肪

1储存能量、氧化分解释放能量②维持体温恒定

类脂

磷脂

是构成动物细胞膜、线粒体膜、叶绿体膜等膜结构的重要成分

固

醇

类

胆固醇

是构成动物细胞膜的重要成分，代谢失调会引起心血管方面的疾病

性激素

促进性器官的发育和两性生殖细胞的形成，激发并维持雌、雄性动物的第二性征

维生素D

促进人体对钙、磷的吸收和利用

醛固酮

保Na＋排K＋

——脂肪氧化分解特点

　相对于糖类、蛋白质分子，脂肪分子中C、H的比例高，而O比例小。

故在氧化分解时，单位质量的脂肪较糖类、蛋白质消耗的氧气多，产生的水多，产生的能量也多。

3．糖类和脂质的比较

项目名称　

糖　类

脂　质

化学组成和种类

区

别

合成

部位

叶绿体、内质网、高尔基体、肝脏和肌肉

主要是内质网

生理

作用

①主要的能源物质

②构成细胞结构，如糖被、细胞壁

③核酸的组成成分

①生物体的储能物质，如脂肪

②生物膜的重要组成成分，如磷脂

③调节新陈代谢和生殖，如性激素

联　系

糖类

脂肪

知识点四、检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质

1．实验原理及步骤

2．实验注意问题

（1）还原糖鉴定的实验材料要求

①浅色：

不能用绿色叶片、西瓜、血液等材料，防止颜色的干扰。

②还原糖含量高：

不能用马铃薯（富含淀粉）、甘蔗、甜菜（富含蔗糖）。

（2）唯一需要加热——还原糖鉴定，且必需水浴加热，不能用酒精灯直接加热。

若不加热则无砖红色沉淀出现。

（3）非还原糖（如蔗糖）＋斐林试剂

现象不是无色而是浅蓝色[Cu（OH）2的颜色]。

（4）唯一需要显微镜——脂肪鉴定，实验用50%酒精的作用——洗掉浮色。

（5）记准混合后加入——斐林试剂，且现配现用；分别加入——双缩脲试剂（先加A液，后加B液，且B液不能过量）。

两者成分相同，但CuSO4溶液的浓度不同，所以不能混用。

（6）若用大豆做材料，必须提前浸泡；若用蛋清作材料，必须稀释，防止其粘在试管壁上不易涮洗；且该实验应预留部分组织样液做对比。

（7）易写错别字提示：

“斐林试剂”中的“斐”不可错写成“非”，双缩脲试剂中“脲”不可错写成“尿”。

——斐林试剂与双缩脲试剂的比较分析

比较项目

斐林试剂

双缩脲试剂

不同点

不同点

使用方法

甲液和乙液混合均匀后方可使用，且现配现用

使用时先加A液再加B液

呈色反应

条件

需水浴加热

不需加热即可反应

反应原理

还原糖中的醛基被Cu（OH）2氧化，Cu（OH）2被还原为Cu2O

具有两个以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu2＋反应生成络合物

颜色

砖红色

紫色

浓度

乙液CuSO4溶液浓度为0.05g/mL

B液CuSO4溶液浓度为0.01g/mL

相同点

都含有NaOH、CuSO4两种成分，且所用NaOH溶液浓度都是0.1g/mL

考点五、蛋白质的结构与功能

（一）、结构层次

　氨基酸

多肽（一般为开链）

蛋白质。

1．蛋白质形成过程分析

从以上图示过程明确：

（1）肽的名称：

一条多肽链由几个氨基酸分子构成就称为几肽（三个或三个以上的称为多肽），如：

由六个氨基酸分子构成一条链，则其名称是六肽，也可称为多肽。

（2）肽键的结构式可表示如下：

CONH或CONH或NHCO

（3）一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位于肽链的两端；其余的氨基（羧基）在R基上。

（4）H2O中的H来自于—COOH和—NH2，而O则只来自于—COOH。

2．蛋白质结构多样性原因

（1）直接原因

⇒

（2）根本原因

DNA分子的多样性。

提醒　多肽和蛋白质的区别

多肽

蛋白质

有无空间结构

无

有

联系

蛋白质可由一条或几条肽链形成

提醒

翻译的直接产物——多肽，不叫蛋白质，必须经加工，形成一定的空间结构才叫蛋白质

（二）、蛋白质结构及合成过程相关计算

1．数量问题与最值问题

假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链。

形成肽链数

形成肽键数

脱去水分子数

氨基数目

羧基数目

多肽相对分子质量

1

n－1

n－1

至少1个

至少1个

na－18（n－1）

m

n－m

n－m

至少m个至少m个

na－18（n－m）

（1）氨基数＝肽链数＋R基上的氨基数＝各氨基酸中氨基总数－肽键数。

（2）羧基数＝肽链数＋R基上的羧基数＝各氨基酸中羧基总数－肽键数。

（3）N原子数＝各氨基酸中N的总数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数。

（4）O原子数＝各氨基酸中O的总数－脱去水分子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的O原子数。

【名师提醒】

（1）环状多肽主链中无氨基和羧基，环状肽中氨基或羧基数目取决于构成环状肽氨基酸R基团中的氨基和羧基的数目，如图所示。

由图示可知：

肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数；环状多肽的相对分子质量＝m（a－18）。

（2）在多肽相对分子质量计算时，还要考虑一些其他化学变化过程，如二硫键（—S—S—）的形成，每形成一个二硫键，脱去2个—H，故相对分子质量减少2。

2．氨基酸的排列与多肽种类的计算

假若有A、B、C三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分为如下两种情形分析：

（1）A、B、C三种氨基酸，在每种氨基酸数目无限的情况下，可形成肽类化合物的种类：

形成三肽的种类：

3

3

3

　（33＝27种）

形成二肽的种类：

3

3

　（32＝9种）

（2）A、B、C三种氨基酸，且在每种氨基酸只有一个的情况下，形成肽类化合物的种类：

形成三肽的种类：

3

2

1

　（3×2×1＝6种）

形成二肽的种类：

3

2

　（3×2＝6种）

3．氨基酸与相应DNA及RNA片段中碱基数目之间的关系

DNA（基因）

mRNA

蛋白质

碱基数　　∶　　碱基数　　∶　氨基酸数

　6∶　　　3∶　　　1

由于mRNA中有终止密码子等原因，上述关系应理解为每合成1个氨基酸至少需要mRNA上的3个碱基和DNA（基因）上的6个碱基。

（三）、功能多样性与结构多样性的关系

考点六、核酸的组成、功能及与蛋白质的关系

1．核酸的组成分析

2．DNA和RNA的比较

比较项目

DNA

RNA

组成单位

组　成

无机酸

磷酸

五碳糖

脱氧核糖

核糖

含氮的碱基

T

U

A、G、C

分　布

主要分布于细胞核中，其次是线粒体、叶绿体中

主要分布于细胞质中

功　能

作为遗传物质，携带遗传信息，控制遗传、变异和蛋白质合成

作为遗传物质（如某些病毒），传递遗传信息（mRNA），组成核糖体（rRNA），运输氨基酸（tRNA），催化作用（某些酶）

3.蛋白质与核酸的比较

蛋白质

核　酸

区　　　别

元素组成

至少含C、H、O、N

只含C、H、O、N、P

基本单位

区　　　别

连接方式

区　　　别

形成场所

细胞质内核糖体上

细胞核、线粒体、叶绿体等

主要

功能

结构物质：

血红蛋白、肌纤维蛋白等

1遗传信息的携带者，决定生物性状，提供生物进化的原材料

②某些RNA具催化作用

功能物质：

①运输——血红蛋白、载体；②催化——酶（多数）；③免疫——抗体；④调节——胰岛素、生长激素

能源物质：

氧化放能，产物有尿素、CO2和H2O等

联　系

核酸控制蛋白质的合成

提醒　①RNA作为遗传物质的前提是生物体内不存在DNA，当RNA作为遗传物质时，由于RNA单链结构不稳定，容易发生突变。

②少数RNA具有催化功能，特指生物体内的酶。

③蛋白质、核酸的结构及种类具有物种特异性，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特异性。

考点七、观察DNA和RNA在细胞中的分布

1．实验原理

（1）甲基绿和吡罗红对DNA和RNA的亲和力不同

显示DNA和RNA在细胞中的分布

（2）盐酸

2．实验流程

3．试剂及作用

（1）甲基绿吡罗红染色剂——染DNA和RNA，混合使用，现用现配。

（2）质量分数为0.9%NaCl溶液——保持口腔上皮细胞的正常形态和生理功能。

（3）质量分数为8%盐酸——改变细胞膜的通透性，使染色质DNA和蛋白质分离。

（4）蒸馏水——配制染色剂，冲洗涂片。