高中生物必修一第二章组成细胞的分子

高中生物

第二章组成细胞的分子

《AdeL生物》整理

生物界与非生物界统一性：组成细胞的化学元素在非生物界都可以找到

生物界与非生物界差异性：化学元素在细胞内的含量与在非生物界中的含量明显不同

组成生物体的化学元素有20多种：

大量元素：C、O、H、N、S、P、Ca、Mg、K等；

微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo；

最基本元素：C；细胞含量最多4种元素：C、O、H、N；

组成细胞的化合物：无机物（水、无机盐）、有机物（蛋白质、糖类、脂质、核酸）

活细胞中含量最多的化合物是水；含量最多的有机物是蛋白质；

占细胞鲜重比例最大的化学元素是O、占细胞干重比例最大的化学元素是C。

细胞中的无机化合物：水和无机盐

1、水：（1）含量：占细胞总重量的60%-90%，是活细胞中含量是最多的物质。

（2）形式：自由水、结合水

自由水：是以游离形式存在，可以自由流动的水。

作用有①良好的溶剂；

②参与细胞内生化反应；

③物质运输；

④维持细胞的形态；

⑤体温调节（在代谢旺盛的细胞中，自由水的含量一般较多）

结合水：是与其他物质相结合的水。作用是组成细胞结构的重要成分。（结合水的含量增多，可以使植物的抗逆性增强）

2、无机盐

（1）存在形式：绝大多数以离子形式存在

（2）作用：

①与蛋白质等物质结合成复杂的化合物。

（如Mg2+是构成叶绿素的成分、Fe2+是构成血红蛋白的成分、I-是构成甲状腺激素的成分。

②参与细胞的各种生命活动。（如钙离子浓度过低肌肉抽搐、过高肌肉乏力）

细胞中的生物大分子

一，糖类

1、元素组成：由C、H、O3种元素组成。

2、分类

概念

种类

分布

主要功能

单糖

不能水解的糖

核糖

动植物细胞

组成核酸的物质

脱氧核糖

葡萄糖

细胞的重要能源物质

二糖

水解后能够生成二分子单糖的糖

蔗糖

植物细胞

麦芽糖

乳糖

动物细胞

多糖

水解后能够生成许多个单糖分子的糖

淀粉

植物细胞

植物细胞中的储能物质

纤维素

植物细胞壁的基本组成成分

糖原

动物细胞

动物细胞中的储能物质

附：二糖与多糖的水解产物：

蔗糖→1葡萄糖+1果糖

麦芽糖→2葡萄糖

乳糖→1葡萄糖+1半乳糖

淀粉→麦芽糖→葡萄糖

纤维素→纤维二糖→葡萄糖

糖原→葡萄

3、功能：糖类是生物体维持生命活动的主要能量来源。

（另：能参与细胞识别，细胞间物质运输和免疫功能的调节等生命活动。）

4．糖的鉴定：

(1)淀粉遇碘液变蓝色，这是淀粉特有的颜色反应。

(2)还原性糖(单糖、麦芽糖和乳糖)与斐林试剂在隔水加热条件下，能够生成砖红色沉淀。

斐林试剂：配制：0.1g/mL的NaOH溶液（2mL）+0.05g/mLCuSO4溶液（4-5滴）

使用：混合后使用，且现配现用。

二、脂质

1、元素组成：主要由C、H、O组成（C/H比例高于糖类），有些还含N、P

2、分类：脂肪、类脂（如磷脂）、固醇（如胆固醇、性激素、维生素D等）

3．功能：

脂肪：细胞代谢所需能量的主要储存形式。

类脂中的磷脂：是构成生物膜的重要物质。

固醇：在细胞的营养、调节、和代谢中具有重要作用。

4、脂肪的鉴定：脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。（在实验中用50%酒精洗去浮色→显微镜观察→橘黄色脂肪颗粒）

三、蛋白质

1、元素组成：除C、H、O、N外，大多数蛋白质还含有S

2、基本组成单位：氨基酸（组成蛋白质的氨基酸约20种）

氨基酸结构通式：

：

氨基酸的判断：

①同时有氨基和羧基②至少有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。（组成蛋白质的20种氨基酸的区别：R基的不同）

3．形成：许多氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键（-CO-NH-）相连而成肽链，多条肽链盘曲折叠形成有功能的蛋白质

二肽：由2个氨基酸分子组成的肽链。

多肽：由n（n≥3）个氨基酸分子以肽键相连形成的肽链。

蛋白质结构的多样性的原因：组成蛋白质多肽链的氨基酸的种类、数目、排列顺序的不同；构成蛋白质的多肽链的数目、空间结构不同。

5．功能：生命活动的主要承担者。（注意有关蛋白质的功能及举例）

6．蛋白质鉴定：与双缩脲试剂产生紫色的颜色反应

双缩脲试剂：配制：0.1g/mL的NaOH溶液（2mL）和0.01g/mLCuSO4溶液（3-4滴）

使用：分开使用，先加NaOH溶液，再加CuSO4溶液。

有关计算：

①肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数目—肽链数

②至少含有的羧基（—COOH）或氨基数（—NH2）＝肽链数③蛋白质分子量＝氨基酸分子量×氨基酸个数—水的个数×18

生物组织还原性糖、脂肪、蛋白质的鉴定

鉴定物质

实验试剂

实验现象

注意事项

还原性糖

斐林试剂

砖红色沉淀

试剂现用现配、沸水浴加热

脂肪

苏丹III、IV

III橘黄色（IV红色）

必须用显微镜观察

蛋白质

双缩脲试剂

紫色

先加NaOH,后加CuSO4

淀粉

碘液

蓝色

淀粉酶可以将之水解

四、核酸

1、元素组成：由C、H、O、N、P5种元素构成

2、基本单位：核苷酸（由1分子磷酸+1分子五碳糖+1分子含氮碱基组成）

3、种类：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）

种类

英文缩写

基本组成单位

存在场所

脱氧核糖核酸

DNA

脱氧核苷酸（4种）

主要在细胞核中（在叶绿体和线粒体中有少量存在）

核糖核酸

RNA

核糖核苷酸（4种）

主要存在细胞质中

4、生理功能：储存遗传信息，控制蛋白质的合成。

（原核、真核生物遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。）

观察DNA和RNA在细胞中的分布

实验原理：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呈绿色，吡罗红使RNA呈现红色

8%盐酸的作用：盐酸能改变细胞膜的通透性，同时使染色质中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂的结合分布：真核生物DNA主要分布在细胞核中，线粒体和叶绿体内也含有少量的DNA；RNA主要分布在细胞质中。

实验结果:细胞核呈绿色,细胞质呈红色.

考点分析

1考点一细胞中的元素和化合物

1.组成细胞的化学元素

(1)上图的分类是依据元素在生物体内的含量，而不是生理作用。微量元素含量虽少，但其生理作用却不可替代。

(2)大量元素和微量元素的划分是依据生物界中生物的整体情况，具体到某一种生物可能有一定的差别。

(3)组成生物体的常见的20多种化学元素是指必需元素，生物体内可能含一些非必需元素，如人体可能含Pb。

2．细胞中的元素和化合物的含量在鲜重和干重下并不相同

(1)细胞鲜重时：

①元素含量：O＞C＞H＞N。

②化合物含量：水＞蛋白质＞脂质＞糖类。

(2)细胞干重时：

①元素含量：C＞O＞N＞H。

②化合物含量：蛋白质＞脂质＞糖类。

3．生物界与非生物界的统一性和差异性

(1)统一性：组成生物体的化学元素在无机环境中都可以找到，没有一种是生物体所特有的。(2)差异性：尽管组成生物体的化学元素在无机环境中都可以找到，但与无机环境中的相应元素的含量又有一定的差别。

(3)细胞统一性和差异性的体现：不同生物体内所含的化学元素的种类基本相同，但在不同生物体内同种元素的含量差别较大；同一生物体内不同组织细胞中各元素的含量也不相同。

2考点二细胞中的无机化合物

1.水的含量与代谢和抗逆性的关系

(1)在一定范围内，自由水与结合水比值的大小决定了细胞或生物体的代谢强度：比值越大说明细胞(或生物体)中自由水含量越多，代谢越强；反之，代谢越弱。

(2)生物体的抗逆性也和自由水与结合水的比值有关：比值越小抗逆性越强；反之，抗逆性越弱。

2．细胞中无机盐的功能及举例

功能

举例

细胞的结构成分

Mg2＋是叶绿素的组成成分，缺乏时植物叶片会变黄

Fe2＋是血红蛋白的组成成分，缺乏时会患贫血

I－是甲状腺激素的组成成分，缺乏时会患地方性甲状腺肿

碳酸钙是动物和人体的骨骼、牙齿中的重要成分，PO是磷脂的组成成分，也是ATP、核苷酸的主要组成成分

功能

举例

对维持细胞和生物体的生命活动有重要作用

Ca2＋能降低神经系统的兴奋性，血钙过低时，会出现抽搐现象，血钙过高时，会患肌无力

维持生物体

内的平衡

渗透压

的平衡

Na＋、Cl－对细胞外液渗透压起重要作用

K＋对细胞内液渗透压起决定作用

酸碱

平衡

血液中NaHCO3/H2CO3、NaH2PO4/Na2HPO4等缓冲对，调节机体的酸碱平衡

与水的存在形式有关的3个易错点

(1)细胞内自由水/结合水比例升高，则代谢旺盛；反之代谢缓慢。

(2)秋冬季节，蒸腾作用弱，吸水减少，结合水含量相对升高，有利于植物抗寒性提高。

(3)升高或降低温度时，结合水与自由水可以相互转化，以增强细胞的抗逆性。升高温度时，自由水增多；反之，结合水增多。

3考点三蛋白质的结构层次及其多样性

注：

(1)生物多样性的根本原因是DNA的多样性。

(2)生物多样性的直接原因是蛋白质的多样性。

(3)多种多样的环境是形成生物多样性的重要条件。

4考点四蛋白质的合成过程及相关计算

1.氨基酸、多肽、肽键的关系

2．肽键数、脱水数及蛋白质相对分子质量的计算(设由m个氨基酸，形成1条或n条肽链，氨基酸的平均相对分子质量为a)。

肽链数

肽键数＝脱水数＝水解需水数

蛋白质相对分子质量

1

m－1

ma－18(m－1)

n

m－n

ma－18(m－n)

3.蛋白质中游离氨基或羧基数的计算：

一条肽链上至少有一个游离的氨基和羧基，分别位于肽链的两端，若有更多的氨基或羧基则分布在R基上。

故：

氨基或羧基数的最小值＝肽链数。

氨基或羧基总数＝肽链数＋R基上的氨基或羧基数。

4．蛋白质中N、O原子数的计算：

N原子数＝各氨基酸中N(氨基)的总数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子(氨基)数。

O原子数＝各氨基酸中的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。

5．蛋白质相对分子质量的计算：

蛋白质相对分子质量＝氨基酸数目×氨基酸的平均相对分子质量－脱去水分子数×18(注意环状和—S—S—键的特殊情况)。

5考点五核酸的结构、分类和功能

1.核苷酸的组成

2.DNA和RNA组成成分的比较

3．DNA、RNA、ATP及核苷酸中“A”的含义

6考点六糖类与脂质的比较分析

1.对糖类与脂质的比较

名称

项目

糖类

脂质

合成部位

细胞器：叶绿体、高尔基体；器官：肝脏和肌肉

主要是内质网

与能量的关系

主要的能源物质。动物细胞中的糖原、植物细胞中的淀粉是重要的储能物质

脂肪是细胞内良好的储能物质

与细胞膜的关系

糖被的重要组成成分

磷脂是构成细胞膜的基本支架，胆固醇是动物细胞膜的重要成分

2.对糖类、脂肪功能的理解分析

(1)糖类功能的全面理解

①糖类是生物体的主要能源物质

a．糖类是生物体进行生命活动的主要能源物质(70%)；

b.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

a．五碳糖是构成核酸的主要成分；

b.纤维素和果胶是植物细胞壁的主要成分；

c.细菌的细胞壁主要由肽聚糖组成。

(2)脂肪是细胞内良好的储能物质的原因?相对于糖类、蛋白质，脂肪中C、H的比例高，而O比例低，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。

细胞内的能源物质种类及其分解放能情况

1．主要能源物质：糖类。

2．主要储能物质：脂肪。除此之外，动物细胞中的糖原和植物细胞中的淀粉也是重要的储能物质。

3．直接能源物质：ATP。糖类、脂肪、蛋白质中的能量只有转移到ATP中，才能被生命活动利用。

4．细胞中的能源物质为糖类、脂肪、蛋白质，三者供能顺序是：糖类→脂肪→蛋白质。糖类是主要的能源物质；当外界摄入能量不足时(如饥饿)，由脂肪分解供能；

蛋白质作为生物体重要的结构物质，一般不提供能量，但在营养不良、疾病、衰老等状态下也可分解提供能量。

5．能源物质为生命活动供能的过程：

观察DNA和RNA在细胞中的分布

1．实验原理

(1)DNA主要分布在细胞核中，RNA大部分存在于细胞质中。

(2)甲基绿和吡罗红对DNA、RNA的亲和力不同。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。

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

2．试剂及作用

试剂

作用

甲基绿

使DNA呈现绿色

吡罗红

使RNA呈现红色

质量分数为0.9%的NaCl溶液

保持口腔上皮细胞的正常形态

质量分数为8%的盐酸

①改变细胞膜的通透性；

②使染色质中DNA与蛋白质分离

蒸馏水

①配制染色剂；②冲洗载玻片

3.材料的选择

(1)人的口腔上皮细胞：取口腔上皮细胞之前，应先漱口，以避免装片中出现太多的杂质。

(2)哺乳动物的成熟红细胞由于没有细胞核，不能做观察DNA和RNA分布的实验材料。

4．试验流程

观察DNA和RNA在细胞分布实验中的4个注意问题

(1)选材：口腔上皮细胞、无色的洋葱鳞片叶内表皮细胞，不能用紫色洋葱表皮细胞或叶肉细胞，以防止颜色的干扰。

(2)缓水流冲洗目的：防止载玻片上的细胞被冲走。

(3)几种试剂在实验中的作用

①0.9%的NaCl溶液(生理盐水)：保持口腔上皮细胞正常形态。

②8%的盐酸：a.改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞；b.使染色质中DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合。

③蒸馏水：a.配制染色剂；b.冲洗载玻片。

④吡罗红甲基绿染液：混合使用，且现用现配。

(4)DNA和RNA在细胞核和细胞质中均有分布，只是量的不同，故结论中强调“主要”而不能说“只”存在于细胞核或细胞质中。

检测生物组织中的还原性糖、脂肪和蛋白质

1．实验原理

(1)还原性糖检测：可溶性糖中的还原性糖(如葡萄糖、果糖、麦芽糖)具有还原性，与斐林试剂发生作用，在水溶加热情况下，可以生成砖红色沉淀。鉴定过程中溶液的颜色变化过程为：浅蓝色→棕色→砖红色(沉淀)

(2)脂肪检测：脂肪与苏丹Ⅲ具有较强亲和力，脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。

(3)蛋白质检测：由于蛋白质分子中含有与双缩脲结构相似的肽键，因此，蛋白质在碱性环境下，可以与Cu2＋作用形成紫色或紫红色的络合物，产生紫色反应。即蛋白质与双缩脲试剂发生作用，可以产生紫色反应。

2．实验步骤

(1)还原性糖检测

第一步：取两支洁净试管，分别标记为甲、乙；

第二步：向甲试管加入0.01g/mL的葡萄糖溶液2mL，向乙试管加入蒸馏水2mL；

第三步：向两试管各滴入斐林试剂1mL，摇匀，沸水加热1～2min，观察颜色变化。

(2)脂肪检测

第一步：取两支洁净试管，分别标记为甲、乙；

第二步：向甲试管加入食用油2mL，向乙试管加入蒸馏水2mL；

第三步：向两试管各滴入苏丹Ⅲ染液4～5滴，染色2～3min，观察颜色变化。

(3)蛋白质检测

第一步：取两支洁净试管，分别标记为甲、乙；

第二步：向甲试管加入蛋白质悬液2mL，向乙试管加入蒸馏水2mL；

第三步：向两试管各滴入双缩脲试剂A液2mL，摇匀，再加入双缩脲试剂B液3～4滴，摇匀，观察颜色变化。

注意事项

1．三个实验中都不宜选取有颜色的材料，否则会干扰实验结果的颜色变化。

2．还原糖、蛋白质的鉴定实验中，在加相应试剂鉴定之前，要留出一部分组织样液作为对照，以便与鉴定后的样液颜色作对比，增强实验的说服力。

3．在蛋白质的鉴定实验中，如果用蛋清稀释液作为实验材料，一定要稀释到一定程度，否则，与双缩脲试剂发生反应后会粘在试管的内壁上，使反应不彻底，试管也不易洗刷干净。4．脂肪的鉴定中，实验用的花生种子需提前浸泡3～4h，浸泡时间太短，不易切片；浸泡时间太长，则组织太软，切下的薄片不易成形。洗去浮色时不能用清水，因为染液易溶于有机溶剂、不溶于水。

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