細胞的物質(zhì)基礎 教學及題例精講

第1講IⅡ√組成生物體的化學元素種類及功能√水和無機鹽的作用√糖類、脂質(zhì)的種類和作用√蛋白質(zhì)、核酸的結(jié)構和功能√生物大分子以碳鏈為骨架知識網(wǎng)絡生理作用(一)種類細胞中常見的化學元素有20多種。其中：(二)作用2.影響生命活動。如，B元素能夠促進花粉的萌發(fā)和花粉管的伸長，植物缺乏會"花而不實";(三)生物界與非生物界的統(tǒng)一性和差異性但各種元素在生物體內(nèi)和無機自然界中的含量相差很大，又體現(xiàn)(一)細胞中的水2.水的結(jié)構3.存在形式：自由水(約占95.5%)和結(jié)合水(約4.5%)。(1)水分子的極性讓它們彼此間及水分子與其他極性分子間容易形成氫鍵。簡單有機物的氨基、羧基、羥基或羰基均可與水結(jié)合。生物大分子往往兼有極性基(親水)和非極性基(疏水),如蛋白質(zhì)、核酸、極性脂類等。在水的環(huán)境中，其非極性基常藏于結(jié)構的內(nèi)部而極性不能析離，失去了流動性和溶解性，是生物體的構成物。結(jié)合水因離顆粒表面遠近不同，受電場作用力的大小也不同，所以分為強結(jié)合水和弱結(jié)合水。生物大分子具有一定的空間構象，它們的許多功能M(2)自由水和結(jié)合水可以相互轉(zhuǎn)化：芽孢是有些細菌在一定條件下，細胞質(zhì)高度濃縮脫水所形成的一種抗逆性很強的球形或橢圓形的休眠體。芽孢的含水率約38%～40%。芽孢是整個生物界中抗逆性最強的生命體，在抗熱，抗化學藥物和抗輻射等方面，十分突出。有些細菌的芽孢，在干燥條件下，可保持10多年或更長的時間仍能萌發(fā)，有的能忍耐-253℃的低溫，有的在沸水中煮30小時后仍有生活力，但也有的芽孢在80～90℃下幾分鐘即死亡。例如，肉毒梭菌的芽胞在沸水中要經(jīng)過5至9.5h才被殺死；巨大芽胞桿菌芽胞的抗輻射能力比大腸桿菌要強36倍。芽胞的休眠能力更為突出，在常規(guī)條件下，一般可以保持幾年至幾十年而不死。據(jù)文獻記載，有些芽胞甚至可以休眠數(shù)百至數(shù)千年，最極端的例子是在美國的一塊有2500萬~4000萬年歷史的琥珀，至今從其中蜜蜂腸道內(nèi)還可以分離到有生命的芽胞。自由存在的芽孢沒有明顯的代謝作用，只保持潛在的萌發(fā)力，稱為隱藏的生命。一旦環(huán)境條件合適，芽孢便可以萌發(fā)成營養(yǎng)細胞。4.生理作用相鄰水分子間能夠形成氫鍵，氫鍵賦予水分子一些獨特的性質(zhì)，而這些性質(zhì)對于生活細胞是十分(1)結(jié)合水是細胞結(jié)構的重要組成成分(2)自由水是細胞內(nèi)的良好溶劑性物質(zhì)，對于細胞的生命活動同樣是重要的。水作為溶劑，(3)自由水運送營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物(4)自由水參與細胞內(nèi)的許多生化反應水分子參與了生命活動的一些重要反應，在大分子的合成過程中水是產(chǎn)物，而在水解反應中水是(5)自由水為細胞提供相對穩(wěn)定的液體環(huán)境水有很高的比熱，因此，使水的溫度升高需要較大的能量。1克水升高1攝氏度需要1卡的熱量，即水的比熱為1,大多數(shù)金屬、玻璃和乙醇等物質(zhì)的比熱都比水低。如乙醇的比熱是0.59。水由于氫鍵的緣故，比其他物質(zhì)具有較好的熱穩(wěn)定性，地球上正是具有70%以上的水，才維持著適于生命生存的溫度。也會釋放大量的熱。另外，水還有另外一種方式對溫度進行調(diào)節(jié)，這就是蒸發(fā)冷卻。最熟知的例子就變成氣態(tài)水需要540卡熱量。冰液態(tài)(水)用。如植物所需的水分是由根吸收并通過導管運輸?shù)降厣喜糠值?，在水的運送過程中水的黏(二)無機鹽1.含量：無機鹽在細胞中的含量很少，僅占細胞鮮重的1%～1.5%。2.存在形式：多數(shù)以離子形式存在(1)某些復雜化合物的重要組成成分。(2)對于維持生命活動有重要作用。麥芽糖的水解的合成麥芽糖的水解的合成(一)細胞中的糖類2.種類：根據(jù)糖類水解后形成的物質(zhì)，大致分為以下幾類單糖不能水解的糖，可直接被細胞吸收。二糖——由兩分子單糖脫水縮合形成，水解生成兩分子單糖的糖。多糖——水解后能生成許多單糖的糖。生物體內(nèi)的糖類絕大多數(shù)以多糖形式存在，淀粉是最常見的多糖；二糖和多糖不能被直接吸收，必須先水解成單糖才能被細胞吸收；一分子蔗糖的水解產(chǎn)物是一分子葡萄糖和一分子果糖；一分子麥芽糖的水解產(chǎn)物是兩分子葡萄糖；淀粉、纖維素、糖原都是由基本單位葡萄糖經(jīng)過脫水縮合而成的。常見糖類分布功能各種細胞中各種細胞中各種細胞中細胞生命活動的主要能源物質(zhì)植物，發(fā)芽的谷粒中較多植物，甜菜、甘蔗中較多動物的乳汁中多糖植物的貯藏器官中儲能物質(zhì)纖維素植物細胞壁中支持、保護糖原肝糖原人和動物肝臟細胞中肌糖原人和動物肌肉細胞中葡萄糖葡萄糖00①③③(1)淀粉(2)糖原糖原(有時稱動物淀粉)是動物細胞中貯存能源的物質(zhì)形式，是由葡萄糖組成的鏈狀多聚體分子，(3)纖維素纖維素是植物組織中最豐富的多糖，它占植物含碳物質(zhì)的50%以上。是地球上含量最高的有機物纖維素是由葡萄糖連接起來的水不溶性的多糖，原不同，葡萄糖單體相互連接形成不分支的桿狀而不是盤卷成螺旋狀，纖維纖維素是結(jié)構性多糖，是植物細胞壁的主要成分用。纖維素占木材含量的一半，棉花中90%為纖維素。(4)粘多糖膜表面多糖，幫助細胞識別外源物質(zhì)；殼多糖又稱幾丁質(zhì)，廣泛存在于甲殼類動物的外殼3.生理功能①是生命活動的主要能源物質(zhì)。葡萄糖是細胞生命活動的主要能源，常被形容為“生命的燃料”,它經(jīng)過一系列氧化分解，釋放出能量，最終變成水和CO?。②提供合成體內(nèi)其他物質(zhì)的原料。例如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪等物質(zhì)的原料。③是構成細胞結(jié)構的重要有機物。例如纖維素是構成植物細胞壁的主要成分；糖也是核酸和糖蛋白等重要的生物大分子的結(jié)構成分。(二)脂質(zhì)元素組成：主要是C、H、O,有些還含有P、N。常見種類主要生理功能脂肪(C、H、O)細胞內(nèi)良好的儲能物質(zhì)；保溫；緩沖、減壓，保護內(nèi)臟器官磷脂(C、H、O、P、N)固醇性激素脂質(zhì)主要是由碳、氫和少量含氧功能團組成，H與O的比值遠遠大于2,所有脂類化合物都主要是由碳原子和氫原子通過共價鍵結(jié)合形成的非極性化合物，具有疏水性，通常不溶于水，可溶于有機溶劑(或稱脂溶性溶劑),如丙酮、氯仿和乙醚等。嚴格地說，脂質(zhì)不是大分子，因為它們的相對分子量不如多糖、蛋白質(zhì)、核酸那么大，而且它們也不是聚合物。脂類物質(zhì)是生物膜的主要成分，也是很好的能源，脂肪氧化時產(chǎn)生的能量大約是糖氧化時的2倍。脂類可構成生物表面的保護層，如皮膚、羽毛和果實外表的蠟質(zhì)；動物皮下脂肪有保持正常體溫的作用；維生素A、維生素D、腎上腺皮質(zhì)激素等脂類分子是重要的生物活性物質(zhì)。HoH-HCHo人CH?aaoCcc磷脂分子(三)蛋白質(zhì)的生物大分子，估計在一個典型哺乳動物細胞中有10000種不同的蛋白質(zhì)執(zhí)行著不同的功能。(1)種類：生物體中組成蛋白質(zhì)的氨基酸約有20種。①氨基酸分子結(jié)構通式：C-OH20種常見氨基酸的名稱和結(jié)構式(*為必需氨基酸)名稱英文縮寫結(jié)構式G丙氨酸AlanineA亮氨酸*LeucineL異亮氨酸*IsoleucineI纈氨酸*ValineV3.3.結(jié)構脯氨酸ProlineP苯丙氨酸*PhenylalanineF蛋(甲硫)氨酸*MethionineMW絲氨酸SerineS谷氨酰胺GlutamineQ蘇氨酸*ThreonineT半胱氨酸CysteineC天冬酰胺AsparagineN酪氨酸TyrosineYDEKR組氨酸HistidineH(脫水縮合)(盤曲、折疊)氨基酸肽鏈蛋白質(zhì)脫水縮合：一個氨基酸分子的羧基(-COOHNH肽鍵：連接兩個氨基酸分子的化學鍵(-NH-CO-)叫做肽鍵。肽鏈：多肽通常呈叫做肽(2)相關計算nma表示氨基酸平均相對分子質(zhì)量a表示氨基酸平均相對分子質(zhì)量蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量m計算蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量時，除了要考慮脫去水分子的相對分子質(zhì)量，還要考慮其他化學鍵的形成而導致的相對分子質(zhì)量減少，如形成(3)蛋白質(zhì)分子結(jié)構多樣性的原因no晶變性原因：蛋白質(zhì)的高級結(jié)構由氫鍵和疏水作用來維持，不穩(wěn)定，遇到高溫、酸、堿等外界條件會導b.重金屬：鹵水+豆?jié){→豆腐；喝雞蛋清解重金屬中毒功能舉例膠原蛋白、角蛋白運動肌動蛋白、肌球蛋白營養(yǎng)儲存酪蛋白、鐵蛋白lac操縱子免疫作用電子轉(zhuǎn)移信號轉(zhuǎn)導乙酰膽堿受體②催化作用：如酶②催化作用：如酶③運輸作用：如紅細胞中的血紅蛋白酶血清白蛋白白喉和霍亂毒素(四)核酸2.核酸包括兩大類：脫氧核糖核酸(簡稱DNA)和核糖核酸(簡稱RNA)3.結(jié)構成物質(zhì)五碳糖腺嘌呤(A)腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)鳥嘌呤(G)胞嘧啶(C)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U)基本(如圖)(如圖)鳥嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤核糖核苷酸規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(如圖)真核生物原核生物遺傳物質(zhì)碳原子能夠形成4個共價鍵。每一個鍵都能與另外的碳原子或其他不同元素的原子結(jié)合。碳-碳鍵生物大分子指的是作為生物體內(nèi)主要活性成分的各種分它們的分子量往往比一般的無機鹽類大百倍或千倍以上。蛋白質(zhì)的分子量在一萬至數(shù)萬左右，核稱為單體的多聚體。組成蛋白質(zhì)的單體是氨基酸，組成多糖的單體是單糖，組成核酸的單體是核苷酸……,由單體形成多聚體的化學反應都是脫水縮合反應。生物大分子可以在生物體內(nèi)由單體合成，生物大分子是生物體的重要組成成分，它們的復雜結(jié)構決定了它們的特殊性質(zhì)，它們在體內(nèi)的運動和變化體現(xiàn)著重要的生命功能。如進行代謝供給維持生命需要的能量與物質(zhì)、傳遞遺傳信息、控制在原始地球條件下，有兩條路徑可以達到脫水縮合以形成高分子：其一是通過加熱，將低相對分子量的物質(zhì)加熱使之脫水而聚合；其二是利用存在于原始地球上的脫水劑來縮合。前者常常是在近于(一)還原糖的鑒定斐林試劑是含Cu2絡合物的溶液，被還原糖(含還原性基團，如游離的醛基或羰基)向試管內(nèi)注入1mL斐林試劑(甲液和乙液等量混合均勻后再注入)。將試管放入盛有50~65℃溫水的大燒杯中加熱約2min。入入①還原性糖：有還原性基團(游離醛基或羰基)的糖，如葡萄糖、果糖、麥芽糖，而蔗糖、淀粉、纖③斐林試劑要現(xiàn)配現(xiàn)用，且甲液(0.1g/mLNaOH)和乙液(0.05g/mLCuSO?)要等量混合再使用。(二)脂肪的鑒定染液配制：蘇丹Ⅲ或蘇丹IV干粉0.1g溶于95%酒精10ml,過濾后再加入10ml甘油。取材：取一粒浸泡過的(浸泡3-4h)花生種子，去掉種皮。在花生子葉薄片上滴2-3滴蘇丹Ⅲ染液，染色3min(或蘇丹IV染液，染色1min)。用吸水紙吸去染液，再滴加1~2滴體積分數(shù)為50%的酒精溶液，洗去浮色。用吸水紙吸去花生子葉周圍的酒精，滴1滴蒸餾水，蓋上蓋玻片，制成臨時裝片。4入換高倍鏡觀察，視野中被染成橘黃色(或紅色)的脂肪顆粒清晰可見。④染色后要用體積分數(shù)為50%的酒精溶液洗去浮色，以便觀察。(三)蛋白質(zhì)的鑒定向試管內(nèi)注入2mL待測組織樣液。向試管內(nèi)注入雙縮脲試劑B液4滴，搖勻。②雙縮脲試劑的使用：先加試劑A(0.1g/mLNaOH)搖勻，再滴加試劑B(0.01g/mLCuSO?)搖勻。2.甲基綠和吡羅紅兩種染色劑對DNA和RNA的親和力不同，甲基綠對DNA親和力強，使DNA顯現(xiàn)出綠色，而吡羅紅對RNA的親和力強，使RNA呈現(xiàn)出紅色。用甲基綠、吡羅紅的混合染使染色體中的DNA與蛋白質(zhì)分離，便于DNA與染色劑的結(jié)合。在潔凈的載玻片上滴一滴質(zhì)量分數(shù)為0.9%的NaCl溶液。將烘干的載玻片放入裝有30ml質(zhì)量分數(shù)為8%的鹽酸的小燒杯中。將小燒杯放入裝有30℃溫水的大燒杯中保溫5分鐘。沖洗涂片：用緩緩的蒸餾水沖洗載玻片10秒鐘。滴加2滴吡羅紅甲基綠染色劑在載玻片上，染色5min。③用酒精燈烘烤載玻片時，不要只集中于材料處，而應將載玻片在火焰上來回移動，使載玻片均勻受④烘烤后的載玻片不要馬上放入盛有稀鹽酸的燒杯中，最好先自然冷卻1min。下列關于細胞中化學元素的敘述，正確的是()C.Fe是構成血紅蛋白必不可少的重要元素容器底部是培養(yǎng)基，其中含有植物生長所需的全部養(yǎng)分，如果有人在了一種必需元素，為補充這種元素，應添加的化合物是()【例3】下列關于生物體內(nèi)水的描述，錯誤的是()【例3】②結(jié)合水是組成細胞結(jié)構的一部分，約占細胞內(nèi)全部水分的4.5%③一般情況下，生物體內(nèi)自由水和結(jié)合水的比值越大時，代謝越活躍④心肌堅韌，血液液態(tài)，但含水量相差不大，原因是心肌內(nèi)結(jié)合水比自由水多，血液中自由水⑤用于留種的曬干種子中不含自由水⑦溫度適當升高會使細胞內(nèi)自由水與結(jié)合水比值上升【答案】④⑤【例4】【例4】A.調(diào)節(jié)滲透壓B.組成體內(nèi)化合物C.維持正常pHD.提供能量【例5】下列關于生物體內(nèi)水和無機鹽的說法，正確的是()【例5】B.哺乳動物血液中鈣離子含量過多會引起抽搐C.能維持生物體的生命活動D.生物的含水量因生物種類的不同而有所差別；但生物體處在不同發(fā)育期含水量基本相同下列關于糖類的敘述，正確的是()B.葡萄糖和麥芽糖可被水解C.構成纖維素的單體是葡萄糖和果糖D.乳糖可以被小腸上皮細胞直接吸收下面是關于脂質(zhì)的敘述，其中正確的是(下面是關于脂質(zhì)的敘述，其中正確的是()【例10】【例10】A.A.磷脂由C、H、O三種元素組成，是構成細胞膜的主要成分B.性激素的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，在維持生物體的生殖過程起著重要的調(diào)節(jié)作用D.企鵝體內(nèi)的脂肪有減少熱量散失，維持體溫恒定的作用關于核酸的敘述，正確的是(關于核酸的敘述，正確的是()A.只有細胞內(nèi)的核酸才是攜帶遺傳信息的物質(zhì)B.DNA分子中兩條脫氧核苷酸之間的堿基一定是通過氫鍵連接的D.DNA完全水解后，得到的化學物質(zhì)是核糖、含氮堿基、磷酸A.若m為腺嘌呤，則b肯定為腺嘌呤脫氧核苷酸B.在禽流感病毒、幽門螺桿菌體內(nèi)b均為4種C.化合物b脫水縮合成的生物大分子是生物的遺傳物質(zhì)D.若a為脫氧核糖，則由b構成的核酸完全水解，得到的化合物最多有8種下圖表示有關蛋白質(zhì)分子的簡要概念圖，下列分析正確的是(下圖表示有關蛋白質(zhì)分子的簡要概念圖，下列分析正確的是()甲乙A.甲中一定含有S、P等元素C.乙是氨基酸，酪氨酸幾乎不溶于水，而精氨酸易溶于水，這種差異是由R基的不同引起的D.蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的代謝終產(chǎn)物是氨基酸蛋白質(zhì)分子能被肽酶降解，至于哪一個肽鍵被斷裂則決定于肽酶的類型。肽酶P能斷裂帶有側(cè)鏈R?的氨基酸和相鄰氨基酸的羧基一側(cè)的肽鍵。下列說法正確的是()A.上圖所示肽鏈由五種氨基酸脫水縮合而成【例14】【例14】C.肽酶P可以催化3處的化學鍵斷裂D.該肽鏈中含有游離的氨基和羧基各一個這兩種蛋白質(zhì)表現(xiàn)出不同性質(zhì)的原因是()空間結(jié)構高低不致病相同A.胰島素降低血糖濃度B.淀粉酶水解淀粉C.血紅蛋白運輸氧氣D.構成細胞壁的主要成分(1)該化合物是由個氨基酸分子失去個分子的水而形成的，這種反應叫做,該化合物的名稱為。(2)圖中數(shù)字代表氨基的是,代表羧基的是,代表肽鍵的是。(3)圖中共有個肽鍵，個氨基，個羧基。(4)圖中表示R基的數(shù)字是?！敬鸢浮?1)3,2,脫水縮合，三肽(2)①,⑦,③⑤(3)222(4)②④⑥(5)肽鍵【例15】【例15】現(xiàn)有氨基酸800個，其中氨基總數(shù)為810個，羧基總數(shù)為808個，則由這些氨基酸脫水縮合成的含有2條肽鏈的蛋白質(zhì)共有肽鍵、氨基和羧基的數(shù)目依次分別為()A.798、2和2B.798、12和10C.799、1和1D.799、11和9環(huán)狀八肽。若20種氨基酸的平均分子量為128,則鵝膏草堿的分子量約為()【例19】【例19】(1)該蛋白質(zhì)中共含有條肽鏈，個肽鍵，肽鍵可表示為。(2)理論上分析，該蛋白質(zhì)至少有個—COOH。(3)在氨基酸形成該蛋白質(zhì)后，相對分子質(zhì)量比原來減少了?！敬鸢浮?1)2180-NH-CO—(2)2(3)3236含有215個N含有215個N原子的200個氨基酸，形成的5個四肽、4個六肽和1個2條肽鏈構成的蛋白質(zhì)分子。這些多肽和蛋白質(zhì)分子中，肽鍵與氨基數(shù)目的最大值分別是()有一條多肽鏈，分子式為CxH,O?N?S,知，水解得到的氨基酸個數(shù)為()h【例20】【例20】下列有關細胞物質(zhì)組成的敘述，正確的是()A.在人體活細胞中氫原子的數(shù)目最多