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1、组成细胞的有机物撰稿教师：李文强 责编：陈莉章节概述本节介绍了组成细胞的有机化合物的种类、含量及其生理功能。组成细胞的化学元素，大都以化合物的形式存在，所以本章的重点内容是关于糖类、脂质、蛋白质和核酸的相关内容，尤其是蛋白质和核酸，它们分别是生命的体现者和控制者。本章内容从分子水平阐述了生命的组成，这些分子组成的细胞是生物体的结构和完成各项生命活动的基础，所以这部分知识是后面几章内容的基础。构成细胞的各种化合物在细胞内的生理作用，特别是蛋白质和核酸两种有机物的化学组成及其生理功能，是本章的重点，也是高考考查的重点。高考试题中考查本章的题目虽然大多是选择题，但在考查某知识点时从不同角度来设计问题
2、，灵活多变，如考查氨基酸脱水缩合形成多少肽键的多个考题就是如此。目标认知学习目标：1.探讨细胞中主要有机化合物的种类。2.认同生命的物质性。重点：1.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。2.蛋白质的结构、功能及其多样性难点：1.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。2.蛋白质的结构、功能及其多样性知识精讲重点知识讲解氨基酸结构氨基酸是组成蛋白质的基本单位，含有氨基和羧基的有机化合物都叫做氨基酸。天然氨基酸现已发现的有 300 多种，但作为构成蛋白质的氨基酸大约有 20 种，那么构成蛋白质的氨基酸分子在结构上具有什么样的特点呢？可用氨基酸的结构通式表示如下： 从结构通式可以看出构成蛋白质的氨基酸的
3、结构特点是：每种氨基酸分子至少含有一个氨基（-NH2）和一个羧基（-COOH），并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。每种氨基酸分子都至少含有一个氨基和一个羧基的意思是，氨基酸分子中的氨基和羧基的数目至少一个，也可以是几个，原因是 R 基中可能含有氨基或羧基，如图：在构成蛋白质的氨基酸中，至少有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，其意思是说，氨基和羧基不连接在同一个碳原子上的氨基酸就不是构成蛋白质的氨基酸，因为在自然存在的蛋白质中尚未发现这样的氨基酸。不同的氨基酸分子，具有不同的 R 基。可以根据 R 基的不同，将氨基酸区别为不同的种类。蛋白质的结构及其多样性1氨基酸缩合成蛋白质的
4、示意图：2蛋白质的分子结构化学结构：用约 20 种氨基酸作原料根据基因信息指令，在细胞质中的核糖体上，按特定的顺序和方式将氨基酸分子互相连接成肽链。氨基酸分子互相结合的方式是：一个氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（-NH 2），脱去一分子水而连接起来，这种结合方式叫做缩合。通过缩合反应，在羧基和氨基之间形成的连接两个氨基酸分子的那个键叫做肽键，由肽键连结形成的化合物称为肽。肽键结构如图：由两个氨基酸缩合，形成一个肽键，产生一分子水和一分子二肽；由三个氨基酸缩合，形成两个肽键，脱掉两分子水，产生一个三肽；由 n 个氨基酸缩合成一条肽链，脱掉（n一 1)个水分子，形成（n 一
5、 1)个肽键，产生一个多肽。若 n 个氨基酸缩合形成 m 条肽链，则形成（nm）个肽键，脱掉（n-m）个水分子（mn/2m）。由三个或三个以上的氨基酸分子连结成的肽叫做多肽，多肽通常呈链状结构，叫多肽链。3蛋白质分子多样性的原因由于组成每种蛋白质分子的氨基酸的种类不同，数目的多少也不等，排列的次序又变化多端，由氨基酸形成的肤链的空间结构千差万别，导致蛋白质分子的结构形形色色，多种多样。从而决定了蛋白质分子功能的多样性。空间结构：一个蛋白质分子可以含有一条或几条肽链，肽链通过一定的化学键互相连接在一起，这些肽链不呈直线，也不在同一个平面上，而是一条或几条肽链盘曲折叠形成具有复杂空间结构的蛋白质分
6、子。如胰岛素的空间结构图（教材中图 2 一 6）。蛋白质的空间结构可以从以下四个方面来理解：氨基酸的种类不同，形成的肽链不同，如图 1 所示：氨基酸的数目不同，形成的肽链不同，如图 2 所示：氨基酸的排列次序不同，形成的肽链不同，如图 3 所示：肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同，如图 4 所示：蛋白质的功能蛋白质分子结构复杂、种类繁多，这是蛋白质分子具有多种重要功能的基础。下面略举几例，说明其功能的多样性。功能 举例结构蛋白 构成细胞和生物体的成分。如构成人和动物肌肉的肌动蛋白和肌球蛋白；构成生物膜的蛋白质。催化作用 如唾液淀粉酶、胃蛋白酶等绝大多数酶运输作用 如血红蛋白能运输氧气调
7、节作用 起信息作用的部分激素，如胰岛素等免疫作用 如抗体核酸是由核苷酸连接而成的长链1核酸是大分子有机物将核酸水解后得到许多核苷酸，这表明核苷酸是构成核酸的单体。研究表明，一个核苷酸分子由三部分组成：含氮的碱基、五碳糖、磷酸。五碳糖又分为脱氧核糖和核糖（它们之间相差 1 个氧原子），碱基是一类含有氮元素的有机物。嘌呤和嘧啶是两大类碱基。构成核酸的嘌呤有两种：腺嘌呤和鸟嘌呤，构成核苷酸的嘧啶有 3 种：胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶，所以构成核苷酸的碱基共有 5 种。其中，参与组成脱氧核苷酸的碱基有 4 种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），参与核糖核苷酸组成的碱基也有 4 种
8、：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C)和尿嘧啶（U）。从以上看出，构成两种核苷酸的碱基中，有 3 种相同 1 种不相同，即脱氧核苷酸中含 T 而不含 U，核糖核苷酸中含 U 不含 T。2.核酸的结构层次3.核酸分子的多样性构成 DNA 的是 4 种脱氧核苷酸，但成千上万个脱氧核苷酸的排列顺序是多种多样的，即不同 DNA 分子之间 4 种，脱氧核苷酸的比率和排列顺序是不同的，DNA 分子具有多样性。生物的不同遗传信息，以不同脱氧核苷酸的排列顺序的方式储存在 DNA 分子中。有一些病毒中没有 DNA，只有 RNA，它的遗传信息储存在 RNA 分子中。4.两种核酸的比较种类 DNA RNA结构
9、双螺旋结构 单链结构基本元素 C、H、O、N、P基本单位 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸无机酸 磷酸五碳糖 脱氧核糖 核糖化学组成含氮碱基 4 种(A,T,C,G) 4 种(A,U,C,G)分布 主要存在于细胞核中 主要存在于细胞质中功能 除朊病毒外，所有生物的遗传物质，对生物的遗传变异和蛋白质的生物合成有极其重要的作用糖类的功能1.糖类是主要的能源物质。从能量供应方面来讲，生物体和细胞各项生命活动消耗的能量主要由糖类供给，虽然蛋白质、脂肪等也能为生命活动提供能量。我们一日三餐中含有的糖类被消化道吸收后，大部分被细胞氧化分解，释放的能量被细胞利用。2.细胞中的糖类糖类广泛存在于动植物细胞中，是生物
10、体的重要组成成分和基本营养物质。糖类由C、H、0 三种元素构成，分为单糖、二糖和多糖等几类。（1)单糖单糖是不能水解的糖。光合作用的产物主要是葡萄糖（C 6 HI2 06），它与果糖（C 6 H I2 06）是生物界分布最普遍的六碳糖，虽然分子式相同，但属于结构不同的同分异构体。半乳糖（C 6 HI2 06）与葡萄糖也是同分异构体，因两者结合构成乳糖而得名。核糖（C 5H1005）和脱氧核糖（C 5H1004）是相差一个氧的两种五碳糖，它们的结构都成环状，是区分脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的重要成分。（2）二糖二糖在植物细胞中有蔗糖和麦芽糖。蔗糖是由一分子果糖和一分子葡萄糖脱水缩
11、合而成,甘蔗和甜菜中含有大量的蔗糖；麦芽糖是由两分子葡萄糖组成，发芽的大麦里含有大量的麦芽糖。在动物的乳汁中，含有由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成的二糖乳糖。这三种二糖（蔗糖、麦芽糖、乳糖）分子式相同（C 12 H22 O11），但结构不同。（3）多糖多糖是由多个单糖分子脱水缩合而成的链状大分子，是自然界中含量最多的糖类。淀粉是高等植物中糖的主要存在形式，以直链淀粉和支链淀粉两种形式存在，长链呈螺旋状盘曲。在植物中，最重要的多糖是纤维素，整个生物界的有机碳元素，约二分之一以纤维素状态存在于细胞壁中。动物细胞中量重要的多糖是糖原（动物淀粉），它分为肝糖原和肌糖原两种。淀粉和糖原都可以水解而成
12、为葡萄糖，葡萄糖氧化分解时释放能量，供给生物体生命活动的需要，因此，糖类是生物体生命活动的主要能源物质；另外，淀粉是植物细胞中储存能量的物质；糖原是动物细胞中储存能量的物质；核糖和脱氧核糖是组成核酸的必要物质，因此是构成细胞的重要成分。细胞中的脂质对于脂质，我们最熟悉的是食用植物油和动物脂肪。脂质分子主要由 C、H、O 三种元素构成，有的脂质还含有 N、P。1.常见的脂质有脂肪、磷脂、固醇等。2.功能种类 生理功能脂肪 (1)细胞内良好的储能物质(2)很好的绝热体，有隔热、保温作用(3)能缓冲和减压，可以保护内脏器官磷脂 构成细胞膜、细胞器膜等生物膜的重要成分固醇 胆固醇 （1）构成细胞膜的重
13、要成分（2）参与血液中脂质的运输性激素 促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成类维生素 D 能有效地促进人和动物肠道对 Ca、P 的吸收经典例题透析1种子萌发的需氧量与种子所贮藏有机物的元素组成和元素比例有关，在相同条件下，消耗同质量的有机物，油料作物种子(如花生)萌发时需氧量比含淀粉多的种子(如水稻)萌发时的需氧量（ ） A少 B多 C相等 D无规律考点定位 本题综合性强，主要考查了种子的成分、脂肪和淀粉的元素组成和元素比例、种子萌发与呼吸作用的关系，同时考查推理能力。指点迷津 首先要弄清楚 O2的作用是与细胞呼吸过程中产生的 H 结合生成 H2O，并释放出大量能量，为生命活动提供能量
14、。其次要知道油料作物种子含脂肪较多，水稻等谷类种子含淀粉多，因此答题关键是计算氢碳比，脂肪分子的分子式为 C57H110O6，氢碳比(H/C)为1.93。淀粉的分子式为(C 6Hl0O5)n，氢碳比(H/C)为 1.67。脂肪分子的 H/C 的值比淀粉分子的 H/C 的值大。有氧呼吸时，O 2的作用是与 H 结合生成 H2O，因此，消耗同质量的有机物，H/C 的值大的物质需氧量大。种子萌发时，呼吸作用(主要是有氧呼吸)增强。因此，相比之下，脂肪彻底氧化分解时，产水多，需氧多，可以放出更多的能量。油料作物种子（如花生）萌发时需氧量比含淀粉多的种子（如水稻）萌发时的需氧量多。参考答案 B。失分陷阱
15、 本题的知识综合得比较紧密，关系复杂，条件隐蔽，难度较大。失分原因主要在审题时对于题干中给出的信息挖掘不够，没有把种子萌发的“需氧量”与已知的细胞呼吸内容联系起来，没有把两种种子所贮藏葡萄糖和脂肪的元素组成和元素比例进行比较。2一个由 n 条肽链组成的蛋白质分子共有 m 个氨基酸，该蛋白质分子完全水解共需水分子（ ）An 个 Bm 个 C(m+n)个 D(m-n)个考点定位 本题考查氨基酸通过缩合反应生成多肽的过程，同时考查构建模型的能力。指点迷津 首先要明确氨基酸缩合的方式。在氨基酸分子缩合成蛋白质过程中，每两个氨基酸分子缩合失去一分子水而形成一个肽键。若某蛋白质只有一条肽链，含有 m 个氨
16、基酸，则脱去 m-1 个水分子，形成 m-1 个肽键。若某蛋白质含两条肽链，含有 m 个氨基酸，则脱去 m-2 个水分子，形成 m-2 个肽键。依次类推，某蛋白质含 n 条肽链，共含 m 个氨基酸，则脱去 m-n 个水分子，形成 m-n 个肽键。反过来，由蛋白质完全水解成氨基酸的化学反应过程中需要水分子参与。每个肽键(一 C0 一 NH 一)水解成一 COOH 和一 NH2需一分子水。蛋白质分子中含多少肽键，就要加多少水分子才能使之完全水解。故蛋白质中含 m-n 个肽键，就需水分子 m-n 个，也就是说缩合时脱去 m-n 个水分子，蛋白质水解时就需要 m-n 个水分子。参考答案 D。失分陷阱 不理解氨基酸缩合成多肽链的过程与多肽链完全水解为氨基酸之间的内在联系。 3由 DNA 分子蕴藏的信息所支配合成的 RNA 在完全水解后，得到的化学物质是（ ）A.氨基酸、葡萄糖
