第2章组成细胞的分子知识清单-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

2.1细胞中的元素和化合物 一、生物界和非生物界的统一性与差异性 1. 生物界和非生物界从元素组成的种类上看二者具有统一性，从元素含量上看二者具有差异性； 二、组成细胞的元素 1. 组成细胞的元素。常见的有20多种，根据含量可以分为： (1) 大量元素如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg； (2) 微量元素如Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu 2. 占细胞鲜重前四位元素分别是O、C、H、N；占细胞干重前四位元素分别是C、O、N、H。所以细胞中的基本元素是C、H、O、N，最基本元素是C。 3. 组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在。 三、组成细胞的化合物 组成细胞的化合物分为无机物和有机物，无机物包括水、无机盐，有机物包括蛋白质、脂质、糖类和核酸（按含量排序）. 1. 一般情况下，细胞中含量最多的化合物是水，含量最多的无机物是水，含量最多的有机物是蛋白质，占细胞干重最多的化合物是蛋白质，占植物体干重最多的化合物是糖类。 四、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 1. 检测原理：某些化学试剂能够使生物组织中的相关化合物产生特定的颜色反应。 (1) 还原糖+斐林试剂→砖红色沉淀 (2) 脂肪+苏丹Ⅲ染液→橘黄色 (3) 蛋白质+双缩脲试剂→紫色 (4) 淀粉+碘液→蓝色 2. 材料要求：所使用的实验材料需无色或近白色且被检测物含量高。 3. 斐林试剂和双缩脲试剂的对比 斐林试剂 双缩脲试剂 成分 甲液 乙液 A液 B液 0.1g/mL的NaOH溶液 0.05g/mL的CuSO4溶液 0.1g/mL的NaOH溶液 0.01/mL的CuSO4溶液 检测物 还原糖 蛋白质 颜色反应 浅蓝色→砖红色沉淀 紫色 使用方法 甲乙等体积混合、现配现用、水浴加热 先用A液1mL，再用B液四滴 原理 新配制的Cu（OH）2和还原糖发生氧化还原反应生成砖红色的Cu2O 碱性条件下的Cu2+和蛋白质中的肽键结合生成紫色络合物 4. 5. 注： ①花生子叶和双缩脲试剂也有紫色反应，只是颜色很浅； ② 唯一需要加热 还原糖的检测 唯一需要显微镜 脂肪的检测 唯一使用酒精 脂肪的检测 ③使用双缩脲试剂的时候滴加硫酸铜不能过量是因为避免过多的Cu2+影响对实验现象的观察。 2.2 细胞中的无机物 一、细胞中的水 1. 水的含量特点：一般情况下，细胞中含量最多的化合物是水。 2. 与生物类型和发育时期的关系： (1) 不同生物的含水量一般不同，如陆生生物含水量 <水生生物的； (2) 同一生物不同生长发育时期的含水量不同，幼年>中年>老年； (3) 不同代谢状态的同种生物含水量不同，代谢强 >代谢弱。 3. 水的存在形式和功能 自由水 结合水 形式 呈游离状态 与细胞内的物质结合 特点 具有流动性、溶解性 无流动性、无溶解性 含量 约95.5% 约4.5% 功能 ①细胞内良好的溶剂； ②参与细胞代谢； ③运输营养物质和代谢物； ④为细胞提供液体环境 细胞结构的重要组成成分 联系 适宜条件下自由水与结合水可转换 4. 自由水和结合水的比值与细胞代谢及抗逆性的关系： 细胞内自由水所占的比例越大，细胞的代谢就越旺盛，但抗逆性越弱；细胞内结合水所占的比例越大，细胞的抗逆性就越强，但代谢就越弱。 二、细胞中的无机盐 1. 无机盐的存在形式：大部分以离子形式存在。 2. 无机盐的含量：占鲜重的1%-1.5%。 3. 无机盐的功能： (1) 构成细胞结构和细胞内的化合物； (2) 维持细胞核生物体正常的生命活动； (3) 维持体液（细胞）的酸碱平衡； (4) 维持细胞的渗透压平衡，即维持细胞的正常形态。 2.3 细胞中的糖类和脂质 一、细胞中的糖类 1. 糖类分子一般是由C、H、O三种元素构成（特殊的多糖肽聚糖和几丁质还含有N），因为大多数糖类分子中H：O=2:1，所以糖类又叫做碳水化合物，简写为（CH2O）。 2. 糖类的分类 (1) 根据是否具有还原性可分为： 1 还原糖，如葡萄糖所有单糖、麦芽糖； 2 非还原糖，如蔗糖、乳糖、所有多糖。 (2) 根据水解情况和主要存在细胞可分为 种类 举例 分布（动/植物） 功能 单糖 五碳糖 核糖 动、植物 RNA的组成成分 脱氧核糖 动、植物 DNA的组成成分 六碳糖 葡萄糖 动、植物 细胞生命活动的主要能源物质 果糖 植物 为细胞的生命活动提供能量 半乳糖 动物 二糖 蔗糖 （葡萄糖+果糖） 植物 水解为单糖后为细胞的生命活动提供能量 麦芽糖 （葡萄糖+葡萄糖） 植物 乳糖 （葡萄糖+半乳糖） 动物 多糖 淀粉 植物 植物细胞的储能物质 糖原 动物 动物细胞的储能物质 纤维素 植物 植物细胞壁的主要成分、植物茎秆枝叶中纤维的主要成分 几丁质 动物 真菌细胞壁的主要成分、甲壳类动物和昆虫外骨骼的主要成分 肽聚糖 细菌 细菌细胞壁的主要成分 3. 4. 糖类的功能 (1) 主要的能源物质，为细胞核生物体的生命活动提供能量； (2) 细胞和生物体结构的重要组成成分。 5. 各种“有关物质” (1) 糖类是主要的能源物质 (2) 葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质，常被形容为“生命的燃料” (3) 淀粉是植物体内的储能物质 (4) 糖原是动物细胞内的储能物质 (5) 脂肪是细胞内良好的储能物质 6. 注： (1) 单糖不能（能/不能）再被水解，能（能/不能）被细胞直接吸收利用；动物进食二糖及多糖后需要（需/不需）要被水解成单糖才被吸收，所以人体细胞内不存在（存在/不存在）蔗糖、淀粉等植物糖。 (2) 并非所有糖类分子都满足（CH2O），如脱氧核糖。 (3) 淀粉、纤维素和糖原都是多糖，它们的单体都是 葡萄糖，功能不一样是因为构成它们的单体的数量和连接方式不同。 二、细胞中的脂质 1. 脂质的元素组成主要是C、H、O，有些还含有N、P。 2. 脂质的性质：脂质分子中氧原子的含量小于糖类，而氢原子的含量大于糖类（大于/小于）；脂质通常不溶于水，而易溶于脂溶性有机溶剂如丙酮、乙醚等。 3. 脂质的分类、元素组成、分布和功能 种类 组成元素 分布 功能 脂肪 C、H、O 动物的皮下、肠系膜；植物的种子等 ①细胞内良好的储能物质； ②绝热、保温； ③缓冲减压，保护内脏。 磷脂 C、H、O、N、P 动物的脑、卵细胞、肝脏以及大豆种子 细胞膜和细胞器膜的主要组成成分 固醇 胆固醇 略 动物细胞膜的重要成分、参与血液中脂质的运输 性激素 促进动物生殖器官的发育和生殖细胞的形成 维生素D 促进人和动物肠道对钙和磷的吸收 4. 注：脂肪（又叫三酰甘油）由3分子脂肪酸和1分子甘油形成。根据分布可以分为植物脂肪——含有不饱和（饱和/不饱和）脂肪酸，室温时大多为液态；动物脂肪——含有饱和（饱和/不饱和）脂肪酸，室温时大多为固态。 5. 同质量的糖原和脂肪，脂肪彻底氧化分解释放的能量更多。 6. 糖类和脂肪的转换关系：糖类充足的情况下可以大（大/少）量转变为脂肪，而脂肪只能少（大/少）量转变为糖类。 2.4 蛋白质是生命活动的主要承担者 一、蛋白质的功能 1. 构成细胞核生物体的重要结构；如肌肉、头发和蛛丝的主要成分是蛋白质，细胞膜中的蛋白质，肌动蛋白等。 2. 催化功能；如胃蛋白酶、唾液淀粉酶（绝大多数酶是蛋白质）。 3. 运输功能；如血红蛋白，水通道蛋白等。 4. 调节功能；如胰岛素、生长激素等。 5. 免疫功能；如所有的抗体都是蛋白质 （一切生命活动都离不开蛋白质，是功能物质，是生命活动的主要承担者，） 二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸 1. 氨基酸的化学元素组成氨基酸； 2. 种类：组成人体蛋白质的氨基酸有21种；其中 人体不能合成，必须从外界环境中获取的叫做必需氨基酸，有8种，另外有13种是是人体能够合成的，叫做非必需氨基酸； 3. 氨基酸的结构通式： 写出氨基酸的结构通式 氨基酸的结构特点： ①至少含有一个氨基（-NH2）和一个羧基（-COOH） ； ②都有一个氨基和羧基连接在同一个碳原子上； ③这个碳原子还连接有一个氢原子和以侧链基团 （各种氨基酸之间的理化性质不同是因为R基不同） 三、蛋白质的结构及其多样性 1. 氨基酸之间的结合方式——脱水缩合；该过程指的是一个氨基酸分子的氨基和另外一个氨基酸分子的羧基 相连接，同时脱去一分子水。连接两个氨基酸的化学键叫做肽键；由两个氨基酸脱水缩合而成的化合物叫做二肽。在下面横线上写出脱水缩合的过程并标注肽键： 如图2-10（教材30页） 2. 类似地，由三个氨基酸脱水缩合而成的化合物叫做三肽；由多个氨基酸脱水缩合而成的，含有多个肽键的化合物叫做多肽，该化合物通常呈链状，所以又叫做肽键； 3. 注意：多肽≠蛋白质，写出蛋白质的结构层次 （略） 4. 蛋白质结构多样性的原因： (1) 氨基酸角度组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同； (2) 肽链角度肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。 5. 假设氨基酸的平均相对分子质量为a，有n个氨基酸参与脱水缩合生成一条或者m条肽链： 肽链数 生成的肽键或水分子数 游离的氨基或者羧基数 肽链相对分子量 1 n-1 ≧1 na-18（n-1） m n-m ≧m na-18（n-m） 环肽 n ≧0 Na-18n （若特别强调肽链中b个二硫键，则该肽链的分子量还需减去2b。） 四、蛋白质的结构和功能的关系 1. 结构决定功能，功能反映结构。每种蛋白质分子都有它所承担功能相适应的特定结构，若氨基酸的序列或者蛋白质的空间结构被改变，其功能会（会/不会）改变；列如： (1) 镰状红细胞而导致的贫血症：病因是血红蛋白某一处的谷氨酸被缬氨酸代替，就会导致异常的血红蛋白，相应的红细胞形态改变，运输氧气的能力减弱； (2) 蛋白质的变性：蛋白变性指的是蛋白质在物理 和化学等因素的作用下其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质和生理活性丧失的现象；变性后的蛋白质其肽键没有（有/没有），所以用双缩脲试剂来检测变性蛋白质有（有/无）紫色反应。蛋白质变性原理可应用于加热煮熟食物帮助消化，利用高温、强酸、酒精等达到消毒、灭菌的目的。 蛋白质的水解：蛋白质的水解指的是蛋白质在蛋白质或者其他物质的作用下被彻底分解为氨基酸你的过程，所以不能（能/不能）口服胰岛素来治疗糖尿病，原因是胰岛素在消化道被水解为氨基酸后不能承担特定的功能。 2.5 核酸是遗传信息的携带者 一、核酸的种类及其分布 种类 分布（针对真核细胞） DNA（脱氧核酸） 主要在细胞核，少量分布于细胞质中的线粒体和叶绿体 RNA（核糖核酸） 只要分布在细胞质，少量分布在细胞核 （原核细胞的DNA主要分布在拟核区域） 二、核酸是由核苷酸连接而成的长链 1. 核酸的结构层次： C、H、O、N、P ↓ 磷酸、五碳糖、含氮碱基 ◯ 、 ↓ 核苷酸 ↓ 核酸 2. DNA和RNA的对比： 3. 生物的遗传信息储存在核苷酸（碱基）的排列顺序中；大部分生物（细胞生物和DNA病毒）的遗传物质是DNA，部分病毒（RNA病毒）的遗传物质是RNA，所以说核酸是是遗传信息的携带者，是遗传物质。 4. DNA和RNA共有的碱基的中文名称A腺嘌呤，G鸟嘌呤，C胞嘧啶，DNA特有的碱基T：胸腺嘧啶，RNA特有的碱基U：尿嘧啶。 5. 不同生物体内核酸的对比 6. 核酸的水解：核酸初步水解得到核苷酸，彻底水解得到磷酸、五碳糖、碱基； (1) DNA初步水解得到脱氧核苷酸，彻底水解得到磷酸、脱氧核糖、碱基（A、T、G、C）； (2) RNA初步水解得到核糖核苷酸，彻底水解得到磷酸、核糖、碱基（A、U、G、C）； 三、生物大分子以碳链为骨架 细胞中的生物大分子（分子量大于1000）有多糖、蛋白质、核酸。 1. 单体与多聚体：生物大分子是由基本单位组成，这些基本单位称为单体。生物大分子是由许多单体连接成的多聚体。 2. 生物大分子的单体和功能 学科网（北京）股份有限公司 $$