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第一单元 细胞的分子组成
1.生物界与非生物界的统一性和差异性
（1）统一性：细胞与非生物相比，在元素种类上具有统一性。
（2）差异性：细胞与非生物相比，在元素含量上具有差异性。
2.组成细胞的元素的种类和含量
大量元素和微量元素的划分依据是元素在细胞中含量的多少，而不是生理作用的大小。
无论干重还是鲜重，细胞中C、H、O、N这四种元素含量最多。
3.组成细胞的化合物
种类
（1）无机化合物：水和无机盐。
（2）有机化合物：糖类、脂质、蛋白质、核酸。
含量：细胞中含量最多的化合物是水；细胞中含量最多的有机化合物是蛋白质；细胞中占干重最多的化合物是蛋白质。
不同食物中营养物质的种类和含量不同
玉米种子、甘蔗的茎、甜菜的根、苹果：富含糖类。
花生种子：富含脂肪。
牛奶、鸡蛋、大豆种子：富含蛋白质。
※元素与化合物的关系：组成细胞的元素在生物体中一般以化合物形式存在，如镁形成叶绿素、铁形成血红素，等等。但有少数元素是以单质形式存在的，如硫磺细菌中的S是以硫磺颗粒存在的。另外少数元素以离子形式存在，如K以K＋。
4.细胞中的水
水的含量
（1）生物体的含水量随着生物种类的不同而有所差别。
（2）水是构成细胞的重要成分，也是活细胞中含量最多的化合物。
水的存在形式及作用
存在形式 自由水 结合水
概念 细胞中以游离的形式存在的水 细胞中与其他物质相结合的水
含量 约占细胞内全部水分的95.5% 约占细胞内全部水分的4.5%
功能 ①细胞内的良好溶剂；②参与细胞内的生物化学反应；③为细胞提供液体环境；④运送营养物质和代谢废物 是细胞结构的重要组成成分
自由水和结合水的比例与细胞代谢的关系
（1）自由水/结合水越大，细胞的代谢就越旺盛。
（2）结合水/自由水越大，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强。
水在生产实际中的应用
生活中的现象 对此现象的解释
种子在贮存时需将种子晒干 减少自由水含量，降低种子的代谢，延长种子寿命
干种子用水浸泡后仍能萌发 失去自由水的种子仍保持其生理活性
低温环境下减少花卉浇水 提高花卉对低温的抗性
鲜种子放在阳光下暴晒，重量减轻 自由水散失，代谢减弱
干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠 种子晒干后，仍含有结合水，用酒精灯加热会失去结合水
炒熟的种子浸泡后不萌发 失去结合水的细胞失去生理活性
5.细胞中的无机盐
（1）含量：占细胞鲜重的1%～1.5%。
（2）存在形式：大多数以离子形式存在。
（3）阳离子主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等。
（4）阴离子主要有 C1-、SO42-、PO43-、HCO3-等。
6.无机盐的功能
（1）某些重要化合物的组成成分，如Mg2＋是构成叶绿素的主要成分。
（2）维持细胞和生物体的生命活动，具有重要作用，如哺乳动物的血液中Ca2＋中含量降低，会出现抽搐现象等。
（3）维持细胞的酸碱平衡。
※无机盐存在形式及作用的两点归纳：
无机盐并不都以离子的形式存在，如骨骼中的钙以CaCO3的形式存在。
无机盐在细胞内含量很低，但其作用非常重要，且需要保持一定的量，缺失和过多都可能影响生命活动。
7.无机盐参与构成的常见化合物
（1）N：蛋白质、叶绿素、核苷酸等。
（2）P：核苷酸、磷脂等。
（3）Mg：叶绿素。
（4）S：含硫氨基酸的组成成分（蛋白质的特征元素）。
（5）Fe：动物血红素。
（6）I：甲状腺激素等。
8.细胞中的糖类
（1）元素组成：C、H、O三种元素。
（2）功能：细胞中主要的能源物质。
9.糖类的种类与作用
项目 概念 常见种类 分布
单糖 不能水解的糖 核糖 动植物
脱氧核糖
葡萄糖
二糖 水解后能够生成两个单糖分子的糖 蔗糖 植物
麦芽糖
乳糖 动物
多糖 水解后能够生成 个单糖分子的糖 淀粉 植物
纤维素
糖原 动物
几丁质 甲壳类动物和昆虫的外骨骼中
※糖类的三种分类
（1）依据分布分类
注：大多数果糖存在于植物细胞中，大多数乳糖和半乳糖存在于动物细胞中。
（2）依据功能划分
②生命活动的主要能源物质：葡萄糖。
③细胞中的储能物质：淀粉和糖原。
（3）依据性质划分
①还原糖：葡萄糖、果糖、麦芽糖等。
②非还原糖：多糖、蔗糖等。
10.糖类之间的转化
11.细胞中的脂质
（1）元素组成：主要是 ，有的还含有P和N。
（2）特点：与糖类相比，氧的含量 ，而氢的含量更 。
（3）分布：大量存在于某些植物的种子、果实及动物体的脂肪组织中。
（4）种类和功能
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 构成细胞膜和细胞器膜等的重要成分
固醇 胆固醇 ①构成动物细胞膜的重要成分 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
维生素D 能有效地促进人和动物肠道对钙、磷的吸收
12.糖类和脂质的转化
糖类和脂肪是可以相互转化的
（1）糖类转化为脂肪的过程：葡萄糖除供细胞利用外，多余的部分可以合成 储存起来；如果葡萄糖还有富余，就可以转变脂肪和某些糖原。
（2）脂肪转化为糖类的过程：食物中的脂肪被消化吸收后，可以在皮下结缔组织等处以脂肪组织的形式储存起来。而脂肪一般在糖类代谢发生障碍，引起功能不足时，才会分解供能，而且氨基酸不能转化为糖类。
糖类与脂质的转化示意图：
13.蛋白质的功能
（1）一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。
（2）蛋白质功能举例：
功能 实例
作为结构蛋白 羽毛、肌肉、头发、蛛丝
催化作用 绝大多数酶
运输作用 载体蛋白、血红蛋白
调节作用 胰岛素、生长激素等蛋白质类激素
免疫作用 抗体
14.蛋白质的基本组成单位——氨基酸
氨基酸的结构
（1）结构通式
（2）结构特点
①数量上：至少含有一个氨基（—NH2）和一个羧基（—COOH）。
②位置上：都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。
（3）各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。
种类
（1）分类依据：能否在人体内合成。
（2）种类
人体细胞不能合成的是必需的氨基酸（共8种）。
人体细胞能合成的是非必需的氨基酸（共13种）。
※组成生物体蛋白质的氨基酸的判断标准
（1）数量标准：至少有一个“—NH2”和一个“—COOH”。
“氨基酸”这一名词与其分子结构有对应关系，“氨基酸”代表了其分子结构中主要的部分——氨基（碱性）和羧基（酸性），分子结构中缺少其一，都不是氨基酸。如：
H2N—CH2—CH2OH 缺少—COOH
HOOC—CH2—CH2—COOH 缺少—NH2
位置标准：都有一个“—NH2”和一个“—COOH”连接在同一个碳原子（中心碳原子）上。
15.氨基酸的脱水缩合
（1）此生理过程的名称是脱水缩合。
（2）写出字母代表的结构或名称：a-一个氨基；b-一个羧基。
（3）判断产物H2O中原子的来源。
H：来自R1所在氨基酸的羧基和R2所在氨基酸的R基。
O：来自R1所在氨基酸的羧基。
16.蛋白质的形成过程：
元素：C、H、O、N等
↓
氨基酸：蛋白质的基本组成单位
↓脱水缩合
二肽：由两个氨基酸分子缩合而成的化合物
↓
多肽（链）：由多个氨基酸分子缩合而成的化合物，通常呈链状结构
↓
蛋白质：具有一定的空间结构
17.蛋白质的结构多样性的原因：每种蛋白质含有的氨基酸种类和数目都不同，不同种类氨基酸的排列顺序多种多样，肽链的盘曲折叠方式及形成的空间结构不同，这就决定了蛋白质分子的结构多样性。
每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特结构，如果氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变，就可能会影响其功能。
※多肽中氨基数、羧基数、氨基酸数、肽键数和脱水数的计算：
氨基酸平均相对分子质量 氨基酸数目 肽键数目 脱去水分子数目　 多肽或蛋 白质相对 分子质量 氨基数目 羧基数目
一条肽链 a n n－1 n－1 na－18×(n－1) 至少1个 至少1个
m条肽链 a n n－m n－m na－18×(n－m) 至少m个 至少m个
环状多肽 a n n n na－18n 最少为0 最少为0
18.核酸的种类及其分布
（1）核酸包括两大类：一类是脱氧核糖核酸，简称DNA；另一类是核糖核酸，简称RNA。
（2）真核细胞的DNA主要分布在细胞核中，线粒体、叶绿体内也含有少量的DNA。RNA主要分布在细胞质中。
※生物体中核酸、遗传物质、碱基和核苷酸种类的分析
生物类别 核酸种类 遗传物质 碱基种类 核苷酸种类
细胞生物 DNA和RNA DNA A、G、C、T、U 8种
病毒 只含DNA DNA A、G、C、T 4种
只含RNA RNA A、G、C、U 4种
19.核酸是由核苷酸连接而成的长链
（1）组成元素：只有C、H、O、N、P五种。
（2）基本组成单位——核苷酸：一个核苷酸由一分子五碳糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸组成，其连接方式如图所示：
①五碳糖：核糖、脱氧核糖。
②含氮碱基：A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶）、U（尿嘧啶）。
（3）分类
依据五碳糖：含有脱氧核糖的为脱氧核苷酸；含有核糖的为核糖核苷酸。
依据碱基：脱氧核苷酸和核糖核苷酸各分为4种。
20.核酸的形式：一般情况下，在生物体的细胞中，DNA由两条脱氧核苷酸链构成，RNA由一条核糖核苷酸链构成。
21.核酸的作用：核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用
22.生物大分子以碳链为骨架
多聚体的组成：若干个相连的碳原子→碳链为基本骨架→单体→多聚体。
23.根据元素组成判断细胞内的有机物种类
（1）只含C、H、O→糖类、脂肪或固醇类。
（2）除C、H、O、N外，还含有S→蛋白质。
（3）不仅含有C、H、O、N，还含有P→磷脂或核酸。
24.根据功能判断细胞内有机物的种类
（1）主要能源物质→糖类。
（2）主要储能物质→脂肪、淀粉、糖原。
（3）主要结构物质→蛋白质。
（4）贮存遗传信息的物质→DNA或RNA。
25.生物大分子初步水解与彻底水解的产物不同。
（1）水解是指大分子有机物分解为小分子有机物，若得到的小分子有机物还可以水解则为初步水解，若得到的小分子有机物不能再水解则为彻底水解。
（2）大分子物质的初步水解产物和彻底水解产物。
物质 初步水解产物 彻底水解产物
DNA 脱氧核苷酸 脱氧核糖、碱基、磷酸
RNA 核糖核苷酸 核糖、碱基、磷酸
蛋白质 多肽 氨基酸
淀粉 麦芽糖 葡萄糖
26.细胞中糖类和脂质的鉴定
（1）斐林试剂与双缩脲试剂的比较
（2）实验原理分析：鉴定还原糖，是新配制的Cu(OH)2与还原糖反应，Cu(OH)2被还原为Cu2O（砖红色）。
27.斐林试剂与双缩脲试剂的比较
斐林试剂 双缩脲试剂
甲液 乙液 A液 B液
成分 质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液 质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液 质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液 质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液
鉴定物质 还原糖 蛋白质
添加顺序 甲、乙两液等量混匀后立即使用 先加入A液1 mL，摇匀，再加入B液4滴，摇匀
反应条件 50～65 ℃温水浴加热 不需加热，摇匀即可
反应现象 蓝色→棕色→砖红色沉淀 浅蓝色→紫色
28.实验原理分析：检测蛋白质的原理是肽键在碱性环境中与Cu2＋反应生成紫色络合物，所以加入双缩脲试剂A液的目的是制造碱性环境。
29.检测生物组织中有机物的注意事项
（1）颜色反应中实验材料的选择
由于糖类、脂肪和蛋白质的检测都需要观察颜色变化，所以选取的实验材料应尽可能是白色或无色的，避免实验材料本身的颜色对实验结果的干扰。
非还原糖（如蔗糖）遇斐林试剂后，溶液不是无色而是浅蓝色，因为斐林试剂中含有新配制的Cu(OH)2溶液，呈浅蓝色。
做蛋白质的鉴定实验时，若用大豆作实验材料，必须提前浸泡；若用蛋清作实验材料，必须稀释，防止其粘在试管壁上，不易刷洗。
物质鉴定实验一般可预留部分样液作对照实验。若需进一步设立对照实验，对照组应加入成分已知的物质，如验证唾液淀粉酶是蛋白质，则对照组可加入稀释的鸡蛋清溶液。
（2）各有机物鉴定实验的差异
需要加热——还原糖鉴定需要水浴加热。
需要显微镜——脂肪鉴定是唯一用到显微镜的有机物鉴定实验。

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