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第二章 组成细胞的分子
本 章 整 合
1．(2018·全国卷Ⅱ改编)下列关于人体中蛋白质功能的叙述，错误的是(　C　)
A．浆细胞产生的抗体可体现免疫功能
B．肌细胞中的某些蛋白质参与肌肉收缩的过程
C．蛋白质结合Mg2＋形成的血红蛋白参与O2运输
D．细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分，属于结构蛋白
[解析]　血红蛋白结合Fe元素参与O2运输。
2．(2018·全国卷Ⅱ)有些作物的种子入库前需要经过风干处理。与风干前相比，下列说法错误的是(　C　)
A．风干种子中有机物的消耗减慢
B．风干种子上微生物不易生长繁殖
C．风干种子中细胞呼吸作用的强度高
D．风干种子中结合水与自由水的比值大
[解析]　风干种子中结合水与自由水的比值大，细胞呼吸强度低。故C错。
3．(2017·海南高考)有关蛋白质结构与功能的叙述，错误的是(　C　)
A．蛋白质的生物活性与蛋白质的空间结构有关
B．数量相同的5种氨基酸可以组成不同的多肽链
C．将抗体溶于NaCl溶液中会造成其生物活性的丧失
D．氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同的空间结构
[解析]　蛋白质的功能主要取决于组成蛋白质的氨基酸数目、种类、排列顺序及形成蛋白质的空间结构，A正确。数量相同的5种氨基酸可以有多种组合方式且形成长度不同的多肽链，B正确。在质量分数为0.9%的NaCl溶液(生理盐水)中，抗体将保持其活性，C错误。氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同蛋白质，D正确。
4．(2017·海南高考)关于哺乳动物体内脂质与糖类的叙述，错误的是(　B　)
A．固醇在动物体内可转化成性激素
B．C、H、O、P是构成脂质和糖原的元素
C．脂肪与糖原都是细胞内储存能量的物质
D．胆固醇是细胞膜的组分，也参与血脂运输
[解析]　胆固醇是高等动物细胞的重要组分；它与长链脂肪酸形成的胆固醇酯是血浆脂蛋白(参与血脂运输)及细胞膜的重要组分；胆固醇是动物组织中其它固醇类化合物如胆汁醇、性激素、肾上腺皮质激素、维生素D3等的前体，AD正确。糖原属于糖类，只有C、H、O三种元素组成，B错误。脂肪与糖原都属于储能物质，C正确。
5．(2016·江苏高考)关于生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质和DNA的鉴定实验，下列叙述正确的是(　C　)
A．还原糖、DNA的鉴定通常分别使用双缩脲试剂、二苯胺试剂
B．鉴定还原糖、蛋白质和DNA都需要进行水浴加热
C．二苯胺试剂和用于配制斐林试剂的NaOH溶液都呈无色
D．脂肪、蛋白质鉴定时分别可见橘黄色颗粒、砖红色沉淀
[解析]　还原糖鉴定用斐林试剂，DNA的鉴定用二苯胺试剂，A项错误；用双缩脲试剂鉴定蛋白质时，不需要水浴加热，B项错误；鉴定DNA的二苯胺试剂和斐林试剂的NaOH溶液都是无色的，C项正确；用苏丹Ⅲ染液可将脂肪染成橘黄色，蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应，D项错误。
6．(2018·全国卷Ⅲ部分)回答下列与蛋白质相关的问题：
生物体中组成蛋白质的基本单位是__氨基酸____，在细胞中合成蛋白质时，肽键是在__核糖体____这一细胞器上形成的，合成的蛋白质中有些是分泌蛋白，如__胃蛋白酶____(填“胃蛋白酶”“逆转录酶”或“氨酸酶”)分泌蛋白从合成至分泌到细胞外需要经过高尔基体，此过程中高尔基体的功能是__对来自内质网的分泌蛋白进行加工、分类、包装和转运____。
[解析]　氨基酸是组成蛋白质的基本单位，在细胞中合成蛋白质时，肽键是在核糖体上形成的，合成的蛋白质中有些是分泌蛋白，如胃蛋白酶等，从合成至分泌到细胞外需要经过高尔基体。高尔基体对来自内质网的分泌蛋白进行加工、分类、包装和转运。
第1节　细胞中的元素和化合物
学习目标
1．说出组成细胞元素的种类及功能。(重点)
2．说出组成细胞化合物的种类。
3．尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。(重、难点)
核心概念
大量元素　微量元素　无机化合物　有机化合物
一、生物界与非生物界的统一性和差异性
1．__统一____性：从元素种类看，组成细胞的化学元素在无机自然界都能找到，没有一种元素为细胞所特有。
2．__差异____性：从元素含量看，各化学元素在生物体内和无机自然界中的相对含量大不相同。
二、组成细胞的元素和化合物
1．组成细胞的元素
元素
含量：
(1)占人体细胞鲜重最多的元素是__O____。
(2)占人体细胞干重最多的元素是__C____。
2．组成细胞的化合物
化合物
含量：
(1)占细胞鲜重比例最高的化合物是__水____。
(2)占细胞干重比例最高的化合物是__蛋白质____。
三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
(一)还原糖的检测
1．原理：糖类中的还原糖(如__葡萄糖____、__果糖____、麦芽糖)，与__斐林____试剂作用，生成砖红色沉淀。
2．试剂
3．步骤
(1)向试管内注入2 mL待测组织样液。
(2)向试管内加入1 mL斐林试剂(甲液和乙液__等量混合均匀____后再注入)。
(3)将试管放入盛有__50～65_℃温水____的大烧杯中加热约2 min。
(4)观察试管中出现的颜色变化。
(二)脂肪的检测
1．原理：脂肪可被苏丹Ⅲ染液染成__橘黄色____，或被苏丹Ⅳ染液染成__红色____。
2．材料：成熟的__花生种子____是最好的选择，实验前浸泡3～4 h。
3．试剂：苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液、__体积分数为50%的酒精____溶液。
4．步骤
取材：取花生种子(浸泡后去掉种皮)，用刀片在花生子叶的横断面上平行切下若干薄片
　　↓
制片
　　↓
观察：在__低倍镜____下找到__花生子叶的最薄处____，移到视野中央，然后用__高倍镜____观察
(三)蛋白质的检测
1．原理：蛋白质能与__双缩脲试剂____发生作用，产生紫色反应。
2．试剂
3．步骤
(1)向试管内注入2 mL待测组织样液。
(2)向试管内注入__双缩脲试剂A液____1 mL，摇匀。
(3)向试管内注入__双缩脲试剂B液____4滴，摇匀。
(4)观察试管中出现的颜色变化。
(四)淀粉的检测
1．原理：淀粉遇__碘液____会变成__蓝____色。
2．材料：马铃薯匀浆。
3．步骤
(1)向试管内注入2 mL待测组织样液。
(2)向试管内滴加2滴__碘液____，观察颜色变化。
？思考
1．想一想刚收获的大豆种子与晒干的大豆种子中含量最多的化合物相同吗？
提示：不相同。刚收获的大豆种子中含量最多的化合物是水，晒干的大豆种子中含量最多的化合物是蛋白质。
2．检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质时，对于材料的选择有何统一要求？
提示：选择颜色较浅的且相应物质含量较高的生物组织，避免材料自身颜色对实验颜色变化的遮盖。
3．还原糖的鉴定中，若选用西瓜瓤作为原料是否合适？为什么？
提示：不合适，西瓜瓤为红色，会对结果造成颜色干扰。
H　　判断题
1．生物界和非生物界在组成元素的种类和含量上都相同。(　×　)
2．C、H、O、N、P、Fe、Mn等是组成细胞的大量元素。(　×　)
3．在人体活细胞中氧原子的数目最多。(　×　)
4．细胞中的一种元素的作用能被其他元素替代。 (　×　)
5．细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要。(　×　)
6．组成细胞的元素有C、H、O、N等20多种，其中C是最基本的元素。(　√　)
7．组成细胞的元素同样存在于自然环境中，说明生物与非生物具有统一性。(　√　)
8．活细胞中含量最多的化合物是蛋白质。(　×　)
9．构成细胞的任何一种化合物都能在无机自然界中找到。(　×　)
10．检测还原糖的材料可选用番茄果肉。(　×　)
11．检测脂肪时可使用花生种子匀浆。(　√　)
12．还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下生成红色沉淀，斐林试剂使用时先加甲液再加乙液。(　×　)
知识点1　组成细胞的元素和化合物
Z　
1．组成细胞的元素的种类和含量
(1)大量元素和微量元素的划分依据是元素的含量，而不是生理作用。
(2)无论干重还是鲜重，细胞中C、H、O和N这四种元素含量最多。
2．构成细胞的最基本元素——C
图1和图2分别是人体细胞鲜重和干重的主要元素含量。无论是鲜重还是干重，组成细胞的元素中C、O、H、N这四种元素的含量最多。生物大分子都以碳链为基本骨架，这表明C是构成细胞的最基本元素。
知识贴士
(1)大量元素和微量元素只是说明在细胞中的含量不同，而在生理作用上无大小之分。
(2)细胞中的元素含量比例中“鲜重≠干重”：O在细胞鲜重中含量最多，C在细胞干重中含量最多。
(3)大量元素和微量元素都是生物体所必需的，但生物体内含有的元素不一定都是必需元素，如Pb。
3．元素和化合物的含量分析
(1)若用图3表示人体中含量最多的四种元素的含量：
①在鲜重状态下a、b、c、d分别代表的是C、O、H、N。
②在干重状态下a、b、c、d分别代表的是O、C、N、H。
通过上述元素在人体中的含量说明C、H、O、N四种元素为组成生物体的基本元素。
(2)若用该图表示生物体中化合物的含量，则a、b、c、d分别表示：蛋白质、水、脂质、糖类。
知识贴士
①几个“最多”
占细胞鲜重最多
占细胞干重最多
元素
O
C
化合物
水
一般认为是蛋白质
②在组成细胞的各种化合物中，虽然水是含量最多的物质，是生命活动的最重要的介质，地球表面出现了液态水时，才具备了生命发生的条件。现代生物科学认为承担生命的“蛋白体”主要是核酸和蛋白质的整合体系，因此说细胞的主要成分是蛋白质和核酸。
D　
典例1　(2018·湖北武汉重点中学期末)如图所示，图甲是细胞中3种化合物含量的扇形图。图乙是有活性的细胞中不同元素含量的柱形图。下列说法不正确的是(　C　)
A．若图甲表示正常细胞，则Ⅰ、Ⅱ化合物共有的元素中含量最多的是图乙中的a
B．若图甲表示细胞完全脱水后化合物含量的扇形图，则I化合物中含量最多的元素为图乙中的b
C．图乙的正常细胞中数量最多的元素是c，这与细胞中含量最多的有机物有关
D．若图甲表示正常细胞，则Ⅱ化合物具有多样性，其必含的元素为C、H、O、N
[解析]　根据图甲中各化合物的比例，可判断正常细胞中Ⅰ、Ⅱ化合物分别为水和蛋白质，它们共有的元素为H、O，而O在活细胞中含量最多；由图乙中各元素含量可知，a为O元素，b为C元素，c为H元素，A项正确。细胞完全脱水后含量最多的化合物为蛋白质，蛋白质是以碳链为骨架构建的大分子物质，其中C含量最多，对应于图乙中的b，B项正确。活细胞中H元素数量最多，但由于其相对原子质量最小，所以其含量仅排第三，这与活细胞中含量最多的化合物H2O有关，H2O是无机物，C项错误。
〔变式训练1〕　(2018·抚州高一检测)恐龙是一种已经灭绝的动物。请你推测一下，在组成恐龙的各种元素中，含量最多的四种元素是(　D　)
A．C、O、Ca、K　 B．C、H、O、P　
C．O、C、N、P　　 D．C、O、H、N
[解析]　C、H、O、N、P、S这六种元素称为主要元素，其在细胞鲜重中含量从大到小的顺序是O>C>H>N>P>S。
知识点2　检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
Z　
1．鉴定有机物所选取的材料
鉴定物质
相应材料
还原糖
还原糖含量高、白色或近于白色的植物组织，如苹果、梨的匀浆
淀粉
马铃薯的匀浆
脂肪
花生种子
蛋白质
大豆组织研磨液或蛋清稀释液
注意事项：
(1)选材
①富含被检测的有机物，易出现明显的实验现象。
②材料本身应为白色或近于白色，不干扰实验结果。
(2)三类有机物的检测在操作步骤上的差异
①唯一需要加热的——还原糖的检测，且必须水浴加热，不能用酒精灯直接加热，若不加热，则无砖红色沉淀出现。
②唯一需要显微镜的——脂肪的检测。
③混合后加入的——斐林试剂；分别加入的——双缩脲试剂。
(3)实验操作
①还原糖检测时，使用水浴加热，试管底部不要触及烧杯底部，以防受热不均匀。
②检测生物组织中的脂肪时，染色时间不宜过长，否则脂肪会溶解在酒精中，使橘黄色消失。
③蛋白质检测时，双缩脲试剂的加入顺序：先加A液，再加B液，而且B液不能过量。目的是先制造碱性环境。若先加B液或B液过量，会生成Cu(OH)2，干扰颜色反应。
2．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
NaOH溶液
质量浓度为
0.05 g/mL
CuSO4溶液
质量浓度为
0.1 g/mL
NaOH溶液
质量浓度为
0.01 g/mL
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
浅蓝色→棕色→砖红色沉淀
浅蓝色→紫色
知识贴士
有机化合物鉴定中有关试剂的几个误区
①易写错别字，如“斐林试剂”中的“斐”不可错写为“翡”，双缩脲试剂中的“脲”不可错写为“尿”。
②斐林试剂只能检测具有还原性的糖类，而一些非还原性的糖类，如蔗糖、淀粉等，无法用斐林试剂进行检测。
③一切蛋白质或二肽以上的多肽都能与双缩脲试剂发生反应，但与双缩脲试剂发生反应的物质不一定都是蛋白质或多肽，如尿素等。
D　
典例2　现提供可配制斐林试剂的溶液：甲液(质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液)、乙液(质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液)以及蒸馏水。如果充分利用上述试剂及必需的实验用具，可灵活地鉴别出下列哪些物质(　C　)
①葡萄糖　②蔗糖　③胃蛋白酶(化学本质为蛋白质)　④DNA
A．只有①　 B．①和②
C．①和③　 D．②③和④
[解析]　本题提供了蒸馏水，因此质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液可用蒸馏水稀释至0.01 g/mL，作为双缩脲试剂的组成成分。葡萄糖为还原糖，可用斐林试剂检测；胃蛋白酶的化学本质为蛋白质，可用双缩脲试剂检测。
〔变式训练2〕　(2018·哈尔滨高一检测)关于生物组织中还原糖的检测，下列叙述正确的是(　A　)
A．常见的还原糖包括葡萄糖、果糖、麦芽糖
B．对还原糖的检测用双缩脲试剂
C．在组织样液中加入斐林试剂后试管内液体呈现无色，加热后变成砖红色
D．实验结束时将剩余的斐林试剂装入棕色瓶，以便长期保存备用
[解析]　常见的还原糖有葡萄糖、果糖和麦芽糖，A正确；对还原糖的检测用斐林试剂，B错误；在组织样液中加入斐林试剂后试管内液体呈现蓝色，加热后变成砖红色，C错误；斐林试剂应现配现用，不能混合后保存，D错误。
一、斐林试剂和双缩脲试剂的比较
比较项目
斐林试剂
双缩脲试剂
不同点
使用
方法
甲液和乙液混合均匀后即可使用，且现用现配
使用时先加A液再加B液
显色反
应条件
需水浴加热
不需加热即可反应
反应
原理
还原糖中的醛基或酮基被Cu(OH)2氧化，Cu(OH)2被还原为Cu2O
具有两个以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu2＋反应生成络合物
颜色
变化
出现砖红色沉淀
样液变紫色
浓度
乙液CuSO4溶液的质量浓度为0.05 g/mL
B液CuSO4溶液的质量浓度为0.01 g/mL
相同点
都含有NaOH、CuSO4两种成分，且所用NaOH溶液的质量浓度都是0.1 g/mL
典例3　下列关于“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验操作步骤的叙述，正确的是(　B　)
A．用于检测还原糖的斐林试剂的甲液和乙液，可直接用于蛋白质的检测
B．检测脂肪时，需要用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪颗粒
C．检测还原糖时，要加入斐林试剂甲液摇匀后，再加入乙液
D．用于检测蛋白质的双缩脲试剂的A液与B液要混合均匀后，再加入含样液的试管中，且必须现用现配
[解析]　斐林试剂与双缩脲试剂的成分相同，所用NaOH溶液的浓度相同，但两者所用CuSO4溶液的浓度不同。检测还原糖时，斐林试剂的甲液、乙液要混合均匀后一次加入，而检测蛋白质时要先加入双缩脲试剂A液，再加入B液。还原糖、蛋白质的颜色反应是肉眼可见的，而脂肪的检测中，脂肪颗粒小且分散在细胞中，所以需要借助显微镜进行观察。
方法点拨：利用“一同三不同”区分斐林试剂与双缩脲试剂的方法
“一同”是指都含有NaOH和CuSO4两种成分，且 NaOH溶液的质量浓度都为0.1 g/mL。
“三不同”分别指：(1)使用原理不同。斐林试剂的实质是新配制的Cu(OH)2溶液，双缩脲试剂的实质是碱性环境中的Cu2＋。
(2)使用方法不同。鉴定还原糖时将甲、乙两液等量混匀后立即使用；鉴定蛋白质时先加A液1 mL摇匀，然后加B液4滴，振荡摇匀。
(3)CuSO4溶液的浓度不同。斐林试剂中CuSO4溶液的质量浓度为0.05 g/mL，双缩脲试剂中CuSO4溶液的质量浓度为0.01 g/mL。
二、走出元素与化合物的3个误区
1．易混淆元素与化合物的干重与鲜重
(1)在组成细胞的元素中，占鲜重百分比：O>C>H>N；占干重百分比：C>O>N>H。
(2)在组成细胞的化合物中，占鲜重百分比：水>蛋白质>脂质>糖类；占干重百分比中，蛋白质最多。
2．误以为生物体内大量元素重要，微量元素不重要
大量元素、微量元素是根据元素的含量划分的。无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，对于维持生物体的生命活动都起着非常重要的作用。
3．误以为细胞内含量最多的元素是C
活细胞内含量最多的元素是O，而不是C；组成细胞干重最多的元素是C。
典例4　下列化学元素中属于组成生物体的微量元素的是(　C　)
A．Mg B．P
C．B　 D．N
[解析]　微量元素是B、Zn、Cu、Fe、Mo、Mn，故C正确。其他都是大量元素。
典例5　下列有关组成生物体的化学元素的叙述，正确的是(　C　)
A．微量元素在生物体内含量很少，所以人体不存在微量元素缺乏症
B．每种元素在不同的生物体内的含量都是相同的
C．组成生物体的化学元素根据其含量不同分为大量元素和微量元素两大类
D．组成生物体的大量元素中，C是最基本的元素，在细胞鲜重中含量总是最多的
[解析]　微量元素在生物体内含量很少，却是维持正常生命活动不可缺少的，若缺乏则会出现相应的微量元素缺乏症，如缺锌、缺碘都会出现相应的病症，A项错误。每种元素在不同的生物体内的含量往往都是不同的，B项错误。生物体中的化学元素根据其含量不同可分为大量元素和微量元素，C项正确。组成生物体的大量元素中，C是最基本的元素，但在细胞鲜重中含量最多的元素是O，D项错误。
1．大量元素、微量元素都是生物必需的元素，对于维持生物体的生命活动都起着非常重要的作用。
2．占细胞鲜重百分比最多的元素是O，占细胞干重百分比最多的元素是C。
3．占细胞鲜重百分比最多的化合物是水，占细胞干重百分比最多的化合物是蛋白质。
4．生物界与非生物界的统一性——元素种类大体相同；生物界与非生物界的差异性——元素含量有差异。
5．还原糖的检测——斐林试剂(需要水浴加热)；颜色变化是砖红色。
6．脂肪的检测——苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液；颜色变化是橘黄色或红色。
7．蛋白质的检测——双缩脲试剂；颜色变化是紫色。

第2节　生命活动的主要承担者——蛋白质
学习目标
1．说出组成蛋白质的氨基酸的种类及特点。(重点)
2．描述氨基酸形成蛋白质的过程。(重、难点)
3．举例说明蛋白质结构及功能的多样性。(重、难点)
核心概念
氨基酸　肽键　多肽　脱水缩合　空间结构
一、氨基酸的种类及结构
1．种类(约__20____种)
2．氨基酸的结构：
(1)写出图中结构名称：
a．__氨基____；b、d：__R基____；c：__羧基____。
(2)比较图中两种氨基酸，写出氨基酸分子的结构通式：______。
(3)氨基酸的结构特点：
①数量关系：至少都含有__一个氨基(—NH2)____和__一个羧基(—COOH)____。
②位置关系：都有__一个氨基和一个羧基____连接在__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。
二、蛋白质的结构及其多样性
1．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.__肽键____，b.__二肽____。
(3)判断产物H2O中原子的来源：
2．蛋白质的结构层次
氨基酸__多肽____蛋白质
3．结构多样性：
(1)氨基酸方面：氨基酸的__种类____、__数目____、__排列顺序____不同。
(2)肽链方面：肽链的盘曲、折叠方式及其形成的__空间结构____千差万别。
三、蛋白质的功能
(1)一切生命活动离不开蛋白质，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、血红蛋白
信息传递和调节作用
__胰岛素____、生长激素等蛋白类激素
免疫作用
__抗体____
？思考
1．胶原蛋白是动物结缔组织中的主要成分，因其含有多种必需氨基酸，具有较高的滋补保健功能而受到广大消费者的青睐。实际上胶原蛋白并不能直接被人体吸收，试解释胶原蛋白在人体中如何发挥其营养价值？
提示：胶原蛋白在人体内被消化分解为多种氨基酸，其中包括多种必需氨基酸，这些氨基酸可参与合成人体的蛋白质。
2．氨基酸种类和数目相同的蛋白质是同一种蛋白质吗？
提示：不一定。蛋白质结构的多样性取决于氨基酸的种类、数目、排列顺序和蛋白质的空间结构。
H　　判断题
1．人体需要的是氨基酸称为必需氨基酸。(　×　)
2．组成蛋白质的每种氨基酸分子只含有一个氨基和一个羧基，且都连在同一个碳原子上。(　×　)
3．含有两个肽键的化合物称为二肽。(　×　)
4．蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能会发生改变。(　√　)
5．具有氨基和羧基的化合物，都是构成蛋白质的氨基酸。(　×　)
6．蛋白质是生物体主要的能源物质。(　×　)
7．所有氨基酸中一定含有C、H、O、N四种元素。(　√　)
知识点1　氨基酸及其种类
Z　
1．结构通式
2．氨基酸分子中一个决定关键：R基
①决定氨基酸的种类和理化性质。
②决定氨基酸中所含有氨基和羧基的数目：除了连接在同一碳原子上的氨基和羧基外，多余的氨基和羧基一定位于R基中。
③决定氨基酸的组成元素：氨基酸结构通式中含有C、H、O、N四种元素，若含有其他元素则一定位于R基中。
知识贴士
①并不是含有氨基和羧基的有机物就属于构成蛋白质的氨基酸，如H2N—CH2—CH2—COOH。
②R基在形成蛋白质时并不是都不参与反应，如R基中的—SH会参与形成蛋白质不同多肽链之间的—S—S—。
D　
典例1　(2018·陕西西安高三期末)关于生物体内氨基酸的叙述，正确的是(　B　)
A．氨基酸是蛋白质分子的基本单位，由氨基和羧基组成
B．组成蛋白质的氨基酸共有的结构是
C．每个氨基酸分子都只含有C、H、O、N四种元素
D．组成人体的氨基酸都在人体内合成
[解析]　氨基酸的结构通式为，不同的氨基酸R基不同，因此共有的结构为；甲硫氨酸中含有C、H、O、N、S五种元素；必需氨基酸不能在人体内合成。
易混提醒：组成蛋白质的氨基酸书写的两点提醒
(1)“中心碳原子”有四个邻居，其中三个固定不变，即—NH2、—COOH、—H，还有一个是可变的—R。
(2)氨基、羧基和R基的正确书写格式：—NH2、—COOH、—R(不要忘记前面要有短线“—”)。
〔变式训练1〕　两种氨基酸(如下列结构式)，它们在形成二肽化合物时，最可能缩合的基团是(　C　)
A．①③　 B．②⑥
C．②④　 D．⑤⑥
[解析]　由氨基酸脱水缩合形成二肽化合物时，一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连接，形成肽键，但不是R基团上的羧基和氨基，因此，最可能缩合的是②④或①⑤。
知识点2　蛋白质的结构与功能
Z　
1．蛋白质的分子结构及氨基酸脱水缩合过程分析
过程图示分析
1条肽链至少含有1个游离的—NH2和1个游离的—COOH，分别位于肽链的两端。环状肽中可能不含游离的—NH2和游离的—COOH。
2．相关概念
(1)脱水缩合：一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接，同时脱去一分子水，这种结合方式就叫脱水缩合。
(2)肽键：连接两个氨基酸分子的化学结构叫肽键，结构简式为—CO—NH—或—NH—CO—。
(3)肽：由两个氨基酸分子经脱水缩合而成的、含有一个肽键的化合物叫二肽；由三个氨基酸分子经脱水缩合而成的、含有两个肽键的化合物叫三肽；由多个氨基酸分子经脱水缩合而成的、含有多个肽键的化合物叫多肽。
(4)肽链：多肽通常呈链状结构，称为肽链。
知识贴士
①肽键有以下几种写法：—CO—NH—或—NH—CO—或 (需注意的是，不管哪一种写法，两端均需要留有短线)。
②氨基酸脱水缩合时，每形成一个肽键，就脱去一分子水。形成肽键时，相应的—COOH失去—OH，相应的—NH2失去—H，形成一分子H2O。
③R基上的氨基和羧基一般不参与脱水缩合。
3．蛋白质多样性原因的分析
其中蛋白质的空间结构是最为重要的结构，没有特定的空间结构，蛋白质就会失去其功能。
知识贴士
①蛋白质结构多样性的原因
②蛋白质分子可由一条或几条肽链组成，不同的蛋白质分子所含的肤链条数不同，因此肽链的数目也是蛋白质具有多样性的原因。
③各肽链之间可通过一定的化学键(不是肽键)相连，如二硫键(—S—S—)。
④高温使蛋白质变性的原因不是破坏了氨基酸之间的肽键，而是破坏了肽链盘曲折叠形成的空间结构。
⑤蛋白质结构多样性是其功能多样性的基础。
D　
典例2　下图是某蛋白质的肽链结构示意图(图甲中数字为氨基酸序号)及部分肽链放大图，请据图判断下列叙述中正确的是(　D　)
A．该蛋白质中含有l条肽链，共124个肽键　
B．图乙中含有的R基是①②④⑥⑧
C．从图乙推知该肽链只含有2个游离的羧基　
D．从图乙推知该肽链至少含有2个游离的氨基
[解析]　图甲为一条肽链的示意图，数字为氨基酸序号，可见其共由124个氨基酸组成，含有肽键数＝124－1＝123个，A项错误。图乙为肽链某段的放大图。图中③⑤⑦所示结构是肽键，R基是②④⑥⑧，①是氨基，B项错误。图乙只是肽链的一段，①为肽链一端完整的1个氨基，②中有1个氨基，⑥⑧中各有1个羧基，⑨不是羧基。推知该肽链至少含有3个游离的羧基，至少含有2个游离的氨基，C项错误，D项正确。
易错提醒：多肽≠蛋白质
(1)多肽是由多个氨基酸分子缩合而成的，也叫做肽链，一般没有生物活性。
(2)蛋白质是由一条或几条肽链组成的，肽链经盘曲、折叠而形成具有一定空间结构的蛋白质，才具有生物活性。
〔变式训练2〕　(2018·成都高一检测)下列关于蛋白质的分子结构与功能的叙述，错误的是(　D　)
A．不同蛋白质含有的氨基酸数量不完全相同　
B．有些结构不同的蛋白质具有相似的功能
C．组成蛋白质的氨基酸可按不同排列顺序脱水缩合　
D．组成蛋白质的氨基酸之间只通过脱水缩合进行连接
[解析]　不同蛋白质的结构与功能不同，故所含有的氨基酸的数量不完全相同，A正确；结构不同的蛋白质可能具有相似的功能，如唾液淀粉酶和胰淀粉酶，结构不同，但都能催化淀粉水解，B正确；不同的蛋白质，其组成的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，因而在合成蛋白质时，氨基酸可按不同的排列顺序脱水缩合，C正确，蛋白质中的氨基酸多数通过脱水缩合相连，但链之间可以通过其他的键连接，如二硫键，D错误。
1．利用形成蛋白质的结构图解完成相应的计算规律
肽链
数目
氨基酸
数目
肽键
数目
脱去水
分子数
多肽的相对分子质量
氨基
数目
羧基
数目
1条
m
m－1
m－1
ma－18(m－1)
至少
1个
至少
1个
n条
m
m－n
m－n
ma－18(m－n)
至少
n个
至少
n个
注：设氨基酸的平均相对分子质量为a。
知识贴士
①有时还要考虑其他化学变化过程，如肽链上出现二硫键(—S—S—)时(二硫键由—SH和—SH脱去2个H后构成)，要再减去2(即两个氢原子)，若无特殊说明，不考虑二硫键。
②若为环状多肽(肽链两端的氨基和羧基脱水后会形成环状多肽)，则可将公式中的肽链数视为零，再进行相关计算。
典例3　下图为某蛋白质的结构示意图，其中“—S—
S—”为由两个“—SH”(巯基)构成的二硫键，其作用是连接两条相邻肽链。若该蛋白质分子共由m个氨基酸组成，则形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数和减少的相对分子质量分别为(　D　)
A．m,18m
B．(m－4)，18(m－4)
C．(m－3)，18(m－3)＋4
D．(m－2)，18(m－2)＋4
[解析]　由图可知，该蛋白质分子有两条肽链和一个环状多肽，故形成该蛋白质分子时失去水分子数为氨基酸数－链状多肽数，即(m－2)，由于有2个二硫键，而形成一个二硫键失去2个“H”，所以形成该蛋白质分子时减少的相对分子质量为18(m－2)＋4。
典例4　某蛋白质由n条肽链组成，氨基酸的平均相对分子质量为a，该蛋白质所含的氨基酸个数为b/3，则该蛋白质的相对分子质量约为(　C　)
A．2/3ab－6b＋18n　 B．1/3ab－6b
C．1/3ab＋18n－6b　 D．1/3ab－18n－6b
[解析]　个氨基酸总相对分子质量为·a，脱去水的相对分子质量为18·，所以该蛋白质的相对分子质量为·a－18·＝ab－6b＋18n。
2．利用原子守恒法完成蛋白质的计算
在一个氨基酸中，若不考虑R基，至少含有2个碳原子、2个氧原子、4个氢原子和1个氮原子。氨基酸在脱水缩合形成多肽(无特殊说明时，通常指链状多肽)时，要失去部分水分子，但是碳原子、氮原子的数目不会减少。
(1)C原子数＝氨基酸分子数×2＋R基上的C原子数。
(2)H原子数＝各氨基酸中H原子的总数－脱去的水分子数×2。
(3)O原子数＝各氨基酸中O原子的总数－脱去的水分子数。
(4)N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数＝各氨基酸中N原子的总数。
(5)由于R基上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，所以以氮原子数或氧原子数为突破口，计算氨基酸的分子数。
典例5　经分析某个多肽中有O原子p个，N原子q个，它彻底水解后，只得到下列四种氨基酸。经分析推算可知，1分子该多肽水解得到的赖氨酸个数为(　D　)
A．p－q　 B．q－p
C．p－q＋1　 D．q－p＋1
[解析]　根据观察可知，四种氨基酸的R基中都不含O原子，只有赖氨酸的R基中含有1个N原子。多肽中O原子数＝各氨基酸中的O原子总数－脱去水分子数，由于R基中都不含O原子，所以O原子数＝氨基酸数＋1，N原子数＝各氨基酸中N原子数＝氨基酸数＋R基中N原子数，故根据O原子数计算出多肽中的氨基酸数为p－1，多肽中含有的赖氨酸数＝N原子数－氨基酸数＝q－(p－1)＝q－p＋1。
典例6　分析多肽E和多肽F(均有一条肽链组成)得到以下结果(单位：个)，多肽E和多肽F中氨基酸的数目可能是(　D　)
元素或基团
C
H
O
N
氨基
羧基
多肽E
201
348
62
53
3
2
多肽F
182
294
55
54
6
1
A．199和181　 B．340和281
C．58和53　 D．51和49
[解析]　本题主要考查多肽的结构特点。N元素存在于氨基(—NH2)或R基上，对于一条多肽链来说，一端是氨基，如果还有氨基存在，则只能在R基上，所以多肽E和多肽F的R基中分别有2个和5个氨基，且一般分别位于不同的氨基酸上。所以多肽E的氨基酸数可能为53－2＝51(个)，多肽F的氨基酸数可能为54－5＝49(个)。
1．每种氨基酸至少都含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)，且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。氨基酸的种类由R基(侧链基团)决定。
2．脱水缩合是一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接，同时脱去一分子水的过程。
3．氨基酸分子以脱水缩合的方式形成肽键，由肽键连接氨基酸分子形成肽链，肽链盘曲、折叠形成具有—定空间结构的蛋白质分子。
4．一个氨基酸分子的氨基和另一个氨基酸分子的羧基脱水缩合失去一分子的水。连接两个氨基酸分子的化学键叫作肽键。
5．构成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序，以及肽链的数目及其形成的空间结构不同，导致蛋白质结构多样性。蛋白质结构的多样性导致蛋白质功能的多样性。
6．蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，具有催化、运输、免疫、信息传递等许多功能。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和体现者。
蛋白质
蛋白质
第3节　遗传信息的携带者——核酸
学习目标
1．说出核酸的种类及功能。(重点)
2．比较DNA与RNA的不同。
核心概念
核酸　脱氧核糖　核糖　脱氧核苷酸　核糖核苷酸
　　一、核酸的分类和功能
1．种类
2．功能：
(1)细胞内携带__遗传信息____的物质。
(2)在生物体的__遗传、变异和蛋白质的生物合成____中具有重要作用。
二、实验：观察DNA和RNA在细胞中的分布
1．实验目的：初步掌握观察__DNA和RNA____在细胞中分布的方法。
2．实验原理：
(1)DNA和RNA在细胞中的主要分布部位不同。
(2)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____＋DNA→绿色；__吡罗红____＋RNA→红色。
3．实验步骤：
4．实验结果和结论：
(1)细胞核区域呈现绿色―→__DNA____主要分布在细胞核中。
(2)细胞质区域呈现红色―→__RNA____主要分布在细胞质中。
三、核酸是由核苷酸连接而成的长链
1．核酸的基本组成单位——核苷酸
(1)脱氧核苷酸：构成__DNA____的基本单位，如下图。
(2)核糖核苷酸：构成__RNA____的基本单位，如下图。
2．核酸的构成
3．遗传信息的多样性
(1)绝大多数的生物，其遗传信息贮存在__DNA____分子中，而且每个个体的DNA的__脱氧核苷酸序列____各有特点。
(2)组成DNA的脱氧核苷酸虽然只有4种，但是如果数量不限，在连成长链时，__排列顺序____是极其多样化的，它所贮存的遗传信息的信息容量也是非常大的。
？思考
1．为什么不宜选用绿色植物的叶肉细胞进行实验？
提示：绿色植物叶肉细胞含叶绿体，其颜色会干扰实验结果。
2．若选用大肠杆菌做实验材料，在显微镜下会观察到什么现象？
提示：大肠杆菌是原核生物，其DNA存在于拟核中，因此呈现绿色的是拟核。
H　　判断题
1．DNA和RNA的基本组成单位都是核苷酸。一分子核苷酸由一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸构成。(　√　)
2．核酸是一切生物的遗传物质，DNA只分布在细胞核内，RNA只分布在细胞质中。(　×　)
3．DNA和RNA分子的碱基组成相同。(　×　)
4．分子大小相同，碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。 (　×　)
5．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重要的作用。(　√　)
6．每个核酸分子是由几十个乃至上千亿个核苷酸连接而成的长链。 (　√　)
7．甲基绿和吡罗红对DNA和RNA的亲和力不同，“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中应分别加入甲基绿和吡罗红。(　×　)
8．盐酸有利于染色体中的DNA与蛋白质分开，并使DNA水解。(　×　)
知识点1　核酸的结构
Z　
1．DNA与RNA的比较
项目
DNA
RNA
基本
单位
名称
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
组成
磷酸
磷酸
五碳糖
脱氧核糖
核糖
碱基
A、G、C(共有)
T(特有)
U(特有)
种类
4种
4种
一般结构
两条核苷酸链
一条核苷酸链
检测
试剂
甲基绿吡罗红染色剂
现象
绿色
红色
分布
主要在细胞核
主要在细胞质
2．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
Y　
核酸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)DNA与RNA初步水解与彻底水解的产物。
物质
初步水解的产物
彻底水解的产物
DNA
脱氧核苷酸
磷酸、脱氧核糖和碱基
RNA
核糖核苷酸
磷酸、核糖和碱基
D　
典例1　下列关于DNA和RNA的叙述中，错误的是(　D　)
A．DNA中特有的成分是脱氧核糖和T(胸腺嘧啶)
B．RNA中特有的成分是核糖和U(尿嘧啶)
C．DNA一般是双链的，RNA一般是单链的
D．真核细胞的DNA只分布在细胞核中，RNA只分布在细胞质中
[解析]　DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，其特有的成分是脱氧核糖和胸腺嘧啶(T)；RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，其特有的成分是核糖和尿嘧啶(U)。DNA一般是双链的，RNA一般是单链的。真核细胞的DNA和RNA在细胞核和细胞质中均有分布，DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中。
〔变式训练1〕　(2018·泰安高一检测)下列有关核酸的叙述中，正确的是(　C　)
A．除病毒外，一切生物都含有核酸　
B．核酸是由C、H、O、N 4种元素组成的化合物
C．核酸是遗传信息的携带者　
D．核酸的基本组成单位是脱氧核苷酸
[解析]　病毒也含有核酸，A错误；核酸的组成元素是C、H、O、N、P，B错误；核酸是遗传信息的携带者，C正确；核酸的基本组成单位是核苷酸，脱氧核苷酸是DNA的基本组成单位，D错误。
知识点2　观察DNA和RNA在细胞中的分布
Z　
1．实验中的试剂及其作用
试剂
作用
质量分数为0.9%的NaCl溶液
保持口腔上皮细胞形态
质量分数为8%的盐酸
①改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞。②使染色质中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合
蒸馏水
冲洗掉载玻片上的盐酸
甲基绿和吡罗红混合染色剂
使DNA和RNA着色
2．实验操作应注意事项
(1)制片：
①用质量分数为0.9%的NaCl溶液而不是蒸馏水。原因是：保持口腔上皮细胞形态，细胞在蒸馏水中会吸水涨破。
②取口腔上皮细胞时必须漱口。原因是防止混杂食物碎屑。
③牙签使用前要严格消毒。
④载玻片要烘干。要在酒精灯火焰上来回移动，防止载玻片受热不均匀而破裂；烧干至细胞吸附住即可。
(2)水解：要注意掌握水温(30℃)和时间(5 min)，才能达到水解的目的。
(3)冲洗：缓水流以防止细胞被水流冲走。
(4)染色：
①吡罗红甲基绿染色剂的配制要用蒸馏水。
②吡罗红甲基绿染色剂是混合染色剂，要现配现用。(关键词：混合)
③甲基绿与DNA的亲和力强，吡罗红与RNA的亲和力强。(关键词：亲和力)
知识贴士
实验材料选取的注意事项
①若选用动物细胞，不能用哺乳动物成熟的红细胞，因为其没有细胞核。
②若选用植物细胞，应该选用无色的，不宜用叶肉细胞，防止光合色素的干扰。
③DNA和RNA在细胞核和细胞质中均有分布，只是量不同，结果中强调“主要”而不能说“只”存在于细胞核或细胞质中。
D　
典例2　下列关于“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验的叙述正确的是(　B　)
A．甲基绿和吡罗红对DNA和RNA的亲和力不同，实验中应分别加入甲基绿和吡罗红
B．盐酸能够改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞
C．该实验用口腔上皮细胞而不用叶肉细胞，是因为叶肉细胞不含RNA
D．盐酸有利于染色质中DNA与蛋白质分开，不利于DNA与染色剂结合
[解析]　动植物细胞中均含有DNA和RNA，该实验不用叶肉细胞的原因是叶肉细胞含叶绿体，呈绿色，不利于实验结果的观察。盐酸能够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与染色剂结合。
〔变式训练2〕　(2018·山东潍坊高三质检)“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中，操作正确的是(　C　)
A．可以用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞替代人口腔上皮细胞
B．将涂片用质量分数为8%的盐酸处理后，直接用染色剂染色
C．观察时应选择染色均匀、色泽较浅的区域
D．先用低倍镜找到清晰的细胞后，直接转换高倍镜观察
[解析]　观察DNA和RNA在细胞中的分布时可以用洋葱鳞片叶内表皮细胞作为实验材料，而不能用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，因为紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞有颜色，影响实验的观察；涂片用质量分数为8%的盐酸处理后，应用蒸馏水缓水流冲洗后染色；低倍镜找到清晰的细胞后，应把物像移至视野中央，再换用高倍镜观察。
核苷酸种类和核酸种类的判断方法
1．核苷酸种类的判断
下图是两种核苷酸，判断它们的方法有以下两种：
(1)根据五碳糖的种类进行判断：甲的五碳糖是核糖，所以甲是RNA的基本组成单位——核糖核苷酸；乙的五碳糖是脱氧核糖，所以乙是DNA的基本组成单位——脱氧核苷酸。
(2)根据碱基种类进行判断：甲中含有U，所以甲为核糖核苷酸；乙中含有T，所以乙为脱氧核苷酸。
2．核酸种类的判断
下图是DNA和RNA两种核酸，区分它们的方法有以下两种：
(1)看成分。由于DNA特有的成分是脱氧核糖和T(胸腺嘧啶)，RNA特有的成分是核糖和U(尿嘧啶)，所以从图中的碱基种类就可以判断甲是DNA，乙是RNA。
(2)看结构。DNA一般是双链的，RNA一般是单链的，由此可判断出甲是DNA，乙是RNA。
典例3　(2018·河南郑州高三模拟)下图为核苷酸的结构模式图。下列关于核苷酸及核酸的叙述，错误的是(　C　)
A．核苷酸的种类可以根据图中的②和③进行判断
B．彻底水解DNA，可以得到1种①、1种②和4种③
C．在人的口腔上皮细胞中，含有2种②和4种③
D．若某种核酸含有T，则该核酸主要分布在细胞核中
[解析]　图中①、②、③分别是磷酸、五碳糖和碱基。根据五碳糖的种类和碱基的种类可判断核苷酸的种类：若含有脱氧核糖或T，则为DNA的基本组成单位——脱氧核苷酸；若含有核糖或U.则为RNA的基本组成单位——核糖核苷酸，A项正确。DNA的彻底水解产物是脱氧核苷酸的3种组成成分：磷酸、脱氧核糖和碱基(A、G、C、T)，B项正确。在人的口腔上皮细胞中同时含有DNA和RNA，故其内五碳糖有2种——脱氧核糖和核糖，碱基有5种——A、G、C、T、U，C项错误。若某种核酸含有T，则该核酸为DNA，DNA主要分布在细胞核中，D项正确。
3．DNA、RNA、蛋白质的水解产物和代谢终产物的比较
项目
DNA
RNA
蛋白质
基本单位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
初步水
解产物
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
多肽
彻底水
解产物
脱氧核糖、含氮
碱基和磷酸
核糖、含氮碱基和磷酸
氨基酸
代谢终产物
CO2、H2O、尿素和磷酸盐等
CO2、H2O和尿素
典例4　大豆根尖细胞所含的核酸中，含有碱基A、G、C、T的核苷酸种类数共有(　B　)
A．8　　 B．7　
C．5　　 D．4
[解析]　此题考查学生对核酸种类、结构的认识。大豆细胞中的核酸包括DNA和RNA。组成DNA的核苷酸为脱氧核苷酸，分别含有碱基A、G、C、T；组成RNA的核苷酸为核糖核苷酸，分别含有碱基A、G、C、U。所以答案为B。
典例5　下列关于DNA和RNA的叙述中，正确的是(　C　)
A．DNA只存在于细胞核中，RNA只存在于细胞质中
B．两种核酸中碱基都相同
C．两种核酸中的五碳糖不相同
D．病毒中的遗传物质都是RNA
[解析]　DNA和RNA的区别主要体现在两个地方：一是五碳糖，二是碱基。
1．元素组成：C、H、O、N、P。
2．核酸的分类：DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)。
3．核酸的基本组成单位——核苷酸：核苷酸由一分子五碳糖、一分子磷酸、一分子含氮碱基组成。
4．核酸的功能：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。
5．核酸在真核细胞中的分布：DNA主要存在于细胞核中，此外，在线粒体和叶绿体中也有少量分布。RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中。
第4节　细胞中的糖类和脂质
学习目标
1．说出糖类的种类及功能。(重、难点)
2．列举脂质的种类及功能。
3．说明生物大分子以碳链为基本骨架。(重点)
核心概念
单糖　二糖　多糖　能源物质　储能物质　碳骨架
一、细胞中的糖类
二、细胞中的脂质
1．元素组成：
主要是__C、H、O____，有的还含有__N、P____。
2．脂质的种类和功能：
类型
功能
脂肪
良好的__储能物质____；__缓冲和减压____，保护内脏器官；__保温____作用
磷脂
细胞膜、__多种细胞器膜____的重要成分
固醇
胆固醇
__动物细胞膜____的重要成分；参与人体血液中__脂质____的运输
__性激素____
促进人和动物生殖器官的发育及生殖细胞的形成，激发和维持第二性征及雌性动物的性周期
__维生素D____
促进肠道对钙、磷的吸收，调节钙、磷代谢
？思考
1．我们每天的饮食中均含有较多的糖类物质，人体能否直接吸收食物中所有的糖类？
提示：否，大部分多糖和二糖被消化成单糖后能够被吸收，但是纤维素却无法被人体消化吸收。
2．植物细胞壁中的纤维素也属于糖类，它也能为植物生命活动供能吗？
提示：不能。
3．为什么儿童晒太阳能预防佝偻病？
提示：日光中的紫外线能使皮肤表皮细胞中的胆固醇转变为维生素D，而维生素D可促进肠道对钙、磷的吸收。
H　　判断题
1．糖原组成单位是葡萄糖，主要功能是提供能量，与斐林试剂反应呈现砖红色。(　×　)
2．蔗糖和乳糖水解都会得到两种不同的单糖。 (　√　)
3．脂质与糖类都只含有C、H、O这三种元素。(　×　)
4．等量的脂肪和糖类氧化分解释放出的能量一样多。(　×　)
5．淀粉和纤维素都是植物细胞中储存能量的多糖。(　×　)
6．性激素和维生素都属于脂质。(　×　)
7．蔗糖可以采取静脉注射的方式进入人体，为人体提供能量。(　×　)
8．脂质中的胆固醇是对生物体有害的物质。(　×　)
9．发芽小麦种子中的麦芽糖经水解可产生果糖。 (　×　)
10．蛋白质、多糖、核酸都是多聚体。 (　√　)
知识点1　细胞中的糖类
Z　
1．根据糖类的水解情况分类
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RNA
脱氧核糖
组成DNA
葡萄糖
细胞的主要能源物质
二糖：水解后能够生成两分子单糖的糖
蔗糖
甜菜、甘蔗等植物细胞中
能水解成单糖而供能
麦芽糖
发芽的小麦等植物细胞中
乳糖
人和动物的乳汁中
多糖：水解后能够生成许多单糖的糖
淀粉
玉米、小麦、水稻、马铃薯、山药等植物细胞中
植物细胞中重要的储能物质
纤维素
植物细胞壁
植物细胞壁的主要组成成分
糖原
主要存在于人和动物的肝脏和肌肉中
人和动物细胞中重要的储能物质
2．糖的分类
(1)按分布分类：
(2)按功能分类：
①生命活动的主要能源物质：葡萄糖。
②细胞中的储能物质：糖原、淀粉。
③参与构成细胞的物质：核糖、脱氧核糖、纤维素。
(3)依据性质划分：
知识贴士
有关糖类物质特性的几个误区
①并不是所有的糖类都是能源物质，如纤维素。
②并不是所有的糖类都能与斐林试剂反应变为砖红色，如蔗糖、淀粉、糖原、纤维素等不具有还原性，不能与斐林试剂反应变为砖红色。
D　
典例1　下列关于糖类的叙述，正确的是(　A　)
A．葡萄糖和果糖均有还原性　　
B．葡萄糖和麦芽糖均可被水解
C．构成纤维素的基本单位是葡萄糖和果糖　
D．淀粉可以被小肠上皮细胞直接吸收
[解析]　葡萄糖和果糖都是还原糖；葡萄糖属于单糖，是不能被水解的糖类；构成纤维素的单体是葡萄糖；淀粉被消化分解为葡萄糖后才能被吸收。
〔变式训练1〕　(2018·琼海高一检测)下图所示为糖的常见种类及其转化。下列相关叙述，正确的是(　D　)
A．核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成单位　
B．“单糖→二糖→淀粉”中“单糖”指的是果糖
C．图中①可能是肌糖原，其在人体内可水解补充血糖　
D．图中②只存在于植物细胞中，动物细胞中没有
[解析]　核酸的基本单位是核苷酸，A错误；淀粉可水解为麦芽糖，麦芽糖由两分子葡萄糖构成，B错误；图中①为肌糖原，人体内肌糖原不能水解成葡萄糖补充血糖，C错误；图中②为纤维素，只存在于植物细胞中，D正确。
知识点2　细胞中的脂质
Z　
脂质的分类
(图中面积不表示量的大小，只表示包含关系)
(1)共性：
①都含有C、H、O三种元素，其中脂肪中C、H的含量相对较高。
②都不溶于水，而易溶于丙酮、乙醇等有机溶剂。
(2)不同点：
①脂肪只含有C、H、O三种元素，是动物的主要储能物质，同时也具有保护内脏和减小摩擦的作用。
②磷脂含有C、H、O、N、P五种元素，是构成细胞膜的重要成分。
③固醇的种类较多，胆固醇是构成动物细胞膜的成分，性激素能促进生殖器官的发育和生殖细胞的形成，维生素D能够促进肠道对钙和磷的吸收。
知识贴士
①脂肪是人和动物的主要储能物质，并不是只存在于动物细胞中，植物细胞中也有，如花生种子等。
②脂肪不是动物唯一的储能物质，还有糖原。
D　
典例2　下列关于脂质的叙述，正确的是(　D　)
A．磷脂由C、H、O 3种元素组成，是构成细胞膜的主要成分
B．性激素的化学本质是蛋白质，对生物体的生殖过程起重要的调节作用
C．脂肪只存在于动物的脂肪细胞中，在其他部位和植物细胞中没有
D．脂质存在于所有细胞中，是组成细胞和生物体的重要有机化合物
[解析]　磷脂是由C、H、O、N、P 5种元素组成的，它是构成细胞膜的主要成分，A项错误；性激素的化学本质是固醇，属于脂质，B项错误；脂肪不仅存在于动物细胞中，在植物细胞中也含有，如花生种子，C项错误；磷脂是组成细胞膜的重要成分，故脂质存在于所有细胞中，D项正确。
易混提醒：关于脂质的四点提醒
(1)脂肪≠脂质、固醇≠胆固醇。脂肪只是脂质中的一种，除脂肪外，脂质还包括磷脂和固醇等；胆固醇是固醇中的一种。
(2)脂肪是人和动物的主要储能物质，但脂肪并不是只存在于动物细胞中，植物细胞中也有，如花生种子中。
(3)脂肪不是唯一的储能物质，动物细胞中还有糖原，植物细胞中还有淀粉。
(4)并非所有激素的化学本质都是固醇，有些激素的化学本质是蛋白质，如胰岛素，也有些激素的化学本质是氨基酸的衍生物，如甲状腺激素。
〔变式训练2〕　(2018·青岛高一检测)人体内磷脂的重要生理作用是(　D　)
A．氧化分解为机体提供能量　
B．协助吸收脂溶性物质
C．合成脂质类激素和维生素D的主要原料　
D．构成细胞膜的主要成分
[解析]　磷脂是构成细胞膜的重要成分，也是构成多种细胞器膜的重要成分。
细胞的能源物质
(1)细胞中的糖类、脂肪、蛋白质都含有大量的化学能，但这些能量不能直接被利用，只有这些物质被氧化分解，将能量释放出来，合成ATP后才能被利用。分解产物中都有CO2、H2O。
(2)三大能源物质的供能顺序：糖类先于脂肪先于蛋白质，这是由它们的生理功能所决定的。正常情况下，脂肪、蛋白质除正常代谢中产生部分能量供生命活动利用外，一般不供能，只有在病理状态或衰老状态下才被大量氧化供能。当需要由蛋白质大量供能时，说明机体代谢已出现重大障碍。
(3)主要的能源物质：糖类，为生物体提供所需能量的70%以上。
(4)主要的储能物质：脂肪，含能量高，原因是脂肪和糖类的元素组成相同，都是C，H、O，但所含元素的比例不同，脂肪中含C、H的比例高，故1 g脂肪彻底氧化分解比1 g糖类彻底氧化分解消耗的氧气更多，产生的水也多，释放的能量也更多。其他储能物质还有动物细胞中的糖原、植物细胞中的淀粉。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)在三大有机物的氧化分解中，由于它们的C/H不同，需氧量也不同。糖类的C/H最大，需氧最少；脂肪的C/H最小，需氧最多，产生的能量也最多。
典例3　(2018·威海高一检测)如图所示为脂肪(含C、H、O三种元素)和糖类部分元素含量，已知两者最终氧化分解的产物相同。根据图中有关数据分析，以下说法错误的是(　C　)
A．同质量下，脂肪比糖类在氧化分解时耗氧量多
B．脂肪中H的比例较高，所以释放能量较多
C．同质量下，糖类比脂肪在氧化分解时产生的水多
D．正常情况下糖类是主要的能源物质，脂肪是主要的储能物质
[解析]　脂肪中H的比例较高，所以同质量下，脂肪比糖类在氧化分解时耗氧量多，生成的水多，A、B项正确，C项错误；正常情况下，糖类是主要的能源物质，脂肪是主要的储能物质，D项正确。
1．糖类是主要的能源物质，大致可以分为单糖、二糖和多糖等几类。单糖中的葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质。
2．单糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖。二糖：植物特有——蔗糖、麦芽糖；动物特有——乳糖。多糖：植物特有——淀粉、纤维素；动物特有——糖原。
3．淀粉和糖原分别是植物细胞和动物细胞的储能物质，纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，构成它们的基本单位都是葡萄糖。
4．脂质包括脂肪、磷脂和固醇等，其中脂肪是细胞内良好的储能物质，磷脂是构成生物膜的重要成分；固醇类物质包括胆固醇、性激素和维生素D等。
5．以碳链为基本骨架的糖类、脂质、蛋白质、核酸等有机化合物，是构成生命大厦的基本框架，因此科学家说“碳是生命的核心元素”，“没有碳，就没有生命”。

第5节　细胞中的无机物
学习目标
1．说出细胞中水的存在形式及功能。(重、难点)
2．说出细胞中无机盐的存在形式及功能。(重、难点)
核心概念
结合水　自由水　无机盐
一、细胞中的水
自由水
结合水
存在
形式
在细胞中以__游离____的形式存在
与细胞内其他物质__相结合的水____
含量
约占95.5%
约占4.5%
作用
①细胞内的__良好溶剂____
②参与__细胞内许多化学____反应
③为细胞提供__液体环境____
④运送营养物质和__代谢废物____
细胞__结构____的重要组成成分
二、细胞中的无机盐
三、细胞是多种元素和化合物构成的生命系统
1．元素基础：__C、H、O、N____等化学元素是构成细胞的主要元素。
2．化合物基础：以碳链为骨架的__糖类、脂质、蛋白质、核酸____等有机化合物是构成细胞生命大厦的基本框架。
3．能源基础：__糖类和脂质____提供了生命活动的重要能源。
4．构建、调节基础：__水和无机盐____与其他物质共同构建细胞并参与细胞生命活动的调节。
？思考
1．鲜种子在晒干过程中失去的水和干种子放在试管中加热时失去的水在细胞中的存在形式相同吗？
提示：不同。前者失去的是自由水，而后者失去的主要是结合水。
2．为什么观察动物和人的细胞时，要将其放入相应浓度的生理盐水中。
提示：无机盐对维持细胞的正常形态起重要作用。
3．不同种类的细胞中，化合物的种类和含量有区别吗？请举例说明。
提示：有。如淀粉只存在于植物细胞内，糖原只存在于动物细胞内；又如肌细胞中蛋白质含量较高，脂肪细胞中脂肪含量较高。
H　　判断题
1．构成细胞膜、细胞质和细胞核的主要化合物是有机物，水和无机盐在活细胞中并不重要。(　×　)
2．水不仅是细胞代谢所需的原料，也是细胞代谢的产物，如蛋白质与DNA的合成过程中都有水的生成。(　√　)
3．种子贮存前，先要晾晒，目的是减少自由水的含量，降低种子的代谢速率，以延长种子的寿命。(　√　)
4．结合水与其他物质结合在一起，是细胞结构的重要组成成分。(　√　)
5．同一种生物的不同组织、器官的含水量相同。 (　×　)
6．镁离子是叶绿素的重要成分，缺镁会造成叶片发黄。(　√　)
7．生理盐水能维持人体渗透压的平衡，防止细胞过度吸水而涨破。(　√　)
8．植物缺少B元素造成“花而不实”体现了无机盐能影响生物体的生命活动。(　√　)
9．Fe2＋是人体内结合与运输O2不可缺少的。(　√　)
10．细胞中的无机盐大多数以化合物形式存在，如CaCO3构成骨骼、牙齿。(　×　)
知识点1　细胞中的水
Z　
1．自由水和结合水之间的关系
(1)转化条件：一般与温度有关系，自由水结合水。
(2)转化实例：
①烘干种子时，部分结合水转化为自由水散失掉。
②水果放入冰箱冷藏时，部分自由水转化为结合水。
③血液凝固时自由水转变为结合水，凝固的血液溶解时，结合水转变成自由水。
④越冬植物体内自由水转变为结合水、降低代谢强度、提高抗低温能力。
2．水的存在及其功能的验证
3．自由水与结合水的比值与代谢、抗逆性的关系：
(1)图示
(2)曲线
(3)在生产中的应用
①种发萌发时，需要吸收水分，增加自由水含量。
②种子储存前晒干是为了降低自由水含量，降低代谢速率，以延长储存时间。
③越冬作物减少灌溉，可提高作物对低温的抗性。
知识贴士
关于生物体中水的误解
①水是生命之源，但并不是水分越多越好，如长期浸泡在水中的陆生植物会死亡。
②晒干种子失去自由水，并不是不含有自由水，而是自由水含量大幅降低。
D　
典例1　下表分别是不同生物体及人体组织、器官的含水量。对表中数据进行分析可得出的结论是(　A　)
生物体的含水量
生物
水母
鱼类
蛙
哺乳动物
藻类
高等植物
含水量/%
97
80～85
78
65
90
60～80
人体组织、器官的含水量
组织、器官
牙齿
骨髓
骨骼肌
心脏
血液
脑
含水量/%
97
22
76
79
83
84
①一般构成生物体的成分中水的含量最多　②生物体的含水量与生物的生活环境密切相关　③代谢旺盛的组织、器官含水较多　④组织、器官的形态结构差异与水的存在形式相关
A．①②③④　　 B．①②③　
C．①②　 D．①
[解析]　一般地说，生物体的成分中水的含量最多；生物体的含水量与生物的生活环境密切相关；人体不同组织、器官的含水量存在差异与代谢相关；细胞中两种形式的水的相对含量不同，会影响组织、器官的形态结构特点。
〔变式训练1〕　(2018·德州高一检测)对火星进行探测表明，火星过去曾有丰富的水资源，由此推测火星上可能存在过生命。这一推测的理由是(　C　)
A．水是细胞中含量最多的化合物　 B．结合水是细胞和生物体的成分
C．一切生命活动都离不开水　 D．代谢旺盛的细胞中水的含量高
[解析]　推测的理由应为自由水与生命活动的关系，而水在细胞中的含量是表面现象，实质是水(特别是自由水)在生命活动中所起的作用，A项错误；推测的理由应与自由水的作用相联系，生命起源于水，水是进行生命活动的良好溶剂，起运输营养物质和代谢废物的作用等，B项错误；水与生命活动的关系概括成一句话就是“一切生命活动都离不开水”，C项正确；代谢旺盛的细胞中自由水的含量高，D项错误。
知识点2　无机盐的功能及实验验证
Z　
1．无机盐的功能及实例
功能
实例
细胞内某些复杂化合物的重要组成成分
Mg2＋是叶绿素分子必需的成分，Fe2＋是血红蛋白分子必需的成分
参与并维持生物体的生命活动
如果血液中Ca2＋的含量过低就会出现抽搐现象
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＋则对细胞内液渗透压起重要作用
酸碱平衡
(即pH平衡)
人血浆中的HCO、HPO等对血浆pH的稳定起重要作用
2．植物必需无机盐的验证
(1)对照组：植物＋完全培养液→正常生长。
(2)实验组。
知识贴士
①无机盐并不都是以离子状态存在，如骨骼中的CaCO3以化合物形式存在。
②无机盐在细胞中的含量很低，但是其作用非常重要，过多或过少都会影响细胞或生物体的正常生命活动，如植物缺氮或镁时，叶片发黄。
D　
典例2　(2018·衡水高一检测)人体内血钙浓度低于0.01 g/100 mL时，外界只要有轻微刺激，神经肌肉就会出现强烈的抽搐。这一实例说明钙在人体内的重要作用之一是(　A　)
A．维持细胞和生物体的生命活动　 B．调节内环境的酸碱平衡
C．神经细胞的重要组成成分　 D．维持细胞正常渗透压
[解析]　由题意可知，当血液含钙量过低时，可导致神经肌肉抽搐，这一实例说明钙对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用。
〔变式训练2〕　科学工作者研究了Ca2＋和B对某种植物花粉管萌发和花粉管生长的影响，结果如图所示，下列说法合理的是(　D　)
A．一定浓度范围内，Ca2＋对花粉管生长几乎无影响
B．一定浓度范围内，B对花粉管萌发几乎无影响
C．Ca2＋和B分别促进花粉管的生长和萌发
D．Ca2＋和B分别影响花粉管的生长和萌发
[解析]　在一定范围内，随Ca2＋浓度增加，花粉管生长速率增加，超过一定浓度，随Ca2＋浓度增加，花粉管生长速率降低；在一定范围内，随B浓度增加，花粉管萌发率增加，超过一定浓度，随B浓度增加，花粉管萌发率降低。
1．验证自由水和结合水的存在形式和功能的实例
(1)鲜种子放在阳光下晾晒，质量减少是因自由水散失。
(2)干种子用水浸泡后仍能萌发，说明失去自由水的种子仍保持其生理活性。
(3)干种子不浸泡则不能萌发，说明自由水越少，代谢越缓慢。
(4)干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上出现水珠，失去的是结合水。
(5)失去结合水的种子浸泡后不能萌发，说明失去结合水的细胞失去生理活性。
2．自由水、结合水的含量与代谢和抗逆性的关系
(1)自由水比例上升——代谢旺盛
生物体代谢越旺盛，其体内自由水相对含量越高。例如，种子萌发时，先要吸收大量的水分，以增加自由水的含量，并加快代谢速率。
(2)结合水的比例上升——抗逆性增强，代谢速率减小结合水的相对含量与植物的抗逆性有关。例如，冬季植物吸水减少，细胞内结合水的相对含量升高，由于结合水不易结冰和蒸腾，从而使植物抗寒性增强。
典例3　(2018·安徽合肥高三模拟)下列关于水的叙述不正确的是(　B　)
A．生物种类不同，生物体的含水量不同
B．水在细胞中的存在形式和功能是一成不变的
C．生化反应必须在水中进行，所以任何生物都离不开水
D．同一个体在不同的生长发育期，体内含水量不同
[解析]　生物种类不同，生物体的含水量不同；水在细胞内可以发生自由水和结合水的相互转化；生物的生命活动离不开水，生化反应必须在水中进行；生物体在不同的生长发育期，含水量不同，如人体在幼年时期的含水量较高，随着年龄的增长，水的含量相对降低。
　　典例4　(2018·芜湖高一检测)下图曲线能正确反映大豆种子萌发至幼苗过程中细胞内自由水与结合水的比值(纵坐标)变化的是(　B　)
A．a　 B．b
C．c　 D．d
[解析]　种子在萌发之前，处于休眠状态，代谢很弱，细胞中的水主要以结合水形式存在，自由水与结合水的比值较小；种子在萌发之后，自由水逐渐增多，代谢旺盛，至发育成幼苗，自由水含量趋于稳定，所以自由水与结合水的比值不断增大，最终达到一个正常稳定的水平。
1．结合水：细胞结构的重要组成成分。自由水：细胞内的良好溶剂，生化反应的介质；参与生化反应；为细胞提供液体环境；运输营养物质和废物。
2．细胞中的无机盐大多数以离子状态存在，少数以化合物状态存在。
3．无机盐的作用：(1)细胞中许多有机物的重要组成成分，如Fe构成血红蛋白，Mg构成叶绿素。(2)对维持细胞和生物体的生命活动有重要作用，如哺乳动物缺钙会导致抽搐。(3)维持细胞的酸碱平衡。(4)维持细胞的渗透压。

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