搜索
1高考要求要求层次具体要求ⅠⅡ√组成生物体的化学元素种类及功能√水和无机盐的作用√糖类、脂质的种类和作用√蛋白质、核酸的结构和功能√生物大分子以碳链为骨架种类组成细胞的元素作用生物界与非生物界的统一性和差异性含量细胞中的水存在形式生理作用细胞中的无机物存在状态无机盐生理作用元素组成细胞中的糖类种类组成细胞的化合物生理作用元素组成细胞中的脂质种类生理作用元素组成种类基本单位：氨基酸细胞中的有机物结构蛋白质结构：脱水缩合、肽键、多肽、相关计算分子结构的多样性蛋白质的变性功能元素组成种类种类核酸基本单位：核苷酸空间结构结构功能检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质一、组成细胞的元素知识网络新课标剖析知识点睛第1讲细胞的物质基础细胞的物质组成2（一）种类细胞中常见的化学元素有20多种。其中：1.大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。人体细胞的主要元素：C、H、O、N、P、S。其中含量百分比占细胞鲜重最多的元素为：O含量百分比占细胞干重最多的元素为：C基本元素：C、H、O、N最基本元素：C2.微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。（二）作用1.组成化合物。如，水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质、核酸等。2.影响生命活动。如，B元素能够促进花粉的萌发和花粉管的伸长，植物缺乏会“花而不实”；哺乳动物血钙含量过低会出现抽搐。（三）生物界与非生物界的统一性和差异性组成生物体的化学元素在无机自然界都可以找到，这体现了生物界与非生物界具有统一性；但各种元素在生物体内和无机自然界中的含量相差很大，又体现了生物界与非生物界具有差异性。二、细胞中的无机物（一）细胞中的水1.含量：一般地说，水在细胞的各种化学成分中含量最多，一般为60%～95%。不同种类生物体中水含量不同；生物体在不同的生长发育时期含水量不同；同种生物的不同组织器官含水量不同。2.水的结构3.存在形式：自由水（约占95.5%）和结合水（约4.5%）。（1）水分子的极性让它们彼此间及水分子与其他极性分子间容易形成氢键。如Na+带正电荷就可吸引水分子的带负电的部分，使水环绕其周围形成水化的钠离子；Cl-带负电，可吸引水分子的带正电部分，从而与水形成水化氯离子。简单有机物的氨基、羧基、羟基或羰基均可与水结合。生物大分子往往兼有极性基（亲水）和非极性基（疏水），如蛋白质、核酸、极性脂类等。在水的环境中，其非极性基常藏于结构的内部而极性基则分布于表面，故也可和水分子结合。细胞内部一部分水主要以氢键的形式与蛋白质，多糖、磷脂等固体物质相结合，这部分水不蒸发、不能析离，失去了流动性和溶解性，是生物体的构成物。结合水因离颗粒表面远近不同，受电场作用力的大小也不同，所以分为强结合水和弱结合水。生物大分子具有一定的空间构象，它们的许多功能都与构象的相互转化有关。结合水是稳定大分子结构的必要因素。3（2）自由水和结合水可以相互转化：新陈代谢（缓慢）、抗逆性（强）自由水结合水新陈代谢（旺盛）、抗逆性（弱）芽孢是有些细菌在一定条件下，细胞质高度浓缩脱水所形成的一种抗逆性很强的球形或椭圆形的休眠体。芽孢的含水率约38%～40%。芽孢是整个生物界中抗逆性最强的生命体，在抗热，抗化学药物和抗辐射等方面，十分突出。有些细菌的芽孢，在干燥条件下，可保持10多年或更长的时间仍能萌发，有的能忍耐-253℃的低温，有的在沸水中煮30小时后仍有生活力，但也有的芽孢在80～90℃下几分钟即死亡。例如，肉毒梭菌的芽胞在沸水中要经过5至9.5h才被杀死；巨大芽胞杆菌芽胞的抗辐射能力比大肠杆菌要强36倍。芽胞的休眠能力更为突出，在常规条件下，一般可以保持几年至几十年而不死。据文献记载，有些芽胞甚至可以休眠数百至数千年，最极端的例子是在美国的一块有2500万~4000万年历史的琥珀，至今从其中蜜蜂肠道内还可以分离到有生命的芽胞。自由存在的芽孢没有明显的代谢作用，只保持潜在的萌发力，称为隐藏的生命。一旦环境条件合适，芽孢便可以萌发成营养细胞。4.生理作用相邻水分子间能够形成氢键，氢键赋予水分子一些独特的性质，而这些性质对于生活细胞是十分重要的。（1）结合水是细胞结构的重要组成成分（2）自由水是细胞内的良好溶剂4由于水分子具有极性，所以糖等极性分子、食盐等离子化合物很容易溶于水，其中，水称为溶剂，而糖和食盐则称为溶质。含有溶质的水称为水溶液。水的溶剂作用对于加速一些化学反应起重要作用。易溶于水的物质称为亲水性的，如NaCl(离子化合物)和蔗糖(极性化合物)。不溶于水的物质称为疏水性物质，对于细胞的生命活动同样是重要的。水作为溶剂，为细胞对物质的吸收提供了条件。（3）自由水运送营养物质和代谢废物（4）自由水参与细胞内的许多生化反应水分子参与了生命活动的一些重要反应，在大分子的合成过程中水是产物，而在水解反应中水是反应剂。（5）自由水为细胞提供相对稳定的液体环境氢键能够吸收较多的热能，将氢键打断需要较高的温度，所以氢键可维持细胞温度的相对稳定。水有很高的比热，因此，使水的温度升高需要较大的能量。1克水升高1摄氏度需要1卡的热量，即水的比热为1，大多数金属、玻璃和乙醇等物质的比热都比水低。如乙醇的比热是0.59。水由于氢键的缘故，比其他物质具有较好的热稳定性，地球上正是具有70%以上的水，才维持着适于生命生存的温度。当水被加热时，热能首先必须破坏氢键才能使水分子的运动加快。氢键不被破坏，水分子的运动是快不起来的。由于水开始吸收并储存了大量的热能，温度也就不会很快升高。相反，当水温下降时，也会释放大量的热。另外，水还有另外一种方式对温度进行调节，这就是蒸发冷却。最熟知的例子就是夏天，人通过流汗，将体内的部分水蒸发释放出来，从而达到调节体温的作用，因为将1g液态水转变成气态水需要540卡热量。另外，水还有一些其他特性，对于生命也具有重要意义。水冷却时能够结冰。大多数液体冷却时，密度越来越大。然而水却不同，水结成冰时，其密度比液态小，所以冰能够浮在水面。水结冰降低密度，对于保护冰下地球上的生物具有十分重大意义。如图，冰中：水分子的氢键拉大，且十分稳定；水中：氢键短且不断形成和断开。水具有黏性。相邻水分子间形成的氢键使水分子具有一定的黏性，这样使水具有较高的表面密度。水的黏性对于生物体来说具有重要的作用。如植物所需的水分是由根吸收并通过导管运输到地上部分的，在水的运送过程中水的黏性起重要作用，如果水分子没有黏性，地上部分的供水就无法完成。毛吸现象就是水的黏性所致。由于水的黏性，使水的表面具有很高的张力。由于水分子的这些特性，所以水被认为是生命的摇篮。（二）无机盐1.含量：无机盐在细胞中的含量很少，仅占细胞鲜重的1%～1.5%。2.存在形式：多数以离子形式存在3.生理作用：（1）某些复杂化合物的重要组成成分。例如，Mg2+是组成叶绿素的重要元素；Fe2+是组成血红蛋白的重要元素。（2）对于维持生命活动有重要作用。例如，维持酸碱平衡、渗透压平衡；哺乳动物血液中Ca2+过低，会出现抽搐症状。5三、有机化合物（一）细胞中的糖类1.元素组成：C、H、O2.种类：根据糖类水解后形成的物质，大致分为以下几类单糖——不能水解的糖，可直接被细胞吸收。二糖——由两分子单糖脱水缩合形成，水解生成两分子单糖的糖。多糖——水解后能生成许多单糖的糖。生物体内的糖类绝大多数以多糖形式存在，淀粉是最常见的多糖；二糖和多糖不能被直接吸收，必须先水解成单糖才能被细胞吸收；一分子蔗糖的水解产物是一分子葡萄糖和一分子果糖；一分子麦芽糖的水解产物是两分子葡萄糖；淀粉、纤维素、糖原都是由基本单位葡萄糖经过脱水缩合而成的。常见糖类分布功能单糖五碳糖核糖各种细胞中RNA的组成成分脱氧核糖各种细胞中DNA的组成成分六碳糖葡萄糖各种细胞中细胞生命活动的主要能源物质二糖麦芽糖植物，发芽的谷粒中较多都能提供能量蔗糖植物，甜菜、甘蔗中较多乳糖动物的乳汁中多糖淀粉植物的贮藏器官中储能物质纤维素植物细胞壁中支持、保护糖原肝糖原人和动物肝脏细胞中储能，调节血糖平衡肌糖原人和动物肌肉细胞中储存和提供能量6常见的多糖：淀粉、糖原、纤维素、粘多糖（1）淀粉淀粉是植物储存能量的多糖分子，植物细胞主要将淀粉以颗粒的方式贮存。当细胞需要能量时，长链淀粉中连接单体的糖苷键被水解，释放葡萄糖。人和其他食用植物的动物都具有水解淀粉的酶，能通过其消化系统水解植物淀粉。稻米、小麦、玉米、马铃薯等含有丰富的淀粉，是人类最重要的食物。（2）糖原糖原（有时称动物淀粉）是动物细胞中贮存能源的物质形式，是由葡萄糖组成的链状多聚体分子，它与淀粉的结构相似，但具有更多的支链，而分支的长度较短。大多数糖原以颗粒状贮存于动物的肝脏和肌肉细胞中，人的消化系统能够水解肉类食物中的糖原。（3）纤维素纤维素是植物组织中最丰富的多糖，它占植物含碳物质的50%以上。是地球上含量最高的有机物。纤维素是由葡萄糖连接起来的水不溶性的多糖，但葡萄糖单体之间糖苷键的连接方向与淀粉、糖原不同，葡萄糖单体相互连接形成不分支的杆状而不是盘卷成螺旋状，纤维素的长链分子相互平行排列，上千个纤维素分子再由氢键相互连接，形成了纤维的一部分。纤维素是结构性多糖，是植物细胞壁的主要成分。它所形成的网状纤维结构对植物细胞起保护作用。纤维素占木材含量的一半，棉花中90%为纤维素。由于与淀粉和糖原中葡萄糖单体之间糖苷键的连接方式不同，纤维素一般不能被大多数动物消化水解。植物中的纤维素虽然不能作为人体的营养，但可刺激肠道蠕动，有助于消化系统的健康。一些微生物具有消化纤维素的能力，实际上，消化纤维素的微生物生活在牛和羊的消化系统中，帮助草食动物从纤维素中获得营养。（4）粘多糖粘多糖是细胞间的连接物质，分子结构非常复杂，本质为多糖。是软骨、肌腱的主要成分；细胞膜表面多糖，帮助细胞识别外源物质；壳多糖又称几丁质，广泛存在于甲壳类动物的外壳、昆虫的甲壳和真菌的胞壁中。3.生理功能7①是生命活动的主要能源物质。葡萄糖是细胞生命活动的主要能源，常被形容为“生命的燃料”，它经过一系列氧化分解，释放出能量，最终变成水和CO2。②提供合成体内其他物质的原料。例如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪等物质的原料。③是构成细胞结构的重要有机物。例如纤维素是构成植物细胞壁的主要成分；糖也是核酸和糖蛋白等重要的生物大分子的结构成分。（二）脂质元素组成：主要是C、H、O，有些还含有P、N。常见种类主要生理功能脂肪（C、H、O）细胞内良好的储能物质；保温；缓冲、减压，保护内脏器官磷脂（C、H、O、P、N）构成生物膜的主要成分固醇胆固醇构成生物膜的主要成分；参与血液中脂质的运输性激素促进生殖器官的发育、生殖细胞的形成，激发并维持第二性征维生素D促进钙、磷吸收，预防和治疗佝偻病、骨质疏松等脂质主要是由碳、氢和少量含氧功能团组成，H与O的比值远远大于2，所有脂类化合物都主要是由碳原子和氢原子通过共价键结合形成的非极性化合物，具有疏水性，通常不溶于水，可溶于有机溶剂(或称脂溶性溶剂)，如丙酮、氯仿和乙醚等。严格地说，脂质不是大分子，因为它们的相对分子量不如多糖、蛋白质、核酸那么大，而且它们也不是聚合物。脂类物质是生物膜的主要成分，也是很好的能源，脂肪氧化时产生的能量大约是糖氧化时的2倍。脂类可构成生物表面的保护层，如皮肤、羽毛和果实外表的蜡质；动物皮下脂肪有保持正常体温的作用；维生素A、维生素D、肾上腺皮质激素等脂类分子是重要的生物活性物质。8（三）蛋白质蛋白质是细胞最重要的结构成分，并参与几乎所有的生命活动过程，是细胞内行使各种生物功能的生物大分子，估计在一个典型哺乳动物细胞中有10000种不同的蛋白质执行着不同的功能。1.元素组成基本元素：C、H、O、N，多数还含有P、S等。2.基本单位：氨基酸（1）种类：生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20种。（2）结构①氨基酸分子结构通式：②结构特点：每种氨基酸分子至少都含有一个氨基和一个羧基；并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上；该碳原子上还连接一个氢原子和一个侧链基团（-R）。各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。20种常见氨基酸的名称和结构式（*为必需氨基酸）名称英文缩