專題二 生命的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

細胞的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物質(zhì)基礎(chǔ)知識細化回顧

1．組成生物體的化學(xué)元素(1)最基本的化學(xué)元素是C。(2)基本元素是C、H、O、N。(3)主要元素是C、H、O、N、P、S。(4)占細胞鮮重最多的元素是O。(5)占人體細胞干重最多的元素是C。2．元素種類和含量在生物界和非生物界中的關(guān)系(1)生物界內(nèi)部：不同種類的生物之間在元素種類上大體相同，但在元素的含量上相差很大。(2)生物界和非生物界之間：①組成生物體的化學(xué)元素在無機自然界中都可找到，說明生物界和非生物界具有統(tǒng)一性；②同種元素在生物體和自然界中含量相差很大，說明生物界和非生物界具有差異性。3．水的含量及功能(1)水的含量：水是細胞中含量最多的化合物，但在不同種類的生物體中，水的含量差別較大；在同一生物的不同組織、器官中，水的含量也不相同。(2)水的功能：結(jié)合水是細胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分，自由水是細胞內(nèi)的良好溶劑、參與化學(xué)反應(yīng)、運輸營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物等。4．常見糖類的功能特性(1)參與生物遺傳物質(zhì)組成的糖是脫氧核糖、核糖。(2)能與新配制的斐林試劑共熱生成磚紅色沉淀的糖是葡萄糖、果糖、麥芽糖等。(3)組成高等植物細胞分裂末期細胞板的糖是纖維素，存在于動物細胞質(zhì)中的重要儲存能量的糖是糖原。5．脂質(zhì)的種類和功能(1)脂質(zhì)中的磷脂是構(gòu)成生物膜的重要成分。(2)皮膚生發(fā)層細胞中經(jīng)紫外線照射，由一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化成另一種物質(zhì)，并能夠預(yù)防兒童佝僂病發(fā)生，此兩種物質(zhì)是膽固醇、維生素D。(3)促進動物生殖器官的發(fā)育和生殖細胞的生成，激發(fā)并維持第二性征的是性激素。6．蛋白質(zhì)的合成：兩分子氨基酸相互結(jié)合形成一分子二肽，失去一分子水，這種結(jié)合方式叫做脫水縮合，其場所是核糖體，該過程在遺傳學(xué)上稱為翻譯，直接模板是mRNA，搬運氨基酸的工具是tRNA。7．核酸的種類和組成：核酸的基本單位是核苷酸，DNA和RNA在組成上的不同點是五碳糖和含氮堿基。真核細胞中DNA主要是和蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成染色體，其次存在于線粒體和葉綠體中。要點歸納

一、組成生物體的元素與自然界中元素的相互關(guān)系

1．自然界中的元素與組成生物體的元素的包含關(guān)系

2．組成生物體的大量元素和微量元素都是必需元素，生物體內(nèi)可能含有一些非必需元素，即生物體內(nèi)含有的元素不一定都是組成生物體的元素。3．生物和生物之間以及生物和無機自然界之間在元素的種類上都具有統(tǒng)一性，在元素的含量上都具有差異性；生物界和非生物界在元素種類上的統(tǒng)一性，保障了生物群落和無機環(huán)境間的物質(zhì)循環(huán)。

二、運用“元素”的觀點分析問題1．從化合物的元素組成分析其代謝產(chǎn)物糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)的組成元素中都含有C、H、O三種元素，可推知其代謝產(chǎn)物中都有CO2和H2O；蛋白質(zhì)中還含有N元素，故其代謝產(chǎn)物中還有尿素。2．從元素含量上分析物質(zhì)氧化分解時釋放能量的多少脂肪中氧的含量少于糖類，而氫的含量多于糖類，因此，等質(zhì)量的脂肪和糖類徹底氧化分解時，脂肪消耗的氧氣較多，釋放的能量也更多。3．同位素標(biāo)記法在實驗中的應(yīng)用利用同位素標(biāo)記法，可以證明光合作用釋放的氧全部來自于水，此外，還可用于證明根吸收的礦質(zhì)元素是通過導(dǎo)管向上運輸?shù)模辉谑删w侵染細菌實驗中，證明DNA是遺傳物質(zhì)；證明DNA的半保留復(fù)制方式；驗證分泌蛋白的合成、運輸和分泌途徑。4．從元素的功能分析光合作用與人體健康

三、生物體內(nèi)水和生物代謝的關(guān)系1．生物體內(nèi)水的存在形式、功能及兩者關(guān)系存在形式功能兩者關(guān)系結(jié)合水(占5%左右)與細胞中某些大分子物質(zhì)結(jié)合構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)①自由水結(jié)合水②自由水/結(jié)合水決定細胞或生物體的代謝程度，自由水/結(jié)合水的值大，表明代謝強③自由水/結(jié)合水影響生物體的抗逆性，自由水/結(jié)合水的值越大，抗性越弱；值越小，則抗性越強自由水(占95%左右)①參與反應(yīng)(如光合作用、呼吸作用等)②作為良好溶劑③運輸營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物轉(zhuǎn)化2．生物含水量的特點(1)不同種類的生物含水量不同，這與其生活環(huán)境有關(guān)。(2)同一種生物的不同組織、器官含水量不同，這與其代謝強度有關(guān)。(3)生物體在不同的生長發(fā)育期，含水量也不同。幼兒含水量多于成年人；在衰老的細胞中水分減少，細胞萎縮；植物幼嫩部分比老熟部分含水量多。3．細胞中產(chǎn)生水和利用水的結(jié)構(gòu)及生理過程

(1)細胞中產(chǎn)生水的結(jié)構(gòu)及生理過程①葉綠體基質(zhì)中：暗反應(yīng)②線粒體中：有氧呼吸第三階段O2＋[H]H2O③核糖體中：氨基酸脫水縮合氨基酸水＋多肽④植物高爾基體上：葡萄糖纖維素＋水⑤動物肝臟和肌肉：葡萄糖糖原＋水⑥細胞核中：DNA復(fù)制脫氧核苷酸DNA＋H2ODNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA核糖核苷酸RNA＋H2O⑦葉綠體基粒、線粒體、細胞質(zhì)基質(zhì)中ADP＋PiATP＋H2O

(2)細胞中利用水的生理過程①光合作用的光反應(yīng)：H2OO2＋[H]②有氧呼吸第二階段：C3H4O3＋H2OCO2＋[H]＋ATP③ATP水解：ATP＋H2OADP＋Pi＋能量④糖元分解：糖原＋水葡萄糖⑤大分子有機物的消化(水解)

【特別提醒】①無論是何種細胞，其含量最多的化合物都是水。②一個細胞失去一定量的自由水，只影響其代謝速率，而不會損傷細胞。但若失去的是結(jié)合水，則會損傷細胞。如種子貯存前，通過晾曬降低其自由水含量，利于貯存，如烘干種子使結(jié)合水流失，則種子的胚就會死亡。

四、糖類和脂質(zhì)的比較糖類脂質(zhì)區(qū)別元素組成C、H、OC、H、O(N、P)種類單糖、二糖、多糖脂肪、類脂、固醇合成部位葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、肝臟和肌肉主要是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)生理作用①主要的能源物質(zhì)②構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)：如糖被、細胞壁③核酸的組成成分①生物體的儲能物質(zhì)②生物膜的重要組成成分③調(diào)節(jié)新陳代謝和生殖聯(lián)系糖類脂肪

【特別提醒】①在動物體內(nèi)，糖類可以大量轉(zhuǎn)化成脂肪，而脂肪只能少量轉(zhuǎn)化成糖類。②脂肪和糖類的組成元素都只有C、H、O，前者的分子組成中H∶O＞2∶1，而糖類中H∶O＝2∶1，所以在有氧呼吸中，等質(zhì)量的脂肪消耗的O2比糖類多，提供的能量也多。

五、蛋白質(zhì)和核酸1．區(qū)別蛋白質(zhì)核酸元素組成主要是C、H、O、NC、H、O、N、P基本單位氨基酸連接方式肽鍵磷酸二酯鍵形成場所細胞質(zhì)內(nèi)的核糖體上細胞核、線粒體、葉綠體等功能①構(gòu)成生物體和細胞；②催化作用；③調(diào)節(jié)作用；④運輸作用；⑤免疫作用①遺傳信息的攜帶者，決定生物性狀；②某些RNA具催化作用2．聯(lián)系(1)核酸控制蛋白質(zhì)的合成(2)DNA多樣性、蛋白質(zhì)多樣性和生物多樣性的關(guān)系

(3)兩者均存在物種特異性，因此可從分子水平上為生物進化、親子鑒定、案件偵破等提供依據(jù)。(4)氨基酸數(shù)目與相應(yīng)核酸的堿基(核苷酸)數(shù)目的對應(yīng)關(guān)系

【特別提醒】①在基因結(jié)構(gòu)中，只有編碼區(qū)(原核生物)或編碼區(qū)的外顯子(真核生物)才能編碼蛋白質(zhì)。因此，上述關(guān)系只能理解為含n個氨基酸的蛋白質(zhì)，至少需核糖核苷酸和脫氧核苷酸數(shù)分別為3n和6n。②以DNA為遺傳物質(zhì)的生物，其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)由DNA(基因)決定，而以RNA為遺傳物質(zhì)的生物，其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)由RNA決定。

●例1

(2008年江蘇高考題)下列各組物質(zhì)中，由相同種類元素組成的是()A．膽固醇、脂肪酸、脂肪酶

B．淀粉、半乳糖、糖原C．氨基酸、核苷酸、丙酮酸

D．性激素、生長激素、胰島素

【解析】考查化合物的元素組成。A選項中膽固醇屬于脂類，主要含C、H、O三種元素，而脂肪酶本質(zhì)屬于蛋白質(zhì)，至少含有C、H、O、N四種元素；B選項中三種物質(zhì)均為糖類，含有C、H、O三種相同的元素；C選項中氨基酸至少含有C、H、O、N四種元素，而核苷酸含有C、H、O、N、P五種元素；D選項中性激素屬于脂類，主要含C、H、O三種元素，而胰島素本質(zhì)屬于蛋白質(zhì)，至少含有C、H、O、N四種元素。因此選B。

[答案]

B

●例2

(2009年上海理綜)生物學(xué)知識中有很多互相關(guān)聯(lián)的概念，我們可以用圖來形象地表示這些概念間的關(guān)系，下列各項符合右圖所示關(guān)系的是()A．①抗體②載體③蛋白質(zhì)B．①群落②生境③生態(tài)系統(tǒng)C．①神經(jīng)元細胞體②神經(jīng)元樹突③神經(jīng)元軸突D．①細胞膜②細胞質(zhì)③細胞核

【解析】圖中顯示①和②并列獨立，但又有共同部分③。所以滿足條件的是選項A，抗體和載體結(jié)構(gòu)不同，但是有共同屬性蛋白質(zhì)。

[答案]

A拓展訓(xùn)練

1．(2009年上海高考題)下列有機化合物中，只含有C、H、O三種元素的是()A．氨基酸B．核苷酸C．脫氧核糖 D．磷脂

【解析】氨基酸主要由C、H、O和N四種元素組成，核苷酸由C、H、O、N和P組成，脫氧核糖是一種五碳糖，只由C、H和O組成，磷脂由C、H、O、N和P組成。

【答案】C

2．(2009年上海高考題)某蛋白質(zhì)由m條肽鏈、n個氨基酸組成。該蛋白質(zhì)至少有氧原子的個數(shù)是()A．n－m B．n－2m C．n＋m D．n＋2m

【解析】由氨基酸的結(jié)構(gòu)通式可知一個氨基酸至少有兩個氧原子，形成蛋白質(zhì)縮合過程中要脫去水，2n－(n－m)＝n＋m。

[答案]C

3．(2008年天津理綜)下列關(guān)于蛋白質(zhì)和氨基酸的敘述，正確的是()A．具有生物催化作用的酶都是由氨基酸組成的B．高等動物能合成生命活動所需的20種氨基酸C．細胞中氨基酸種類和數(shù)量相同的蛋白質(zhì)是同一種蛋白質(zhì)D．在胚胎發(fā)育過程中，基因選擇性表達，細胞會產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)

【解析】考查蛋白質(zhì)的相關(guān)知識。構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸，人體所必須的氨基酸共有20種，其中有8種是人體不能合成的，必須從食物中獲得，稱為必需氨基酸。酶的主要成分是蛋白質(zhì)，還有少量的RNA。蛋白質(zhì)具有多樣性，其原因是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸種類、排列順序、數(shù)量以及肽鏈的空間結(jié)構(gòu)不同。在細胞分化過程中，基因選擇性表達，形成不同的mRNA和不同的蛋白質(zhì)。

[答案]

D

4．(2008年廣東高考題)請回答以下有關(guān)細胞物質(zhì)組成和功能的問題：(1)細胞中含有N元素的生物大分子是________。A．核苷酸和糖原B．胰島素和核酸C．氨基酸和胰高血糖素D．血紅蛋白和纖維素(2)細胞中的糖類可以分為3類，其中可以被消化道直接吸收的是____________，完全由葡萄糖縮合而成的二糖是__________。(3)構(gòu)成細胞膜的脂質(zhì)是__________和__________。(4)癌細胞轉(zhuǎn)移與細胞膜上__________減少有關(guān)。

【解析】本題考查了生物學(xué)基礎(chǔ)知識，涉及了細胞的組成元素和化合物等。含N元素的分子有核苷酸、胰島素、核酸、氨基酸、胰高血糖素和血紅蛋白。其中含N的大分子有胰島素、核酸、胰高血糖素和血紅蛋白。能被消化道直接吸收的糖是單糖，由兩分子葡萄糖構(gòu)成的二糖是麥芽糖。細胞膜是由蛋白質(zhì)、磷脂、膽固醇和糖類組成的。

[答案]

(1)B(2)單糖麥芽糖(3)磷脂膽固醇(4)糖蛋白生命的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識細化回顧

1．細胞是進行生命活動的基礎(chǔ)細胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，細胞進行一切生命活動的基礎(chǔ)是細胞具有非常精細的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的自控功能。2．細胞膜的組成及功能(1)研究細胞膜的化學(xué)組成，大都用動物細胞的紅細胞等作為研究材料。(2)細胞膜主要由磷脂分子和蛋白質(zhì)分子構(gòu)成，功能越復(fù)雜的細胞膜，蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多。(3)糖蛋白除具有識別作用外，消化道和呼吸道上皮細胞表面的糖蛋白還具有保護和潤滑作用。(4)細胞膜的結(jié)構(gòu)特點是具有一定的流動性，功能特性是具有選擇透過性。3．細胞的生物膜系統(tǒng)生物膜的化學(xué)組成相似，基本結(jié)構(gòu)大致相同。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜可與外層核膜、細胞膜、線粒體膜直接相連。在真核細胞的細胞器中，核糖體和中心體不是生物膜系統(tǒng)的組成成分。4．細胞膜的物質(zhì)運輸(1)離子和小分子物質(zhì)進出細胞主要通過自由擴散和主動運輸方式。(2)大分子和顆粒性物質(zhì)進出細胞主要通過內(nèi)吞和外排作用。5．細胞器的分布及其特性(1)動植物細胞中共有的細胞器有線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、核糖體。(2)動物及低等植物特有的細胞器是中心體。(3)含有核酸的細胞器是線粒體、葉綠體、核糖體。(4)與細胞分裂直接相關(guān)的細胞器是核糖體、中心體、高爾基體、線粒體等。(5)在光學(xué)顯微鏡下能夠觀察到的細胞器是線粒體、葉綠體、液泡等。6．染色體的物質(zhì)組成染色體主要由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，欲驗證兩種物質(zhì)的存在，可分別使用二苯胺試劑和雙縮脲試劑。

7．原核細胞與真核細胞的比較(1)原核細胞與真核細胞相比最大的區(qū)別是沒有由核膜包圍的細胞核。(2)原核細胞細胞壁的主要成分是由糖類與蛋白質(zhì)結(jié)合而成的化合物，而支原體無細胞壁。(3)細胞生物所共有的細胞器是核糖體，細菌的遺傳物質(zhì)存在于擬核和質(zhì)粒中。特別提醒：原核細胞沒有除核糖體外的其他細胞器。原核細胞無線粒體，但有可能進行有氧呼吸。原核生物有生物膜，但沒有生物膜系統(tǒng)。原核生物無染色體、無等位基因、無減數(shù)分裂，變異來源是基因突變，遺傳不遵循孟德爾定律。要點歸納

一、生物膜結(jié)構(gòu)及功能上的聯(lián)系

1．生物膜在結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系(1)各種生物膜在結(jié)構(gòu)上大致相同，都由磷脂雙分子層構(gòu)成基本骨架，蛋白質(zhì)分布其中。(2)結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系2．功能上的聯(lián)系(以分泌蛋白的合成、加工、運輸為例)3．細胞膜功能的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(1)物質(zhì)運輸：磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的流動性；載體蛋白的種類和數(shù)量。(2)識別功能：糖蛋白。(3)信息傳遞：與激素結(jié)合的靶細胞細胞膜表面的受體；與遞質(zhì)結(jié)合的突觸后膜上的受體。

【特別提醒】①生物膜系統(tǒng)為真核生物特有。②生物膜指生物體內(nèi)的所有膜，生物膜系統(tǒng)指這些膜及具膜細胞器所形成的在結(jié)構(gòu)和功能上相互聯(lián)系的結(jié)構(gòu)體系。

二、驗證細胞膜的生理特性

1．細胞膜的流動性(1)原因：構(gòu)成細胞膜的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子是流動的。(2)驗證實驗：利用熒光物質(zhì)或放射性同位素標(biāo)記構(gòu)成細胞膜的蛋白質(zhì)分子，將已標(biāo)記的細胞與未標(biāo)記細胞誘導(dǎo)融合，追蹤觀察標(biāo)記的蛋白質(zhì)分子在融合細胞膜上的分布情況即可證明。2．細胞膜