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高中生物必修1 第2章 知识点


必修 1 第二章 组成细胞的分子

第一节 细胞中的元素和化合物
一、组成细胞的元素
1、种类 细胞中常见的元素有 20 多种。 组成生物体的化学元素大体相同;但在不同的生物体中,各种化学元素的含量相差很大。 元素 含量 种类 2、各种元素的归属范围 大量元素 高于万分之一 C、H、O、N、P、S、K、CA、MG 等 微量元素 低于万分之一

FE、MN、ZN、CU、B、MO 等

C、H、O、N 这四种元素的含量最高; 人体鲜重中最多的元素是 O,O > C > H > N。 人体干重中最多的元素是 C, C > O > N > H。 在干重中 C 的含量达到 55.99% -- C 是构成细胞的最 基本的元素。
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3、鲜重和干重 鲜重:生物体(细胞)在自然生活状态下测得的重量。 干重:生物体(细胞)除去水以后测得的重量。

二、组成细胞的化合物

1、细胞中化合物的种类 ① 无机化合物:水和无机盐 ② 有机化合物:糖类、脂质、蛋白质和核酸 2、细胞中化合物的含量 ① 鲜重中含量最多的化合物是水 ② 鲜重中含量仅次于水的是蛋白质 ③ 鲜重中有机化合物中含量最多的是蛋白质 ④ 占干重含量最多的化合物/有机化合物是蛋白质

三、生物界和非生物界的统一性与差异性
1、生物界和非生物界的统一性体现在: 生物界与非生物界的元素种类基本相同; 生物界不同生物之间的元素种类基本相同。 2、生物界和非生物界的差异性体现在: 生物界与非生物界的元素含量相差很大; 生物界不同生物之间的元素含量相差很大。

四、实验探究:检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1、实验原理:某些化学试剂能够使生物组织中的有关化合物产生特定的颜色反应。

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斐林试剂与双缩脲试剂的比较:

2、还原糖的检测 ① 原理 50-65℃水浴加热 还原糖+斐林试剂 1-2 min ② 选材:苹果或梨匀浆。 ③ 实验步骤 ? ? ? ? ? ? 选材:含糖量较高,白色或近于白色的植物组织。 制备组织样液:制浆→过滤(用一层纱布)→取液。 向试管内注入 2ml 待测组织样液。 向试管内注入 1ml 刚配制的斐林试剂。 (振荡呈蓝色) 将试管放入有 50-65℃温水的大烧杯中加热约 2min。 观察试管中的颜色变化,出现砖红色沉淀。 砖红色沉淀。

④ 结论:可溶性还原糖与斐林试剂在水浴加热的过程中生成砖红色沉淀,说明待测组织样液中有 可溶性还原糖。 ⑤ 注意事项 ? ? 还原糖的含量、 生物组织中有无色素是影响实验结果的关键因素, 要选择可溶性还原糖含量高、 组织颜色较浅或接近白色的植物,如苹果、梨、白萝卜。 斐林试剂非常不稳定,应将甲液(0.1g/ml NaOH)乙液(0.05g/ml CuSO4)分别配制、储存, 使用时现配现用,先将甲液和乙液混合后再加入组织样液中,并进行水浴加热。
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3、脂肪的检测 ① 原理 脂肪+苏丹Ⅲ染液 → 橘黄色。 脂肪+苏丹Ⅳ染液 → 红色。 ② 选材:经浸泡去种皮的花生种子。 ③ 实验步骤 ? ? 切片:切成薄片 制片:选最薄的几片薄片置于洁净载波片的中央。 染色:滴 2-3 滴苏丹Ⅲ染液,染色 2-3min。 吸水纸吸去染液,滴加 50%的酒精 1-2 滴,洗去浮色。 吸水纸吸去酒精,滴 1 滴蒸馏水,盖上盖玻片,制成临时装片。 ? 观察:在低倍镜下找到花生子叶的最薄处,再用高倍镜观察。 ④ 结论: 苏丹Ⅲ染液使脂肪呈橘黄色,说明有脂肪存在。 ⑤ 注意事项 ? ? 所用材料选富含脂肪的种子,如花生种子,使用前浸泡 3-4h。 染色后,一定要用 50%的酒精洗去浮色。

4、蛋白质的检测 ① 原理 蛋白质+双缩脲试剂 → 紫色。 ② 选材:鲜肝或大豆。 ③ 实验步骤 ? ? ? ? ? 选材与制备:鲜肝提取液或黄豆浆滤液。 向试管内注入 2ml 待测组织样液。 向试管内注入 1ml 双缩脲试剂 A 液(0.1g/ml NaOH) 。 向试管内注入双缩脲试剂 B 液(0.01g/ml CuSO4)4 滴,摇匀。 观察试管中的颜色变化,变成紫色。

④ 结论:待测组织样液中存在蛋白质。 ⑤ 注意事项 ? 所用材料选富含蛋白质的生物组织(或器官)如大豆、鸡蛋。如用鸡蛋要用蛋清,并注意稀释 10 倍以上,否则实验后容易粘附试管壁,不易清洗。
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5、淀粉的检测 ① 原理 淀粉+碘液 → 蓝色。 ② 选材:马铃薯匀浆。 ③ 实验步骤 ? ? ? 向试管内注入 2ml 待测组织样液。 向试管内注入碘液 2 滴。 观察试管中的颜色变化,变成蓝色。

④ 结论:待测组织样液中含有淀粉。

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第二节 生命活动的主要承担者—蛋白质
氨基酸是组成蛋白质的基本单位。人体中组成蛋白质的氨基酸约有 20 种。

一、氨基酸
1、氨基酸的结构 ① 结构通式

② 分子式:C2H4O2N—R ③ —NH2 和—COOH 的数目:每个氨基酸都至少含有 1 个—NH2(氨基)和 1 个—COOH(羧基) ,R 基中也可能存在—NH2 或—COOH ④ 连接位点:构成蛋白质的氨基酸都有 1 个—NH2 和 1 个—COOH 连在同一个 C 原子上,此点为判 断某化合物是否是构成蛋白质的氨基酸的依据。 ⑤ 分类依据:R 基的不同是构成蛋白质的 20 种氨基酸分类的依据。 (氨基、羧基、R 基的书写格式:游离键“—”千万不能忘记) 2、氨基酸的种类 ① 必需氨基酸:必须从外界获得,自身不能合成。共有 8 种: 异亮氨酸 亮氨酸 甲硫氨酸 色氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸 缬氨酸 苏氨酸

可用谐音记忆“一(异亮氨酸)家(甲硫氨酸)人来(赖氨酸)写(缬氨酸)两(亮氨酸)三(色 氨酸)本(苯丙氨酸)书(苏氨酸) ” 。 ②非必需氨基酸:自身能合成,共 12 种。

二、蛋白质的结构及其多样性
蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子,生物界的蛋白质种类多达 10 —10 种,它们参 与组成细胞与生物体的各种结构,执行多种多样的功能。 20 种氨基酸如何组成如此多的蛋白质? 1、蛋白质的形成过程 ① 氨基酸分子结合的方式: 一个氨基酸分子的羧基(--COOH)和另一个氨基酸的氨基(--NH2)相连接,同时脱去一个水分 子,这种结合方法叫做脱水结合。 ② 连接两个氨基酸分子的化学键(--NH-CO--)叫做肽键。 肽键的表达:
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③ 两个氨基酸分子缩合而成的化合物叫二肽。依次:三肽??多肽

④ 多个氨基酸之间通过肽键形成肽链,呈链状结构。

2、蛋白质分子结构多样性的原因 ① 氨基酸的种类不同,构成的肽链不同。

② 氨基酸的数目不同,构成的肽链不同。

③ 氨基酸的排列顺序不同,构成的肽链不同。

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④ 肽链的数目和空间结构不同,构成的蛋白质不同

三、蛋白质的功能
蛋白质分子是生物体生命活动的主要承担者,其功能具有多样性。 类别 结构蛋白 调节蛋白 催化蛋白 运输蛋白 免疫蛋白 功能 许多蛋白质是构成细胞和生物体的成分 对细胞和生物体的生命活动有重要的调节作 用 催化细胞中各种化学反应的顺利进行(即新 陈代谢) 实现某些物质通过细胞膜结构或物质在体内 的转移 对侵入人或高等动物体内的抗原物质有清除 作用 蛋白 蛋白质类激素, 如胰岛素、生长激素等 绝大多数酶 细胞膜上的蛋白质载体、血红蛋白 抗体 举例 肌动蛋白、肌球蛋白、细胞膜固着

四、有关蛋白质类物质的相关计算
1、氨基酸脱水缩合中的有关计算 肽键数=脱去水分子数=氨基酸数-肽链数 蛋白质相对分子质量=氨基酸数目×氨基酸平均相对分子质量-脱去水分子数×18 肽链数目 1条 n条 环状肽链 氨基酸数 m m m 肽键数目 m-1 m-n m 脱去水分子数 m-1 m-n m 多肽链 相对分子质量 am-18×(m-1) am-18×(m-n) am-18m 氨基数目 至少 1 个 至少 n 个 不确定 羧基数目 至少 1 个 至少 n 个 不确定

在蛋白质相对分子质量的计算中, 若通过图示或其他形式告知蛋白质中含有二硫键时, 要考虑脱去 氢的质量,每形成 1 个二硫键要脱去 2 个 H。 2、蛋白质中氨基、羧基及各原子的计算 ① 氨基数=肽链数+R 基上的氨基数=各氨基酸中氨基总数-肽键数 ② 羧基数=肽链数+R 基上的羧基数=各氨基酸中羧基总数-肽键数 ③ N 原子数=肽键数+肽链数+R 基上 N 原子数=各氨基酸中 N 的总数 ④ O 原子数=肽键数+肽链数×2+R 基上 O 原子数=各氨基酸中 O 的总数-脱去水分子数 ⑤ H 原子数=各氨基酸中 H 的总数-脱去水分子数×2 3、组成蛋白质的氨基酸与相应 DNA、RNA 上核苷酸或碱基数目之间的关系

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在利用 DNA 中脱氧核苷酸数或 RNA 中核糖核苷酸数求其指导合成的蛋白质中氨基酸数目时, 一般不 考虑终止密码子问题,所求出的氨基酸数为最大值。 4、氨基酸的排列与多肽种类的计算 假如有 A、B、C 三种氨基酸,由这三种氨基酸组成多肽的情况可分如下两种情形分析: ① A、B、C 三种氨基酸,每种氨基酸数目无限的情况下,可形成的肽类化合物的种类为: 形成三肽种类: 3
3

3

3

3 =27 种 形成二肽种类: 3
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3

3 =9 种 ② A、B、C 三种氨基酸,且每种氨基酸只有 1 个的情况下,可形成的肽类化合物的种类为: 形成三肽种类: 3 2 1 3×2×1=6 种 形成二肽种类: 3 2 3×2=6 种

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第三节 遗传物质的携带者—核酸
核酸包括两大类: 一类是脱氧核糖核酸,简称 DNA; 一类是核糖核酸,简称 RNA。 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。

一、核酸在细胞中的分布
核酸存在于所有细胞中。 1、观察 DNA、RNA 在细胞中的分布 ① 原理:甲基绿和吡罗红两种染液对 DNA 和 RNA 的亲和力不同,甲基绿使 DNA 呈绿色,吡罗红使 RNA 呈红色。利用甲基绿和吡罗红混合染色剂将细胞染色,可以显示 DNA 和 RNA 在细胞中的分布。 ② 步骤 1、 生理盐水: 保持细胞正常的形态。 1、载玻片上滴一滴生理盐水(0.9%) 取口腔 上皮细 胞制片 3、用酒精灯烘干载玻片 1、在小烧杯中放入 30ml 8%的盐酸和 水解 烘干的载玻片 2、在大烧杯中加入 30℃的温水 3、水浴保温 5min 冲洗涂 片 染色 观察 用蒸馏水的缓水流冲洗载玻片 10s 1、用吸水纸吸去载玻片上的水分 2、用吡罗红-甲基绿染色剂染色 5min 3、吸去多余染色剂,盖上盖玻片 先低倍镜下观察,再换成高倍镜观察 2、 用消毒牙签取漱净的口腔上皮细胞 2、漱口:防止混杂食物残渣。 3、烘干:使细胞紧紧附着在载玻片 上,防止细胞在浸泡水解与冲洗中 丢失。 4、 载玻片加热要在酒精灯上不停移 动,防止载玻片受热不均而破裂。 1、盐酸:改变细胞膜的通透性,加 速染色剂进入细胞,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。 1、缓水流:防止细胞被水流冲走。 1、吡罗红-甲基绿染色剂需现配现 用,混合后再使用。

③观察结论:真核细胞中 DNA 主要分布在细胞核中,少量分布在线粒体、叶绿体中;RNA 主要分布 在细胞质中。 注:原核细胞中的 DNA 位于细胞内的拟核区域。

二、核酸是由核苷酸连接而成的长链
1、核酸的构成: 核酸水解后得到核苷酸,核苷酸是核酸的基本组成单位。

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2、核苷酸--核酸的基本组成单位 ① 名称:核苷酸; ② 组成:每一个核苷酸包括一分子的五碳糖、一分子的磷酸和一分子含氮碱基; ③ 结构简式:

④ 分类:根据五碳糖的不同,核苷酸分为脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。

3、核酸、核苷酸中文名称 ① 两类核酸:五碳糖名称+核酸 = 脱氧核糖核酸、核糖核酸 ② 两类核苷酸:五碳糖名称+核苷酸 = 脱氧核糖核苷酸、核糖核苷酸 ③ 具体某种核苷酸中文名称:碱基名称+五碳糖名称+核苷酸,如:胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸、尿 嘧啶核糖核苷酸

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4、核酸的结构层次

5、核酸可以携带大量遗传信息的原因:核苷酸的数量和排列顺序的不同。 6、DNA 与 RNA 的比较 核酸 分类 结构 基本单位 基本元素 磷酸 成 分 五碳糖 含氮碱基 发布 脱氧核糖 A(腺嘌呤) 、G(鸟嘌呤) C(胞嘧啶) 、T(胸腺嘧啶) 主要存在于细胞核,少量在线粒体、叶 绿体中(甲基绿) 脱氧核糖核酸(DNA) 双螺旋 脱氧核糖核苷酸 C、H、O、N、P H PO
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核糖核酸(RNA) 单链 核糖核苷酸

核糖 A(腺嘌呤) 、G(鸟嘌呤) C(胞嘧啶) 、U(尿嘧啶) 主要存在于细胞质中(吡罗红)

7、含有 DNA、RNA 的生物

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8、蛋白质与核酸的比较 蛋白质 元素 组成 组成 单位 C、H、O、N,有的还有 S 氨基酸 核酸 C、H、O、N、P 核苷酸

结构 通式

连接 方式

形成 场所

核糖体

细胞核、线粒体、叶绿体等

主要 功能

相互 关系

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第四节 细胞中的糖类和脂质
细胞的生命活动也需要能量来维持, 很多种物质都可以为细胞的生命活动提供能量, 其中糖类是主 要的能源物质。

一、细胞中的糖类
1、元素组成 除了我们熟知的糖类,淀粉和纤维素也属于糖类。 糖类分子都是由 C、 H、 O 三种元素构成, 多数糖分子中 H 与 O 的比例为 2:1, 所以糖类又被称为 “碳 水化合物” 。 2、糖类的种类与功能

二、细胞中的脂质
1、脂质的性质 ① 脂质存在于所有细胞中,常见的脂质包括脂肪、磷脂、固醇
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② 元素组成:主要是 C、H、O,有些脂质还包括 N 和 P。 ③ 化学性质:通常都不溶于水,溶于脂溶性有机溶剂,如丙酮、氯仿、乙醚等。 2、脂质的种类和功能 种类 功能 1、1g 糖原氧化分解释放 17kJ 的能量,1g 脂肪释放 17kJ 的能量, 脂肪 脂肪是细胞内良好的储能物质,生命活动需要时可以分解使用。 2、很好的绝热体,起到保温作用。 3、分布在内脏周围的脂肪具有缓冲、减压的作用,保护内脏器官。 磷脂 胆固醇 固 醇 维生素 D 性激素 构成细胞膜及多种细胞器膜的重要成分, 在人和动物的脑、 卵细胞、 肝脏及大豆的种子中含量丰富。 构成动物细胞膜的重要成分,参与血液中脂质的运输 能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成 促进人和动物肠道对钙和磷的吸收

注:相同质量的脂肪比蛋白质和糖类含的能量高,是因为:脂肪中 O 含量少,C、H 含量高,氧化 分解时需要 O2 更多,O2 与[H]结合生成水,释放能量多。 3、生物大分子以碳链为骨架 多糖、蛋白质、核酸等都是生物大分子,都是由许多基本的组成单位连接而成的,这些基本单位称 为单体。这些生物大分子又称为单体的聚合体。

每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架, 由许多单体连接成多聚体。 正是由于 碳原子在组成生物大分子中的重要作用,所以科学家说“碳是生命的核心元素” , “没有碳,就没有生 命” 。

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第五节 细胞中的无机物
一、细胞中的水
水是构成细胞的重要无机化合物,一般来说,水在细胞的各种化学成分中含量最多。生物体的含水 量随生物种类的不同而有所差别;在不同的生长发育期,含水量也不同;生物体的不同组织、器官,含 水量也不同。 1、水的存在形式与功能 形式 概念 特点 比例 自由水 可以自由流动,叫自由水。 可以自由流动,易蒸发,可参与代谢过程 约占细胞内全部水分的 95.5% 1、细胞内的良好溶剂 2、参与生物化学反应 功能 3、为细胞提供浸润的液体环境 4、 ,水在生物体内流动,运送营养物质和 代谢废物 2、特点 ① 自由水和结合水可以相互转化。 ② 自由水与新陈代谢成正比,结合水与抗性成正比。 自由水与结合水的比值反应代谢强弱,比值高,代谢快。 是细胞结构的重要组成部分 叫结合水。 不流动,不易蒸发 约占细胞内全部水分的 4.5% 结合水 细胞中绝大部分的水以游离的形式存在, 一部分水与细胞内的其他物质相结合,

二、细胞中的无机盐
烘干小麦种子,点燃烧尽,得到灰白色的灰烬,就是小麦种子中的无机盐。人和动物体内也含有无 机盐。 1、种类 细胞中大多数无机盐以离子的形式存在,含量较多的阳离子有:Na 、K 、Ca 、Mg 、Fe 、Fe , 阴离子有 Cl 、SO4 、PO4 、HCO3 。 2、含量 无机盐是细胞中含量最少的无机物,仅占细胞鲜重的 1%--1.5%。 3、存在形式 细胞中大多数无机盐以离子的形式存在,少量与其他物质结合:Fe 合成血红蛋白;Mg 合成叶绿 素;I 合成甲状腺激素;Ca 合成骨骼和牙齿。 4、生理功能 ① 是细胞和生物体的重要组成部分 ② 维持细胞和生物体的生命活动:如缺钙(Ca )可引起抽搐。 ③ 维持细胞的渗透压 ④ 维持细胞的酸碱平衡
2+ 2+ 2+ 2+ 23+ + 2+ 2+ 2+ 3+

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总结:构成细胞的物质基础
细胞是多种元素和化合物构成的生命系统: 1、C、H、O、N 等化学元素在细胞内含量丰富,是构成细胞中主要化合物的基础。 2、以碳链为骨架的糖类、脂质、蛋白质和核酸等有机化合物,构成细胞生命大厦的基本框架。 3、糖类和脂肪提供了生命活动的重要能源。 4、水和无机盐与其他物质一道承担起构建细胞、参与细胞生命活动等重要功能。 5、活细胞中的这些化合物,含量和比例处在不停变化中,但又保持相对稳定,以保证细胞生命活动的 正常进行。

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