组成细胞的有机物

组成细胞的有机物

撰稿教师：李文强责编：陈莉

章节概述

本节介绍了组成细胞的有机化合物的种类、含量及其生理功能。组成细胞的化学元素，大都以化合物的形式存在，所以本章的重点内容是关于糖类、脂质、蛋白质和核酸的相关内容，尤其是蛋白质和核酸，它们分别是生命的体现者和控制者。本章内容从分子水平阐述了生命的组成，这些分子组成的细胞是生物体的结构和完成各项生命活动的基础，所以这部分知识是后面几章内容的基础。

构成细胞的各种化合物在细胞内的生理作用，特别是蛋白质和核酸两种有机物的化学组成及其生理功能，是本章的重点，也是高考考查的重点。高考试题中考查本章的题目虽然大多是选择题，但在考查某知识点时从不同角度来设计问题，灵活多变，如考查氨基酸脱水缩合形成多少肽键的多个考题就是如此。

目标认知

学习目标：

1.探讨细胞中主要有机化合物的种类。

2.认同生命的物质性。

重点：

1.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。

2.蛋白质的结构、功能及其多样性

难点：

1.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。

2.蛋白质的结构、功能及其多样性

知识精讲

重点知识讲解

氨基酸结构

氨基酸是组成蛋白质的基本单位，含有氨基和羧基的有机化合物都叫做氨基酸。天然氨基酸现已发现的有300多种，但作为构成蛋白质的氨基酸大约有20种，那么构成蛋白质的氨基酸分子在结构上具有什么样的特点呢？可用氨基酸的结构通式表示如下：

从结构通式可以看出构成蛋白质的氨基酸的结构特点是：每种氨基酸分子至少含有一个氨基（-NH2）和一个羧基（-COOH），并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。

①每种氨基酸分子都至少含有一个氨基和一个羧基的意思是，氨基酸分子中的氨基和羧基的数目至少一个，也可以是几个，原因是R基中可能含有氨基或羧基，如图：

②在构成蛋白质的氨基酸中，至少有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，其意思是说，氨基和羧基不连接在同一个碳原子上的氨基酸就不是构成蛋白质的氨基酸，因为在自然存在的蛋白质中尚未发现这样的氨基酸。③不同的氨基酸分子，具有不同的R基。可以根据R基的不同，将氨基酸区别为不同的种类。

蛋白质的结构及其多样性

1．氨基酸缩合成蛋白质的示意图：

2．蛋白质的分子结构

化学结构：用约20种氨基酸作原料根据基因信息指令，在细胞质中的核糖体上，按特定的顺序和方式将氨基酸分子互相连接成肽链。氨基酸分子互相结合的方式是：一个氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（-NH2），脱去一分子水而连接起来，这种结合方式叫做缩合。通过缩合反应，在羧基和氨基之间形成的连接两个氨基酸分子的那个

键叫做肽键，由肽键连结形成的化合物称为肽。肽键结构如图：

由两个氨基酸缩合，形成一个肽键，产生一分子水和一分子二肽；由三个氨基酸缩合，形成两个肽键，脱掉两分子水，产生一个三肽；由n个氨基酸缩合成一条肽链，脱掉（n一1)个水分子，形成（n一1)个肽键，产生一个多肽。若n个氨基酸缩合形成m条肽链，则形成（n－m）个肽键，脱掉（n-m）个水分子（m＜n/2m）。由三个或三个以上的氨基酸分子连结成的肽叫做多肽，多肽通常呈链状结构，叫多肽链。

3．蛋白质分子多样性的原因

由于组成每种蛋白质分子的氨基酸的种类不同，数目的多少也不等，排列的次序又变化多端，由氨基酸形成的肤链的空间结构千差万别，导致蛋白质分子的结构形形色色，多种多样。从而决定了蛋白质分子功能的多样性。

空间结构：一个蛋白质分子可以含有一条或几条肽链，肽链通过一定的化学键互相连接在一起，这些肽链不呈直线，也不在同一个平面上，而是一条或几条肽链盘曲折叠形成具有复杂空间结构的蛋白质分子。如胰岛素的空间结构图（教材中图2一6）。

蛋白质的空间结构可以从以下四个方面来理解：

①氨基酸的种类不同，形成的肽链不同，如图1所示：

②氨基酸的数目不同，形成的肽链不同，如图2所示：

③氨基酸的排列次序不同，形成的肽链不同，如图3所示：

④肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同，如图4所示：

蛋白质的功能

蛋白质分子结构复杂、种类繁多，这是蛋白质分子具有多种重要功能的基础。下面略举

功能举例

结构蛋白构成细胞和生物体的成分。如构成人和动物肌肉的肌动蛋白和肌球蛋白；构成生物膜的蛋白质。

催化作用如唾液淀粉酶、胃蛋白酶等绝大多数酶

运输作用如血红蛋白能运输氧气

调节作用起信息作用的部分激素，如胰岛素等

免疫作用如抗体

核酸是由核苷酸连接而成的长链

1．核酸是大分子有机物

将核酸水解后得到许多核苷酸，这表明核苷酸是构成核酸的单体。研究表明，一个核苷酸分子由三部分组成：含氮的碱基、五碳糖、磷酸。五碳糖又分为脱氧核糖和核糖（它们之间相差1个氧原子），碱基是一类含有氮元素的有机物。嘌呤和嘧啶是两大类碱基。构成核酸的嘌呤有两种：腺嘌呤和鸟嘌呤，构成核苷酸的嘧啶有3种：胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶，所以构成核苷酸的碱基共有5种。其中，参与组成脱氧核苷酸的碱基有4种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），参与核糖核苷酸组成的碱基也有4种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C)和尿嘧啶（U）。从以上看出，构成两种核苷酸的碱基中，有3种相同1种不相同，即脱氧核苷酸中含T而不含U，核糖核苷酸中含U不含T。

2.核酸的结构层次

3.核酸分子的多样性

构成DNA的是4种脱氧核苷酸，但成千上万个脱氧核苷酸的排列顺序是多种多样的，即不同DNA分子之间4种，脱氧核苷酸的比率和排列顺序是不同的，DNA分子具有多样性。生物的不同遗传信息，以不同脱氧核苷酸的排列顺序的方式储存在DNA分子中。有一些病毒中没有DNA，只有RNA，它的遗传信息储存在RNA分子中。

种类DNA RNA

结构双螺旋结构单链结构基本元素C、H、O、N、P

基本单位脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸

化学组

成

无机酸磷酸

五碳糖脱氧核糖核糖

含氮碱基4种(A,T,C,G)4种(A,U,C,G)

分布主要存在于细胞核中主要存在于细胞质中

功能除朊病毒外，所有生物的遗传物质，对生物的遗传变异和蛋白质的生物合

成有极其重要的作用

糖类的功能

1.糖类是主要的能源物质。从能量供应方面来讲，生物体和细胞各项生命活动消耗的能量主要由糖类供给，虽然蛋白质、脂肪等也能为生命活动提供能量。我们一日三餐中含有的糖类被消化道吸收后，大部分被细胞氧化分解，释放的能量被细胞利用。

2.细胞中的糖类

糖类广泛存在于动植物细胞中，是生物体的重要组成成分和基本营养物质。糖类由C、H、0三种元素构成，分为单糖、二糖和多糖等几类。

（1)单糖

单糖是不能水解的糖。光合作用的产物主要是葡萄糖（C

6 H I2 06），它与果糖（C6 H I2 06）是生物界分布最普遍的六碳糖，虽然分子式相同，但属于结构不同的同分异构体。半乳糖（C6 H I2 06）与葡萄糖也是同分异构体，因两者结合构成乳

糖而得名。核糖（C5H1005）和脱氧核糖（C5H1004）是相差一个氧的两种五碳糖，它们的结构

都成环状，是区分脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的重要成分。

（2）二糖

二糖在植物细胞中有蔗糖和麦芽糖。蔗糖是由一分子果糖和一分子葡萄糖脱水缩合而成,

甘蔗和甜菜中含有大量的蔗糖；麦芽糖是由两分子葡萄糖组成，发芽的大麦里含有大量的麦

芽糖。在动物的乳汁中，含有由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成的二糖——乳糖。这

三种二糖（蔗糖、麦芽糖、乳糖）分子式相同（C12 H22 O11），但结构不同。

（3）多糖

多糖是由多个单糖分子脱水缩合而成的链状大分子，是自然界中含量最多的糖类。淀粉

是高等植物中糖的主要存在形式，以直链淀粉和支链淀粉两种形式存在，长链呈螺旋状盘曲。

在植物中，最重要的多糖是纤维素，整个生物界的有机碳元素，约二分之一以纤维素状态存

在于细胞壁中。动物细胞中量重要的多糖是糖原（动物淀粉），它分为肝糖原和肌糖原两种。

淀粉和糖原都可以水解而成为葡萄糖，葡萄糖氧化分解时释放能量，供给生物体生命活动的

需要，因此，糖类是生物体生命活动的主要能源物质；另外，淀粉是植物细胞中储存能量的

物质；糖原是动物细胞中储存能量的物质；核糖和脱氧核糖是组成核酸的必要物质，因此是

构成细胞的重要成分。

细胞中的脂质

对于脂质，我们最熟悉的是食用植物油和动物脂肪。脂质分子主要由C、H、O三种元素

构成，有的脂质还含有N、P。

1.常见的脂质有脂肪、磷脂、固醇等。

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Ca、P的吸收

经典例题透析

1．种子萌发的需氧量与种子所贮藏有机物的元素组成和元素比例有关，在相同条件下，消耗同质量的有机物，油料作物种子(如花生)萌发时需氧量比含淀粉多的种子(如水稻)萌发时的需氧量（）

A．少B．多C．相等 D．无规律

考点定位本题综合性强，主要考查了种子的成分、脂肪和淀粉的元素组成和元素比例、种子萌发与呼吸作用的关系，同时考查推理能力。

指点迷津首先要弄清楚O2的作用是与细胞呼吸过程中产生的H结合生成H2O，并释放出大量能量，为生命活动提供能量。其次要知道油料作物种子含脂肪较多，水稻等谷类种子含淀粉多，因此答题关键是计算氢碳比，脂肪分子的分子式为C57H110O6，氢碳比(H/C)为1.93。淀粉的分子式为(C6H l0O5)n，氢碳比(H/C)为1.67。脂肪分子的H/C的值比淀粉分子的H/C的值大。有氧呼吸时，O2的作用是与H结合生成H2O，因此，消耗同质量的有机物，H/C的值大的物质需氧量大。种子萌发时，呼吸作用(主要是有氧呼吸)增强。因此，相比之下，脂肪彻底氧化分解时，产水多，需氧多，可以放出更多的能量。油料作物种子（如花生）萌发时需氧量比含淀粉多的种子（如水稻）萌发时的需氧量多。

参考答案 B。

失分陷阱本题的知识综合得比较紧密，关系复杂，条件隐蔽，难度较大。失分原因主要在审题时对于题干中给出的信息挖掘不够，没有把种子萌发的“需氧量”与已知的细胞呼吸内容联系起来，没有把两种种子所贮藏葡萄糖和脂肪的元素组成和元素比例进行比较。

2．一个由n条肽链组成的蛋白质分子共有m个氨基酸，该蛋白质分子完全水解共需水分子（）

A．n个 B．m个C．(m+n)个D．(m-n)个

考点定位本题考查氨基酸通过缩合反应生成多肽的过程，同时考查构建模型的能力。

指点迷津首先要明确氨基酸缩合的方式。在氨基酸分子缩合成蛋白质过程中，每两个氨基酸分子缩合失去一分子水而形成一个肽键。若某蛋白质只有一条肽链，含有m个氨基酸，则脱去m-1个水分子，形成m-1个肽键。若某蛋白质含两条肽链，含有m个氨基酸，则脱去m-2个水分子，形成m-2个肽键。依次类推，某蛋白质含n条肽链，共含m个氨基酸，则脱去m-n个水分子，形成m-n个肽键。反过来，由蛋白质完全水解成氨基酸的化学反应过程中需要水分子参与。每个肽键(一C0一NH一)水解成一COOH和一NH2需一分子水。蛋白质分子中含多少肽键，就要加多少水分子才能使之完全水解。故蛋白质中含m-n个肽键，就需水分子m-n个，也就是说缩合时脱去m-n个水分子，蛋白质水解时就需要m-n个水分子。

参考答案 D。

失分陷阱不理解氨基酸缩合成多肽链的过程与多肽链完全水解为氨基酸之间的内在联系。

3．由DNA分子蕴藏的信息所支配合成的RNA在完全水解后，得到的化学物质是（）

A.氨基酸、葡萄糖、碱基

B.氨基酸、核苷酸、葡萄糖

C.核糖、碱基、磷酸

D.脱氧核糖、碱基、磷酸

考点定位本题考查的是RNA的组成单位及其组成单位的化学组成。属于理解性题目，同时考查审题能力。

指点迷津 RNA是由许多核糖核苷酸分子连接而成的长链结构。每个核糖核苷酸分子由一分子核糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成。RNA分子水解后形成许多核苷酸，核苷酸分子继续水解可形成核糖、磷酸和含氮碱基。

参考答案 C。

失分陷阱该题中有两处容易误解，即：“由DNA分子蕴藏的信息”容易误认为是DNA 水解；“完全水解”只认为RNA分解为核糖核苷酸，不再继续水解。因此，要注意仔细审题，理解题意。

4．对细胞中某些物质的组成进行分析，可以作为鉴别真核生物的不同个体是否为同一物种的辅助手段，一般不采用的物质是（）

A.蛋白质 B．DNA C.RNA D．核苷酸

考点定位本题主要考查蛋白质、DNA和RNA分子的多样性和特异性。

指点迷津蛋白质、DNA、RNA具有多样性和特异性，不同种生物的蛋白质、DNA、RNA 不同，可以作为鉴别真核生物的不同个体是否为同一物种的辅助手段。而所有真核生物的核苷酸都相同，共8种，不能作为鉴别真核生物的不同个体是否为同一物种的辅助手段。同理，组成不同生物体蛋白质的氨基酸都相同，约20种，一般也不能作为鉴别真核生物的不同个体是否为同一物种的辅助手段。

参考答案 D。

失分陷阱失分的原因在于混淆了核酸与核苷酸之间的关系，没有认识到核酸的基本组成单位——核苷酸在不同种真核生物中并无特异性。

5．过度肥胖者的脂肪组织中，占细胞质量50%以上的物质是（）

A.蛋白质

B.脂肪

C.糖类

D.水

考点定位：本题考查细胞中各种物质的含量问题。

指点迷津：任何生活细胞中含量最多的都是水，含量超过50%的只有水，水通常占细胞重量的80%-90%。错选A者将“占细胞干重50%以上”与“占细胞重量50%以上”混淆；错选B者误认为脂肪组织中的细胞内脂肪含量一定最高。

参考答案：D

6．在鉴定还原性糖的实验中，加人斐林试剂时必须要（）

A.先加人斐林试剂甲液，后加人乙液

B.先加人斐林试剂乙液，后加人甲液

C.将斐林试剂的甲液和乙液混合均匀后再加

D.以上A、B、C三项操作方法都正确

考点定位：本题考查斐林试剂的使用方法。

指点迷津：斐林试剂的甲液是氢氧化钠的质量浓度为0.1g/mL的溶液；乙液是硫酸铜的质量浓度为0.05g/mL的溶液。只有将甲液和乙液混合后，才能生成浅蓝色的Cu(OH）2沉淀。而还原性糖就是与Cu (OH）2在加热条件下，才能生成砖红色的Cu20沉淀，起到鉴定还原性糖的作用。

参考答案：C

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