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第二章 細胞的化學組成 章末總結 1．大量元素、微量元素都是生物必需的元素，對于維持生物體的生命活動都起著非常重要的作用。 2．組成蛋白質的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序不同，肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結構千差萬別是蛋白質結構多樣性的直接原因。 3．蛋白質是構成細胞和生物體結構的重要物質，具有催化、運輸、免疫、信息傳遞等許多功能。一切生命活動都離不開蛋白質，蛋白質是生命活動的主要承擔者和體現(xiàn)者。 4．核酸包括兩大類：一類是脫氧核糖核酸，簡稱DNA；一類是核糖核酸，簡稱RNA。 5．淀粉和糖原分別是植物細胞和動物細胞的儲能物質。纖維素是構成植物細胞壁的主要成分。構成它們的基本單位都是葡萄糖。 6．脂質包括脂肪、類脂和固醇等。其中脂肪是細胞內(nèi)良好的儲能物質；類脂中的磷脂是構成生物膜的重要成分；固醇類物質包括膽固醇、性激素和維生素D等。 7．一些無機鹽是細胞內(nèi)復雜化合物的重要組成成分，許多種無機鹽對于維持細胞和生物體的生命活動有非常重要的作用。 一、實驗變量及設計原則 實驗設計中的變量及內(nèi)涵 自變量 實驗過程中可以人為改變的因素 因變量 隨著自變量的變化而變化的變量 無關變量 除自變量外，實驗過程中可能還會存在一些可變因素，對實驗結果造成影響，這些變量稱為無關變量 對照實驗 除了一個因素以外，其余因素都保持不變的實驗叫做對照實驗 對照組和實驗組 對照實驗一般要設置對照組和實驗組，除了觀察的變量外，其他變量都應當始終保持相同 實驗設計中遵循的一般原則及內(nèi)涵 科學性原則 實驗目的要明確，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當 重復性原則 在同樣條件下重復實驗，觀察其對實驗結果影響的程度 對照性原則 科學、合理地設置對照可以使實驗方案簡潔、明了，且使實驗結論更有說服力。對照實驗的設計是消除無關變量影響的有效方法 單一變量原則 所謂單一變量原則，強調的是實驗組和對照組相比只能有一個變量 例1　為了證明土壤中的微生物能分解農(nóng)藥，必須將土壤分為兩等份，裝入兩個大小相同的容器，一個高溫滅菌，一個不做處理。造成一個容器的土壤中無活的微生物，一個容器的土壤中有活的微生物?！耙粋€高溫滅菌，一個不做處理”此處遵循的是(　　) A．設置對照原則 B．科學性原則 C．平行重復原則 D．單因子變量原則 答案　A 解析　在這個實驗中，一個高溫滅菌，一個不做處理，造成一個容器的土壤中無活的微生物，一個容器的土壤中有活的微生物，然后進行實驗，這才能說明問題。這就是設置對照原則。 二、細胞中有機物的比較 1．糖類與脂質的比較 組成元素 種類 作用 糖 類 C、H、O 單糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脫氧核糖 主要的能源物質；細胞結構的組成成分 二糖：蔗糖、麥芽糖、乳糖 多糖：淀粉、纖維素、糖原 脂質 C、H、O，有些含N、P 脂肪 儲能、保溫 類脂(如磷脂) 磷脂是構成膜結構的重要成分 固醇：膽固醇、性激素、維生素D等 維持正常的新陳代謝和生殖 2.蛋白質與核酸的比較 比較項目 蛋白質 核酸 化學組成 元素組成 C、H、O、N等 C、H、O、N、P 基本單位 名稱 氨基酸 核苷酸 種類 約20種 8種 結構式 結構 氨基酸多肽 (肽鏈)蛋白質 核苷酸核酸 一條或幾條肽鏈盤曲折疊形成 DNA：兩條脫氧核苷酸鏈RNA：一條核糖核苷酸鏈 主要功能 生命活動的主要承擔者 細胞中攜帶遺傳信息的物質，在生物體的遺傳、變異及蛋白質的生物合成中具有十分重要的作用 聯(lián)系 核酸控制蛋白質的合成 例2　下圖是真核生物體內(nèi)某些元素和化合物的構成示意圖，已知m和n為大分子物質，a和b分別是兩者的組成單位，回答下列相關的問題： (1)s、t元素的名稱分別是____________。 (2)m是細胞中含量最多的有機化合物，它的基本組成單位是________。 (3)a的結構通式是_________________________________________________________。 連接a形成m的化學鍵是__________________________________________________。 (4)化合物n徹底水解后的產(chǎn)物有________種。 答案　(1)氮、磷　(2)氨基酸　(3)　肽鍵(—NH—CO—)　(4)6 解析　從題干信息可知，n是DNA，m是蛋白質?？梢耘袛喑鰏元素是氮，t元素是磷；m是細胞中含量最多的有機化合物，即蛋白質，其基本組成單位是氨基酸；氨基酸可以通過脫水縮合形成肽鍵，同時脫去一分子水；化合物n是DNA，基本組成單位是脫氧核糖核苷酸，其徹底水解產(chǎn)物是磷酸、脫氧核糖和四種堿基(A、T、G、C)，共6種產(chǎn)物。 三、有機物的組成和分解 物質 組成元素 初步水解 徹底水解產(chǎn)物 氧化分解產(chǎn)物 淀粉 C、H、O 麥芽糖 葡萄糖 CO2＋H2O 脂肪 C、H、O 甘油＋脂肪酸 甘油＋脂肪酸 CO2＋H2O 蛋白質 C、H、O、N(常含S) 多肽 氨基酸 CO2＋H2O＋尿素 核酸 C、H、O、N、P 核苷酸 磷酸＋五碳糖＋堿基 CO2＋H2O＋N、P代謝廢物 例3　下圖表示細胞中一種常見的水解反應。下列化合物能發(fā)生此種反應的有(　　) ①淀粉?、诶w維素?、壑? A．①②B．①③C．②③D．①②③ 答案　A 解析　脂肪由甘油和脂肪酸組成。 四、蛋白質結構的相關計算 1．蛋白質中游離的氨基和羧基的計算 (1)蛋白質中游離的氨基和羧基存在的位置：位于蛋白質中多肽鏈的兩端、氨基酸的R基中。 (2)計算公式：蛋白質中游離的氨基(羧基)數(shù)＝肽鏈數(shù)＋R基中的氨基(羧基)數(shù)。 2．蛋白質中肽鍵數(shù)、脫去水分子數(shù)的計算 肽鍵數(shù)＝脫去水分子數(shù)＝氨基酸總數(shù)－肽鏈數(shù)。 注：若為環(huán)狀肽，肽鍵數(shù)＝脫去水分子數(shù)＝氨基酸數(shù)。 3．蛋白質的相對分子質量的計算 (1)氨基酸形成蛋白質的過程中，導致相對分子質量變化的原因 ①形成肽鍵時，每形成一個肽鍵就脫去一分子的水，相對分子質量就減少18。 ②若形成二硫鍵，每形成一個二硫鍵就脫去兩個H，相對分子質量就減少2。 (2)計算公式：蛋白質的相對分子質量＝所有氨基酸的相對分子質量之和－18脫去的水分子數(shù)－2二硫鍵數(shù)。 注：若不涉及二硫鍵，則公式中不需減去“2二硫鍵數(shù)”。 例4　下圖中有關蛋白質的敘述，正確的是(　　) A．含有兩條肽鏈 B．共有126個肽鍵 C．R基中共含有17個氨基 D．形成該蛋白質時共脫掉125個水分子 答案　A 解析　該蛋白質共有17個羧基，R基上有15個羧基，可知主鏈上有2個羧基，所以含有兩條肽鏈；主鏈上有2個氨基，R基中共含有15個氨基；126個氨基酸形成2條肽鏈，形成124個肽鍵，共脫掉124個水分子。 1．癌癥是嚴重威脅人類健康的疾病之一，下列有關描述正確的是(　　) A．長期接觸癌癥患者的人細胞癌變的概率增加 B．癌癥是致癌因子引發(fā)的，患病的概率與年齡無關 C．我國癌癥發(fā)病率都呈上升的趨勢 D．亞硝酸鹽可通過改變基因的結構而致癌 答案　D 解析　接觸癌癥患者的人不一定會患癌癥；癌癥是致癌因子引發(fā)的，患病的概率隨年齡增加而變大；我國有些癌癥發(fā)病率上升，而有些癌癥發(fā)病率下降；亞硝酸鹽可通過改變基因的結構而致癌。 2．在設計對照實驗時，我們應該注意的問題是(　　) A．所有的變量都相同 B．所有的變量都不相同 C．除實驗變量外，其他條件均不相同 D．除實驗變量外，其他條件均相同 答案　D 解析　在設計對照實驗時，實驗設計的不同組之間只有自變量不同，其他無關變量都相同，選項D正確。 3．在興寧市第一中學校園內(nèi)有一種叫樟樹的植物，其組織中含有的葡萄糖、淀粉、纖維素等糖類，脂肪、磷脂、具有芳香性的油脂等脂質，DNA、RNA等核酸分子和各種各樣的蛋白質，這些有機化合物中都含有的元素有(　　) A．C、H、O B．C、H、O、N C．C、H、O、N、P D．C、H、O、N、P、S 答案　A 解析　糖類的組成元素只有C、H、O；脂質的組成元素有C、H、O，有些還含有N、P；核酸的組成元素為C、H、O、N、P；蛋白質的組成元素有C、H、O、N，有些還含有S等，因此，這些有機物中都含有的元素有C、H、O。 4．下表中有關人體細胞化合物的各項內(nèi)容中，正確的是(　　) 編號 化合物 實驗檢測 組成單位 主要功能 檢測試劑 顏色反應 ① 脂肪 蘇丹Ⅲ染色液 橘黃色 脂肪酸 儲存能量 ② 糖原 斐林試劑 磚紅色 葡萄糖 提供能量 ③ 蛋白質 雙縮脲試劑 紫色 氨基酸 承擔生命活動 ④ 核酸 甲基綠染液 綠色 核苷酸 攜帶遺傳信息 A.① B．② C．③ D．④ 答案　C 解析　觀察脂肪應用蘇丹Ⅲ染色液進行染色，染成橘黃色，但脂肪的基本組成單位為甘油和脂肪酸；糖原是多糖，不屬于還原性糖，不能用斐林試劑進行檢測；核酸包括DNA和RNA，觀察DNA和RNA應分別用甲基綠和吡羅紅進行染色；蛋白質用雙縮脲試劑鑒定，呈現(xiàn)紫色。 5．胰島素由α、β兩條鏈組成，共含51個氨基酸。下列敘述中錯誤的是(　　) A．氨基酸脫水縮合產(chǎn)生水，其中的氫全部來自于羧基 B．胰島素能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應 C．胰島素能降低血糖體現(xiàn)了蛋白質具有信息傳遞的功能 D．一個胰島素分子全部水解為氨基酸，需要消耗49個水分子 答案　A 解析　氨基酸脫水縮合產(chǎn)生水，其中的氫來自于一個氨基酸的羧基和另一個氨基酸的氨基，其所形成的肽鍵能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應；胰島素能與細胞膜上的受體結合促進細胞對血糖的利用從而降低血糖濃度，體現(xiàn)了蛋白質具有信息傳遞的功能；一個胰島素分子由α、β兩條鏈組成，共含51個氨基酸，因此全部水解需消耗51－2＝49個水分子。 6.如圖表示不同化學元素所組成的化合物，以下說法錯誤的是(　　) A．若①為某種大分子的組成單位，則①最可能是氨基酸 B．若②是細胞中重要的儲能物質，則②是脂肪 C．若③為能儲存遺傳信息的大分子物質，則③一定是DNA D．若④主要是在動物肝臟和肌肉中合成的儲能物質，則④是糖原 答案　C 解析　由圖示可知，①的組成元素為C、H、O、N，若①為某種大分子的組成單位，則①最可能是蛋白質的基本組成單位——氨基酸；②的組成元素只有C、H、O三種，可能是糖類或脂肪，但因②是細胞中重要的儲能物質，故②是脂肪；③的組成元素為C、H、O、N、P，若③是能儲存遺傳信息的大分子物質，則其可能是DNA，也可能是RNA；④只含有C、H、O三種元素，主要是在動物肝臟和肌肉中合成的儲能物質，則④指肝糖原和肌糖原。 7．以下是生物體內(nèi)4種有機化合物的組成與功能關系圖，有關敘述錯誤的是(　　) A．糖尿病患者體內(nèi)，血漿中A的濃度高于正常值 B．植物細胞中，F(xiàn)可能是纖維素 C．C→G的過程能產(chǎn)生水 D．病毒中的H是DNA或RNA 答案　B 解析　A為糖類，糖尿病患者的血糖濃度要高于正常值，A項正確；纖維素是植物細胞壁的組成成分，不屬于儲能物質，B項錯誤；G是蛋白質，C是氨基酸，氨基酸的脫水縮合過程要產(chǎn)生水，C項正確；H是核酸，病毒中的核酸只有一種——DNA或RNA，D項正確。 8．下列有關細胞物質組成的敘述，正確的是(　　) A．在人體活細胞中氫原子的數(shù)目最多 B．DNA和RNA分子的堿基組成相同 C．多糖在細胞中不與其他分子相結合 D．蛋白質區(qū)別于脂質的特有元素是氮 答案　A 解析　人體活細胞中有機化合物和水中都含有氫原子，水的含量又最高，故氫原子的數(shù)目最多，A正確；DNA和RNA分子的堿基組成不完全相同，共有的堿基為A、C、G，DNA特有的堿基為T，RNA特有的堿基為U，B錯誤；在細胞中多糖可與蛋白質結合形成糖蛋白，與脂質結合形成糖脂，C錯誤；蛋白質區(qū)別于脂肪的特有元素是氮，而脂質中有的則含有氮元素，如磷脂，D錯誤。 9．下列關于蛋白質的敘述中，正確的是(　　) A．水浴加熱之后，構成胰島素的肽鏈充分伸展并斷裂 B．由N個氨基酸構成的一個蛋白質分子，有M條肽鏈，其中X條是環(huán)狀肽鏈，則這個蛋白質分子完全水解共需要(N－M＋X)個水分子 C．組成蛋白質的氨基酸之間可按不同的方式脫水縮合 D．某肽的分子式為C13H16O5N3，則該肽一定是一種三肽 答案　B 解析　水浴加熱之后，構成胰島素的肽鏈充分伸展但并不斷裂，蛋白質變性失活但肽鍵數(shù)不變，A錯誤；由N個氨基酸構成的一個蛋白質分子，有M條肽鏈，其中X條是環(huán)狀肽鏈，則這個蛋白質分子完全水解共需要(N－M＋X)個水分子，B正確；組成蛋白質的氨基酸之間按相同的方式脫水縮合，C錯誤；某肽的分子式為C13H16O5N3，則該肽可能是一種三肽，也可能是一種二肽，D錯誤。 10．洋蔥在歐美被譽為“蔬菜皇后”，其肥大的鱗莖中含糖類8.5%，每100g含維生素A5mg、維生素C9.3mg、鈣(Ca)45mg、磷(P)50mg、鐵(Fe)8mg，以及18種氨基酸，是不可多得的保健食品。那么洋蔥肥大的鱗莖中所含有的糖類是淀粉還是還原性糖？生物學興趣小組的同學以此作為研究課題。請你幫助他們完成下面的實驗研究報告。 (1)實驗目的：探究洋蔥肥大的鱗莖中所含的糖是淀粉還是還原性糖。 (2)實驗原理：淀粉可用________來檢測，還原性糖可用________試劑來檢測。 (3)實驗器材：洋蔥、所需試劑和儀器等(略)。 (4)實驗步驟： Ⅰ.鑒定還原性糖： ①制備洋蔥組織樣液，取樣液2mL注入試管； ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； ③觀察顏色變化。 Ⅱ.鑒定淀粉： ①制備洋蔥組織樣液，取樣液2mL注入試管； ②________________________； ③觀察顏色變化。 (5)預期實驗結果與結論，完善下列表格： 現(xiàn)象 結論 ①若步驟Ⅰ出現(xiàn)________________，步驟Ⅱ出現(xiàn)______________ 說明洋蔥鱗莖中所含的糖類既有還原性糖又有淀粉 ②若步驟Ⅰ____________________，步驟Ⅱ__________________ 說明洋蔥鱗莖中所含的糖類只有還原性糖而沒有淀粉 ③若____________ 說明洋蔥鱗莖中所含糖類________ 答案　(2)稀碘液　斐林　(4)Ⅰ.②加入新制備的斐林試劑1mL混合均勻，將試管置于水浴鍋中加熱2min Ⅱ.②加入2滴稀碘液　(5)①磚紅色沉淀　藍色　②出現(xiàn)磚紅色沉淀　不出現(xiàn)藍色?、鄄襟EⅠ不出現(xiàn)磚紅色沉淀，步驟Ⅱ出現(xiàn)藍色　沒有還原性糖只有淀粉 解析　淀粉遇到稀碘液后變藍色，還原性糖遇到斐林試劑在水浴加熱條件下出現(xiàn)磚紅色沉淀。鑒定還原性糖實驗中，首先制備組織樣液，然后取2mL樣液，加入1mL斐林試劑在水浴條件下加熱，觀察試管是否會出現(xiàn)磚紅色沉淀，若出現(xiàn)磚紅色沉淀說明組織樣液中含有還原性糖，若不出現(xiàn)磚紅色沉淀，說明組織樣液中不含有還原性糖。鑒定淀粉實驗中，制備組織樣液，然后取出2mL樣液，加入2滴稀碘液后觀察試管是否出現(xiàn)藍色，若出現(xiàn)藍色說明組織樣液中含有淀粉，若不出現(xiàn)藍色說明組織樣液中不含有淀粉。