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第 2講 組成細(xì)胞的分子 第一節(jié) 細(xì)胞中的元素和化合物 一、組成生物體的化學(xué)元素 組成生物體的化學(xué)元素雖然大體相同，但是含量不同。根據(jù)組成生物體的化學(xué)元素，在 生物體內(nèi)含量的不同，可分為大量元素和微量元素。 其中大量元素有 C H O N P S K Ca Mg； 微量元素有 Fe Mn Zn Cu B Mo 等（諧音：猛鐵碰新木桶） 【主要化學(xué)元素種類】： （1）C 是最基本的元素（因?yàn)樯锎蠓肿右蕴兼湠榛竟羌埽? （2）細(xì)胞中干重含量最多的元素是 C、O、N 、H。 （3）占細(xì)胞鮮重最多的元素是 O（因?yàn)轷r重水最多）；占細(xì)胞干重最多的元素是 C 二、組成生物體的化學(xué)元素的重要作用 大量元素中，C H O N 是構(gòu)成細(xì)胞的基本元素，其中碳是最基本的元素；微量元素在生 物體內(nèi)的含量雖然極少，卻是維持正常生命活動不可缺少的。 三、生物界與非生物界的統(tǒng)一性和差異性 組成生物體的化學(xué)元素，在自然界中都可以找到，沒有一種是生物界所特有的。這個(gè)事 實(shí)說明生物界與非生物界具有統(tǒng)一性；組成生物體的化學(xué)元素，在生物體內(nèi)和在無機(jī)自然界 中的含量相差很大。這個(gè)事實(shí)說明生物界與非生物界具有差異性。 【生物界與非生物界的統(tǒng)一性與差異性】 統(tǒng)一性：構(gòu)成生物體的元素在無機(jī)自然界都可以找到，沒有一種是生物所特有的。 差異性：組成生物體的元素在生物體體內(nèi)和無機(jī)自然界中的含量相差很大。 四、構(gòu)成細(xì)胞的化合物 （1）在活細(xì)胞中含量最多的化合物是水（85％~90％）； （2）含量最多的有機(jī)物是蛋白質(zhì)（7％-10％）； （3）占細(xì)胞鮮重比例最大的化學(xué)元素是 O （4）占細(xì)胞干重比例最大的化學(xué)元素是 C （5）占細(xì)胞干重比例最大的化合物是蛋白質(zhì)。 第二節(jié) 蛋白質(zhì) 一、氨基酸的組成 【元素組成】：由 C、H、O、N 元素構(gòu)成，有些含有 P、S （R 基中） 【基本單位】：氨基酸 組成生物體的氨基酸約 20 種 （取決于 R 基） 【結(jié)構(gòu)特點(diǎn)】：每種氨基酸都至少含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，并且 都連結(jié)在同一個(gè)碳原子上。（不同點(diǎn)：R 基不同） 【氨基酸通式】： 見右側(cè)方框 二、多肽的形成及蛋白質(zhì)多樣性的原因 氨基酸分子間以肽鍵的方式互相結(jié)合。 由兩個(gè)氨基酸分子縮合而成的化合物稱為二肽，由多個(gè)氨基酸分子縮合而成的化合物稱 為多肽，其通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)，稱為肽鏈。 脫水縮合：一個(gè)氨基酸分子的氨基（—NH2）與另一個(gè)氨基酸分子的羧基（—COOH） 相連接，同時(shí)失去一分子水。 有關(guān)計(jì)算： ①肽鍵數(shù) = 脫去水分子數(shù) = 氨基酸數(shù)目—肽鏈數(shù) ②至少含有的羧基（—COOH）或氨基數(shù)（—NH2）=肽鏈數(shù) ③蛋白質(zhì)分子量 = 氨基酸分子量 氨基酸個(gè)數(shù) – 脫去水分子的個(gè)數(shù) 18 ④N 肽含有 N 個(gè)氨基酸，含有 N – 1 個(gè)肽鍵 【蛋白質(zhì)多樣性的原因】 一個(gè)蛋白質(zhì)分子可能含有一條或幾條肽鏈，通過盤曲﹑折疊形成復(fù)雜（特定）的空間結(jié) 構(gòu)。 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)具有多樣性的特點(diǎn)，其原因是：構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸種類不同、數(shù)目成 百上千、氨基酸排列順序千變?nèi)f化、多肽鏈形成的空間結(jié)構(gòu)千差萬別。 三、蛋白質(zhì)的功能 由于結(jié)構(gòu)的多樣性，蛋白質(zhì)在功能上也具有多樣性的特點(diǎn)，其功能主要如下： （1）結(jié)構(gòu)蛋白，如肌肉、載體蛋白、血紅蛋白； （2）信息傳遞，如胰島素； （3）免疫功能，如抗體； （4）大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，如胃蛋白酶； （5）細(xì)胞識別，如細(xì)胞膜上的糖蛋白。 總而言之，一切生命活動都離不開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者。 第三節(jié) 核 酸 一、核酸的組成及功能 【元素組成】：C、H、O、N、P 【基本單位】：核苷酸（由 1 分子磷酸+1 分子五碳糖+1 分子含氮堿基組成） 1分子磷酸 脫氧核苷酸 1分子脫氧核糖 （4種） 1分子含氮堿基（A、T、G、C） 1分子磷酸 核糖核苷酸 1分子核糖 （4種） 1分子含氮堿基（A、U、G、C） 【功能】：①核酸是細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳信息的物質(zhì)②在生物的遺傳、變異和蛋白質(zhì)的生物合成 中具極其重要的作用 種類 英文縮 寫 基本組成單位 存在場所 脫氧核糖核 酸 DNA 脫氧核苷酸（由堿基、磷 酸和脫氧核糖組成） 4 種 主要在細(xì)胞核中，在葉綠體和線 粒體中有少量存在 核糖核酸 RNA 核糖核苷酸（由堿基、磷 酸和核糖組成） 4 種 主要存在細(xì)胞質(zhì)中，少數(shù)在細(xì)胞 核，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)有 mRNA 和 tRNA, 線粒體、葉綠體核糖體也含 RNA 【小結(jié)】：核酸只由 C、H、O、N、P 組成，是一切生物的遺傳物質(zhì)，是遺傳信息的載體。 DNA 和 RNA 在化學(xué)組成上的區(qū)別主要是五碳糖和含氮堿基不同，另外 DNA 主要是 雙鏈，RNA 主要是單鏈(雙鏈 DNA 比單鏈 RNA 穩(wěn)定性高) 除了少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是 RNA，絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)都是 DNA(DNA 和 RNA 都能攜帶遺傳信息)  第四節(jié) 細(xì)胞中的糖類和脂質(zhì) 一、糖類的種類與作用（B） 【元素組成】： C、H、O 【主要功能】： 構(gòu)成生物體結(jié)構(gòu)重要成分（植物細(xì)胞壁）、主要能源物質(zhì) 【種類】 ①單糖：葡萄糖、果糖、核糖（構(gòu)成 RNA）、脫氧核糖（構(gòu)成 DNA）、半乳糖 ②二糖：蔗糖（植物；果糖+葡萄糖）、麥芽糖（植物；2 個(gè)葡萄糖）；乳糖（動物； 半乳糖+葡萄糖） ③多糖：淀粉、纖維素（植物）； 糖元（動物） 【四大能源物質(zhì)】： ①生命的燃料：葡萄糖 ②主要能源：糖類 ③直接能源：ATP ④ 根本 能源：太陽能 【小結(jié)】： 淀粉是植物細(xì)胞的儲能物質(zhì)，糖原是人和動物細(xì)胞的儲能物質(zhì)。 多糖的基本單位是葡萄糖。所有二糖中都包含一分子葡萄糖。二糖和多糖是單糖脫水縮合而 形成。細(xì)胞只能吸收利用單糖。紅糖、白糖、冰糖的主要成分都是單糖。 （另：糖蛋白能參與細(xì)胞識別，細(xì)胞間物質(zhì)運(yùn)輸和免疫功能的調(diào)節(jié)等生命活動。） 二、脂質(zhì)的種類與作用（A） 【元素組成】：主要由C、H、O組成，有些還含N、P 【分類】：脂肪、類脂（如磷脂）、固醇（如膽固醇、性激素、維生素D等） 【共同特征】：不溶于水，溶于有機(jī)溶劑 【功能】：①脂肪：儲能、維持體溫 、緩沖和減壓的作用，可以保護(hù)內(nèi)臟器官。 ②磷脂：構(gòu)成膜（細(xì)胞膜、液泡膜、線粒體膜等）結(jié)構(gòu)的重要成分 ③固醇：維持新陳代謝和生殖起重要調(diào)節(jié)作用；分為膽固醇、性激素、維生素D ； 【小結(jié)】：脂肪是細(xì)胞內(nèi)良好的儲能物質(zhì)（等質(zhì)量的脂肪氧化分解釋放的能量大約是糖類的 2 倍） 生物體內(nèi)能源物質(zhì)利用順序：糖類→脂肪→蛋白質(zhì) 脂肪的元素組成是C、H、O； 磷脂的元素組成是C、H、O、N、P 三、生物大分子以碳鏈為骨架（B） 多糖、蛋白質(zhì)、核酸等都是生物大分子，組成它們的基本單位分別是單糖（葡萄糖）﹑ 氨基酸和核苷酸，這些基本單位稱為單體，這些生物大分子就稱為單體的多聚體，每一個(gè)單 體都以若干個(gè)相連的碳原子構(gòu)成的碳鏈為基本骨架，由許多單體連接成多聚體 。 第五節(jié) 細(xì)胞中的無機(jī)物 一、細(xì)胞中的水 1.水是活細(xì)胞中含量最多的化合物。 ①不同種類的生物體中，水的含量不同；②不同的組織﹑器官中，水的含量也不同。 2.細(xì)胞中水的存在形式：自由水和結(jié)合水 【功能】結(jié)合水與其他物質(zhì)相結(jié)合，是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分，約占 4.5％；自由水以 游離的形式存在，是細(xì)胞的良好溶劑，也可以直接參與生物化學(xué)反應(yīng)，還可以運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì) 和廢物。 二、細(xì)胞中的無機(jī)鹽 【存在形式】細(xì)胞內(nèi)無機(jī)鹽大多數(shù)以離子狀態(tài)存在， 【功能】（1）有些無機(jī)鹽是細(xì)胞內(nèi)某些復(fù)雜化合物的重要組成成分，如 Fe 是血紅蛋白 的主要成分，Mg 是葉綠素分子必需的成分；（2）許多無機(jī)鹽離子對于維持細(xì)胞和生物體的 生命活動有重要作用，如血液中鈣離子含量太低就會出現(xiàn)抽搐現(xiàn)象；無機(jī)鹽對于維持細(xì)胞的 酸堿平衡也很重要。 三、細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的鑒定 糖類中的還原糖（葡萄糖、果糖）能與斐林試劑發(fā)生作用，生成磚紅色沉淀； 脂肪可以被蘇丹Ⅳ染成橘黃色 ； 蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑發(fā)生作用，產(chǎn)生紫色反應(yīng)。 在還原糖的檢測中，斐林試劑甲液和乙液應(yīng)等量混合均勻后再使用 ，并且要水裕加熱； 在蛋白質(zhì)的檢測中，在組織樣液中應(yīng)先加入雙縮脲試劑 A 液 1ml，再加入雙縮脲試劑 B 液 4 滴，不需加熱。 甲基綠能使 DNA 呈現(xiàn)綠色，吡羅紅能使 RNA 呈現(xiàn)紅色，因此利用這兩種染色劑將細(xì)胞 染色，可以顯示 DNA 和 RNA 在細(xì)胞中的分布。在此實(shí)驗(yàn)中，鹽酸的作用是改變膜的通透 性，加速色素進(jìn)入細(xì)胞。用人的口腔上皮細(xì)胞做實(shí)驗(yàn)材料，此實(shí)驗(yàn)的步驟是制片、水解、沖 洗涂片、染色、觀察