必修一第二章——组成细胞的分子
知识点1.组成细胞的元素与化合物
一、组成细胞的元素
1、细胞中的元素种类
①
构成细胞的最基本的元素：C
元素
②
构成细胞的基本元素：C、H、O、N
③
构成细胞的主要元素；C、O、H、N、S、P
④
细胞中的大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
⑤
细胞中的微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo
⑥
人体细胞鲜重中含量最多的元素：O
元素；其次，C
元素。
⑦
人体细胞干重中含量最多的元素：C
元素。
⑧
来源：有选择地从自然界中获得。
⑨
存在：大多以化合物的形式存在。
2、生物界与非生物界的统一性和差异性
①
统一性：组成生物体的化学元素在自然界都可以找到
②
差异性：组成生物体的化学元素在生物体内的含量与在无机自然界中的含量不同
二、组成细胞的化合物
无机物
水：鲜重含量最多的化合物（85％-90％）
无机盐
组成细胞的化合物
蛋白质：鲜重含量最多的有机物，干重含量最多的化合物
元素C、H、O、N
(有的含P、S)
有机物
脂质：元素C、H、O
(有的含N、P)
糖类：元素C、H、O
核酸：元素C、H、O、N、P
典例精析
【判断】(1)细胞中一种元素的作用能被其他元素替代。（）
(2)细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要。（）
(3)Ca、Mg、Fe、Mn、Cu是组成细胞的微量元素。（）
知识点2.细胞中的无机物
一、水
l
水的概述：生物体内含量最多的化合物；不同的生物种类含水量差异大，一般水生生物含水量多于陆生生物；同一生物不同发育时期含水量差异大，一般幼年大于老年；同一生物个体不同器官含水量也不同。
存在形式
含量
功能
联系
自由水
约95.5％
1、良好溶剂
2、参与多种化学反应
3、运送养料和代谢废物
1.它们可相互转化；
2.代谢旺盛时自由水含量增多；随结合水增加，抗逆性增强。
3.衰老的细胞内自由水减少。
结合水
约4.5％
细胞结构的重要组成成分
注意：心肌含水79％呈坚韧形态是因为其结合水含量多，而血液含水82％呈流动状态是因为其自由水含量多。
二、无机盐
1.存在形式：绝大多数以离子形式存在2.功能：①复杂化合物的组成成分：Mg→组成叶绿素、Fe→血红蛋白、I→甲状腺激素
②维持细胞和生物体的生命活动（如动物缺钙会抽搐、血钙高会肌无力）
③维持酸碱平衡（如维持血浆pH的NaHCO3/H2CO3）
④调节渗透压（Na＋主要维持细胞外液的渗透压，K＋主要维持细胞内液的渗透压。）
3.设计实验验证无机盐的生理功能
(1)植物必需无机盐的判断依据：
①由于缺乏某种元素，植物的生长发育遇到障碍，不能完成它的生活史。
②除去某种元素以后，植物体表现出专一的病症，而且这种缺素症是可以利用该元素进行预防和恢复的。
③某种元素在植物营养上表现的效果是直接的，而不是由土壤的物理、化学或微生物等因素的改变而产生的间接效果。
(2)判断方法：
溶液培养法，具体操作过程可归纳如下图：
典例精析
1、关于细胞内水和无机盐的叙述，不正确的是()
A．水是光合作用和有氧呼吸的原料
B．植物缺Mg引起光反应和暗反应强度均减弱
C．K＋和Na＋对神经细胞功能有重要作用
D．细胞内结合水的含量增加，抗逆性减弱
2、探究钾是否属于植物生长发育所必需的元素。
(1)实验思路：利用缺素培养液和完全培养液的培养作对照并得出结论。
(2)实验步骤：
①培养液的配制：。
②取材：选取_________
___两组植物。
③培养：将两组植物分别培养在盛有上述两种培养液的容器中，培养条件要________。
④观察：。
(3)预测可能的结果及结论。如下表：
缺素培养液
完全培养液
结论
生长状况
正常
正常
①
异常
正常
②
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
【解析】 该题重点考查实验设计的对照原则和单一变量原则。运用完全培养液和缺钾培养液分别培养植物，前者为对照组，后者为实验组。取长势相同的植株，在适宜且相同的条件下培养，排除无关变量的干扰。若植物对这种元素的需要是必需的，缺乏时，植物就会出现特殊的缺乏症状，只有满足植物对这种元素需求，症状才会消除。
【答案】(2)①配制完全培养液和缺钾培养液 ②长势相同的 ③相同且适宜 ④两组植物的生长状况
(3)①钾不是植物生长发育所必需的元素 ②钾是植物生长发育所必需的元素
知识点3.蛋白质的结构与功能
一、蛋白质（生命活动的主要承担者）
NH2
元
素——C、H、O、N（少量P、S）
︱
R
—C
H—COOH
基本单位——
氨
基
酸
（20种）
特点：至少含有一个氨基（—NH2）和一
脱水缩合个羧基（—COOH），并且都有一个氨基和一
个羧基连接在同一个碳原子上；氨基酸之间的差别是在于R基的不同；氨基酸分为必需
氨基酸和非必需氨基酸。
多
肽
（链）
肽键：─CO─NH─
盘曲、折叠
几个氨基酸就叫几肽
空间结构—
蛋白质
结构多样性的原因
结构多样性
①氨基酸种类、数量、排列顺序不同
决定
②肽链的空间结构千变万化
功
能————结构蛋白
与
功能蛋白———结构成分、催化、运输、免疫、调节
（功能多样性）
（角蛋白、酶、载体如血红蛋白、抗体、胰岛素和生长激素）
1.必需氨基酸需从外界摄取，成人有
种，婴儿有
种；非必需氨基酸可由人体细胞合成。
2.8
种必需氨基酸：异亮氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、赖
氨酸。（携一两本单色书来）
二、多肽的形成1、二肽的形成O
H
(1)过程①的名称：脱水缩合，场所：核糖体。
(2)物质②名称：二肽
(3)结构③：肽键，其结构简式为：—C—N—。
(4)H2O中H的来源：一个来自氨基，一个来自羧基；O来源于羧基。
(5)参与脱水缩合的分别是两个氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基，而不是R基中的氨基和羧基。
2、相关计算
(1)蛋白质相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和失去水分子数的关系：
①肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数。
②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。
(2)蛋白质中游离氨基或羧基数目的计算：
①至少含有的游离氨基或羧基数＝肽链数。
②游离氨基或羧基数目＝肽链数＋R基中含有的氨基或羧基数。
(3)假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链：
形成肽链数
形成肽键数
脱去水分子数
氨基数目
羧基数目
多肽相对分子质量
n－1
n－1
至少1个
至少1个
na－18(n－1)
m
n－m
n－m
至少m个
至少m个
na－18(n－m)
注：(1)若形成的多肽是环状：氨基酸数＝肽键数＝失去水分子数。
(2)在计算多肽相对分子质量时，还要考虑一些其他化学变化过程，如二硫键(—S—S—)的形成，每形成一个二硫键，脱去2个—H，故相对分子质量减少2。
典例精析
【判断】(1)一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，并分别位于肽链的两端。（）
(2)R基中的—NH2或—COOH不参与肽键的形成。（）
(3)细胞中氨基酸种类和数量相同的蛋白质是同一种蛋白质。（）
(4)蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能并未发生改变。（）
2．多肽有链状的，也有环状的。下列有关说法，不正确的是()
A．一条链状多肽至少含有1个氨基和1个羧基
B．n个氨基酸形成环状多肽时相对分子质量的变化为18n
C．多肽能盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质分子
D．将环状n肽彻底水解需要破坏的肽键数量为(n－1)个
3.有关下图中蛋白质的叙述，正确的是
()
A．含有两条肽链
B．共有126个肽键
C．R基中共含17个氨基
D．形成该蛋白质时共脱掉125个水分子
【解析】 蛋白质中的羧基总数＝R基上羧基数＋肽链一端游离的羧基数，所以可知有17－15＝2条肽链；该蛋白质合成脱下的水分子数＝肽键数＝氨基酸数－肽链数＝126－2＝124；R基上的氨基数＝氨基总数－肽键数＝17－2＝15。
4.现有氨基酸800个，其中氨基总数为810个，羧基总数为808个，则由这些氨基酸合成的含有3条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次为()
A．800、3、3 B．799、13、13
C．798、807、805
D．797、13、11
【解析】 根据氨基酸的结构通式可知，这800个氨基酸分子的R基中的氨基有10个，羧基有8个。由氨基酸数－肽链数＝肽键数可知，3条肽链的蛋白质共有肽键797个。每条肽链的两端各有一个氨基和一个羧基，故三条肽链的氨基数和羧基数为肽链两端的氨基和羧基加上氨基酸R基上的氨基和羧基，即氨基总数为3＋10＝13个，羧基总数为3＋8＝11。
知识点4.核酸、糖类和脂质
一、核酸的种类与功能
1、核酸（遗传信息的携带者）
一分子磷酸
①基本单位是：核苷酸
一分子五碳糖（2种）
（8种）
一分子含氮碱基（5种）
②核酸功能：是细胞内携带遗传信息的物质，对于生物的遗传、变异和蛋白质的合成具有重要作用。
③核酸的种类：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）
注意：遗传物质和核酸的区别：如小麦的遗传物质是DNA，而核酸则包括DNA和RNA两种；RNA病毒的遗传物质和核酸均是RNA；细菌的遗传物质是DNA，而核酸则包括DNA和RNA两种。
2、观察DNA和RNA在细胞中分布：
①原理：用甲基绿和吡咯红染液染色——甲基绿使DNA变绿、吡咯红使RNA变红
盐酸可以改变细胞膜的通透性加速染色剂进入细胞，同时可以促使DNA与蛋白质的分离。
②步骤：取口腔上皮细胞制片——在30度的温水中用盐酸水解——用蒸馏水冲洗涂片——染色—
—观察（先用低倍镜选择染色均匀，色泽浅的区域，再换高倍镜观察）。
③实验现象：细胞核被染成绿色，细胞质被染成红色。
④实验结论：DNA主要分布在细胞核，RNA主要分布在细胞质。（原核细胞DNA则主要位于拟核）
典例精析
1.【判断】(1)构成DNA和RNA的核苷酸共有5种。（）
(2)DNA只分布于细胞核，RNA只分布于细胞质。（）
2.下列关于生物大分子的叙述中，正确的是()
A．生物体内参与信息传递的信息分子都是蛋白质
B．腺苷是构成ATP、RNA和DNA的基本成分单位
C．细胞核中的核酸只含脱氧核糖，细胞质中的核酸只含核糖
D．细胞中不同种类的蛋白质，其氨基酸种类和数量可能相同
【解析】 生物体内参与信息传递的信息分子部分是蛋白质；腺苷即腺嘌呤核苷是构成ATP和RNA的成分，不是构成DNA的成分；细胞核中既有DNA也有RNA，细胞质中既有RNA也有DNA。蛋白质的结构决定于氨基酸的种类、数量、排列次序和多肽链的空间结构。
3.由1分子磷酸、1分子碱基和1分子化合物a构成的化合物b如下图所示。下列相关叙述正确的有()
①若m为腺嘌呤，则b肯定为腺嘌呤脱氧核苷酸
②若a为核糖，则b为DNA的基本组成单位
③若m为尿嘧啶，则DNA中不含b这种化合物
④若由b构成的核酸能被吡罗红染成红色，则a为脱氧核糖
⑤组成化合物b的元素有C、H、O、N、P
5种
⑥若a为核糖，则由b组成的核酸主要分布在细胞核中
⑦幽门螺杆菌体内含的化合物m共4种
A．1个 B．2个
C．3个
D．4个
[解析] 根据核苷酸的分子结构可知，a为五碳糖，m为碱基，b为核苷酸。①若m为腺嘌呤，b可能是腺嘌呤脱氧核苷酸，也可能是腺嘌呤核糖核苷酸；②若a为核糖，则b为核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位，且RNA主要分布在细胞质中，所以②⑥均错误；③若m为尿嘧啶，则b为尿嘧啶核糖核苷酸，是RNA的组成单位；④吡罗红可使RNA呈现红色，所以b构成的核酸为RNA，则a应为核糖；⑤核苷酸由C、H、O、N、P
5种元素组成；⑦原核细胞内有DNA和RNA，故碱基有A、G、T、C、U
5种。
二、细胞中的糖类
1．元素组成：C、H、O。
2．种类、存在及作用
典例精析
【判断】(1)糖类都属于能源物质。（）
(2)蔗糖和乳糖水解的产物都是葡萄糖。（）
【提示】 蔗糖水解的产物是葡萄糖和果糖，而乳糖水解的产物是半乳糖和葡萄糖。
(3)
淀粉、纤维素和糖原的单体都是葡萄糖。（）
三、细胞中的脂质
1、脂质的元素组成：主要是
C、H、O，有的脂质还含有少量
P
和
N。
2、脂质分子中氧的含量远远小于糖类，而氢的含量更多。
3、脂质分为脂肪、磷脂和固醇。
4、脂肪：（1）作用：脂肪是细胞内良好的储能物质。
（2）水解产物：甘油、脂肪酸。
（3）等量的糖类、脂肪，供能时脂肪消耗更多的氧，提供更多的能量。
（4）其他作用：①很好的绝热体
②具有缓冲和减压的作用，可以保护内脏器官。
5、磷脂：（1）元素组成：C、H、O、N、P
（2）功能：构成细胞膜和多种细胞器膜的重要成分。
6、固醇：（1）包括胆固醇、性激素和维生素
D。
（2）胆固醇：是构成动物细胞膜的重要
成分，在人体内参与血液中脂质的运输。
（3）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，维持人体第二性征。
（4）维生素
D：有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收。
7.糖类与脂质的比较
注：糖类是生物体主要的能源物质，脂肪是生物体的主要储能物质，ATP是生物体生命活动的直接供能物质，太阳光能是最终的能量来源。
四、生物大分子以碳链为骨架
1、多糖、蛋白质、核酸等都是生物大分子。
2、生物大分子都是由许多基本单位连接而成的，这些基本单位称为单体，生物大分子又称为单
体的多聚体。
3、每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为骨架，由许多单体连接成多聚体。
知识点五
.鉴定类实验总结
1、还原糖的检测：
①
材料——含糖量高，颜色较白的，如苹果，梨
②
试剂——斐林试剂（由0.1g/ml的氢氧化钠和0.05g/ml的硫酸铜等量混合后加入组织样液）
③
现象——水浴加热后出现砖红色沉淀。
④
注意：淀粉为非还原性糖，其遇碘液后变蓝。
还原糖如葡萄糖，果糖，麦芽糖，乳糖。但蔗糖为非还原糖。
斐林试剂很不稳定，故甲液与乙液最好是现配现用，且必须混合均匀。
2、脂肪的检测：
①
材料——花生子叶
②
试剂——苏丹Ⅲ或者苏丹Ⅳ染液
③
现象——用高倍显微镜观察后可见视野中被染成橘黄色（苏丹Ⅲ）或者红色（苏丹Ⅳ）的脂肪颗粒。
3、蛋白质的检测：
①
材料——豆浆、蛋清等
②
试剂——双缩脲试剂（由0.1g/ml的氢氧化钠和0.01g/ml的硫酸铜先后加入组织样液）
③
现象——不需水浴加热即可出现紫色反应。
④
注意：用蛋清时一定要稀释，若稀释不够，与双缩脲试剂反应时，会黏在试管内壁，使得反应不够彻底，且试管不易清洗；
加入双缩脲试剂的顺序不能颠倒，先用A液造成碱性环境后再加入B液。
典例精析
1、将刚刚萌发、带有小芽的大麦充分研磨后，过滤得到组织样液。在组织样液中加入下列试剂后振荡均匀，有关实验现象及结论的叙述正确的是()
A．加入苏丹Ⅲ染液，溶液呈红色，证明发芽的大麦中含有脂肪
B．加入斐林试剂并水浴加热，溶液呈砖红色，说明发芽的大麦中含有麦芽糖
C．加入碘液，溶液呈蓝色，说明发芽的大麦中含有淀粉
D．加入双缩脲试剂，溶液呈蓝色，说明发芽的大麦中含有蛋白质
2、分析下表，可推测（）
溶液
双缩脲试剂
碘液
斐林试剂
甲
＋
－
－
乙
－
＋＋
－
甲、乙混合＋
＋
＋
注：“＋”显色，“＋＋”显色更深；“－”不显色。
A．甲溶液含有淀粉 B．乙溶液含有还原糖
C．混合溶液不含淀粉
D．混合溶液含有淀粉酶
3、下列关于“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验操作步骤的叙述中，正确的是()
A．用于鉴定还原糖的斐林试剂甲液和乙液，可直接用于蛋白质的鉴定
B．若要鉴定花生种子细胞中是否含有脂肪，一定需要用显微镜观察
C．鉴定可溶性还原糖时，要加入斐林试剂(甲液和乙液混合均匀后再加入)
D．用双缩脲试剂鉴定蛋白质时，需水浴加热2
min才能看到紫色
训练题
1、下面关于蛋白质分子结构与功能的叙述,错误的是()
A.不同蛋白质含有的氨基酸数量不尽相同
B.有些结构不同的蛋白质具有相似的功能
C.组成蛋白质的氨基酸可按不同的排列顺序脱水缩合D.组成蛋白质的氨基酸之间可按不同的方式脱水缩合2、下列关于植物体内水分的叙述,错误的是()
A.植物体内的水分参与营养物质的运输
B.水是构成叶肉细胞的重要化合物之一
C.自由水可作为细胞内化学反应的反应物
D.同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同
3、下列物质中同时含有磷和氮元素的是()
A.丙酮酸
B.核苷酸
C.氨基酸
D.脂肪酸
4、下列有关细胞物质组成的叙述,正确的是()
A.在人体活细胞中氢原子的数目最多
B.DNA和RNA分子的碱基组成相同
C.多糖在细胞中不与其他分子相结合D.蛋白质区别于脂质的特有元素是氮
5、关于生物体内有机化合物所含元素的叙述,错误的是()
A.叶绿素含有镁元素
B.血红蛋白含有铁元素
C.脱氧核糖含有磷元素
D.胰岛素含有碳元素
6、下列关于细胞中化学元素的叙述,正确的是()
A.细胞中一种元素的作用能被其他元素替代
B.细胞中的脱氧核苷酸和脂肪酸都不含有氮元素
C.主动运输机制有助于维持细胞内元素组成的相对稳定
D.细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要
7、关于生物组织中还原糖的鉴定,下列叙述正确的是(多选)
()
A.量取2
mL斐林试剂时应优先选用5
mL量筒而不用10
mL量筒
B.隔水加热时,试管中液体的液面应低于烧杯中水的液面
C.在组织样液中加入斐林试剂后试管内液体呈现无色,加热后变成砖红色
D.实验结束时将剩余的斐林试剂装入棕色瓶,以便长期保存备用
8、关于生物体内组成蛋白质的氨基酸的叙述,错误的是()
A.分子量最大的氨基酸是甘氨酸
B.有些氨基酸不能在人体细胞中合成C.氨基酸分子之间通过脱水缩合形成肽键
D.不同氨基酸之间的差异是由R基引起的9、下列关于生物体内有机物的叙述正确的是()
A.脂质不参与生命活动的调节
B.蛋白质是生物体主要的能源物质
C.核酸是生物体储存遗传信息的物质
D.糖类不参与细胞识别和免疫调节
10、下列有关脂质的叙述,正确的是()
A.脂质中的磷脂是细胞膜的组成成分
B.维生素D和性激素不属于固醇类物质
C.脂肪比相同质量的多糖彻底氧化产能少
D.脂质在核糖体、内质网及高尔基体上合成11、现有一种“十三肽”，分子式为C54H95N17O20，已知将它彻底水解后只得到下列氨基酸。
(1)将该“十三肽”彻底水解后有________个丙氨酸，_______个赖氨酸，________个天冬氨酸。
(2)和未水解的化合物相比，水解后哪几种元素的数目增加了？________。哪几种元素的数目减少了？________。
12、下图是淀粉、纤维素和糖原的示意图，它们的共同点是()
A．都是细胞内储存能量的重要物质
B．都含有C、H、O、N四种元素
C．基本组成单位是五碳糖
D．基本组成单位是六碳糖
13、下列物质彻底氧化分解后的产物不只有CO2和H2O的是()
A．糖原 B．脂肪 C．淀粉 D．蛋白质
14、某兴趣小组将豆腐块灭菌,接种微生物后培养2天,加入适量食盐,经密封放置10天后制得豆腐乳。
(1)
在保质期内,豆腐乳放置时间越长,蛋白质含量越低,短肽和氨基酸含量越高。为探究其原因,该小组取适量豆腐乳制成样液,等量加入各试管,进行了以下实验。
处理编号
处理方法
显色结果
①
℃放置0
min
加入等量
双缩脲试剂
紫色
②
℃放置10
min
?
③
℃放置120
min
?
④
℃加热5
min后,37
℃放置120
min
紫色
实验中,加入双缩脲试剂A后,样液的颜色将。处理④中,100
℃加热的目的是。
如果处理③与处理④相比,显色较 ,且处理③与处理②相比,显色较 ,则表明豆腐乳中蛋白质被微生物产生的 分解。最终使短肽和氨基酸等含量增加,因此保质期内豆腐乳放置越久风味越佳。
(2)
食用豆腐乳后,其中的氨基酸可以在人体内通过 作用形成新的氨基酸,还可以由氨基酸产生的不含氮部分合成。
答案
1-10.D
D
B
A
C
C
AB
A
C
A11、解析：(1)“十三肽”是由13个氨基酸脱水缩合而生成的，所以“十三肽”的C、N数目为全部氨基酸中的C、N数之和。设水解后有x个丙氨酸，y个赖氨酸，z个天冬氨酸，依题意有：
解方程组得x＝6，y＝4，z＝3。
(2)水解时肽键打开，水分子中的—OH和肽键中的—CO—相连，水分子中的－H和肽键中的—NH—相连，因此和未水解的多肽相比，水解后H和O两种元素的数量增加了，其他元素的数目都没有减少。
答案：(1)6 4 3(2)H和O 无
12、选D 淀粉、糖原分别是植物和动物体中重要的储能物质，纤维素是组成植物细胞壁的结构物质。糖类的元素组成只有C、H、O。三种多糖的基本单位都是葡萄糖——一种六碳糖。
13、D糖原、脂肪、淀粉的组成元素是C、H、O，蛋白质的组成元素是C、H、O、N，有的还有P、S。
14、(1)
不变 使酶失活 浅 浅 蛋白酶(肽酶)
(2)
氨基转换 糖类和脂肪
解析：(1)
双缩脲试剂由A液(0.1
g/mL
NaOH溶液)
和B液(0.01
g/mL
CuSO4溶液)
构成。在豆腐乳样液中只加入A液,颜色没有变化。由于微生物产生的蛋白酶(或肽酶)
可以将蛋白质分解为短肽和氨基酸,所以,放置时间越长,豆腐乳样液和双缩脲试剂反应,溶液颜色就越浅,但是,④组中的豆腐乳样液由于经加热处理,蛋白酶失活,故④组豆腐乳样液加入等量双缩脲试剂后,显色没有变浅。(2)
食用氨基酸含量丰富的豆腐乳后,其中的氨基酸可以通过转氨基作用形成新的氨基酸。氨基酸产生的不含氮部分还可以合成糖类和脂肪。
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