专题二 生命物质与生命活动

一、糖类
1.糖类的种类及其功能
糖类的种类及其功能（高中生物教材上讲的糖类是一狭义的糖类的概念）
种类 分布 功能
单
糖 五碳糖 核糖 细胞中都有 RNA的成分
脱氧核糖 细胞中都有 DNA的成分
六碳糖 葡萄糖 细胞中都有 光合作用的产物，能源物质
二
糖 麦芽糖 植物，发芽的谷粒中较多 都能提供能量
蔗   糖 植物，甜菜、甘蔗中较多
乳   糖 动物的乳汁中
多
糖 淀   粉 植物的贮藏器官中 贮存能量
纤维素 植物细胞壁中 支持、保护
糖元 肝糖元 动物的肝脏中 贮存能量，调节血糖
肌糖元 动物的肌肉组织中 贮存和提供能量
狭义的糖类是指单纯碳水化合物，元素组成是C、H、0。但在生物体内有许多糖类还与蛋白质和脂类结合在一起，形成糖蛋白和糖脂，在生物体内执行一些特殊的生理功能。糖蛋白和糖脂主要在生物膜上，特别是细胞膜，在细胞识别、免疫等方面有重要功能。种类见表。
糖类的基本功能有两点：
一是生命活动的主要能源物质，生物体进行生命活动的所需能量的70%以上是由糖类提供的；
二是构成细胞和生物体的结构成分，如五碳糖是核酸的成分，纤维素是细胞壁的成分等。
2.糖类与光合作用和呼吸作用
植物进行光合作用的产物主要是葡萄糖，植物体内的物质代谢是以糖为基础进行的。叶绿体进行光合作用制造的葡萄糖可以合成蔗糖等二糖，运出叶绿体及叶肉细胞，为植物体的其他器官提供能源和原料；也可以在叶绿体中合成淀粉，暂时贮存起来。叶片在光下一段时间后，可以用碘检测到淀粉的存在。
呼吸作用最常利用的底物是葡萄糖，淀粉、糖元必须水解成葡萄糖或磷酸葡萄糖后才能被呼吸作用利用。
3.动物体内的糖代谢及其调节
以哺乳动物为例，动物体内的糖代谢及其调节过程可归纳为下图。

哺乳动物体内的糖代谢是以血糖为中心展开的。
血糖的来源：
①食物中的淀粉通过消化道消化吸收来的，这是血糖来源的主要途径；
②通过肝糖元分解成葡萄糖释放到血糖中形成血糖，这个过程一般发生在饥 饿条件下；
③蛋白质和脂肪的转化，蛋白质转化成血糖必须通过脱氨基实现，这个过程只有在糖类供应严重不足的情况下才会发生。
血糖的主要代谢去向是：
①血糖通过血糖循环运到各组织细胞，被彻底氧化分解成CO2和H2O，同时释放出能量供生命活动之需，这是血糖的主要代谢去向；
②血糖可以转化成糖元，在肝脏中转化成肝糖元，肌肉组织中转化成肌糖元，肝糖元可以转化成血糖，但肌糖元不可以转化成血糖，而直接被肌细胞所氧化分解提供能量；
③血糖可以转化成蛋白质和脂肪，血糖转化成蛋白质必须要有N源，即必须要 有氨基，利用糖代谢中的中间产物通过转氨基作用合成新的氨基酸。
以哺乳动物为例，血糖的浓度稳定在0.1%(质量分数)，换算成物质的量为5.6mmol/L。
参与血糖浓度调节的激素主要有两种：胰岛素和胰高血糖素。
胰岛素是由胰岛中的B细胞分泌的，胰岛素是由含51个氨基酸的两条肽链构成的蛋白质，功能是：促进血糖合成糖元，促进血糖分解，总的效应是降低血糖浓度。
胰高血糖素是由胰岛的A细胞分泌的，作用是：抑制糖元的合成，促进糖元分解，升高血糖浓度。当血糖浓度高于0.1%时，反馈性促进胰岛的B细胞分泌胰岛素，抑制A细胞分泌胰高血糖素，促进血糖转变成糖元或被分解，降低血糖浓度。当血糖浓度低于0.1%时，反馈性地抑制胰岛B细胞分泌胰岛素，促进A细胞分泌胰高血糖素，达到升高血糖的目的。如下图所示。

在人体内，血糖浓度必须保持相对的稳定，如果血糖浓度过低，人体各组织、器官的能源供应不足就会出现代谢障碍，极端的例子就是低血糖休克。
低血糖导致休克的原因是：人体的神经组织，特别是脑和脊髓几乎不贮存糖类(能源物质)，必须通过血液源源不断地提供给神经组织。血糖浓度过低，能源供应不足是导致低血糖休克的主要原因。对低血糖休克病人抢救治疗最有效的措施是注射葡萄糖注射液。
如果血糖浓度过高，会导致人的尿液中含有葡萄糖，这是糖尿病人的典型症状。原因是：肾脏的肾小球对血糖过滤后形成原尿，原尿的成分与血浆是基本相同的，如果血糖浓度过高，原尿中的葡萄糖浓度也相应增高，当超过了肾小管对葡萄糖的重吸收能力后，就会有一部分葡萄糖未被吸收而进入尿液。由于尿液中有葡萄糖，使尿液的渗透压增高，会减少肾小管对水的重吸收，所以糖尿病人的症状之一是尿多。
引起糖尿病的主要原因之一是胰岛合成和分泌胰岛素减少或停止分泌引起的。糖尿病是一种多基因遗传病，在一定的外界诱发因素作用下，就很容易发病。节制饮食是预防和控制糖尿病的有效措施。
■[练习] 下面是正常人的糖代谢途径及其调节的示意图请仔细分析回答下列问题：

(1)图中A代表肠、胰                酶和肠、胰              酶，以及                淀粉酶。
(2)胰岛素注剂给糖尿病人一次注入过量会使病人休克，原因是胰岛素可使血糖浓度           ，在饥饿情况下，胰岛素的分泌量会                       。
(3)图中B过程中所需的能量主要是            呼吸产生的，其次是             呼吸产生的，前者反应如图中的〔　　〕，后者反应的产物是                            。
(4)图中D代表                           。一次性大量吃糖以后，图中〔　　〕过程会增多。
(5)F过程是                  方式运输。。血糖进入红细胞的运输方式是           。前者需图中〔　　〕提供                   。
(6)血糖到达各种细胞是通过                系统的〔　　〕                作用。
(7)G和B共有的中间产物是                  ，其中B过程比G过程的产物多了                    。
(8)如果尿液中含有葡萄糖，其直接原因是                                  ，发病的器官或部位是         ，这种病称为糖尿病。
(9)G过程主要发生在               中，其产物中的水是由氢             给               合成的。
二、脂类
1.脂类的元素组成、种类及功能
脂类的元素组成是C、H、O，有些脂类还含有少量的N和P。脂类的种类及功能见表。
脂类的种类及功能
种   类 功   能 备   注
脂   肪 贮存能量，保温 贮备能源，贮存在皮下、肠系膜等处
类脂 主要是磷脂 是组成细胞膜的成分 神经组织、卵和大豆中含量较多
固
醇
类 胆固醇 是生物膜的组成成分之—，对维持膜的正常的流动性有重要作用 胆固醇在人体有一个正常含量，过高会导致血管硬化、高血压等
性激素 促进生殖细胞的形成和生殖器官的发育，激发并维持第二性征 有雌性激素和雄性激素二类，雌性激素由卵巢分泌，雄性激素由睾丸分泌

促进小肠对钙和磷的吸收和利用维生素D可预防和治疗佝偻病、骨质蔬松症等 人的皮肤的表皮中有7-去氢胆固醇，在紫外线照射下，通过酶的作用可转化成维生素D
2.脂肪的代谢
食物中的脂肪在消化道内通过胆汁的乳化和脂肪酶的催化下分解成甘油和脂肪酸，经扩散的形式被小肠绒毛上皮细胞吸收后，在上皮细胞内再合成脂肪，与载脂蛋白结合后和类脂、胆固醇混合后一起进入毛细淋巴管，通过淋巴循环进入血液循环，最后输送到各部分组织。
脂类物质进入生物体内后的仕谢去向：
一是参与构成动物体的组织，如磷脂是生物膜的组成成分；
二是作为备用物质贮存在皮下、肠系膜、大网膜等处；
三是在需要的情况下，可再分解甘油、脂肪酸等，然后直接分解为CO2和H2O,或者转化成肝糖元等；
四是被各种腺体利用来生成各自的特殊分泌物，如皮脂腺分泌的皮脂、乳腺所生成的乳汁等、内分泌腺分泌的各种类固醇激素等。
[例1] 脂类物质在细胞中具有独特的生物学功能，下面有关脂类物质的生物功能中，属于磷脂的生物学功能的是(    )
①生物膜的成分 ②贮存能的分子 ③构成生物体表面的保护成 ④很好的绝缘体，具有保温作用 ⑤具有生物学活性，对生命活动起调节作用   A.①③   B.⑤ C.① D.②④
[析]磷脂的生物学功能主要是构成生物膜的重要成分。脂肪的生物学功能是贮存能量和具有保温、缓冲作用。固醇类物质的生物学功能是对生命活动起调节作用。构成生物体表面保护层的是蜡质，属于脂类，但不是磷脂，如植物体的果实、叶片等表面。
[例2] (01全国) 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
[析]   这是一道涉及到生物与化学知识的综合性题目，重点考查学生综合应用知识的能力，对考生的认知层次要求很高，估计难度系数在0.45～0.50之间。呼吸作用的底物通常是葡萄糖，但脂肪、蛋白质水解后的产物也可以作为呼吸作用的底物。
淀粉水解的产物是葡萄糖，以葡萄糖作为呼吸作用的底物进行有氧呼吸的反应式为：C6H12O6 + 6H2O + 6O2→6CO2 + 12H2O + 能量，从反应式可看出吸收一个O2，放出一个CO2即释放的C02和吸收的O2之比为1。
油料作物种子的主要贮存物质是脂肪，水解后的产物是甘油和脂肪酸，以脂肪酸中的硬脂酸作为呼吸作用的底物为例，进行有氧呼吸的反应式为：CH3(CH2)16COOH + 26O2→18CO2 + 18H12O + 能量。由反应式可知：释放的C02比吸收的02少，即释放的C02和吸收的02之比为0.69。
由此可以得出结论：油料作物种子在萌发时吸收的氧气量比含淀粉多的种子萌发时吸收的氧气多。本题也可以通过所学的化学知识，直观地得出结论，糖类是碳水化合物，C/O比一般为1，氧化时释放一个CO2只需要一个O原子即可；脂肪分子上一般都有很长的烃链，C/O比一般远大于1，所以(氧化时释放—个CO2需要超过一个O原子的量。由于脂肪中的C/O比比糖类高，所以同质量的脂肪和糖类中的碳原子数是脂肪比糖类多，因此同质量的脂肪和糖类被氧化分解所需的O2，脂肪大于糖类。      [答案]   B
三、蛋白质
1.氨基酸的分子结构和性质
构成蛋白质的氨基酸都是α-氨基酸，通式是：

氨基酸分子的性质是氨基酸分子上的氨基(NH2-)和羧基(-COOH)决定的。
氨基酸是两性化合物，氨基是碱性的，羧基是酸性的。
构成蛋白质的氨基酸有20种，20种氨基酸的不同之处是R基的不同。即20种氨基酸就有20种不同的R基。如果R基上带有氨基，称为碱性氨基酸。
2.蛋白质的分子结构及其性质
蛋白质分子是由许多氨基酸通过肽键连接起来的高分子化合物。缩合反应是指一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸分子的氨基相连接，同时失去一分子水，形成一个肽键的反应。反应方程式是：

缩合反应在化学上称为缩聚反应，在细胞内进行的场所是核糖体，而且是在mRNA的指导下，有tRNA 参与才能完成。
多肽是由多个氨基酸分子缩合而成的含有多个肽键的化合物。
肽链通过R基与R基之间的相互作用形成一定的空间结构。
一个执行特殊生理功能的蛋白质可以是由一条肽链组成(如生长激素是由191个氨基酸组成的一条肽链)，也可以是由多条肽链组成(如胰岛素是由51个氨基酸、2条肽链组成的，血红蛋白是由574个氨基酸、4条肽链组成的)。
蛋白质分子中肽键数目的计算：设氨基酸数目为n，肽链数为a，肽键数目为占。则b=n-a。
蛋白质分子结构的多样性主要从4个层次加以理解：
一是构成蛋白质分子的氨基酸种类不同；
二是组成每种蛋白质分子的氨基酸数目不同；
三是氨基酸的排列顺序不同；
四是由于前三项造成蛋白质分子的空间结构不同。
蛋白质分子结构的多样性实际是由DNA分子结构的多样性决定的。
多肽是链状结构，一端游离着一个氨基，另一端游离着一个羧基，所以蛋白质分子也是两性化合物。
蛋白质分子的空间结构不是很稳定的，蛋白质在重金属盐(汞盐、银盐、铜盐)、酸、碱、乙醇、尿素、鞣酸等的存在下，或热至70℃～100℃，或在X射线、紫外线等射线的作用下，其空间结构发生改变和破坏，导致蛋白质变性，使蛋白质的生物活性丧失，如酶失去催化能力、血红蛋白失去输氧能力等。
在发生的变性过程中不发生肽键的断裂和二硫键破坏，主要发生氢键、疏水键的破坏，使肽链的有序的卷曲、折叠状态变为松散无序。
蛋白质变性后溶解度降低，失去结晶能力，并形成沉淀。
蛋白质的变性具有不可逆性。
3.蛋白质分子的生物合成及其代谢
在细胞及生物体内，蛋白质的合成是在DNA(基因)的控制之下，必须经过转录和翻译才能完成。
转录的场所一般是在细胞核中进行(线粒体和叶绿体中也有转录过程，原核生物无核，只能在细胞质中进行)。
转录的过程是：基因中的一段DNA分子首先解旋，然后按照碱基互补配对原则，以其中的一条链为模板合成RNA，这样遗传信息就转换成遗传密码，带有遗传密码的RNA称为mRNA。
翻译是在细胞质的核糖体上进行的，mRNA转录完成后通过核孔进入细胞质中与核糖体结合。
核糖体与mRNA结合的第一个位点是AUG，这是起始密码。然后tRNA携带特定的氨基酸，其一端的3个碱基与mRNA对应的碱基配对。mRNA上3个相邻的碱基决定一个氨基酸，这3个相邻的碱基称为密码子。与mRNA上AUG配对的tRNA运载的氨基酸是甲硫氨酸，接着各种tRNA携带着特定的氨基酸依次与mRNA上对应的密码子配对。在核糖体上相邻的tRNA携带的氨基酸，在相关酶的催化下缩合形成肽键，同时产生一分子水。当翻译到一定的时候。
mRNA上出现UAG、UAA、AGA时，由于这3组碱基没有与之对应的tRNA配对，翻译到此结束，所以这3组碱基组合称为终止密码。
按照基因控制蛋白质的合成过程，任何一个蛋白质分子的多肽键上的第一个氨基酸都是甲硫氨酸，但事实并非如此。原因是翻译成的多肽链是一个初级产品，还要经过一定的修饰，加工才能成为能够执行一定生理功能的蛋白质。
在绝大部分的蛋白质分子中，肽链上的第一个氨基酸不是甲硫氨酸，因这个氨基酸在蛋白质分子的修饰加工过程中被修饰掉了。
在人体内蛋白质的代谢是以氨基酸为中心进行的。
内环境中的氨基酸的来源主要有3条：
一是消化吸收来的；
二是通过转氨基作用从糖类转变而来的；
三是体内蛋白质分解。
内环境中的氨基酸的代谢去向主要也有3个：
一是合成新的蛋白质；
二是通过转氨基作用转变成其他的氨基酸；
三是经脱氨基作用分解。
在蛋白质代谢过程中，氨基酸经脱氨基作用形成的含N部分是NH3，NH3对人体是有毒的，但在肝脏中通过肝脏的解毒作用转变成尿素，尿素基本对人体无害，再通过循环系统运至肾脏，以尿液的形成排出体外，或运至皮肤的汗腺以汗液的形式排出体外。
物质代谢包括糖类代谢、蛋白质代谢和脂肪的代谢。这三类营养物质的代谢枢纽是呼吸作用，主要是通过呼吸作用的中间产物，如丙酮酸、乙酰辅酶A、柠檬酸等中间产物。糖类转变成蛋白质必须通过转氨基作用，将氨基转移给糖代谢的中间产物就能产生新的氨基酸，如将氨基转给丙酮酸即为丙氨酸，
在人体能够合成的氨基酸称为非必需氨基酸，共有12种，还有8种在人体内不能合成，必须从食物中得到的氨基酸称为必需氨基酸，如赖氨酸、色氨酸等。
蛋白质转变成糖类必须经过脱氨基作用，形成的不含氮部分才能转变糖类。
糖类转变成脂肪必须通过乙酰辅酶A，脂肪转变成乙酰辅酶A后才能进入呼吸作用，继而再转变成糖类和蛋白质。
4.蛋白质分子的功能
蛋白质分子结构具有多样性就决定了蛋白质分子具有多种重要的生理功能，对教材进行综合分析后，可以总结出蛋白质的功能有下列五点：
①组成细胞的结构成分，如细胞膜中的蛋白质，染色体中的蛋白质，肌肉细胞中的蛋白质、红细胞中的血红蛋白等；
②运输功能，如细胞膜上的载体蛋白、运输氧气的血红蛋白等；
③催化功能，如催化各种生化反应的酶等；
④调节功能，如生长激素、胰岛素等激素；
⑤免疫功能，如B淋巴细胞受到抗原刺激后产生的抗体是蛋白质，具有与特异性的抗原结合，从而达到清除抗原的目的。
绝大多数酶是蛋白质，也是催化剂。
酶作为催化剂具有一般无机催化剂所具有的一切特点，如只改变反应速度，不改变反应平衡，能够降低反应物的活化能，促进反应的进行，但自身不被消耗掉等。
酶是生物催化剂，除了具有一般的无机催化剂的特点外，还具有生物催化剂所特有的特点，如专一性、高效性、多样性和易受pH值和温度的影响。
酶的专一性是指一种酶只能催化一种物质或同一类物质的化学反应。酶促反应的专一性与酶是蛋白质的结构有关，每种蛋白质都有特定的空间结构，酶催化反应时，酶蛋白分子首先与底物分子结合，但酶分子与底物分子能否结合，取决于酶分子的活性部位与底物分子在空间构象上是否对应，如下图示。

蛋白质分子结构具有多样性，所以酶也具有多样性，在生物体内存在着许许多多酶，催化着生物体内各种各样的生物化学反应，所以酶具有多样性的特点。
影响酶促反应的因素主要是温度和pH值。
酶是蛋白质，蛋白质的分子结构和功能状态要受温度和pH值的影响。
温度对酶的影响是：酶的催化能力的发挥有一个最适温度。在较低温度时，随着温度的升高，酶的活性也逐渐提高；达到最适温度时，酶的催化能力最高，但高于最适温度后酶的催化能力会迅速下降，最后完全失去催化能力。其原因是低温不破坏蛋白质的分子结构，高温会导致蛋白质分子发生热变性，而蛋白质的变性是不可逆的，如右所示。
所以在最适温度两侧的曲线是不对称的。  

pH值对酶的影响是：酶的催化能力的发挥有一个最适pH值。在低于最适pH值时，随着pH值的升高，酶的催化能力也相应升高，高于最适pH值时，随着pH值的升高，酶的活性逐渐下降，在最适pH值两侧的曲线基本是对称的，如下所示。  

酶的催化能力与时间也有关系：即使在最适温度和pH值的条件下，酶的催化能力也不是一成不变的，酶在“工作”了一段时间后会发生钝化现象，即催化能力开始下降，最后失去催化能力，因为任何蛋白质分子都有一定的寿命，如右所示。
这些严重钝化或失去催化能力的酶在细胞中水解酶的作用下会被分解成氨基酸，氨基酸可以再度合成蛋白质。  

酶促反应的速度与底物的浓度也有关系：在酶量一定的条件下，在一定范围内会随着底物浓度的增加，反应速度也增加，但底物达到—定浓度后也就不再增加了，原因是酶饱和了，如右所示。  

有些酶纯粹是由蛋白质构成的，称为单酶，如胃蛋白酶。
有些酶除蛋白质外还含有非蛋白部分，或者还需要一些其他物质的参与才能发挥作用，这样的酶称为复酶，其中非蛋白部分称为辅助因子。
辅助因子有一些是简单的离子，如：Cl-是唾液淀粉酶的辅助因子；Mg2+是参与葡萄糖降解的一些酶的辅助因子；Fe2+是氧化物酶的辅助因子；Cu2+是细胞色素酶等的辅助因子等。
有些离子与底物和酶结合起来使酶分子的构象稳定，从而保持其活性；有些离子是酶促反应的作用中心。有些辅助因子是有机化合物，特称为辅酶，如B族维生素就是一种羧化酶的辅酶等。
5.蛋白质分子的进化
比较不同生物体内执行相同生理功能的蛋白质分子的结构是确定生物之间亲缘关系的常用方式，被称为生物进化分子生物学方面的证据。如细胞色素C普遍存在于动植物的线粒体中，它是由104个氨基酸组成的一种呼吸色素，近年来，对不同物种的细胞色素C的氨基酸排列顺序进行了测定，其结果见下表。
生物名称 黑猩猩 猕猴 马 鸡 果蝇 小麦 酵母菌 红螺菌
与人类氨基酸差异数 0 1 12 13 27 35 44 65
这种在同一种蛋白质分子中氨基酸分子差异数越小，亲缘关系就越近，反之则越远。
科学家估计，蛋白质分子的进化速度大约每2000万年蛋白质分子中有1%的氨基酸发生替换。
从对细胞色素C的研究结果看出，人与黑猩猩的亲缘关系最近，从共同的祖先分化成两个物种的时间还不到2000万年，而人和黑猩猩与猴子发生分歧的时间大于2000万年。
■以蛋白质为例的综合分析方法
(一)生理卫生和高中生物两本书多处涉及到蛋白质的有关知识点
蛋白质特点 ①氨基酸种类：氨基酸种类/氨基酸数量/氨基酸排列顺序/空间结构；
②变性作用
蛋白质结构 ①基本单位—氨基酸/②化学结构—多肽/③空间结构：二级结构/三级结构/四级结构
蛋白质功能 生命活动的体现者：①肌肉蛋白/②酶—生催化剂/③抗体蛋白—特异性免疫/④血红蛋白—O2载体/⑤纤维蛋白原—凝血功能/⑥胰岛素—调节糖代谢
蛋白质代谢 ①食物中蛋白质供给/②消化/③吸收/④运输/⑤合成代谢/⑥分解代谢/⑦代谢终产物排出体外/⑧肝脏解毒：NH3→尿素
蛋白质合成 ①转录/②翻译/③中心法则
生物进化证据 ①细胞色素c②血红蛋白(Hb)
(二)以蛋白质代谢为中心将有关知识图解归纳如图(核心内容是氨基酸代谢的三个来源，三个去路)

[例3]   胰岛素分子是一种蛋白质分子，现有如下材料：
①胰岛素含有2条多肽链，A链含有21个氨基酸，B链含
有30个氨基酸，2条多肽链间通过2个二硫键(二硫键是由2个
“一SH"连接而成的)连接，在A链上也形成1个二硫键，图示
为结晶牛胰岛素的平面结构示意图。
②不同动物的胰岛素的氨基酸组成是有区别的，现把人和其他动物的胰岛素的氨基酸组成比较如下：
猪：B链第30位氨基酸和人不同；
马：B链第30位氨基酸和A链第9位氨基酸与人不同；
牛：A链第8、1．0位氨基酸与人不同；
羊：A链第8、9、10位氨基酸与人不同；
天竹鼠：A链有8个氨基酸与人不同，B链有10个氨基酸与人不同。
根据以上材料回答下列问题：
(1)胰岛素分子中含有肽键       个。控制合成胰岛素的基因中至少有       碱基。
(2)这51个氨基酸形成胰素后，相对分子质量比原来51个氨基酸的总分子量减少了                。
(3)人体中胰岛素的含量低，会导致血糖浓度过高，尿液中有葡萄糖，称为糖尿病，其最佳的治疗方法是使用胰岛素，但只能注射不能口服，原因是                 。
(4)前面所列的口甫乳动物和人的胰岛素都由51个氨基酸构成，且在氨基酸组成上大多相同，由此可以得出的结论是                                   。
(5)人与这几种动物在胰岛素分子上氨基酸组成差异的大小，说明             。
(6)如果要为糖尿病人治疗必须用动物体内的胰岛素的话，最适宜的动物是        。
[析]
(1)从材料①中可知，由51个氨基酸组成的具有二条肽链组成的胰岛素分子中应含的肽键数目是51-2=49个，根据mRNA上三个碱基决定一个氨基酸，基因中有2条链，所以控制胰岛素合成的基因中的碱基数：51×3×2=306；
(2)51个氨基酸分子合成胰岛素分子后，分子量的减少量应是形成肽链时脱下的水分子数(18×49)和形成二硫键时脱下的H(l×6)，所以相对分子量减少了18×49+l×6=888；
(3)解答此小题，要求同学有知识迁移的能力，在消化道中有各种消化液，能消化各种营养物质，如大分子糖类(淀粉)、蛋白质、脂肪等不溶于水的物质，这些物质在消化道内通过消化液的作用，将其分解为能溶于水的小分子有机物如葡萄糖、氨基酸、甘油和脂肪等，原有物质的大分子结构遭到破坏。胰岛素在消化液的蛋白酶和肽酶的作用下分解为氨基酸而失去其活性，所以只能注射不能口服；
(4)材料②给我们列出的各种生物胰岛素之间的氨基酸差异，反映出不同的哺乳动物体内胰岛素分子中氨基酸组成大部分是相同的，说明这些动物之间的亲缘关系很近，是由共同的古代原始祖先进化而来的；
(5)不同动物胰岛素中氨基酸组成差异的大小反映了各种动物与人亲缘关系的远近，差异数越小，亲缘关系越近，反之则越远。
(6)用动物胰岛素治疗人的糖尿病时，选用亲缘关系最近的动物，治疗效果最好。
[答案]   (1)49   306   (2)888   (3)胰岛素是蛋白质，如口服会被消化道内的蛋白酶所催化水解而失去作用   (4)这些哺乳动物和人都有共同的原始祖先   (5)这几种哺乳动物与人的亲缘关系有远有近，差异越大亲缘关系越远，差异越小，亲缘关系起近   (6)猪
[练习]   下面是人体蛋白质代谢示意图，请根据图回答：
(1)①过程在小肠部位需要的酶是                                                。
(2)②过程吸收的方式是                ，该吸收方式需要细胞膜上的         协助才能完成，这种质的性质直接由                      决定。
(3)图中④称为       ，能够通过④合成的氨基酸称为                      氨基酸。
(4)图中⑤过程发生在新陈代谢的         过程中，完成⑤⑥过程速度最快的器官或组织是          。
(5)⑥过程是在细胞内的          上完成的，完成该过程的反应称为           ，其内氨基酸顺序直接由                  决定。
(6)完成⑧过程的主要器官是         ，属于该器官的                      功能。除此之外，该器官还具有                    和                基本功能。
(7)⑨所指的物质是                  ，完成⑨过程必须经过的⑦过程称为                         。
四、核酸
1.核苷酸的分子结构及其性质
构成核酸的基本单位是核苷酸，一个核苷酸分子包括3个部分：一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子含氮碱基。
核苷酸分两大类共8种：核糖核苷酸有4种，主要是碱基有4种，它们是A、U、C、C；脱氧核糖核苷酸也有4种，主要是碱基有4种，它们是A、T、C、C。
核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸分子结构的区别主要是五碳糖的不同，以腺嘌呤核糖核苷酸和腺嘌呤脱氧核糖核苷酸为例，它们的分子结构式如下：

2.DNA是遗传物质的证据
自从20世纪初分析出了染色体的成分后，DNA是遗传物质还是蛋白质是遗传物质就成了科学家们争论的焦点，DNA在染色体的含量比较稳定不能说明遗传物质肯定就是DNA。
生物学家设计了很多实验来证明遗传物质到底是DNA还是蛋白质的实验，其中最为经典的一个实验便是高中生物教材上介绍的噬茵体侵染细菌的实验。
噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒，是由一个蛋白质构成的多面体的外壳和一个DNA芯子组成，噬菌体在侵染细菌时通过电镜观察和同位素示踪等方法，证明侵入细菌内部的是DNA，蛋白质的外壳则留在细菌的外面，从而确定噬菌体的性状是由噬菌体的DNA控制的，而不是蛋白质控制的。
DNA是遗传物质的另一个证据是细菌转化实验。
转化是指一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质(DNA或RNA)而表现出后者的遗传性状，或发生遗传性状改变的现象。
在1928年，Griffth?F用肺炎双球菌的两个品系有荚膜的肺炎双球菌和无荚膜的肺炎双球菌为实验材料首先发现了细菌的转化现象。
用有荚膜的肺炎双球菌感染老鼠，老鼠得肺炎死亡，并从其体内分离出有荚膜的肺炎双球菌。
用无荚膜的肺炎双球菌感染老鼠，老鼠不得肺炎，体内也分离不出肺炎双球菌，说明有荚膜的肺炎双球菌有感染能力，无荚膜的肺炎双球菌无感染能力。
将有荚膜的肺炎双球菌高温杀死后注入老鼠体内，老鼠不得肺炎，但当高温杀死的有荚膜肺炎双球菌和无荚膜的肺炎双球菌混在一起注入到老鼠体内，老鼠就得肺炎而死亡，并在其体内分离出有荚膜的肺炎双球菌，如下图所示。


1944年，Avery?O．T等人把有荚膜的肺炎双球菌中的DNA和蛋白质分离开来，将有荚膜的肺炎双球菌的DNA加入到培养基中培养无荚膜的肺炎双球菌，结果发现少量的无荚膜肺炎双球菌转化成有荚膜的肺炎双球菌，而且有荚膜性状能稳定地遣传下去<j将有荚膜的肺炎双球菌的蛋白质加入培养基中培养无荚膜的肺炎双球菌，结果不能将无荚膜的肺炎双球菌转化成有荚膜的肺炎双球菌。如下图所示。

由此证明肺炎双球菌的荚膜这一性状是由DNA控制的，不是由蛋白质控制的。
3.DNA的分子结构、DNA的复制和基因突变
构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，许许多多脱氧核苷酸通过一定的化学键连接起来形成脱氧核苷酸链，每个DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成。
DNA分子结构的特点是：
①DNA分子的基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替排列的两条主链；
②两条主链是平行但反向，盘旋成的规则的双螺旋结构，一般是右手螺旋，排列于DNA分子的外侧；
③两条链之间是通过碱基配对连接在一起，碱基之碱基间是通过氢键配对在一起的，其中A与T以2个氢键相配对，C与C这间以3个氢键配对。
所以在一个DNA分子中，C和C的比例较高，则该DNA分子就比较稳定。
DNA分子结构具有相对的稳定性是由两个方面决定的：
一是基本骨架部分的两条长链是由磷酸和脱氧核糖相间排列的顺序稳定不变；
二是空间结构一般都是右旋的双螺旋结构。DNA分子的多样性是由碱基对的排列顺序的多样性决定的。
DNA分子的特异性是指对于控制某一特定性状的DNA分子中的碱基排列顺序是稳定不变的，如控制合成唾液淀粉酶的基因中，不论是何人，这段DNA分子中的碱基排列顺序是稳定不变的。
DNA复制的场所主要在细胞核，时间是细胞分裂间期。但在细胞质中也存在着DNA复制，如线粒体和叶绿体中的DNA也要复制，而且这些DNA复制的时间不一定在细胞分裂的间期。
DNA复制的特点有两点：
边解旋边复制和半保留复制。
半保留复制是指：新复制出的两个DNA分子中，有一条链是旧的，即原来DNA的；另一条链是新合成的。半保留复制的特点常被用于计算新链和旧链在复制若干代后所占的比例。
DNA复制需要满足4项基本条件：
①模板：开始解旋的DNA分子的两条单链；
②原料，是游离在核液中的脱氧核苷酸；
③能量：是通过水解ATP提供；
④酶：酶是指一个酶系统，不仅仅是指一种解旋酶。
能够保证复制时正确无误，有二个原因：
①模板是精确的；
②碱基互补配对是严格的。
复制是严格的，在正常情况下是不会发生差错的。但在内外因素的干扰下，也有可能在复制时发生差错，从而导致基因突变的发生。
根据这个原理，有人为因素(适宜剂量的各种射线或某些化学药品)干扰DNA的复制，促使其产生基因突变。
基因突变是不定向的，人为条件只是提高基因突变的频率，但不能控制基因突变的方向。
4.RNA的分子结构及其转录
RNA分子是许许多多核糖核苷酸分子连接而成的链状结构。
RNA分子都是单链的。
根据RNA分子功能的不同，分为3种类型：信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。
mRNA的功能将基因中的遗传信息传递到蛋白质上；mRNA的空间结构是链状的。
tRNA的功能是识别遗传密码和运载特定的氨基酸；tRNA的空间结构是呈三叶草形，tRNA-端大环上的3个碱基能够与mRNA的密码子配对，识别密码子，所以这3个称为反密码子。
rRNA是核糖体中的RNA，在蛋白质合成的过程中起重要的作用(具体不作要求)；rRNA具有特定的空间结构，是核糖体的核心部位。RNA都是从DNA上转录下来的。
转录的场所是在细胞核，其中合成rRNA是在细胞核中的核仁部位完成的，核仁是形成核糖体的场所。
mRNA和tRNA是在细胞核中核仁以外的部位转录的。转录是以DNA分子中(基因中)的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程。
5.遗传信息和遗传密码
遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸排列顺序或碱基的排列序列，位置在DNA分子上。
一般认为遗传信息在有遗传效应的一段DNA分子的一条链上，称为信息链。
另一条链上的碱基序列不代表遗传信息，但不是没有作用，其功能是对DNA分子的双螺旋结构起稳定作用，在复制的时候起模板作用。
以DNA一条链为模板转录成mRNA，mRNA上的碱基排列顺序称为遗传密码。
所以经过转录后，遗传信息就转化成遗传密码。
遗传密码的位置在mRNA，mRNA上相邻的3个碱基决定—个氨基酸，这3个相邻的碱基称为密码子。遗传密码现已查明，共有64个密码子，其中有61个有效密码子，代表着20种氨基酸；每种氨基酸的密码子数目差别很大，有些氨基酸有几种密码子，如亮氨酸一共有6个密码子(UUA、UUG、CUU、CUG、CUA、CUC)，而甲硫氨酸只有一个密码子(AUC)。
在地球上，除极少数的生物(如某些原核生物有小部分不同)外，遗传密码是通用的，这说明地球上的所有生物都是由共同的祖先进化而来的。
6.中心法则
中心法则是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译的过程，以及遗传信息从DNA传递给DNA的复制过程。这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。
在某些病毒中的RNA自我复制(如烟草花叶病毒等)和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程(某些致癌病毒)是对中心法则的补充。RNA的自我复制和逆转录过程，在病毒单独存在时是不能进行的，只有寄生到寄主细胞中后才发生。
逆转录酶在基因工程中是一种很重要的酶，它能以已知的mRNA为模板合成目的基因。在基因工程中是获得目的基因的重要手段。

[例4]   (99上海)含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。将某哺乳动物的细胞放在含有31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。然后将GO代细胞移到含有32P磷酸的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到结果如图所示。由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若①、②、③分别表示轻、中、重3种DNA分子的位置，请回答：

(1)G0、G1、G2三代DNA分子离心后的试管分别是图中的：
G0                    ；G1                  ；G2                       。
(2)G2代在①、②、②三条带中DNA数的比例是                             。
(3)图中①、②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：
条带①                              ；条带②                         。
(4)上述实验结果证明DNA的复制方式是        。DNA的自我复制能使生物的      保持相对稳定。
[析]   本题考查学生对DNA分子结构、DNA分子半保留复制和DNA复制与细菌繁殖关系等知识的掌握，同时也联系到了同位素方面的有关物理和化学方面的知识。
32P是31P的同位素，分子量要比31P大，所以32P-DNA分子在质量上比31P-DNA分子要重。而一条链为32P和另一条链为31P的DNA分子在质量上介于两者之间。
如果把这3种DNA的氯化铯溶液置于离心管中进行高速离心，利用高加速度，能把这3种DNA分子彼比分开。
32P-DNA分子最重，在试管的最下部；31P-DNA分子最轻，在试管的最上部；一条链含31P，另一条链含32P的DNA分子质量居中，位于试管的中间。
G0代细胞是在31P的培养基中培养了若干代后得到的细胞，其中的DNA分子上均有31P，经密度梯度离心后应在试管的最上部。
G0代细胞在含32P的培养基上培养一代，得到的G1细胞，由于复制是半保留复制，其中的DNA分子中一条链上含31P，另一条链上含有32P。这样的DNA分子经密度梯度离心后，应在试管的中部。
G0代的一个细胞培养到第二代，应有4个细胞，其中2个细胞的DNA分子中一条含有31P，另一条链含有32P，另2个细胞的DNA分子中均为32P。所以提取G2代的细胞的DNA分子，经密度梯度离心后，其中的DNA分子有一半在试管的中部，另一半在试管的下部。
[答案]   (1)A   B     D     (2)0∶1∶1   (3)31P     31P 32P     (4)半保留复制   遗传特性
[例5]   已知甲、乙、丙3种类型的病毒，它们的遗传信息的传递方式分别用下图表示。请对图仔细分析后回答下列问题：

(1)根据我们所学的内容，这3种类型的病毒分别属于：
甲                ；乙                ；丙                。
(2)图中哪两个标号所示的过程是对“中心法则”的补充?            。
(3)图中1、8表示遗传信息的               ；图中2、5、9表示遗传信息的           ；图中3、10表示遗传物质的              ，该过程进行所必需的物质条件是             。
(4)图中7表示遗传信息的              ；此过程需有             的作用。这一现象的发生，其意义是                             。
[析]   按照中心法则，遗传信息的传递方式有3种：DNA的自我复制；RNA的自我复制；以RNA为模 板进行的逆转录。中心法则的主要内容是DNA的复制和以DNA为模板进行的转录和翻译的过程，RNA的自 我复制和以RNA为模板进行的逆转录仅在病中有此过程，在有细胞结构的生物体中，正常情况是不存在 的。在感染某些病毒后才有可能有此过程，所以被称为对中心法则的补充。在高中生物教材上提到的病毒只有3种：噬菌体、烟草花叶病毒和致癌病毒。噬菌体的遗传物质是DNA，甲所示的传递过程与此相符；烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，但无逆转录酶，所以乙所示的传递过程与此相符；致癌病毒的遗传物质是RNA，但具有逆转录酶，所以丙所示的传递过程与此相符。
[答案]   (1)噬菌体     烟草花叶病毒     致癌病毒     (2)6     7     (3)转录     翻译     复制    模板、酶、原料(脱氧核苷酸)、能量(ATP)     (4)逆转录     逆转录酶     对中心法则的补充
[例6]   右边的分子结构式为某种核苷酸，已知分子结构式的右上角部分为腺嘌呤碱基。请仔细观察分析后回答下列问题：

(1)该核苷酸的分子式为                。
(2)该核苷酸的生物学名称为            。
(3)该核苷酸构成哪一种核酸的基本原料?             
(4)请在图中指出哪一个位置上去掉一个氧便可成为主要遗传物质的基本原料。
(5)如果0.1mol此物质燃烧完全后，把生成物中CO2通人足量Na2O2中，能得到标准状况下多少体积的O2?
[析]   该核苷酸的名称为腺嘌呤核糖核昔酸，分子式是：C10H14O7N5P。因为它的五碳糖部分是核糖，它是构成RNA的基本原料。生物体内主要的遗传物质是DNA，构成DNA的基本原料
是脱氧核糖核苷酸，在五碳糖是失去一个氧的位置是由右图中有下划线的哪个氧。
第5小题的计算思路是：2Na2O2 + 2CO2→2Na2CO + O2   0.1molC10H14O7N5P→1molCO2
→1molNa2O2→0.5molO2，再计算标准状况下的体积。   [答案]   (1)C10H14O7N5P   (2)
腺嘌呤核糖核苷酸     (3)RNA     (4)见图     (5)12.2L