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高考生物总复习(必修一):第二章 组成细胞的分子(收藏版)

 YJN99 2016-10-26
 知识清单

生物界与非生物界统一性:组成细胞的化学元素在非生物界都可以找到

生物界与非生物界差异性:化学元素在细胞内的含量与在非生物界中的含量明显不同

组成生物体的化学元素有20多种

大量元素:C、 O、H、N、S、P、Ca、Mg、K等;

微量元素:Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo;  

最基本元素:C;细胞含量最多4种元素:C、 O、H、N;

组成细胞的化合物:无机物(水、无机盐)、有机物(蛋白质、糖类、脂质、核酸)

活细胞中含量最多的化合物是水;含量最多的有机物是蛋白质;

占细胞鲜重比例最大的化学元素是O、占细胞干重比例最大的化学元素是C。

细胞中的无机化合物:无机盐

1、水:(1)含量:占细胞总重量的60%-90%,是活细胞中含量是最多的物质。

(2)形式:自由水结合水

  自由水是以游离形式存在,可以自由流动的水。

作用有①良好的溶剂

参与细胞内生化反应

物质运输

维持细胞的形态

体温调节(在代谢旺盛的细胞中,自由水的含量一般较多)

 结合水:是与其他物质相结合的水。作用是组成细胞结构的重要成分。(结合水的含量增多,可以使植物的抗逆性增强)

2、无机

(1)存在形式:绝大多数以离子形式存在

(2)作用:

①与蛋白质等物质结合成复杂的化合物

(如Mg2+是构成叶绿素的成分、Fe2+是构成血红蛋白的成分、I-是构成甲状腺激素的成分。

②参与细胞的各种生命活动。(如钙离子浓度过低肌肉抽搐、过高肌肉乏力


细胞中的生物大分子

一,糖类

1、元素组成:由C、H、O 3种元素组成。

2、分类


概 念

种 类

分 布

主 要 功 能

单糖

不能水解的糖

核糖

动植物细胞

组成核酸的物质

脱氧核糖

葡萄糖

细胞的重要能源物质

二糖

水解后能够生成二分子单糖的糖

蔗糖

植物细胞


麦芽糖

乳糖

动物细胞

多糖

水解后能够生成许多个单糖分子的糖

淀粉

植物细胞

植物细胞中的储能物质

纤维素

植物细胞壁的基本组成成分

糖原

动物细胞

动物细胞中的储能物质

附:二糖与多糖的水解产物:

蔗糖→1葡萄糖+1果糖

麦芽糖→2葡萄糖

乳糖→1葡萄糖+ 1半乳糖

淀粉→麦芽糖葡萄糖

纤维素→纤维二糖葡萄糖

糖原→葡萄

3、功能:糖类是生物体维持生命活动的主要能量来源。

(另:能参与细胞识别,细胞间物质运输免疫功能的调节等生命活动。)

4.糖的鉴定:

(1)淀粉遇碘液蓝色,这是淀粉特有的颜色反应。

(2)还原性糖(单糖麦芽糖乳糖)与斐林试剂隔水加热条件下,能够生成砖红色沉淀。

斐林试剂: 配制:0.1g/mLNaOH溶液(2mL)+ 0.05g/mL CuSO4溶液(4-5滴)

使用:混合后使用,且现配现用


二、脂质

1、元素组成:主要由C、H、O组成(C/H比例高于糖类),有些还含N、P

2、分类脂肪类脂(如磷脂)、固醇(如胆固醇、性激素、维生素D等)

3.功能:

脂肪:细胞代谢所需能量的主要储存形式。

类脂中的磷脂:是构成生物膜的重要物质。

固醇:在细胞的营养调节、和代谢中具有重要作用。

4、脂肪的鉴定:脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色(在实验中用50%酒精洗去浮色→显微镜观察→橘黄色脂肪颗粒)


三、蛋白质

1、元素组成:C、H、O、N外,大多数蛋白质还含有S


2、基本组成单位:氨基酸(组成蛋白质的氨基酸约20种

氨基酸结构通式:

氨基酸的判断:

①同时有氨基羧基②至少有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。(组成蛋白质的20种氨基酸的区别:R基的不同)

3.形成:许多氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键(-CO-NH-)相连而成肽链,多条肽链盘曲折叠形成有功能的蛋白质

二肽:由2个氨基酸分子组成的肽链。

多肽:由n(n≥3)个氨基酸分子以肽键相连形成的肽链。

蛋白质结构的多样性的原因:组成蛋白质多肽链的氨基酸的种类数目排列顺序的不同;构成蛋白质的多肽链的数目空间结构不同。 

5.功能:生命活动的主要承担者。(注意有关蛋白质的功能及举例)

6.蛋白质鉴定:双缩脲试剂产生紫色的颜色反应

双缩脲试剂:配制:0.1g/mLNaOH溶液(2mL)和0.01g/mL CuSO4溶液(3-4滴)

使用:分开使用,先加NaOH溶液,再加CuSO4溶液。

有关计算:

① 肽键数 = 脱去水分子数 = 氨基酸数目 — 肽链数

② 至少含有的羧基(—COOH)或氨基数(—NH2)= 肽链数③蛋白质分子量 = 氨基酸分子量 × 氨基酸个数—水的个数×18


生物组织还原性糖、脂肪、蛋白质的鉴定

鉴定物质

实验试剂

实验现象

注意事项

还原性糖

斐林试剂

砖红色沉淀

试剂现用现配、沸水浴加热

脂      肪

苏丹III、 IV

III橘黄色(IV红色)

必须用显微镜观察

蛋 白 质

双缩脲试剂

紫    色

先加NaOH,后加CuSO4

淀     粉

碘    液

蓝    色

淀粉酶可以将之水解


四、核酸

1、元素组成:CHON5种元素构成

2、基本单位:核苷酸(由1分子磷酸+1分子五碳糖+1分子含氮碱基组成) 

3、种类:脱氧核糖核酸(DNA)和 核糖核酸(RNA)

种类

英文缩写

基本组成单位

存在场所

脱氧核糖核酸

DNA

脱氧核苷酸(4种)

主要在细胞核
  (在
叶绿体线粒体中有少量存在)

核糖核酸

RNA

核糖核苷酸(4种)

主要存在细胞质

4、生理功能:储存遗传信息,控制蛋白质的合成。

(原核、真核生物遗传物质都是DNA,病毒的遗传物质是DNA或RNA。)

观察DNA和RNA在细胞中的分布 

实验原理:甲基绿和吡罗红两种染色剂对DNA和RNA的亲和力不同,甲基绿使DNA呈绿色,吡罗红使RNA呈现红色

8%盐酸的作用:盐酸能改变细胞膜的通透性,同时使染色质中的DNA与蛋白质分离,有利于DNA与染色剂的结合
分布:真核生物DNA主要分布在细胞核中,线粒体和叶绿体内也含有少量的DNA;RNA主要分布在细胞质中。

实验结果: 细胞核呈绿色,细胞质呈红色. 




考点分析

1 考点一 细胞中的元素和化合物



1.组成细胞的化学元素

(1)上图的分类是依据元素在生物体内的含量,而不是生理作用。微量元素含量虽少,但其生理作用却不可替代。 

(2)大量元素和微量元素的划分是依据生物界中生物的整体情况,具体到某一种生物可能有一定的差别。 

(3)组成生物体的常见的20多种化学元素是指必需元素,生物体内可能含一些非必需元素,如人体可能含Pb。

2.细胞中的元素和化合物的含量在鲜重和干重下并不相同 

(1)细胞鲜重时:

①元素含量:O>C>H>N。

②化合物含量:水>蛋白质>脂质>糖类。

(2)细胞干重时:

①元素含量:C>O>N>H。 

②化合物含量:蛋白质>脂质>糖类。 

3.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无机环境中都可以找到,没有一种是生物体所特有的。 (2)差异性:尽管组成生物体的化学元素在无机环境中都可以找到,但与无机环境中的相应元素的含量又有一定的差别。 

(3)细胞统一性和差异性的体现:不同生物体内所含的化学元素的种类基本相同,但在不同生物体内同种元素的含量差别较大;同一生物体内不同组织细胞中各元素的含量也不相同。



2考点二  细胞中的无机化合物



1.水的含量与代谢和抗逆性的关系 

(1)在一定范围内,自由水与结合水比值的大小决定了细胞或生物体的代谢强度:比值越大说明细胞(或生物体)中自由水含量越多,代谢越强;反之,代谢越弱。 

(2)生物体的抗逆性也和自由水与结合水的比值有关:比值越小抗逆性越强;反之,抗逆性越弱。

2.细胞中无机盐的功能及举例

功能

举例

细胞的结构成分

Mg2+是叶绿素的组成成分,缺乏时植物叶片会变黄

Fe2+是血红蛋白的组成成分,缺乏时会患贫血

I是甲状腺激素的组成成分,缺乏时会患地方性甲状腺肿

碳酸钙是动物和人体的骨骼、牙齿中的重要成分,PO是磷脂的组成成分,也是ATP、核苷酸的主要组成成分

功能

举例

对维持细胞和生物体的生命活动有重要作用

Ca2+能降低神经系统的兴奋性,血钙过低时,会出现抽搐现象,血钙过高时,会患肌无力

维持生物体

内的平衡

渗透压

的平衡

Na+、Cl-对细胞外液渗透压起重要作用

K+对细胞内液渗透压起决定作用

酸碱

平衡

血液中NaHCO3/H2CO3、NaH2PO4/Na2HPO4等缓冲对,调节机体的酸碱平衡




能力提升1



与水的存在形式有关的3个易错点

(1)细胞内自由水/结合水比例升高,则代谢旺盛;反之代谢缓慢。 

(2)秋冬季节,蒸腾作用弱,吸水减少,结合水含量相对升高,有利于植物抗寒性提高。 

(3)升高或降低温度时,结合水与自由水可以相互转化,以增强细胞的抗逆性。升高温度时,自由水增多;反之,结合水增多。




3考点三 蛋白质的结构层次及其多样性



注:

(1)生物多样性的根本原因是DNA的多样性。

(2)生物多样性的直接原因是蛋白质的多样性。

(3)多种多样的环境是形成生物多样性的重要条件。


4考点四 蛋白质的合成过程及相关计算

1.氨基酸、多肽、肽键的关系






2.肽键数、脱水数及蛋白质相对分子质量的计算(设由m个氨基酸,形成1条或n条肽链,氨基酸的平均相对分子质量为a)。


肽链数

肽键数=脱水数=水解需水数

蛋白质相对分子质量

1

m-1

ma-18(m-1)

n

mn

ma-18(mn)


3.蛋白质中游离氨基或羧基数的计算: 

一条肽链上至少有一个游离的氨基和羧基,分别位于肽链的两端,若有更多的氨基或羧基则分布在R基上。

故:

氨基或羧基数的最小值=肽链数。 

氨基或羧基总数=肽链数+R基上的氨基或羧基数。

4.蛋白质中N、O原子数的计算:

N原子数=各氨基酸中N(氨基)的总数=肽键数+肽链数+R基上的N原子(氨基)数。

O原子数=各氨基酸中的O的总数-脱去水分子数=肽键数+2肽链数+R基上的O原子数。 5.蛋白质相对分子质量的计算:

蛋白质相对分子质量=氨基酸数目×氨基酸的平均相对分子质量-脱去水分子数×18(注意环状和—S—S—键的特殊情况)。




5考点五 核酸的结构、分类和功能



1.核苷酸的组成

2.DNA和RNA组成成分的比较

3.DNA、RNA、ATP及核苷酸中“A”的含义



6考点六 糖类与脂质的比较分析



1.对糖类与脂质的比较


名称

项目

糖类

脂质

合成部位

细胞器:叶绿体、高尔基体;器官:肝脏和肌肉

主要是内质网

与能量的关系

主要的能源物质。动物细胞中的糖原、植物细胞中的淀粉是重要的储能物质

脂肪是细胞内良好的储能物质

与细胞膜的关系

糖被的重要组成成分

磷脂是构成细胞膜的基本支架,胆固醇是动物细胞膜的重要成分

2.对糖类、脂肪功能的理解分析 

(1)糖类功能的全面理解 

①糖类是生物体的主要能源物质 

a.糖类是生物体进行生命活动的主要能源物质(70%);

b.淀粉和糖原分别是植物、动物细胞内的储能物质,而纤维素为结构物质,非储能物质。 

②糖类是细胞和生物体的重要结构成分

a.五碳糖是构成核酸的主要成分;

b.纤维素和果胶是植物细胞壁的主要成分;

c.细菌的细胞壁主要由肽聚糖组成。

(2)脂肪是细胞内良好的储能物质的原因 ·相对于糖类、蛋白质,脂肪中C、H的比例高,而O比例低,故在氧化分解时,单位质量的脂肪较糖类、蛋白质消耗的氧气多,产生的水多,产生的能量也多。




能力提升2



细胞内的能源物质种类及其分解放能情况 1.主要能源物质:糖类。 

2.主要储能物质:脂肪。除此之外,动物细胞中的糖原和植物细胞中的淀粉也是重要的储能物质。 

3.直接能源物质:ATP。糖类、脂肪、蛋白质中的能量只有转移到ATP中,才能被生命活动利用。 

4.细胞中的能源物质为糖类、脂肪、蛋白质,三者供能顺序是:糖类→脂肪→蛋白质。糖类是主要的能源物质;当外界摄入能量不足时(如饥饿),由脂肪分解供能; 

蛋白质作为生物体重要的结构物质,一般不提供能量,但在营养不良、疾病、衰老等状态下也可分解提供能量。

5.能源物质为生命活动供能的过程:



实验探索



观察DNA和RNA在细胞中的分布 

1.实验原理 

(1)DNA主要分布在细胞核中,RNA大部分存在于细胞质中。 

(2)甲基绿和吡罗红对DNA、RNA的亲和力不同。 利用甲基绿、吡罗红混合染色剂将细胞染色,可以显示DNA和RNA在细胞中的分布。 

(3)盐酸能够改变细胞膜的通透性,加速染色剂进入细胞,同时使染色质中的DNA与蛋白质分离,有利于DNA与染色剂结合。

2.试剂及作用


试剂

作用

甲基绿

使DNA呈现绿色

吡罗红

使RNA呈现红色

质量分数为0.9%的NaCl溶液

保持口腔上皮细胞的正常形态

质量分数为8%的盐酸

①改变细胞膜的通透性;

②使染色质中DNA与蛋白质分离

蒸馏水

①配制染色剂;②冲洗载玻片

3.材料的选择 

(1)人的口腔上皮细胞:取口腔上皮细胞之前,应先漱口,以避免装片中出现太多的杂质。 

(2)哺乳动物的成熟红细胞由于没有细胞核,不能做观察DNA和RNA分布的实验材料。

4.试验流程

观察DNA和RNA在细胞分布实验中的4个注意问题 

(1)选材:口腔上皮细胞、无色的洋葱鳞片叶内表皮细胞,不能用紫色洋葱表皮细胞或叶肉细胞,以防止颜色的干扰。 

(2)缓水流冲洗目的:防止载玻片上的细胞被冲走。 

(3)几种试剂在实验中的作用 

①0.9%的NaCl溶液(生理盐水):保持口腔上皮细胞正常形态。 

②8%的盐酸:a.改变细胞膜的通透性,加速染色剂进入细胞;b.使染色质中DNA与蛋白质分离,有利于DNA与染色剂结合。 

③蒸馏水:a.配制染色剂;b.冲洗载玻片。 

④吡罗红甲基绿染液:混合使用,且现用现配。 

(4)DNA和RNA在细胞核和细胞质中均有分布,只是量的不同,故结论中强调“主要”而不能说“只”存在于细胞核或细胞质中。

检测生物组织中的还原性糖、脂肪和蛋白质 

1.实验原理 

(1)还原性糖检测:可溶性糖中的还原性糖(如葡萄糖、果糖、麦芽糖)具有还原性,与斐林试剂发生作用,在水溶加热情况下,可以生成砖红色沉淀。鉴定过程中溶液的颜色变化过程为:浅蓝色→棕色→砖红色(沉淀) 

(2)脂肪检测:脂肪与苏丹Ⅲ具有较强亲和力,脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。 

(3)蛋白质检测:由于蛋白质分子中含有与双缩脲结构相似的肽键,因此,蛋白质在碱性环境下,可以与Cu2+作用形成紫色或紫红色的络合物,产生紫色反应。即蛋白质与双缩脲试剂发生作用,可以产生紫色反应。

2.实验步骤 

(1)还原性糖检测 

第一步:取两支洁净试管,分别标记为甲、乙; 

第二步:向甲试管加入0.01 g/mL的葡萄糖溶液2 mL,向乙试管加入蒸馏水2 mL; 

第三步:向两试管各滴入斐林试剂1 mL,摇匀,沸水加热1~2 min,观察颜色变化。 

(2)脂肪检测 

第一步:取两支洁净试管,分别标记为甲、乙; 

第二步:向甲试管加入食用油2 mL,向乙试管加入蒸馏水2 mL; 

第三步:向两试管各滴入苏丹Ⅲ染液4~5滴,染色2~3 min,观察颜色变化。

(3)蛋白质检测 

第一步:取两支洁净试管,分别标记为甲、乙; 

第二步:向甲试管加入蛋白质悬液2 mL,向乙试管加入蒸馏水2 mL; 

第三步:向两试管各滴入双缩脲试剂A液2 mL,摇匀,再加入双缩脲试剂B液3~4滴,摇匀,观察颜色变化。

注意事项 

1.三个实验中都不宜选取有颜色的材料,否则会干扰实验结果的颜色变化。 

2.还原糖、蛋白质的鉴定实验中,在加相应试剂鉴定之前,要留出一部分组织样液作为对照,以便与鉴定后的样液颜色作对比,增强实验的说服力。 

3.在蛋白质的鉴定实验中,如果用蛋清稀释液作为实验材料,一定要稀释到一定程度,否则,与双缩脲试剂发生反应后会粘在试管的内壁上,使反应不彻底,试管也不易洗刷干净。 4.脂肪的鉴定中,实验用的花生种子需提前浸泡3~4h,浸泡时间太短,不易切片;浸泡时间太长,则组织太软,切下的薄片不易成形。洗去浮色时不能用清水,因为染液易溶于有机溶剂、不溶于水。

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