生物奥赛训练教程配套学案

1、第一讲 蛋白质与核酸化学一、蛋白质（一）蛋白质的分子组成1.组成蛋白质的氨基酸：甘氨酸Gly 丙氨酸Ala 缬氨酸Val 亮氨酸Leu 异亮氨酸Ile蛋氨酸Met 脯氨酸Pro 苯丙氨酸Phe 色氨酸Trp 丝氨酸Ser苏氨酸Thr 天冬酰胺Asn 谷氨酰胺Gin 酪氨酸Tyr 半胱氨酸Cys天冬氨酸Asp 谷氨酸Glu 赖氨酸Lys 精氨酸Arg 组氨酸His除甘氨酸外所有氨基酸都有两种空间构型，在天然蛋白质中存在的氨基酸都属于L型2.每克样品含氮的克数*6.25=蛋白质含量（二）蛋白质的分子结构1.蛋白质的一级结构是由肽键（-CO-NH-）通过脱水缩合反应而成。2.多肽链中的NH-（显正电

2、）和相隔三个氨基酸残基的另一个肽键的-C=O（显负电）在空间上相互靠近形成氢键。每个独立三级结构的多肽链称为亚基。（三）蛋白质的理化性质1.门冬氨酸和谷氨酸残基中的羧基，赖氨酸和组氨酸残基中的碱性基团。蛋白质电泳的方向和速度决定于所带电荷的性质、电荷的数量、分子量的大小和电场强度。2.蛋白质能溶于水，它稳定的因素主要是水化膜和电荷3.蛋白质沉淀的方法有：加入中性盐盐析、有机溶剂（低温下）、重金属离子等能生成沉淀的物质4.蛋白质变性的方法有：物理因素（加热、搅拌、超声波和射线）、化学因素（强酸碱、重金属离子、有机溶剂等）、生物因素，其最明显的性质改变就是溶解度和粘度降低。变性时吸光值显著升高叫做

3、增色效应，在一定条件下又可以发生减色效应。其本质是核酸间双键的氢键断裂并不涉及核苷酸间共价键的断裂。二、核酸（一）核酸的分子组成1.DNA大部分存在于细胞核的染色质中，与组蛋白结合起来。分为核糖体r、信使m、转运tRNA。核糖体RNA存在于核仁和内质网中，是最多的一类。m和t存在于细胞浆中，t能与氨基酸结合。2.核算包括含氮杂环碱、戊糖和磷酸。遗传物质中都具有腺嘌呤（ ）、鸟嘌呤（ ）、胞嘧啶（ ），其中RNA中有尿嘧啶（ ）DNA中有胸腺嘧啶（ ）（二）核酸的结构：单个核苷酸彼此之间通过磷酸二酯键相连接，碱基之间通过氢键相连（三）DNA的理化性质：具有很高的粘度，色氨酸和酪氨酸残基、核酸的嘌

4、呤碱及嘧啶碱能吸收紫外光，能因此进行进行鉴定。热变形时爆发式的，即解链温度Tm，通常在7085摄氏度之间。第二讲 酶与维生素一、酶（一）酶促反应的特点1.酶一般具有催化性质还有生物大分子的特性。只催化热力学允许范围内、实际进行的反应，能加速可逆反应的进程而不改变反应的平衡点。其本质就是降低反应的活化能。2.酶对于其底物有严格的选择性。生成对象的单一性又被称为特异性，分为绝对和相对两种。（二）酶的分子组成、结构和功能的关系1.单纯酶的基本组成只有氨基酸，包括大多数水解酶。全酶（结合酶）=酶蛋白+辅助因子2.辅助因子可以只金属离子，也可以是有机小分子。它们是酶的桥梁，可稳定蛋白分子的构象。底物（S

5、）+酶（E）=P+ E。3.必须集团及中存在的区域叫做酶的活性部位，还有结合基团和催化基团两种（三）酶的命名和分类：可以根据底物和催化反应类型分类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、合成酶（四）影响酶作用的因素1.其中的因素有：酶的浓度（正比例）、底物浓度（双曲线下半支）、PH值和温度（抛物线）2.增强酶的活性的叫激活剂，反之为抑制剂。抑制作用的不可逆性通常以共价键与酶活性中心上的必须基团相结合。可逆作用包括竞争性和非竞争性，前者可以与酶活性中心外的部分可逆结合，不影响对底物的结合，但是不能进一步释放出产物。二、维生素（一）脂溶性维生素A：肝含量较多；易被空气氧化；防止皮肤干燥，促进

6、生长发育；缺乏易得夜盲症和干眼病D：肝乳蛋含量较多，日观照射也能合成；是全固醇衍生物；儿童缺乏易得佝偻病，对于成人就是骨软化E：存于豆油中；（酚）能保护其他易被氧化的物质；缺乏易得不育症K：萘酚衍生物；可促进肝凝血因子合成（二）水溶性维生素B1：干酵母含量最丰富，又称硫胺素；在碱性溶液中不稳定；是丙酮酸脱氢酶辅酶；若缺乏易得脚气病B2：又名核黄素；在酸性溶液中稳定；若缺乏易得口角炎B6：肠道细菌可以合成；又名吡哆醇B12：肝肉类含量丰富；极易分解；若缺乏易得巨幼红细胞型贫血C：又名抗坏血酸；是多羟基酸性物质，易氧化分解；对合成胶原和粘多糖等细胞简质是必要的，可参与肾上腺皮质激素的合成，参与体内

7、氧化还原反应，对毒素有缓解作用PP：包括烟酸；对热氧化还原剂很稳定；是辅酶A的组成成分泛酸：肉类、花生和酵母含量丰富；是最稳定维生素；是NAD+和NADP+的组成成分；若缺乏易得癞皮病生物素：又叫VH，人肠道也能合成；是羧化酶的辅酶，参与CO2的固定过程；幼儿容易缺乏叶酸：肝和绿叶菜丰富，人体能合成；其还原产物四氢叶酸，是体内一碳基团的转移酶系统的辅酶，促进血细胞的形成；若缺乏易得巨幼红细胞型贫血和白细胞减少第三讲 生物氧化一、生物氧化的方式和酶类（一）生物氧化中二氧化碳生成和物质氧化的方式1.生物氧化是在温和条件下进行的酶促反应，所释放的能量储存在ATP中。二氧化碳的生成来源于有机酸的脱羧。

8、有些反应是单纯脱羧，有些则是氧化脱羧。2.常见的氧化类型包括：脱电子、脱氢、加水脱氢、加氧。其中互相氧化的介质叫递电子体。（二）与生物氧化有关的酶类：氧化酶类：能直接利用氧分子作为受氢体，其中的氧化酶含铜，反应产物是水需氧脱氢酶：以FAD（黄素-腺嘌呤-二核苷酸）为辅基，反应产物为H2O2不需氧脱氢酶：只能以某些辅酶作为只接受氢体，包括NAD+（尼克酰胺）、NADP+、FMN（单核苷酸）、FAD等二、生物氧化中水的生成（一）呼吸链的组成：1.尼克酰胺脱氢酶类：以NAD+、NADP+为辅酶，能可逆加氢还原和脱氢氧化，可作为递氢体。只能接受一个电子。【NAD+NADH+ H+】2.黄素脱氢酶类：辅

9、基为FMN、FAD，也可以作为递氢体。（异咯嗪 ）【FAD（Fe-S）FADH2（Fe-S）】3.铁硫蛋白类：借铁的变价进行电子传递，其分子含有两个活泼的硫和铁原子【见上，2式：CytFe2+ CytFe3+】4.辅酶Q类：脂溶性醌类化合物。可以进行可逆的加氢还原，属于传氢体【CoQH2CoQ】5.细胞色素类：在线粒体呼吸链中，其顺序是b-c1-c-aa3（细胞色素氧化酶）-O2，仅a3可被氧分子直接氧化。（二）呼吸链中传递体的排列顺序1.根据各部分氧还电位，按照递增顺序排列；若加入某种抑制剂后，则阻断环节的负电子性侧递电子体而处于还原状态，反之则处于氧化状态。2.NADH呼吸链：NAD+FM

10、NCoQCytFe2+O2-琥珀酸呼吸链：琥珀酸（变延胡索酸）FADCoQCytFe2+O= ？（三）胞液中NADH和NADPH的氧化NADH必须通过线粒体内膜的呼吸链，氢才能氧化，但它不能透过，因此需要穿梭系统：1.苹果酸穿梭系统 2.-磷酸甘油穿梭系统三、ATP与能量的转换与利用（一）高能磷酸化合物的生成方式：代谢分子转移磷酸至ADP（底物水平磷酸化）、呼吸链电子转移过程中偶联的磷酸化（二）氧化磷酸化的偶联部位：通过P/O算得摩尔数；也可由呼吸链自由能的变化计算出电位差，三个ATP分子形成截取了由NADH传递氧所产生自由能的42% ？（三）氧化磷酸化的抑制作用1.呼吸链抑制剂：切断链中某一

11、部位电子流，常见部位如下：2.解偶联剂：对电子传递没有抑制作用，只抑制由ADP变ATP的磷酸化过程，它的产能过程与储能相脱离。磷酸肌酸是动物体内高能磷酸的贮存形式。第九讲 细胞的基本概念一、细胞、原生质和原生质体二、细胞的基本结构（一）原核细胞体积小结构简单，大多数有细胞壁，其主要化学成分为胞壁质（蛋白多糖）。没有典型细胞核，拥有环状DNA，并不与组蛋白结合形成染色质。除核糖体以外没有其他细胞器。（二）真核细胞体积较大，有典型的细胞结构，含有两条以上的DNA分子。植物细胞有细胞壁，其主要化学成分为纤维素和果胶，相邻细胞间以胞间连丝和质体。三、细胞的形态与大小：不同种类的差别很大第十讲 细胞膜及

12、细胞外基质一、细胞膜（一）细胞膜的化学组成：主要有脂类、蛋白质和少量的糖组成。1.磷脂主要包括卵磷脂（磷脂酰胆碱）和脑磷脂（磷脂酰乙醇胺）、磷脂酰肌醇，其余为鞘磷脂（带一个氨基）和糖脂（结合碳水化合物）。从结构上看共有头尾的甘油基团，其中头部具有亲水性、尾部具有疏水性。用超声波处理能生成在水相稳定存在的磷脂双分子层结构脂质体。2.糖脂的头部是糖基，非极性尾部是鞘氨醇的碳氢链和连于鞘氨醇酰胺基上的脂肪酸侧链。中间通过鞘氨醇的羟基连接。3.胆固醇包括极性的羟基头部、类固醇环和非极性的碳氢链尾部。细菌质膜中不含胆固醇。它能增强脂双层的稳定性。4.外在蛋白分布于膜的内外表面，用比较温和的办法就能分离，

13、反之为内在蛋白；它主要存于膜质双分子层中，有的甚至横跨膜。5.糖类在接受外界刺激方面有重要作用。（二）细胞膜的分子结构模型：极性与非极性Daneille-Davson、单位膜模型：蛋白质-脂双层-蛋白质流动镶嵌模型：脂双分子层是细胞膜的主要结构支架，膜蛋白为球蛋白分布于表面甚至嵌在其中。（详见下面框题）（三）细胞膜的流动性和不对称性1.膜的流动性1.膜质和膜蛋白的流动主要有侧向扩散、旋转运动、旋转异构运动、左右摆动和翻转运动。2.在相变温度下，脂分子从液晶态转变为凝胶状。相变温度越低流动性越大。饱和程度越高、脂肪酸连增长，流动性就会下降。在相变温度以下时可通过组织磷脂脂肪酸链的相互作用，缓解低

14、温引起的膜质流动性剧烈下降。3.限制蛋白质流动的因素：蛋白质与脂类的相互作用、内在蛋白与外在蛋白的相互作用、膜蛋白复合体的形成、膜蛋白与细胞骨架的作用2.不对称性：卵磷脂、鞘磷脂分布于脂双层的外层，内层则是脑磷脂。而糖类只存在于膜外表面。二、细胞膜的生物学功能（一）细胞膜与物质的跨膜运输1.被动运输：顺浓度梯度的运输1.自由扩散直接穿过脂双层，主要因为分子大小、极性大小，浓度差越大物质扩散速度越快2.协助扩散需要膜蛋白的帮助（通道蛋白：横跨细胞膜的水通道），对被转运的物质具有高度选择性（载体蛋白：与特定物质结合后通过本身构象来变化），转运速度快（门通道蛋白：只在特定条件下瞬时开放），具有饱和效

15、应2.主动运输：逆浓度梯度的运输1.由ATP分解直接提供能量，以“泵”（Na+ K+ ATP酶）来实现。每消耗一个ATP分子，可使细胞内减少3个Na+和2个K+2.协同运输是以另一种物质的浓度梯度为动力，分为同向和逆向两种。靠ATP间接提供能量。3.内吞作用于外排作用1.内吞作用：通过细胞膜内陷形成小囊，从而将物质转运到细胞内。吸收较大固体颗粒物质叫吞噬作用，若对于溶液或极细颗粒称为胞饮作用。2.外排作用：大分子通过形成囊泡与膜相互融合的方式（二）细胞膜与细胞连接1.两细胞膜紧靠在一起，叫做紧密连接，存在于上皮细胞及内皮细胞间；间隙连接中一些小分子物质可通过相同的中央孔道自由进出相邻细胞，主要

16、分布在上皮、平滑肌和心肌等组织等细胞间。2.粘合带中细胞膜下方的细胞质增浓，肌动蛋白环形微丝穿行其中。具有机械支持作用；桥粒形成的纽扣样连接方式，它的间隙中央有一层高电子密度的物质（粘多糖和蛋白质）。连接处细胞下方的细胞之显著浓缩呈板状，称为胞质斑。存在于上皮细胞间，是组织具有较强的抗张拉能力。3.胞间连丝连接处的细胞壁不连续，起到物质与信息的交流作用。（三）细胞膜与细胞通讯1.细胞通讯可通过间隙连接完成，也可通过分泌化学信号分子进行。2.细胞识别通过其表面受体与细胞外信号分子选择性相互作用。对细胞外特殊的亲水性信号分子（如神经递质、蛋白激素）的反应能力取决于是否具有相应的特异型受体。亲脂型小

17、分子可通过简单扩散方式传递，亲水性信号则需靶细胞的识别作用。3.cAMP信号通路通过调节靶细胞内的cAMP（第二信使）的水平引起细胞反应的通路。分为：刺激性激素受体Rs、抑制性激素受体Ri、刺激性调节蛋白Gs、抑制性调节蛋白Gi、腺苷酸环化酶。受体位于细胞膜外表面，能特异性的识别信号并结合，又可与G蛋白作用；蛋白将受体与腺苷酸环化酶偶连起来，将细胞外信号跨模转换为细胞内信号；腺苷酸环化酶结合于细胞膜上，被激活时可催化ATP生成第二信使。4.肌醇信号通路主要有细胞膜上受体、G蛋白和PIP2磷酸二酯酶（PDE）组成。激活的PDE使PIP2分解为DG（二酰基甘油）、IP3（1.4.5-三磷酸肌醇）和

18、两个第二信使，DG与IP3进一步调节代谢活动从而引发靶细胞进行反应。5.具有酪氨酸蛋白酶活性的受体信号通路（略）三、细胞外基质动物主要为胶原蛋白、粘连蛋白、氨基多糖和蛋白聚糖等，植物主要就是细胞壁。能保护细胞表面免受损伤，调节周围微环境。第十七讲 生物的遗传和变异一、分离规律（一）一对相对形状（同一种形状的不同表现型）的杂交试验和分离假说1.基本内容：生物的性状有遗传因子决定，遗传因子是成对存在的，形成配子时成对基因彼此分离进入不同配子，杂种产生的不同基因数目相等 不同类型的两性配子的受精结合是随机的。2.基因型与表现型的关系：表现型由基因型决定，相同表现型的个体基因型不一定相同，相同基因型在

19、不同环境下表现的性状可能不同。3.验证遗传规律可采用的方法：测交法（被测个体与隐形纯合体的交配）、自交法（两个具有相对形状的纯合亲本杂交）、F1花粉鉴定法（二）显性的相对性和分离比出现的条件1.显性表现的类型分为：完全显性（子一代的表现与一个亲本的形状完全相同）、不完全显性（F1的形状表现为双亲形状的中间状态）、共显性（同时表现双亲形状）、镶嵌显性（即双亲形状在F1统一个体的不同部位表现出来）、条件显性（等位基因之间的现因性关系因环境因素的影响而改变）2.孟德尔分离比出现的条件有：研究的生物是二倍体 杂交亲本均为纯合体，显性作用完全，F1产生的两类配字数目相等，雌雄配子以均等机会自由结合，F2

20、种不同基因型个体成活率不同，群体数目大（三）分离规律的意义：否定了融合遗传理论，指导杂种优势利用的育种实践，有利的显性性状必须多代自交才能获得纯合体，遗传病是有一对基因决定的二、自由组合定律（一）两对（或以上）相对形状的杂交试验和分离假说不同形状是由非等位基因控制的，F1形成配子时每对等位基因独立的相互分离 非等位基因自由组合，不同类型的雌雄配子的受精机会相等。（二）等位基因对属于杂交子代基因性和表现型的关系杂交基因对数F1F2形成配子类型数雌雄配子组合数基因型种类数完全显性时表型种类表型分离比例n2 n4 n3 n2 n（3：1）n（三）自由组合定律的意义：了解生物多样性的原因、指导育种实践

21、三、连锁与交换规律统一亲本所具有的两个形状在杂交后代中常有相伴遗传的倾向。（一）不完全连锁和完全连锁1.基因的连锁和变换1.控制不同形状的非等位基因，位于同一对同源染色体上的不同基因位上2.连锁基因常常联系在一起，随配子共同传递到下一代3.减数分裂中，可能发生同源染色体的非姊妹染色体之间对应片段的交换，一旦发生在连锁基因之间，使位于交换片段上的等位基因互换，从而导致非等位基因间的基因重组。同源染色体之间发生交换，而是原来统一染色体的基因不再伴同遗传的现象称为基因交换。连锁基因能发生交换成为不完全连锁。4.连锁基因之间发生一次交换只涉及同源染色体的两条非姊妹染色单体。F1每个发生交换的性母细胞将

22、只会产生一半重组型配子，另一半是亲本性配子。连锁状态的两对基因杂种产生的重组型胚子总是少于亲本性配子。2.完全连锁：连锁基因之间不发生交换，不出现基因重组的连锁叫做完全连锁。非常罕见，只发现雄果蝇和雌家蚕中有。5.两对基因自由组合和连锁的比较自由组合不完全连锁完全连锁两对基因杂种F1形成的配子4种亲组占50%重组占50%4种亲组大于50%重组小于50%2种亲组占100%F1测交后代表型F1自交后代F2表型4种9：3：3：14种无一定比例2种或3种比例3：1或1：2：1（二）交换值与遗传距离1.交换值=重组型配子数/总配子数（亲本+重组），数值范围在050%之间。交换值越小连锁强度越大，反之亦然

23、。是由基因在同一染色体上的相对距离决定的。以1%交换只作为一个距离单位（cM）。2.测定方法是使F1与隐形纯合体测交。对于自花授粉植物可以利用F1的自交后代F2计算。（三）基因定位（距离与顺序）与连锁图：估算出交换值就能确定遗传距离。1.两点测验：杂交获得双基因杂种（F1），然后对F1进行测交2.三点测验：相当于三次两点测验。主要步骤包括：通过杂交和测交获得F1的测交后代Ft，根据Ft确定连锁基因的顺序，最终计算交换值确定基因距离。RF=重组型配子数/总配子数3.玉米的三点测验【掌握，图略见附表】最少的个体数目是双交换性配子受精的结果（四）连锁与交换规律的意义：为基因载体提供证据，保证基因准确

24、性和完整性四、性别确定与伴性遗传（一）生物的性别确定1.生物性别主要有：XY：雄异雌同，父方决定性别。存在于哺乳类和雌雄异株的植物XO：雄缺雌同，存在于蝗虫、蟑螂、蟋蟀、虱等ZW：与XY相反，存在于鸟类ZO：与XO相反，存在于鸡鸭等家畜中2.蜜蜂和蚂蚁是由染色体的倍数决定性别的，雌性的发育还与食物有关。玉米的分化至少与两对基因（同花和雌雄）有关。海生蠕虫后缢以自由方式生存为雌性，寄生则为雄性。（二）伴性遗传1.性染色体的性状总伴随着性别遗传的现象，同样遵循遗传学基本规律。2.人类X连锁隐性遗传病：血友病、红绿色盲、进行心肌营养不良；男性多于女性，非连续遗传（外公通过女儿传给外孙） 人类X连锁显

25、性遗传病：抗维生素D性佝偻病；女性多于男性，连续遗传（父亲传给女儿），女性的子女都可能患病 Y连锁遗传：世代之间只通过男性传递五、遗传分子基础（一）遗产物质是DNA的实验证据细菌转化实验、噬菌体感染试验、烟草花叶病毒感染试验（二）基因的本质与基因概念的发展1.基因是重组、突变和功能的基本单位。根据产物不同分为蛋白质基因和RNA基因；根据产物功能不同分为结构基因（结构蛋白-酶蛋白）和调节基因2.最终能在基因产物中表达的叫外显子，否则为内含子。被一系列非编码顺序隔开的基因为隔裂基因；被多个基因利用，编码不同功能的蛋白质为重迭基因；能自发改变在染色体上原位置的基因为转座基因。六、生物的变异（一）基因

26、突变1.基因型改变的变异为可遗传变异，由于环境条件则为获得性状。遗传物质改变包括分子和染色体水平的变异。2.碱基替换突变当中，同类碱基交换为转换，反之为颠换。根据改变基因遗传信息的作用不同分为同义突变、错义突变、无义突变（UAA UAG UGA 肽链缩短）和终止密码子突变（肽链延长）3.移码突变和密码子的缺失和插入：前者位点缺少一个核苷酸，阅读错误；后者三个核苷酸同时缺失或增加4.基因突变的特点：随机性和普遍性、稀有性、多方向性（同一基因变异成不同等位基因）、可逆性、重复性、一般有害性5.人工诱变容易引发碱基对的错误（缺失、重复、倒位和移位猫叫综合症、突变性棒状眼）和DNA的损伤（分子链断裂、

27、双链交换、同链相邻碱基之间形成嘧啶二聚体、脱去核苷酸上的嘌呤碱基）（二）染色体畸变1.以染色体组（全部基因）为单位的倍数型变化为整倍型变异，若是个别的则是非整倍型变异。两个染色体组的细胞组成的个体叫做二倍体，大多数生物如此。单倍体育种纯化基因。2.染色体组非整倍型变异有：单体（2n-1）缺体（2n-2）三体（2n+1）双三体（2n+1+1）四体（2n+2）。基因剂量效应的差异会使形状发生差异。第十八讲 生命的起源与生物的进化一、生命的起源（一）生命的本质1核算是生物遗传基础，蛋白质是新陈代谢活动的基础。2.不断从环境吸收物质与能量进行的是同化作用；把自身废物排出体外并释放能量进行的是异化作用。生命是一种耗散结构。（二）生命起源的基本条件：原始大气、能源和原始海洋（三）生命起源的化学过程1.一般步骤：从无机小分子物质生成有机小分子物质、从有机小分子物质形成有机高分子物质、从有机高分子物质组成多分子体系（团聚体模型、微球体模型形成界膜）最终演变成原始生命。2.原始大气：CH4、NH3、H2O、H2、H2S、HCN等还原性气体二、生物的进化（一）生物进化的理论1.拉马克的进化说：环境多样性是生物多样性的原因，生物的发展方式有直线型（复杂）和分支型（多样）2.达尔文的自然选择学说：过度繁殖、生存