细胞与外界的物质交换 - 徐汇教育

1、第二节 生物体中的化合物一、 教学目标【知识与技能】掌握体内各有机物和无机物在生物体内含量、作用及有机物的组成单体。【过程与方法】通过各生物体水分含量比较了解水分的重要性；通过举例理解水分和无机盐的作用；通过化学反应过程了解多糖、脂质及蛋白质的形成过程；通过画图比较的方法理解8种核苷酸的不同；了解维生素的分类。【情感、态度与价值观】通过各化合物形成过程的分析使学生理解生物的复杂性，从激发学生的学习热情。二、 学习重点和难点【重点】各种化合物的功能及分子组成【难点】各种化合物的功能及分子组成三、 教学准备【教学器材】ppt【教学资源】ppt、网络四、 教学内容【教学流程】水含量作用无机盐存在形式

2、各元素作用糖类分类各类的作用脂质分类各类的作用蛋白质氨基酸的种类脱水缩合反应蛋白质的作用核酸核酸的种类和组成单位核酸的功能维生素分类及吸收方式【教学过程】 生物体内的化合物有很多种，粗略的分可分为无机物和有机物。其中无机物主要有水和无机盐，有机物主要有糖类、脂质、蛋白质、核酸和维生素。下面介绍第一种无机化合物水。（一）水下面我们通过表格来体会一下不同生物体内的含水量。通过表格中可以看出，水母的含水量高达97%，陆生植物或动物大约为60%，而两栖类蛙含水量为78%。所以水是生物体内含量最多的化合物。通过比较我们可以看出：陆生、两栖、水生生物含水量依次升高，这与生物所生存的环境有关。人体内含水量为

3、65%，当缺水10%时，生理状态会发生紊乱，如高烧不退等；当缺水20%时，生命即终止。我们在观察人体不同组织器官的含水量情况表，我们会发现骨骼牙齿等生命活动不旺盛的结构含水量较低，血液和脑等生命活动旺盛的结构含水量较高。所以，水的含量与新陈代谢情况有关。那么水在生物体内到底有哪些作用呢？1.水是水是生物体内各种化学元素反应的理想介质；2.参与营养物质的输送和代谢废物的排除；3.保持体温恒定。（二）无机盐生物体内的无机物除了水之外还有无机盐，多数无机盐在生物体内以离子形式存在，如PO43- Mg2+ Ca2+ Fe2+等，无机盐在生物体内有两大作用：1.细胞内某些复杂化合物的重要组成部分；PO4

4、3-磷脂、核酸成分Mg2+ 叶绿素分子必需成分Ca2+、Mg2+酶的活化因子和调节因子Fe2+血红蛋白成分2.保持一定比例，调节生物体内渗透压和pH值（三）有机分子的功能基团除了水、无机盐之外，糖类、脂质、核酸和蛋白质等生物有机分子也是生物体的重要组成成分。碳元素是构成有机化合物的重要组成元素，碳原子之间有的以单键连接，有的以双键连接，可以形成不同长度的链状结构。 有机物中除碳元素相连外，碳元素还和H、O、N、P、S连接组成不同的原子团，又称功能基团。这些基团可引起生物体间特定的化学反应，主要的基团有羧基、羟基、氨基、磷酸基等基团。这些基团将成为我们理解有机物的重要基础。（四）糖类 人们将符合

5、化学式(CH2O)n的物质称为糖类，但这里请注意糖类只是满足某一通式的化合物，这类化合物与通常意义上所说有甜味的糖是不同的。糖类物质不仅是维持生命活动所需能量的来源（如葡萄糖），也是组成生物体内重要化合物的组成成分。 糖类按照他们的结构可分为单糖、双糖和多糖。下面我们分别介绍每一类糖类化合物。1. 单糖单糖是不能水解的最简单的糖，按照单糖所含碳原子数的多少可分为五碳糖和六碳糖。生物体内的五碳糖主要有核糖（C5H10O5）和脱氧核糖（C5H10O4），由于脱氧核糖分子中比核糖少了一个氧原子所以称作脱氧核糖。核糖是构成RNA的重要组成成分，脱氧核糖是构成DNA的重要组成成分，而DNA和RNA是生物

6、体的遗传物质。葡萄糖和果糖都是生物体内的六碳糖，分子式都是C6H12O6。葡萄糖经氧化分解产生的能量可共用生物体生命活动的需要，而生物体内所需的能量大多通过葡萄糖氧化分解来提供，所以葡萄糖是生物体内的主要能源物质2. 双糖双糖是指由两个单糖分子经脱水缩合连在一起的糖类，分别位于两个单糖上两个羟基脱去形成水，而两个单糖分子通过氧原子连接在一起形成复杂的化合物双糖。常见的双糖有蔗糖、乳糖和麦芽糖，它们的分子式都是C12H22O11。蔗糖是一种植物双糖，主要从甘蔗和甜菜中提炼出来；乳糖是一种动物多糖，主要来自于乳汁当中；麦芽糖在发芽的小麦种子种常见。这些双糖在酶的作用下都可以水解为单糖，为生物体提供

7、生命活动所需的能量。3. 多糖多糖是指由葡萄糖分子经脱水缩合连在一起形成的复杂糖类，如植物中的淀粉、纤维素，动物肝脏和肌肉中的糖原都是多糖。淀粉是许多植物的储能多糖。淀粉在植物体内以颗粒状存储在叶绿体、块茎、块根中。干燥后成颗粒状。由于淀粉是由很多单糖经脱水缩合形成的，所以含有的能量也高，故称为植物的储能多糖。纤维素是植物体普遍存在的另外一种多糖，它是构成植物细胞壁的主要成份，他是细胞壁具有较强的韧性，大多数动物不具有水解纤维素获得葡萄糖的能力，所以许多动物并不以植物为食。4.脂类：脂类是生物体内另一大有机化合物，它主要由C、H、O三种元素构成，还含有N和P等元素。按他们的化学结构可以分为三大

8、类：脂肪、磷脂和固醇。他们虽然在结构上有较大的差异，但他们有共同的性质：他们都易溶于酒精，而不溶于水。脂肪是我们所熟知的化合物，在动物体内的是动物脂肪，在植物的种子中含有较多的植物油。在动物体内当能源物质过剩时，首先转化为糖原，然后在转化为脂肪将过多的能源贮存起来；而植物体内可以转化为淀粉，但也能转化为植物的脂类物质油。将1g的脂肪完全氧化所释放的能量要比1g葡萄糖或蛋白质所释放的热量两倍还多。所以说脂肪是主要的贮存能源的物质。南极的鸭子企鹅为什么有那么厚的脂肪呢？除了要贮存能量，还有一个作用就是维持体温，这主要是因为脂肪的阻热系数比较大，能够较好的阻止热量传递。而第三个作用：缓冲外界对身体的

9、作用力。拳击手长的块头都很大，一方面是由于它的肌肉练习的比较多，而另一方面，他们要贮存一定量的皮下脂肪，让他们能够抗击打，减小损伤。那么为什么动物内脏表面有脂肪呢？它主要是为了减小内脏之间的摩擦，这也是脂肪的第四个生理作用。生物体内还有另外一种脂类化合物：磷脂类。它主要构成细胞膜、核膜和细胞器膜等生物与膜有关的结构。这在细胞结构里我们会详细介绍的。还有一种磷脂类化合物固醇类。维生素D，是生物体比较重要的脂类化合物，VitD可以调节生物体内Ca的代谢，促进骨的生长，如果VitD缺乏会使人体软骨化、儿童佝偻病。所以说固醇类化合物有调节生物体生长发育及代谢的能力。性激素也属于固醇类化合物，它能够促进

10、性器官的发育和成熟。胆固醇也属于此类化合物，当胆固醇含量过高时，会出现动脉硬化，血管阻塞引起高血压、心脏病等疾病。所以说固醇有调节生长发育和代谢的功能。5.蛋白质第三大类有机化合物，也是我们要掌握的重点蛋白质类化合物。占细胞干重的50%，主要由C、H、O、N和P、S等元素组成。而它的基本结构单元是20种氨基酸。对于氨基酸的认识我们可以从甲烷开始，甲烷在碳原子周围由四个氢原子，而我们的氨基酸是在此基础上进行一定的修饰。其中一个氢原子被羧基所取代，而另一个氢原子被一个氨基所取代，注意这里的氨基和羧基是连接在同一个碳原子上的。还有一个氢原子被R基所取代，这里的R基代表连接在碳原子上的基团。R基代表的

11、基团不同，所构成的氨基酸也不同。比如说如果R基代表一个氢原子，那么此氨基酸就是甘氨酸，而如果R基代表一个甲基那么此氨基酸就是丙氨酸。氨基酸分子可相互连接，一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相互作用，脱去一分子水，而羧基和氨基所构成的化学键称为肽键。氨基酸通过肽键连接而形成的化合物叫肽。而这样的反应过程叫脱水羧合。有这样两个氨基酸所形成的化合物叫做二肽，我们可以看到在二肽分子中还有一个自由的氨基和一个自由的羧基，他们和其他氨基酸的氨基和羧基形成化合物。由几个氨基酸分子构成的化合物我们就称它为几肽，而由多个氨基酸分子构成的化合物就称为多肽。下面我们来做一道练习题，一条多肽由n个氨基酸构成

12、，则这条多肽称为多少肽？对，是n肽！其中包括多少个肽键呢？应该是n-1个，我们说二肽有一个肽键，三肽由两个肽键，那么n肽就有n-1个肽键了。那在形成过程中形成多少分子水呢？应该跟所形成的肽键数是一样的，对吧？所以应该形成n-1个水分子。那么在此化合物中至少应含有多少个羧基，多少个氨基呢？这可能由一些难度，我们不妨把它改成选择题：A.n、n B.n-1、n-1 C.n+1、n+1 D.1、1应该是哪个答案？对，应该是D答案，他们都是1，其余的氨基和羧基都已经形成了肽键。那么如果是a条多肽那么结果又是怎么样的呢？因为上面是一条多肽链，那么a条多肽链就应该将上面所有的1换成a就可以了，所以各空的答案

13、应该是n、n-a、n-a、a、a。其实蛋白质是多种多样的，我们可以看一下下面一个有趣的现象：由o、s、p、t这四个英文字母可以形成很多英语单词：spot、stop、post等等，这可以看出虽然这些单词的组成元素相同，但由于字母的排列次序不同造成所形成的化合物也不同，如果每个字母代表一种氨基酸，那么他们所构成的多肽也应该不同。而一条或几条多肽经过一定的修饰和空间折叠就会形成蛋白质。这里的排列不同其实就是造成蛋白质多样性的原因：组成蛋白质的氨基酸排列顺序不同。而如果本身构成蛋白质的氨基酸种类和数目就不同，自然就会造成所形成的蛋白质不同。而第三个原因，也是我们比较难以理解的原因：蛋白质分子的空间结构

14、不同。我们可以这样想：给你一串项链，让你放入一个很小的盒子里，那么就要将它折叠或缠绕起来，二十个人将有二十种不同的放法。如果把这里的项链看成是氨基酸的排列次序，而珠子则是上面的氨基酸，而我们折叠的就是我们蛋白质的空间结构，而不同的折叠方法造成了不同的空间结构。所以这就是蛋白质多样性的原因。那蛋白质既然如此多样，他们在身体内部将履行怎样的作用呢？我们说肌肉属于蛋白质的范围，所以说蛋白质的第一个作用是细胞和生物体的重要物质。蛋白质还有催化功能，这主要是指生物体内的一类蛋白质酶。他在体内就相当于化学中的催化剂，它可以催化一系列的化学反应。有些蛋白质具有运输能力这主要是指什么？我讲过的，与血液有关：血红蛋白，它可以运输氧气嘛！胰岛素也属于蛋白质，它可以调节生物体内糖类的代谢。蛋白质还具有免疫功能，大家都听说过免疫球蛋白吧！它就是与免疫功能相关的一大类蛋白。还有抗原抗体大家有没有概念，它就是在免疫过程中产生出来的蛋白，来消灭生物体内的异物。这样我们就把蛋白质相关的内