组成生物体的化合物

第2讲组成生物体的化合物考纲要求三年考情组成生物体的化合物2011四川;2011重庆;2011全国卷一、组成细胞的化合物水蛋白质(1)细胞内含量最多的化合物:___。(2)细胞内含量最多的无机化合物:___。(3)占细胞鲜重最多的化合物:___。(4)细胞内含量最多的有机化合物:_______。(5)占细胞干重最多的化合物:_______。水水水蛋白质蛋白质二、细胞中的水和无机盐1.水(1)写出A、B、C、D反映出的以上两种水的功能:A.组成_________;B.提供细胞生活的_____环境;C.作为_______,参与反应;D.有利于_________。细胞结构液体反应物物质运输(2)自由水和结合水的转换:温度升高后,_______可转换为_______,自由水与结合水的比例会_____,新陈代谢会_____。2.无机盐(1)在细胞中的存在形式:主要是_____。(2)生理作用:①是细胞内某些复杂化合物的重要组成部分,如Mg2+参与________合成;Fe2+参与_________合成。②维持生物体的_________。结合水自由水升高增强离子叶绿素血红蛋白生命活动三、糖类和脂质1.糖类(1)组成元素:___________。(2)结构单元是_____。(3)类别:①单糖:如葡萄糖、果糖、_____、_________等。②二糖:如_____、_______、乳糖等。③多糖:_______、淀粉和_____等。碳、氢、氧单糖核糖脱氧核糖蔗糖麦芽糖纤维素糖元(4)填写与以下功能对应的糖类名称:①细胞内重要的能源物质是_______。②植物细胞壁的基本组成成分是_______。③生物体内重要的储能物质是_____和_____。葡萄糖纤维素淀粉糖元2.脂质的种类及其功能(连线)四、蛋白质1.氨基酸及其种类(1)写出图中结构名称:a._____;c._____。(2)对图中两种氨基酸比较,写出氨基酸的结构通式:(3)氨基酸的不同取决于R基的不同,图中两种氨基酸的R基分别是_____。羧基氨基b、d2.写出下图所示的过程或物质或结构名称(1)过程①名称:_____________;场所:_______。(2)物质②:_____。(3)结构③:_____,其结构简式为:___________。(4)H2O中H的来源:__________________________。(5)多个氨基酸发生该反应,产物名称为:_____。—NH—CO—一个来自氨基,一个来自羧基多肽二肽脱水缩合反应核糖体肽键3.蛋白质多样性的原因(1)组成蛋白质的氨基酸的___________、排列次序不同;(2)氨基酸形成的肽链的_________不同。4.蛋白质及其相应功能(连线)种类、数目空间结构五、核酸的结构和功能C、H、O、N、P脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸细胞核叶绿体线粒体染色体细胞质考点一细胞中的水和无机盐

1.细胞中的水(1)结合水与自由水的比较:含量存在形式生理作用结合水大约4.5%与其他物质结合在一起细胞结构的重要组成成分自由水大约95.5%细胞中自由流动、以游离状态存在良好溶剂、运输作用、液体环境、原料(2)细胞中水的产生和利用:2.细胞中的无机盐(功能)(1)细胞内某些复杂化合物的重要组成部分:无机盐参与形成的化合物N(NO3-)蛋白质、ATP(ADP)、叶绿素、核酸(DNA或RNA)P(PO43-)ATP(ADP)、磷脂、核酸(DNA或RNA)Mg2+叶绿素组成成分S(SO42-)某些蛋白质的特征元素Fe2+动物血红蛋白I-甲状腺激素(2)维持生物体的正常生命活动。例如,哺乳动物血液中Ca2+含量过低就会出现抽搐,I-缺乏易患地方性甲状腺肿,Fe2+缺乏易患贫血等。(3)维持生物体的平衡。例如,维持血浆pH稳定的HCO3-、HPO42-

，维持细胞外液渗透压稳定的Na+、Cl-。【典例1】结合下列曲线,分析有关无机物在生物体内含量的说法,错误的是(

)A.曲线①可表示人一生中体内自由水与结合水的比值随年龄变化的曲线B.曲线②可表示细胞呼吸速率随自由水与结合水比值的变化C.曲线③可以表示一粒新鲜的玉米种子在烘箱中被烘干的过程中,其内无机盐的相对含量变化D.曲线①可以表示人从幼年到成年体内含水量的变化【解析】选C。随着新鲜的玉米种子在烘箱中被烘干,水分不断减少,无机盐相对含量逐渐增多,最后达到稳定,C项错误。随着年龄增加,人体内含水量逐渐减少,新陈代谢速率减慢,自由水与结合水比值下降,A、D项正确。自由水与结合水比值增大,会导致细胞呼吸速率加快,B项正确。【变式训练】关于生物体内水和无机盐的叙述,不正确的是(

)A.体内参与运输营养物质和代谢废物的水是自由水B.某些无机盐是组成ATP、RNA和纤维素的必需成分C.生物体内无机盐浓度的大小会影响细胞的吸水或失水D.自由水与结合水的比值随生物个体代谢的强弱而变化【解析】选B。B项中纤维素的组成元素是C、H、O,没有无机盐,因此是错误的。A、C、D三项是正确的:A项正确反映自由水的功能之一;C项生物体内无机盐浓度的大小会影响细胞吸水或失水;D项正确反映自由水和结合水比值与代谢的关系。考点二糖类、脂质的种类和作用

1.糖类的不同分类标准(1)按化学性质分:(2)按功能分:②细胞生命活动的重要能源物质:葡萄糖。③细胞的储能物质:淀粉、糖元。2.糖类、脂质的分类3.糖类和脂质的比较比较项目糖类脂质区别元素组成C、H、OC、H、O(N、P)种类单糖、二糖、多糖脂肪、磷脂、固醇合成部位淀粉:叶绿体纤维素:高尔基体糖元:肝脏、肌肉主要是内质网生理作用①重要的能源物质②构成细胞结构,如糖被、细胞壁③核酸的组成成分,如核糖①生物体的储能物质,如脂肪②构成生物膜的重要成分,如磷脂③调节新陈代谢和生殖,如性激素联系【典例2】(2010·海南高考)下列关于糖的叙述,正确的是(

)A.葡萄糖和果糖分子均有还原性B.葡萄糖和麦芽糖可被水解C.构成纤维素的单体是葡萄糖和果糖D.乳糖可以被小肠上皮细胞直接吸收【解析】选A。糖类分还原糖和非还原糖。常见的还原糖有葡萄糖、果糖、麦芽糖等;葡萄糖属于单糖,不可以被水解;纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖;乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合形成,需水解成单糖后被吸收。【变式训练】如图是油菜种子在萌发过程中,可溶性糖和脂肪的变化曲线。下列分析正确的是(

)A.干重相等的可溶性糖和脂肪,所储存的能量大致相同B.种子萌发时,由于可溶性糖更多地转变为脂肪,种子需要的N增加C.种子萌发时,脂肪酶的活性很高D.种子萌发时,生命活动的直接能源物质是可溶性糖【解析】选C。干重相等的可溶性糖和脂肪,脂肪储存的能量较多。种子萌发时,脂肪酶的活性很高,可以将脂肪转变为可溶性糖,可氧化供能。种子萌发时,生命活动的直接能源物质是ATP。考点三蛋白质的结构及其多样性

1.蛋白质的结构层次2.蛋白质形成过程分析(1)一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基,分别位于肽链的两端;其余的氨基和羧基在R基上。(2)生成的H2O中的H来自于—COOH和—NH2,而O则只来自于—COOH。(3)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。【高考警示】(1)导致蛋白质结构多样性的四个原因,并非同时具备才能确定两个蛋白质分子结构不同,而是只要具备其中的一点,这两个蛋白质的分子结构就不同。(2)由于基因的选择性表达,同一生物的不同细胞中蛋白质种类和数量会出现差异。(3)在核糖体上合成的是多肽,而不是蛋白质,多肽必须经内质网和高尔基体加工后,才能形成有一定结构和功能的蛋白质。【典例3】如图为某细胞中一条肽链的结构简式,R1、R2和R3是3个不同的化学基团。下列有关分析中不正确的是(

)A.该肽链中的肽键数是2B.该肽链是由3个氨基酸脱去2分子水缩合形成的C.该肽链中一定只含有1个羧基D.该肽链水解可产生3种氨基酸【解析】选C。图中所示的化合物为三肽,有2个肽键,是由3个氨基酸脱去2分子水缩合形成的。由于R1、R2、R3不同,故水解后可产生3种氨基酸。R基中也可能含有羧基,故C项错误。【互动探究】(1)若上图多肽中R1中含有氨基,R2中含有羧基,它们能参与脱水缩合吗?提示:不能。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。一般而言,R基中的氨基和羧基不参与脱水缩合。(2)高温使蛋白质变性时是否破坏了氨基酸之间的肽键?提示:高温使蛋白质变性的原因不是破坏了氨基酸之间的肽键,而是破坏了肽链盘曲折叠形成的空间结构。【变式训练】如图表示有关蛋白质分子的简要概念图,下列对图示分析正确的是(

)A.A中肯定含有SB.①过程发生所需的模板和运输B的工具都由4种核糖核苷酸组成C.蛋白质的结构多样性与B的连接方式无关,但是与肽键的空间结构有关D.蛋白质结构和功能的多样性是生物多样性的根本原因【解析】选B。蛋白质的构成元素主要是C、H、O、N,有的含有S、Fe等;氨基酸脱水缩合成多肽是以mRNA为模板,由tRNA运载氨基酸到核糖体上完成的,mRNA和tRNA的基本单位为4种核糖核苷酸;蛋白质的多样性与肽键的空间结构无关,与氨基酸的种类、数目、排列次序和肽链的空间结构有关。生物多样性的根本原因是遗传物质的多样性。考点四蛋白质合成过程相关计算

1.肽键数、脱去水分子数、蛋白质相对分子质量的计算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1n-1n-1至少1个至少1个na-18(n-1)mn-mn-m至少m个至少m个na-18(n-m)2.蛋白质中氨基或羧基数的计算(1)至少含有的游离氨基(或羧基)数目=肽链条数。(2)游离氨基(或羧基)数目=肽链数+R基中氨基(或羧基)数=各氨基酸中氨基(或羧基)的总数-肽键数。3.多肽中原子数计算(1)H原子数=各氨基酸的H原子数之和-2×脱水数。(2)O原子数=肽键数+2×肽链数+R基上的O原子数=各氨基酸的O原子数之和-脱水数。(3)N原子数=肽键数+肽链数+R基上的N原子数=各氨基酸中N原子数之和。同理,其他原子的计算方法是:多肽中的原子数=各氨基酸的相应原子数之和。4.多肽种类的计算假若有A、B和C3种氨基酸,由这3种氨基酸组成多肽的情况可分如下两情形分析:(1)A、B、C3种氨基酸,每种氨基酸数无限的情况下,可形成肽类化合物的种数:形成三肽的种数:3×3×3=33=27(种)形成二肽的种数:3×3=32=9(种)(2)A、B、C3种氨基酸,且每种氨基酸只有一个的情况下,可形成肽类化合物的种数:形成三肽的种数:3×2×1=6(种)形成二肽的种数:3×2=6(种)【典例4】某直链多肽的分子式为C22H34O13N6,其水解后共产生下列3种氨基酸,相关叙述正确的是(

)A.合成1分子该物质将产生6个水分子B.在细胞中合成该物质时只需要3种tRNAC.该多肽分子中含1个氨基和1个羧基D.每个该多肽分子水解后可以产生3个谷氨酸【解析】选D。3种氨基酸分子中各含1个氨基,每个氨基酸只有1个氮原子,脱水缩合中数量不会改变,所以应该叫六肽。合成1分子该物质将产生5个水分子;一种氨基酸可以对应一种或多种密码子,即可以由1种或多种tRNA来转运,至少需要3种tRNA;由于每个甘氨酸、丙氨酸中都含有一个羧基,而每个谷氨酸中有两个羧基,合成有机物后R基上还有2个O原子,O原子数=肽键数+2×肽链数+R基上的O原子数,即13=5+2+2×谷氨酸数,故每个该多肽分子水解后可以产生3个谷氨酸;该多肽分子含1个氨基和4个羧基。【变式训练】经分析某条多肽链中有O原子p个,N原子q个,它彻底水解后,只得到下列4种氨基酸。分析推算可知,1分子该多肽水解得到的赖氨酸个数为(

)A.p-q

B.q-pC.p-q+1 D.q-p+1【解析】选D。本题从多肽中的N原子数和O原子数入手,注意分析所给氨基酸中的O原子数和N原子数,根据脱水缩合的原理和原子守衡原理进行分析。解法1:分析法。多肽中的O原子数=肽键数+2+R基中的O原子数=氨基酸数+1+R基中的O原子数。4种氨基酸分别只含有2个氧原子,即R基中没有O原子。得p=氨基酸数+1,氨基酸数=p-1。多肽中的N原子数=肽键数+1+R基中的N原子数=氨基酸数+R基中的N原子数。赖氨酸数=R基中的N原子数=多肽中的N原子数-氨基酸数=q-p+1。考点五核酸的结构、分类和功能

1.核酸的结构层次2.核酸的分类和功能比较项目核酸DNARNA基本单位核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸分布细胞核(主要)、线粒体、叶绿体细胞质(主要)空间结构由两条脱氧核苷酸长链构成,呈现规则双螺旋结构由一条核糖核苷酸长链构成比较项目核酸DNARNA化学成分碱基A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤)T(胸腺嘧啶)U(尿嘧啶)五碳糖脱氧核糖核糖磷酸磷酸功能携带遗传信息,控制性状①作为遗传物质(有些病毒)②作为酶,具有催化功能③传递遗传信息(mRNA),运输氨基酸(tRNA),组成核糖体(rRNA)3.不同生物的核酸、核苷酸及碱基的情况生物类别核酸核苷酸碱基遗传物质举例原核生物和真核生物含有DNA和RNA两种核酸85DNA细菌、人等病毒只含DNA44DNA噬菌体只含RNA44RNA烟草花叶病毒【典例5】(2013·吉林模拟)由1分子的磷酸、碱基m和化合物a构成了化合物b,如图所示。下列相关叙述中正确的是(

)A.若m为胸腺嘧啶,则b肯定为脱氧核糖B.组成核糖体的b只有4种C.若ATP水解可形成b,则a为核糖核苷酸D.若a为核糖,则a和磷酸交替排列构成了DNA的基本骨架【解析】选B。图示b为核苷酸,m为含氮碱基,a为五碳糖。若m为胸腺嘧啶,则a为脱氧核糖,b为胸腺嘧啶脱氧核苷酸;核糖体由蛋白质和RNA构成,组成RNA的核苷酸有4种;若ATP水解可形成b,则a为核糖,m为腺嘌呤,b为腺嘌呤核糖核苷酸;DNA的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替排列构成的。【变式训练】如图为人体中的两种重要有机物B、E的组成及相互关系图,关于此图的叙述中正确的是(

)A.E和G在同一个体的不同细胞中含量基本相同B.G是遗传物质,在细胞核中合成C.B是细胞中含量最多的有机物D.鉴定B时需要水浴加热【解析】选C。结合图示分析:a是脱氧核苷酸,b是氨基酸,E是DNA,G是RNA,B是蛋白质。A项同一个体的不同细胞中DNA是相同的,RNA是不相同的。B项中E是遗传物质,G不是。D项中蛋白质(B)鉴定不需要加热。因此,A、B、D三项均是错误的。一、常见有机物组成元素的分析与推测方法【典例1】下列物质或结构在元素组成上最相似的一组是(

)A.ATP、DNA、细胞膜B.甲状腺激素、生长激素、性激素C.核糖、核糖核酸、核糖体D.淀粉、淀粉酶、控制淀粉酶合成的基因【解析】选A。本题考查构成生物体的常见化合物、结构的元素组成和识记能力,难度较小。ATP与DNA的元素组成是C、H、O、N、P,细胞膜的主要成分是磷脂与蛋白质,其元素组成也是C、H、O、N、P。甲状腺激素属于氨基酸衍生物,生长激素属于蛋白质,主要组成元素是C、H、O、N,性激素属于固醇类,组成元素是C、H、O。核糖体主要由RNA和蛋白质组成,组成元素主要是C、H、O、N,与核糖、核糖核酸不同。淀粉、淀粉酶、控制淀粉酶合成的基因分别属于糖类、蛋白质、核酸,组成元素有差别。【方法归纳】常见有机物组成元素的记忆和推测方法有以下三点:(1)通过关系图记忆有机物的元素组成:(2)通过表格归纳特殊有机物的元素组成:物质名称元素组成ATPC、H、O、N、P叶绿素C、H、O、N、Mg血红蛋白C、H、O、N、S、Fe胰岛素、胰高血糖素C、H、O、N、S甲状腺激素C、H、O、N、I(3)推测某一结构(或物质)的元素组成:首先分析该结构或物质的组成成分,再推测其元素组成。如:细胞膜→蛋白质+糖类+磷脂→C、H、O、N、P染色体→蛋白质+DNA→C、H、O、N、P核糖体→蛋白质+RNA→C、H、O、N、P病毒→蛋白质+核酸→C、H、O、N、P二、判断是否是组成蛋白质的氨基酸的方法【典例2】层粘连蛋白是一种大型的糖蛋白,由1条重链(α)和2条轻链(β1、β2)借二硫键交联而成。若将层粘连蛋白彻底水解,不可能产生的物质是(

)【解析】选D。糖蛋白由蛋白质和多糖组成,多糖彻底水解得到葡萄糖,蛋白质彻底水解得到氨基酸。选项D中—NH2和—COOH未连在同一个碳原子上,不是组成蛋白质的氨基酸。【方法归纳】组成蛋白质的氨基酸的判断可从以下两个方面进行分析:(1)判断依据:氨基酸中氨基、羧基数目和连接位置。(2)判断方法:①从数量上看:至少有一个—NH2和一个—COOH。下列不属于构成蛋白质的氨基酸:a.H2N—CH2—CH2OH⇒缺乏羧基(—COOH)b.⇒缺乏氨基②从位置上看,必须有一个—NH2和一个—COOH连在同一个碳原子上。如下不属于构成蛋白质的氨基酸:⇒氨基与羧基未连接在同一个碳原子上。1.下列有关人体内元素和化合物的叙述,正确的是(

)A.血浆的渗透压主要通过蛋白质、Na+、Cl-来维持B.ATP、磷脂、抗体、DNA的组成元素中都有C、H、O、N、PC.蛋白质分子中的N主要存在于氨基中,核酸中的N主要存在于碱基中D.人体内参与信息传递的分子都是蛋白质【解析】选A。抗体属于蛋白质,其组成元素中没有P;蛋白质分子中的N主要存在于肽键中,氨基酸中的N主要存在于氨基中;人体内参与信息传递的分子不一定是蛋白质,如激素,其化学成分有的是蛋白质,有的是固醇类(如性激素)。2.下列关于水分代谢的叙述不正确的是(

)A.大米中的“米虫”正常生活所需要的水来自淀粉消化后氧化分解产生的水B.自由水与结合水的比例随生物个体代谢的强弱而变化C.自由水是指在细胞内、细胞间可以自由流动的水D.自由水参与运输营养物质、代谢废物并维持细胞形态【解析】选C。糖类氧化分解产生二氧化碳和水;生物个体代谢越强,自由水比例越大,反之越小;自由水是相对于结合水来说的,选项C中的说法太片面;D选项是对自由水功能的描述。3.关于生物体内糖类物质的叙述,正确的是(

)A.麦芽糖在动植物细胞中都能检测到B.糖类物质在细胞内不能储存C.糖类物质都是细胞内的能源物质D.并不是所有的二糖都是由葡萄糖组成的【解析】选D。麦芽糖是植物细胞中特有的二糖,而动物细胞中没有;糖类在细胞中可以以多糖的形式储存,比如植物细胞中的淀粉,动物细胞中的糖元;糖类物质并不都是细胞内的能源物质,如纤维素不能提供能量。二糖并非都是由葡萄糖组成的,如蔗糖由葡萄糖和果糖组成。4.脂质不具有的生物学功能是(

)A.构成生物膜B.调节生理代谢C.储存能量 D.携带遗传信息【解析】选D。脂质包括脂肪、磷脂和固醇,其中固醇又包括胆固醇、性激素和维生素D。磷脂是构成细胞膜的主要成分,脂肪是生物体的主要储能物质,性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成。携带遗传信息的是核酸。5.下列有关蛋白质结构和功能的叙述中,不正确的是(

)A.各种蛋白质的基本连接键都是肽键B.各种蛋白质的结构单位都是氨基酸C.氨基酸的空间结构和种类决定了蛋白质功能D.细胞膜上的糖蛋白参与生物细胞间的信息传递【解析】选C。A正确,氨基酸脱水缩合构成蛋白质,形成的化学键是肽键;B正确,氨基酸是构成蛋白质的基本单位;C错误,结构决定功能,而影响蛋白质结构多样性的因素有氨基酸的种类、数目、排列次序以及肽链的空间结构;D正确,细胞膜上的糖蛋白是信息传递中识别信息分子的受体。6.核苷酸是生物体内的重要物质,下列有关核苷酸的说法,不正确的是(

)A.核苷酸是组成核酸分子的单体B.核苷酸是一条长链,属于生物大分子C.DNA和RNA的基本组成单位都是核苷酸D.核苷酸含有C、H、O、N、P5种元素【解析】选B。核苷酸是由五碳糖、磷酸、含氮碱基组成的小分子物质。7.请解答氨基酸和蛋白质的相关问题:(1)现有氨基酸800个,其中氨基总数为810,羧基总数为808,则由这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目分别是______、________、__________。(2)经氨基酸自动分析仪测定3种多肽化合物:催产素、牛加压素和人血管舒张素均有9个氨基酸,但其功能各不相同,最可能的原因是___________________________;构成这3种多肽最多共有____种氨基酸。【解析】(1)依据肽键数=氨基酸数-肽链数,氨基数(羧基数)=肽链数+R基中氨基数(羧基数),可得该蛋白质中肽键数=800-2=798个;氨基数=2+(810-800)=12个;同理羧基数为10个。(2)结构决定功能,尽管氨基酸数目相同,但组成多肽的氨基酸种类、排列次序不同都会导致多肽功能不同。答案:(1)798

12

10(2)组成多肽的氨基酸的种