专题二生命的物质基础和结构基础

细胞的物质基础和结构基础物质基础知识细化回顾

1．组成生物体的化学元素

(1)最基本的化学元素是C。

(2)基本元素是C、H、O、N。

(3)主要元素是C、H、O、N、P、S。

(4)占细胞鲜重最多的元素是O。

(5)占人体细胞干重最多的元素是C。

2．元素种类和含量在生物界和非生物界中的关系

(1)生物界内部：不同种类的生物之间在元素种类上大体相同，但在元素的含量上相差很大。

(2)生物界和非生物界之间：①组成生物体的化学元素在无机自然界中都可找到，说明生物界和非生物界具有统一性；②同种元素在生物体和自然界中含量相差很大，说明生物界和非生物界具有差异性。

3．水的含量及功能

(1)水的含量：水是细胞中含量最多的化合物，但在不同种类的生物体中，水的含量差别较大；在同一生物的不同组织、器官中，水的含量也不相同。

(2)水的功能：结合水是细胞结构的重要组成成分，自由水是细胞内的良好溶剂、参与化学反应、运输营养物质和代谢废物等。

4．常见糖类的功能特性

(1)参与生物遗传物质组成的糖是脱氧核糖、核糖。

(2)能与新配制的斐林试剂共热生成砖红色沉淀的糖是葡萄糖、果糖、麦芽糖等。

(3)组成高等植物细胞分裂末期细胞板的糖是纤维素，存在于动物细胞质中的重要储存能量的糖是糖原。

5．脂质的种类和功能

(1)脂质中的磷脂是构成生物膜的重要成分。

(2)皮肤生发层细胞中经紫外线照射，由一种物质转化成另一种物质，并能够预防儿童佝偻病发生，此两种物质是胆固醇、维生素D。

(3)促进动物生殖器官的发育和生殖细胞的生成，激发并维持第二性征的是性激素。

6．蛋白质的合成：两分子氨基酸相互结合形成一分子二肽，失去一分子水，这种结合方式叫做脱水缩合，其场所是核糖体，该过程在遗传学上称为翻译，直接模板是mRNA，搬运氨基酸的工具是tRNA。

7．核酸的种类和组成：核酸的基本单位是核苷酸，DNA和RNA在组成上的不同点是五碳糖和含氮碱基。真核细胞中DNA主要是和蛋白质结合构成染色体，其次存在于线粒体和叶绿体中。要点归纳

一、组成生物体的元素与自然界中元素的相互关系

1．自然界中的元素与组成生物体的元素的包含关系

2．组成生物体的大量元素和微量元素都是必需元素，生物体内可能含有一些非必需元素，即生物体内含有的元素不一定都是组成生物体的元素。

3．生物和生物之间以及生物和无机自然界之间在元素的种类上都具有统一性，在元素的含量上都具有差异性；生物界和非生物界在元素种类上的统一性，保障了生物群落和无机环境间的物质循环。

三、生物体内水和生物代谢的关系

1．生物体内水的存在形式、功能及两者关系存在形式功能两者关系结合水(占5%左右)与细胞中某些大分子物质结合构成细胞结构①自由水结合水②自由水/结合水决定细胞或生物体的代谢程度，自由水/结合水的值大，表明代谢强③自由水/结合水影响生物体的抗逆性，自由水/结合水的值越大，抗性越弱；值越小，则抗性越强自由水(占95%左右)①参与反应(如光合作用、呼吸作用等)②作为良好溶剂③运输营养物质和代谢废物转化

2．生物含水量的特点

(1)不同种类的生物含水量不同，这与其生活环境有关。

(2)同一种生物的不同组织、器官含水量不同，这与其代谢强度有关。

(3)生物体在不同的生长发育期，含水量也不同。幼儿含水量多于成年人；在衰老的细胞中水分减少，细胞萎缩；植物幼嫩部分比老熟部分含水量多。

3．细胞中产生水和利用水的结构及生理过程

(1)细胞中产生水的结构及生理过程①叶绿体基质中：暗反应②线粒体中：有氧呼吸第三阶段O2＋[H]H2O③核糖体中：氨基酸脱水缩合氨基酸水＋多肽④植物高尔基体上：葡萄糖纤维素＋水⑤动物肝脏和肌肉：葡萄糖糖原＋水⑥细胞核中：DNA复制脱氧核苷酸DNA＋H2O

DNA转录产生mRNA核糖核苷酸RNA＋H2O⑦叶绿体基粒、线粒体、细胞质基质中

ADP＋PiATP＋H2O

(2)细胞中利用水的生理过程①光合作用的光反应：H2OO2＋[H]②有氧呼吸第二阶段：

C3H4O3＋H2OCO2＋[H]＋ATP③ATP水解：ATP＋H2OADP＋Pi＋能量④糖元分解：糖原＋水葡萄糖⑤大分子有机物的消化(水解)

【特别提醒】①无论是何种细胞，其含量最多的化合物都是水。②一个细胞失去一定量的自由水，只影响其代谢速率，而不会损伤细胞。但若失去的是结合水，则会损伤细胞。如种子贮存前，通过晾晒降低其自由水含量，利于贮存，如烘干种子使结合水流失，则种子的胚就会死亡。

四、糖类和脂质的比较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、类脂、固醇合成部位叶绿体、内质网、高尔基体、肝脏和肌肉主要是内质网生理作用①主要的能源物质②构成细胞结构：如糖被、细胞壁③核酸的组成成分①生物体的储能物质②生物膜的重要组成成分③调节新陈代谢和生殖联系糖类脂肪

【特别提醒】①在动物体内，糖类可以大量转化成脂肪，而脂肪只能少量转化成糖类。②脂肪和糖类的组成元素都只有C、H、O，前者的分子组成中H∶O＞2∶1，而糖类中H∶O＝2∶1，所以在有氧呼吸中，等质量的脂肪消耗的O2比糖类多，提供的能量也多。

五、蛋白质和核酸

1．区别蛋白质核酸元素组成主要是C、H、O、NC、H、O、N、P基本单位氨基酸连接方式肽键磷酸二酯键形成场所细胞质内的核糖体上细胞核、线粒体、叶绿体等功能①构成生物体和细胞；②催化作用；③调节作用；④运输作用；⑤免疫作用①遗传信息的携带者，决定生物性状；②某些RNA具催化作用

2．联系

(1)核酸控制蛋白质的合成

(2)DNA多样性、蛋白质多样性和生物多样性的关系

(3)两者均存在物种特异性，因此可从分子水平上为生物进化、亲子鉴定、案件侦破等提供依据。

(4)氨基酸数目与相应核酸的碱基(核苷酸)数目的对应关系

【特别提醒】①在基因结构中，只有编码区(原核生物)或编码区的外显子(真核生物)才能编码蛋白质。因此，上述关系只能理解为含n个氨基酸的蛋白质，至少需核糖核苷酸和脱氧核苷酸数分别为3n和6n。②以DNA为遗传物质的生物，其蛋白质结构由DNA(基因)决定，而以RNA为遗传物质的生物，其蛋白质结构由RNA决定。

●例1

(2008年江苏高考题)下列各组物质中，由相同种类元素组成的是(

)

A．胆固醇、脂肪酸、脂肪酶

B．淀粉、半乳糖、糖原

C．氨基酸、核苷酸、丙酮酸

D．性激素、生长激素、胰岛素

【解析】考查化合物的元素组成。A选项中胆固醇属于脂类，主要含C、H、O三种元素，而脂肪酶本质属于蛋白质，至少含有C、H、O、N四种元素；B选项中三种物质均为糖类，含有C、H、O三种相同的元素；C选项中氨基酸至少含有C、H、O、N四种元素，而核苷酸含有C、H、O、N、P五种元素；D选项中性激素属于脂类，主要含C、H、O三种元素，而胰岛素本质属于蛋白质，至少含有C、H、O、N四种元素。因此选B。

[答案]

B

●例2

(2009年上海理综)生物学知识中有很多互相关联的概念，我们可以用图来形象地表示这些概念间的关系，下列各项符合右图所示关系的是(

)

A．①抗体②载体③蛋白质

B．①群落②生境③生态系统

C．①神经元细胞体②神经元树突③神经元轴突

D．①细胞膜②细胞质③细胞核

【解析】图中显示①和②并列独立，但又有共同部分③。所以满足条件的是选项A，抗体和载体结构不同，但是有共同属性蛋白质。

[答案]

A拓展训练

1．(2009年上海高考题)下列有机化合物中，只含有C、H、O三种元素的是(

)

A．氨基酸B．核苷酸C．脱氧核糖 D．磷脂

【解析】氨基酸主要由C、H、O和N四种元素组成，核苷酸由C、H、O、N和P组成，脱氧核糖是一种五碳糖，只由C、H和O组成，磷脂由C、H、O、N和P组成。

【答案】

C

2．(2009年上海高考题)某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。该蛋白质至少有氧原子的个数是(

)

A．n－m B．n－2m C．n＋m D．n＋2m

【解析】由氨基酸的结构通式可知一个氨基酸至少有两个氧原子，形成蛋白质缩合过程中要脱去水，2n－(n－m)＝n＋m。

[答案]

C

3．(2008年天津理综)下列关于蛋白质和氨基酸的叙述，正确的是(

)

A．具有生物催化作用的酶都是由氨基酸组成的

B．高等动物能合成生命活动所需的20种氨基酸

C．细胞中氨基酸种类和数量相同的蛋白质是同一种蛋白质

D．在胚胎发育过程中，基因选择性表达，细胞会产生新的蛋白质

【解析】考查蛋白质的相关知识。构成蛋白质的基本单位是氨基酸，人体所必须的氨基酸共有20种，其中有8种是人体不能合成的，必须从食物中获得，称为必需氨基酸。酶的主要成分是蛋白质，还有少量的RNA。蛋白质具有多样性，其原因是构成蛋白质的氨基酸种类、排列顺序、数量以及肽链的空间结构不同。在细胞分化过程中，基因选择性表达，形成不同的mRNA和不同的蛋白质。

[答案]

D

4．(2008年广东高考题)请回答以下有关细胞物质组成和功能的问题：

(1)细胞中含有N元素的生物大分子是________。

A．核苷酸和糖原B．胰岛素和核酸

C．氨基酸和胰高血糖素D．血红蛋白和纤维素

(2)细胞中的糖类可以分为3类，其中可以被消化道直接吸收的是____________，完全由葡萄糖缩合而成的二糖是__________。

(3)构成细胞膜的脂质是__________和__________。

(4)癌细胞转移与细胞膜上__________减少有关。

【解析】本题考查了生物学基础知识，涉及了细胞的组成元素和化合物等。含N元素的分子有核苷酸、胰岛素、核酸、氨基酸、胰高血糖素和血红蛋白。其中含N的大分子有胰岛素、核酸、胰高血糖素和血红蛋白。能被消化道直接吸收的糖是单糖，由两分子葡萄糖构成的二糖是麦芽糖。细胞膜是由蛋白质、磷脂、胆固醇和糖类组成的。

[答案]

(1)B

(2)单糖麦芽糖(3)磷脂胆固醇(4)糖蛋白生命的结构基础知识细化回顾

1．细胞是进行生命活动的基础细胞是生物体结构和功能的基本单位，细胞进行一切生命活动的基础是细胞具有非常精细的结构和复杂的自控功能。

2．细胞膜的组成及功能

(1)研究细胞膜的化学组成，大都用动物细胞的红细胞等作为研究材料。

(2)细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子构成，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。

(3)糖蛋白除具有识别作用外，消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白还具有保护和润滑作用。

(4)细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特性是具有选择透过性。

3．细胞的生物膜系统生物膜的化学组成相似，基本结构大致相同。内质网膜可与外层核膜、细胞膜、线粒体膜直接相连。在真核细胞的细胞器中，核糖体和中心体不是生物膜系统的组成成分。

4．细胞膜的物质运输

(1)离子和小分子物质进出细胞主要通过自由扩散和主动运输方式。

(2)大分子和颗粒性物质进出细胞主要通过内吞和外排作用。

5．细胞器的分布及其特性

(1)动植物细胞中共有的细胞器有线粒体、内质网、高尔基体、核糖体。

(2)动物及低等植物特有的细胞器是中心体。

(3)含有核酸的细胞器是线粒体、叶绿体、核糖体。

(4)与细胞分裂直接相关的细胞器是核糖体、中心体、高尔基体、线粒体等。

(5)在光学显微镜下能够观察到的细胞器是线粒体、叶绿体、液泡等。

6．染色体的物质组成染色体主要由DNA和蛋白质构成，欲验证两种物质的存在，可分别使用二苯胺试剂和双缩脲试剂。

7．原核细胞与真核细胞的比较

(1)原核细胞与真核细胞相比最大的区别是没有由核膜包围的细胞核。

(2)原核细胞细胞壁的主要成分是由糖类与蛋白质结合而成的化合物，而支原体无细胞壁。

(3)细胞生物所共有的细胞器是核糖体，细菌的遗传物质存在于拟核和质粒中。特别提醒：原核细胞没有除核糖体外的其他细胞器。原核细胞无线粒体，但有可能进行有氧呼吸。原核生物有生物膜，但没有生物膜系统。原核生物无染色体、无等位基因、无减数分裂，变异来源是基因突变，遗传不遵循孟德尔定律。要点归纳

一、生物膜结构及功能上的联系

1．生物膜在结构上的联系

(1)各种生物膜在结构上大致相同，都由磷脂双分子层构成基本骨架，蛋白质分布其中。

(2)结构上的联系

2．功能上的联系(以分泌蛋白的合成、加工、运输为例)

3．细胞膜功能的物质和结构基础

(1)物质运输：磷脂分子和蛋白质分子的流动性；载体蛋白的种类和数量。

(2)识别功能：糖蛋白。

(3)信息传递：与激素结合的靶细胞细胞膜表面的受体；与递质结合的突触后膜上的受体。

【特别提醒】①生物膜系统为真核生物特有。②生物膜指生物体内的所有膜，生物膜系统指这些膜及具膜细胞器所形成的在结构和功能上相互联系的结构体系。

二、验证细胞膜的生理特性

1．细胞膜的流动性

(1)原因：构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子是流动的。

(2)验证实验：利用荧光物质或放射性同位素标记构成细胞膜的蛋白质分子，将已标记的细胞与未标记细胞诱导融合，追踪观察标记的蛋白质分子在融合细胞膜上的分布情况即可证明。

2．细胞膜的选择透过性的验证实验有多个方案，下面仅提供两个方案作为参考：(2)含不同矿质元素的培养液＋不同植物↓测得培养液中各矿质离子的初始浓度↓培养一段时间测得实验结束时培养液中各矿质离子浓度↓比较同一植物吸收不同矿质离子及不同植物吸收同一矿质离子的情况↓得出结论

三、细胞内细胞器的分类归纳分布植物特有的细胞器叶绿体动物和低等植物特有的细胞器中心体动植物都有的细胞器线粒体、内质网、高尔基体、核糖体主要存在于植物中的细胞器液泡主要存在于动物中的细胞器中心体、溶酶体真核和原核细胞共有的细胞器核糖体结构不具膜结构的细胞器核糖体、中心体具单层膜的细胞器内质网、高尔基体、液泡、溶酶体具双层膜的细胞器线粒体、叶绿体光学显微镜下可见的细胞器线粒体、叶绿体、液泡

【特别提醒】①并不是所有的植物细胞都含有叶绿体，同时植物细胞长到一定阶段才有大液泡。②细胞核也具有双层膜，但它不属于细胞器。

四、细胞膜、细胞质、细胞核与代谢的关系

1．细胞膜功能

(1)将细胞与外界环境分隔开

(2)控制物质出入细胞

(3)进行细胞间的信息交流

2．细胞质与生物代谢

(1)活细胞中的细胞质不断流动，有利于细胞内物质运输和细胞器的移动，从而为细胞代谢提供所需物质和有关条件。

(2)细胞质基质是活细胞进行新陈代谢的主要场所，为新陈代谢提供所需的物质和一定的环境条件。

(3)各种细胞器都有其独特的结构和功能，在代谢活动中既各司其职，又相互协调，共同完成复杂的生命活动。

3．细胞核与生物代谢

(1)细胞核是遗传物质贮存和复制的主要场所，是细胞遗传特性和代谢活动的控制中心。

(2)细胞核控制细胞质的代谢活动，细胞质为细胞核提供营养和能量，细胞核和细胞质是相互依存的统一整体。

【特别提醒】①原核细胞的细胞膜上有多种酶的结合位点，如呼吸酶、蓝藻的光合酶等，使酶促反应高效有序地进行。②细胞的生命活动正常进行的前提条件是细胞结构的完整性。例题解析

●例1

(2009年山东理综)真核细胞单位面积的核孔数目与细胞类型和代谢水平有关。以下细胞中核孔数目最少的是(

)

A．胰岛细胞 B．造血干细胞

C．效应B细胞(浆细胞) D．口腔上皮细胞

【解析】本题利用题目中的核孔数目与细胞的类型和代谢水平有关的信息，间接考查了选项中各细胞的类型和代谢水平的差异。且据已有的知识可知细胞的代谢越旺盛，则核孔的数目越多。A、C中的细胞分别分泌胰岛素(或胰高血糖素)和抗体，代谢旺盛。B中细胞的分裂能力很强，代谢旺盛。只有D为高度分化的细胞，代谢较弱。故而D中的口腔上皮细胞的核孔数目最少。

[答案]

D

●例2

(2009年广东理基)黄曲霉毒素是毒性极强的致癌物质，有关研究发现，它能引起细胞中的核糖体不断从内质网上脱落下来，这一结果直接导致(

)

A．核仁被破坏 B．染色体被破坏

C．细胞膜被破坏 D．蛋白质合成受到影响

【解析】核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关，染色体和细胞膜中都含有蛋白质，而蛋白质是在核糖体上合成的，细胞中的核糖体不断从内质网上脱落下来，这一结果直接导致蛋白质合成受到影响。

[答案]

D

●例3

(2009年广东A卷)下图所示的细胞可能是(

)

A．酵母细胞 B．原核细胞

C．动物细胞 D．植物细胞

【解析】据图可知此细胞只有核糖体一种细胞器，真核生物细胞中还含有线粒体、高尔基体等细胞器。选项A、C、D都为真核细胞，所以答案为B。

[答案]

B

●例4

(2009年江苏高考题)细胞作为生命活动的基本单位，其结构和功能高度统一。下列有关叙述正确的是(

)①卵细胞体积较大有利于和周围环境进行物质交换，为胚胎早期发育提供所需养料②哺乳动物成熟的红细胞表面积与体积之比相对较大，有利于提高气体交换效率③小肠绒毛上皮细胞内有大量的线粒体，有助于物质运输的能量供应④哺乳动物成熟精子中细胞质较少，有利于精子运动

A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④

【解析】本题考查的是细胞大小与物质交换之间的关系。细胞体积越大，相对表面积越小，细胞与周围环境进行的物质交换越慢，故①错，②正确。线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，为细胞提供能量，因此③正确，而精子的细胞质大部分都消失，只保留细胞核，利于运动，因此选择B。

[答案]

B

【解析】由甲图中有叶绿体和大的液泡可知，甲为叶肉细胞，乙为根尖分生区细胞。植物细胞成熟后才能发生质壁分离，成熟的标志是有了大的液泡。6为细胞壁，主要成分为纤维素和果胶。植物细胞中有双层膜的细胞器是线粒体和叶绿体。4为线粒体，5为叶绿体，叶绿体有片层结构，线粒体有嵴；线粒体在有氧条件下都要消耗氧气；两者都能产生ATP。叶肉细胞不具有分裂增殖能力，细胞核DNA只转录不复制，转录产生的RNA经核孔进入细胞质中，不会出现染色体和染色质的相互变化，而根尖分生区细胞具备增殖能力，细胞核DNA既转录又复制。

[答案]

(1)乙甲[1]大液泡(2)纤维素和果胶(3)线粒体叶绿体(4)A

(5)①③⑤②④⑤课堂训练

1．(2009年北京理综)细胞膜在细胞的生命活动中具有重要作用。下列相关叙述不正确的是(

)

A．细胞膜的糖被在细胞间