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。

二、运用“元素”的观点分析问题1．从化合物的元素组成分析其代谢产物糖类、脂质、蛋白质的组成元素中都含有C、H、O三种元素，可推知其代谢产物中都有CO2和H2O；蛋白质中还含有N元素，故其代谢产物中还有尿素。2．从元素含量上分析物质氧化分解时释放能量的多少脂肪中氧的含量少于糖类，而氢的含量多于糖类，因此，等质量的脂肪和糖类彻底氧化分解时，脂肪消耗的氧气较多，释放的能量也更多。3．同位素标记法在实验中的应用利用同位素标记法，可以证明光合作用释放的氧全部来自于水，此外，还可用于证明根吸收的矿质元素是通过导管向上运输的；在噬菌体侵染细菌实验中，证明DNA是遗传物质；证明DNA的半保留复制方式；验证分泌蛋白的合成、运输和分泌途径。4．从元素的功能分析光合作用与人体健康

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＋H2ODNA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