高三生物第一輪復習生命的物質基礎

【專家解說】：第一章 生命的物質基礎 一、組成生物體的化學元素 含量占生物體總質量的萬分之一以上的元素，稱大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。生物生活所必需，但是需要量卻很少的一些元素，稱微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。 二、組成生物體的化合物 (-)糖類 1.生物學功能 參與細胞組成，是生命活動的主要能源物質。 2.組成元素及種類 糖類的組成元素為C、H、O，分單糖、寡糖、多糖三類。 單糖是不能水解的最簡單的糖類，其分類中只含有一個多羥基醛或一個多羥基酮，如葡萄糖、果糖、核糖、脫氧核糖。葡萄糖和果糖都是含6個碳原子的己糖，分子式都是C6H12O6，但結構式不同，在化學上叫做同分異構體。 核糖(C5H10O5)和脫氧核糖(C5H10O4)都是含有5個碳原子的戊糖，兩者都是構成生物遺傳物質(DNA或RNA)的重要組成成分。 寡糖(低聚糖)是由少數(shù)幾個單糖分子脫水縮合而得的糖。常見的是含有2個單糖單位的雙糖，如植物細胞內(nèi)的蔗糖、麥芽糖，動物細胞內(nèi)的乳糖，存在于藻類細菌、真菌和某些昆蟲細胞內(nèi)的海藻糖等。 多糖是由多個單糖縮聚而成鏈狀大分子，與單糖、雙糖不同，一般不溶于水，從而構成貯藏形式的糖，如高等植物細胞內(nèi)的淀粉，高等動物細胞內(nèi)的糖元。纖維素是植物中最普遍的結構多糖。 (二)蛋白質 1.生物學功能 催化、運輸、免疫、調(diào)節(jié)作用，結構和機械支持作用、收縮功能。 2.組成元素和基本組成單位 蛋白質主要由C、H、O、N四種元素組成，多數(shù)還含有S?；窘M成單位是氨基酸。除甘氨酸外，蛋白質中的氨基酸都具有不對稱碳原子，都有L-型與D一型之分，為區(qū)別兩種構型，通過與甘油醛的構型相比較，人為地規(guī)定一種為L型，另種為D一型。當書寫時-NH2寫在左邊為L型，-NH2在右為D型。已知天然蛋白質中的氨基酸都屬L型。 氨基酸與氨基酸之間可以發(fā)生縮合反應，形成的鍵為肽鍵。肽是兩個以上氨基酸連接起來的化合物。兩個氨基酸連接起來的肽叫二肽，三個氨基酸連接起來的肽叫三肽，多個氨基酸連接起來的肽叫多肽。多肽都有鏈狀排列的結構，叫多肽鏈。蛋白質就是由一條多肽鏈或幾條多肽鏈集合而成的復雜的大分子。 20種基本氨基酸中，有許多是能在生物體內(nèi)從其他化合物合成的。但其中有8種氨基酸是不能在人體內(nèi)合成的，叫必需氨酸。20種氨基酸的分類，主要是根據(jù)R基來區(qū)分的，分為脂肪族、芳香族和雜環(huán)族三類，其中脂肪族又分為中性(一氨基一羧基)、酸性(一氨基二羧基)和堿性(二氨基一羧基)氨基酸。按R基的極性分為極性和非極性氨基酸。 3.結構 蛋白質結構分一、二、三、四級結構。 一級結構:多肽鏈中氨基酸連接方式及排序。 二級結構:是指多肽鏈本身折疊和盤繞方式，這種周期性的結構是以肽鏈內(nèi)或各肽鏈間的氫鍵來維持。天然蛋白質二級結構有α–螺旋、β–折疊、β–轉角和自由回折四種。例如動物的各種纖維蛋白，它們的分子圍繞一個縱軸纏繞成螺旋狀，稱為α–螺旋。相鄰的螺旋以氫鍵相連，以保持構象的穩(wěn)定。指甲、毛發(fā)以及有蹄類的蹄、角、羊毛等的成分都是呈α–螺旋的纖維蛋白，又稱α–角蛋白。β–折疊片是并列的比α–螺旋更為伸展的肽鏈，互相以氫鑄連接起來而成為片層狀，如蠶絲、蛛絲中的β–角蛋白。 三級結構:是指在二級結構的基礎上，進一步卷曲折疊，構成一個很不規(guī)則的具有特定構象的蛋白質分子。 四級結構:是由兩條或兩條以上的具有三級結構的多肽聚合而成特定構象的蛋白質分子。構成功能單位的各條肽鏈，稱為亞基，一般地說，亞基單獨存在時沒有生物活力，只有聚合成四級結構才具有完整的生物活性。如:血紅蛋白是由4個不同的亞基(2個α肽鏈，2個β鏈)構成的，每個鏈都是一個具三級結構的球蛋白。 4.特點 (1)膠體性質:蛋白質分子量很大，容易在水中形成膠體粒，具有膠體性質。在水溶液中，蛋白質形成親水膠體，就是在膠體顆粒之外包含有一層水膜。水膜可以把各個顆粒相互隔開，所以顆粒不會凝聚成塊而下沉。 (2)變構作用:含2個以上亞基的蛋白質分子，如果其中一個亞基與小分子物質結合，那就不但該亞基的空間結構要發(fā)生變化，其他亞基的構象也將發(fā)生變化，結果整個蛋白質分子的構象乃至活性均將發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為變構或別構作用。例如，某些酶分子可以和它所催化的最終產(chǎn)物結合，引起變構效應，使酶的活力降低，從而起到反饋抑制的效果。 (3)變性作用:蛋白質在重金屬鹽(汞鹽、銀鹽、銅鹽等)、酸、堿、乙醛、尿素等的存在下，或是加熱至70~100℃，或在X射線、紫外線的作用下，其空間結構發(fā)生改變和破壞，從而失去生物學活性，這種現(xiàn)象稱為變性。變性過程中不發(fā)生肽鍵斷裂和二硫鍵的破壞，因而不發(fā)生一級結構的破壞，而主要發(fā)生氫鍵、疏水鍵的破壞，使肽鏈的有序的卷曲、折疊狀態(tài)變?yōu)樗缮o序。這種變化不可逆。 (三)核酸 1.生物學功能 核酸是遺傳信息的載體，存在于每一個細胞中。核酸也是一切生物的遺傳物質，對于生物體的遺傳性、變異性和蛋白質的生物合成有極其重要的作用。 2.種類 核酸分DNA和RNA。所有生物細胞都含有這兩大類核酸(病毒只含有DNA或RNA)。 3.組成元素及基本組成單位 核酸是由C、H、O、N、P等元素組成的高分子化合物。其基本組成單位是核苷酸。每個核酸分子是由幾百個到幾千個核苷酸互相連接而成的。每個核苷酸含一分子堿基、一分子戊糖(核糖或脫氧核糖)及一分子的磷酸組成。 DNA的堿基有四種(A、G、C、T)，RNA的堿基也有四種(A、G、C、U)。DNA中堿基的百分含量一定是A=T、G=C，不同種生物的堿基含量不同。RNA中A-U、G-C之間并沒有等量的關系。 4.結構 DNA一級結構中核苷酸之間唯一的連接方式是3’、5’-磷酸二酯鍵(5’端為磷酸)。所以DNA的一級結構是直線形或環(huán)形的結構。DNA的二級結構是由兩條反向平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸構成雙螺旋結構。常有A、B(即Watson-Crick模型)、C型和Z型(左手螺旋)。 5.性質 (1)一般性質 核酸和核苷酸既有磷酸基，又有堿性基團，為兩性電解質，因磷酸的酸性強，通常表現(xiàn)為酸性。核酸可被酸、堿或酶水解成為各種組分，其水解程度因水解條件而異。RNA在室溫條件下被稀堿水解成核苷酸而DNA對堿較穩(wěn)定，常利用該性質測定RNA的堿基組成或除去溶液中的RNA雜質。DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末;都微溶于水，不溶于一般有機溶劑。常用乙醇從溶液中沉淀核酸。 (2)核酸的紫外吸收性質 核酸中的嘌呤堿和嘧啶堿均具有共軛雙鍵，使堿基、核苷、核苷酸和核酸在240~290nm的紫外波段有一個強烈的吸收峰，最大吸收值在260nm附近。不同的核苷酸有不同的吸收特性。由于蛋白質在這一光區(qū)僅有很弱的吸收，蛋白質的最大吸收值在280nm處，利用這一特性可以鑒別核酸純度及其制劑中的蛋白質雜質。 (3)核酸的變性和復性 ①核酸的變性:是指核酸雙螺旋區(qū)的氫鍵斷裂，堿基有規(guī)律的堆積被破壞，雙螺旋松散，發(fā)生從螺旋到單鍵線團的轉變，并分離成兩條纏繞的無定形的多核苷酸單鍵的過程。變性主要是由二級結構的改變引起的，因不涉及共價鍵的斷裂，故一級結構并不發(fā)生破壞。核酸變性后，一系列物理和化學性質也隨之發(fā)生改變，如260nm區(qū)紫外吸收值升高(增色效應)，粘度下降，失去生物活性。②核酸的復性:變性DNA在適當條件(如緩慢冷卻即退火)下，又可使兩條彼此分開的鏈重新締合成為雙螺旋結構，這個過程稱為復性。DNA復性后，許多物理、化學性質又得到恢復，生物活性也可以得到部分恢復。DNA的片段越大，復性越慢;DNA的濃度越高，復性越快。 (四)脂類 脂類是生物體內(nèi)一大類重要的有機化合物，由C、H、O三種元素組成，有的(如卵磷脂)含有N、P等元素，不溶于水，但溶于乙醚、苯、氯仿和石油醚等有機溶劑。 1.生物學功能 脂類是構成生物膜的重要成分;是動植物的貯能物質;在機體表面的脂類有防止機械損傷和水分過度散失的作用;脂類與其他物質相結合，構成了細胞之間的識別物質和細胞免疫的成分;某些脂類具有很強的生物活性。 2.種類 (l)脂肪 也叫中性脂，一種脂肪分子是由一個甘油分子中的三個羥基分別與三個脂肪酸的末端羥基脫水連成酯鍵形成的。脂肪是動植物細胞中的貯能物質，當動物體內(nèi)直接能源過剩時，首先轉化成糖元，然后轉化成脂肪。在植物體內(nèi)就主要轉化成淀粉，有的也能轉化成脂肪。 (2)類脂 包括磷脂和糖脂，這兩者除了包含醇、脂肪酸外，還包含磷酸、糖類等非脂性成分。含磷酸的脂類衍生物叫做磷酯，含糖的脂類衍生物叫做糖脂。磷脂和糖脂都參與細胞結構特別是膜結構的形成，是脂類中的結構大分子。 (3)固醇 又叫甾醇，是含有四個碳環(huán)和一個羥基的烴類衍生物，是合成膽汁及某些激素的前體，如腎上腺皮質激素、性激素。有的固醇類化合物在紫外線作用下會變成維生素D。在人和動物體內(nèi)常見的固醇為膽固醇。 (五)水和無機鹽 1.水 水是細胞的重要成分，一般發(fā)育旺盛的幼小細胞中含水量較大，生命活力差的細胞組織中含水量較小，休眠的種子和孢子中含水量一般低于10%。水的作用有:水是代謝物質的良好溶劑，水是促進代謝反應的物質，水參與原生質結構的形成，水有調(diào)節(jié)各種生理作用的功能。 2.無機鹽 它在體內(nèi)通常以離子狀態(tài)存在，各種無機鹽離子在體液中的濃度是相對穩(wěn)定的，其主要作用有:維持滲透壓，維持酸堿平衡，特異作用等。 [隨堂練習] 例1.當?shù)鞍踪|溶液的pH值與蛋白質等電點相同時，蛋白質的 A.溶解度最大 B.溶解度最小 C.溶解度與溶液pH無關 D.蛋白質變性 例2.組成蛋白質的氨基酸的α--碳原子是不對稱的，但 除外。 A.丙氨酸 B.組氨酸 C.甘氨酸 D.谷氨酸 例3.組成DNA的核苷酸包括三個部分，以下哪些描述是正確的(多選)? A.堿基相同 B.磷酸基團相同 C.脫氧核糖相同 D.以上三種物質都不同 例4.氨基酸與蛋白質共有的特性是: A.膠體性質 B.沉淀反應 C.兩性性質 D.雙縮脲反應 例5.DNA與RNA分類的主要依據(jù)是:( ) A.空間結構的不同 B.所含堿基不同 C.所含戊糖不同 D.在細胞中存在的部位不同 例6.下列哪個糖是非還原糖:( ) A.D一果糖 B. D一半乳糖 C.乳糖 D.蔗糖 例7.免疫球蛋白是一種:( ) A.鐵蛋白 B.糖蛋白 C.核蛋白 D.銅蛋白 例8. 一個蛋白質分子有5條肽鏈，由1998個氨基酸組成，那么形成該蛋白質分子過程中生成的水分子個數(shù)和含有的肽鍵數(shù)分別是多少? 例9.腎上腺皮質細胞產(chǎn)生的激素其結構與以下哪一種物質結構相似?( ) A.血紅蛋白 B.膽固醇 C.酪氨酸 D.腎上腺素 例10.如果說光合作用中光反應的產(chǎn)物只有ATP、氧氣和氫，是否正確?為什么?