高三生物第一輪復(fù)習(xí)生命的物質(zhì)基礎(chǔ)

【專家解說】：第一章 生命的物質(zhì)基礎(chǔ) 一、組成生物體的化學(xué)元素 含量占生物體總質(zhì)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(xué)功能 參與細(xì)胞組成，是生命活動(dòng)的主要能源物質(zhì)。 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(gè)多羥基醛或一個(gè)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(gè)碳原子的己糖，分子式都是C6H12O6，但結(jié)構(gòu)式不同，在化學(xué)上叫做同分異構(gòu)體。 核糖(C5H10O5)和脫氧核糖(C5H10O4)都是含有5個(gè)碳原子的戊糖，兩者都是構(gòu)成生物遺傳物質(zhì)(DNA或RNA)的重要組成成分。 寡糖(低聚糖)是由少數(shù)幾個(gè)單糖分子脫水縮合而得的糖。常見的是含有2個(gè)單糖單位的雙糖，如植物細(xì)胞內(nèi)的蔗糖、麥芽糖，動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的乳糖，存在于藻類細(xì)菌、真菌和某些昆蟲細(xì)胞內(nèi)的海藻糖等。 多糖是由多個(gè)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(gòu)成貯藏形式的糖，如高等植物細(xì)胞內(nèi)的淀粉，高等動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的糖元。纖維素是植物中最普遍的結(jié)構(gòu)多糖。 (二)蛋白質(zhì) 1.生物學(xué)功能 催化、運(yùn)輸、免疫、調(diào)節(jié)作用，結(jié)構(gòu)和機(jī)械支持作用、收縮功能。 2.組成元素和基本組成單位 蛋白質(zhì)主要由C、H、O、N四種元素組成，多數(shù)還含有S。基本組成單位是氨基酸。除甘氨酸外，蛋白質(zhì)中的氨基酸都具有不對(duì)稱碳原子，都有L-型與D一型之分，為區(qū)別兩種構(gòu)型，通過與甘油醛的構(gòu)型相比較，人為地規(guī)定一種為L型，另種為D一型。當(dāng)書寫時(shí)-NH2寫在左邊為L型，-NH2在右為D型。已知天然蛋白質(zhì)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(yīng)，形成的鍵為肽鍵。肽是兩個(gè)以上氨基酸連接起來的化合物。兩個(gè)氨基酸連接起來的肽叫二肽，三個(gè)氨基酸連接起來的肽叫三肽，多個(gè)氨基酸連接起來的肽叫多肽。多肽都有鏈狀排列的結(jié)構(gòu)，叫多肽鏈。蛋白質(zhì)就是由一條多肽鏈或幾條多肽鏈集合而成的復(fù)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(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)。 一級(jí)結(jié)構(gòu):多肽鏈中氨基酸連接方式及排序。 二級(jí)結(jié)構(gòu):是指多肽鏈本身折疊和盤繞方式，這種周期性的結(jié)構(gòu)是以肽鏈內(nèi)或各肽鏈間的氫鍵來維持。天然蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)有α–螺旋、β–折疊、β–轉(zhuǎn)角和自由回折四種。例如動(dòng)物的各種纖維蛋白，它們的分子圍繞一個(gè)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(gòu)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(jí)結(jié)構(gòu):是指在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步卷曲折疊，構(gòu)成一個(gè)很不規(guī)則的具有特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。 四級(jí)結(jié)構(gòu):是由兩條或兩條以上的具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽聚合而成特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。構(gòu)成功能單位的各條肽鏈，稱為亞基，一般地說，亞基單獨(dú)存在時(shí)沒有生物活力，只有聚合成四級(jí)結(jié)構(gòu)才具有完整的生物活性。如:血紅蛋白是由4個(gè)不同的亞基(2個(gè)α肽鏈，2個(gè)β鏈)構(gòu)成的，每個(gè)鏈都是一個(gè)具三級(jí)結(jié)構(gòu)的球蛋白。 4.特點(diǎn) (1)膠體性質(zhì):蛋白質(zhì)分子量很大，容易在水中形成膠體粒，具有膠體性質(zhì)。在水溶液中，蛋白質(zhì)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(gè)顆粒相互隔開，所以顆粒不會(huì)凝聚成塊而下沉。 (2)變構(gòu)作用:含2個(gè)以上亞基的蛋白質(zhì)分子，如果其中一個(gè)亞基與小分子物質(zhì)結(jié)合，那就不但該亞基的空間結(jié)構(gòu)要發(fā)生變化，其他亞基的構(gòu)象也將發(fā)生變化，結(jié)果整個(gè)蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象乃至活性均將發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為變構(gòu)或別構(gòu)作用。例如，某些酶分子可以和它所催化的最終產(chǎn)物結(jié)合，引起變構(gòu)效應(yīng)，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(zhì)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(jié)構(gòu)發(fā)生改變和破壞，從而失去生物學(xué)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(jí)結(jié)構(gòu)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(xué)功能 核酸是遺傳信息的載體，存在于每一個(gè)細(xì)胞中。核酸也是一切生物的遺傳物質(zhì)，對(duì)于生物體的遺傳性、變異性和蛋白質(zhì)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(xì)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(gè)核酸分子是由幾百個(gè)到幾千個(gè)核苷酸互相連接而成的。每個(gè)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(guān)系。 4.結(jié)構(gòu) DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)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(jí)結(jié)構(gòu)是直線形或環(huán)形的結(jié)構(gòu)。DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是由兩條反向平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸構(gòu)成雙螺旋結(jié)構(gòu)。常有A、B(即Watson-Crick模型)、C型和Z型(左手螺旋)。 5.性質(zhì) (1)一般性質(zhì) 核酸和核苷酸既有磷酸基，又有堿性基團(tuán)，為兩性電解質(zhì)，因磷酸的酸性強(qiáng)，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(duì)堿較穩(wěn)定，常利用該性質(zhì)測(cè)定RNA的堿基組成或除去溶液中的RNA雜質(zhì)。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(jī)溶劑。常用乙醇從溶液中沉淀核酸。 (2)核酸的紫外吸收性質(zhì) 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(gè)強(qiáng)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(zhì)在這一光區(qū)僅有很弱的吸收，蛋白質(zhì)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(zhì)雜質(zhì)。 (3)核酸的變性和復(fù)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(tuán)的轉(zhuǎn)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(jí)結(jié)構(gòu)的改變引起的，因不涉及共價(jià)鍵的斷裂，故一級(jí)結(jié)構(gòu)并不發(fā)生破壞。核酸變性后，一系列物理和化學(xué)性質(zhì)也隨之發(fā)生改變，如260nm區(qū)紫外吸收值升高(增色效應(yīng))，粘度下降，失去生物活性。②核酸的復(fù)性:變性DNA在適當(dāng)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(jié)構(gòu)，這個(gè)過程稱為復(fù)性。DNA復(fù)性后，許多物理、化學(xué)性質(zhì)又得到恢復(fù)，生物活性也可以得到部分恢復(fù)。DNA的片段越大，復(fù)性越慢;DNA的濃度越高，復(fù)性越快。 (四)脂類 脂類是生物體內(nèi)一大類重要的有機(jī)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(jī)溶劑。 1.生物學(xué)功能 脂類是構(gòu)成生物膜的重要成分;是動(dòng)植物的貯能物質(zhì);在機(jī)體表面的脂類有防止機(jī)械損傷和水分過度散失的作用;脂類與其他物質(zhì)相結(jié)合，構(gòu)成了細(xì)胞之間的識(shí)別物質(zhì)和細(xì)胞免疫的成分;某些脂類具有很強(qiáng)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(gè)甘油分子中的三個(gè)羥基分別與三個(gè)脂肪酸的末端羥基脫水連成酯鍵形成的。脂肪是動(dòng)植物細(xì)胞中的貯能物質(zhì)，當(dāng)動(dòng)物體內(nèi)直接能源過剩時(shí)，首先轉(zhuǎn)化成糖元，然后轉(zhuǎn)化成脂肪。在植物體內(nèi)就主要轉(zhuǎn)化成淀粉，有的也能轉(zhuǎn)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(xì)胞結(jié)構(gòu)特別是膜結(jié)構(gòu)的形成，是脂類中的結(jié)構(gòu)大分子。 (3)固醇 又叫甾醇，是含有四個(gè)碳環(huán)和一個(gè)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(zhì)激素、性激素。有的固醇類化合物在紫外線作用下會(huì)變成維生素D。在人和動(dòng)物體內(nèi)常見的固醇為膽固醇。 (五)水和無機(jī)鹽 1.水 水是細(xì)胞的重要成分，一般發(fā)育旺盛的幼小細(xì)胞中含水量較大，生命活力差的細(xì)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(zhì)的良好溶劑，水是促進(jìn)代謝反應(yīng)的物質(zhì)，水參與原生質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，水有調(diào)節(jié)各種生理作用的功能。 2.無機(jī)鹽 它在體內(nèi)通常以離子狀態(tài)存在，各種無機(jī)鹽離子在體液中的濃度是相對(duì)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(xí)] 例1.當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液的pH值與蛋白質(zhì)等電點(diǎn)相同時(shí)，蛋白質(zhì)的 A.溶解度最大 B.溶解度最小 C.溶解度與溶液pH無關(guān) D.蛋白質(zhì)變性 例2.組成蛋白質(zhì)的氨基酸的α--碳原子是不對(duì)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(gè)部分，以下哪些描述是正確的(多選)? A.堿基相同 B.磷酸基團(tuán)相同 C.脫氧核糖相同 D.以上三種物質(zhì)都不同 例4.氨基酸與蛋白質(zhì)共有的特性是: A.膠體性質(zhì) B.沉淀反應(yīng) C.兩性性質(zhì) D.雙縮脲反應(yīng) 例5.DNA與RNA分類的主要依據(jù)是:( ) A.空間結(jié)構(gòu)的不同 B.所含堿基不同 C.所含戊糖不同 D.在細(xì)胞中存在的部位不同 例6.下列哪個(gè)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(gè)蛋白質(zhì)分子有5條肽鏈，由1998個(gè)氨基酸組成，那么形成該蛋白質(zhì)分子過程中生成的水分子個(gè)數(shù)和含有的肽鍵數(shù)分別是多少? 例9.腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的激素其結(jié)構(gòu)與以下哪一種物質(zhì)結(jié)構(gòu)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(yīng)的產(chǎn)物只有ATP、氧氣和氫，是否正確?為什么?