专题02 组成细胞的分子-2021年高考生物一轮复习知识点梳理与归纳

专题02 组成细胞的分子

第1讲细胞中的元素、化合物和无机物

一．生物界与非生物界具有统一性和差异性

统一性：组成生物体的化学元素，在无机自然界都可以找到，没有一种元素是生物界特有的。

差异性：组成生物体的化学元素在生物体和自然界中含量相差很大。

二．细胞中的化学元素

1.按含量是否超过万分之一，分为大量元素和微量元素。

大量元素主要是指：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等

微量元素有:Fe Mn Zn Cu B Mo等,缺乏必需元素可能导致疾病。如：克山病（缺硒）占细胞鲜重比例最大的化学元素是O

占细胞干重比例最大的化学元素是C

在组成细胞的元素中，占鲜重百分比前四位的依次是O>C>H>N；占干重百分比前四位的依次是C>O>N>H。

谐音巧记组成细胞的微量元素

三. 构成细胞的化合物

组成细胞的化合物可分为有机化合物和无机化合物

元素与化合物的含量排序

(1)鲜重含量最多的化合物：水。

(2)鲜重含量最多的有机物：蛋白质。

(3)占细胞干重最多的化合物：蛋白质。

(4)在组成细胞的化合物中，占鲜重百分比前四位的依次是水>蛋白质>脂质>糖类。

三、细胞中的无机物：

（一）细胞中的水：

1、存在形式：自由水和结合水。

2、含量：在构成细胞的各种化合物中，水的含量最多。

（1）不同的生物体内水的含量差别很大；

（2）同一生物体不同的生长发育阶段水的含量不同，幼儿期＞成年期，幼嫩部分＞老熟部分。

（3）同一生物不同器官水的含量也不同。

3、功能：

（1）运送营养物质和代谢废物

（2）是细胞内的良好溶剂

（3）参与许多生物化学反应，如光合作用、呼吸作用等

（4）为细胞提供液体环境

4、水的含量与代谢的关系：

（1）当自由水比例增加时，生物体代谢活跃，生长迅速。

（2）当自由水向结合水转化较多时，代谢强度就会下降，（结合水的含量增多，可以使植物的抗逆性(抗寒、抗热、抗旱)提高。

（二）细胞中的无机盐：

1、存在形式：绝大多数以离子的形式存在，少部分是细胞内化合物的组成成分。

2、功能

（1）参与构成细胞内某些复杂的化合物

如Fe2＋参与构成血红蛋白，Mg2＋参与构成叶绿素等。

（2）参与并维持生物体的代谢活动

如哺乳动物血液中钙盐含量过低就会出现抽搐；

（3）维持生物体内的平衡：渗透压平衡（Na＋、Cl－维持细胞外液渗透压，K＋维持细胞内液渗透压）和酸碱平衡（如人血浆中HCO3－、HPO42－等的调节）。

【思考感悟】为什么碳是最基本元素？

碳原子本身的化学性质使它能够通过化学键连接成链或环，从而形成各种生物大分子，使地球上的生命建立在碳元素的基础上。

第2讲生命活动的主要承担者-------蛋白质

（细胞中含量最多的有机物）

一、蛋白质组成元素和基本单位

1. 组成元素：C、H、O、N，有的还含S

2. 蛋白质的基本单位：氨基酸(组成蛋白质的氨基酸约20 种)

3. 结构通式

4.特点：每种氨基酸至少有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连在同一碳原子上。

5.种类和分类：组成生物体蛋白质的氨基酸约有20种。

根据是否能在体内合成分为必需氨基酸和非必需氨基酸。

6.对通式的分析

（组成蛋白质的20种氨基酸的区别：R基的不同）

二、聚焦蛋白质的结构，功能，及其多样性

1、脱水缩合：一个氨基酸分子的氨基（—NH2）与另一个氨基酸分子的羧基（—COOH）相连接，同时失去一分子水。（此过程消耗能量）

(1)其场所是：核糖体（翻译）

(2)形成物质名称：二肽。

(3)氨基酸之间连接化学键名称：肽键

肽键的结构式可表示如下：

不要将氨基(—NH2 )错写为NH2或—NH3；不要将羧基（—COOH）误写为COOH；也不要将肽键（—CO—NH—）误写为CO—NH或CONH。

(4)H2O中H的来源：一个来自氨基，一个来自羧基。而O则只来自于—COOH

肽的名称：一条多肽链由几个氨基酸分子构成就称为几肽(三个或三个以上的称为多肽)，如：由六个氨基酸分子构成一条链，则其名称是六肽，也可称为多肽。通常核糖体合成的多肽没有活性，需要经过盘曲、折叠（在内质网、高尔基体上完成）形成有一定空间的蛋白质，才能发挥作用。

2.蛋白质结构的多样性

（1）氨基酸的种类不同，构成的肽链不同。

（2）氨基酸的数目不同，构成的肽链不同。

（3）氨基酸的排列顺序不同，构成的肽链不同。

（4）肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同。

3.蛋白质功能

4.

①失去水分子数＝肽键数＝氨基酸数—肽链数

②蛋白质相对分子质量＝氨基酸平均相对分子质量×氨基酸数量－失去水分子数×水的相对分子质量.例如：氨基酸的平均相对分子质量为a，数目为n，肽链数为m，则蛋白质的相对分子质量为：a·n－18·(n－m)。

③一个肽链中至少有1 个游离的氨基和 1 个游离的羧基，在R 基中可能也有氨基和羧基。

④n 个氨基酸分子缩合成m 条肽链，至少有m 个氨基和m 个羧基；至少含有的羧基（—COOH ）或氨基数（—NH 2）= 肽链数

⑤n 个氨基酸分子缩合成环状肽时，失去的水分子数＝肽键数＝n ，氨基和羧基数与R 基团有关

6.蛋白质变性

蛋白质的结构易受高温、过酸、过碱的影响而变性，改变其空间结构，从而失去生物活性但肽键并未断裂。肽键的断裂需要蛋白酶或肽酶水解。盐析不破坏空间结构。 7. 教材中常见蛋白质

生物膜上参与协助扩散、主动运输的蛋白质；载体蛋白运载体

7.蛋白质鉴定：与双缩脲试剂产生紫色的颜色反应 双缩脲试剂：

配制：0.1g/mL 的NaOH 溶液（2mL ）和0.01g/mL CuSO 4溶液（3-4滴） 使用：分开使用，先加NaOH 溶液，再加CuSO 4

溶液。

附:氨基酸的排列与多肽种类的计算

假若有A 、B 、C

三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分为如下两种情形分析： (1)A 、B 、C 三种氨基酸，在每种氨基酸数目无限的情况下，可形成肽类化合物的种类： 形成三肽的种类：(33＝27种) 形成二肽的种类： (32＝9种) (2)A 、B 、C 三种氨基酸，且在每种氨基酸只有一个的情况下，形成肽类化合物的种类： 形成三肽的种类： (3×

2×

1＝6种) 形成二肽的种类： (3×2)

第3讲遗传信息的携带者—核酸

1、元素组成：由C、H、O、N、P 5种元素构成

2、基本单位：核苷酸（由1分子磷酸+ 1分子五碳糖+ 1分子含氮碱基组成）

1分子磷酸

脱氧核苷酸1分子脱氧核糖

（4种）1分子含氮碱基（A、T 、G、C）

1分子磷酸

核糖核苷酸1分子核糖

（4种）1分子含氮碱基（A、U 、G、C）

组成核酸的碱基有5 种，五碳糖有2种，核苷酸有8种。

（核酸的初步水解产物）（见下图）

（3）核苷酸可彻底水解成一分子五碳糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸

（4）核糖核酸的单体是核糖核苷酸，其五碳糖为核糖。依据碱基不同，核糖核苷酸可分四种，分别是腺嘌呤核糖核苷酸(含碱基A)、鸟嘌呤核糖核苷酸(含碱基G)、胞嘧啶核糖核苷酸(含碱基C)和尿嘧啶核糖核苷酸(含碱基U)

4种

4种

（5）脱氧核糖核酸的单体是脱氧核苷酸，其五碳糖为脱氧核糖。

依据碱基不同，脱氧核苷酸可分四种，分别是腺嘌呤脱氧核苷酸(含碱基A)、鸟嘌呤脱氧核苷酸(含碱基G)、胞嘧啶脱氧核苷酸(含碱基C)和胸腺嘧啶脱氧核苷酸(含碱基T)。

（6）核苷酸之间通过磷酸二酯键连接形成核苷酸链

②有关组成成分的种类：五碳糖2种；含氮碱基5种。

3、种类：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）

4、生理功能：核酸是细胞中携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成有十分重要的作用。

有细胞结构的生物的核酸为DNA和RNA，遗传物质为DNA

无细胞结构的生物（病毒）的核酸为DNA或RNA，遗传物质为DNA或RNA

小结如下

生物的遗传物质的判断

★观察DNA和RNA在细胞中的分布

（一）实验原理

1、甲基绿和吡啰红与两种核酸的亲和力不同，RNA结合吡啰红显红色，DNA结合甲基绿显绿色。

2、、盐酸能改变膜的通透性，加速染色剂进入细胞；同时使染色体中DNA和蛋白质分离，有利于

DNA与染色剂结合。

（二）实验材料、仪器与用具

Ⅰ、人口腔上皮细胞

Ⅰ、烧杯，小烧杯，温度计，滴管，消毒牙签，载玻片，盖玻片，铁架台，石棉网，火柴，酒精灯，吸水纸，显微镜

Ⅰ、质量分数0.9%的NaCl溶液，8%的盐酸，吡啰红甲基绿染色剂（现配现用），蒸馏水（三）实验结果

细胞核主要呈现绿色，细胞质主要呈现红色。说明DNA主要位于细胞核（线粒体和叶绿体也有少量DNA），RNA主要位于细胞质。

观察DNA和RNA在细胞分布实验中的4个注意问题

(1)选材：口腔上皮细胞、无色的洋葱鳞片叶内表皮细胞，不能用紫色洋葱表皮细胞或叶肉细胞，

以防止颜色的干扰。

(2)缓水流冲洗目的：防止载玻片上的细胞被冲走。

(3)几种试剂在实验中的作用

①0.9%的NaCl溶液(生理盐水)：保持口腔上皮细胞正常形态。

②8%的盐酸作用： a.改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞；

b.使染色质中DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合。

③蒸馏水作用：a.配制染色剂；b.冲洗载玻片。

④吡罗红甲基绿染液：混合使用，且现用现配。

(4)DNA和RNA在细胞核和细胞质中均有分布，只是量的不同，故结论中强调“主要

．．”而不能说“只．”存在于细胞核或细胞质中。

2．不同生物的核酸、核苷酸及碱基的情况

注意下面分子中A的含义

第4讲 细胞中的糖类和脂质 一. 细胞中的糖类

1．化学元素组成：只有C H O ， 多数糖类分子中H 和O 之比是2:1

2. 糖类的种类

I . 依据水解情况分为单糖、二糖和多糖

①单糖（不能水解的糖）

五碳糖（核酸、脱氧核糖）

六碳糖（葡萄糖、果糖、半乳糖）同分异构体（C 6H 12O 6 ） ①糖类只有水解成单糖，才能被人体吸收。 ②多糖的基本组成单位（单体）都是葡萄糖。

②二糖 ： 二糖由两分子单糖缩合而成 蔗糖=1=2③多糖 （ 植物 特有 ） 淀粉：植物细胞的储能物质

纤维素：植物细胞的组成成 分，支持保护细胞（不提供能量）

（动物特有）：糖原——动物细胞的储能物质（肝糖原和肌糖原） II 根据还原性 糖类可分为还原糖和非还原糖

※※葡萄糖、果糖，半乳糖等单糖以及麦芽糖都属于还原糖。 蔗糖、淀粉、糖原是非还原糖※※鉴定可溶性还原糖用斐林试剂 3．糖类的功能

(1)组成生物的重要成分。 (2)生物体的主要能源物质。

※并非所有的糖都是能源物质，如如核糖、脱氧核糖、纤维素为结构糖，构成结构，不提供能量。

※糖类的合成场所（或细胞）：叶绿体（葡萄糖、淀粉）、内质网（加上糖基团）、高尔基体（纤维素）、肝脏（肝糖原）、肌肉（肌糖原）

※不是所有糖都是甜的，如纤维素、淀粉不甜（淀粉水解成麦芽糖才会有甜味）

※纤维素不能被动物消化，被称为膳食纤维。反刍动物（如牛）消化纤维素是因为某些微生物的作用。

二. 组成细胞的脂质

1.组成元素：C H O 有的含有N和P

2.种类

脂肪（C H O）：良好的储能物质，含有能量是相同的质量糖类的两倍

原因是脂肪含H多，含O少。

①细胞内良好的储能物质

功能②保温作用

③缓冲和减压，保护内部器官

脂质

磷脂（C H O N P）：构成细胞膜及各种细胞器膜的重要成分（核膜也有）

胆固醇：构成细胞膜（主要是动物）的重要成分，参与血液中脂质的运输，在阳光

下可转化为维生素D

固醇性激素：促进生殖器官的发育和生殖细胞的形成，激发并维持第二性征，维持生理

周期

维生素D：促进肠道对钙、磷的吸收（晒太阳预防佝偻病）

固醇类：人体所必需的。对于维持生物体内正常新陈代谢和生殖过程起着重要的调节作用。但血液中胆固醇过多，可能引起心脑血管疾病

※细胞内的能源物质种类及其分解放能情况※

1．主要能源物质：糖类。

2．主要储能物质：脂肪。

除此之外，动物细胞中的糖原和植物细胞中的淀粉也是重要的储能物质。

3．直接能源物质：ATP。

糖类、脂肪、蛋白质中的能量只有转移到ATP中，才能被生命活动利用。

4．细胞中的能源物质为糖类、脂肪、蛋白质，三者供能顺序

．．．．是：糖类→脂肪→蛋白质。

糖类是主要的能源物质；当外界摄入能量不足时(如饥饿)，由脂肪分解供能；蛋白质作为生物体重要的结构物质，一般不提供能量，但在营养不良、疾病、衰老等状态下也可分解提供能量。

※糖的“水解”与“氧化分解”※

多糖和二糖水解的终产物是其单体，如淀粉水解的产物是葡萄糖，蔗糖水解的产物是葡萄糖和果糖；

糖氧化分解的终产物是CO2和H2O，即糖参与有氧呼吸后的最终产物。

三、生物大分子以碳链为基本骨架

生物大分子是由单体经缩合而成的多聚体。多糖、蛋白质和核酸等生物大分子都是由单体聚合而成的多聚体，每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架。

正是由于碳原子在组成生物大分子中的重要作用，所以碳是生命的核心元素

第五节细胞中的无机物

一.细胞中的水（水是活细胞中含量最多的化合物）

1、含量：是活细胞中含量是最多的物质。

2、形式：

自由水：是可以自由流动的水。

作用：①良好的溶剂；

②参与细胞内生化反应；

③物质运输；

④维持细胞的形态

（在代谢旺盛的细胞中，自由水的含量一般较多）

结合水：是与其他物质相结合的水。作用是组成细胞结构的重要成分。

（结合水的含量增多，可以使植物的抗逆性增强）

3、影响细胞含水量的因素

(1)生物种类：水生生物含水量>陆生生物含水量。

(2)生长发育阶段：幼儿>成年；幼嫩部分>成熟部分。

(3)组织器官种类与代谢程度：如牙齿<骨骼<血液。

4、自由水和结合水在一定条件下可相互转化：

自由水/结合水的比值越大，生物新陈代谢越旺盛，该生物的抗逆性(如抗寒性、抗旱性)越差；反之，该比值越小，生物新陈代谢越缓慢，其抗逆性则越强。

5、在生产实际中的应用

(1)种子的贮存：晒干种子是为减少自由水含量，降低种子的代谢，延长种子寿命。

(2)低温环境下减少花卉浇水，可提高花卉对低温的抗性。

6、图解生物体内水的变化

二. 细胞中无机盐

细胞中无机盐的存在形式及其功能

(1)细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。少数构成细胞内某些复杂化合物。

(2)无机盐的生理功能

①有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分

（如Mg2+是构成叶绿素的成分、Fe2+是构成血红蛋白的成分、I-是构成甲状腺激素的成分。

②许多无机盐离子对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用。（如动物Ca2+浓度过低肌肉抽搐、过高肌肉乏力。）

③维持酸碱平衡(如缓冲对)和渗透压平衡(K＋、Na＋)。

部分无机盐离子的具体功能分析

缺碘时患地方性甲状腺肿

探究镁是否属于植物生长发育所必需的元素。

(1)实验思路：利用缺镁培养液和完全培养液的培养作对照并得出结论。 (2)实验步骤：

培养液的配制：配制完全培养液和缺镁培养液

。 ②取材：选取长势相同的两组植物。

③培养：将两组植物分别培养在盛有上述两种培养液的容器中，培养条件要相同且适宜。 ④观察：两组植物的生长状况 (3)预测可能的结果及结论。如下表：

①镁不是植物生长发育所必需的元素。 ②镁是植物生长发育所必需的元素。

实验 检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质

1．糖的鉴定： 原理：

(1)淀粉：遇碘液变蓝色，这是淀粉特有的颜色反应。

(2)还原性糖(单糖、麦芽糖和乳糖)：与斐林试剂反应，可以产生砖红色沉淀。

材料用具：

（1）实验材料：苹果或梨匀浆，马铃薯匀浆

（2）配制：甲液：0.1g/mL的NaOH溶液+乙液：0.05g/mL CuSO4溶液使用：混合后使用，且现配现用。

条件：水浴加热

实验步骤：

实验结果分析：

（1）淀粉：如果出现蓝色，则待测样品中含有淀粉；反之，则没有。

(2）还原性糖：如果出现砖红色沉淀，则待测样品中含有还原糖，反之；则没有。2．脂肪的鉴定：

原理：脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。

（在实验中用50%酒精洗去浮色→显微镜观察→橘黄色脂肪颗粒）

材料用具：

（1）实验材料：花生种子，花生匀浆

（2）试剂：苏丹III染液、苏丹IV染液

实验步骤

实验结果分析：如果观察到橘黄色（红色），则待测样品中含有脂肪；反之，则没有。

动物细胞脂肪滴

3．蛋白质鉴定：

原理：蛋白质与双缩脲试剂产生紫色的颜色反应

材料用具：

（1）实验材料：豆浆、鲜肝提取液

（2）双缩脲试剂：

配制：A液：0.1g/mL的NaOH溶液（2mL）和B液：0.01g/mL CuSO4溶液（3-4滴）

使用：分开使用，先加NaOH溶液，再加CuSO4溶液。

实验步骤

实验结果分析：如果出现紫色，则待测样品中含有蛋白质；反之，则没有。

4、注意事项：

（1）还原性糖植物组织取材条件？

答：①浅色：不能用绿色叶片、西瓜、血液等材料，防止颜色的干扰。

②还原糖含量高：不能用马铃薯(含淀粉)、甘蔗、甜菜(含蔗糖)。

含糖量较高、颜色为白色或近于白色，如：苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜等。

（2）花生种子切片为何要薄？答：只有很薄的切片，才能透光，而用于显微镜的观察。

（3）唯一需要加热— 还原糖鉴定，且必需水浴加热，不能用酒精灯直接加热。若不加热则无砖红色沉淀出现。唯一需要显微镜—— 脂肪鉴定。

（4）若用大豆做材料，必须提前浸泡；

若用蛋清作材料，必须稀释，防止其粘在试管壁上不易涮洗；且该实验应预留部分组织样液做对比。

斐林试剂和双缩脲试剂

斐林试剂和双缩脲试剂都由溶液和溶液组成，但二者有如下三点不同：

（1）溶液浓度不同

斐林试剂中溶液称为斐林试剂甲，其浓度为溶液称为斐林试剂乙，其浓度为；双缩脲试剂中溶液（双缩脲试剂A）的浓度为，溶液（双缩脲试剂B）的浓度为。

（2）使用原理不同

斐林试剂是新配制的溶液，它在加热条件下与醛基反应，被还原成砖红色的沉淀，可用于鉴定可溶性还原糖的存在。用斐林试剂鉴定可溶性还原糖时，溶液的颜色变化过程为：浅蓝色→棕色→砖红色（沉淀）。

鉴定生物组织中是否含有蛋白质时，常用双缩脲法，使用的是双缩脲试剂，发生的是双缩脲反应。双缩脲反应实质是在碱性环境下的与双缩脲试剂发生的紫色反应。而蛋白质分子中含有很多与双缩脲结构相似的肽键，所以蛋白质都能与双缩脲试剂发生颜色反应，可以用双缩脲试剂鉴定蛋白质的存在。

（3）使用方法不同

斐林试剂使用时，先反溶液和溶液混合（将滴溶液滴入溶液中），而后立即使用：双缩脲试剂使用时，先加入溶液（2mL），振荡摇匀，造成碱性的反应环境，然后再加入3～4滴溶液，振荡摇匀后观察现象。

高中大纲范围内颜色反应总结