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专题一:生命的物质基础
[竞赛要求]
一、细胞的化学成分
1.水、无机盐
2.糖类:包括单糖、双糖、多糖
3.蛋白质:包括氨基酸、三字母缩写、蛋白质的四级结构、 蛋白质的理化性质、变性实质
4.酶类:概念、特征、分类、作用机理、影响酶活性的因素
5.脂类
6.核酸:包括DNA和RNA
7.其他重要化合物:包括ADP和ATP、NAD+,和NADH+、NADP+和NADPH+
[知识梳理]
一、组成生物体的化合物
(一)无机化合物
1.水是生命之源
水是细胞的重要成分,一般发育旺盛的幼小细胞中含水量较大,生命活力差的细胞组织中含水量较小,休眠的种子和孢子中含水量一般低于10%。
水分子具有极性,每个水分子均可与其它四个水分子之间形成氢键。水分子的极性及氢键的形成使水分子具有特殊的性质,如水分子具有较强的黏滞性。黏滞性使水分子较其它液体均具有较强的表面张力,这有助于水从根运输到茎再到叶;水从叶片的气孔蒸发,对导管中的水产生蒸腾拉力,水的黏滞性使这种拉力一直延伸到根部。表面张力使水分子可以水生昆虫在水面上跳动。
自由水的功能:代谢物质的良好溶剂,水是促进代谢反应的物质,水参与原生质结构的形成,水有调节各种生理作用的功能。
2.无机盐
它在体内通常以离子状态存在,常见的阳离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等;常见的阴离子有Cl-、SO42-、PO43-、HPO42-、H2PO4-、HCO3-等。各种无机盐离子在体液中的浓度是相对稳定的,其主要作用有:对细胞的渗透压和pH起着重要的调节作用。有些离子是酶的活化因子,如Mg+、Ca2+; 有些离子是合成有机物的原料,如PO4+可用于合成磷酸、核苷酸等,Fe2+可用于合成血红蛋白等。生物生存环境的PH范围为3~8.5。细胞中的各种离子有一定的缓冲能力,使细胞内的PH保持相对恒定,以利细胞维持正常的生命活动。
细胞内某些无机盐的功能及缺乏症
矿质
元素
功 能
是否可再利用
缺乏时,病症部位
N
合成光合作用过程中各种酶、ATP、NADPH及叶绿素的成分
是
衰老组织
P
ATP、NADPH的重要组成成分,对维持叶绿体膜的结构和功能有重要作用
是
衰老组织
K
促进有机物的合成与运输
是
衰老组织
Mg
叶绿素的组成成分
是
衰老组织
B
促进花粉的萌发和花粉管伸长
是
衰老组织
Ca
否
幼嫩组织
Fe
一般作为酶的活化中心
否
幼嫩组织
动物体内无机盐及其作用一览表
K
Na
Ca
维持细胞内液渗透压的决定性作用;维持心肌舒张、保持心肌正常兴奋性
维持细胞外液渗透压的主要物质
骨骼和牙齿的成分
调节生命活动
缺乏时,心律失常
缺乏进,血压下降、心率加快、四肢发冷
缺乏时:佝偻病、骨质软化、
骨质疏松血钙减少时:骨肉抽搐
血钙增多时:肌无力
(二)、有机化合物
1.碳是组成生物体的最基本元素
碳原子核最外层有四个价电子,可与碳、氢、氧及氮原子形成四个强共价键。碳原子与碳原子之间可以单键相结合,可也以双键或三键相结合。碳原子能相互连接成链或环,从而生成各种大分子,这些结构称为有机物的碳链骨架。碳链骨架结构的排列方式和长短,决定了有机化合物的基本性质。
2.糖类
(1).生物学功能
糖类的主要功能有:构成生物体的重要成分,如糖被、(植物、细菌、真菌等的)细胞壁的成分;是细胞的主要能源物质。
(2).组成元素及种类
糖类是多羟基的醛或酮及其缩聚物和某些衍生物。其组成元素只有C、H、O,分单糖、寡糖、多糖三类。
单糖的分子通式是(CH2O)n,是不能水解的最简单的糖类。根据碳原子数,单糖又可分为三碳—六碳糖。葡萄糖和果糖六碳糖,分子式都是C6H12O6,但结构式不同,在化学上叫做同分异构体(如图)。核糖(C5H10O5)和脱氧核糖(C5H10O4)都是五碳糖,分别是构成RNA和DNA的重要成分(如图)。葡萄糖、果糖、麦芽糖等有还原性,为还原糖;淀粉、蔗糖等为非还原性。
葡萄糖(环状结构)果糖
葡萄糖
(环状结构)
果糖
(环状结构)
葡萄糖
(链状结构)
果糖
(链状结构)
核糖
脱氧核糖
多糖是由多个单糖缩聚而成链状大分子,与单糖、双糖不同,一般不溶于水,从而构成贮藏形式的糖,如高等植物细胞内的淀粉,高等动物细胞内的糖元。纤维素是植物中最普遍的结构多糖。
糖类的复合物:主要是糖蛋白质和糖脂。
3.蛋白质
(1).种类及功能
如按功能划分,可将蛋白质分为活性蛋白质和非活性蛋白质两大类。
活性蛋白质指在生命活动过程中具有活性的蛋白质。主要种类有:作用为催化生物体内各种化学反应,如酶。激素蛋白其作用是调节机体各种代谢过程,如:胰岛素、促性腺激素等。运输和贮存蛋白主要运输、贮存各种小分子物质、离子、电子等,如血红蛋白、载体蛋白。运动蛋白它与生物体运动有
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