第2章
组成细胞的分子组成
本章知识框架
组成细胞的分子
细胞中的元素和化合物
生活动的主要承担者-蛋白质
细胞中的糖类和脂质
遗传信息的携带者-核酸
细胞中的无机物
生物界和非生物界具有 (种类相同)
生物界和非生物界具有 (含量不同)
分类
依据含量分
大量元素： 等
：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo等
依据作用分
最基本元素：
基本元素：
元素：C、H、O、N、P、S
存在形式：大多数以 的形式存在
作用
组成 进而构成细胞，如蛋白质、核酸
影响生物体的 ，如缺B影响花粉萌发
特点
C、H、O、N、S、P、K、Mg、Ca
微量元素
C
C、H、O、N
主要
化合物
生命活动
化合物
统一性
差异性
20
常见种类：主要有 多种
微量元素的记忆
新（Zn）铁（Fe）臂（B）阿童（Cu）木（Mo） 猛（Mn）
一、细胞中的元素和化合物（识记）
但是必需元素。
（一）组成细胞的化学元素
按元素在生物体内的作用还可分为：
注：无论是细胞干重还是鲜重，C、H、O、N
是含量最多的元素。
最基本元素 基本 主要元素、大量元素 、 微量元素
鲜重条件下：O(65%)＞C(18%)＞H(10%)＞N(3%)＞
干重条件下：C(55.99%)＞O(14.62%)＞N(9.33%)＞H(7.46%)＞
鲜重下O元素最多的原因是：
干重下C元素最多的原因是：
H2O在细胞中含量最多
蛋白质含量最多
根据教材P17页图2-1和图2-2能够得出什么结论
在组成细胞的化合物中，占细胞鲜重、干重百分比顺序分别是（识记）
鲜重：水＞蛋白质＞脂质＞糖类和核酸，
干重：蛋白质最多。
蛋白质
水
3．讨论：生物界的统一性和差异性（理解掌握）
(1)统一性具体体现在：

（2）差异性：
①从化学元素分析:组成生物体的化学元素种类大体相同。
②从分子水平分析：所有生物DNA分子的
空间结构和化学组成(四种脱氧核苷酸)相同；
所有生物共用一套遗传密码子；

③从结构角度分析：除病毒外生物体都是由细胞构成的。
从元素的角度分析主要体现在：不同生物体内同种元素的含量差别较大。
蛋白质的基本单位——
氨基酸的种类基本相同。
统一性强调是：
差异性强调是：
种类基本相同
含量差别较大
思考1：生物界与非生物界的统一性和差异性与生物界的统一性和差异性有区别吗？
来自于无机环境、返回无机环境。:
思考2：从最终来源上看，生物体内各种元素的来源和去向是
想考3：生物体直接或间接获得无机环境中元素的方式有什么不同
二、细胞中的无机物
(一).细胞中水的存在形式和生理功能： （识记）
细胞中游离态的水，可以自由流动
细胞中与其他物质相结合的水
95％以上
约4.5％
①细胞内的良好溶剂
②参与多种生物化学反应
③构成细胞生活的液体环境
④运送营养物质和代谢废物
细胞结构组成成分
①代谢旺盛的细胞或组织 代谢缓慢的细胞或组织
②幼嫩部位细胞 衰老部位细胞；
③幼年个体 成年个体 老年个体；
(二).水与代谢的关系（掌握）
>
>
>
>
(1)同一生物不同器官水的含量也不同如：
(2)不同的生物体内水的含量差别很大如：
水的分布规律
④水生生物 陆生生物。
>
(三)细胞中产生水的代谢和利用水的代谢(掌握）
光合作用
碳反应阶段
光反应阶段
需氧呼吸
第三阶段
第二阶段
蛋白质代谢
脱水缩合生成多肽
多肽的水解过程
糖代谢
二糖、多糖的合成
二糖多糖的水解
核酸
DNA复制、转录、翻译
核酸的水解
ATP代谢
ATP的合成
ATP的水解
1.沙漠中的仙人掌细胞中含量最多的化合物（ ）
A.水 B.蛋白质 C.脂质 D.糖类
A
2.生石花生活在南非多石的干旱地区，在生石花细胞中含量最多的化合物是（ ）
A. 蛋白质 B. 脂质 C.糖类 D. 水
D
练一练
3、分辨下列哪些是自由水？哪些是结合水？

B
A C D
是结合水的：
是自由水的：
4、下列植物细胞中结合水的相对含量最大的是：
A 休眠的蚕豆子叶细胞
B 玉米胚乳细胞
C 洋葱根尖分生区细胞
D 成熟柑橘果肉细胞
A
种子晒干
种子烘干
种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠分别失去的主要是什么水
种子晒干还能再萌发吗？
种子烘干还能再萌发吗？
种子为什么要晒干储存？
1、水是极性分子，是良好溶剂，能溶解叶绿素
5、同一质量的同种溶质，水越多，渗透压就越大
2、呼吸作用是产生水的过程同时产生大量的
3、光合作用是产生水的过程同时产生大量的ATP
4、10个氨基酸形成十肽，需要消耗10分子的水
如图2­1中图1是细胞中3种化合物含量的扇形图，图2是有活性的细胞中元素含量的柱形图，下列说法不正确的是(　　)
A．若图1表示正常细胞，则A、B化合物共有的元素中含量最多的是a
B．若图1表示细胞完全脱水后化合物含量的扇形图，则A化合物中含量最多的元素为图2中的b
C．若图1表示正常细胞，则B化合物具有多样性，其必含的元素为C、H、O、N
D．图2中含量最多的元素是a，数量最多的也是a
[答案] D
[解析] 根据扇形图的比例可判断正常细胞中A、B分别为H2O和蛋白质，它们的共有元素为H、O，而O在活细胞中含量最多；细胞脱水后则A是蛋白质，蛋白质是以碳为骨架建立的大分子物质，其中碳含量最多，即为图2中的b；B物质是蛋白质，在正常细胞中含量次之，具有多样性，其必含的元素为C、H、O、N，可能还含有S、P等其他元素；细胞中某元素的含量多，其数量不一定也多，反之亦然，如细胞中氢元素数量最多，但由于其原子量最小，所以其含量仅居第三。
(四）.自由水与结合水的关系（理解掌握）
⑴在一定温度条件下自由水和结合水如何转化。
⑵两者的相对含量（自由水/结合水）是如何影响生物组织的代谢速率和抗逆性的
自由水/结合水比值高，代谢快，抗逆性低

自由水/结合水比值低，代谢慢，抗逆性强
低温
高温
（五）．细胞中的无机盐(识记）
(1)存在形式：
(2)生理功能（讨论总结）：
①大多数以离子形式存在，如Na+、K+等。
②少数与化合物结合，如I-甲状腺激素的成分
①化合物的重要组成成分：如Mg2+是叶绿素必需的成分； Fe2+是血红蛋白的重要成分。
②维持细胞和生物体的正常生命活动：如Ca2+，钙盐的含量过低就会出现抽搐，Mg2+是许多酶的激活剂等。
a．渗透压的平衡——Na+、对细胞外液渗透压起重要
作用，K+则对细胞内液渗透压起决定性作用。
b．酸碱平衡——血液中最主要的缓冲对是
由碳酸氢钠(钾)和碳酸所构成的，即NaHCO3/H2CO3或KHCO3/H2CO3。
c．离子平衡——动物细胞内外Na+/K+/Ca2+的比例是相对稳定的。
③维持生物体内的平衡（具体有哪些）
归纳总结：
1常见无机盐与人体健康的关系
动手连一连: 实例 作用
2.科学家在利用无土栽培法培养一些名贵花卉时，培养液中添加了多种必需化学元素。其配方如下，其中花卉根细胞吸收最少的离子是
A.Ca2+ B.SO32- C.Zn2+ D.H2PO4- （ ）
C
3.一种植物和一种哺乳动物体内细胞的某些化学元素含量（占细胞干重的百分比）如下表数据，下列有关叙述正确的是（ ）
A.碳元素的含量说明有机物是干物质的主要成分
B.这两种生物体内所含的化学元素的种类差异很大
C.N、S含量说明动物组织含蛋白质较多，若该动物
血钙高则会发生肌肉抽搐
D.经测定该植物某有机物含C、H、O、N、S，此化
合物可能携带氨基酸进入核糖体
A
已知Mn 2＋是许多酶的活化剂,如能激活硝酸还原酶，缺Mn 2＋的植物无法利用硝酸盐，这说明无机盐离子
A、对维持生物体生命活动有重要作用
B、对维持细胞形态有重要作用
C、对维持酸碱平衡有重要作用
D、对调节细胞内的渗透压有重要作用
A
【例2】 植物在冬季来临过程中，随着气温的逐渐降低，体内发生了一系列适应低温的生理生化变化，抗寒能力逐渐增强。如图为冬小麦在不同时期含水量和呼吸速率变化关系图。请据图推断以下有关说法错误的是(　　)
A．冬季来临过程中，自由水明显减少是呼吸速率下降的主要原因
B．结合水与自由水含量的比值，与植物的抗寒性呈现明显的正相关
C．随着气温和土壤温度的下降，根系的吸水量减少，组织的含水量下降
D．随温度的缓慢降低，植物的细胞呼吸逐渐减弱，有利于减少有机物的消耗
答案：A
核糖
脱氧核糖
葡萄糖
果糖
半乳糖
细胞中都有
细胞中都有
细胞中都有
植物细胞中
动物细胞中
组成RNA的成分
组成DNA的成分
最重要的能源物质
提供能量
提供能量
三、细胞中的有机物糖类和脂质（识记）
CHO
五碳糖
六碳糖
麦芽糖
蔗糖
乳糖
发芽的小麦、谷粒
甘蔗、甜菜
人和动物乳汁
都能提供能量
二糖
淀粉
纤维素
糖原
植物细胞
植物细胞
动物的肝脏和肌肉中
主要的贮能物质
细胞壁的主要成分
主要的贮能物质和调节血糖
(合成）叶绿体
（合成）高尔基体
思考：1、所有糖都甜吗？
2、所有糖都溶于水吗？
3、所有糖都能水解吗？
6、所有糖都是供能物质吗？
5、所有糖与试剂反应都成砖红色沉淀吗？
7、说说以上糖在人体中的分布？
8、细菌中有糖类吗？
纤维素，淀粉等都没有甜味。
小分子的糖易溶于水，如葡萄糖，果糖、蔗糖等大分子的糖不溶于水，如淀粉、纤维素
常见的二糖，多糖都可水解，葡萄糖，果糖，半乳糖这类的单糖不能水解，
4、所有糖的单体都是葡萄糖吗？
乳糖，是一分子葡萄糖和一分子半乳糖
蔗糖，是一分子葡糖糖和一分子果糖
所有的单糖都有还原性，
所有的多糖都没有还原性，
二糖除蔗糖无还原性外其他都有还原性。常见葡萄糖、果糖、麦芽糖，斐林
试剂能够检测。
(2)非还原(性)糖：常见蔗糖、淀粉、纤维素、
糖原(元)等，斐林试剂不能检测。
纤维素、核糖不能供能
3种二糖的组成示意图
麦芽糖
蔗糖
乳糖
水 解
水 解
水 解
葡萄糖
葡萄糖
葡萄糖
葡萄糖
果 糖
半乳糖
脂质的种类及功能（识记）
脂肪CHO
固醇类
磷脂
胆固醇
性激素
维生素D
细胞内良好的储能物质
细胞膜、线粒体膜、叶绿体膜等多种膜结构重要成分
动物细胞膜的重要成分，
参与血液中脂质的运输
脂肪是主要的储能物质，不构成膜结构，磷脂和胆固醇（动物）参与膜结构的构成。
脂质和糖类的比较
考向
│ 考向互动探究
糖类和脂质的比较
四、遗传信息的携带者-核酸
1、元素组成及种类
CHONP
2．DNA与RNA的异同点
│ 考向互动探究
基本单位—核苷酸
五碳糖、磷酸
含氮碱基—
A、C、G
链状
脱氧核糖
核糖
特有—T
特有—U
多双链规则双螺旋结构
多单链不具双螺旋结构
真核细胞的细胞核、线粒体和叶绿体
主要在细胞核中
主要在细胞质中
可依据五碳糖及碱基的不同鉴别核酸种类
│ 考向互动探究
DNA或RNA
DNA和RNA
4
5
4
8
DNA或RNA
DNA
核酸之判断：
1、有细胞结构的生物的遗传物质主要是DNA。
2、病毒的遗传物质是DNA。
3、生物的主要遗传物质是DNA。
4、真核生物的遗传物质主要是DNA 。
5、原核生物的遗传物质主要是DNA 。
6、一切生物的遗传物质 是DNA 。
DNA或RNA
主要
思考：下列生物的遗传物质分别是什么？
兔子、菊花、大肠杆菌、噬菌体、酵母菌、
甲流病毒
7、生命活动的承担者是DNA 。
蛋白质
五、生命活动的主要承担者——蛋白质
（一）、蛋白质的基本组成单位——氨基酸(识记）
1．组成元素(主要)：
2．结构通式：______________。
3．结构特点：每种氨基酸分子至少含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个__________连接在同一个碳原子上，不同的氨基酸的______不同，可通过______判断氨基酸的种类。
4．种类：构成蛋白质的氨基酸约有 20 种，即 20 种氨基酸就有 20 种不同的________。
C、H、O、N(S P ）等
羧基
R基
R基
R基
（二）、蛋白质的结构及其多样(识记）
1．蛋白质的结构层次
2．脱水缩合：一个氨基酸分子的羧基与另一个氨基酸分子的氨基相连接形成__________，同时脱去一分子水，肽键可表示为________________。
3．蛋白质多样性的原因
(1)氨基酸方面：氨基酸的________________________。
(2)肽链方面：组成蛋白质的多肽链形成________不同。
导思：多肽与蛋白质有何区别？(请翻阅教材必修1 P21图2­4“由氨基酸形成蛋白质的示意图”)
多肽
肽键
—NH—CO—
种类、数量和排列顺序不同
空间结构
水解需要的酶分别是什么？产物分别是什么？
（三）、蛋白质的结构多样性和功能多样性的关系
信息传递
二硫键形成过程
蛋白质分子中除了肽键外，还含有其他化学键，如二硫键。一个二硫键(“—S—S—”)是由2个“—SH”形成的，形成过程中要脱去2个氢。故计算蛋白质分子量时除减去H2O的分子量外，还应考虑脱去H的分子量。上图为胰岛素分子形成3个二硫键的情况。
1.相关计算（链状肽）
(1)氨基数=肽链数+R基上的氨基数=各氨基酸中氨基总数-肽键数。
(2)羧基数=肽链数+R基上的羧基数=各氨基酸中羧基总数-肽键数。
(3)氮原子数=肽键数+肽链数+R基上的氮原子数=各氨基酸中N的总数。
(4)氧原子数=肽键数+2×肽链数+R基上的氧原子数=各氨基酸中O的总数-脱去水分子数。
(5)氢原子数=各氨基酸中H的总数-2×脱去水分子数。
二、蛋白质合成过程相关计算
(6)假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链（重点掌握）
(7)假设某多肽中氨基酸数为n，控制其合成的
基因和mRNA中至少含有的碱基数为6n和3n（重点）
（8）环肽中 肽键数=氨基酸数
【提醒】
(1)环状多肽主链中无氨基和羧基，环状肽中氨基或羧基数目取决于构成环状肽氨基酸R基团中的氨基和羧基的数目，如图所示。
肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数；
环状多肽的相对分子质量＝m(a－18)。
(2)在多肽相对分子质量计算时，还要考虑一些其他化学变化过程，如二硫键(—S—S—)的形成，每形成一个二硫键，脱去2个—H，故相对分子质量减少2。
2．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：333　(33＝27种)
形成二肽的种类：33　(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：321　(3×2×1＝6种)
形成二肽的种类：32　(3×2＝6种)
1．在下列物质中，若将其中能构成人体蛋白质的氨基酸通过脱水缩合而形成蛋白质分子，则此蛋白质分子中所含有的羧基、氨基和肽键的数目依次是(　　)
A．3、3、2　B．4、3、3　C．3、2、4　 D．2、2、2
C
一条肽链的分子式为C22H34O13N6，其水解后共产生了下列3种氨基酸：

据此判断，下列有关叙述错误的是(　　)
A．1个C22H34O13N6分子水解后可以产生3个谷氨酸
B．合成1个C22H34O13N6分子同时将产生5个水分子
C．1个C22H34O13N6分子中存在1个游离的氨基和3个游离的羧基
D．在细胞中合成1个C22H34O13N6分子至少需要基因中36个碱基
C
[解析]构成该多肽的3种氨基酸都只含有1个氨基，从其分子式中共有6个N原子可知，该多肽是6个氨基酸脱水缩合产生5个水分子后形成的。6个氨基酸羧基的氧原子有12个，脱水后剩7个，而该多肽分子中共有13个氧原子，则其余6个氧原子来自3个谷氨酸R基中的3个羧基。由于该多肽有6个氨基酸，其中3个是谷氨酸，故1个C22H34O13N6分子中存在1个游离的氨基和4个游离的羧基，1个氨基酸对应着基因中的6个碱基，则合成6个氨基酸至少需要基因中36个碱基，D项叙述正确。
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如图表示胰岛素分子中一条多肽链，其中有3个甘氨酸且分别位于第8、20、23位。下列叙述正确的是(　　)。
A．图中多肽至少含有一个羧基位于第1位和一个氨基位于第30位
B．用特殊水解酶选择性除去图中的3个甘氨酸，形成的产物比原多肽多5个氧原子
C．用特殊水解酶选择性除去图中的3个甘氨酸，形成的产物中有4条多肽
D．该多肽释放到细胞外需要经过两种细胞器的加工
D
解析　一条多肽链至少含有一个羧基和一个氨基，但不能确定哪一端是氨基，哪一端是羧基；每除去一个甘氨酸会破坏两个肽键，产生的羧基会增加一个氧原子，但甘氨酸会带走一个氧原子，因此新形成的产物中氧原子数和原多肽的氧原子数相等；第20位和第23位间形成的产物是二肽，因此用特殊水解酶选择性除去该链中的三个甘氨酸，形成的产物中有三条多肽和一个二肽；该多肽释放到细胞外需要经过内质网和高尔基体这两种细胞器的加工。
蛋白质是生命活动的主要承担者，在组成细胞的有机物中含量最多。图3­1表示有关蛋白质分子的简要概念图，对图示分析正确的是(　　)

　　A．a肯定含有P元素
　　B．①过程有水生成
　　C．多肽中b的数目等于c的数目
　　D．d表示氨基酸的多样性
Ｂ
[解析] 组成蛋白质的元素是C、H、O、N，只有部分蛋白质含有S和P；b是氨基酸，氨基酸的数目减肽链的数目等于肽键的数目，因此b的数目不等于c；d表示蛋白质功能的多样性；①过程表示脱水缩合，有水生成。
蛋白质与核酸的比较
（1）彻底水解产物与初步水解产物：
（2）消化产物、水解产物、代谢终产物(氧化分解产物)：
【典例】某肽链由51个氨基酸组成，如果用肽酶把其分解成1个二肽、2个五肽、3个六肽、3个七肽，则这些短肽的氨基总数的最小值、肽键总数、分解成这些小分子肽所需水分子总数依次是
【答案】C
【解析】从题中已知，短肽（包括二肽和多肽）的数目是1+2+3+3=9条，故游离的氨基数量至少是9个，肽键总数是51-9=42个，51个氨基酸分解这些短肽所需要的水分子数量是51-8=43个。若分解成这9个短肽，则需要的水分子数量是8个。
【答案】C
【点拨】m个氨基酸分子脱水缩合成n条多肽链时,要脱下(m-n)个水分子,同时形成(m-n)个肽键,可用公式表示为:脱下的水分子数=肽键数目=氨基酸数-肽链数。
【典例】谷氨酸的R基为—C3H5O2，一分子谷氨酸含有的C、H、O、N原子数依次是（　　）
A．5、9、4、1 　B．4、8、5、1
C．5、8、4、1 D．4、9、4、1
A
【解析】构成蛋白质的氨基酸分子的通式特点为：一个碳原子上至少同时结合一个羧基、一个氨基、一个氢。则谷氨酸的结构式可写成右图所示的式子。
典例：已知天冬酰胺的R基为—C2H4ON，现有分子式为C63H103O18N17S2的多肽，其中含有2个天冬酰胺。在上述多肽中最多有肽键(　　)
A．17个 B．16个 C．15个 D．14个
[解析]多肽C63H103O18N17S2中有17个N，因含有两个天冬酰胺(R基为—C2H4ON)，故该多肽最多由15个氨基酸脱水缩合而成，形成的肽键数目最多为15个(环状多肽)。
C
下列关于蛋白质、多肽、氨基酸的说法正确的是(　　)
A．蛋白质的水解产物为多肽和氨基酸
B．蛋白质分解为多肽不需要水
C．蛋白质的氧化分解产物为氨基酸
D．蛋白质为生物大分子，而多肽和氨基酸为有机小分子
[解析]蛋白质初步水解为多肽，进一步水解为氨基酸，而蛋白质氧化分解的产物为含氮废物(NH3或尿素)、CO2和水。
A