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最新人教版2018年高中生物竞赛辅导资料:第1章 细胞生物学

高中生物竞赛辅导资料: 第一章 细胞生物学 细胞生物学是研究细胞的结构、功能、生活史以及生命活动本质和规律的科学,是生物 科学的主要分支之一,也是生命科学和分子生物学研究的基础。本章包括细胞的化学成分, 细胞器,细胞代谢,DNA、RNA 和蛋白质的生物合成,物质通过膜的运输,有丝分裂和减 数分裂,微生物学和生物技术等部分。根据 1BO 考纲细目和近几年来试题的要求,以下从 知识条目和能力要求两方面定出具体目标 1 第一节 细胞的化学成分 尽管自然界细胞形态多样, 功能各异, 但其化学成分基本相似, 主要包括: 糖类、 脂类、 蛋白质、核酸、酶类等。 一、糖类 糖类是多羟基醛、多羟基酮的总称,一般可用 Cm(H20)n 化学通式表示。由于一些糖分 子中氢和氧原子数之比往往是 2:1,与水结构相似,故又把糖类称为碳水化合物。糖是生 命活动的主要能源,又是重要的中间代谢物,还有些糖是构成生物大分子,如核酸和糖蛋白 的成分,因而具有重要意义。糖类化合物按其组成可分为单糖、寡糖、多糖。如果糖类化合 物中尚含有非糖物质部分,则称为糖复合物,例如糖蛋白、蛋白多糖、糖脂和脂多糖等。 (一)单糖 单糖是最简单的糖,不能被水解为更小的单位。单糖通常含有 3—7 个碳原子,分别称 为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。天然存在的单糖一般都是 D-构型。单糖分子既可以开 链形式存在, 也可以环式结构形式存在。 在环式结构中如果第一位碳原子上的羟基与第二位 碳原子的羟基在环的伺一面,称为α -型;如果羟基是在环的两面,称β -型。 2 重要的单糖有以下几种: 1.丙糖 如甘油醛(醛糖)和二羟丙酮(酮糖)。它们的磷酸酯是细胞呼吸和光合作用中重 要的中间代谢物。 2.戊糖 戊糖中最重要的有核糖(醛糖)、脱氧核糖(醛糖)和核酮糖(酮糖)。核糖和脱氧 核糖是核酸的重要成分,核酮糖是重要的中间代谢物。 3.己糖 葡萄糖、果糖和半乳糖等都是己糖。所有己糖的分子式为 C6H1206,但结构 式不同,互为同分异构体。葡萄糖是植物光合作用的产物,也是细胞的重要能源物质之一。 (二)寡糖 由少数几个(2—6 个)单糖缩合而成的糖称为寡糖。 最多的寡糖是双糖, 如麦芽糖、 蔗糖、 纤维二糖、乳糖。 1.麦芽糖 麦芽糖是由一个α —D-葡萄糖半缩醛羟基与另一分子α -D-葡萄糖 C4 上的 醇羟基缩合脱去一分子水,通过α -1,4-糖苷键结合而成。麦芽糖是淀粉的基本单位,淀粉 水解即产生麦芽糖,所以麦芽糖通常只存在于淀粉水解的组织,如麦芽中。 2.蔗糖 一分子α -D—葡萄糖和一分子β -D-果糖缩合脱水即成蔗糖。甘蔗、甜菜、胡 萝卜以及香蕉、菠萝等水果中都富含蔗糖。 3.乳糖 乳糖由一分子β -D-半乳糖和一分子α -D-葡萄糖通过β -1,4-糖苷键结合而成。 乳糖主要存在于哺乳动物乳汁中。 4.纤维二糖 纤维二糖是纤维素的基本结构单位,由 2 分子的 p-D-葡萄糖通过β -1, 4-糖苷键结合而成。 (三)多糖 自然界数量最大的糖类是多糖。 多糖是由很多单糖分子缩合脱水而成的分支或不分支的 长链分子。常见的多糖有:淀粉、纤维素、糖原、几丁质和黏多糖等。 1.淀粉 天然淀粉由直链淀粉与支链淀粉组成。直链淀粉是α -D-葡萄糖基以α -1,4糖苷键连接的多糖链。支链淀粉分子中除有α —1,4-糖苷键的糖链外,还有α -1,6-糖苷键 连接的分支。淀粉与碘有呈色反应,直链淀粉为蓝色,支链淀粉为紫红色。在稀酸或酶的作 用下,淀粉水解:淀粉→糊精→麦芽糖→α -D—葡萄糖。糊精是淀粉水解的最初产物,随 着水解,糖分子逐渐变小,它与碘作用分别呈红色、黄色、无色。这个反应可用于淀粉水解 过程的检验。 3 2.糖原 糖原是动物组织中贮存的多糖,又称动物淀粉。糖原也是α -D-葡萄糖基以α -1,4-糖苷键连接而成的,但糖原的分支比支链淀粉多。糖原遇碘作用呈红褐色。 3.纤维素,纤维素是一种线性的由β -D-葡萄糖基以β -1,4-糖苷键连接的没有分支的 同多糖。纤维素是植物细胞壁的主要组成成分。 4.几丁质(甲壳素) 昆虫和甲壳类外骨骼的主要成分为几丁质,是 N-乙酰—D-氨基葡 萄糖以β -1,4-糖苷键缩合成的同多糖。 二、脂类 脂类是生物体内一类重要的有机化合物。它们有一个共同的物理性质,就是不溶于水, 但能溶于非极性有机溶剂(如氯仿、乙醚、丙酮等)。脂类的组成元素主要有 C、H、0,但 0 元素含量低,C、H 元素含量高,彻底氧化后可以放出更多能量。此外,有的脂类还含有 P 和 N。生物体内常见的具有重要生理功能的脂类主要有三酰甘油、磷脂、类固醇、萜类、蜡 等。 1.三酰甘油 三酰甘油也称脂肪,是由 1 分子甘油和 3 分子脂肪酸结合而成的酯。 右边结构式中 Rl、R2、凡是脂肪酸的烃基链,构成三酰甘油的脂肪酸可分为饱和脂肪 酸和不饱和脂肪酸。饱和脂肪酸碳氢链上没有双键,如软脂酸、硬脂酸,其熔点高。不饱和 脂肪酸的碳氢链上含有不饱和双键,如油酸含 1 个双键,亚油酸含 2 个双键,亚麻酸含 3 个双键,因此熔点较低。动物脂肪大多富含饱和脂肪酸,在室温下为固态,植物油含大量油 酸和亚油酸,在室温下为液态。对于哺乳动物和人,亚油酸和亚麻酸不能自己合成,只能从 外界摄取,称为必需脂肪酸。 2.磷脂 4 磷脂又称甘油磷脂, 此类化合物是甘油的第三个羟基被磷酸所酯化, 而其他两个羟基被 脂肪酸酯化。磷脂酸是最简单的磷脂,是其他复杂磷脂的中间产物。若磷脂酸分子中的 H 为胆碱、胆胺、丝氨酸所取代,则分别成为卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸磷脂等。磷脂分子由于 有磷酸及与之相连的含氮化合物,因而是有极性的分子:它的有磷酸一端为极性的头,是亲 水的,它的 2 个脂肪酸链为非极性的尾,是疏水的。如将磷脂放在水面上,磷脂分子都将以 亲水的头和水面相接,而倒立在水面上,成一单分子层。如将磷脂放入水中,磷脂分子则会 形成单分子微团, 各分子的极性头位于微团的表面而与

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