第一部分生命的物质基础和结构基础.docx

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第一部分生命的物质基础和结构基础

第一部分生命的物质基础和结构基础

生命：

是自然界物质运动的一种高级形式，是地球上化学进化到一定阶段才出现的，它主要由蛋白质和核酸组成，是具有新陈代谢和自我繁殖能力的、复杂而有序的开放系统。

这种生命的“开放系统”与非生物的“关闭系统”的区别是：

它能与外界环境不断地进行物质交换和能量交换，以保持自身的稳定和发展。

地球上原来并无生命，从46亿年前地球形成后，经过近10亿年的化学起源，才于约35亿年前演变出了原始生命；以后又经过30多亿年的生物进化，才形成了今天这样千姿百态、绚丽多彩的生命世界。

生物的基本特征：

是指生物区别于非生物的特征，是判断某一物体是生物还是非生物的依据。

生物所具有的基本特征有：

1、生物具有共同的物质基础和结构基础。

物质基础是组成生物体的物质中都有蛋白质和核酸。

结构基础是除病毒外，所有的生物都是由细胞构成的，细胞是组成生物体的结构和功能的基本单位。

2、生物都具有新陈代谢。

新陈代谢是生物的最基本特征，是生物与非生物的本质区别。

3、生物具有应激性。

应激性使生物能对环境刺激产生相应的反应，使生物能更好地适应其生活的环境。

4、生物具有生长、发育和生殖的特征。

5、生物具有遗传和变异的特征。

6、生物具有适应一定的环境，同时影响环境的特征。

生物所具有的这些特征都是非生物没有的。

这些特征具有一定的内在联系，其具体联系可表示为：

生命的物质基础：

是指构成生物体的化学元素和化合物。

常见的主要的化学元素有20种。

根据化学元素占生物体重的比例是否大于万分之一，化学元素可分为：

大量元素（C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg）和微量元素（Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo，植物还有Cl、Ni）。

这些大量元素和微量元素都是必需元素，但是构成生物体的化学元素并不都是必需元素。

这17种化学元素中除C、H、O外，其余的元素均属于矿质元素。

构成生物体的化学元素的作用有：

1、组成化合物；2、影响生命活动。

生物体内化学元素的来源和去向为：

从组成化合物的化学元素的种类、含量和作用入手可以：

1、从元素组成分析代谢产物。

如糖类、脂肪、蛋白质都有C、H、O，可以推知它们的代谢产物都有CO2和H2O。

蛋白质还含有N元素，所以其代谢产物中还有含N废物（尿素）。

2、从元素含量分析氧化分解时释放能量的多少。

脂肪分子的C/H比例比糖类分子的C/H比例小，所以，脂肪分子氧化分解时需要消耗更多的氧气，产生更多的H2O，释放出更多的能量。

3、利用组成化合物的特殊化学元素应用放射性同位素示踪研究。

如利用同位素标记P、S证明DNA是噬菌体的遗传物质。

4、根据元素含量判断生物的种类。

一般植物含O元素较多，动物含N元素较多，另外，动物含Ca、P也较植物多。

组成生物体的化合物主要有：

水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质和核酸。

其中，蛋白质和核酸是所有的生物体共有的化合物，并且蛋白质和核酸还具有物种特异性，因此两者可以作为分类的依据。

水是细胞内含量最多的化合物，蛋白质是细胞内含量最多的有机化合物。

每种化合物在细胞内的主要作用不同，如糖类是主要的能源物质，脂质中的脂肪是生物体内主要的储存能量的物质，蛋白质是主要的结构物质，核酸是生物的遗传物质。

除以上化合物外，生物体内还存在很多种其他化合物。

这些化合物有机的组合在一起，共同完成生物体的生命活动，这种有机组合的基本形式就是构成生物体的结构单位细胞。

水：

是细胞内含量最多的化合物（和无机化合物），是构成细胞的基本物质。

在细胞内水有两种存在形式：

结合水和自由水。

其作用表现在：

①、是细胞结构的组成成分（结合水）；②、在细胞内作为良好的溶剂，细胞内的生化反应只有在水中才能进行；③、比热大，有利于维持细胞和生物体的体温（有利于酶发挥作用）；④、作为物质运输的媒介，在细胞内各部分间运输物质；⑤、作为反应物参与细胞内进行的生化反应；⑥、维持细胞的体积，使生物体（尤其是植物体）保持正常的形态（②、③、④、⑤、⑥都是自由水的作用）。

细胞内自由水/结合水比值的变化对细胞的新陈代谢有着重要的影响：

比值升高，新陈代谢旺盛，代谢速度加快，抗性降低；比值降低，新陈代谢速度变慢，抗性增强。

对于生活在极端环境条件下的生物而言细胞内自由水/结合水比值较低有利于生物提高抗旱、抗寒、抗盐碱等抗逆性。

植物体可通过渗透作用和吸胀作用两种方式吸收水分，其散失水分的主要方式是蒸腾作用。

人体内的水有三个来源：

饮水、食物中所含的水和代谢中产生的水。

排出水的途径有由肾脏、皮肤、肺、大肠排出。

人体内的水分平衡包括两方面的含义：

（1）人体水的摄入量和排出量相等；

（2）机体内的水保持动态平衡。

人体内水分代谢的失调将影响人体内的细胞外液渗透压的改变，从而使存在于下丘脑的渗透压感受器受刺激，影响垂体抗利尿激素（由下丘脑合成和分泌）的释放，调节肾小管和集合管对水分的重吸收。

无机盐：

是构成细胞结构的一种无机物，在细胞内含量较少，主要以离子的形式存在。

其主要作用是：

①、以化合物的形式作为细胞结构的组成成分（如：

C、H、O—糖类、脂质、蛋白质、核酸等的组成元素；N—组成蛋白质、核酸、ATP等；Fe2+—构成血红蛋白不可缺少；I—合成甲状腺激素；Mg2+—合成叶绿素等）②、参与调节细胞和生物体的新陈代谢（酶）和生命活动（激素、B、Ca2+等）。

（注意教材中这两个功能的具体表现）。

③、调节细胞内液和细胞外液的渗透压，维持渗透平衡（如Na+是维持细胞外液渗透压的主要无机盐离子，K+是维持细胞内液渗透压的主要无机盐离子）；④、调节酸碱度，维持酸碱平衡等。

糖类：

是只由C、H、O三种化学元素组成的有机化合物，是生物体和细胞的主要能源物质，生命活动需要的主要能量是通过糖类物质的氧化分解提供的。

根据其是否能再水解以及水解产生的不能再水解的糖类物质的分子数，糖类可分为：

①、单糖：

是不能再水解的糖类物质。

单糖普遍存在于生物体内，包括五碳糖——脱氧核糖和核糖（核酸的组成物质）；六碳糖——主要是葡萄糖（呼吸作用的主要底物，氧化分解提供能量）、果糖和半乳糖。

②、二糖：

可水解产生两分子单糖的糖类物质。

植物细胞中最重要的二糖是蔗糖和麦芽糖；动物细胞中最重要的二糖是乳糖。

③、多糖：

是可水解产生多个单糖分子的糖类物质。

植物多糖主要是淀粉（储存能量）和纤维素（构成细胞壁的成分）；动物细胞内最主要的多糖是糖元，包括肝糖元（在肝细胞内，当血糖浓度超过正常水平时合成，可维持血糖浓度的相对稳定）和肌糖元（在骨骼肌细胞内合成，不能直接提高血糖浓度，但具有调节血糖浓度的作用——降低血糖浓度）。

糖类的主要作用是作为能源物质，通过氧化分解提供能量，其次是作为结构物质（如脱氧核糖和核糖——组成核酸，核糖——组成ATP，纤维素——构成细胞壁等，还可以与蛋白质、脂质构成组成细胞结构的糖蛋白、糖脂）。

糖类是自然界分布最广的物质之一，从细菌到高等动物的机体都含有糖类物质，其中植物体中含量最为丰富。

脂质：

是主要由C、H、O三种元素组成，有的还含有N、P等元素的一类有机化合物。

主要分为：

脂肪、类脂和固醇三类。

①、脂肪（储存脂质）：

只由C、H、O三种元素组成，是生物体内主要的储存能量的物质。

与糖类相比较，脂肪的C/H比例较小，氧化分解时需要更多的O2，可产生更多的水，同时释放出更多的能量（为等质量的糖类和蛋白质的二倍还多）。

在有机物进行氧化分解时，如果释放出的CO2的量比吸收的O2的量少时，可说明脂肪参与了氧化分解。

脂肪还具有缓冲外力打击、保温、润滑等作用；②、类脂（结构脂质）：

如磷脂是构成膜结构的主要成分之一（注意磷脂的缺少还会影响脂蛋白的合成，是形成脂肪肝的原因之一）；③、固醇（功能脂质）：

固醇类物质主要参与生命活动的调节，如胆固醇、维生素D、性激素、肾上腺皮质激素等。

蛋白质：

是主要由C、H、O、N等元素构成的一类大分子有机物，是细胞内含量最多的有机化合物。

构成蛋白质的基本结构单位是氨基酸，构成具有生物活性的蛋白质的氨基酸有20种。

构成动物蛋白质的氨基酸包括必需氨基酸和非必需氨基酸两类。

必需氨基酸是指不能在体内合成的氨基酸。

必需氨基酸主要来自食物，其次还可来自于体内组织蛋白质的水解。

获取必需氨基酸是异养型生物必须从体外获得一定的蛋白质的原因之一；非必需氨基酸能在体内合成的氨基酸。

非必需氨基酸除来自食物外，还可在体内细胞中通过氨基转换作用合成。

20种氨基酸具有相同的的结构通式，它们的差异表现在其中的R基团的不同。

氨基酸经脱水缩合而成为链状结构的多肽，多肽具备一定的空间结构即为蛋白质。

构成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序不同以及肽链的空间结构不同，所构成的蛋白质也不同，体现出蛋白质分子结构的多样性（结构上的原因——直接原因），但决定蛋白质的多样性的根本原因是遗传物质（主要是DNA）的多样性（不同生物的蛋白质不同是因为遗传物质不同；同一生物个体不同细胞、组织、器官的组成蛋白不同则是因为基因的选择性表达）。

蛋白质具有多种多样的作用，主要是作为细胞和生物体的结构物质（如构成各种膜结构、染色体等），其次还具有调节作用（如酶、蛋白质类激素）、运输作用（如载体、血红蛋白等）、运动作用（如肌球蛋白、肌动蛋白）、免疫作用（如抗体）和细胞识别（如糖蛋白）等。

细胞内合成蛋白质的场所是核糖体。

对蛋白质合成起决定作用的是遗传物质。

蛋白质具有物种特异性，可以作为物种分类的依据。

核酸：

主要由C、H、O、N、P等元素构成的一类大分子有机物，是一切生物的遗传物质。

构成核酸的基本单位是核苷酸，每分子核苷酸由一分子五碳糖、一分子磷酸、一分子含氮碱基组成（五碳糖有：

脱氧核糖和核糖两种，含氮碱基有：

A、G、C、T、U五种）。

因为组成成分中五碳糖的种类不同可将核酸分为脱氧核糖核酸和核糖核酸两种。

脱氧核糖核酸（DNA）——由四种脱氧核苷酸组成的规则的双螺旋结构物质，其含有A、G、C、T四种含氮碱基。

DNA主要存在于细胞核内。

核糖核酸（RNA）——由四种核糖核苷酸组成的单链结构物质，其含有A、G、C、U四种含氮碱基。

RNA主要存在于细胞质中。

由于绝大多数生物都以DNA为遗传物质，所以DNA是主要的遗传物质（只要某种生物有DNA存在，该种生物的遗传物质就是DNA）。

只有当某种生物体只有RNA时，RNA才能作为遗传物质（目前见于RNA病毒，如HIV病毒、烟草花叶病毒、SARS病毒、流感病毒等）。

病毒只有一种核酸：

DNA或RNA，其他生物有两种核酸：

DNA和RNA。

不同物种的生物的核酸不同，具有物种特异性，可以作为分类的依据。

细胞：

是构成生物体结构和功能的基本单位，除极少数生物（如病毒等）外，几乎所有的生物都是由细胞构成的。

主要根据细胞核的结构差异还可以把细胞分为原核细胞和真核细胞两类。

病毒：

是一种没有细胞结构的生物，其形态

很小，只有在电子显微镜下才能看见。

构成病毒的化学成分主要是蛋白质和

核酸。

蛋白质以衣壳粒（电子显微镜下

看到的最小单位）的形式构成衣壳，衣壳与病毒核酸共同构成核衣壳。

一些病毒（如流感病毒等）其核衣壳外面还有囊膜（宿主细胞的细胞

膜，化学成分主要是类脂、蛋白质和糖类等）和刺突。

病毒的核酸是

DNA或RNA，一种病毒不可能同时具有两种核酸，所以，病毒的遗

传物质是DNA或RNA，病毒的一切性状都是由其核酸决定的。

病毒

不能单独完成其生理活动，它只能寄生于其他生物的细胞内，进行其

作为生物的主要生命活动——增殖（这是病毒之所以是生物的主要原

因）。

根据其寄主的不同，病毒可分为：

①、细菌病毒（即噬菌体）；

②、植物病毒（如烟草花叶病毒）；③、动物病毒（如口蹄疫病毒、

鸡瘟病毒——禽流感病毒、HIV病毒、SARS病毒等）。

根据病毒所含

核酸的不同，病毒又可分为：

①、DNA病毒（核酸为DNA，如噬菌

体）；②、RNA病毒（核酸为RNA，如烟草花叶病毒、HIV病毒、流

感病毒等）。

病毒的遗传不遵循孟德尔遗传定律，其可遗传的变异的

来源只有基因突变。

比病毒更小的生物是：

①、类病毒（结构中只有

核酸，没有蛋白质）；②、朊（音ruan，即蛋白质）病毒（结构中只

有