高中生物 思维导图在生物中的应用 2组成细胞的分子知识点.docx
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高中生物思维导图在生物中的应用2组成细胞的分子知识点
2.组成细胞的分子
2.1元素
1、体现
1.生物界与非生物界的统一性:
种类相似;组成细胞的元素都能在非生物界中找到;没有一种元素是无机环境特有的
2.生物界与非生物界的差异性:
含量不同
3.原因:
有选择地物质交换
4.形式:
在生物体内,元素主要以化合物的形式存在;知识联想:
在生物体内,无机盐主要以离子的形式存在
2、含量的分析方法:
物理学,化学,生物学
3、分类
1.必需
(1)大量元素:
C、H、O、N、P、S、Ca、Mg、K
1主要元素:
C、H、O、N、P、S
2基本元素:
C、H、O、N;鲜重排行:
O>C>H>N;干重排行:
C>O>N>H
3最基本元素:
C,生命元素,构成碳链骨架,形成三种大分子,即蛋白质、核酸、多糖
4细胞鲜重最多的是O,水是最多的化合物
5细胞干重最多的是C,蛋白质是最多的有机物
(2)微量元素:
Zn、Mo(钼)、Cu、B(硼)、Fe、Mn(锰);特点:
含量很少,但其作用是其它元素不可替代
2.非必需:
有害元素;无害元素
3.矿质元素:
对植物而言,除CHO外为矿质元素
(1)必需:
能再利用元素:
N、P、K、Mg;若植物缺乏,老叶先受损。
不被再利用元素:
Ca、S、B;若植物缺乏,幼叶先受损
(2)非必需
4、元素的数量比较:
=相对含量/相对分子质量,即相当于求物质的量n=m/M;活细胞中,H数量最多
5、化合物的特征元素
1.蛋白质:
S
2.血红蛋白:
Fe
3.叶绿素:
Mg
4.甲状腺激素:
I
5.核酸、ATP、磷脂:
P,磷酸基团
6、物质代谢
1.含有C的物质,其代谢产物为CO2
2.含有H、O的物质,其代谢产物为H2O
3.含有N的物质,其代谢产物为尿素、NH3
2.2水
1、地位
1.生命之源
2.细胞最多的化合物:
鲜重最多;最多的无机化合物;50%以上
2、分布
1.不同生物:
体内含水量不同;一般水生生物体内的含水量比陆生生物多
2.同一生物体内:
(1)不同器官的含水量不同;一般代谢旺盛的组织、器官含水量多
(2)生物体在不同的生长发育时期含水量不同;年少的大于年老的
(3)不同性别的含水量不同;男人>女人
3、分类
1.自由水
(1)功能
1良好的溶剂:
许多物质溶解在水中
2参与细胞内大多数生化反应(光合作用、呼吸作用)
3绝大多数细胞必需浸润在以水为基础的液体环境中
4运输营养物质或代谢废物
(2)特点:
流动性强、易蒸发;参与物质代谢
(3)含量:
95%以上
2.结合水
(1)功能:
细胞结构的重要组成成分
(2)特点:
不流动、不蒸发;与其他物质结合
(3)含量:
4.5%
3.影响形态:
心肌,结合水相对高;血液,自由水相对高,二者含水量相当
4.相互转换
(1)抗逆性:
抗寒,抗旱,抗盐,抗病虫害;结合水相对含量越高,抗逆性相对越强
(2)生物体内,自由水与结合水成动态平衡
(3)自由水/结合水:
比值大,代谢旺盛,温度高,抗逆性差;比值小,代谢缓慢,温度低,抗逆性强
(4)应用:
储存、越冬作物
5.种子
(1)鲜种子:
比值大
(2)干种子:
暴晒处理;用水浸泡后,仍能萌发;失去自由水,具有生理活性
(3)死种子:
烘干、坏死;用水浸泡后,不再萌发;失去结合水,不具生理活性
4、水的产生
1.有氧呼吸第三阶段(线粒体内膜)
2.ATP的合成(叶绿体、线粒体、细胞质基质)
3.单糖合成多糖(细胞内)
4.氨基酸脱水缩合(核糖体)
5.DNA分子复制、转录(细胞核、叶绿体、线粒体)
5、水的利用
1.光反应(叶绿体类囊体薄膜)
2.有氧呼吸第二阶段(线粒体基质)
3.水解反应:
ATP(叶绿体基质等),肝糖原水解,淀粉、蛋白质、脂肪消化,DNA、RNA的水解
6、水的调节:
抗利尿激素
7、水的吸收:
渗透作用
2.3无机盐
1、状态
1.大多数以离子形式存在
2.少数以化合物形式存在
(1)Ca形成骨骼和牙齿;过多,肌无力;过少,儿童佝偻病,中老年骨质疏松、痉挛
(2)Fe形成血红蛋白:
缺铁性贫血症
(3)Mg形成叶绿素:
缺Mg叶绿素合成受阻,影响光合作用
(4)Zn形成酶:
缺Zn,生长发育不良(侏儒症),性腺功能受阻
(5)I形成甲状腺激素:
缺I,甲状腺肿大,儿童智力和体格发育出现障碍
2、功能
1.构成细胞某些复杂化合物的重要组成成分
2.维持细胞和生物体的生命活动
(1)维持细胞正常形态和功能;细胞的吸水和失水实验
(2)维持细胞渗透压平衡:
水盐平衡,Na+、Cl-维持细胞外液的渗透压平衡;K+维持细胞内液的渗透压平衡
(3)维持细胞的酸碱平衡:
稳态平衡,NaHCO3/H2CO3、Na2HPO4/NaH2PO4维持血浆的酸碱平衡
3、验证
4、跨膜运输
1.植物细胞对矿质元素的吸收方式为主动运输
2.高等动物神经冲动传导过程中,静息时,K+外流;兴奋时Na+内流;均为协助扩散
2.4蛋白质
1、元素:
CHONS
1.CHO
2.区别元素:
N。
含量较稳定,一般约为16%;计算,蛋白质含量=6.25·蛋白氮,6.25为16%的倒数
3.R基中的元素:
多有S
2、地位作用
1.生命活动的主要承担者
2.占细胞鲜重最多的有机物:
第二多的化合物
3.占细胞干重最多的化合物、有机物:
50%以上
3、结构组成
1.单体:
氨基酸
(1)种类:
20。
分为必需和非必需
(2)结构通式:
C2H4O2NR;H2N-CHR-COOH
1数量上:
每种氨基酸至少有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH,甲酸形成)
2位置上:
中心碳,并且氨基和羧基连在同一个碳原子上(氨基酸定义的由来);这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团(R表示);各基团可随意变换位置(立体的空间结构,角度问题)
3区别在于R基不同:
最简单的氨基酸的R基为-H,即甘氨酸
4演化过程:
甲烷→两个-H元素被-NH2和-COOH取代→另一个-H被-R基取代→保留一个-H
2.多肽
(1)结合方式
1脱水缩合
1)肽键:
—CO—NH—
a)肽链:
二肽、多肽(数字以汉字表示);环状肽是由首尾的氨基、羧基反应形成
2方式
1)中心碳上,—COOH脱下氧、氢,—NH2脱下氢
2)R基一般不参与反应:
-S-S-(二硫键)是由R基上2个-SH脱去2个H形成;R基间氨基、羧基反应形成肽键
3结构
1)氨基酸:
种类不同;数目成百上千;排列顺序千变万化(n种氨基酸形成m肽,若各种氨基酸数目无限,则形成m肽的种类为:
nm;n种氨基酸形成m肽,若各种氨基酸数目唯一,则形成m肽的种类为:
n!
)
2)肽链:
肽链空间结构千差万别
(2)计算
1n个氨基酸形成的m条肽链
2要脱去n-m个水分子,形成n-m条肽键
3蛋白质的相对分子质量=氨基酸数×氨基酸的平均分子量-水的分子量×失去的水分子数
4如果每个氨基酸的平均相对分子质量为a,那么由此形成的蛋白质的相对分子质量为n·a-18(n-m)
5二硫键:
K对—SH形成K个—S—S—,同时去掉2K个H。
蛋白质的相对分子质量为n·a-18(n-m)-2K
6至少含有的氨基(羧基)数=肽链数=m
7实际含有的氨基(羧基)数=m+R基中游离数
8N原子数=氨基酸数n+R基中N原子数=n+RN=键+m+RN
9O=键+2m+RO
10C=2n+RC
11H=键+3m+n+RH
12环状多肽:
n=肽键=水(计算时把环当成0,即m=0)
3.多聚体:
蛋白质
(1)方式:
α盘曲;β折叠
(2)水解:
水做反应物,酶催化;分解成氨基酸或肽链;脱水缩合的逆反应;形成多聚体耗能,水解不耗能
1类型
1)首端/尾端肽键水解酶:
按照首/尾端开始,逐个水解;最终形成单个氨基酸
2)某氨基酸的羧基/氨基端肽键酶:
只水解特定的氨基酸的羧基/氨基端的肽键;最终形成氨基酸或多肽
3)某氨基酸的两侧肽键酶:
水解两侧肽键,使其成游离的氨基酸;最终形成氨基酸或多肽
4)肽键水解:
单个氨基酸
(3)变性:
高温,强酸/碱,重金属盐等改变空间结构
4、功能
1.结构蛋白:
组成细胞和生物体
2.功能蛋白:
(1)催化作用:
绝大多数酶
(2)运输作用:
载体、血红蛋白
(3)调节生命活动:
激素
(4)免疫作用:
抗体
(5)运动作用:
肌动蛋白
(6)识别作用:
糖蛋白(只在细胞膜外)
(7)能源物质:
糖不足时,供能
3.不同蛋白质/酶可起相同的作用,但效果不同
(1)原因:
蛋白质的空间结构不同,或氨基酸的排列顺序不同
5、物质鉴定
1.取材:
大豆组织研磨液或蛋清稀释液
2.试剂:
双缩脲,本质:
与肽键反应。
∴变性的蛋白质也可发生显色反应
3.现象:
紫色
4.备注:
AB液先后加;A:
0.1g/ml的NaOH,创造碱性环境;B:
0.01g/ml的CuSO4,不能过量;过量B液会使溶液呈蓝色,掩盖紫色
2.5核酸
1、元素:
CHONP;区别元素:
N、P
2、地位作用:
DNA是主要的遗传物质
1.所有生物中,核酸是遗传信息的携带者;DNA是主要的遗传物质
2.具有细胞结构的生物中,DNA才是细胞的遗传物质
(1)既有DNA也有RNA时,DNA作为遗传物质携带遗传信息;DNA病毒,遗传物质在DNA中
(2)RNA病毒,遗传信息在RNA中
3.在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用
3、分类:
DNA-脱氧(核糖)核酸;RNA-核糖核酸
4、结构组成
1.单体:
核苷酸
(1)种类:
由五碳糖、碱基种类决定
1脱氧(核糖)核苷酸:
腺嘌呤脱氧核苷酸;鸟嘌呤脱氧核苷酸;胞嘧啶脱氧核苷酸;胸腺嘧啶脱氧核苷酸
2核糖核苷酸:
腺嘌呤核糖核苷酸;鸟嘌呤核糖核苷酸;胞嘧啶核糖核苷酸;尿嘧啶核糖核苷酸
(2)结构通式:
1:
1:
1=磷酸:
五碳糖:
含氮碱基
1相同点:
磷酸;含氮碱基共有AGC
2异同点:
五碳糖。
DNA:
脱氧核糖;RNA:
核糖。
含氮碱基:
DNA:
T;RNA:
U
2.多聚体:
核酸
(1)结合方式
1脱水缩合形成磷酸二酯键
2方式:
三号碳脱去-OH,磷酸脱去-H;DNA,两条反向链,碱基互补配对,A=T,G≡C(越多结构越稳定),嘧啶数=嘌呤数;RNA,单链
3多样性与特异性:
核苷酸的种类、数量、排列顺序不同,且特定
(2)计算:
一条链由n个碱基构成,则有4n
5、生物类别与核酸
生物类别
遗传物质
核酸种类
核苷酸种类
碱基种类
细胞生物
真核生物
DNA
2种,DNA和RNA
8种
5种
原核生物
非细胞生物
DNA病毒
1种,DNA
4种
4种
RNA病毒
RNA
1种,RNA
4种
4种
6、物质分布
1.取材:
人的口腔上皮细胞、洋葱表皮细胞
2.试剂:
(1)0.9%生理盐水,维持细胞渗透压,保持细胞正常形态
(2)8%盐酸:
改变细胞膜通透性,加速染色,使蛋白质与DNA分离
(3)吡罗红甲基绿染色剂:
现用现配,混合使用(亲合力不同,染色不同;若单独使用,则DNA、RNA均染色,无法区分)
(4)蒸馏水:
配制药品;冲洗载玻片上的盐酸(每种染色剂都有其特定的pH值)
3.现象:
细胞核绿;细胞质红
4.操作:
取材制片(滴→漱→刮→涂→烘)→水解(质量分数为8%的盐酸,30℃保温5min)→冲洗→染色→观察(先用低倍镜找到染色均匀、色泽较深的区域;再用高倍镜观察具体的分布)
5.结论:
(1)真核细胞的DNA主要分布在细胞核中:
线粒体、叶绿体含少量
(2)RNA主要分布在细胞质中
6.备注
(1)制片:
选材不可用红细胞——无细胞核;不可用有色细胞——颜色干扰;0.9%的NaCl溶液,保持细胞形态
(2)嗽口:
防止混杂食物碎屑
(3)烘干:
迅速杀死细胞,防止溶酶体对核酸的破坏;为了固定装片;要在酒精灯火焰上来回移动,防止受热不均而破裂;烘干至细胞吸附住即可
(4)水浴:
受热均匀,充分水解;时间太长会破坏细胞;太短会水解不充分
(5)冲洗:
用缓水流,防止细胞被水冲走(知识联想:
酿酒时冲洗葡萄);同时洗去HCl,以免对染色进行干扰
(6)观察:
高倍镜
7、物质鉴定:
DNA溶液(溶于蒸馏水或2mol/L的NaCl溶液中)+二苯胺→(沸水浴)→蓝色
2.6糖类
1、元素:
只有CHO
2、地位作用
1.生命活动的主要能源物质:
70%的生命活动
2.细胞和生物体的结构成分
3、结构组成
1.碳水化合物:
Cn(H2O)m;不是H:
O=2:
1就是糖,如CH2O(甲醛);不是所有糖H:
O=2:
1,脱氧核糖:
C5H10O4;不是所有糖都甜,单糖、二糖一般有甜味;不是有甜味的都是糖,人造甜味剂
2.单体:
单糖
(1)六碳糖:
C6H12O6
1葡萄糖,存在于动、植物中,细胞中主要能源物质;果糖,存在于植物中,提供能量
2半乳糖:
存在于动物中,提供能量
(2)五碳糖:
构成核酸成分;分类,核糖C5H10O5,脱氧核糖C5H10O4
3.二糖:
C12H22O11
(1)分类:
麦芽糖=葡萄糖+葡萄糖,存在于植物中;蔗糖=葡萄糖+果糖,存在于植物中;乳糖=葡萄糖+半乳糖,存在于人和动物中
(2)功能:
水解成单糖而供能
4.多聚体:
多糖:
(C6H10O5)n,生物体内的糖类绝大多数为多糖,高中课本只研究由葡萄糖构成的多糖;糖蛋白中是另一种多糖
(1)淀粉,存在于植物中,储存能量。
水解:
淀粉→麦芽糖→葡萄糖。
消化:
淀粉→麦芽糖→葡萄糖→糖原(多余的葡萄糖)→脂肪
(2)糖原:
存在于人和动物中;肝糖原,有氧呼吸分解为葡萄糖,储存能量,调节血糖;肌糖原,无氧呼吸分解为乳酸,分解供能
(3)纤维素:
存在于植物中;植物细胞壁的成分;很难被消化,借助微生物的协同作用
4、分类
1.能否被水解及水解产物多少:
单糖、二糖、多糖
2.来源和归属:
(1)动植物共有:
脱氧核糖、核糖、葡萄糖
(2)动物特有:
半乳糖;乳糖;糖原
(3)植物特有:
蔗糖、麦芽糖;淀粉、纤维素
3.功能
(1)能源物质:
葡萄糖
(2)储能物质:
淀粉、糖原
(3)结构物质:
脱氧核糖、核糖、纤维素
(4)参与信息交流:
糖蛋白
4.是否具有还原性
(1)还原糖:
葡萄糖、果糖、半乳糖;麦芽糖、乳糖
(2)非还原糖:
蔗糖;淀粉、纤维素、糖原
5、物质鉴定
1.还原糖
(1)取材:
还原糖含量高、白色或近于白色的植物组织,如苹果、梨的匀浆
(2)试剂:
斐林试剂,甲:
0.1g/ml的NaOH;乙:
0.05g/ml的CuSO4
(3)现象:
浅蓝色→棕色→砖红色沉淀
(4)备注:
甲乙液等量混合;50-65℃水浴加热;沉淀
2.淀粉
(1)取材:
马铃薯的匀浆
(2)试剂:
碘液(棕红色)
(3)现象:
蓝
2.7脂质
1、元素
1.CHO
2.区别元素:
只有磷脂中含P、N
2、特点:
1.存在于所有的细胞中,是组成细胞和生物体的重要有机化合物
2.O的含量远远少于糖类:
∴与糖原相比,体积小;∴氧化分解(即细胞呼吸)时,与糖原相比,耗氧多
3.而H的含量多于糖类:
∴氧化分解时,与糖原相比,耗氧多,生成水多,供能多,呼吸商小于1
4.溶于有机溶剂:
丙醇,乙醚,氯仿
5.不是生物大分子
3、种类
1.脂肪
(1)功能
1贮存脂质
2脂肪是细胞内良好的储能物质:
氧化分解时,相比糖原,体积小(O含量少,∴1/5的体积),耗氧多(∵H含量高→呼吸商小于1),生成水多(H含量高),供能多(2倍多的能量∵H含量高)
3绝热体、保温,缓冲和减压,保护
(2)构成=1甘油分子+3脂肪酸
(3)鉴定
1取材:
花生种子
2试剂:
苏丹III;现象:
橘黄色;苏丹IV,现象:
红色
3需要高倍镜观察;50%酒精:
去浮色(染液能溶解于酒精中)
2.磷脂:
结构脂质;构成细胞膜和细胞器膜
3.固醇:
活性脂质
(1)胆固醇:
细胞膜的重要组成成分,分布在磷脂双分子层内部;参与血液中脂质的运输;阳光下转换为维生素D
(2)性激素:
能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成;维持第二性征
维生素D:
促进人和动物肠道对钙和磷的吸收
2.8糖、脂、蛋白质
1、植物体内
1.形成种子、果实时
(1)糖类经脱水缩合转换为淀粉或脂肪
(2)气温下降:
再转换成糖类,供能抗寒,口感变甜
2.种子萌发时
(1)方式
1淀粉或脂肪:
水解为糖类供能,形成其他结构
2没有光合作用:
无叶绿素
(2)有机物总重减少:
有机物分解供能;有机物总重=干重,持续减少
(3)总重量
1先增加:
先吸水,水解,水提供的氧元素被转换(脂类:
氧少氢多,糖类:
Cn(H2O)m)
2后减少:
氧化分解供能
2、在人和动物体内
1.食物中消化吸收;其他物质转化;自身物质的分解
2.作为能源物质:
利用顺序为,糖→脂→蛋白质
3.代谢终产物:
(1)共同:
H2O,CO2
(2)蛋白质:
尿素(N)
4.糖类和脂肪都可以在体内储存:
但蛋白质不能在体内储存(分解成氨基酸)
5.相互转换
(1)糖类:
可大量转换成脂肪;转换成非必需氨基酸
(2)脂肪:
少量转换成糖类;在植物和微生物体内转换成氨基酸
(3)氨基酸:
与蛋白质相互转换;转换为糖类;转换为脂肪;转换为其他氨基酸