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第一章 细胞的元素及物质组成
一、 组成细胞的化学元素
1、细胞中常见的化学元素有20多种，根据含量多少可以分为大量元素和微量元素。
大量元素：占生物体总质量万分之一以上。主要有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
微量元素：生物所必须，但需求量却很少。Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo
2、主要元素：C、H、O、N、P、S
3、基本元素：C （又称生命元素或核心元素）。地球上的生命是在碳元素的基础上建立起来的。所有有机化合物的组成都有碳元素的参与。
4、组成各种生物体的化学元素种类大致相同。但元素含量的差异很大。
5细胞无论干重还是鲜重，C、H、O、N四种元素含量最多。
（1）活细胞中含量最多的化合物是H2O。
（2）占细胞鲜重含量最多的元素是O；数量最多的元素是H。
（3）占细胞干重含量最多的化合物是蛋白质。
（4）占细胞干重含量最多的元素是C。
二、组成细胞的化合物
无机化合物：水、无机盐
化合物
有机化合物：糖类、脂质、蛋白质、核酸
大分子物质：多糖（淀粉、纤维素、糖原）、蛋白质、核酸（DNA、RNA）
1、 糖类 （元素组成：C、H、O）
C5: 核糖、脱氧核糖
单糖 （其中：葡萄糖、核糖、脱氧核糖为动植物所共有）
C6: 葡萄糖、果糖、半乳糖
植物： 蔗糖 葡萄糖 + 果糖 （甘蔗、甜菜、蔬菜、多数水果中较多）
二糖 麦芽糖 2葡萄糖 （发芽的小麦等谷物中）

动物：乳糖 葡萄糖 + 半乳糖 （人或者动物的乳汁中）
淀粉 （土豆、山药、甘薯、小麦、玉米）
植物：
多糖 纤维素 （芹菜、棉花、棕榈、细胞壁） （多糖的基本结构单位为：葡萄糖）

动物： 糖原 （肝脏、肌肉）
糖类的生物学作用：
（1）生物体内最主要的能源物质。
（2）参与植物细胞结构的组建：纤维素构建的细胞壁
（3）细胞识别的信息分子：糖蛋白
2、脂质（元素组成：C、H、O，少量N、P）
脂肪：细胞内良好的储能物质；维持体温，减少热量的散失；缓冲和减压，保护内脏器官。
磷脂
类脂 细胞膜的重要组成成分
糖脂

固醇：胆固醇、性激素、维生素D

拓展：关于生物体内能源物质的理解
（1） 能源物质必须是有机物，同时蕴含有足够的能量，通过氧化代谢供给生物体利用，典型的能源物质是糖类、脂肪、蛋白质。
（2） 能源物质的主要功能不一定是供能。如蛋白质的主要功能是参与构建细胞的结构和调节代谢。
（3） 含有大量能量的物质不一定是生命活动的主要功能物质。如同质量的脂肪所含能量远高于糖类，但是只有在葡萄糖供能不足时，它才会为生命活动供能。
（4） 淀粉是植物中的储能物质；脂肪、糖原是动物中的储能物质。
（5） 三大类能源物质的供能顺序是：首先动用糖类供能；糖类不足时依次动用脂肪、蛋白质。蛋白质在正常代谢中只提供部分能量，一般不供能。
3、 蛋白质 （元素组成：C、H、O、N，绝大多数蛋白质含S）
（1） 基本结构单位：氨基酸
（2） 构成蛋白质的氨基酸约有20种。
必须氨基酸：生命活动所必须，动物体不能合成，只能从食物中获得。共有8种。
非必须氨基酸：机体可以自主合成，也可以从食物中获得。
（3） 20种氨基酸的结构通式：
Ｒ
│
NH2─Ｃ─COOH
　　　　　　　　　　　　　 │
Ｈ
(4) 参与蛋白质组建的氨基酸必须要满足：氨基、羧基、氢原子同时连在一个中心碳原子上。R基团的结构可以随意改变。R基团结构的不同，导致20种氨基酸理化性质的不同。
（5） 对于氨基酸而言，可见的氨基及羧基各一个，但是R基团上可以含有额外的氨基或者羧基。
（6） 多肽的形成：脱水缩合 （命名：由几个氨基酸构成，即为几肽）

肽键结构式：A. -CO-NH-  
注:
①肽链的结构有直链式和环状式两类。
②任意一条直链肽，都至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基。若为环状肽，游离的氨基或羧基只存在于R基团上。
③脱水缩合的过程中，只有与中心碳原子相连的氨基和羧基发生反应，R基团上的氨基和羧基不发生反应。
④由小分子基本单体构成大分子的过程都可以称为脱水缩合，并非专指多肽的形成而言。
（7）氨基酸脱水缩合计算
① 氨基酸个数 – 肽链条数 = 肽键数 = 脱水数
② 蛋白质的质量 = 氨基酸个数 × 氨基酸平均分子量 – 18 × 脱水个数
③ 无论是直链肽还是环状肽，脱水数与肽键数恒相等
④ 环状肽中，构成环状肽的氨基酸个数与肽键数及脱水数相等。
例1：一个由n条肽链组成的蛋白质分子共有m个氨基酸，该蛋白质分子完全水解共需水分子多少个
A．n　　　 B．m　　 C.m+n　　 　D. m-n
例2：某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。该蛋白质至少有氧原子的个数是
A.n-m B.n-2m C.n+m D.n+2m
例3：免疫球蛋白IgG的结构如图所示，其中-S-S-表示连接两条相邻肽链的二硫键。若该IgG由m个氨基酸构成，则该IgG有肽键数

A.m个 B.（m+1）个 C.（m-2）个 D.（m-4）个
例4：某22肽被水解成1个4肽，2个3肽，2个6肽，则这些短肽的氨基总数的最小值及肽键总数依次是
A.6,18 B.5,18 C.5,17 D.6,17
例5：有一种二肽的化学式是C8H14N2O5, 水解后得到丙氨酸（R基为-CH3 和另一种氨基酸X 则X的化学式是
A .C5H7NO3 B. C5H9NO4 C.C5H11NO5 D. C5H7NO4
例6：分析多肽E和多肽F得到以下结果（单位：个）：
元素或基团
C
H
O
N
氨基
羧基
多肽E
201
348
62
53
3
2
多肽F
182
294
55
54
6
1

多肽E和多肽F中氨基酸的数目最可能是
A.199和181 B.430和281 C.58和53 D.51和49
（8） 蛋白质的结构及功能
脱水缩合 盘曲、折叠
氨基酸 多肽 蛋白质
蛋白质的结构决定了蛋白质所应该具有的特定功能。结构决定性质。
蛋白质是生命活动的主要承担者及体现者。每种蛋白质分子的空间结构均不相同。
影响蛋白质结构的因素：
氨基酸的种类、数量、排列顺序
多肽链条数
蛋白质的空间结构
上述任何一种因素的改变，都会导致蛋白质结构的改变，进而影响到蛋白质的功能。
催化作用：酶
运输作用：血红蛋白、载体
免疫作用：抗体
蛋白质功能 调控作用：生长激素、胰岛素、胰高血糖素
信息传递：糖蛋白、激素受体
结构蛋白: 肌肉、毛发、指甲
蛋白质的变性：在高温（70℃以上）、重金属盐、酸、碱、紫外线、X射线等的作用下，导致蛋白质的空间结构改变，丧失原有的生物学活性。蛋白质的变性具有不可逆性。
4、核酸 （元素组成：C、H、O、N、P）
DNA ( 脱氧核糖核酸、脱氧核酸、脱氧核苷酸链 )
（1）核酸
RNA（ 核糖核酸、核糖核苷酸链 ）

（2）基本结构单位：核苷酸

脱氧核苷酸 DNA基本结构单位
核苷酸
核糖核苷酸 RNA基本结构单位

DNA与RNA的异同比较
类别
DNA
RNA
基本单位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
核苷酸（8种）
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
腺嘌呤核苷酸；鸟嘌呤核苷酸
胞嘧啶核苷酸；尿嘧啶核苷酸
碱基
A、G、C、T
A、U、G、C
五碳糖
脱氧核糖
核糖
酸
磷酸
磷酸

（磷酸） （含氮碱基）
（3）核苷酸分子示意图：

（五碳糖）
（4）功能：生物体携带遗传信息的物质。
生物类别
核酸
遗传物质
碱基种类
核苷酸种类
举例

原核生物和真核生物

含有DNA和RNA两种

DNA
5种
8种
人、植物、动物、细菌、真菌
病 毒
只含DNA
DNA
4种
4种
噬菌体
只含RNA
RNA
4种
4种
HIV、SARS、烟草花叶病毒
① 对真核生物而言，DNA主要存在于细胞核中，线粒体和叶绿体也有少量DNA；RNA主要存在于细胞质中，线粒体和叶绿体亦含有少量RNA。
② 对原核生物而言，DNA和RNA都存在于细胞质基质中。质粒为环状的小型DNA。
4、 水：活细胞中含量最多的化合物
自由水：可以自由流动。含量升高时，细胞代谢活动增强。如血液中水、组织液水。
结合水：细胞的结构组份。不参与代谢反应。含量升高时，机体抗逆性增强。
5、 无机盐：多数以离子形式存在于细胞内；少数结合成化合物。
（1） 生理功能：维持生物体正常生命活动；维持细胞内酸碱度及渗透压；参与体内物质组成等。
（2） 部分无机盐的生理功能
Fe: 血红蛋白、细胞色素的必需组成成分，参与O2的运输。
Mg：叶绿素必需组成成分。
I： 甲状腺激素必需组成成分。
Ca: 过多：肌无力
过少：抽搐
Na、Cl:维持细胞的渗透压，保持细胞正常的形态结构。
B： 油菜缺B，导致花而不实。