专题一细胞的物质组成和结构

专题一,细胞的分子组成和基本结构,一、关于水的专题复习,一、教材中与水有关的知识联系点,水,水的存在形式,水的作用,水对动植物的影响,水与进化,水污染,代谢产生的水,代谢消耗的水,水分代谢,水的平衡,水和体温调节,1.细胞中的水:,（一）细胞与水,水的存在形式:自由水和结合水【注意】自由水/结合水的比例越大,细胞的生命活动越旺盛,种子晒干时减少的是自由水。,水的作用:自由水:良好溶剂,运输物质,新陈代谢原料；反应介质；维持细胞和植物体的基本形态；结合水:细胞的组成成分,在叶绿体的基质中通过暗反应过程产生水在线粒体中通过有氧呼吸的第三阶段产生核糖体上通过氨基酸的缩合作用产生高尔基体上通过纤维素的合成产生（植物细胞有丝分裂 时形成新的细胞壁）细胞核内在DNA合成过程中产生动物肝脏和肌肉中合成糖元时产生 ATP合成时产生,2、细胞中产生水的结构及代谢,叶绿体基粒片层结构薄膜上通过光反应消耗线粒体中通过有氧呼吸的第二阶段消耗肝脏和肌肉中糖元的分解过程中消耗ATP水解成ADP和磷酸时消耗消化道内淀粉、蛋白质等的消化时消耗,3、细胞中消耗水的结构及代谢,二、植物的水分代谢,1、水的吸收,(1)吸胀作用吸水：原理：细胞内的亲水性物质吸水。植物细胞在没有形成中央大液泡前，主要通过吸胀作用吸水。亲水性物质：蛋白质、淀粉、纤维素 注意：由于任何植物细胞内都有亲水性物质存在所以任何植物细胞都能进行吸胀作用吸水。,（2）渗透作用吸水的原理：,一个有液泡的成熟植物细胞 是一个渗透系统具有中央大液泡的成熟植物细胞主要通过渗透作用吸水原生质层的选择透过性是完成渗透的关键一个死细胞其原生质层被破坏，但还能吸胀吸水（死 亡的干种子也能吸水）质壁分离及复原是证明渗透吸水的最佳例子,渗透作用的两个条件：A、半透膜 B、浓度差,成熟的植物细胞是一个典型的渗透系统,原生质层,注意：由于任何活细胞的细胞膜是选择透过性膜，所以渗透作用吸水不仅能发生在成熟的植物细胞，没有中央大液泡的植物细胞和动物细胞实际上也能进行渗透作用吸水。例如：红细胞在清水中会吸水膨胀而破裂,质壁分离及复原,质壁分离内因是原生质层具选择透过性且原生质层的伸缩性比细胞壁大,外因是具有浓度差,现象是：液泡 缩小；液泡体积 变小；液泡颜色变深。,2、水的运输,根的表皮细胞内层细胞根的导管茎的导管枝条导管叶柄导管叶脉导管叶肉细胞气孔蒸腾作用是植物吸水和运输水的主要动力,3、水的利用和散失,水的利用：,植物体吸收的水大约有1%5%用于光合作用和呼吸作用等。,水的散失：,未被利用的水，主要通过蒸腾作用散失。蒸腾作用产生的拉力是水分吸收的动力；是水分和无机盐在植物体内运输的动力；还能降低叶片表面的温度。,4、水与光合作用的关系,水是光合作用的原料（光反应）、也是产物（暗反应）水是光合作用的介质，整个作用都在水中进行叶肉细胞缺水后气孔关闭，将影响光合作用,5、水与呼吸作用的关系,水是呼吸作用进行的反应介质,水既是呼吸作用的原料（呼吸作用第二阶段）也是呼吸作用产物（第三阶段）,种子的呼吸会随水的增 加而加强（干燥的种子利于贮存，潮湿的 种子因呼吸消耗有机物而不利于贮存）,叶肉细胞，缺水会导致呼吸作用下降,6联系生产、生活实际,根据蒸腾作用原理，植物移栽时剪去部分枝叶有利于移栽的成活率。根据渗透吸水原理，给植物施肥时不能施浓肥。根据矿质元素吸收的原理，多雨季节要给旱地作物进行开沟排水。根据呼吸作用原理，晒干的种子有利于长期储存。,三、动物体内的水分代谢,单细胞动物：直接吸收；渗透作用,1、水分的吸收,多细胞动物：必须通过内环境，哺乳动物为例 水消化道消化道上皮细胞（渗透作用）血浆组织液组织细胞,渗透原理：随着葡萄糖、氨基酸、Na+进入上皮细胞，浓度增加，而小肠内浓度降低，渗透作用发生，水就被吸收进入小肠上皮细胞，并进一步进入血液组织液组织细胞,2、血浆中水分来源,消化道吸收而来；组织液的回渗；淋巴循环三条途径组织细胞中水分的来源：组织液提供和自身代谢过程产生,3、水分的利用,水分进入组织细胞后，除为新陈代谢提供水环境外，还参与各种代谢活动，如呼吸作用、糖类、蛋白质的水解。,4、水分的排出,单细胞动物：通过细胞膜直接排出；,多细胞动物:高等多细胞生物不能直接排出，必须通过内环境，主要途径有三条（1）呼吸系统呼出少量的水；（2）皮肤的汗腺汗液；（3）由肾脏分泌尿液排出（主要途径）,水肿的原因：,（1）长期营养不良：导致血浆蛋白含量减少，血浆中的水分较多地渗入组织液，导致全身性水肿,（2）肾小球肾炎：血浆蛋白滤过到原尿中，使血浆蛋白含量减少,（3）过敏：毛细血管的通透性增强，使血浆蛋白渗出，局部水肿,（4）淋巴循环受阻：淋巴不能回流到血浆中，导致组织液增多，局部水肿,（5）甲状腺激素分泌减少，细胞代谢缓慢，代谢废物和营养物质滞留在组织液中,下丘脑渗透压感受器,垂体后叶,抗利尿激素,肾小管、集合管重吸收水,尿量,细胞外液渗透压升高,细胞外液渗透压下降,下丘脑渗透压感受器,（+）,（-）,释放,（+）,（-）,产生兴奋,产生渴觉,大脑皮层,主动饮水补充水分,四、水与生殖,低等生物的生殖过程离不开水，只能生活在水中有性生殖过程中精子的游动必需在水环境中进行,五、水与进化,1、原始海洋是原始生命诞生的地方,2、生物的进化是由水生向陆生进化的,原始海洋为生命起源提供了原料和生存的有利环境。原料：单糖、氨基酸、核苷酸等小分子有机物。生存环境：水能阻挡原始地球条件下阳光中的大量紫外线。（当时没有O2更没有O3）,古生物学上的证据：有水生生物的化石的地层比有陆生生物化石的地层早。,1.影响生物的生存2.影响生物的分布3.影响动物的生活习性(如肺鱼的缺水夏眠等)4.植物的向水性,六、水对生物的影响,水体富营养化:生活污水、化肥,食品 等工业废水以及农田排水等含有大量氮,磷及其他无机盐类,进入自然水体后,使得以蓝藻和绿藻等藻类及其他浮游生物迅速繁殖,它们死后被需氧型微生物分解,使鱼类及其他水生生物大量死亡,又被厌氧微生物分解产生氨气和硫化氢的,使水体发臭变黑。水体富营养化在淡水形成“水华”、在海洋则产生“赤潮”。2. 重金属污染：主要指汞、铅、铬、镉等离子大量进入水体，导致水体污染。采矿和冶炼厂排放的废水是水体重金属污染的主要来源。水体中的重金属离子经生物的富集作用，可通过食物链传递进入人体，造成人体慢性中毒，如20世纪五六十年代日本出现的水俣病就是很好的例子。,七、水的污染,二、蛋白质专题,组成元素,C、H、O、N（P、S）,导致,氨基酸,种类：20种,必需氨基酸：8种非必需氨基酸：12种,通式：,C,H,C,H2N,OH,O,R,特点：至少都含有并且都有,脱水缩合,多肽,组成蛋白质的氨基酸不同氨基酸的数目不同氨基酸排列顺序不同多肽的空间结构不同,折叠盘旋,蛋白质,结构多样性,功能多样性,构成生物体，如结构蛋白运输作用，如血红蛋白催化作用，如酶调节作用，如胰岛素免疫作用，如抗体,构成,导致,网络构建,一、蛋白质种类专题：-高中教材明确指出的蛋白质有哪些？特点、功能如何？,膜蛋白：-糖蛋白（存在于细胞膜的外表面；识别、信息传递、细胞癌变等）-载体蛋白（专一性、协助扩散、主动运输）-离子通道（神经纤维的兴奋产生及传导；钠离子通道、钾离子通道等）-受体蛋白（胰岛素受体、神经递质受体等）-跨膜蛋白（CFTR蛋白）（氯离子的运输；囊型纤维病：相关基因缺失3个碱基氯离子的运输障碍患者支气管黏液增多堵塞支气管细菌繁殖肺部感染危及生命）,结构蛋白和酶,血红蛋白：红细胞内携带氧气；缺铁性贫血；错义突变：镰刀形红细胞贫血症（谷氨酸被缬氨酸取代）组蛋白（染色体中的蛋白质；在G1期大量合成；观察DNA分布实验中，盐酸的作用是加快DNA和组蛋白的分离，有利于甲基绿的染色）噬菌体蛋白质外壳（可用35S标记；不侵入细菌体内；与后代噬菌体的形成无关）过氧化氢酶（高效催化过氧化氢的分解；在动物肝脏中含量较高）淀粉酶（动物消化腺可合成与分泌，最适温度在35-40；植物体内的最适温度较高40-50；细菌和真菌体内的最适温度差别较大，有的可达到70）蛋白酶（动物消化腺分泌，胃蛋白酶的最适pH较低，为0.91.5）淀粉分支酶（皱粒豌豆的成因：淀粉分支酶基因被插入外来DNA片段，导致淀粉分支酶不能合成，豌豆淀粉含量低，蔗糖含量高，所以种子皱缩。）酪氨酸酶（酪氨酸酶基因突变，导致酪氨酸酶不能正常合成，酪氨酸不能转变成黑色素，出现白化病）,蛋白质（多肽类）类激素,胰岛素（51个氨基酸，两条多肽链；胰岛B细胞合成和分泌；促进糖原合成，抑制糖原分解，促进糖转化为非糖物质，从而降低血糖；与胰高血糖素有拮抗作用。）生长激素（垂体合成与分泌；促进生长；与侏儒症、肢端肥大症等有关。）胰高血糖素（胰岛A细胞合成与分泌；促进肝糖原分解，提高血糖浓度。）促甲状腺激素促肾上腺激素促性腺激素,其他蛋白质,抗体（浆细胞合成分泌；专一性很强；抗原抗体反应可用于基因工程最后基因表达的检测；与红细胞凝集有关；抗毒素也属于抗体。）干扰素（化学本质为糖蛋白；治疗病毒感染特效，对癌症、白血病等也有一定疗效；其分子上的半胱氨酸变成丝氨酸可在70条件保存半年）腺苷酸脱氨酶（人体免疫功能正常发挥所必需的；相关基因突变可导致该酶缺乏，从而造成复合型免疫缺陷症。）天冬氨酸激酶、二氢吡啶二羧酸合成酶（赖氨酸合成过程的两种关键酶；玉米中赖氨酸含量高则会抑制这两种酶的活性，导致玉米赖氨酸含量低；将天冬氨酸激酶第352位苏氨酸变成异亮氨酸、将二氢吡啶二羧酸合成酶第104位天冬酰胺变成异亮氨酸，就可使玉米赖氨酸提高几倍。）,与基因工程有关的蛋白质,限制性核酸内切酶（在原核生物体内提取；专一性很强，每种都有特定的识别序列和切割位点；识别的序列为反向重复序列；切断的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。）DNA聚合酶（可在多核苷酸链的3端添加单个的脱氧核苷酸，形成磷酸二酯键)DNA连接酶(可连接多核苷酸链的两个断端，形成磷酸二酯键）Bt毒蛋白(苏云金杆菌体内的一种毒蛋白，由Bt毒蛋白基因控制合成，抗虫棉就是转移了这个基因；该蛋白本身无毒，在害虫消化道内被降解为有毒的多肽，可结合在害虫的肠上皮细胞的特异性受体上，导致细胞穿孔、肿胀，造成害虫死亡。该蛋白对哺乳动物无毒害。）,（一）、有关蛋白质相对分子质量的计算,例、组成生物体某蛋白质的20种氨基酸的平均相对分子质量为128，一条含有100个肽键的多肽链的分子量为多少？,二、蛋白质计算专题,1011281001811128,在解答这类问题时，必须明确的基本关系式是：蛋白质的相对分子质量氨基酸数氨基酸的平均相对分子质量脱水数18（水的相对分子质量）,变式1：组成生物体某蛋白质的20种氨基酸的平均相对分子质量为128，则由100个氨基酸构成的含2条多肽链的蛋白质，其分子量为（）A.12800B.11018C.11036 D.8800,128100189811036,变式2：全世界每年有成千上万人由于吃毒蘑菇而身亡，其中鹅膏草碱就是一种毒菇的毒素，它是一种环状八肽。若20种氨基酸的平均分子量为128，则鹅膏草碱的分子量约为( )A 1024 B. 898C 880 D. 862,8 1288 18=880,（二）、有关蛋白质中氨基酸数、肽链数、肽键数、脱水数的计算,例、氨基酸分子缩合形成含2条肽链的蛋白质分子时，相对分子量减少了900，由此可知， 此蛋白质分子中含有的氨基酸数和肽键数分别是（）A.52、52B.50、50C.52、50D.50、49,C,在解答这类问题时，必须明确的基本知识是蛋白质中氨基酸数、肽链数、肽键数、脱水数的数量关系。基本关系式有：个氨基酸脱水缩合形成一条多肽链，则肽键数(1)个；个氨基酸脱水缩合形成条多肽链，则肽键数()个；无论蛋白质中有多少条肽链，始终有：脱水数肽键数氨基酸数肽链数,变式1：若某蛋白质的分子量为11935，在合成这个蛋白质分子的过程中脱水量为1908，假设氨基酸的平均分子量为127，则组成该蛋白质分子的肽链有（）A. 1条 B. 2条C. 3条 D. 4条,C,解析：据脱水量，可求出脱水数190818106，形成某蛋白质的氨基酸的分子质量之和11935190813843，则氨基酸总所以肽链数氨基酸数脱水数=1091063，答案为C。,变式2：现有一分子式为C63H103O45N17S2的多肽化合物，已知形成该化合物的氨基酸中有一个含2个氨基，另一个含3个氨基，则该多肽化合物水解时最多消耗多少个水分子？,解析：本题首先要搞清楚，多肽水解消耗水分子数=多肽形成时生成水分子数；其次，要知道，要使形成多肽时生成的水分子数最多，只有当氨基酸数最多和肽链数最少两个条件同时满足时才会发生。已知的2个氨基酸共有5个N原子，所以剩余的12个N原子最多可组成12个氨基酸（由于每个氨基酸分子至少含有一个NH2），即该多肽化合物最多可由14个氨基酸形成；肽链数最少即为1条，所以该化合物水解时最多消耗水分子数14113。,变式3：已知氨基酸的平均分子量为128，测得某蛋白质的分子量为5646，试判断该蛋白质的氨基酸数和肽链数依次是 ( ) A . 51和1 B. 51和2 C. 44和1 D. 44和2,解析：蛋白质的分子量确定后，氨基酸的数量与肽链的数量存在着必然的函数关系，如设氨基酸的数量与肽链的条数分别为和，则有 12818（）5646尽管1个方程包含2个未知数，但和必须都为符合题意的整数解，这样可解得：x=51，y=2