江苏省2010届高三生物二轮复习课件专题（二）生命的物质基础

,专题二,生命的物质基础与生命活动,【知识联系框架】,一、糖类1糖类的功能,狭义的糖类是指单纯碳水化合物，元素组成是C、H、O。但在生物体内有许多糖类还与蛋白质和脂类结合在一起，形成糖蛋白和糖脂。糖蛋白和糖脂主要在生物膜上，特别是细胞膜，在细胞识别、免疫等方面有重要功能。糖类的基本功能有两点：一是生命活动的主要能源物质，生物体进行生命活动的所需能量的70以上是由糖类提供的；二是构成细胞和生物体的结构成分，如五碳糖是核酸的成分，纤维素是细胞壁的成分等。,2糖类与光合作用和呼吸作用植物进行光合作用的产物主要是葡萄糖，植物体内的物质代谢是以糖为基础进行的。叶绿体进行光合作用制造的葡萄糖可以合成蔗糖等二糖，运出叶绿体及叶肉细胞，为植物体的其他器官提供能源和原料；也可以在叶绿体中合成淀粉，暂时贮存起来。叶片在光下一段时间后，可以用碘检测到淀粉的存在。呼吸作用最常利用的底物是葡萄糖，淀粉、糖元必须水解成葡萄糖或磷酸葡萄糖后才能被呼吸作用利用。,3动物体内的糖代谢及其调节,血糖的来源：,食物中的淀粉通过消化道消化吸收来的，这是血糖来源的主要途径,通过肝糖元分解成葡萄糖释放到血糖中形成血糖，这个过程一般发生在饥饿条件下,蛋白质和脂肪的转化，蛋白质转化成血糖必须通过脱氨基实现，这个过程只有在糖类供应严重不足的情况下才会发生。,血糖的主要代谢去向是：,血糖通过血糖循环运到各组织细胞，被彻底氧化分解成CO2和H2O，同时释放出能量供生命活动之需，这是血糖的主要代谢去向,血糖可以转化成糖元，在肝脏中转化成肝糖元，肌肉组织中转化成肌糖元，肝糖元可以转化成血糖，但肌糖元不可以转化成血糖，而直接被肌细胞所氧化分解提供能量,血糖可以转化成蛋白质和脂肪，血糖转化成蛋白质必须要有N源，即必须要有氨基，利用糖代谢中的中间产物通过转氨基作用合成新的氨基酸。,血糖的浓度稳定在0.1（质量分数），换算成物质的量为56mmol/L。参与血糖浓度调节的激素主要有两种：胰岛素和胰高血糖素。,胰岛素是由胰岛中的B细胞分泌的，胰岛素是由含51个氨基酸的两条肽链构成的蛋白质，功能是：促进血糖合成糖元，促进血糖分解，总的效应是降低血糖浓度。胰高血糖素是由胰岛的A细胞分泌的，胰高血糖素作用是：抑制糖元的合成，促进糖元分解，升高血糖浓度。,当血糖浓度高于0.1时，反馈性促进胰岛的B细胞分泌胰岛素，抑制A细胞分泌胰高血糖素，促进血糖转变成糖元或被分解，降低血糖浓度。当血糖浓度低于01时，反馈性地抑制胰岛B细胞分泌胰岛素，促进A细胞分泌胰高血糖素，达到升高血糖的目的。,人体血糖浓度必须保持相对的稳定，如果血糖浓度过低，人体各组织、器官的能源供应不足就会出现代谢障碍。极端的例子就是低血糖休克。低血糖导致休克的原因是：人体的神经组织，特别是脑和脊髓几乎不贮存糖类（能源物质）,必须通过血液源源不断地提供给神经组织。血糖浓度过低，能源供应不足是导致低血糖休克的主要原因。对低血糖休克病人抢救治疗最有效的措施是注射葡萄糖注射液。,如果血糖浓度过高，会导致人的尿液中含有葡萄糖，血糖浓度过高，原尿中的葡萄糖浓度也相应增高，当超过了肾小管对葡萄糖的重吸收能力后，就会有一部分葡萄糖未被吸收而进入尿液。由于尿液中有葡萄糖，使尿液的渗透压增高，会减少肾小管对水的重吸收，所以糖尿病人的症状之一是尿多。,二、脂类1脂类的元素组成、种类及功能脂类的元素组成是C、H、O，有些脂类还含有少量的N和P。脂类的种类及功能见下表。,2脂肪的代谢,脂类物质进人生物体内后的代谢去向：,一是参与构成动物体的组织，如磷脂是生物膜的组成成分,二是作为备用物质贮存在皮下、肠系膜、大网膜等处；,三是在需要的情况下，可再分解甘油、脂肪酸等，然后直接分解为CO2和H2O，或者转化成肝糖元等；四是被各种腺体利用来生成各自的特殊分泌物，如皮脂腺分泌的皮脂、乳腺所生成的乳汁等、内分泌腺分泌的各种类固醇激素等。,三、蛋白质,1氨基酸的分子结构和性质,构成蛋白质的氨基酸都是a-氨基酸，通式是：,构成蛋白质的氨基酸有20种，20种氨基酸的不同之处是R基的不同。即20种氨基酸就有20种不同的R基。如果R基上带有氨基，称为碱性氨基酸。,2蛋白质的分子结构及其性质,蛋白质分子是由许多氨基酸通过肽键连接起来的高分子化合物。缩合反应是指一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸分子的氨基相连接，同时失去一分子水，形成一个肽键的反应。反应方程式是：,场所是核糖体，而且是在mRNA的指导下，有tRNA参与才能完成。,蛋白质分子中肽键数目的计算：设氨基酸数目为n，肽链数为a,肽键数目为b。则bna.,蛋白质相对分子量的计算：设氨基酸数目为n，肽链数为a,氨基酸平均分子量为m,则蛋白质相对分子量m*n18(n-a).,蛋白质水解需要的水分子数，等于脱水缩合时失去的水分子数。,蛋白质分子结构的多样性主要从4个层次加以理解：一是构成蛋白质分子的氨基酸种类不同；二是组成每种蛋白质分子的氨基酸数目不同；三是氨基酸的排列顺序不同；四是由于前三项造成蛋白质分子的空间结构不同。蛋白质分子结构的多样性实际是由DNA分子结构的多样性决定的。,蛋白质的主要理化性质,两性。蛋白质由a-氨基酸组成，分子内存在-NH2和-COOH，故具有酸碱两性。,盐析。蛋白质溶液是胶体，加入浓的无机盐溶液可使蛋白质沉淀析出。,变性和凝固。,蛋白质分子的空间结构不是很稳定的，蛋白质在重金属盐（汞盐、银盐、铜盐）、酸、碱、乙醇、尿素、鞣酸等的存在下，或热至70100，或在X射线、紫外线等射线的作用下，其空间结构发生改变和破坏，导致蛋白质变性，蛋白质变性后溶解度降低，失去结晶能力，并形成沉淀。蛋白质的变性具有不可逆性。,水解反应。蛋白质在酸碱或酶的作用下生成一系列的中间产物，最后生成a-氨基酸。,显色反应。有苯环的蛋白质与硝酸产生黄色反应。双缩脲？,3蛋白质分子的生物合成及其代谢,在细胞及生物体内，蛋白质的合成是在DNA（基因）的控制之下，必须经过转录和翻译才能完成。转录的场所一般是在细胞核中进行（线粒体和叶绿体中也有转录过程，原核生物无核，只能在细胞质中进行）翻译是在细胞质的核糖体上进行的，mRNA转录完成后通过核孔进人细胞质中与核糖体结合。然后tRNA携带特定的氨基酸，其一端的3个碱基与mRNA对应的碱基配对。mRNA上3个相邻的碱基决定一个氨基酸，这3个相邻的碱基称为密码子。,在人体内蛋白质的代谢是以氨基酸为中心进行的。内环境中的氨基酸的来源主要有3条：一是消化吸收来的；二是通过转氨基作用从糖类转变而来的；三是体内蛋白质分解。内环境中的氨基酸的代谢去向主要也有3个：一是合成新的蛋白质；二是通过转氨基作用转变成其他的氨基酸；三是经脱氨基作用分解。,物质代谢包括糖类代谢、蛋白质代谢和脂肪的代谢。,三类营养物质的代谢枢纽是呼吸作用，主要是通过呼吸作用的中间产物，如丙酮酸、乙酰辅酶A、柠檬酸等中间产物。,糖类转变成蛋白质必须通过转氨基作用,蛋白质转变成糖类必须经过脱氨基作用，形成的不含氮部分才能转变成糖类。糖类转变成脂肪必须通过乙酰辅酶A，脂肪转变成乙酰辅酶A后才能进人呼吸作用，继而再转变成糖类和蛋白质。,4蛋白质分子的功能,组成细胞的结构成分，如细胞膜中的蛋白质，染色体中的蛋白质，肌肉细胞中的蛋白质，红细胞中的血红蛋白等；运输功能，如细胞膜上的载体蛋白、运输氧气的血红蛋白等；催化功能，如催化各种生化反应的酶等；调节功能，如生长激素、胰岛素等激素；免疫功能,酶是蛋白质，也是催化剂。酶具有一般无机催化剂所具有的一切特点，只改变反应速度，不改变反应平衡，能够降低反应物的活化能，促进反应的进行，但自身不被消耗掉。还具有生物催化剂所特有的特点，如专一性、高效性、多样性和易受pH值和温度的影响。,酶的专一性是指一种酶只能催化一种物质或同一类物质的化学反应。酶促反应的专一性与酶是蛋白质的结构有关。,影响酶促反应的因素主要是温度和pH值。,酶的催化能力与时间也有关系：即使在最适温度和pH值的条件下，酶的催化能力也不是一成不变的，酶在“工作”了一段时间后会发生钝化现象，即催化能力开始下降，最后失去催化能力,酶底物相互作用的“钥匙与锁”模型,酶促反应的速度与底物的浓度也有关系：在酶量一定的条件下，在一定范围内会随着底物浓度的增加，反应速度也增加，但底物达到一定浓度后也就不再增加了，原因是酶饱和了,5蛋白质代谢,蛋白质代谢的过程：一般以内环境或血浆中的氨基酸为中心讲述蛋白质代谢的过程。,用来合成各种组织蛋白质。,合成具有一定生理功能的蛋白质。,(1）体内氨基酸的代谢变化,通过转氨基作用合成新的氨基酸。非必需氨基酸，氨基酸能够通过转氨基作用合成，合成时所需要的原料主要来自两个方面：一是糖代谢的中间产物，即葡萄糖在有氧呼吸过程产生的中间产物；二是体内必须要有多余的氨基酸提供氨源。转氨基作用即通过转氨酶的作用，将一种氨基酸上的氨基转移给糖代谢的中间产物，形成另一种新的氨基酸。,通过脱氨基作用分解氨基酸。,(2)内环境中氨基酸的来源,食物中的蛋白质经消化吸收后进入内环境。,在动物和人体内，每天都要更新大量的蛋白质，这些被更新的蛋白质最初分解成氨基酸，这些氨基酸中的大部分被重新用来合成新的蛋白质，只有一小部分通过脱氨酸作用分解掉。,体内蛋白质的分解。,合成一些非必需氨基酸。,通过转氨基作用可以合成一些非必需氨基酸，也是内环境中氨基酸的一种来源。但这个过程不会使体内氨基酸的总数增加，通过转氨基作用就可以将特别多的这种氨基酸的氨基转移到另一种化合物上合成一种相对少一些的氨基酸，使人及动物体尽可能地提高对食物中蛋白质的利用率。,6蛋白质分子的进化,比较不同生物体内执行相同生理功能的蛋白质分子的结构是确定生物之间亲缘关系的常用方式，被称为生物进化分子生物学方面的证据。,不同物种的细胞色素C中的氨基酸差异,四、核酸,1核苷酸的分子结构及其性质,构成核酸的基本单位是核苷酸，一个核苷酸分子包括3个部分；一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子含氮碱基。核苷酸分两大类共8种：核糖核苷酸有4种，主要是碱基有4种，它们是A、U、C、G；脱氧核糖核苷酸也有4种，主要是碱基有4种，它们是A、T、C、G。,2DNA是遗传物质的证据,经典的一个实验便是噬菌体侵染细菌的实验。噬菌体在侵染细菌时通过电镜观察和同位素示踪等方法，证明侵人细菌内部的是DNA，蛋白质的外壳则留在细菌的外面，从而确定噬菌体的性状是由噬菌体的DNA控制的，而不是蛋白质控制的。,DNA是遗传物质的另一个证据是细菌转化实验。,转化是指一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质（DNA或RNA）而表现出后者的遗传性状，或发生遗传性状改变的现象。细菌转化实验证明肺炎双球菌的荚膜这一性状是由DNA控制的，不是由蛋白质控制的。,3DNA的分子结构、DNA的复制和基因突变,构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，许许多多脱氧核苷酸通过一定的化学键连接起来形成脱氧核苷酸链，每个DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成。,DNA分子结构的特点是：,DNA分子的基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替排列的两条主链,两条主链是平行但反向，盘旋成的规则的双螺旋结构，一般是右手螺旋，排列于DNA分子的外侧,两条链之间是通过碱基配对连接在一起，碱基与碱基间是通过氢键配对在一起的。在一个DNA分子中，G和C的比例较高，则该DNA分子就比较稳定。,DNA分子的特异性是指对于控制某一特定性状的DNA分子中的碱基排列顺序是稳定不变的，如控制合成唾液淀粉酶的基因中，不论是何人，这段DNA分子中的碱基排列顺序是稳定不变的。,DNA的复制,DNA分子结构具有相对的稳定性是由两个方面决定的。一是基本骨架部分的两条长链是由磷酸和脱氧核糖相间排列的顺序稳定不变；二是空间结构一般都是右旋的双螺旋结构。,DNA分子的多样性是由碱基对的排列顺序的多样性决定的。,DNA复制的场所主要在细胞核，时间是细胞分裂间期。但在细胞质中也存在着DNA复制，如线粒体和叶绿体中的DNA也要复制，而且这些DNA复制的时间不一定在细胞分裂的间期。,DNA复制的特点有两点：边解旋边复制和半保留复制。半保留复制是指：新复制出的两个DNA分子中，有一条链是旧的，即原来DNA的；另一条链是新合成的。,DNA复制需要满足4项基本条件：模板：开始解旋的DNA分子的两条单链；原料：是游离在核液中的脱氧核苷酸；能量：是通过水解ATP提供；酶：酶是指一个酶系统，不仅仅是指一种解旋酶。能够保证复制时正确无误，有二个原因：模板是精确的；碱基互补配对是严格的。,复制是严格的，在正常情况下是不会发生差错的。但在内外因素的干扰下，也有可能在复制时发生差错，从而导致基因突变的发生。基因突变是不定向的，人为条件只是提高基因突变的频率，但不能控制基因突变的方向。,关于碱基互补配对的计算,规律一：DNA双链中互补配对的碱基相等；任意两个不互补配对的碱基之和恒等且占碱基总数50%。A+G=C+T一般情况下A+TC+G,规律二：DNA双链中一条链的A+G/T+C的值与另一条互补单链的A+G/T+C的值互为倒数关系；一条链A+T/G+C的值与另一条互补单链的A+T/G+C的值相等，也与整个DNA子代中的A+T/G+C的值相等。,规律三：双链DNA及其转录的RNA之间，在整个碱基量上，DNA和RNA单链内，互补碱基的和相等，且等于双链DNA的一半。即a链上的A+T=b链上的A+T=MRNA分子中的A+U=1/2DNA双链中的A+T。,4RNA的分子结构及其转录,RNA分子是许许多多核糖核苷酸分子连接而成的链状结构，RNA都是单链的。根据RNA分子功能的不同，分为3种类型：信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。mRNA的功能将基因中的遗传信息传递到蛋白质上；tRNA的功能是识别遗传密码和运载特定的氨基酸；rRNA是核糖体中的RNA，在蛋白质合成的过程中起重要的作用,转录是以DNA分子中（基因中）的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程。RNA都是从DNA上转录下来的。转录的场所是在细胞核，其中合成rRNA是在细胞核中的核仁部位完成的，核仁是形成核糖体的场所。mRNA和tRNA是在细胞核中核仁以外的部位转录的。,5遗传信息和遗传密码,遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸排列顺序或碱基的排列序列，位置在DNA分子上。,mRNA上的碱基排列顺序称为遗传密码，所以经过转录后，遗传信息就转化成遗传密码。遗传密码的位置在mRNA，mRNA上相邻的3个碱基决定一个氨基酸，这3个相邻的碱基称为密码子。,现已查明，共有64个密码子，其中有61个有效密码子，代表着20种氨基酸。每种氨基酸的密码子数目差别很大，有些氨基酸有几种密码子。在地球上，除极少数的生物（如某些原核生物有小部分不同）外，遗传密码是通用的，这说明地球上的所有生物都是由共同的祖先进化而来的。,6信息流和中心法则,中心法则是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译的过程，以及遗传信息从DNA传递给DNA的复制过程。这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。在某些病毒中的RNA自我复制（如烟草花叶病毒等）和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程（某些致癌病毒）是对中心法则的补充。,7基因的结构,一、原核细胞的基因结构,有的区段能够转录为相应的mRNA，进而指导蛋白质的合成，也就是说能够编码蛋白质，这样的区段叫做编码区。有的区段不能转录为mRNA，也就是说不能编码蛋白质，这样的区段叫做非编码区。非编码区是由编码区上游和编码区下游的DNA序列组成的。非编码区虽然不能编码蛋白质，但是对于遗传信息的表达是不可缺少的。这是因为在非编码区上，有调控遗传信息表达的核苷酸序列。,二、真核细胞的基因结构,与原核细胞比较，真核细胞基因结构的主要特点是：编码区是间隔的、不连续的。其中，能够编码蛋白质的序列叫做外显子，一般不能够编码蛋白质的序列叫做内含子。,外显子,内含子,三、基因工程,基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪接”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。,基因工程的第一步是获得符合人类意愿的基因“目的基因”，常用的工具酶是限制性内切酶，限制性内切酶的种类很多，但一种限制性内切只能识别一种特定的核苷酸序列，并且在特定切点上切割DNA分子,直接分离基因的最常用的方法是“鸟枪法”即用限制性内切酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞所提供的DNA（外源DNA）的所有片段分别在各个细胞中大量复制，从中找出含有基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。这种方法的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性。,在获取真核细胞中的基因时，常用的方法是人工合成基因的方法。人工合成基因的方法主要有两条途径：,一是