专题二生命物质与生命活动

1、【知识联系框架】 本周教学内容：专题二 生命物质与生命活动 作用 调节 4 W A 学科：生物年级：高三 版本：冲刺版期数：2332 糖类的种类及功能 糖类糖类与光合作用和呼吸 动物体内的糖代谢及其 脂类丿 脂类的元素组成、种类 脂肪的代谢 及功能 氨基酸的分子结构和性 蛋白质的分子结构及其 蛋白质丿蛋白质的生物合成及其 有机物* 质 性质 代谢 联系桥梁是 有氧呼吸 蛋白质分子的功能 蛋白质分子的进化 核苷酸的分子结构及其性质 DNA是遗传物质的证据 DNA的分子结构、DNA的复制和基因突变 RNA的分子结构及其转录 遗传信息和遗传密码 中心法则和信息流 基因的结构 【重点知识联系与剖析】

2、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、0。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， 在生物体内执行一些特殊的生理功能。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。绿体进行光合作用制造的葡萄糖可以合成蔗糖

3、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 以哺乳动物为例，动物体内的糖代谢及其调节过程可归纳为下图。 :/脂肪 士肝皓元 :葡萄糖= 1ft 食物中消他 的淀粉- :*牍岛累 葡萄搪缶爲空込細胞内- COn + HjO + ATP 血糖浓度过高 1P 尿液 肌糖元 剧烈运动 CjlbOj 哺乳动物体内的糖代谢是以血糖为中心展开的。血糖的来源：食物中

4、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CQ和HO,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

5、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。 以哺乳动物为例，血糖的浓度稳定在 0.1 % （质量分数），换算成物质的量为 5 .6mmol/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，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

6、浓度低于0. 1 %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。如下图所示。 血糖浓度、胰岛素和胰高血糖素之间的相对变化关系 在人体内，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，这是糖尿

7、病人的典型症状。原因是：肾脏的肾小球对血糖过滤后形成原尿，原尿 的成分与血浆是基本相同的，如果血糖浓度过高，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。引起糖尿病的主要原因之一是胰岛合成和分泌胰岛素减少或停止分泌引起的。糖尿病 是一种多基因遗传病， 在一定的外界诱发因素作用下，就很容易发病。节制饮食是预防和控 制糖尿病的有效措施。 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 0,有些脂类还含有少量的 N和P。

8、脂类的种类及功能见下表。 种类 功能 备注 月旨肪 贮存能量，保温 贮备能源，贮存在皮下、肠系膜等处 类脂 主要是磷脂 是组成细胞膜的成分 神经组织、卵和大豆中含量较多 固醇 类 胆固醇 是生物膜的组成成分之一， 对维持膜的正常的流动性 有重要作用 胆固醇在人体有一个正常含量，过高 会导致血管硬化、咼血压等 性激素 促进生殖胞的形成和生殖 器官的发育，激发并维持第 二性征 有雌性激素和雄性激素二类，雌性激 素由卵巢分泌，雄性激素由睾丸分泌 维生素D 促进小肠对钙和磷的吸收 和利用Vd可预防和治疗佝 偻病、骨质蔬松症等 人的皮肤的表皮中有7去氢胆固 醇，在紫外线照射下，通过酶的作用 可转化成Vd

9、 2 脂肪的代谢 食物中的脂肪在消化道内通过胆汁的乳化和脂肪酶的催化下分解成甘油和脂肪酸，经扩 散的形式被小肠绒毛上皮细胞吸收后，在上皮细胞内再合成脂肪，与载脂蛋白结合后和类脂、 胆固醇混合后一起进入毛细淋巴管，通过淋巴循环进入血液循环，最后输送到各部分组织。 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C0和H0,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

10、激素等。 三、蛋白质 1 氨基酸的分子结构和性质 R NibCCOOH 构成蛋白质的氨基酸都是 2-氨基酸，通式是: i 氨基酸分子的性质是氨基酸分子上的氨基（NH-）和羧基（一 COOH决定的，氨基酸是两 性化合物，氨基是碱性的，羧基是酸性的。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 缩合反应是指一个氨基 形成一个肽键的反应。反 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。 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, 应方程式是： R 0

11、 R R 0 R 0 1 I l -1 1 II 丨II C -C-OH + H rNC 亠 COOH-* 科 HrCC NCC1 1 H J | H H 1 H 1 H NHl OH + H20 缩合反应在化学上称为缩聚反应，在细胞内进行的场所是核糖体，而且是在mRNA勺指 导下，有tRNA参与才能完成。多肽是由多个氨基酸分子缩合而成的含有多个肽键的化合物。 肽链通过R基与R基之间的相互作用形成一定的空间结构。一个执行特殊生理功能的蛋白质 可以是由一条肽链组成（如生长激素是由191个氨基酸组成的一条肽链），也可以是由多条 肽链组成（如胰岛素是由 51个氨基酸、2条肽链组成的，血红蛋白是由57

12、4个氨基酸、4 条肽链组成的）。 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b = n a. 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。 多肽是链状结构，一端游离着一个氨基， 另一端游离着一个羧基，所以蛋白质分子也是 两性化合物。 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

13、70C100C，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，使蛋白质的生物活性丧失，如酶失去 催化能力、血红蛋白失去输氧能力等。 在发生的变性过程中不发生肽键的断裂和二硫键破坏， 主要发生氢键、疏水键的破坏，使肽链的有序的卷曲、折叠状态变为松散无序。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。 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），转录的过程是：

14、基因中的一段DNA分子首先解旋，然后按照 碱基互补配对原则，以其中的一条链为模板合成RNA这样遗传信息就转换成遗传密码，带 有遗传密码的RNA称为mRNA翻译是在细胞质的核糖体上进行的，mRNA专录完成后通过核 孔进人细胞质中与核糖体结合。核糖体与mRNA吉合的第一个位点是 AUG这是起始密码。 然后tRNA携带特定的氨基酸，其一端的3个碱基与 mRNA寸应的碱基配对。 mRNAk 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。 与mRNA上AUG配对的tRNA运载 的氨基酸是甲硫氨酸，接着各种tRNA携带着特定的氨基酸依次与 mRNAb对应的密码子配对。 在核糖体上相邻的tR

15、NA携带的氨基酸，在相关酶的催化下缩合形成肽键，同时产生一分子 水。当翻译到一定的时候，mRNAk出现UAG UAA AGA时，由于这3组碱基没有与之对应 的tRNA配对，翻译到此结束，所以这3组碱基组合称为终止密码。按照基因控制蛋白质的 合成过程，任何一个蛋白质分子的多肽键上的第一个氨基酸都是甲硫氨酸，但事实并非如此。 原因是翻译成的多肽链是一个初级产品，还要经过一定的修饰，加工才能成为能够执行一定 生理功能的蛋白质。 在绝大部分的蛋白质分子中，肽链上的第一个氨基酸不是甲硫氨酸，因 这个氨基酸在蛋白质分子的修饰加工过程中被修饰掉了。 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

16、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。 在蛋白质代谢过程中， 氨基酸经脱氨基作用形成 的含N部分是NH, NH对人体是有毒的，但在肝脏中通过肝脏的解毒作用转变成尿素，尿素 基本对人体无害，再通过循环系统运至肾脏，以尿液的形式排出体外， 或运至皮肤的汗腺以 汗液的形式排出体外。 物质代谢包括糖类代谢、蛋白质代谢和脂肪的代谢。这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、

17、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，将氨基转移给糖代谢的中间产物就能产生新的氨基酸， 如将氨基转给丙酮酸即为丙氨酸，在人体能够合成的氨基酸称为非必需氨基酸，共有12种， 还有8种在人体内不能合成， 必须从食物中得到的氨基酸称为必需氨基酸，如赖氨酸、色氨 酸等。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 蛋白质分子结构具有多样性就决定了蛋白质分子具有多种重要的生理功能，在高中生物 教材上将其归纳为 2点：一是有些蛋白质分子

18、是构成细胞和生物体的重要物质，如人和动物 肌肉中的蛋白质，输送氧气的血红蛋白等； 二是有些蛋白质是调节细胞和生物体的新陈代谢 作用的重要物质，如调节生命活动的许多激素是蛋白质，催化新陈代谢各种化学反应的酶是 蛋白质等。对教材进行综合分析后， 可以总结出蛋白质的功能有下列五点：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 如B淋巴细胞受到抗原刺激后产生的抗体是蛋白质，具有与特异性的抗原结合， 从而达到

19、清 除抗原的目的。 酶是蛋白质，也是催化剂。酶作为催化剂具有一般无机催化剂所具有的一切特点，如只 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 消耗掉等。酶是生物催化剂，除了具有一般的无机催化剂的特点外，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， 每种蛋白质都有特定的空间结构，酶催化反应时，酶蛋白分子首 先与底物分子结合，但酶分子与底物分子能否结合，取决于酶分子的活性部位与底物分子在 空间构象上是否对应，如下图。蛋自

20、质分子结构具有多样性，所以酶也具有多样性，在生物 体内存在着许许多多酶，催化着生物体内各种各样的生物化学反应，所以酶具有多样性的特 点。 醉的活性部论 产物 酶一底物相互作用的“钥匙与锁”模型 影响酶促反应的因素主要是温度和pH值。酶是蛋白质，蛋白质的分子结构和功能状态 要受温度和pH值的影响。温度对酶的影响是：在较低温度时，随着温度的升高，酶的活性 也逐渐提高，达到最适温度时，酶的催化能力最高， 但高于最适温度后酶的催化能力会迅速 下降，最后完全失去催化能力，其原因是低温不破坏蛋白质的分子结构，高温会导致蛋白质 分子发生热变性，而蛋白质的变性是不可逆的，如下图A所示，所以在最适温度两侧的曲线

21、 是不对称的。pH值对酶的影响是：酶的催化能力的发挥有一个最适pH值，在低于最适 pH 值时，随着pH值的升高，酶的催化能力也相应升高，高于最适pH值时，随着pH值的升高， 酶的活性逐渐下降，在最适pH值两侧的曲线基本是对称的，如下图B。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，因为任何蛋 白质分子都有一定的寿命，如下图G这些严重钝化或失去催化能力的酶在细胞中水解酶的 作用下会被分解成氨基酸，氨基酸可以再度合成蛋白质。酶促反应的速度与底物的浓度也有 关系：在酶量一

22、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，如下图D曲线所示。 酶促反应幾 有些酶纯粹是由蛋白质构成的，称为单酶，如胃蛋白酶。有些酶除蛋白质外还含有非蛋 白部分，或者还需要一些其他物质的参与才能发挥作用，这样的酶称为复酶，其中非蛋白部 分称为辅助因子。辅助因子有一些是简单的离子，如：Cl-是唾液淀粉酶的辅助因子；Mg+ 2+2+ 是参与葡萄糖降解的一些酶的辅助因子；Fe是氧化物酶的辅助因子； Cu是细胞色素酶等的 辅助因子等。有些离子与底物和酶结合起来使酶分子的构象稳定，从而保持其活性；有些离 子是酶促反应的作用中心。有些

23、辅助因子是有机化合物，特称为辅酶，如B族维生素就是一 种羧化酶的辅酶等。 5 蛋白质代谢 蛋白质代谢可用下图表示。 食物中的消化 蛋白质 新的蛋白质 :合成 吸收内环境中脱氨龜 的氨基議 厂含NNft-gl*尿素寻备肾脏進邑体外 氧化分解 COj + Hz0 + 能员 转氨基 新的氨基議 姜鱼一糖类、脂肪 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。 (1 )体内氨基酸的代谢变化 用来合成各种组织蛋白质。 体内的氨基酸用来合成各种组织蛋白质是一条主要的代谢 途径。如合成红细胞中的蛋白质、肌肉细胞中的肌球蛋白和肌动蛋白等。 合成具有一定生理功能的蛋白质。在合成的新的

24、蛋白质中，除了各处组织蛋白质外， 还能合成各种具有一定生理功能的特殊蛋白质。如肝细胞能够合成血浆蛋白中的纤维蛋白原 和凝血酶原等；消化腺上皮细胞能够合成消化酶；某些内分泌细胞能够合成蛋白质类激素， 如垂体等；某些白细胞还能合成抗体。 通过转氨基作用合成新的氨基酸。在人体内参与蛋白质构成的氨基酸共有20种，根 据人体自己能否合成分为两类， 一类是非必需氨基酸，这类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

25、中间产物，形成另一种新的氨基酸。 如谷氨酸和 丙酮酸在谷丙转氨酶的催化下，谷氨酸的氨基转移给丙酮酸，生成丙氨基和另一种酮酸(a- 酮戊二酸)。另一类是必需氨基酸，这类氨基酸不能在人和动物细胞内合成，只能从食物中 得到补充，必需氨基酸共有8种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、 甲硫氨酸和缬氨酸。 通过脱氨基作用分解氨基酸。在人体内总有一部分氨基酸被彻底分解掉，分解氨基酸 首先要通过脱氨基作用，将氨基酸分解成两个部分： 含N和不含N部分。含N部分是氨基(-NH3, 氨基很容易在体内形成 NH，NH对人体是有毒的，但在肝脏中，在消耗ATP的情况下与CQ 生成尿素，尿素的毒性比 N

26、H要小得多，这是生物对环境的一种适应。肝脏中生成的尿素通 过血液循环运输到肾脏，通过肾脏的泌尿过程形成尿液排出体外。不含N的部分是一条碳链， 可以被彻底氧化分解成 CO和H0,同时释放能量，也可以合成为糖类和脂肪。 (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。这是体内氨基酸来源中最主要的一条途 径。 体内蛋白质的分解。 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。 所以体内被更新的蛋白质被分解成氨基酸，是内环境中氨基酸的另 一个重要来源。 合成一些非必需

27、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，因这个过程是合成一个新的 氨基酸必须分解一个其它的氨基酸。但转氨基作用在人及动物体内具有非常重要的生理意 义。在食物中的蛋白质中，各种氨基酸的比例不一定与人及动物体的需要相一致，某种氨基 酸特别多一些，而另一种氨基酸却相对少一些，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

28、式，被称为生物进化分子生物学方面的证据。如细胞色素C普遍存在于动植物的线粒 体中，它是由104个氨基酸组成的一种呼吸色素，近年来，对不同物种的细胞色素 C的氨基 酸排列顺序进行了测定，其结果见下表 不同物种的细胞色素 C中的氨基酸差异 生物名称 黑猩猩 猕猴 马 鸡 果蝇 小麦 酵母菌 红螺菌 与人类氨基酸差异数 0 1 12 13 27 35 44 65 这种在同一种蛋白质分子中氨基酸分子差异数越小，亲缘关系就越近，反之则越远。科学家 估计，蛋白质分子的进化速度大约每2000万年蛋白质分子中有 1 %的氨基酸发生替换。从 对细胞色素C的研究结果看出，人与黑猩猩的亲缘关系最近，从共同的祖先分化

29、成两个物种 的时间还不到2000万年，而人和黑猩猩与猴子发生分歧的时间大于2000万年。 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。 核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸分子结构的区别主要是五碳糖的不同，以腺瞟呤核糖核苷酸和 腺瞟呤脱氧核糖核苷酸为例，它们的分子结构式如下: OH OH 腺嗪岭核糖檢昔酸 腺囁吟脱氧核糖核昔酸 2. DNA是遗传物质

30、的证据 自从20世纪初分析出了染色体的成分后，DNA是遗传物质还是蛋白质是遗传物质就 成了科学家们争论的焦点，DNA在染色体的含量比较稳定不能说明遗传物质肯定就是DNA 生物学家设计了很多实验来证明遗传物质到底是DNA还是蛋白质的实验，其中最为经典的一 个实验便是高中生物教材上介绍的噬菌体侵染细菌的实验。噬菌体是一种专门寄生在细菌体 内的病毒，是由一个蛋白质构成的多面体的外壳和一个DNA芯子组成，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

31、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。 3. DNA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

32、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，其中A与T以2个氢键相 配对，C与G之间以3个氢键配对。所以在一个 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复制的场所主

33、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。 DNAM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。 半保留复制的特点常被用 于计算新链和旧链在复制若干代后所占的比例，详见后面的例题。DNAM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

34、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。根据这个原理，有人为因素（适宜剂量的各种 射线或某些化学药品）干扰 DNA的复制，促使其产生基因突变。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。 4. RNA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分子都是单链的。根据 RNA分子功能的不同，分为 3种类型：信使 RNA（ mRN A、转运 RNA（ tRNA）和核糖体 RNA （rRNA）。mRN

35、A勺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（具体不 作要求）。mRNA的空间结构是链状的；tRNA的空间结构是呈三叶草形，如下图所示，tRNA 一端大环上的3个碱基能够与 mRNA勺密码子配对，识别密码子，所以这3个称为反密码子； mRNA具有特定的空间结构，是核糖体的核心部位。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。转录是以DNA分子中（基因中）

36、的一条 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。一 般认为遗传信息在有遗传效应的一段DNA分子的一条链上，称为信息链。信息链是指与模板 链互补的这条链，模板链上的碱基序列不代表遗传信息。以模板转录成mRNA mRNAh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 mRNAh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。遗传密 码现已查明，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，如亮氨

37、酸一共有6个密码子（UUA、 UUG CUU CUG CUA CUC,而甲硫氨酸只有一个密码子（ AUG。在地球上，除极少数的生 物（如某些原核生物有小部分不同）夕卜，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专递给RNA再从RNA专递给蛋白质的转录和翻译的过程， 以及遗传信息从DNA专递给DNA勺复制过程。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。RNA勺自我复制和逆转录

38、过程，在病毒 单独存在时是不能进行的，只有寄生到寄主细胞中后才发生。逆转录酶在基因工程中是一种 很重要的酶，它能以已知的 mRNA为模板合成目的基因。在基因工程中是获得目的基因的重 7. 基因的结构 一、原核细胞的基因结构 原核细胞的基因是由成百上千个核苷酸对组成的。组成基因的核苷酸可以分为不同的区 段。在基因表达的过程中，不同区段所起的作用并不相同。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 mRN A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。

39、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 真核细胞的基因也是由编码区和非编码区两部分组成的，在非编码区上，同样有调控作 用的核苷酸序列，但是真核细胞的基因结构要比原核细胞的基因结构复杂。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。也就是说，能够编码蛋白质 的序列被不能够编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的形式。 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。 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

40、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，如从大肠杆菌中发现的一种限制性内切酶只能识别GATT（序列， 并在G和A之间将这段序列切开。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

41、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，具有一定的盲印性。在获取真核细胞中的 DNA时，“鸟枪法”就不太适用了，原因是真核细胞的基因含有不表达的DNA片段，不能直 接用于基因的扩增和表达，所以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：一是以目的基因转录成的mRNA为模板，逆转 录成互补的单链 DNA然后在酶的作用下合成双链DNA从而获得所需要的基因；二是根据 已知的

42、蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的mRNA序列，然后按碱基互补配对原则，推测出 它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学的方法，以单核苷酸为原料合成目的基因，如人的 血红蛋白基因胰岛素基因等就是通过这种方法获得的。 基因工程的第二步是把目的基因接到某种运载体上，常用的运载体是能够和细菌共生的 质粒等，具体做法是：先用限制性内切酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末。 将切下的 目的基因的片段插入到质粒的切口处，现再加人适量的DNA连接酶，质粒的黏性末端与目的 基因DNA片段的黏性末端就会因碱基配对而结合，形成一个重组DNA分子。如人的胰岛素基 因质粒的结合就是通过这种方式实现的。 基因工程的第三步是通

43、过运载体把目的基因带入某生物体内，并使它得到表达。在基因 工程中常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、 动植物细胞等。目的基因导入 受体细胞后，就可以随着受体细胞的繁殖而复制。 基因工程的第四步是目的基因的检测和表达。在基因工程的前三步完成后，在全部受体 细胞中，真正能够摄入重组 DNA分子的受体细胞是很少的。因此，必须通过一定的手段对细 胞中是否导入了目的基因进行检测。检测的方法有很多种， 如大肠杆菌的某种质粒具有青霉 素抗性基因，当这种质粒与外源 DNA组合在一起形成重组质粒， 并被转入受体细胞后， 就可 以根据受体是否具有青霉素抗来判断受体细胞是否获得了目的基因。 【经典例题解

44、析】 【例题1】 下列各项中与蛋白质作用无关的是（） A .催化与调节B.运动C.运送物质D.贮存遗传信息 【解析】 酶是活细胞产生的一类具有催化能力的特殊的蛋白质，有许多激素（如胰岛 素、生长激素等）也是蛋白质，所以A是正确的；肌肉细胞中有肌动蛋白和肌球蛋白，通过 肌动蛋白和肌球蛋白之间的滑动使肌细胞产生运动，细胞膜的载体蛋白在运载物质时也会产 生运动，所以B也是对的；细胞膜上的载体是蛋白质， 其作用是运输细胞要选择吸收的离子 或小分子物质，红细胞中的血红蛋白的功能是运输氧气，所以C也是对的；贮存遗传信息只 有DNA担当此功能，蛋白质无此功能，所以D与蛋白质作用无关。 【答案】D 【例题2】

45、脂类物质在细胞中具有独特的生物学功能，下面是有关脂类物质的生物学 功能中，属于磷脂的生物学功能的是（） 生物膜的重要成分贮存能的分子构成生物体表面的保护层很好的绝缘体，具有 保温作用具有生物学活性对生命活动起调节作用 A .B.C .D . 【解析】 磷脂的生物学功能主要是构成生物膜的成分。脂肪的生物学功能是贮存能量 和具有保温、缓冲等作用。固醇类物质的生物学功能是对生命活动起调节作用。构成生物体 表面保护层的是磷脂，属于脂类但不是磷脂，如植物体的果实、叶片等表面。 【答案】C 【例题3】下图表示一个反应过程，图中的黑球表示两个相同的单糖，则图中的A、 B C分别表示（） A.淀粉、淀粉酶、葡

46、萄糖 C.蔗糖、蔗糖酶、果糖 B. 麦芽糖、麦芽糖酶、葡萄糖 D.乳糖、糖酶、葡萄糖 【解析】详见本专题“重点知识联系与剖析” 【答案】B 【例题4】2001年全国高考理科综合（天津、山西）卷 种子萌发的需氧量与种子所 贮藏有机物的元素比例有关，在相同条件下，消耗同质量的有机物，油料作物种子（如花生） 萌发时需氧量比含淀粉多的种子（如水稻）萌发时的需氧量（） A.少B.多C.相等D.无规律 【解析】 这是一道涉及到生物与化学知识的综合性题目，重点考查学生综合应用知识 的能力，对考生的认知层次要求很高，估计难度系数在0. 450. 50之间。呼吸作用的底 物通常是葡萄糖，但脂肪、蛋白质水解后的产

47、物也可以作为呼吸作用的底物。淀粉水解的产 物是葡萄糖，以葡萄糖作为呼吸作用的底物进行有氧呼吸的反应式为：C6H2Q+6H2O+64 6CO+12H2O+能量，从反应式可看出吸收一个Q,放出一个CO即释放的C和吸收的Q之比 为1。油料作物种子的主要贮存物质是脂肪，水解后的产物是甘油和脂肪酸，以脂肪酸中的 硬脂酸作为呼吸作用的底物为例，进行有氧呼吸的反应式为：CH （ CH） 16COOK 26O2 18CO+18HO+能量。由反应式可知：释放的CQ比吸收的 Q少，即释放的 CO和吸收的 Q之 比为0 . 69。由此可以得出结论：油料作物种子在萌发时吸收的氧气量比含淀粉多的种子萌 发时吸收的氧气多

48、。本题也可以通过所学的化学知识，直观地得出结论，糖类是碳水化合物， C/ O比一般为1,氧化时释放一个 CO2只需要一个 O原子即可；脂肪分子上一般都有很长的 烃链，C/ O比一般远大于1，所以氧化时释放一个 CO需要超过一个O原子的量。由于脂肪 中的C/0比比糖类高，所以同质量的脂肪和糖类中的碳原子数是脂肪比糖类多，因此同质 量的脂肪和糖类被氧化分解所需的Q,脂肪大于糖类。 【答案】B 【例题5】 人的一种凝血因子的基因有 372000个碱基，能够编码 2552个氨基酸，试 计算凝血因子基因中外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例，从这个比例中可以得 出什么结论？ 【解析】此题有一个跳跃

49、即基因t氨基酸，这中间跳过了 mRN A因此应注意基因中 6 个碱基对应一个氨基酸。 在基因中有编码区和非编码区，蛋白质是由编码区中的外显子所编 码的，此外应注意题目中的问法“碱基对”，应考虑基因的化学本质是DNA因此外显子的 2552 3 碱基对含量的 372000 % 100% =4%。该基因中有那么多的减基而外显子的碱基只占这么 2 小，不能编码蛋白质的碱基很多，说明了基因编码出蛋白质的过程是非常复杂的一一功能复 杂性。 【答案】4 %，在真核细胞中，编码序列在整个基因中所占的比例较小，而调控序列 所占的比例较大。说明了真核细胞基因结构及其功能的复杂性。 【例题6】(1999年上海高考试

50、题)含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都 可参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。将某哺乳动物的细胞放在含有31P磷酸的培养 基中，连续培养数代后得到Go代细胞。然后将 GO代细胞移到含有32P磷酸的培养基中培养， 经过第I、2次细胞分裂后，分别得到 G、G代细胞。再从 GO、G、G代细胞中提取出 DNA 经密度梯度离心后得到结果如下图所示。由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不 同。若、分别表示轻、中、重3种DNA分子的位置，请回答： (1) G 0、G、G2三代DNA分子离心后的试管分别是图中的： G Q; G; G2。 (2) G 2代在、三条带中DNA数的

51、比例是。 (3) 图中、两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：条带 ,条带 。 (4) 上述实验结果证明 DNA勺复制方式 DNA勺自我复制能使生物的 保持相对稳定。 【解析】本题考查学生对 DNA分子结构、DNA分子半保留复制和 DNA复制与细菌繁殖 关系等知识的掌握，同时也联系到了同位素方面的有关物理和化学方面的知识.32P是31P的 同位素，分子量要比 31P大，所以32P-DNA分子在质量上比31P DNA分子要重。而一条链为 32P和另一条链为31P的DNA分子在质量上介于两者之间。如果把这3种DNA的氯化铯溶液置 于离心管中进行高速离心，利用高加速度，能把这3种DNA分子彼比分开

52、。32P-DNA分子最重， 在试管的最下部；31P-DNA分子最轻，在试管的最上部；一条链含31P,另一条链含32P的DNA 分子质量居中，位于试管的中间，Go代细胞是在31P的培养基中培养了若干代后得到的细胞， 其中的DNA分子上均有31P,经密度梯度离心后应在试管的最上部。GO代细胞在含32P的培养 基上培养一代，得到的G细胞，由于复制是半保留复制，其中的DNA分子中一条链上含31P, 另一条链上含有32P，这样的DNA分子经密度梯度离心后，应在试管的中部。GO代的一个细 胞培养到第二代，应有 4个细胞，其中2个细胞的DNA分子中一条含有31P，另一条链含有 31P,另2个细胞的DNA分子

53、中均为32PO所以提取G2代的细胞的DNA分子，经密度梯度离心 后，其中的DNA分子有一半在试管的中部，另一半在试管的下部。 313132 【答案】(1) A B D (2) 0 ： 1 ： 1 (3) P P P(4)半保留复制遗 传特性 【例题7】胰岛素分子是一种蛋白质分子，现有如下材料： 胰岛素含有2条多肽链，A链含有21个氨基酸，B链含有30个氨基酸，2条多肽链 间通过2个二硫键(二硫键是由 2个“一 SH连接而成的)连接，在 A链上也形成1个二 硫键，下图所示为结晶牛胰岛素的平面结构示意图。 SS 不同动物的胰岛素的氨基酸组成是有区别的，现把人和其他动物的胰岛素的氨基酸组 成比较如下： 猪：B链第30位氨基酸和人不同； 马：B链第30位氨基酸和A链第9位氨基酸与人不同； 牛：A链第 (2)51个氨基酸分子合成胰岛素分 子后