高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题一 生命的物质
基础
[竞赛要求]
一、细胞的化学成分 1．水、无机盐
2．糖类：包括单糖、双糖、多糖
3．蛋白质：包括氨基酸、三字母缩写、蛋白质的四级结构、 蛋白质的理化性质、变性实质
4．酶类：概念、特征、分类、作用机理、影响酶活性的因素 5．脂类
6．核酸：包括DNA和RNA
7．其他重要化合物：包括ADP和ATP、NAD+，和NADH+、NADP+和NADPH+
[知识梳理]
一、组成生物体的化合物 （一）无机化合物 1．水是生命之源
水是细胞的重要成分，一般发育旺盛的幼小细胞中含水量较大，生命活力差的细胞组织中含水量较小，休眠的种子和孢子中含水量一般低于10％。
水分子具有极性，每个水分子均可与其它四个水分子之间形成氢键。水分子的极性及氢键的形成使水分子具有特殊的性质，如水分子具有较强的黏滞性。黏滞性使水分子较其它液体均具有较强的表面张力，这有助于水从根运输到茎再到叶；水从叶片的气孔蒸发，对导管中的水产生蒸腾拉力，水的黏滞性使这种拉力一直延伸到根部。表面张力使水分子可以水生昆虫在水面上跳动。
自由水的功能：代谢物质的良好溶剂，水是促进代谢反应的物质，水参与原生质结构的形成，水有调节各种生理作用的功能。
2．无机盐
＋＋＋＋＋＋
它在体内通常以离子状态存在，常见的阳离子有K、Na、Ca2、Mg2、Fe2、Fe3
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等；常见的阴离子有Cl、SO42、PO43、HPO42、H2PO4、HCO3等。各种无机盐离子在体液中的浓度是相对稳定的，其主要作用有：对细胞的渗透压和pH起着重要的调节作用。有些离子是酶的活化因子，如Mg+、Ca2+； 有些离子是合成有机物的原料,如PO4+可用于合成磷酸、核苷酸等，Fe2+可用于合成血红蛋白等。生物生存环境的PH范围为3~8.5。细胞中的各种离子有一定的缓冲能力，使细胞内的PH保持相对恒定，以利细胞维持正常的生命活动。
细胞内某些无机盐的功能及缺乏症 矿质 元素 N P 功 能 合成光合作用过程中各种酶、ATP、NADPH及叶绿素的成分 ATP、NADPH的重要组成成分，对维持叶绿体膜的结构和功能有重要作用 是否可再利用 是 是 缺乏时，病症部位 衰老组织 衰老组织 K Mg B Ca Fe 促进有机物的合成与运输 叶绿素的组成成分 促进花粉的萌发和花粉管伸长 一般作为酶的活化中心
是 是 是 否 否 衰老组织 衰老组织 衰老组织 幼嫩组织 幼嫩组织 动物体内无机盐及其作用一览表
K Na Ca 维持细胞内液渗透压的决定性作用；维持心肌舒张、保持心肌正常兴奋性 维持细胞外液渗透压的主要物质 骨骼和牙齿的成分 调节生命活动 缺乏时，心律失常 缺乏进，血压下降、心率加快、四肢发冷 缺乏时：佝偻病、骨质软化、 骨质疏松血钙减少时：骨肉抽搐 血钙增多时：肌无力
（二）、有机化合物
1．碳是组成生物体的最基本元素
碳原子核最外层有四个价电子，可与碳、氢、氧及氮原子形成四个强共价键。碳原子与碳原子之间可以单键相结合，可也以双键或三键相结合。碳原子能相互连接成链或环，从而生成各种大分子，这些结构称为有机物的碳链骨架。碳链骨架结构的排列方式和长短，决定了有机化合物的基本性质。
2．糖类
（1）．生物学功能
糖类的主要功能有：构成生物体的重要成分，如糖被、（植物、细菌、真菌等的）细胞壁的成分；是细胞的主要能源物质。 （2）．组成元素及种类
糖类是多羟基的醛或酮及其缩聚物和某些衍生物。其组成元素只有C、H、O，分单糖、寡糖、多糖三类。
单糖的分子通式是（CH2O)n，是不能水解的最简单的糖类。根据碳原子数，单糖又可分为三碳—六碳糖。葡萄糖和果糖六碳糖，分子式都是C6H12O6，但结构式不同，在化学上叫做同分异构体（如图）。核糖（C5H10O5）和脱氧核糖（C5H10O4）都是五碳糖，分别是构成RNA和DNA的重要成分（如图）。葡萄糖、果糖、麦芽糖等有还原性，为还原糖；淀粉、蔗糖等为非还原性。
寡糖（低聚糖）：是由少数几个单糖分子脱水缩合而得的糖。常见的是含有2个单糖单位的双糖，如植物细胞内的蔗糖、麦芽糖，动物细胞内的乳糖，存在于藻类细菌、真菌和某些昆虫细胞内的海藻糖等。蔗糖的形成见下图。
核糖
脱氧核糖
葡萄糖 （环状结构） 果糖 （环状结构）
葡萄糖 （链状结构）
果糖 （链状结构）
多糖是由多个单糖缩聚而成链状大分子，与单糖、双糖不同，一般不溶于水，从而构成贮藏形式的糖，如高等植物细胞内的淀粉，高等动物细胞内的糖元。纤维素是植物中最普遍的结构多糖。
糖类的复合物：主要是糖蛋白质和糖脂。 3．蛋白质
（1）．种类及功能
如按功能划分，可将蛋白质分为活性蛋白质和非活性蛋白质两大类。 活性蛋白质指在生命活动过程中具有活性的蛋白质。主要种类有：作用为催化生物体内各种化学反应，如酶。激素蛋白其作用是调节机体各种代谢过程，如：胰岛素、促性腺激素等。运输和贮存蛋白主要运输、贮存各种小分子物质、离子、电子等，如血红蛋白、载体蛋白。运动蛋白它与生物体运动有关，如细菌的纤毛蛋白、动物的肌球蛋白和肌动蛋白等。防御蛋白防御异物侵入机体，如免疫球蛋白、干扰素等。膜蛋白分布在细胞膜上，与膜的生物学功能密切相关。受体蛋白其作用为接受和传递信息。控制生长分化的蛋白控制生物的生长和组织分化，如组蛋白、各种生长因子。
非活性蛋白包括一大类对生物体起保护或支持作用的蛋白质。主要种类有：胶原是哺乳动物皮肤的主要成分。角蛋白其作用是保护或加强机械强度。弹性蛋白存在于韧带、血管壁等处，其支持与润滑作用。
（2）．组成元素和基本组成单位
蛋白质主要由C、H、O、N四种元素组成，多数还含有S。氮是蛋白质的标志性元素，含量约占16%。蛋白质的基本组成单位是氨基酸，其通式为
。组成天然蛋白
质的氨基酸约有20种，都是L型的α氨基酸。氨基酸与氨基酸之间可以发生缩合反应，形成的键为肽键。肽又可划分为二肽、三肽及多肽（三肽以上）。多肽都有链状排列的结构，叫多肽链。蛋白质就是由一条多肽链或几条多肽链通过盘曲折叠形成的复杂的大分子。 （3）．结构
蛋白质结构分一、二、三、四级结构（见下图）。在蛋白质分子中，不同氨基酸以一定数目和排列顺序组合形成的多肽链是蛋白质的一级结构。蛋白质分子的高级结构决定于它的一级结构，其天然构象（四级结构）是在一定条件下的热力学上最稳定的结构。
（4）．变性
蛋白质受到某些物理或化学因素作用时引起生物活性的丧失、溶解度降低以及其他物理