高中生物竞赛辅导资料：第1章__细胞生物学(2)

第一章细胞生物学

高中生物竞赛辅导资料： 第一章 细胞生物学

细胞生物学是研究细胞的结构、功能、生活史以及生命活动本质和规律的科学，是生

物科学的主要分支之一，也是生命科学和分子生物学研究的基础。本章包括细胞的化学成 分，细胞器，细胞代谢， DNA、RNA和蛋白质的生物合成，物质通过膜的运输，有丝分 裂和减数分裂，微生物学和生物技术等部分。根据

以下从知识条目和能力要求两方面定出具体目标

1BO考纲细目和近几年来试题的要求,

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第一章细胞生物学

第一节细胞的化学成分

尽管自然界细胞形态多样，功能各异，但其化学成分基本相似，主要包括：糖类、脂 类、蛋白质、核酸、酶类等。

一、糖类

糖类是多羟基醛、多羟基酮的总称，一般可用 分子中氢和氧原子数之比往往是

Cm（H20）n化学通式表示。由于一些糖

2: 1，与水结构相似，故又把糖类称为碳水化合物。糖是

生命活动的主要能源，又是重要的中间代谢物，还有些糖是构成生物大分子，如核酸和糖 蛋白的成分，因而具有重要意义。糖类化合物按其组成可分为单糖、寡糖、多糖。如果糖 类化合物中尚含有非糖物质部分，则称为糖复合物，例如糖蛋白、蛋白多糖、糖脂和脂多 糖等。

（一）单糖

单糖是最简单的糖，不能被水解为更小的单位。单糖通常含有 称为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。天然存在的单糖一般都是

3— 7个碳原子，分别 D-构型。单糖分子既可以

-型。

开链形式存在，也可以环式结构形式存在。在环式结构中如果第一位碳原子上的羟基与第 .位碳原子的羟基在环的伺一面，称为a

-型；如果羟基是在环的两面，称B

'—OH

ItO—C—H

—H

H

OH C HjOH

—OH

! I2OH

C H

-n-育鴨楠聒視式

重要的单糖有以下几种：

1 ?丙糖 如甘油醛（醛糖）和二羟丙酮（酮糖）。它们的磷酸酯是细胞呼吸和光合作用中 重要的中

间代谢物。

2 ?戊糖 戊糖中最重要的有核糖（醛糖）、脱氧核糖（醛糖）和核酮糖（酮糖）。核糖和脱 氧

核糖是核酸的重要成分，核酮糖是重要的中间代谢物。

3 ?己糖 葡萄糖、果糖和半乳糖等都是己糖。所有己糖的分子式为

。

C6H1206，但结

构式不同，互为同分异构体。葡萄糖是植物光合作用的产物，也是细胞的重要能源物质之

（二）寡糖

由少数几个（2 — 6个）单糖缩合而成的糖称为寡糖。最多的寡糖是双糖，如麦芽糖、蔗 糖、纤维二糖、乳糖。

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第一章细胞生物学

1.麦芽糖 麦芽糖是由一个a— D-葡萄糖半缩醛羟基与另一分子a

的醇羟基缩合脱去一分子水，通过a

淀粉水解即产生麦芽糖，所以麦芽糖通常只存在于淀粉水解的组织，如麦芽中。

-D-葡萄糖C4上

-1，4-糖苷键结合而成。麦芽糖是淀粉的基本单位，

2 .蔗糖 一分子a -D —葡萄糖和一分子B -D-果糖缩合脱水即成蔗糖。甘蔗、甜菜、 胡萝卜以及香

蕉、菠萝等水果中都富含蔗糖。

3?乳糖 乳糖由一分子B -D-半乳糖和一分子a -D-葡萄糖通过B -1 , 4-糖苷键结合而 成。乳糖主要存

在于哺乳动物乳汁中。

4 .纤维二糖 纤维二糖是纤维素的基本结构单位，由 4-糖苷键结合而成。

（三）多糖

2分子的p-D-葡萄糖通过B -1 ,

自然界数量最大的糖类是多糖。多糖是由很多单糖分子缩合脱水而成的分支或不分支 的长链分子。常见的多糖有：淀粉、纤维素、糖原、几丁质和黏多糖等。

1 .淀粉 天然淀粉由直链淀粉与支链淀粉组成。直链淀粉是a

4-糖苷键连接的多糖链。支链淀粉分子中除有a— 1, 4-糖苷键的糖链外，还有a

粉水解：淀粉T糊精T麦芽糖fa

-D-葡萄糖基以a -1 ,

-1 , 6-糖

苷键连接的分支。淀粉与碘有呈色反应，直链淀粉为蓝色，支链淀粉为紫红色。在稀酸或 酶的作用下，淀

-D —葡萄糖。糊精是淀粉水解的最初产

物，随着水解，糖分子逐渐变小，它与碘作用分别呈红色、黄色、无色。这个反应可用于 淀粉水解过程的检验。

6

麦芽輸

鼾维二糖

2 ?糖原 糖原是动物组织中贮存的多糖，又称动物淀粉。糖原也是a 3 ?纤维素，纤维素是一种线性的由B

-D-葡萄糖基以

a -1 , 4-糖苷键连接而成的，但糖原的分支比支链淀粉多。糖原遇碘作用呈红褐色。

-D-葡萄糖基以B -1 , 4-糖苷键连接的没有分支

N-乙酰一D-氨基

的同多糖。纤维素是植物细胞壁的主要组成成分。

4 ?几丁质（甲壳素）昆虫和甲壳类外骨骼的主要成分为几丁质，是

葡萄糖以B -1, 4-糖苷键缩合成的同多糖。

二、脂类

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第一章细胞生物学

脂类是生物体内一类重要的有机化合物。 它们有一个共同的物理性质，就是不溶于水，

但能溶于非极性有机溶剂（如氯仿、乙醚、丙酮等）。脂类的组成元素主要有 C、H、0，但 0元素含量低，C、H元素含量高，彻底氧化后可以放出更多能量。此外，有的脂类还含 有P和N。生物体内常见的具有重要生理功能的脂类主要有三酰甘油、磷脂、类固醇、萜 类、蜡等。

1.三酰甘油

三酰甘油也称脂肪，是由 脂肪酸结合而成的酯。

右边结构式中Rl、R2、凡是脂肪酸的烃基链， 构成三酰甘油的脂肪酸可分为饱和脂肪酸和不饱和 脂肪酸。饱和脂肪酸

碳氢链上没有双键，如软脂酸、 硬脂酸，其熔点高。不饱和脂肪酸的碳氢链上含有 不饱和双键，如油酸含1个双键，亚油酸含2个双键， 动物脂肪大多富含饱和脂肪酸，在室温下为固态，植物油含大量油酸和亚油酸，在

1分子甘油和3分子

0

R2~C—0—CH2

II I

CH；*0—C—焉

0

三醸甘油

亚麻酸含3个双键，因此熔点较低。

室温下 为液态。对于哺乳动物和人，亚油酸和亚麻酸不能自己合成，只能从外界摄取，称为必需 脂肪酸。

2 .磷脂

磷脂又称甘油磷脂，此类化合物是甘油的第三个羟基被磷酸所酯化，而其他两个羟基 被脂肪酸酯化。磷脂酸是最简单的磷脂，是其他复杂磷脂的中间产物。若磷脂酸分子中的 H为胆碱、胆胺、丝氨酸所取代，则分别成为卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸磷脂等。磷脂分子 由于有磷酸及与之相连的含氮化合物， 是有极性的分子：它的有磷酸一端为极性的头，

是亲水的，它的2个脂肪酸链为非极性的尾，是疏水的。如将磷脂放在水面上，磷脂分子 都将以亲水的头和水面相接，而倒立在水面上，成一单分子层。如将磷脂放入水中，磷脂 分子则会形成单分子微团，各分子的极性头位于微团的表面而与水接触，非极性的疏水端 则藏在微团中心。

因而

3 ?类固醇

类固醇分子的基本结构是环戊烷多氢菲。最熟知的类固醇是在环戊烷多氢菲上连有一 个碳氢链的胆固醇。胆固醇是动物膜和神经髓鞘的主要成分，与膜的透性有关。性激素、 维生素D和肾上腺皮质激素都属于类固醇。

4 .萜类

萜类是由不同数目的异戊二烯连接而成的分子。维生素

A（视黄醇）、维生素E、维生

素K、类胡萝卜素都是萜类。B -类胡萝卜素裂解就成 2个维生素A，维生素A可氧化成 视黄醛，对动物感光活动有重要作用。

5?蜡

蜡是由高碳脂肪酸和高碳醇或固醇所形成的脂，它存在于皮肤、毛皮、羽毛、树叶、 昆虫外骨骼中，起保护作用。

三、蛋白质

蛋白质是细胞和生物体的重要组成成分，通常占细胞干重的一半以上。蛋白质主要由 C、H、0、N四种元素组成，其中氮的含量在各种蛋白质中比较接近，平均为

16%，因此

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第一章细胞生物学

用凯氏（KJelahl）法定氮测定蛋白质含量时，受检物质中含蛋白质量为氮含量的 蛋白质是高分子化合物，其基本组成单位是氨基酸。

6. 25倍。

（一）氨基酸

1.氨基酸的结构 天然存在于蛋白质中的氨基酸共有 20种，各种氨基酸（除脯

氨酸）

在结构上的一个共同特点是，在与羧基相连的碳原子

（a -碳原子）上都

R基

L- a -氨基酸。

-碳原子都是不对称的，

有一个氨基，因而称为a -氨基酸，它们的不同之处在于侧链，即 的不同。除甘氨酸外，所有氨基酸分子中的a

I NH, C—H

I ?

R

COOH

有L-型和D-型之分。在天然蛋白质中存在的氨基酸都是

2 .氨基酸的分类

根据R基团极性不同，氨基酸可分为：非极性氨基酸

（9种）;极性不带电荷氨基酸（6

种）;极性带负电荷氨基酸（2种）；极性带正电荷氨基酸（3种）。如表1-1-1所示。

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