糖类、脂质、蛋白质和核酸

——高中生物必修一《分子与细胞》上课讲稿

开场白

同学们好！上节课我们学习了构成细胞的元素和无机物，知道了水是细胞中含量最多的化合物，无机盐虽然少但作用很大。从这节课开始，我们要学习细胞中的有机物——糖类、脂质、蛋白质和核酸。这四大有机物是细胞结构和功能的物质基础，也是高考的重点和难点。本节课我们逐一来讲，先讲糖类和脂质，再讲蛋白质和核酸。好，让我们正式开始。

第一部分　糖类

糖类，又称碳水化合物，是一类多羟基醛（醛糖）或多羟基酮（酮糖）及其缩聚物和衍生物的总称。化学通式通常表示为(CH₂O)ₙ（n≥3），但注意，部分糖类可能偏离此通式，所以"碳水化合物"这个名称并不完全准确，只是习惯叫法。

一、单糖

单糖是不能被水解、可以直接被细胞吸收的糖类。根据碳原子数，单糖分为五碳糖和六碳糖。

（一）五碳糖

五碳糖包括核糖（C₅H₁₀O₅）和脱氧核糖（C₅H₁₀O₄）。注意它们的分子式差一个氧原子——脱氧核糖比核糖少一个氧，所以叫"脱氧"核糖。核糖是RNA的组成成分，脱氧核糖是DNA的组成成分。这两个五碳糖非常重要，后面学核酸时还会详细讲。

（二）六碳糖

六碳糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖，分子式都是C₆H₁₂O₆，它们是同分异构体。

葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质，被称为"生命的燃料"。细胞呼吸主要就是分解葡萄糖释放能量。果糖主要存在于水果中，甜度最高。半乳糖主要存在于乳汁中。

注意：所有单糖都是还原糖，都能与斐林试剂在水浴加热条件下产生砖红色沉淀。

二、二糖

二糖由两分子单糖脱水缩合而成，分子式是C₁₂H₂₂O₁₁。二糖一般要水解成单糖才能被细胞吸收。常见的二糖有三种：

麦芽糖：分布在植物中，比如发芽的小麦。由两分子葡萄糖脱水缩合而成，水解产物是两分子葡萄糖。麦芽糖是还原糖。

蔗糖：分布在植物中，比如甘蔗、甜菜，大多数水果和蔬菜中也有。由一分子葡萄糖和一分子果糖脱水缩合而成，水解产物是葡萄糖和果糖。注意，蔗糖是非还原糖，不能与斐林试剂反应。

乳糖：分布在动物乳汁中。由一分子葡萄糖和一分子半乳糖脱水缩合而成，水解产物是葡萄糖和半乳糖。乳糖是还原糖。有些人喝牛奶会腹泻，就是因为体内缺乏乳糖酶，不能消化乳糖，这叫乳糖不耐受。

三、多糖

生物体内的糖类绝大多数以多糖的形式存在，分子式是(C₆H₁₀O₅)ₙ。多糖由多个单糖脱水缩合而成。常见的多糖有淀粉、纤维素、糖原和几丁质。

这里有一个非常重要的知识点：淀粉、纤维素和糖原的基本单位都是葡萄糖，但它们的结构不同——基本单位的连接方式（糖苷键类型）和空间结构不同，导致功能完全不同。这体现了"结构决定功能"的生物学观点。

（一）四种多糖的结构差异

我们来具体看看它们的结构差异：

纤维素：由β-1,4糖苷键连接的直链，无分支。因为是β糖苷键，所以人和动物很难消化纤维素。

直链淀粉：由α-1,4糖苷键连接的直链，无分支。

支链淀粉：除α-1,4糖苷键外，每24~30个葡萄糖单元有一个α-1,6糖苷键分支。

糖原：结构与支链淀粉类似，但分支更密集，每8~12个葡萄糖单元就有一个α-1,6糖苷键分支。糖原分支多，意味着有更多的非还原端，可以同时被酶分解，快速释放葡萄糖，这与糖原作为动物储能物质的功能相适应。

（二）淀粉

淀粉是光合作用的产物，是植物体内的储能物质。分布在粮食作物的种子，以及马铃薯、山药、甘薯等植物变态的茎或根中，一些植物果实中也有。

淀粉的消化吸收过程：淀粉→麦芽糖→葡萄糖。在口腔中唾液淀粉酶将部分淀粉分解为麦芽糖，在小肠中胰淀粉酶、肠麦芽糖酶将其彻底分解为葡萄糖，被小肠上皮细胞吸收。

淀粉是非还原糖，但淀粉可以用碘液检测——淀粉遇碘变蓝色，这是淀粉的特性反应。

（三）纤维素

纤维素是植物细胞细胞壁的主要成分，起保护和支持作用。特点是不溶于水，人和动物很难消化——因为人体没有分解纤维素的酶。牛、羊等草食动物能消化纤维素，是因为它们的胃中有能分解纤维素的微生物。

纤维素虽然不能被人体消化吸收，但被称为人的"第七类营养素"，因为它能促进肠胃蠕动，减少便秘，降低结肠癌风险，还能降低胆固醇吸收。

注意：淀粉和纤维素初步水解得到的二糖不同——淀粉初步水解得到麦芽糖，纤维素初步水解得到纤维二糖；但彻底水解得到的单糖相同，都是葡萄糖。

（四）糖原

糖原是动物细胞的储能物质，分为肝糖原和肌糖原。

肝糖原：储存在肝脏中，可以分解为葡萄糖释放到血液中，补充血糖。当血糖低时，胰高血糖素促进肝糖原分解为葡萄糖。

肌糖原：储存在肌肉中，不能直接分解为葡萄糖补充血糖——因为肌肉细胞中没有葡萄糖-6-磷酸酶（这是肝脏特有的酶）。肌糖原分解产生的葡萄糖-6-磷酸只能进入糖酵解，为肌肉运动供能，最终只能生成乳酸（无氧条件下）或彻底氧化（有氧条件下）。

糖原的分解过程：糖原→葡萄糖-1-磷酸→葡萄糖-6-磷酸→（肝脏特有葡萄糖-6-磷酸酶）→葡萄糖。肌肉中没有这个酶，所以肌糖原不能补充血糖。

（五）几丁质

几丁质，又称壳多糖，基本单位是N-乙酰葡萄糖胺。广泛存在于甲壳类动物和昆虫的外骨骼中，也是真菌细胞壁的重要成分。

几丁质的用途很广：可与重金属离子结合，用于废水处理；可制作包装纸、食品添加剂；还可用于制作人造皮肤。中国科学家首次解析了几丁质合成酶的结构，这在农业生产上有重要意义——几丁质合成酶抑制剂可用于防治病虫害（因为昆虫和真菌有几丁质，植物和动物没有，所以针对性强）。

四、糖类的还原性与功能

（一）还原糖与非还原糖

还原糖：所有单糖（葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖）、麦芽糖、乳糖。这些糖含有游离的醛基或酮基，能与斐林试剂反应产生砖红色沉淀。

非还原糖：所有多糖（淀粉、纤维素、糖原、几丁质）、蔗糖。这些糖没有游离的醛基或酮基，不能与斐林试剂反应。

注意：蔗糖是非还原糖，但蔗糖水解后产生的葡萄糖和果糖都是还原糖，所以蔗糖水解后的溶液可以与斐林试剂反应。

（二）糖类的功能

糖类的功能主要有三个方面：

第一，作为能源物质。如葡萄糖是细胞生命活动的主要能源物质，淀粉是植物的储能物质，糖原是动物的储能物质。

第二，作为结构物质。如纤维素构成植物细胞壁，几丁质构成昆虫外骨骼和真菌细胞壁，核糖和脱氧核糖构成核酸。

第三，参与识别和信息交流。如生物膜表面的糖蛋白、糖脂中的多糖链，参与细胞识别、信息交流等。

第二部分　脂质

脂质包括脂肪、磷脂和固醇三类。脂质的共同特点是：通常都不溶于水，而溶于脂溶性有机溶剂，如丙酮、氯仿、乙醚等。注意，脂质不是生物大分子——脂肪、磷脂、固醇的相对分子质量都不够大，不属于生物大分子。

一、脂肪

（一）脂肪的元素和结构

脂肪的元素组成只有C、H、O三种，和糖类一样。注意，脂肪不含N、P，这和磷脂不同。

脂肪的结构：1分子甘油+3分子脂肪酸→三酰甘油（也叫甘油三酯）。这个过程是脱水缩合，形成3个酯键。

脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。饱和脂肪酸的碳链中没有双键，熔点高，室温下呈固态；不饱和脂肪酸的碳链中有双键，熔点低，室温下呈液态。

（二）动物脂肪和植物脂肪的区别

注意：这只是一般规律，不是绝对的。比如鱼油虽然来自动物，但富含不饱和脂肪酸，室温下呈液态。

（三）脂肪的功能

脂肪的功能有三个：

第一，储能物质。脂肪是生物体内良好的储能物质。为什么脂肪比糖类更适合储能？因为脂肪中氧的含量远远低于糖类，而氢的含量更高。氧化分解时，脂肪释放的能量更多——1g脂肪氧化分解释放约39kJ能量，而1g糖原只释放约17kJ。但同时，脂肪氧化分解消耗的氧气也更多。

第二，保温。脂肪是热的不良导体，皮下脂肪能减少体内热量散失，起到保温作用。比如北极熊、鲸鱼的皮下脂肪很厚，就是为了在寒冷环境中保温。

第三，缓冲和减压。分布在内脏器官周围的脂肪，可以缓冲外界压力，保护内脏器官。比如肾脏周围的脂肪垫能保护肾脏免受震动损伤。

（四）脂肪和糖类的关系

这是一个重要考点，脂肪和糖类之间可以相互转化，但转化程度有明显差异：

糖类供应充足时，可以大量转化为脂肪。这就是为什么吃太多糖（米饭、面食、甜食）会发胖——多余的糖类转化为脂肪储存起来。

但是，脂肪一般只在糖类代谢障碍、引起供能不足时，才会分解供能，而且脂肪不能大量转化为糖类。这就是为什么减肥很难——脂肪容易储存，但不容易消耗和转化。

这里有几个常考的拓展问题：

第一，油料种子萌发时往往干重会增加，原因是什么？因为脂肪转化为糖类的过程中，氧元素会增加——脂肪中氧含量低，糖类中氧含量高，脂肪转化为糖类时需要加氧，所以干重增加。注意，增加的主要元素是氧，不是碳。

第二，播种油料种子时需浅播，因为油料种子中脂肪多，脂肪氧化分解需要更多的氧气，浅播有利于种子获得充足的氧气。如果播种太深，缺氧会导致种子不能正常萌发。

第三，为什么等量的脂肪比糖类含能量多，但在一般情况下脂肪却不是生物体利用的主要能源物质？原因有三：①糖类是生物体主要利用的能源物质，尤其是大脑和神经所利用的能源必须由糖类供应（神经细胞不能利用脂肪供能）；②脂肪是非极性化合物，可以以无水的形式储存在体内，而糖原是极性化合物，是高度水合形式，储存时所占体积相当于同等重量脂肪的4倍左右，所以脂肪是更"经济"的储备能源；③脂肪氧化分解消耗氧气更多，在有氧条件下才能高效供能，而糖类在有氧和无氧条件下都能供能。

二、磷脂

磷脂的元素组成：C、H、O、P，大多还含有N。注意，磷脂比脂肪多了P和（通常的）N。

磷脂的结构：1分子甘油+2分子脂肪酸+磷酸+其他衍生物。磷脂分子有一个亲水的头部（磷酸端）和两条疏水的尾部（脂肪酸链），这就是磷脂双分子层形成的基础——亲水头部朝向水相，疏水尾部相对排列。

磷脂的功能：构成生物膜（细胞膜、细胞器膜、核膜）的重要成分。所有生物膜的基本支架都是磷脂双分子层。

注意：磷脂水解的终产物包括甘油、脂肪酸、磷酸和其他衍生物，不包括胆固醇。胆固醇是固醇类，和磷脂是并列关系，不是包含关系。

三、固醇

固醇的元素组成只有C、H、O三种。固醇包括胆固醇、性激素和维生素D三类。

（一）胆固醇

胆固醇的功能有两个：第一，构成动物细胞膜的重要成分——注意是动物细胞膜，植物细胞膜一般不含胆固醇。胆固醇可以调节动物细胞膜的流动性：温度高时限制膜的流动性，温度低时增加膜的流动性，起到"双向调节"作用。第二，参与血液中脂质的运输。

注意：胆固醇不是越低越好，也不是越高越好。血液中胆固醇过高会导致动脉粥样硬化，增加心脑血管疾病风险；但胆固醇过低也会影响细胞膜的正常功能和激素合成。

（二）性激素

性激素包括雄性激素和雌性激素，功能是：促进生殖器官的发育和生殖细胞的形成，激发并维持第二性征。性激素属于脂质中的固醇，所以它是脂溶性的，可以穿过细胞膜进入细胞内，与细胞内的受体结合发挥作用——这和蛋白质类激素（如胰岛素）不同，蛋白质类激素的受体在细胞膜表面。

（三）维生素D

维生素D的功能是：促进肠道对钙和磷的吸收。所以补钙的同时要补充维生素D，否则钙不能被有效吸收。儿童缺乏维生素D会患佝偻病，成人缺乏会患骨质疏松症。人体皮肤中的胆固醇在阳光紫外线照射下可以转化为维生素D，所以适当晒太阳有助于预防维生素D缺乏。

第三部分　生命活动的承担者——蛋白质

蛋白质是细胞中含量最多的有机物（干重中含量最多的化合物），也是生命活动的主要承担者。可以说，没有蛋白质就没有生命。我们从基本单位开始讲。

一、蛋白质的基本单位——氨基酸

（一）元素组成

蛋白质的元素组成主要是C、H、O、N，大多数蛋白质还含有S，有些还含有Se、Fe等元素。注意：S是蛋白质的特征元素（核酸不含S），所以在噬菌体侵染细菌实验中，用³⁵S标记蛋白质。Fe存在于血红蛋白中，Se存在于硒代半胱氨酸中。

（二）氨基酸的结构通式

氨基酸是组成蛋白质的基本单位，结构通式是：一个中心碳原子（α碳）上连接着四个基团——一个氨基（-NH₂）、一个羧基（-COOH）、一个氢原子（-H）和一个侧链基团（R基）。

结构要点：①每种氨基酸至少都含有一个氨基和一个羧基；②都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上；③不同氨基酸的区别在于R基的不同。R基决定了氨基酸的种类和理化性质。

分子量最小的氨基酸是甘氨酸，因为它的R基是-H（氢原子），是所有R基中最简单的。

氨基酸的理化性质取决于R基。比如R基中含有-SH的半胱氨酸，可以形成二硫键；R基中含有-COOH的谷氨酸是酸性氨基酸；R基中含有-NH₂的赖氨酸是碱性氨基酸。

（三）氨基酸的种类

组成人体蛋白质的氨基酸有21种（新教材增加了硒代半胱氨酸，原来教材是20种）。根据人体能否合成，分为两类：

必需氨基酸（8种）：人体细胞不能合成，必须从外界环境中摄取。包括赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。口诀："甲携来一本亮色书"（甲硫氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸）。注意，婴儿比成人多一种——组氨酸，所以婴儿有9种必需氨基酸。

非必需氨基酸（13种）：人体细胞能够合成，不需要从食物中获取。注意，"非必需"不是说不需要，而是说人体可以自己合成，食物中有没有都可以。

在评价蛋白质的营养价值时，主要看其中必需氨基酸的种类和含量。比如胶原蛋白的非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高，但必需氨基酸含量可能不如蛋清蛋白，所以不能简单说胶原蛋白营养价值更高。

二、蛋白质的结构及其多样性

（一）脱水缩合

氨基酸分子互相结合的方式是脱水缩合：一个氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（-NH₂）相连接，同时脱去一分子水，这种结合方式叫脱水缩合。连接两个氨基酸分子的化学键（-NH-CO-）叫肽键。

由两个氨基酸分子缩合而成的化合物叫二肽；由多个氨基酸分子缩合而成的、含有多个肽键的化合物叫多肽。多肽通常呈链状结构，叫肽链。

相关计算（重点）：n个氨基酸形成m条肽链时，脱去的水分子数=形成的肽键数=n-m。至少含有的氨基数=至少含有的羧基数=m（每条肽链至少一端有一个氨基，另一端有一个羧基）。蛋白质的相对分子质量=氨基酸总质量-脱去水的质量=na-18(n-m)（a为氨基酸平均分子量）。

（二）蛋白质的结构层次

蛋白质的空间结构分为四个层次：

一级结构：多肽链中氨基酸的排列顺序。主要化学键是肽键，还有二硫键。一级结构是蛋白质空间结构的基础，氨基酸的排列顺序决定了最终的空间结构。

二级结构：多肽链局部的盘曲折叠，主要有α-螺旋和β-折叠两种形式。主要化学键是氢键。

三级结构：整条多肽链进一步盘曲折叠，形成更复杂的空间结构。主要靠R基之间的相互作用（氢键、二硫键、疏水作用、离子键等）维持。

四级结构：由两条或多条多肽链（亚基）通过一定的化学键结合在一起，形成的蛋白质整体结构。比如血红蛋白有4个亚基，血蓝蛋白由多个亚基组成。不是所有蛋白质都有四级结构，只有由多条肽链组成的蛋白质才有。

强调：蛋白质的氨基酸序列（一级结构）决定了最终的空间结构。这也是为什么一个氨基酸的改变（如镰刀型细胞贫血症中谷氨酸→缬氨酸）可能导致蛋白质空间结构改变，功能异常。

（三）蛋白质结构多样性的原因

蛋白质结构多样性的直接原因有四个：①氨基酸的种类不同；②氨基酸的数目不同；③氨基酸的排列顺序不同；④肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。

根本原因：DNA（基因）中碱基的排列顺序不同（遗传信息不同）。因为蛋白质是由基因控制合成的，基因的多样性决定了蛋白质的多样性。

三、蛋白质的功能多样性

蛋白质结构的多样性决定了功能的多样性。蛋白质的功能主要有以下几类：

第一，结构蛋白：构成细胞和生物体结构的重要物质。比如肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白、头发和指甲中的角蛋白、蚕丝中的丝蛋白、胶原蛋白（细胞外基质的主要成分）、蜘蛛丝等。

第二，催化功能：绝大多数酶都是蛋白质（少数酶是RNA）。比如唾液淀粉酶、胃蛋白酶、DNA聚合酶等，催化生物体内的各种化学反应。

第三，运输功能：比如血红蛋白运输氧气，血蓝蛋白（鲎等动物）也能运输氧气，细胞膜上的载体蛋白运输物质进出细胞。

第四，信息传递（调节）功能：比如胰岛素、生长激素等蛋白质类激素，调节生命活动；细胞膜上的受体蛋白接受信息。注意，性激素是固醇类，不是蛋白质。

第五，免疫功能：比如抗体（免疫球蛋白），能与抗原特异性结合，清除病原体；细胞因子（如干扰素、白细胞介素）也是蛋白质，参与免疫调节。

此外，蛋白质还有运动功能（如肌动蛋白、肌球蛋白参与肌肉收缩）、识别功能（如细胞膜上的糖蛋白参与细胞识别）等。

可以说，一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。

四、蛋白质的变性、盐析和水解

（一）变性

定义：某些物理或化学因素（如高温、重金属盐、酒精、过酸过碱、紫外线等）破坏蛋白质的空间结构，使其不可逆失活。

本质：破坏蛋白质的空间结构（二级、三级、四级结构），使肽链变得伸展松散，但肽键不断裂——所以变性后的蛋白质仍然可以与双缩脲试剂反应产生紫色，因为肽键还在。

应用：①煮熟的蛋白质更易消化——因为变性后空间结构被破坏，肽键暴露，更容易被蛋白酶水解；②对病原体消毒灭菌——高温、酒精、紫外线使细菌和病毒的蛋白质变性失活。

注意：蛋白质变性是不可逆的（大多数情况下），加热变性的蛋白质不能恢复原有的结构和性质。但有些蛋白质在条件适宜时可以复性（如核糖核酸酶），这是少数情况。

（二）盐析

定义：在蛋白质水溶液中加入中性盐（如NaCl、硫酸铵），随着盐浓度增大而使蛋白质沉淀出来的现象。

本质：一种可逆的物理变化。盐析只是降低了蛋白质的溶解度，使蛋白质沉淀，但蛋白质的空间结构没有被破坏，蛋白质活性不受影响。加水稀释后，蛋白质可以重新溶解。

应用：分离和纯化蛋白质。比如在鸡蛋清中加入食盐，会看到白色絮状物沉淀，加水后又溶解，这就是盐析。

变性和盐析的区别一定要记清楚：变性破坏空间结构，不可逆，失去活性；盐析不破坏空间结构，可逆，保持活性。

（三）水解

定义：在H⁺（酸）或蛋白酶的催化下，蛋白质的肽键断裂，水解为小分子肽和氨基酸。

蛋白质的彻底水解产物是氨基酸。注意，水解和氧化分解不同：水解是肽键断裂，产物是氨基酸；氧化分解是经过细胞呼吸，产物是CO₂、H₂O和尿素（含氮部分），同时释放能量。

第四部分　遗传信息的携带者——核酸

核酸是遗传信息的携带者，包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。核酸控制着生物的遗传、变异和蛋白质的生物合成。

一、核酸的基本单位——核苷酸

核酸的基本组成单位是核苷酸。一个核苷酸由一分子五碳糖、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成。

根据五碳糖的不同，核苷酸分为脱氧核苷酸和核糖核苷酸：

脱氧核苷酸：五碳糖是脱氧核糖，碱基有A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鸟嘌呤）四种。脱氧核苷酸是DNA的基本单位。

核糖核苷酸：五碳糖是核糖，碱基有A（腺嘌呤）、U（尿嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鸟嘌呤）四种。核糖核苷酸是RNA的基本单位。

注意：DNA特有的碱基是T（胸腺嘧啶），RNA特有的碱基是U（尿嘧啶）。A、C、G是两者共有的。所以如果要检测细胞是否处于DNA复制的S期，最适合用放射性同位素标记胸腺嘧啶（T），因为T是DNA特有的，RNA中没有。

二、核酸的结构

核苷酸之间通过脱水缩合形成磷酸二酯键，连接成核苷酸链。DNA一般由两条脱氧核苷酸链组成，形成规则的双螺旋结构；RNA一般由一条核糖核苷酸链组成。

DNA的双链之间通过碱基互补配对形成氢键连接：A与T配对（形成2个氢键），G与C配对（形成3个氢键）。所以G-C碱基对越多，DNA分子越稳定（因为氢键多）。

注意：DNA中有氢键，RNA中也可能有氢键——比如tRNA（转运RNA）是三叶草结构，内部有碱基互补配对区域，也有氢键。所以不能说"DNA有氢键，RNA没有氢键"。

三、核酸的功能和多样性

（一）核酸的功能

核酸的功能是携带遗传信息，控制生物的遗传、变异和蛋白质的生物合成。

具体来说：DNA是主要的遗传物质，储存着遗传信息；RNA在蛋白质合成中起重要作用——mRNA（信使RNA）传递遗传信息，tRNA（转运RNA）运输氨基酸，rRNA（核糖体RNA）构成核糖体，有些RNA还具有催化功能（核酶）。

注意：对于细胞生物（原核生物和真核生物）来说，遗传物质就是DNA，不是"主要是DNA"——细胞生物同时含有DNA和RNA，但遗传物质只有DNA。只有病毒的遗传物质是DNA或RNA（一种病毒只有一种核酸）。所以"DNA是主要的遗传物质"是针对整个生物界而言的，因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA。

（二）核酸的多样性

核酸的多样性源于核苷酸的排列顺序不同。虽然组成DNA的脱氧核苷酸只有4种，但组成DNA的核苷酸数量成千上万，排列顺序千变万化，所以DNA分子具有多样性。

注意：核苷酸之间的连接方式都是磷酸二酯键，连接方式是相同的，所以多样性与连接方式无关，只与核苷酸的种类、数量和排列顺序有关。

四、核酸的水解

这是一个高频考点，核酸的水解分为初步水解和彻底水解：

DNA的初步水解产物：4种脱氧核苷酸。

DNA的彻底水解产物：6种——磷酸、脱氧核糖、4种含氮碱基（A、T、C、G）。

RNA的初步水解产物：4种核糖核苷酸。

RNA的彻底水解产物：6种——磷酸、核糖、4种含氮碱基（A、U、C、G）。

我们来看一个经典例题：大肠杆菌的遗传物质彻底水解得到几种产物？大肠杆菌是细胞生物，遗传物质是DNA，DNA彻底水解得到6种产物（磷酸、脱氧核糖、A、T、C、G）。大肠杆菌的核酸初步水解得到几种产物？大肠杆菌同时含有DNA和RNA，核酸初步水解得到8种核苷酸（4种脱氧核苷酸+4种核糖核苷酸）。烟草花叶病毒的核酸彻底水解得到几种产物？烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，RNA彻底水解得到6种产物（磷酸、核糖、A、U、C、G）。

五、水解和氧化分解的区别

很多同学把水解和氧化分解搞混，这里明确区分一下：

水解：由水解酶参与，大分子的化学键断裂，分解为小分子组成单位。产物是组成单位。

氧化分解：由呼吸酶参与，经过细胞呼吸，彻底氧化分解为无机物，释放能量。产物是CO₂、H₂O、尿素等。

六、生物大分子以碳链为骨架

最后我们来总结一下生物大分子。生物大分子一般指相对分子质量大于10000的有机物，包括多糖、蛋白质、核酸等。注意，脂肪不是生物大分子（相对分子质量不够大）。

生物大分子的基本骨架是碳链。每一个单体（如葡萄糖、氨基酸、核苷酸）都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架，由许多单体连接成多聚体（多糖、蛋白质、核酸）。

所以说，碳是生命的核心元素，没有碳就没有生命。这也呼应了我们第一部分讲的——碳是最基本元素。

课堂总结

好，这节课的内容就讲完了。四大有机物，内容很多，我们来总结一下重点。

第一部分糖类：单糖（五碳糖：核糖、脱氧核糖；六碳糖：葡萄糖、果糖、半乳糖）都是还原糖；二糖中麦芽糖、乳糖是还原糖，蔗糖是非还原糖；多糖（淀粉、纤维素、糖原、几丁质）都是非还原糖。淀粉是植物储能物质，纤维素构成植物细胞壁（β-1,4糖苷键，人不能消化），糖原是动物储能物质（肝糖原可补血糖，肌糖原不能），几丁质在昆虫外骨骼和真菌细胞壁。四种多糖的基本单位都是葡萄糖（几丁质是N-乙酰葡萄糖胺），但连接方式和空间结构不同。

第二部分脂质：脂肪（C、H、O）是储能物质，氧少氢多，放能多耗氧多，动物脂肪饱和脂肪酸多呈固态，植物脂肪不饱和脂肪酸多呈液态；糖类可大量转化为脂肪，脂肪不能大量转化为糖类；油料种子萌发干重增加是因为氧元素增加。磷脂（C、H、O、N、P）构成生物膜。固醇（C、H、O）包括胆固醇（动物细胞膜、血脂运输）、性激素（生殖发育）、维生素D（促进钙磷吸收）。脂质都不是生物大分子。

第三部分蛋白质：基本单位是氨基酸（21种，8种必需氨基酸），结构通式要点是一个氨基和一个羧基连在同一个碳上，R基决定种类。脱水缩合形成肽键，n个氨基酸m条肽链，肽键数=脱水数=n-m。蛋白质结构分四级（一级→二级→三级→四级），氨基酸序列决定空间结构。结构多样性直接原因4个，根本原因是DNA多样性。功能多样性：结构、催化、运输、调节、免疫。变性破坏空间结构但肽键不断（仍可与双缩脲反应），盐析可逆不破坏结构。

第四部分核酸：DNA（脱氧核糖、A/T/C/G、双链、主要在细胞核）和RNA（核糖、A/U/C/G、单链、主要在细胞质）。细胞生物遗传物质是DNA，病毒遗传物质是DNA或RNA。核酸初步水解得核苷酸，彻底水解得磷酸+五碳糖+碱基（各6种）。核酸多样性源于核苷酸排列顺序。生物大分子（多糖、蛋白质、核酸）以碳链为骨架，脂肪不是生物大分子。

这四大有机物是细胞的物质基础，后续课程中我们还会反复用到这些知识。下节课我们将学习细胞膜和细胞核的结构与功能。课后大家把配套练习题做一下，有不懂的地方随时来问我。好，这节课就到这里，下课！