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专题一 细胞的分子组成
拓展一 微量元素：微量不微效 水分子的极性及分子之间的氢键决定了它
目前公认的与人体健康和生命有关的微量 有许多独特的物理性质 较高的沸点 熔点 比
： 、 、
元素有铁 铜 锌 钴 锰 铬 硒 碘 镍 氟 钼 热容等 因此 水是生命得以存在的基础 水在
、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ， ， 。
钒 锡 硅 锶 硼 铷 砷等 微量元素在人体内 生命活动中有以下作用
、 、 、 、 、 、 。 。
含量虽然极微小 但对人体来说必不可少 一 １ 水可以缓解温度的变化
， 。 ．
旦缺乏会引起疾病 甚至危及生命 其生理功能 温度的剧烈变化会威胁细胞结构的稳定
， ， ，
主要有 改变化学反应的速率 因此 温度的相对稳定
： 。 ，
酶或激活剂的组成成分 如缺锌引起食 对生命来说至关重要
（１） ： 。
欲不振 记忆力下降等 水的高比热容使水的温度相对不容易
、 。 （１）
影响人体的生长 发育 衰老 如硒是最 发生改变 故水可作为热的缓冲剂 这样以水
（２） 、 、 ： ， 。
重要的抗衰老元素 为介质的生命体系就可以维持在相对稳定的状
。
参与人体内物质运输 缺铁影响血红蛋 态 使生物体少受外界温度变化的影响
（３） ： ， 。
白的合成 水缓解温度变化的另一种方式是蒸发
。 （２）
参与激素等的形成 碘是合成甲状腺激 和冷却 当一种物质蒸发时 剩下的液体的表
（４） ： 。 ，
素的重要元素 面就会冷却下来 水的蒸发热大 能为动植物
。 。 ，
影响免疫功能 如铁 铜 锌 锰和硒等 所利用 部分脊椎动物以汗水的蒸发作为一
（５） ： 、 、 、 ：①
元素缺乏时 机体免疫器官会发生萎缩 体液免 种冷却机制 植物叶片通过水分蒸发消耗过
， ， ；②
疫和细胞免疫能力降低 多吸收的光能 从而避免温度升高对细胞造成
。 ，
拓展二 还原糖和非还原糖 伤害
。
还原糖的分子结构中一般有游离的醛基或 ２ 水是良好的溶剂
．
酮基 醛基容易被各种强或弱的氧化剂氧化成 水是极性分子 带正电荷或负电荷的分子
。 ，
羧基 因此有游离醛基的醛糖 都具有还原性 或离子 都容易与水结合 它能够促进许多分
， ， ， （ ） ，
是还原糖 如葡萄糖 半乳糖等 许多酮糖也是 子分离为离子 这些性质在调控生物特性如肌
， 、 。 。
还原糖 因为它在碱性溶液中可以异构化为醛 肉收缩 神经传导中起很重要的作用
， 、 。
糖 斐林试剂和班氏试剂都是常用的检测还原 ３ 固态水可以漂浮
。 ．
糖的试剂 它们与还原糖发生反应会产生砖红 水最奇特的性质是冻结时膨胀 对于一个
， 。
色的沉淀 临床上常用于检测糖尿病患者尿液 水体来说 当温度下降时 水体从上部开始冻
， ， ，
中的葡萄糖 其余的糖为非还原糖 二糖中的 结 在表面形成绝缘层 允许水生生物在冰冻季
。 。 ， ，
蔗糖是非还原糖 多糖如淀粉 纤维素等属于非 节生存 维持生命活力
， 、 ， 。
还原糖 多糖通过水解可以生成还原性的单 ４ 水的内聚作用
。 ．
糖 单糖的半缩醛羟基能与另一化合物或基团 内聚作用
。 （１） ：
发生缩合形成糖苷 糖苷是缩醛 一般不显示 水分子由于氢键而黏在一起 分子之间这
。 ， ，
醛的性质 种黏附在一起的作用称为内聚作用
。 。
拓展三 水的特性及与生命活动的关系 与生命活动的关系
（２）
１在毛细管中 水分子相互拖引使水能上 抗冷害有利
① ， 。
升相当的高度 这种特性对于根系从土壤中吸 ２ 植物的抗冻性
， ．
收水分很重要 植物对冻害的生理适应
。 （１）
相邻水分子之间的凝聚力表现出了表面 含水量下降 自由水低 结合水高
② ① （ ， ）。
张力 使得水面好像盖上了一层看不见的薄膜 呼吸减弱 糖分消耗少 利于糖分积累
， ， ② （ ， ，
使一些昆虫能在水面上行走 呼吸微弱 代谢活动低 抗寒性强
。 ， ， ）。
拓展四 植物的抗冷、抗冻性 脱落酸含量增多 在生长点积累 抑
③ （ＡＢＡ ，
植物生存的环境不是恒定不变的 植物有 制茎伸长 开始形成休眠芽 叶子脱落 植物进
， ， ， ，
各种各样抵抗或适应逆境的本领 入休眠阶段
。 ）。
１ 植物的抗冷性 生长停止 进入休眠
． ④ ， 。
冷害过程中的生理生化变化 保护物质增多
（１） ⑤
水分平衡失调 淀粉分解成的可溶性糖增多 可以提高细
① ａ． ，
原因一 低温胁迫下 脱落酸 的合成 胞液浓度 使冰点降低 又可缓冲细胞质过度脱
： ， （ＡＢＡ） ， ，
和运输受抑制 气孔关闭能力减弱 造成水分 水 保护细胞质基质不致遇冷凝固
， ， ， ；
丢失 脂质化合物集中在细胞质表层 水分不易
； ｂ． ，
原因二 低温使根细胞吸水能力急剧降低 透过 代谢降低 细胞内不易结冰 亦可防止过
： ， ， ， ，
导致植株萎蔫 度脱水
。 。
呼吸速率大起大落 诱导抗冻基因 如 基因等 表达 迅
② 。 ⑥ （ ＣＯＲ ） ，
光合速率减弱 物质代谢变化 分解大 速合成新多肽 对膜起保护和稳定作用 防止冰
③ 。 ： ， ，
于合成 冻损伤 提高抗冻性
。 ， 。
低温影响叶绿素的生物合成和光合进 抗冻蛋白 合成 抑制冰晶生长速
⑦ （ＡＦＰ） ，
程等 度 降低冰点 保护细胞膜免受冷冻损伤
。 ， ， 。
酶活性变化 冻害的机制
④ 。 （２）
蛋白质 核酸 脂肪 糖类等合成酶活性降 膜结构损伤
、 、 、 ① 。
低 但水解酶活性增高 冻害首先是损伤细胞的膜结构 从而引起
， 。 ，
冷害的机制 酶活性改变 生理生化过程被破坏 冻害可能从
（２） ， ，
冷敏感植物的膜的形态发生变化 从液晶 两方面导致植物伤害和死亡 一方面是细胞膜
， ：
相变为凝胶相 膜出现裂缝 透性增大 水溶性 的 ２＋ 酶活性降低或失活 降低细胞主动
， ， ， Ｍｇ －ＡＴＰ ，
物质外渗 破坏了原来的离子平衡 ＋ 吸收和运输功能 水和溶质外渗 另一方面是细
， ；Ｈ －ＡＴＰａｓｅ ， ；
活性下降 溶质运输和正常的能量转化途径受 胞器上的 酶被激活 细胞内 含量迅速
， ＡＴＰ ， ＡＴＰ
到抑制 减少 生物合成减少或停止
。 ， 。
抗寒主要机制 结冰伤害
（３） ② 。
冷不敏感植物膜脂的不饱和脂肪酸比例较 细胞在零下低温的结冰有两种 一是细胞
：
大 当低温来临时 去饱和酶活性增强 不饱和 间结冰 即在细胞间隙结冰 对植物细胞伤害不
， ， ， ， ，
脂肪酸增多 使膜在较低温度下仍保留液态 对 大 二是细胞内结冰 先在原生质结冰 然后在
， ， ； ， ，
２液泡内结冰 这就是细胞内结冰 细胞内结冰 拓展六 血红蛋白功能及其分子病
， 。
伤害的原因主要是机械的损害 冰晶体会破坏 １ 血红蛋白简介
， ．
生物膜 细胞器和细胞质基质的结构 使细胞亚 血红蛋白 是主要存在于脊椎动物的红
、 ， （Ｈｂ）
显微结构的区域化被破坏 酶活性无秩序 影响 细胞中的一种携氧蛋白质 由珠蛋白和血红素
， ， ，
代谢 组成
。 。
拓展五 几丁质（壳多糖）的相关知识 ２ 血红蛋白的结构
．
成人的血红蛋白主要由 条 链和 条
２ α ２ β
链组成 含有 个 亚基和 个 亚基 分别用
， ２ α ２ β ，
表示 每个亚基结构的中间都有
α１、α２、β１、β２ 。
一个疏水局部 可结合 个血红素辅基 每个血
， １ 。
１ 几丁质简介
红素又由 个吡咯基组成一个环 其中心为一
．
４ ，
几丁质又称壳多糖 为 乙酰葡糖胺通过
， Ｎ－ 个 ２＋
Ｆｅ 。
连接聚合而成的结构同多糖 广泛存在于甲壳
３ 血红蛋白的功能
β ，
．
类动物和昆虫的外骨骼和真菌的细胞壁中 主
血红蛋白具有运输 和 的功能 血
，
Ｏ２ ＣＯ２ 。
要作用为支撑身体以及对身体起保护作用
。
红素基团中心的 ２＋可与氧结合 使血红蛋白成
Ｆｅ ，
２ 几丁质制备
为氧合血红蛋白 每个亚基可结合
．
（ＨｂＯ２）。 １
几丁质是广泛存在于自然界的一种含氮多
个血红素并携带 分子氧 因此 分子血红蛋白
１ ， １
糖类生物性高分子 其蕴藏量在地球上的天然
可结合 分子氧
，
４ 。
高分子中占第二位 仅次于纤维素 其很容易从
４ 血红蛋白分子病
， ，
．
虾壳中制备
概念
。
（１）
３ 几丁质的效能
血红蛋白合成异常引起的疾病称为血红蛋
．
免疫机能活性化作用 防止癌细胞
白病
（１） ；（２）
。
转移的作用 抑制癌症的作用 具有改善
分类
；（３） ；（４）
（２）
酸性体质的效果 除菌作用 改善糖尿病 可分为异常血红蛋白病和地中海贫血两大
；（５） ；（６）
作用 增加肠内有益菌作用 镇痛止血 类 都是以珠蛋白结构异常为特征 由珠蛋白基
；（７） ；（８） ； ， ，
有抑制高血压的效果 强化肝机能 因突变或缺陷所致
（９） ；（１０） 。
作用 镰状细胞贫血属于异常血红蛋白病
。 （３） 。
４ 几丁质的妙用 简介 镰状细胞贫血又称血红蛋白
． ① ： Ｓ
普通伤口敷料 病 是最严重的一种血红蛋白病 属常染
（１） （ＨｂＳ） ， ，
纱布是一种常用的伤口敷料 其主要成分 色体隐性遗传
， 。
是纤维素 普通纱布的缺点是只能吸收已经流 致病原因 因 珠蛋白基因第 位遗传
。 ② ： β ６
出的血 但阻止血液继续流出的效果有限 密码的碱基以胸腺嘧啶替换了腺嘌呤
， 。 （ＧＡＧ→
新型伤口敷料 使 链 端的第 位氨基酸由谷氨酸变
（２） ＧＴＧ）， β Ｎ ６
新型伤口敷料是由几丁质加工而成的 它 成缬氨酸 形成
， ， ＨｂＳ。
可以阻止血液继续流出并启动凝血 症状
。 ③
３纯合子 的镰状细胞的细胞膜 生物大分子相对分子质量大 单体种类
ａ． （ＨｂＳ／ＨｂＳ） （１） ，
僵硬 脆性增高 变形能力降低 通过毛细血管 多 数量大 排列顺序千变万化 因而其结构十
， ， ， 、 、 ，
时易破裂而发生溶血性贫血 同时 镰状细胞 分复杂
。 ， 。
使血液黏度增加 导致血流缓慢 细胞易在毛细 生物大分子是有序的 每种生物大分子
， ， （２） ，
血管中凝聚引起血管阻塞 造成组织缺氧甚至 都有自己的结构特点 所有生物大分子都是以
， ，
坏死 影响器官的正常功能 产生巨痛 病情急 一定的有序性 组织性 存在于生命体系中的
， ， ， （ ） 。
剧恶化可致死 生物大分子的结构包括一级结构和高
。 （３）
杂合子 一般无临床症状 高 级结构
ｂ． （ＨｂＡ／ＨｂＳ） ， 。
海拔 以上 或极度缺氧条件下才具有 一级结构是指组成该生物大分子的单体
（３ ０００ ｍ ） ①
镰状细胞特征 另外具有杂合子优势 有高度的 的排列顺序
， ， 。
抗疟力 生物大分子绝不是简单的长长的线状单
②
地中海贫血 链 而往往是经过反复的盘曲 折叠 保持某种
（４） ， 、 ，
定义 地中海贫血又称海洋性贫血 是由 特殊的立体形状 这种立体形状称为构象 生
① ： ， ， 。
珠蛋白基因缺失或突变造成某种珠蛋白链合成 物大分子的立体构象关系着它们的生物活性
。
减少或缺乏 导致珠蛋白链比例失衡所引起的 ４ 生物大分子具有方向性
， ．
一种遗传性溶血性贫血 单体分子是有极性的 即它们是不对称的
。 ， 。
症状 正常血红蛋白合成减少 珠蛋白链 从某种意义上说 它们是有 头 有 尾 的 当
② ： ， ， “ ” “ ” 。
在红细胞内聚集沉淀 造成红细胞僵硬和膜损 这些单体分子组成生物大分子时 它们是头
， ， —
伤 引起溶血性贫血 尾联结 因此 生物大分子也是有头有尾的
， 。 。 ， 。
拓展七 生物大分子结构特点 例如 蛋白质分子有 端到 端的方向性 单链
， Ｎ Ｃ ，
生物大分子有蛋白质 核酸 多糖等 生物 核酸分子总是 到 的方向性 多糖链具有从
、 、 。 ５′ ３′ ，
体内还存在由生物大分子相互作用形成的复合 非还原端向还原端的方向性
。
大分子 如糖脂 糖蛋白 脂蛋白等 生物大分 ５ 生物大分子的官能团可被修饰
， 、 、 。 ．
子的结构具有以下特点 修饰通常指生物大分子中个别官能团发生
。
１ 生物大分子是小分子单元的聚合物 的化学改变 修饰会对生物大分子的构象产生
． 。
构成生物大分子的小分子单元称为单体 影响 例如 蛋白质的糖基化修饰 的甲基
。 。 ， 、ＤＮＡ
氨基酸 核苷酸和单糖分别是蛋白质 核酸和多 化修饰 多糖的硫酸化修饰等
、 、 、 。
糖的单体 ６ 非共价键维持生物大分子的结构
。 ．
２ 生物大分子以碳链为骨架 一个稳定的生物大分子往往需要多个非共
．
所有生物大分子都含有碳原子 并且以碳 价键共同作用 在一些特定条件下 个别非共
， 。 ，
链为骨架 这是由碳原子的化学性质决定的 价键遭到破坏 就会破坏生物大分子的空间结
。 。 ，
碳骨架有线形的 有分支形的 也有环形的 有 构 但该条件去除后 就有可能恢复非共价键
， ， ； ， ， ，
饱和的 也有不饱和的 表现为 可逆性
， 。 “ ”。
生物大分子具有复杂、有层次的结构
３．
４
