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第2 章 组成细胞的分子
第1 节 细胞中的元素和化合物
1.生物体总是和外界环境进行着物质交换，细胞生命活动所需的物质，归根结底是地从无机自然界获取的。
因此，组成细胞的化学元素在无机自然界中都能找到，没有一种化学元素为细胞所特有。但是其各元素的
相对含量却大不相同。
2.生物界与非生物界的统一性与差异性
（1）组成细胞的化学元素在无机自然界中都能找到，体现了生物界与非生物界的统一性。
（2）细胞与非生物相比，各种元素的相对含量大不相同，体现了生物界与非生物界的差异性。
3.组成细胞的元素
（1）元素分类
①大量元素：如C 、
H 、
O 、
N 、
P 、
S 、
K 、
Ca
、
Mg
等。
②微量元素：含量少，但不可缺少，和大量元素一样重要，如Fe
、
Mn
、
Zn
、
Cu
、
B 、
Mo
等。
③主要元素：C 、
H 、
O 、
N 、
P 、
S 6 种。
④基本元素(细胞中含量最多的元素)：C 、
H 、
O 、
N 4 种。
鲜重下含量高低依次为：O ＞
C ＞
H ＞
N ；干重下含量高低依次为：C ＞
O ＞
N ＞
H 。
⑤最基本元素：C，因为生物大分子都以碳链为基本骨架。
（2）特点：不同生物体内化学元素的种类基本相同，但含量相差很大。
4. 组成细胞的化合物
（1）组成细胞的元素来源于无机自然界，在细胞中大多数以化合物形式存在。
（2）组成细胞的化合物有两大类，即无机化合物和有机化合物；前者包括水、无机盐；后者包括蛋白质
、
核酸、糖类、脂质
_ ；其中含量较最多的两种化合物为水、蛋白质。细胞内含量最多的化合物：水。细胞
内含量最多的有机化合物：蛋白质。占细胞干重最多的化合物：蛋白质。
5.【实验】检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
（1）原理
还原糖（如麦芽糖、葡萄糖、果糖）可与斐林试剂反应生成砖红色沉淀；
脂肪可被 苏丹Ⅲ
染成 橘黄色
色；(染色后要用 50%
酒精
洗掉浮色)
淀粉（多糖）遇碘液变蓝色；
蛋白质与双缩脲试剂产生紫色溶液。
（2）材料选择（要求组织颜色
浅或近白色
，目的是
避免材料颜色对反应后颜色造成干扰
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）
①苹果、梨匀浆可用作
还原糖
待检样品。
西瓜
不能
(能/不能)作为还原糖检测材料，因为西瓜汁呈
红色
，会掩盖实验现象；
甘蔗
不能
(能/不能)作为还原糖检测材料，因为甘蔗中的蔗糖不是还原糖。
②马铃薯匀浆可用作
淀粉
待检样品。
③花生种子、花生种子匀浆可用作
脂肪
待检样品。
④豆浆、鲜肝提取液、蛋清可用作
蛋白质
待检样品。若用蛋清需要
稀释
⑤常见的还原糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖.常见非还原糖:蔗糖、淀粉。
（3）斐林试剂与双缩脲试剂使用的区别：（使用对象、浓度、原理、用法、反应结果）
使用对象
CuSO4浓度(g/
mL)
原理
用法
反应结果
斐林
试剂
还原糖
0.05
还原糖上的醛基或羰基与
新制Cu(OH)2反应
甲液和乙液混合后加入
至样液中进行水浴加热
砖红色沉淀
双缩脲
试剂
蛋白质
0.01
肽键与碱性环境下的Cu2＋
结合形成络合物
现加A 液再加B 液，不
用水浴加热
紫色溶液
（4）试剂组成及使用方法
①斐林试剂 组成：甲液：0.1g/mL
的
NaOH
溶液
；乙液：0.05g/mL
的
CuSO4
溶液
。
使用方法：等量混合使用，现配现用；水浴加热。
②双缩脲试剂：组成：A 液：0.1g/mL
的
NaOH
溶液
；B 液：0.01g/mL
的
CuSO4
溶液
。
使用方法：先加双缩脲试剂
A 液
，摇匀，再加少量双缩脲试剂
B 液
，摇匀。
不需要(需要/不需要)加热。若B 液过量，反应液会呈蓝色，遮盖反应后的颜
色。
实质：碱性条件下肽键与双缩脲试剂中的Cu2＋反应生成紫色络合物。
知识辨析:
1．番茄和水稻根系吸Si 元素的量有差异。( √ )
2．在人体活细胞中氢原子的数目最多。( √ )
3．地壳和活细胞中含量最多的元素都是氧元素，由此看出生物界和非生物界具有统一性。( × )
4．C、H、O、N、P、S 这6 种元素是组成细胞的大量元素。( × )
5．氧元素是组成生物体的最基本元素，这是因为氧元素在生物体中含量最多。( × )
6．鉴定还原糖时，加入斐林试剂后产生砖红色沉淀。( × )
7．用双缩脲试剂检测蛋白质不需要加热。( √ )
8．可用苏丹Ⅲ染液鉴定淀粉。( × )
9.细胞中的微量元素因含量极少从而不如大量元素重要。 ( × )
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10.在沙漠植物仙人掌的活细胞中含量最多的化合物是蛋白质。( √ )
11.细胞中的一种元素的作用能被其他元素代替。( × )
第2 节 细胞中的无机物
1. 细胞中的无机物包括水和无机盐。
2.水的含量
(1)一般地说，水在细胞的各种化学成分中含量最多。
(2)不同种类的生物体中，不同的生长发育期，含水量不同。同一生物体内，不同器官的含水量也不同。
3．水在细胞内的存在形式和功能：
形式
自由水
结合水
特点
以游离的形式存在，可以自由流动
与细胞内的其他物质相结合，失去流动性
和溶解性
含量
约占细胞内全部水分的95.5%
约占细胞内全部水分的4.5%
功能
a.细胞内良好的溶剂，各种生化反应的介质
b．参与生化反应
c．为细胞提供液体环境
d．运送营养物质和代谢废物
细胞结构的重要组成部分
联系
自由水和结合水在一定条件下可以相互转化
实例：刚收获的玉米种子在阳光下晒干，重量减轻，这个过程损失的主要是自由水，这样的种
子在条件适宜时，仍能萌发成幼苗；把晒干后的种子放在一洁净的试管中加热，试管壁上有
水珠出现，这些水主要是结合水，这样的种子将不能萌发。代谢旺盛的细胞内自由水的含量相
对高些。
4.水的存在形式与新陈代谢、抗逆性的关系：
实例：种子萌发或幼苗，新陈代谢旺盛、生长迅速时，自由水的含量增多，但抗性减弱；种
子晒干后，自由水大量减少，代谢减弱，但抗性增强，易于保存。
5.细胞中的无机盐 ：
（1）存在形式：多数以离子的形式存在，少数以化合 物的形式存在。
（2）作用
①某些化合物的组成成分，如 Mg 是构成叶绿素分子的元素、 Fe 是构成血红素的元素，P 是细胞膜、细
胞核的重要成分。CaCO3是动物骨和牙齿的重要成分。
②维持细胞和生物体正常的生命活动，如哺乳动物血Ca2＋低会引起抽搐，血Ca2＋高会肌无力。人体内
比值大：代谢旺盛，抗性弱
比值小：代谢缓慢，抗性强 →代谢与抗性呈相反
关系
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Na
+ 缺乏会引起神经肌肉兴奋性降低 ，引起肌肉酸痛、无力，因此，当大量出汗后，要及时补充淡盐水。
③维持细胞的酸碱平衡和渗透压平衡。0.9%NaCl 溶液(生理盐水)能维持动物细胞正常的形态和生理
功能。
知识辨析：
1．细胞内的结合水是细胞内的良好溶剂。( × )
2．水是影响生物生存和分布的重要非生物因素。( √ )
3．所有的离子都是细胞所需要的。( × )
4．无机盐在细胞内主要以离子形式存在，有些是大分子物质的组成成分。( √ )
5．植物细胞内自由水的相对含量越多，细胞代谢越旺盛，抗旱性相对越强。( × )
6．镁是构成叶绿素的必需成分，植物缺镁会导致叶片发黄。( √ )
7．不同种类生物体的含水量大致相同，体现了生物界的统一性。( × )
8．无机盐离子对维持血浆的正常浓度和酸碱平衡等有重要作用。( √ )
第3 节 细胞中的糖类和脂质
1.细胞中的糖类元素组成和功能
(1)元素组成：C 、
H 、
O 。
(2)功能：糖类是细胞中主要的能源物质。
3. 糖类分为(据水解情况)：单糖、二糖和多糖。
（1）单糖
①特点：不能(能/不能)水解，能(能/不能)被细胞直接吸收。
4
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②常见种类：五碳糖 核糖(C5H10O5)：分布于动植物细胞中，是组成RNA 的成分。
脱氧核糖(C5H10O4)：分布于动植物细胞中，是组成DNA 的成分。
葡萄糖(C6H12O6)：分布于动植物细胞中，是细胞中主要的能源物质。
六碳糖 果糖：分布于植物细胞中。
半乳糖：分布于动物细胞中。
（2）二糖
①特点：水解后能生成2 分子单糖，必须水解成单糖才能被细胞吸收。
麦芽糖：分布于植物细胞中，麦芽糖──→葡萄糖＋葡萄糖。
②常见种类：蔗糖：分布于
植物
细胞中，蔗糖──→果糖＋葡萄糖。
乳糖：分布于
动物
细胞中，乳糖──→半乳糖＋葡萄糖。
（3）多糖
①特点：水解后能生成许多单糖，必须水解成单糖才能被细胞吸收，自然界中含量最多。
淀粉：分布于植物细胞中，是植物细胞中的储能物质。
②常见种类：纤维素：分布于植物细胞中，是植物细胞壁的组成成分。
糖原：分为肝糖原和肌糖原，主要存在于人和动物的肝脏和肌肉中，
是动物细胞中的储能物质。
③淀粉、糖原、纤维素的组成单位都是葡萄糖。
④几丁质也是一种多糖。几丁质是外骨骼的重要组成成分。
⑤作为储能物质的糖类是淀粉和糖原。糖类是生物体生命活动的主要能源物质，但并非所有糖类都能
提供能量，如核糖、脱氧核糖、纤维素。
4. 糖类分为(据化学性质)
（1）还原糖：如麦芽糖、葡萄糖、果糖，与斐林试剂在水浴加热的条件下产生砖红色沉淀。
（2）非还原糖：如蔗糖、淀粉、糖原、纤维素等。
5.脂质主要由C 、
H 、
O _三种元素组成，有的脂质还含有N 、
P 。
6.分类、分布及功能：
按化学本质分类
元素组成
功能及分布
脂肪
C、H、O
a.主要功能：细胞内良好的储能物质；很好的绝热体，起保温作
用；缓冲和减压作用，可以保护内脏器官。
b．主要分布：皮下和内脏器官周围
磷脂
C、H、O、N、P
a.主要功能：细胞膜、细胞器膜和核膜的重要成分
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5. 能源物质归纳
（1）三大能源物质及供能顺序：糖类、脂肪、蛋白质。
（2）生命活动的主要能源物质：糖类。
（3）细胞中主要的能源物质：葡萄糖。
（4）良好储能物质：脂肪。
（5）仅植物细胞中的储能物质：淀粉。
（6）仅动物细胞中的储能物质：糖原。
（7）直接能源物质：ATP。
（8）能量的最终来源：太阳能。
6. 等质量的脂肪与糖类相比：脂肪中 H 多 O 少，糖类 中 H 少 O 多，因此脂肪耗氧多，产能多，产
水多。
7. 多糖、蛋白质、核酸等生物大分子的基本骨架是碳链。
8 糖类、脂质、蛋白质和核酸四大有机物都有的元素是C 、
H 、
O 。
[知识辨析]
1．细胞中的糖类都可以给细胞供能。( × )
2．蔗糖、麦芽糖、果糖都可以与斐林试剂反应生成砖红色沉淀。( × )
3．磷脂并不是所有细胞都具有的脂质。( × )
4．胆固醇参与构成动物细胞膜并参与血脂运输。( √ )
5．脱氧核糖只存在于细胞核中。( × )
6．葡萄糖和核糖是植物细胞和动物细胞内都含有的糖。( √ )
7．发芽小麦种子中的1 分子麦芽糖经水解可产生1 分子果糖和1 分子葡萄糖。( × )
8．磷脂主要参与生命活动的调节。( × )
第4 节 蛋白质是生命活动的主要承担者
1.生命活动的主要承担者是蛋白质。
2.蛋白质的主要功能及实例：
主要功能
实例
b．主要分布：人和动物的脑、卵细胞、肝脏以及大豆的种子中
固醇
胆固醇
C、H、O
构成动物细胞膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输
性激素
促进人和动物生殖器官的发育和生殖细胞的形成，激发并维持第
二性征及雌性动物的性周期
维生素D
促进人和动物肠道对钙、磷的吸收，调节钙、磷的代谢
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构成细胞和生物体结构的重要物质(结构蛋白)
肉、头发、羽毛、蛛丝等
催化功能
细胞中绝大多数的酶
运输功能
血红蛋白
信息传递(调节功能)
胰岛素
免疫功能（防御）
抗体
3. 组成蛋白质的基本单位氨基酸。其组成元素为C 、
H 、
O 、
N 。有的还含有：P 、
S
4.氨基酸分子的结构：
（1）其结
构通式为：
（2）结构
特点：
A.特点：每种氨基酸分子至少都含有一个氨基
( －
NH
2)和一个羧基
( －
COOH)
；且都有一个氨基
(－NH2)和一个羧基(－COOH)连接在同一个碳原子上。(注：多余的氨基或羧基位于R 基
中)。
B.氨基酸的种类和性质的唯一决定因素：R
基
。 注：氨基和羧基的书写都要有一个游离键。甘氨酸的R
基是-H，丙氨酸R 基-CH。
C.组成人体蛋白质的氨基酸有21 种，人体细胞不能合成，只能来自外界的 叫必需氨基酸，成人有 8 种，
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（甲携来一本亮色书）；人
体细胞可以合成的叫非必需氨基酸，有 13
种。
5.蛋白质的结构及其多样性
（1）氨基酸脱水缩合形成肽链
氨基酸分子通过 脱水缩合的方式形成肽链，具体过程如下图所示。
（2）相关概念
①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
(—NH
2)相连接，同时脱去1
分子水，这种结合方式就叫脱水缩合。R 基中的氨基和羧基不参与(参与/不参与)参与脱水缩合。
②肽键：连接两个氨基酸分子的化学键叫肽键。
③肽：由两个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫二肽；由多个氨基酸分子脱水缩合而成的，含有多个肽
键的化合物叫多肽。
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④肽链：多肽通常呈链状结构，称为肽链。
（3）蛋白质结构的多样性的原因：组成蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序不同，肽链的盘曲、折叠
方式及 其形成的空间结构不同。
（4）蛋白质的变性：空间结构被破坏，但肽键未断裂；肽键并未断裂，能与双缩脲试剂呈紫色反应。
（5）吃煮熟的鸡蛋、肉类等更容易消化是因为：高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，使内部
的肽键暴露出来，容易被蛋白酶水解，因此吃熟鸡蛋、熟肉容易消化。
（6）经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的蛋白质变性，达到消毒、灭菌的目的。
（7）蛋白质相关计算
①肽键数＝脱掉水分子数＝氨基酸数－肽链数。
②每条肽链至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位于肽链的两端。
③蛋白质相对分子质量＝氨基酸数目
× 氨基酸的平 均相对分子质量－脱去的水分子数
×18
。
④假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n 个氨基酸分别形成1 条肽链或m 条肽链：
形成肽链数
形成肽键数
脱去水分子数
氨基数目
羧基数目
多肽相对分子质量
1
n－1
n－1
至少1
至少1
an－18(n－1)
m
n－m
n－m
至少m
少m
an－18(n－m)
[知识辨析]
1．蛋白质都是由2 条或2 条以上多肽链构成的。( × )
2．蛋白质变性是由于肽键的断裂造成的。( × )
3．与双缩脲试剂发生紫色反应的待测溶液中一定含有蛋白质。( × )
4．高温可使蛋白质的空间结构发生不可逆转的改变。( √ )
5．蛋白质功能的多样性是由蛋白质结构的多样性决定的。( √ )
6．每一种氨基酸都只含有一个氨基和一个羧基。( × )
7．组成人体蛋白质的氨基酸有21 种，分类依据是R 基不同。( √ )
8．氨基酸分子相互结合的方式决定了蛋白质结构的多样性。( × )
第5 节 核酸是遗传信息的携带者
1. 核酸分类：脱氧核糖核酸(简称 DNA
)、核糖核酸(简 称 RNA)。
2.核酸的分布：
（1）真核细胞：DNA 主要分布在细胞核中，少数分布在线粒体和叶绿体中；RNA 主要分布在细胞质中。
（2）原核细胞：DNA 主要位于拟核中，细胞质中也有小型环状
DNA
分子
（质
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粒）
（3）病毒：病毒无细胞结构，一种病毒只含有一种核酸（DNA
或
RNA
）
3．基本组成单位---核苷酸
一个核苷酸由一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子含氮碱基组成，结构简式如右图所示。
(1)五碳糖：核糖、脱氧核糖。
(2)含氮碱基：A(
腺嘌呤
) 、G(
鸟嘌呤
) 、C(
胞嘧啶
) 、T （胸腺嘧啶）
、U(
尿嘧啶
) 。
(3)分类：根据五碳糖的不同，可将核苷酸分为脱氧核糖核苷酸(简称脱氧核苷酸)和核糖核苷酸，分别构成
脱氧核糖核酸和核糖核酸两类生物大分子。
脱氧(核糖)核苷酸分为4 种：腺
( 鸟
) 嘌呤
脱氧核苷酸， 胞
( 胸腺
) 嘧啶
脱氧核苷酸。
核糖核苷酸分为4 种：腺
( 鸟
) 嘌呤
核糖核苷酸，胞
( 尿
) 嘧啶
核糖核苷酸。
4.核酸的形成过程：
核酸的结构层次：元素 C 、
H 、
O 、
N 、
P →核苷酸 → 磷酸二酯键连接形成核苷酸链 → 2 条(1 条)核苷
酸链构成 DNA(RNA)。
5.DNA 和 RNA 的比较：两者共有磷酸、
A 、
G 、
C ； DNA 特有脱氧核糖和 T ，RNA 特有核糖和 U。
6. DNA 初步水解产物是4 种脱氧核糖核苷酸
，RNA 初步水解产物是4 种核糖核苷酸
。
DNA 彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖、
4 种碱基
，RNA 彻底水解产物是磷酸、核糖、
4 种碱基
。
7.核酸的功能：
(1)核酸是细胞内携带遗传信息
( 储存在核苷酸的排列顺序中
) 的物质
。
(2)在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。
8.生物体内的核酸、核苷酸和碱基种类 ：
生物类别
举例
核酸
遗传物质
含氮碱基
原核生物和真核生物
细菌、人等
含有
DNA 和
RNA
DNA
5 种（A、T、C、G、T、
U）
病
毒
DNA 病毒
T2噬菌体
只含有DNA
DNA
4 种（A、T、C、G、T）
RNA 病毒
SARS 病毒、新冠病
毒
只含有RNA
RNA
4 种（A、T、C、G、U）
9.糖、蛋白质、核酸等都是生物大分子，都是由许多基本的组成单位连接而成的，这些基本单位称为单体，
这些生物大分子又称为单体的多聚体。
10.单体和多聚体的对应关系如下表所示
单体(基本单位)
多聚体(生物大分子)
葡萄糖
多糖(淀粉、糖原、纤维素)
氨基酸
蛋白质
核苷酸
核酸(DNA
和
RNA
)
11.碳为生命核心元素的原因：
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氨基酸、核苷酸、葡萄糖等单体都是以碳链为骨架形成的，单体连接成多聚体，多聚体参与细胞和生物体
的形成以及生命活动的进行，故将碳元素称为生命的核心元素。
知识辨析：
1．人体内碱基有5 种。( √ )
2．核酸只存在于具有细胞结构的生物中。( × )
3．DNA 与RNA 在核苷酸上的不同点只在碱基方面不同。( × )
4．核酸是一切生物的遗传物质，仅存在于细胞核中。( × )
5．DNA 和RNA 的基本组成单位都是核苷酸。( √ )
6．细胞中包括蛋白质、核酸在内的有机物都能为细胞的生命活动提供能量。( × )
7．多糖、蛋白质、核酸都是生物大分子。( √ )
8．组成DNA 和RNA 的单体不同。( √ )
10
