第一章细胞的元素及物质组成
一、组成细胞的化学元素
1、细胞中常见的化学元素有20多种，根据含量多少可以分为大量元素和微量元素。
大量元素：占生物体总质量万分之一以上。
主要有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
微量元素：生物所必须，但需求量却很少。
Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo
2、主要元素：C、H、O、N、P、S
3、基本元素：C （又称生命元素或核心元素）。
地球上的生命是在碳元素的基础上建立起来的。
所有有机化合物的组成都有碳元素的参与。
4、组成各种生物体的化学元素种类大致相同。
但元素含量的差异很大。
5、细胞无论干重还是鲜重，C、H、O、N四种元素含量最多。
（1）活细胞中含量最多的化合物是H2O。
（2）占细胞鲜重含量最多的元素是O；数量最多的元素是H。
（3）占细胞干重含量最多的化合物是蛋白质。
（4）占细胞干重含量最多的元素是C。
二、组成细胞的化合物
无机化合物：水、无机盐
化合物
有机化合物：糖类、脂质、蛋白质、核酸
大分子物质：多糖（淀粉、纤维素、糖原）、蛋白质、核酸（DNA、RNA）
1、糖类（元素组成：C、H、O）
C5: 核糖、脱氧核糖
单糖（其中：葡萄糖、核糖、脱氧核糖为动植物所共有）
C6: 葡萄糖、果糖、半乳糖
植物：蔗糖葡萄糖 + 果糖（甘蔗、甜菜、蔬菜、多数水果中较多）
二糖麦芽糖 2葡萄糖（发芽的小麦等谷物中）
动物：乳糖葡萄糖 + 半乳糖（人或者动物的乳汁中）
淀粉（土豆、山药、甘薯、小麦、玉米）
植物：
多糖纤维素（芹菜、棉花、棕榈、细胞壁）（多糖的基本结构单位为：葡萄糖）
动物：糖原（肝脏、肌肉）
糖类的生物学作用：
（1）生物体内最主要的能源物质。
（2）参与植物细胞结构的组建：纤维素构建的细胞壁
（3）细胞识别的信息分子：糖蛋白
2、脂质（元素组成：C、H、O，少量N、P）
脂肪：细胞内良好的储能物质；维持体温，减少热量的散失；缓冲和减压，保护内脏器官。
磷脂
类脂细胞膜的重要组成成分
糖脂
固醇：胆固醇、性激素、维生素D
拓展：关于生物体内能源物质的理解
（1）能源物质必须是有机物，同时蕴含有足够的能量，通过氧化代谢供给生物体利用，典型的能源物质是糖类、脂肪、蛋白质。
（2）能源物质的主要功能不一定是供能。
如蛋白质的主要功能是参与构建细胞的结构和调节代谢。
（3）含有大量能量的物质不一定是生命活动的主要功能物质。
如同质量的脂肪所含能量远高于糖类，但是只有在葡萄糖供能不足时，它才会为生命活动供能。
（4）淀粉是植物中的储能物质；脂肪、糖原是动物中的储能物质。
（5）三大类能源物质的供能顺序是：首先动用糖类供能；糖类不足时依次动用脂肪、蛋白质。
蛋白质在正常代谢中只提供部分能量，一般不供能。
3、蛋白质（元素组成：C、H、O、N，绝大多数蛋白质含S）
（1）基本结构单位：氨基酸
（2）构成蛋白质的氨基酸约有20种。
必须氨基酸：生命活动所必须，动物体不能合成，只能从食物中获得。
共有8种。
非必须氨基酸：机体可以自主合成，也可以从食物中获得。
（3）20种氨基酸的结构通式：
Ｒ
│
NH2─Ｃ─COOH
│
Ｈ
(4) 参与蛋白质组建的氨基酸必须要满足：氨基、羧基、氢原子同时连在一个中心碳原子上。
R基团的结构可以随意改变。
R基团结构的不同，导致20种氨基酸理化性质的不同。
（5）对于氨基酸而言，可见的氨基及羧基各一个，但是R基团上可以含有额外的氨基或者羧基。
（6）多肽的形成：脱水缩合（命名：由几个氨基酸构成，即为几肽）
肽键结构式：A. -CO-NH-
注:
①肽链的结构有直链式和环状式两类。
②任意一条直链肽，都至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基。
若为环状肽，游离的氨基或羧基只存在于R基团上。
③脱水缩合的过程中，只有与中心碳原子相连的氨基和羧基发生反应，R基团上的氨基和羧基不发生反应。
④由小分子基本单体构成大分子的过程都可以称为脱水缩合，并非专指多肽的形成而言。
（7）氨基酸脱水缩合计算
①氨基酸个数–肽链条数 = 肽键数 = 脱水数
②蛋白质的质量 = 氨基酸个数×氨基酸平均分子量– 18 ×脱水个数
③无论是直链肽还是环状肽，脱水数与肽键数恒相等。
④环状肽中，构成环状肽的氨基酸个数与肽键数及脱水数相等。
例1：一个由n条肽链组成的蛋白质分子共有m个氨基酸，该蛋白质分子完全水解共需水分子多少个
A．n B．m C.m+n D. m-n
例2：某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。
该蛋白质至少有氧原子的个数是
A.n-m
B.n-2m
C.n+m
D.n+2m
例3：免疫球蛋白IgG 的结构如图所示，其中-S-S-表示连接两条相邻肽链的二硫键。
若该IgG 由m 个氨基酸构成，则该IgG 有肽键数
A.m 个
B.（m+1）个
C.（m-2）个
D.（m-4）个
例4：某22肽被水解成1个4肽，2个3肽，2个6肽，则这些短肽的氨基总数的最小值及肽键总数依次是 A.6,18 B.5,18 C.5,17 D.6,17
例5：有一种二肽的化学式是C 8H 14N 2O 5, 水解后得到丙氨酸（R 基为-CH 3 和另一种氨基酸X 则X 的化学式是
A .C 5H 7NO 3 B. C 5H 9NO 4 C.C 5H 11NO 5 D. C 5H 7NO 4 例6：分析多肽E 和多肽F 得到以下结果（单位：个）：
多肽E 和多肽F 中氨基酸的数目最可能是 A.199和181 B.430和281 C.58和53 D.51和49 （8） 蛋白质的结构及功能
脱水缩合
盘曲、折叠
氨基酸
多肽
蛋白质
蛋白质的结构决定了蛋白质所应该具有的特定功能。
结构决定性质。
蛋白质是生命活动的主要承担者及体现者。
每种蛋白质分子的空间结构均不相同。
影响蛋白质结构的因素： 氨基酸的种类、数量、排列顺序 多肽链条数 蛋白质的空间结构
上述任何一种因素的改变，都会导致蛋白质结构的改变，进而影响到蛋白质的功能。
催化作用：酶
运输作用：血红蛋白、载体
免疫作用：抗体
蛋白质功能 调控作用：生长激素、胰岛素、胰高血糖素 信息传递：糖蛋白、激素受体
结构蛋白: 肌肉、毛发、指甲
蛋白质的变性：在高温（70℃以上）、重金属盐、酸、碱、紫外线、X 射线等的作用下，导致蛋白质的空间结构改变，丧失原有的生物学活性。
蛋白质的变性具有不可逆性。
4、核酸
（元素组成：
C 、H 、O 、N 、P ）
DNA ( 脱氧核糖核酸、脱氧核酸、脱氧核苷酸链 ) （1
）核酸 RNA （ 核糖核酸、核糖核苷酸链 ）
（2）基本结构单位：核苷酸 脱氧核苷酸 DNA 基本结构单位 核苷酸 核糖核苷酸 RNA 基本结构单位
DNA 与RNA 的异同比较
（3）核苷酸分子示意图：
（五碳糖）
（4）功能：生物体携带遗传信息的物质。
①对真核生物而言，DNA主要存在于细胞核中，线粒体和叶绿体也有少量DNA；RNA主
要存在于细胞质中，线粒体和叶绿体亦含有少量RNA。
②对原核生物而言，DNA和RNA都存在于细胞质基质中。
质粒为环状的小型DNA。
4、水：活细胞中含量最多的化合物
自由水：可以自由流动。
含量升高时，细胞代谢活动增强。
如血液中水、组织液水。
结合水：细胞的结构组份。
不参与代谢反应。
含量升高时，机体抗逆性增强。
5、无机盐：多数以离子形式存在于细胞内；少数结合成化合物。
（1）生理功能：维持生物体正常生命活动；维持细胞内酸碱度及渗透压；参与体内物质组成等。
（2）部分无机盐的生理功能
Fe: 血红蛋白、细胞色素的必需组成成分，参与O2的运输。
Mg：叶绿素必需组成成分。
I：甲状腺激素必需组成成分。
Ca: 过多：肌无力
过少：抽搐
Na、Cl:维持细胞的渗透压，保持细胞正常的形态结构。
B：油菜缺B，导致花而不实。