第1个回答 2010-10-16
第二章 第一节 细胞中的原子和分子
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
第二章 细胞的化学组成
第一节 细胞中的原子和分子
二. 学习内容：
本节学习第一章第一节 细胞中的原子和分子。本节内容包括组成细胞的原子和分子、细胞中的无机化合物两个部分。了解细胞化学组成中无机化合物种类、结构及其在生命活动中的作用
三. 学习目标：
举例说出组成细胞的原子和分子
举例说出细胞中无机化合物的功能
四. 学习重点：
构成细胞的原子、分子，以及无机化合物与生命的关系。
共价键、离子键在形成化合物过程中的作用。
五. 学习难点：
原子是怎样相互作用的
六. 学习过程：
〔生物体内的化学元素基本相似，细胞中基本的生物化学反应高度一致〕
1. 组成细胞的原子和分子
地球上天然存在的元素有90多种，各种元素在地壳中所占的比例各不相同；生活在地球上的生物，组成它们的物质都来自这些元素；
在组成生物体的元素中，碳、氢、氧、氮、磷、钙等元素的质量占全部元素的98%。不同种类生物体内所含的元素种类基本相同，但是每种元素的含量却有多有少
现在还没有发现生物体内的任何一种元素是无机自然界中所不存在的。
一项“硒与克山病发病相关性”研究的记录
组别 年度 观察人数 发病人数
实验组（补硒） 1974 4510 10
1975 6767 7
对照组（不补硒） 1974 3 985 54
1975 5445 52
（1）原子：原子是物质的基本单元，由位于原子中心的原子核和核外电子构成，原子核由中子和质子构成，每一种元素的原子核中都带有固定数量的质子。
碳原子结构图
①结构
在一个正常的原子中，核内质子数与核外电子数相等，因此，整体上看原子是呈电中性的。
②价电子：原子最外层能参加构成化学键的电子被称为价电子。原子的化学性质主要是由原子的价电子和原子半径决定的。
原子半径大，获得电子的能力相对较弱，氧化性也比较弱。
③原子间的相互作用——化学键
Ⅰ一个原子将价电子给予另一个原子，二者之间靠正负离子之间的静电作用而形成的化学键叫做离子键。例：Na＋＋Cl－→NaCl
Ⅱ 原子之间通过共用电子对形成的相互作用叫做共价键。例：H2、O2、N2。
（2）分子：分子是保持物质化学性质的一种微粒，除稀有气体等以单个原子状态存在以外，分子一般由两个或两个以上的原子构成。
①化学式：化合物的化学组成．通常以化学式表示。如水的化学式是H2O，表示每个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。
②氢键：当氢原子与氧原子或氮原子以共价键结合时，氢原子呈部分正电性，而与其相结合的氧原子等则呈部分负电性，这种氢原子还可以与其他带有部分负电性的氧原子或氮原子通过彼此间的相互吸引而形成氢键。
氢键属于一种弱键，在决定生物大分子的三维结构上起着重要作用。
2. 细胞中的无机化合物
（1）水
①特性
水分子具有极性，分子间能形成氢键，使水体表面的张力增强，一些动物能依靠水体的表面张力在水面上运动
水分子的极性使几乎所有的带有电荷或具有极性基团的分子，都能溶解在水中。
水还具有较大的比热和汽化热，使水成为生物体的温度调节剂。植物的蒸腾作用、动物的排汗等能使生物体维持适当的温度，避免被高温伤害。
③功能：
Ⅰ 良好溶剂：许多细胞生命活动需要的离子、分子都溶解其中；
Ⅱ生物化学反应介质、反应物：细胞中几乎所有的生物化学反应都是以水为介质进行的或水直接作为反应物参与的；
Ⅲ 物质运输：各种物质只有溶解在水中，才能被细胞吸收并运输；而细胞的代谢废物排出体外也要借助于水。
Ⅳ 参与代谢作用：自由水参与细胞中各种代谢作用，如光合作用、细胞呼吸等。
Ⅴ 增强植物的抗逆性：休眠的种子、越冬的植物、生活在干旱和盐渍条件下的植物，体内结合水的含量相对增多，使植物的抗逆性增强，以适应不良的环境条件。
（2）无机盐：细胞中的无机盐常以离子形式存在，虽然含量比较少，但在生物体的生命活动中不可缺少。
例如在人体中：
Ca的含量约占体重的1.5%
P的含量约占体重的1.0%
S的含量约占体重的0.3%，
①存在形式：大多以离子状态存在。如Ca2＋、Mg2＋、Na＋、K＋、PO43－、C1－、Fe2＋、Cu2＋、I－、Co2＋等
②生理功能：很多无机盐与蛋白质等物质结合成复杂的化合物，参与细胞的各种生命活动
Ⅰ 维持细胞的酸碱平衡,如酸性（HC03－、PO43－等）、碱性（Ca2＋、Mg2＋等）离子的适当配合等具有缓冲作用
Ⅱ 合成有机物的原料,如PO43－是合成核苷酸的原料，Mg2＋是合成叶绿素的原料
Ⅲ 合成某些特殊生理功能物质的原料 如血红蛋白中的Fe2＋，甲状腺激素中的I－
③无机盐在生命活动中不可缺少
Ⅰ 植物：碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、硼、锰、锌、钼、铜、铁和氯等
Ⅱ 植物缺乏（或过剩）某一必需的营养元素时，不能正常生长，并在外形上明显地出现生长异常
Ⅲ 人体缺无机盐、微量元素出现缺乏症
微量元素 在机体中的作用 缺乏症 来源
铜（Cu） 用于产生血红蛋白和皮肤的黑色素 贫血 肝、肉、贝类动物、蘑菇、大豆、豌豆、整粒谷物
氟（F） 用于强壮牙和骨骼 蛀牙（龋齿） 鱼、贝类、含少量氟的水
碘（I） 为合成甲状腺激素 甲状腺肿大，代谢率降低 鱼、贝类动物、加碘食盐
锰（Mn） 协助许多酶的作用 发育不良 蔬菜水果、坚果、谷物
硒（Se） 抗氧化作用（防止氧化作用对细胞和组织的损伤） 克山病 鱼、贝类动物、肉、整粒谷物、奶制品
第二章 第二节 细胞中的生物大分子
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
第二章 细胞的化学组成 第二节 细胞中的生物大分子
二. 学习内容：
本节学习第二章 第二节 细胞中的生物大分子。主要讲述生物大分子的基本骨架以及糖类、脂质等有机分子的组成和功能。
三. 学习目标
概述糖类的种类和功能
举例说出脂质的种类和功能
四. 学习重点：
糖类、脂质等生物大分子的组成和功能。
五. 学习难点
理解生物大分子的基本骨架。
六. 学习过程
〔生物体内的化学元素基本相似，细胞中基本的生物化学反应高度一致〕
1. 生物大分子的基本骨架
（1）碳元素是组成生物体的主要成分之一
一个碳原子含有6个质子、6个中子和6个电子。碳原子的4个价电子可与多种原子结合，但主要是与氢、氧、氮及硫结合，也可与其他碳原子结合
（2）有机物的碳骨架：
①碳原子之间可以单键相结合，也可以双键或三键相结合，形成不同长度的链状、分支链状或环状结构，这些结构称为有机物的碳骨架
②例如，蛋白质分子的肽链是以氨基酸为基本单元的碳骨架构成的
（3）碳骨架的结构排列和长短以及与碳骨架相连接的某些含氧、氢、硫、磷等的原子团决定了有机化合物的基本性质。
糖类、脂质、蛋白质、核酸是组成生物体最重要的有机化合物。
2. 糖类的种类和功能
糖类是由C、H、O3种元素组成的。糖类可分为单糖、二糖和多糖等。
（1）糖类的种类
①单糖：凡不能被水解成小分子的糖为单糖。自然界分布最广的是五碳糖和六碳糖，它们分别称为戊糖和己糖。
戊糖：核糖、脱氧核糖属戊糖
己糖：葡萄糖、果糖和半乳糖为己糖。
②寡糖：凡能水解成少数单糖分子的称为寡糖，常见的如二糖
蔗糖、麦芽糖为植物二糖。乳糖为动物二糖。
单糖和寡糖能溶于水，多有甜味。
③多糖：凡能水解成许多单糖分子的糖为多糖，如淀粉、糖原和纤维素。
④复合糖：与非糖物质结合的糖称为复合糖，如糖蛋白和糖脂。糖的衍生物称衍生糖，如糖胺、糖酸和糖酯等。
（2）糖类的功能
①糖类是生物体维持生命活动的主要能量来源——主要能源物质
②生物体重要的结构物质（核糖、脱氧核糖是遗传物质的组成成分；纤维素是细胞壁的重要成分）。
③能参与细胞识别、细胞间物质运输和免疫功能的调节等生命活动。
（3）糖类的鉴定实验
①用斐林试剂来检测还原性糖的存在。
Ⅰ 单糖、麦芽糖、乳糖等是还原性糖，它们与斐林试剂反应，可以产生砖红色沉淀。
Ⅱ 在淀粉酶的作用下，淀粉水解成麦芽糖，麦芽糖与斐林试剂反应，呈现砖红色沉淀
Ⅲ 淀粉、蔗糖是非还原性糖，它们与斐林试剂没有砖红色的颜色反应。
② 还原性糖的鉴定实验
实验分组 步骤1 步骤2 步骤3 实验结果 实验结论
实验组
（试管A） 加入葡萄糖溶液3mL 加入新配置的斐林试剂各3 mL，注意颜色变化 水浴加热几分钟，注意颜色变化 生成砖红色沉淀 还原性糖
对照组
（试管B） 加入蔗糖溶液3mL 无砖红色沉淀生成 非还原性糖
③ 淀粉鉴定实验：
Ⅰ 取2支洁净的试管，用标记笔在试管上部编号（A和B）备用。
Ⅱ 用天平称取蔗糖和淀粉各2g，分别放入100mL的清水中，溶解后备用。
Ⅲ 用量筒量取蔗糖溶液和淀粉溶液各3mL，分别注入2支试管中。
Ⅳ 向2支试管中分别滴入等量的稀碘液，观察并记录溶液颜色的变化情况。
3. 脂质的种类和功能
主要由C、H、O3种元素组成
（1）种类和功能：包括脂肪、类脂（如磷脂）和固醇（如胆固醇）等。
①脂肪：由甘油和脂肪酸结合而成的脂质，对于动物称为脂肪，对于植物则称为油。
Ⅰ 简述脂肪
脂肪酸是由大约17个碳的烃链与羧基组成的有机酸，由于其碳原子与氢原子以非极性共价键相连接，因此整个烃链具有疏水性——非极性
甘油是由3个碳原子分别连着3个羟基构成的醇
由3个脂肪酸上的羧基与一分子甘油上的3个羟基分别脱水缩合形成的脂质又叫三酰甘油
不饱和脂肪酸甘油酯 烃链含有双键的脂肪酸称为不饱和脂肪酸，玉米油、菜籽油和其他植物油大多为不饱和脂肪酸甘油酯。
多数动物脂肪为饱和脂肪酸甘油酯，饱和脂肪酸含量过高的食品可导致人体动脉粥样硬化等。
Ⅱ 功能：重要能源物质，保温缓冲等。
② 类脂（如磷脂）
Ⅰ 磷脂简述
甘油的一个α－羟基不是和脂肪酸而是和磷酸结合，另外两个羟基与脂肪酸结合而成的酯，即磷脂酸。磷脂酸分子式中的H被含氨基的醇如胆碱、胆胺、丝氨酸等所取代，则分别成为卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸磷脂等。分子中有一个亲水基团和两条疏水链。
Ⅱ 功能：几乎全部存在于细胞的膜系统中，是膜结构的骨架。卵磷脂为白色蜡状物质，易溶于乙醚、乙醇等有机溶剂，是生物膜的主要成分，主要存在于脑、卵黄、红细胞、肾上腺和精液中。
③ 固醇（又称甾类化合物）。
Ⅰ 固醇简介：结构与其他脂质类不同，类固醇分子中碳原子排列成4个相关联的环，环上连有一侧链。
Ⅱ 重要的甾类化合物有胆固醇、胆汁盐、雌激素与雄激素以及肾上腺皮质分泌的激素等。
Ⅲ 类固醇激素调节动物（脊椎动物、昆虫、蟹类等）的某些代谢过程。
（2）鉴定脂肪
①脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色；可用体积分数为50％的乙醇溶液洗去被染玻片标本上的苏丹Ⅲ染液浮色；在光学显微镜下能够观察到被染色的脂肪颗粒。
②步骤
Ⅰ 取材：取新鲜材料如花药等放在洁净的载玻片上。
Ⅱ 染色：加醋酸洋红染液一滴，进行固定和染色。
Ⅲ 压碎：用玻璃棒的一端，或解剖刀轻轻将材料压碎，并使材料均匀分散开
Ⅳ 干燥：加上盖玻片，并将载玻片在酒精灯火焰上往返烘烤3—4次（注意温度不可过高）。
Ⅴ 脱色：在盖玻片的一端滴加质量分数为45％的醋酸溶液，在另一端用吸水纸将盖玻片下的染液吸去，然后用另一吸水纸在盖玻片上轻按，以吸去盖玻片周围多余的醋酸。
Ⅵ 观察：晾干后即可置于显微镜下观察。