2.2《细胞中的生物大分子》(4)

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第2节 细胞中的生物大分子

教材分析

任何物质的组成都有特定形式，正是由于不同的空间结构才有了物质之间的本质区别。

一、生物大分子的基本骨架

C元素是构成生物体的主要成分之一。C原子含有6个质子、6个中子和6个电子。C原子的4个价电子可与许多原子结合，但主要是与H、O、N和S结合，也可以与其他C原子形成共价键。C和C之间以共价键形成的长链可以是直链，也可以是支链。相邻的C原子之间还可以结合成双键或三键。种类繁多的生物大分子都是以C链为基本骨架的。

二、糖类的组成和功能 存在于动植物体内，是生物体的重要组成成分和基本营养物质。糖类由C、H、O三种元素组成，糖类分为单糖、二糖和多糖三大类。

1.单糖 是只含有一个羰基的多羟基化合物单位的最简单的糖。光合作用的产物葡萄糖（C6H12O6）它与果糖（C6H12O6，一种最普通和最甜的己酮糖）是生物界最普遍的六碳糖。核糖（C5H10O5）和脱氧核糖（C5H10O4）是相差一个O的两种五碳糖，属于单糖。常见的单糖还有半乳糖。

2.二糖 在植物细胞中有蔗糖和麦芽糖。蔗糖由一分子果糖和一分子葡萄糖脱水缩合而成。麦芽糖是由两分子葡萄糖组成。在动物的乳汁中含有一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成的二糖——乳糖。这3种二糖分子式相同，但结构不同。

3.多糖

多糖是由多个单糖分子脱水缩合而成的链状大在动物细胞中的多糖主要是淀粉。淀粉是高等植物中糖的主要储藏形式，以直链淀粉和支链淀粉两种形式存在。长链呈螺旋状盘曲。在动物中最重要的结构多糖是糖元（又叫动物淀粉），分为肝糖元和肌糖元两种。

全析提示

C元素是组成生物体的最基本的元素。

思给拓展

单糖种类繁多，依据含C原子的数目分为三碳糖、四碳糖、五碳糖、六碳糖和七碳糖等。

全析提示

二糖又叫双糖，是由两分子单糖构成，二糖的分子式相同但结构不同，属于同分异构体。 思给拓展

细胞膜的“糖被”也是多糖，是杂多糖。不同生物膜的多糖不同，因此是细胞通讯、识别的基础。

全析提示

淀粉和糖元是储存能量的物质，它们可以分解成葡萄糖，葡萄糖氧化分解释放能量，供生命活动需要。 要点提炼

碘离子进入淀粉分子中形成蓝色化合物。

斐林试剂是由0.1 g/mL的NaOH溶液与0.05 g/mL的CuSO4溶液配制而成。还原性糖与斐林试剂反应生成Cu2O砖红色沉淀。

三、边做边学——鉴定生物组织中的糖类 1.原理

淀粉遇碘变蓝色；还原性糖遇斐林试剂变为砖红色沉淀，而非还原糖无此反应。

2.步骤

用碘液鉴定，淀粉遇之变蓝； 用斐林试剂鉴定，淀粉在淀粉酶作用下分解为麦芽糖，麦芽糖是还原性糖，可与斐林试剂反应。

四、脂质的组成和功能 脂类主要由C、H、O三种化学元素组成，很多种脂类物质还含有N和P等元素。脂类包括脂肪、类脂

全析提示

脂肪是储能物质，同等质量的脂肪氧化分解释放的能量是糖氧化分解释放能量的2倍。但储存时所占的体积是糖的1/2。

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和固醇。这些物质普遍分布在生物体内。 维生素 D 与人体 Ca、P 吸收 1.脂肪 是由甘油和脂肪酸组成的甘油三酯， 有关。 由 相同脂肪酸构成的脂肪称为甘油三酯或单甘油酯； 由 思维拓展 不同脂肪酸构成的脂肪称为甘油三杂酯或混合甘油 多吃大豆和卵黄可以给人体 酯。 脂肪大量储存在植物和动物脂肪细胞中， 它主要 补充磷脂。 是生命体内的储存能量的物质。 此外， 高等动物和人 体的脂肪还具有减少体内热量散失，维持恒定体温， 减少内部器官摩擦和缓冲外界压力的作用。

2.类脂 类脂中的磷脂是构成细胞膜的重要成 分， 也是构成各种细胞器膜结构的重要组成成分。 在 动物的脑、卵中，大豆种子中，磷脂的含量较多。 3.固醇 固醇类物质包括植物体内的豆固醇， 动 物和人体内的胆固醇、 性激素和维生素 D 等， 这些物 质对于生物体维持正常的新陈代谢和生殖过程起着 积极的调节作用。 五、鉴定生物组织中的脂肪 鉴定脂肪时可用苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液， 其中 脂肪颗粒可被苏丹Ⅲ染为橘黄色， 被苏丹Ⅳ染为橙红 色。 六、蛋白质的组成和功能 1.蛋白质分子的化学组成 各种生物体几乎都含有蛋白质， 其元素组成也都 很相似。一般含 C、H、O、N,此外还有 S,有些蛋白 质含有 P,少数还含有 Fe、Cu、Zn、Mo、Mn、Co 等 金属元素，个别还含有 I。 2.基本组成单位——氨基酸 如果使用酸、 碱或蛋白酶水解蛋白质， 最后可以 得到约 20 种不同的氨基酸，这些氨基酸的结构虽各 不相同， 但它们却有着共同的特征， 它们的氨基和羧 基都在α -C 上，都属于α -氨基酸。除甘氨酸外， 其余氨基酸α -C 原子都是不对称 C 原子。 在氨基酸 分子中，同时与氨基(—NH2)和羧基(—COOH)相 连的那个 C 原子还分别与一个 H 原子和一个可变的侧 链相连。从氨基酸的结构通式可以知道 20 种氨基酸 的区别在于 R 基的不同。 3.蛋白质的分子结构 蛋白质是生物大分子， 由许多氨基酸分子通过脱 水形成肽键相连而成。氨基酸分子互相结合的方式 是：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

失去一分子水， 这种结合方式叫脱水缩合。 连接两个氨基酸分子之间 的那个键(—NH—CO—)叫肽键，由两个氨基酸分子 缩合形成的化合物叫做二肽， n 个氨基酸分子缩合 由 形成的肽叫多肽(n≥3) 。多肽通常呈链状结构叫肽 链。 人体内有许多起重要调节作用的小分子肽和多 肽。 例如： 下丘脑产生的促甲状腺素释放的激素是三 肽， 神经垂体释放的催产素和升压素都是八肽， 腺垂 体产生的促肾上腺素皮质激素是三十九肽。第 2 页 共 4 页

要点提炼 蛋白质中 C 含量为 50%~ 56%, 为 6%~8%, 为 19%~24%, H O N 为 3%~19%,S 为 0~4%。 在判断一个氨基酸是否为组 成蛋白质的氨基酸时，先找到 α -C 原子，然后再找氨基和羧 基是否连接在α - C 原子上。

全析提示 氨基酸的结构通式为：R N 2 H C H C O O H

思维拓展 在计算一定氨基酸合成多肽 后减少了多少分子质量时，不光 要减去水的分子质量，还要减去 二硫键形成时脱去的两个 H 原子。 全析提示 蛋白质的功能所体现出来的 是蛋白质代表着一定的生物性 状，蛋白质是一切生命活动的体 现者。 双缩脲试剂是用 0.1 g/mL NaOH 和 0.01 g/mL CuSO4 配制而 成。 核酸是 1869 年米歇尔在治 疗脓白细胞中发现的，他当时称 之为核素。 阿尔特曼于 1889 年认 识其酸性后，定名为核酸。

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蛋白质分子由一条或多条多肽构成，相对分子质 量一般从6000～1000000道尔顿（一道尔顿等于C 原子相对质量的1/12）甚至更多。 核酸是一切生物的遗传物

4.主要功能 质。 由于组成蛋白质的氨基酸在数目、排列顺序上的

不同，以及蛋白质空间结构的不同，因此，细胞中蛋

白质多种多样，执行各种特定的生理功能。

5.边做边学——鉴定蛋白质

（1）原理 双缩脲试剂与蛋白质分子的肽键在

碱性条件下产生紫色的颜色反应。

（2）步骤解析 在加入双缩脲试剂时，将NaOH溶液和CuSO4溶液分别加入试管，先加NaOH，后加CuSO4。因为在碱性条件下，蛋白质分子中的肽键与CuSO4产生紫色的颜色反应。

七、核酸的组成和功能 1.核酸的组成和结构

核酸的基本结构单元是核苷酸，核苷酸含有含N碱基，五碳糖和磷酸基三种成分。碱基与五碳糖构成核苷，核苷的磷酸脂为核苷酸。DNA和RNA中的五碳糖不同，RNA中为D－核糖，DNA为D－2核酸就是根据其中五碳糖种类来分类的。DNA与RNA的碱基也有不同。

2.分类和功能

核酸分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。这两类核酸有某些共同的结构特点，但生物功能不同。DNA储存遗传信息，在细胞分裂过程中复制，使每个子细胞接受与母细胞结构和信息含量相同的DNA；RNA主要在蛋白质合成中起作用，负责将DNA的遗传信息转变成特定的蛋白质的氨基酸序列。核酸的存在部位主要在细胞核中，在线粒体和叶绿体中也有少量DNA。

阅读分析——生物大分子的研究和进展

生物学是一门既古老又年轻的科学，直到19世纪，学术界首次提出“生物学”（biology）这一名词，生物学家才开始通过观察和实验研究动植物的活动状态。继19世纪出现被恩格斯誉为该世纪科学三大发现之二的细胞学说和达尔文生物进化论之后，生物学在20世纪的发展更是日新月异。20世纪中叶，通过X射线衍射仪的应用，解释了DNA的双螺旋结构和蛋白质的空间构象，从而推动了分子生物学的产生。随着分子生物学的飞速发展，带动了生物学各分支学科向分子水平研究的深入，一方面是在分子水平上对细胞活动、遗传、发育等各种生命现象进行解释。出现了分子遗传学、分子生理学等新兴学科。另一方面是把分子生物学研究手段推广到生物各分支学科，尤其是一些宏观生物学学科，如进化论、分类学、生态学，形成了分子进化生物学、分子系统分类学和分子生态学等，用实验的方法研究传统的生物学问题，使微观研究和宏观研究得到了紧密的结合。分子生物学的诞生使传统生物学研究转变为现代生物实验科学。现代生物实验科学经过50多年的自我发展，促使生命科学成为自然科学中最重要的学科，而分子生物学则成为生命科学的主导力量。生物大分子的结构功能研究（又称结构分子生物学）一个生物大分子，无论是核

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酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功能时，必须具备两个前提：首先，它拥有特定的空间结构（三维结构）；其次，在它发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。

结构分子生物学就是研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。它包括结构的测定、结构运动变化规律的探索及结构与功能相互关系的建立3个主要研究方向。最常见的研究三维结构及其运动规律的手段是X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学），其次是用二维核磁共振和多维核磁研究液相结构，也有人用电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法研究生物高分子的空间结构。

所有生物体中的有机大分子都是以碳原子为核心，并以共价键的形式与氢、氧、氮及磷以不同方式构成的。不仅如此，一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如蛋白质分子中的20种氨基酸、DAN及RNA中的8种碱基所组合而成的，由此产生了分子生物学的3条基本原理：（1）构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的；（2）生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则；（3）某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。