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生物奥赛专题讲座


专题一 生命的物质基础
[竞赛要求]
一、细胞的化学成分 1.水、无机盐 2.糖类:包括单糖、双糖、多糖 3.蛋白质:包括氨基酸、三字母缩写、蛋白质的四级结构、 蛋白质的理化性质、变性 实质 4.酶类:概念、特征、分类、作用机理、影响酶活性的因素 5.脂类 6.核酸:包括 DNA 和 RNA 7.其他重要化合物:包括 ADP 和 ATP、NAD+,和 NADH

+、NADP+和 NADPH+

[知识梳理]
一、组成生物体的化合物 (一)无机化合物 1.水是生命之源 水是细胞的重要成分, 一般发育旺盛的幼小细胞中含水量较大, 生命活力差的细胞组织 中含水量较小,休眠的种子和孢子中含水量一般低于 10%。 水分子具有极性, 每个水分子均可与其它四个水分子之间形成氢键。 水分子的极性及氢 键的形成使水分子具有特殊的性质, 如水分子具有较强的黏滞性。 黏滞性使水分子较其它液 体均具有较强的表面张力,这有助于水从根运输到茎再到叶;水从叶片的气孔蒸发,对导管 中的水产生蒸腾拉力, 水的黏滞性使这种拉力一直延伸到根部。 表面张力使水分子可以水生 昆虫在水面上跳动。 自由水的功能:代谢物质的良好溶剂,水是促进代谢反应的物质,水参与原生质结构的 形成,水有调节各种生理作用的功能。 2.无机盐 + + + + + + 它在体内通常以离子状态存在,常见的阳离子有 K 、Na 、Ca2 、Mg2 、Fe2 、Fe3 - - - - - - 等;常见的阴离子有 Cl 、SO42 、PO43 、HPO42 、H2PO4 、HCO3 等。各种无机盐离子在 体液中的浓度是相对稳定的,其主要作用有:对细胞的渗透压和 pH 起着重要的调节作用。 有些离子是酶的活化因子,如 Mg+、Ca2+; 有些离子是合成有机物的原料,如 PO4+可用于合 成磷酸、核苷酸等,Fe2+可用于合成血红蛋白等。生物生存环境的 PH 范围为 3~8.5。细胞 中的各种离子有一定的缓冲能力,使细胞内的 PH 保持相对恒定,以利细胞维持正常的生命 活动。 细胞内某些无机盐的功能及缺乏症 矿 是 缺乏 质 否 可 再 时,病症 功 能 元 利用 部位 素 N 合成光合作用过程中各种酶、ATP、NADPH 及叶绿素的成分 是 衰老 组织 P ATP、NADPH 的重要组成成分,对维持叶绿体膜的结构和功 是 衰老 能有重要作用 组织

K M g B C a F e

促进有机物的合成与运输 叶绿素的组成成分 促进花粉的萌发和花粉管伸长

是 是 是 否

一般作为酶的活化中心



衰老 组织 衰老 组织 衰老 组织 幼嫩 组织 幼嫩 组织

动物体内无机盐及其作用一览表
K N a C a
维持细胞内液渗透压的决定性作用;维 持心肌舒张、保持心肌正常兴奋性 维持细胞外液渗透压的主要物质 骨骼和牙齿的成分 调节生命活动 缺乏时,心律失常 缺乏进,血压下降、心率加快、四肢发冷 缺乏时:佝偻病、骨质软化、 骨质疏松血钙减少时:骨肉抽搐 血钙增多时:肌无力

(二)、有机化合物 1.碳是组成生物体的最基本元素 碳原子核最外层有四个价电子,可与碳、氢、氧及氮原子形成四个强共价键。碳原子与 碳原子之间可以单键相结合,可也以双键或三键相结合。碳原子能相互连接成链或环,从而 生成各种大分子,这些结构称为有机物的碳链骨架。碳链骨架结构的排列方式和长短,决定 了有机化合物的基本性质。 2.糖类 (1).生物学功能 糖类的主要功能有:构成生物体的重要成分,如糖被、(植物、细菌、真菌等的)细胞 壁的成分;是细胞的主要能源物质。 (2).组成元素及种类 糖类是多羟基的醛或酮及其缩聚物和某些衍生物。其组成元素只有 C、H、O,分单糖、 寡糖、多糖三类。 单糖的分子通式是(CH2O)n,是不能水解的最简单的糖类。根据碳原子数,单糖又可 分为三碳—六碳糖。葡萄糖和果糖六碳糖,分子式都是 C6H12O6,但结构式不同,在化学上 叫做同分异构体(如图)。核糖(C5H10O5)和脱氧核糖(C5H10O4)都是五碳糖,分别是构 成 RNA 和 DNA 的重要成分(如图)。葡萄糖、果糖、麦芽糖等有还原性,为还原糖;淀 粉、蔗糖等为非还原性。 寡糖(低聚糖):是由少数几个单糖分子脱水缩合而得的糖。常见的是含有 2 个单糖单 位的双糖,如植物细胞内的蔗糖、麦芽糖,动物细胞内的乳糖,存在于藻类细菌、真菌和某 些昆虫细胞内的海藻糖等。蔗糖的形成见下图。

核糖

脱氧核糖

葡萄糖 (环状结构)

果糖 (环状结构)

葡萄糖 (链状结构)

果糖 (链状结构)

多糖是由多个单糖缩聚而成链状大分子,与单糖、双糖不同,一般不溶于水,从而构成 贮藏形式的糖,如高等植物细胞内的淀粉,高等动物细胞内的糖元。纤维素是植物中最普遍 的结构多糖。 糖类的复合物:主要是糖蛋白质和糖脂。 3.蛋白质 (1).种类及功能 如按功能划分,可将蛋白质分为活性蛋白质和非活性蛋白质两大类。 活性蛋白质指在生命活动过程中具有活性的蛋白质。 主要种类有: 作用为催化生物体内 各种化学反应,如酶。激素蛋白其作用是调节机体各种代谢过程,如:胰岛素、促性腺激素 等。运输和贮存蛋白主要运输、贮存各种小分子物质、离子、电子等,如血红蛋白、载体蛋 白。运动蛋白它与生物体运动有关,如细菌的纤毛蛋白、动物的肌球蛋白和肌动蛋白等。防 御蛋白防御异物侵入机体,如免疫球蛋白、干扰素等。膜蛋白分布在细胞膜上,与膜的生物 学功能密切相关。 受体蛋白其作用为接受和传递信息。 控制生长分化的蛋白控制生物的生长 和组织分化,如组蛋白、各种生长因子。 非活性蛋白包括一大类对生物体起保护或支持作用的蛋白质。 主要种类有: 胶原是哺乳 动物皮肤的主要成分。角蛋白其作用是保护或加强机械强度。弹性蛋白存在于韧带、血管壁 等处,其支持与润滑作用。 (2).组成元素和基本组成单位 蛋白质主要由 C、H、O、N 四种元素组成,多数还含有 S。氮是蛋白质的标志性元素, 含量约占 16%。蛋白质的基本组成单位是氨基酸,其通式为 。组成天然蛋白

质的氨基酸约有 20 种,都是 L 型的α 氨基酸。氨基酸与氨基酸之间可以发生缩合反应,形 成的键为肽键。肽又可划分为二肽、三肽及多肽(三肽以上)。多肽都有链状排列的结构, 叫多肽链。蛋白质就是由一条多肽链或几条多肽链通过盘曲折叠形成的复杂的大分子。 (3).结构 蛋白质结构分一、二、三、四级结构(见下图)。在蛋白质分子中,不同氨基酸以一定 数目和排列顺序组合形成的多肽链是蛋白质的一级结构。 蛋白质分子的高级结构决定于它的 一级结构,其天然构象(四级结构)是在一定条件下的热力学上最稳定的结构。

(4).变性 蛋白质受到某些物理或化学因素作用时引起生物活性的丧失、 溶解度降低以及其他物理 化学因素的改变, 这种变化称为蛋白质的变性。 变性的实质是由于维持高级结构的次级键遭 到破坏而造成的天然构象的解体,但未涉及共价键的破坏。有些变性是可逆的(能复性), 有些则不可逆。 4.核酸 (1).生物学功能 核酸是遗传信息的载体,存在于每一个细胞中。核酸也是一切生物的遗传物质,对于生 物体的遗传性、变异性和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。 (2).种类 核酸分 DNA 和 RNA 两大类。 所有生物细胞都含有这两大类核酸 (病毒只含有 DNA 或 RNA)。 (3).组成元素及基本组成单位 核酸是由 C、H、O、N、P 等元素组成的高分子化合物。其基本组成单位是核苷酸。每 个核酸分子是由几百个到几千个核苷酸互相连接而成的。 每个核苷酸含一分子碱基、 一分子 戊糖(核糖或脱氧核糖)及一分子的磷酸组成。如下图所示:

5’﹣腺瞟吟核苷酸(5’﹣AMP) 3’﹣胞嘧啶脱氧核苷酸(3’﹣dCMP) DNA 的碱基有四种(A、T、G、C),RNA 的碱基也有四种(A、U、G、C)。这五 种碱基的结构式如下图所示:DNA 中碱基的百分含量一定是 A=T、G=C,不同种生物的 碱基含量不同。RNA 中 A﹣U、G﹣C 之间并没有等当量的关系。

腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U) 胞嘧啶(C) (4).结构 DNA 一级结构中核苷酸之间唯一的连接方式是 3’、5’﹣磷酸二酯键,如下图所示。所 以 DNA 的一级结构是直线形或环形的结构。DNA 的二级结构是由两条反向平行的多核音 酸链绕同一中心轴构成双螺旋结构。

5.脂类 脂类是生物体内一大类重要的有机化合物,由 C、H、O 三种元素组成,有的(如卵磷 脂)含有 N、P 等元素,不溶于水,但溶于乙醚、苯、氯仿和石油醚等有机溶剂。 (1).生物学功能 脂类是构成生物膜的重要成分; 是动植物的贮能物质; 在机体表面的脂类有防止机械损 伤和水分过度散失的作用; 脂类与其他物质相结合, 构成了细胞之间的识别物质和细胞免疫 的成分;某些脂类具有很强的生物活性。 (2).种类 ①脂肪: 也叫中性脂, 一种脂肪分子是由一个甘油分子中的三个羟基分别与三个脂肪酸 的末端羟基脱水连成酯键形成的。 脂肪是动植物细胞中的贮能物质, 当动物体内直接能源过 剩时,首先转化成糖元,然后转化成脂肪。在植物体内就主要转 化成淀粉,有的也能转化成脂肪。 ②类脂:包括磷脂和糖脂,这两者除了包含醇、脂肪酸外, 还包含磷酸、 糖类等非脂性成分。 磷脂的这一结构使它成为一种 兼性分子。它的磷酸和含氮碱基一段是极性的,易与水相吸,构 成磷脂分子的亲水性头部, 而它的脂肪酸一端是非极性的, 不与 水相吸, 构成磷脂分子的疏水性尾部。 当磷脂分子被水分子包围 时, 便会自动排成双分子层。 磷脂是构成细胞膜结构的重要成分。

细胞各种膜结构的形成和特性,都与磷脂分子的双性质密切相关。 ③固醇:又叫甾醇,是含有四个碳环和一个羟基的烃类衍生物,是合成胆汁及某些激素 的前体,如肾上腺皮质激素、性激素。有的固醇类化合物在紫外线作用下会变成维生素 D。 在人和动物体内常见的固醇为胆固醇。 生理功能: 是构成细胞组织的结构大分子, 如有些固醇类化合物是构成神经鞘的主要成 分。由于它有良好的绝缘性,对神经冲动的传递十分重要。某些固醇类化合物可转变为维生 素 D。 固醇类化合物也是某些激素的前体。例如:调节水分和盐类代谢的肾上腺皮质激 素、 促进性器官和第二性征发育的性激素都是固醇类化合物的衍生物。 含磷酸的脂类衍生物 叫做磷酯,含糖的脂类衍生物叫做糖脂。磷脂和糖脂都参与细胞结构特别是膜结构的形成, 是脂类中的结构大分子。 二、其他重要化合物 一、细胞内能合流通的物质——ATP 1.ATP 的结构 ATP(三磷酸腺苷)是各种活细胞内普遍存在的一种高磷酸化合物(水解时释放的能量 在 20~92kJ/mol 的磷酸化合物)。ATP 的分子简写成 A-P~P~P,A 代表由腺嘌呤和核 糖组成的腺苷,P 代表磷酸基团,~代表高能磷酸键。ATP 中大量化学能就贮存在高能磷酸 键中。ATP 结构中的 3 个磷酸(Pi)可依次移去而生成二磷酸腺苷(ADP)和一磷酸腺苷 (AMP),如下图:

ATP 的作用 ATP 水解时释放出的能量,是生物体维持细胞分裂、根吸收矿质元素离子和肌肉收缩 等生命活动所需能量的直接来源,是细胞内能量代谢的“流通货币”。在动物肌肉或其他兴 奋性组织中,还有一种高能磷酸化合物即磷酸肌酸,它也是高能磷酸基的贮存者,其中的能 量要兑换成“流通货币”才能发挥作用。如图下图所示磷酸肌酸与 ATP 关系。

磷酸肌酸
+ +

肌酸

2.NAD 和 NADP + + NAD 又叫辅酶Ⅰ,全称烟酰胺腺嘌呤二核苷酸;NADP 又叫辅酶Ⅱ,全称烟酰胺腺嘌 + + 呤二核苷酸磷酸。它们都是递氢体,能从底物里取得电子和氢。NAD 和 NADP 都是以分 子中的烟酰胺部分来接受电子的, 所以烟酰胺是它们的作用中心。 接受电子的过程如下图所 示:

这里虽然从底物脱下来的两个电子都被接受了, 但脱下来的两个氢原子却只有一个被接 + 受,剩下的一个质子 H 暂时被细胞的缓冲能力接纳下来,留待参与其他反应。因此,NAD + 和 NADP 的还原形式被写作 NADH 和 NADPH。

[典型例题]
例 1.当蛋白质溶液的 pH 值与蛋白质等电点相同时,蛋白质的 B A.溶解度最大 B.溶解度最小 C.溶解度与溶液 pH 无关 D.蛋白质变性 解析:蛋白质溶液的 pH 值与蛋白质等电点相同时,蛋白质所带的净电荷为零,蛋白质 会发生集聚作用,故溶解度最小。答案:B。 例 2.组成蛋白质的氨基酸的α --碳原子是不对称的,但 除外。 A.丙氨酸 B.组氨酸 C.甘氨酸 D.谷氨酸 解析:在组成蛋白质的 20 种氨基酸中,除甘氨酸外,各种氨基酸的α --碳原子都是不 对称的,它们都和 4 个不同的基团相连。答案:C。 例 3.组成 DNA 的核苷酸包括三个部分,以下哪些描述是正确的(多选)? A.碱基相同 B.磷酸基团相同 C.脱氧核糖相同 D.以上三种物质都不同 解析:组成 DNA 核苷酸中,碱基共有 4 种类型,磷酸均相同,脱氧核糖均相同。答案: BC 例 4.氨基酸与蛋白质共有的特性是: A.胶体性质 B.沉淀反应 C.两性性质 D.双缩脲反应 解析:氨基酸为兼性分子,由氨基酸组成的蛋白质也为两性分子。只有蛋白质才具有胶 体性质、沉淀反应和双缩脲反应。答案:C。 例 5.DNA 与 RNA 分类的主要依据是:( ) A.空间结构的不同 B.所含碱基不同 C.所含戊糖不同 D.在细胞中存在的部位不同 解析:DNA 与 RNA 分类的主要依据是所含的五碳糖的差异。 答案:C。 例 6.下列哪个糖是非还原糖:( ) A.D 一果糖 B. D 一半乳糖 C.乳糖 D.蔗糖 解析:含有游离半缩醛基团的糖都具有还原性,蔗糖不具有还原性。答案:D。 例 7.免疫球蛋白是一种:( ) A.铁蛋白 B.糖蛋白 C.核蛋白 D.铜蛋白 解析:免疫球蛋白是糖蛋白。答案:B。 例 8. 一个蛋白质分子有 5 条肽链,由 1998 个氨基酸组成,那么形成该蛋白质分子过 程中生成的水分子个数和含有的肽键数分别是多少?

解析:氨基酸通过脱水缩合形成多肽,在一条由 n 个氨基酸组成的多肽链中,形成的肽 键个数=生成的水分子个数=n-l。同理,在由多条肽链组成的蛋白质中,形成肽键数目= 组成该蛋白质分子的氨基酸数目-该蛋白质分子中肽链条数。 所以, 此题中生成水分子数和 含有的肽键数都应是 1998-5=1993。 例 9.肾上腺皮质细胞产生的激素其结构与以下哪一种物质结构相似?( ) A.血红蛋白 B.胆固醇 C.酪氨酸 D.肾上腺素 解析: 激素依化学成分分成两类, 一类是由肾上腺皮质分泌的激素统称肾上腺皮质激素, 属于类固醇激素;另一类属于含氮物质激素,包括蛋白质、多肽(胰岛素、甲状分腺素)和 胺类(肾上腺素、甲状腺激素)。上题中胆固醇是一种固醇类化合物,所以肾上腺皮质分泌 的激素与胆固醇的结构相似。答案选 B。 例 10.如果说光合作用中光反应的产物只有 ATP、氧气和氢,是否正确?为什么? 解析:不正确。因为在光反应中水分子被分解,产生的氧原子结合成氧气被释放,而氢 + + 则与 NADP 结合生成 NADPH,NADP 和 ATP 共同为暗反应所必需的还原剂。

[智能训练]
1.关于病毒遗传物质的叙述,正确的一项是:( ) A.都是脱氧核糖核酸 B.都是核糖核酸 C.同时存在脱氧核糖核酸和核糖核酸 D.有的是脱氧核糖核酸,有的是核 糖核酸 2.构成细胞内生命物质的主要有机成分是:( ) A.蛋白质和核酸 B.水和蛋白质 C.蛋白质和无机盐 D.水和核 酸 3.组成核酸和核糖核酸的核酸的种类分别有:( ) A.8 种和 2 种 B.4 种和 4 种 C.5 种和 4 种 D.8 种和 4种 4.一个含有 6 个肽键的多肽,组成它的氨基酸以及至少应有的氨基和羧基的数目分别是: ( ) A.6、1、1 B.7、1、1 C.6、6、6 D.7、6、 6 5.当动物体内直接能源物质过剩时,一般情况下,首先转化为:( ) A.葡萄糖 B.麦芽糖 C.脂肪 D.糖元 6.在 ATP 转变成 ADP 的过程中,( )能量;在 ADP 转变成 ATP 的过程中,ADP( )物质 代谢释放的能量,贮藏备用。这些转变都必须有( )参加。 7.关于人体细胞内 ATP 的描述,正确的是:( ) A.ATP 主要在线粒体中生成 B.它含有三个高能磷酸键 C.ATP 转变为 ADP 的反应是不可逆的 D.细胞内贮有大量 ATP,以满足生理 活动需要 8.光合作用光反应的产物是:( ) + + A.CO2、ATP、NADH+H B.淀粉、CO2、NADPH+H + C.蔗糖、O2、CO2 D.ATP、O2、NADPH+H 9.下列三组物质中,光合碳循环所必需的一组是:( ) A.叶绿素、类胡萝卜素、CO2 B.CO2、NADPH、ATP

C.CO2、H2O、ATP D.叶绿素、NAD 、ATP 10.生物和非生物最根本的区别在于生物体:( ) A.具有严谨的结构 B.通过一定的调节机制对刺激发生 反应 C.通过新陈代谢进行自我更新 D.具有生长发育和产生后代的特性 11.若组成蛋白质的氨基酸分子的平均相对分子质量为 130,则一条由 160 个氨基酸形成的 多肽,其相对分子质量为:( ) A.17938 B.19423 C.24501 D.28018 12.某一多肽链内共有肽健 109 个,则此分子中含有的-NH2 和 COOH 的数目至少为:( ) A.110、110 B.109、109 C.9、9 D.1、1 13.生物界在基本组成上的高度一致性表现在:( ) ① 组成生物体的化学元素基本一致 ② 各种生物体的核酸都相同 ③ 构成核酸 的碱基都相同 ④ 各种生物体的蛋白质都相同 ⑤ 构成蛋白质的氨基酸都相同 A.①②④ B.①③⑤ C.③④⑤ D.①②③ 14.



以上的核酸链是:( ) A.DNA B.rnRNA 15.下列物质中,不是氨基酸的是:( )

C.tRNA

D.dZNrx

A

B

C

D

16.如果将上题中的三种氨基酸缩合成化合物,那么该化合物含有的氨基、羧基、肽键的数 目依次是:( ) A.2、2、2 B.2、3、2 C.3、4、3 D.4、3、3 17.血红蛋白分子中含有四条多肽链,共由 574 个氨基酸构成,那么该分子中含有的肽键数 应是:( ) A.570 B.573 C.574 D.578 18.下列各项不属于脂类物质的是:( ) A.生长激素 B.维生素 D C.性激素 D.肾上腺皮质激素 19.活细胞内进行生命活动所需要的能量直接来自:( )

A.ATP 的水解 B.葡萄糖的水解 C.淀粉的水解 20.在下列化合物中,构成蛋白质的碱性氨基酸是:( )

D.脂肪的水解

A

B

C

D NH2—CH2-CH2-COOH

21.当生物体新陈代谢旺盛,生长迅速时,生物体内:( ) A.结合水/自由水的比值与此无关 B.结合水/自由水的比值会升高 C.结合水/自由水的比值会降低 D.结合水/自由水的比值会不变 22.下列物质中,对维持人体体液平衡,物质运输,出血时血液凝固等生理功能都有重要作 用的是:( ) A.蛋白质 B.维生素 C.葡萄糖 D.脂肪 23.人和动物乳汁中特有的二糖水解后的产物是:( ) A.一分子葡萄糖和一分子果糖 B.一分子果糖和一分子半乳糖 C.一分子半乳糖和一分子葡萄糖 D.二分子葡萄糖 24.氨基酸在等电点时具有的特点是:( ) A.不具正电荷 B.不具负电荷 C.溶解度最大 D.在电场中不泳 动 【参考答案】 1.D 2.A 3.D 4.B 5.D 6.释放、储存、酶 7.A 8.D 9.B 10.C 11.A 12.D 13.B 14.A 15.D 16.A 17.A 18.A 19.A 20.A 21.C 22.A 23.C 24.D

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题二 生命的结构 基础
[竞赛要求]
1.细胞是生命活动的基本单位 2.细胞膜:理化性质、分子结构与物质运输等 3.细胞内膜系统:内质网、高尔基体、溶酶体、液泡的结构与功能 4.线粒体结构、功能 5.质体的类型和叶绿体的结构功能 6.核糖体 7.过氧化氢体、过氧化物酶体的结构功能 8.细胞核(核膜、染色体、核仁、核 基质)和核功能 9.细胞壁成分与结构 10.细胞骨架系统(包括:微丝、微管、中等纤维、微梁)的功能 11.原核细胞与真核细胞

12.动物细胞与植物细胞的比较 13.细胞分化和组织形成

[知识梳理]
一、细胞的发现与细胞学说 1.细胞的发现 1665 年英国物理学家罗伯特·虎克首次观察到细胞,是植物细胞死亡后留下死细胞的 细胞壁。1667 年,列文虎克首次观察到了活细胞。 2.细胞学说的建立 德国植物学家施莱登于 1838 年提出了细胞学说的主要论点, 1939 年德国动物学家施旺 加以充实,最终创立了细胞学说。细胞学说的主要内容是:细胞是动、植物有机体的基本结 构单位,也是生命活动的基本单位。 二、细胞的形态与大小 1.细胞的形状 游离细胞常呈球形或近于球形。 动物的卵细胞、 植物的花粉母细胞是球状或近于球状的 细胞,人的红细胞呈扁圆状,某些细菌呈螺旋状,精子和许多原生动物具有鞭毛或纤毛,变 形虫和白血球等为不定形细胞。 2.细胞的大小 细胞的直径多在 10μ m~100μ m 之间。有的很小,如枝原体,其直径为 0.1μ m~0.2 μ m,是最小的细胞。细菌的直径一般只有 1μ m~2μ m。有的细胞较大,如番茄、西瓜的 果肉细胞直径可达 1mm;棉花纤维细胞长约 1cm~5cm;最大的细胞是鸟类的卵(鸟类的蛋 只有其中的蛋黄才是它的细胞,卵白是供发育用的营养物质,不屑于细胞部分),如鸵鸟蛋 卵黄的直径可达 5cm。 细胞的大小受细胞核所能控制的范围制约, 较小的细胞有相对较大的 表面积,较大的细胞则相反。 三、原核细胞和真核细胞 构成生物体的细胞可以分成两类:原核细胞和真核细胞。原核细胞如细菌、蓝藻、放线 菌、 枝原体等是由原核细胞构成的。 真核细胞结构复杂, 大多数生物都是由真核细胞所构成。 1.原核细胞 原核细胞壁的化学组成主要由是蛋白多糖(肽聚糖)所组成,少数原核细胞的壁还含有 其他多糖和类脂,有的原核细胞壁外还有胶质层。 原核细胞内有一个含 DNA 的区域,称类核或拟核。类核外面没有 核膜,只由一条 DNA 构成。这种 DNA 不与蛋白质结合形成核蛋白。原 核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等,但有核糖体和中间 体。核糖体分散在原生质中,是蛋白质合成的场所。中间体是质膜内陷 形成的复杂的褶叠构造,其中有小泡和细管样结构。有些原核细胞含有 类囊体等结构。 类囊体具有光合作用功能。 在原核细胞中还有糖原颗粒、 脂肪滴和蛋白颗粒等内含物。
藻细胞模式图 11.DNA 2.核糖体 3.细胞壁 4.细胞膜

2.真核细胞 真核细胞中,动物细胞和植物细胞也有重要区别。动物细胞质膜外无细胞壁,无明显的 液泡。此外,在细胞核的附近有中心粒,在细胞有丝分裂时,发出星状细丝,称为星体。 植物细胞和动物细胞的主要区别是:植物细胞具有质体;其次,植物细胞的质膜外被细 胞壁,相邻细胞间有一层胶状物粘合作用,称中层或胞间层。在两个相邻细胞间的壁上,有

原生质丝相连,称胞间连丝,使细胞间互相沟通。最后在植物的分化细胞中往往有大液泡。 原核细胞和真核细胞的主要区别比较如下: 原核细胞与真核细胞结构的主要区别 原核细胞 细胞大 小 细胞核 遗传系 统 细胞质 很小(1~10 微米) 无膜(称“类核”) DNA 不与蛋白质结合 一个细胞只有一条 DNA 无内质网 无高尔基体 无溶酶体 无线粒体 仅有功能上相近的中间体 无叶绿体,但有的原核细胞有类 囊体 一般无微管、无微丝 无中心粒 主要由胞壁质组成 真核细胞 较大(10~100 微米) 有膜 核内的 DNA 与蛋白质结合,形成染色质(染 色体) 一个细胞有两条以上染色体 有内质网 有高尔基体 有溶酸体 有线粒体 有叶绿体(植物细胞) 有微管、微丝 在中心粒(动物细胞)

细胞壁

主要由纤维素组成

四、真核细胞的亚显微结构 光镜下看到的结构称为细胞的显微结构。 电子显微镜下看到的结构, 一般称为亚显微结 构。亚显微结构水平能将分辨率提高到甚至几个埃,放大倍数可达到几十万倍。 1.细胞膜 (1)质膜的化学组成 细胞膜主要由脂类和蛋白质组成,蛋白质约占膜干重的 20%~70%,脂类约占 30%~ 80%,此外还有少量的糖类。 (2)质膜的分子结构模型 “流动镶嵌模型”主要特点:一是强调了膜的流动性,二是显示了膜脂和膜蛋白分布 的不对称性。 多糖只分布于膜和外侧,表现出不对称性。脂质在膜中的分布也是不完全对称的。流动 镶嵌模型认为质膜的结构成分不是静止的, 而是可以流动的。 一般认为膜脂所含脂肪酸的碳 链愈长或不饱和度愈高,流动性愈大。环境温度下降膜脂的流动性减弱,相反,在一定限度 内温度升高则脂质的流动性增加。 (3)物质通过质膜进出细胞 物质进出细胞必须通过质膜, 质膜对物质的通透有高度选择性。 通透过程可分 5 种类型: 自由扩散、促进扩散、伴随运送、主动运输和内吞外排作用(见下图)。

通过细胞膜物质运输的五种形式 (1)简单扩散;(2)促进扩散;(3)伴随运送;(4)主动运输;(5)内吞外排作用

自由扩散: 顺浓度梯度直接穿过脂双层进行运输。 既不需要细胞提供能量也不需要膜蛋 白协助。一般来说,影响物质进行自由扩散速度的因素主要是物质本身分子大小、物质极性 大小、膜两侧物质的浓度差及环境温度等。 协助扩散:顺浓度梯度的运输,但扩散是通过镶嵌在质膜上的蛋白质的协助来进行的。 如葡萄糖过红细胞膜进入细胞的过程。 但葡萄糖通过膜进入细胞的过程, 特别是在小肠上皮 细胞,往往是以主动运输方式进行的。 主动运输:一般逆浓度梯度进行的物质运输。主动运输过程中,需要细胞提供能量及细 胞膜上的载体蛋白协助。如钠-钾泵。 伴随运输(又叫协同运输) :逆浓度梯度进入细胞。在此过程中物质运动并不直接需要 ATP,而是借助其他物质的浓度梯度为动力进行的。后一种物质是通过载体和前一种物质相 + 伴随运动的。比如动物细胞对氨基酸和葡萄糖的主动运输,就是伴随 Na 的协同运输。 内吞作用和外排作用: 大分子物质要以形成小泡的方式才能进入细胞。 它们先与膜上某 种蛋白质进行特异性结合,然后这部分质膜内陷形成小囊,将该物质包在里面。随后从质膜 上分离下来形成小泡,进入细胞内部。这个过程称作内吞作用。内吞的物质为固体者称为吞 噬作用,若为液体则称为胞饮作用。与内吞作用相反,有些物质通过形成小泡从细胞内部逐 步移到细胞表面,与质膜融合而把物质向外排出。这种运送方式称为外排作用。内吞作用和 外排作用与其他主动运输一样也需要能量供应。 (4)细胞膜与细胞的识别 细胞识别的功能是和细胞膜分不开的。 因为细胞膜是细胞的外表面, 自然对外界因素的 识别过程发生在细胞膜。如哺乳动物和人类的细胞识别:当外来物质(例如大分子、细菌或 病毒,在免疫学上称它们为抗原)进入动物和人体,免疫系统以两种方式发生反应,一是制 造抗体,一是产生敏感细胞。抗体和敏感细胞与抗原相结合,通过一系列反摧毁抗原,把抗 原从体内消除掉。抗原与抗体的识别,主要取决于细胞膜上表面的某些受体。 2.细胞质 (1)细胞质的基质 细胞质基质其中包含了许多物质, 如小分子的水、 无机离子, 中等分子的脂类、 氨基酸、 核苷酸,大分子的蛋白质、核酸、脂蛋白、多糖。 (2)细胞器 ①线粒体 线粒体是一种普遍存在于真核细胞中的细胞器, 各种生命活动所需的能量大

部分都是靠线粒体中合成的 ATP 提供的,因此有细胞的“动力工厂”之称。 ②叶绿体 叶绿体是质体的一种,是绿色植物进行光合作用的场所。质体是植物细胞所特有的。它 可分为具色素的叶绿体、有色体和不具色素的白色体。 兰藻和光合细菌等原核生物没有叶绿体。 兰藻的类囊体是分布在细胞内, 特别是分散在 细胞的周边部位。 光合细菌的光合作用是在含有光合色素的细胞内膜进行的。 这种内膜呈小 泡状或扁囊状,分布于细胞周围,称为载色体。 ③内质网 内质网是细胞质中由膜围成的管状或扁乎囊状的结构, 互相连通成网, 构成细胞质中的 扁平囊状系统。 内质网根据不同的形态结构,可分为两种类型:一种是粗面内质网,其结构特点是由扁 平囊状结构组成,膜的外侧有核糖体附着。现在有大量实验证明,各种分泌蛋白质(如血浆 蛋白、 血浆清蛋白、 免疫球蛋白、 胰岛素等) 都主要是在粗面内质网的结合核糖体上合成的。 还有种内质网是滑面内质网,多由小管与小囊构成不规则的网状结构,膜表面光滑,无核糖 体颗粒附着。主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。 内质网的功能包括以下几点: 蛋白质的合成与转运(粗面内质网); 蛋白质的加工(如糖基化); 脂类代谢与糖类代谢(滑面内质网); 解毒作用(滑面内质网上有分解毒物的酶)。 ④核糖体 核糖体是无膜的细胞器,主要成分是蛋白质与 RNA。核糖体的 RNA 称为 rRNA,约占 60%,蛋白质约占 40%,蛋白质分子主要分布在核糖体的表面,而 rRNA 则位于内部,二者 靠非共价键结合在一起。 核糖体附有附着核糖体和游离核糖体两种类型,附着核糖体与内质同形成复合细胞器, 即粗面内质网。 附着在内质网膜上的核糖体与游离核糖体所合成的蛋白质种类不同, 但核糖 体的结构与化学组成是完全相同的。 核糖体由大、小两个亚单位组成。由于沉降系数不同,核糖体又分为 70S 型和 80S 型。 70S 型核糖体主要存在于原核细胞及叶绿体、线粒体基质中,其小亚单位为 30S,大亚单位 为 50S;80S 型核糖体主要存在于真核细胞质中,其小亚单位为 40S,大亚单位 60S。 核糖体是蛋白质合成的场所。 因此核糖体是细胞不可缺少的基本结构, 存在于所有细胞 中。核糖体往往并不是单个独立地执行功能,而是由多个核糖体串连在一条 mRNA 分子上 高效地进行肽键的合成。这种具有特殊功能与形态的核糖体与 mRNA 的聚合体称为多聚核 糖体。 ⑤高尔基复合体, 高尔基体是由滑面膜围成的扁囊状和泡状结构组成的。典型的高尔基体表现一定的极 性,凸面称形成面,凹面称成熟面。形成面的膜较薄,与内质网膜相似,成熟面的膜较厚, 与质膜相似。 高尔基器的第一个主要功能是为细胞提供一个内部的运输系统, 它把由内质网合成并转 运来的分泌蛋白质加工浓缩,通过高尔基小泡运出细胞,这与动物分泌物形成有关。高尔基 体对脂质的运输也起一定的作用。 高尔基体的第二个重要功能是能合成和运输多糖, 这可能 与植物细胞壁的形成有关。 第三个方面就是糖基化作用, 即高尔基体中含有多种精基转移酶, 能进一步加工、修饰蛋白质和脂类物质。 ⑥溶酶体

溶酶体是由一个单位膜围成的球状体。 主要化学成分为脂类和蛋白质。 溶酶体内富含水 解酶,由于这些酶的最适 pH 值为酸性,因而称为酸性水解酶。其中酸性磷酸酶为溶酶体的 标志酶。 溶酶体可分成两种类型: 一是初级溶酶体, 它是由高尔基囊的边缘膨大而出来的泡状结 构,因此它本质上是分泌泡的一种,其中含有各种水解酶,各种酶还没有开始消化作用,处 于潜伏状态。二是次级溶酶体,它是吞噬泡和初级溶酶体融合的产物,是正在进行或已经进 行消化作用的液泡。有时亦称消化泡。 溶酶体第一方面的功能是参与细胞内的正常消化作用。 第二个方面的作用是自体吞噬作 用。溶酶体可以消化细胞内衰老的细胞器,其降解的产物重新被细胞利用。第三个作用是自 溶作用。如无尾两栖类尾巴的消失等。 ⑦圆球体和糊粉粒 植物细胞有具水解酶活性的结构,如圆球体。它们都是由一个单位膜围成的球状体。圆 球体具有消化作用及贮存脂肪功能;糊粉粒也具消化作用,并且为蛋白质的贮存场所。 ⑧微体 微体也是一种由单位膜围成的细胞器。 根据酶活性的差别可分为两种类型: 过氧物体和 乙醛酸循环体。 过氧化物酶体:是具有过氧化氢酶活性的小体,内含许多氧化酶、过氧化氢酶,能将对 细胞有害的 H2O2 转化为 H2O 和 O2。在植物叶肉细胞中,过氧化物酶体执行光呼吸的功能。 乙醛酸循环体:除含过氧化物酶体有关的酶系外,还含有乙醛酸循环有关的酶系,如异 柠檬酸裂合酶、苹果酸合成酶等。乙醛酸循环体除了具有分解过氧化物的作用,还参与糖异 生作用等过程 ⑨液泡与液泡系 在植物细胞中有大小不同的液泡。 成熟的植物细胞有一个很大的中央液泡, 可能占细胞 体积的 90%,它是由许多小液泡合并成的。动物细胞中的液泡较小,差别也不显著。 液泡由一层单位膜围成。其中主要成分是水。不同种类细胞的液泡中含有不同的物质, 如无机盐、糖类、脂类、蛋白质、酶、树胶、丹宁、生物碱等。 液泡的功能是多方面的, 强维持细胞的紧张度是它所起的明显作用。 其次是贮藏各种物 质, 例如甜菜中的蔗糖就是贮藏在液泡中, 而许多种花的颜色就是由于色素在花瓣细胞的液 泡中浓缩的结果。第三,液泡中含有水解酶,它可以吞噬消化细胞内破坏的成分。最后,液 泡在植物细胞的自溶中也起一定的作用。 3.细胞核 真核细胞具有细胞核。 除了哺乳动物成熟红细胞及高等植物的筛管细胞等少数几种细胞 能在无核状态下进行生命活动外, 多数真核细胞都具有细胞核。 细胞核是遗传信息的贮存场 所,对于细胞结构及生命活动具有重要的调控作用。 (1)核膜 在电镜下真核细胞的核主要包括核膜、染色质、核仁和核基质四部分。 真核细胞具有核膜,核膜亦称核被膜,使遗传物质 DNA 与细胞质分开。原核生物,如 细菌、兰藻等不具核膜,即 DNA 和细胞质之间没有膜隔开。核膜由内外两层膜组成。内膜 平滑,外膜靠细胞质的一侧有时附着有核糖体,并且常可看到外膜与粗面内质网是连续的, 所以内外膜之间的核周腔经过内质网似乎可能和细胞处相通。 内外两膜在很多地方愈合形成 小孔,称为核膜孔。 离子、 比较小的分子可以通透核膜。 但像球蛋白、 清蛋白等高分子则不能原样通过核膜。 高分子的进出核要由核膜孔通过。 (2)染色质

染色质是间期细胞核中易被碱性染料染色的物质,由 DNA 与蛋白质为主组成的复合结 构,是遗传物质的存在形式。染色体与染色质是化学组成一致、而在细胞周期的不同时期出 现的两种不同构型结构。 在真核细胞中, 核小体是构成染色质的基本单位, 核小体是 DNA 与组蛋白结合形成的。 另外,染色质的成分还包括少量的 RNA 和非组蛋白。 在间期核中, 染色质的形态不均匀。 根据其形态及染色特点可分为常染色质和异染色质 两种类型。常染色质折叠疏松、凝缩程度低,处于伸展状态,碱性染料染色时着色浅,具有 转录活性的染色质一般为常染色质。异染色质折叠压缩程度高,处于凝集状态,经碱性染料 染色着色深,其 DNA 中重复序列多,复制较常染色质晚。 (3)核仁 光学显微镜下观察,真核细胞的间期核中可见到 1 个或多个球状小体称为核仁。 核仁是核糖体 RNA(rRNA)合成及核糖体亚单位前体组装的场所,与核糖体的生物发 生密切相关。核糖体 RNA 是在核仁合成的。如组成 80S 型核糖体的 rRNA 共有四种:5S、 5.8S、18S、28S,其中后三种是在核仁中合成的。 (4)核基质 间期核内非染色或染色很淡的基质称核内基质。 染色质和核仁悬浮于其中, 它含有蛋白 质、RNA、酶等。核内基质亦称核液。 4.细胞骨架 细胞骨架普遍存在于真核细胞中,蛋白质纤维构成的网架体系。主要包括细胞膜骨架、 细胞质骨架和细胞核骨架三部分。细胞骨架对于细胞形态的维持、细胞运动、物质运输、细 胞增殖及分化等具有重要作用。 (1)细胞膜骨架 指细胞膜下由蛋白质纤维组成的网架结构, 称为细胞膜骨架。 膜骨架一方面直接与膜蛋 白结合,另一方面又能与细胞质骨架相连,主要参与维持细胞质膜的形态,并协助细胞膜完 成某些生理功能。 (2)细胞质骨架 要指存在于细胞质中的三类成分:微管、微丝和中间纤维。它们都是与细胞运动有关的 结构。 微管:它是中空的圆筒状结构,直径为 18nm~25nm,长度变化很大,可达数微米以上。 构成微管的主要成分是微管蛋白。另外,纤毛、鞭毛、中心粒等基本上也是由许多微管聚集 而成,细胞分裂时出现的纺锤丝也是由微管组成。组成纤毛、鞭毛的微管主要与运动有关, 而神经细胞中的微管可能与支持和神经递质的运输有关。微管经低温、高压、秋水仙素和长 春花碱等处理后就会破坏,使细胞变形,也不能运动。 微丝:微丝是原生质中一种细小的纤丝,直径约为 50 ?~60 ?,常呈网状排列在细胞 膜之下。微丝的成分是肌动蛋白和肌球蛋白,这是肌纤维的运动蛋白。细胞质的流动、变形 运动等都和微丝的活动有关。 动物细胞在进行分裂时, 细胞中央发生横缢, 将细胞分成两个, 也必须由微丝收缩而产生。有的微丝主要起支架作用,与维持细胞的形状有关。 中间纤维:其粗细介于微管和微丝之间,也是由蛋白质组成。不同组织中,中间纤维的 蛋白质成分有明显的差异。中间纤维与微管、微丝一起形成一个完整的骨架体系,细胞起支 撑作用。同时参与桥粒的形成。它外连细胞膜,内与核内的核纤层相通,它在细胞内信息传 递过程中可能起重要作用。 (3)细胞核骨架 真核细胞核中也存在着一个以蛋白质为主要结构成分的网架体系, 称为核骨架。 狭义地 讲,核骨架就是指核基质,广义地讲,核骨架则包括了核基质、核纤层和核孔复合体等。核

基质为 DNA 复制提供空间支架,对 DNA 超螺旋化的稳定起重要作用。核纤层为核被膜及 染色质提供结构支架。 (5)鞭毛和纤毛 鞭毛和纤毛是动物细胞及某些低等植物细胞表面的特化结构, 具有运动功能。 纤毛与鞭 毛结构基本相同, 包括两部分: 鞭杆、 基体。 鞭杆轴心是由 “9+2” 排列的一束微管构成 (包 括一对平行单管微管的组成的中央微管及围绕中央微管外周的 9 个二联体微管) 。 基体则无 中央微管,外周由 9 个三联体微管组成,呈“9+0”结构。这与中心粒的相同。 五、细胞分化 细胞分化,简单说是在个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。 1.细胞分化的原理 (1)细胞核的全能性 受精卵具有分化出各种组织和细胞,并建立一个完整个体的潜在能力,称为全能细胞。 囊胚细胞和原肠胚细胞具有分化出多种组织的可能, 但却不能发育成完整的个体, 为多能细 胞。成体中储存着保持增殖能力的细胞,它们产生的细胞后代有的可能分化为多种组织,有 的可能只分化出一种细胞。只能分化出一种细胞的类型叫做单能细胞。 随着动物细胞分化程度提高, 细胞分化潜能越来越窄, 但它们的细胞核仍保持着全能性。 高度分化的植物组织具有发育成完整植物的潜能,保持着发育的全能性。 (2)基因的选择表达 细胞分化与基因选择表达有关。细胞的编码基因分为两类:管家基因和奢侈基因。管家 基因是维持细胞生存必需的一类基因, 在各类细胞中都处于活动状态。 奢侈基因是在不同组 织细胞中选择表达的基因,与分化细胞的特殊性状直接相关。目前一般认为,细胞分化主要 是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果。 2.细胞质、细胞核及外界环境对细胞分化的影响 (1)细胞质在细胞分化中的决定作用 受精卵的分裂称卵裂。 卵裂过程的每次分裂, 从核物质的角度看都是均匀分配到子细胞 中,但是细胞质中物质的分布是不均匀的。也许正是因为胞质分裂时的不均等分配,在一定 程度上决定了细胞的早期分化。 (2)细胞核在细胞分化中的作用 细胞核是真核细胞遗传信息的贮存场所。因此,在细胞分化过程中,细胞核对于细胞分 化也肯定有重要的影响,它可能通过控制细胞质的生理代谢活动从而控制分化。 (3)外界环境对细胞分化的影响 细胞对邻近细胞的形态发生会产生影响,并决定其分化方向。另外,在多细胞生物幼体 发育过程中,环境中的激素作用能引发和促进细胞分化。 3.癌细胞 不受调节的恶性增殖细胞,这种细胞即称为癌细胞。 (1)癌细胞的主要特征 癌细胞的主要特征表现在无限增殖;接触抑制现象丧失;细胞间的粘着性降低,易分散 和转移;易于被凝集素凝集;粘壁性下降;细胞骨架结构紊乱;产生新的膜抗原;对生长因 子需要量降低等方面。 (2)致癌因子及癌基因学说 凡能引起细胞发生癌变的因子称为致因子。主要包括三类:化学致癌因子,物理致癌因 子,病毒致癌因子。 一些学者对细胞癌变的机理提出了“癌基因学说”:认为病毒对细胞的致癌作用是由于

病毒基因组中的癌基因引起, 而正常细胞中存在的癌基因是在早期进化过程中通过病毒感染 而从病毒基因组中获得。 如果细胞癌基因受阻, 则细胞能正常发育; 在各种致癌因子作用下, 细胞癌基因被活化而使细胞发生癌变。

[典型例题]
例 1.原核生物: A.具有细胞器,但不具有细胞核 B.能产生 ATP,能独立进行生命过程 C.细胞壁含几丁质 D.大多具有环状 DNA E.都是厌氧生物 解析:原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等,但有核糖体和中间体。细 胞壁成分主要 为肽聚糖,拟核内遗传物质为环状 DNA 分子。能独立代谢,但有需氧型的,也有厌氧型的。 答案 BD。 例 2.癌细胞的特征有(多选): A.可以远端转移 B.仅在人类和灵长类发现 C.其所有的癌基因表达上升 D.不存在细胞凋亡 解析:癌细胞的主要特征表现在无限增殖;接触抑制现象丧失;细胞间的粘着性降低, 易分散和转移; 易于被凝集素凝集;粘壁性下降;细胞骨架结构紊乱;产生新的膜抗原;对生长因子需要量 降低等方面。答案:AD。 例 3.以下哪个有关核仁的说法是错误的: A.核仁在有丝分裂中消失 B.rRNA 合成在核仁进行 C.tRNA 合成在核仁进行 D.小核仁可融合成大核仁 解析:核仁是核糖体 RNA(rRNA)合成及核糖体亚单位前体组装的场所,与核糖体的 生物发生密切相关。核仁可融合形成大核仁。答案:C 例 4.鞭毛摆动和细胞分裂收缩环的作用主要分别涉及细胞骨架: A.微管与微丝 B.中间纤维与微管 C.中间纤维与微丝 D.都是微管 解析:组成纤毛、鞭毛的微管主要与运动有关;动物细胞在进行分裂时,细胞中央发生 横缢,将细胞分成两个,也必须由微丝收缩而产生。答案:A。 例 5:自然界最小的细胞是 A.病毒 B.支原体 C.血小板 D.细菌 解析:最小的细胞是支原体。病毒无细胞结构,血小板无细胞核,不能算作真正的生命 体。答案:B。 例 6:在下列关于细胞基本共性的描述中,哪一项是错误的: A.所有细胞表面均具有脂蛋白体系构成的细胞膜 B.所有的细胞都有两种核酸(DNA 与 RNA)作为遗传信息复制与转录的载体 C.所有的细胞都有线粒体,作为产能细胞器 D.所有的细胞都具有核糖体作为蛋白质合成的机器 解析:凡细胞结构(包括原核细胞和真核细胞)均具有质膜,质膜的均以磷脂双分子层 为基本支架,蛋白质为运输载体。细胞中均具有两种核酸。但细胞中不均具有细胞器,厌氧 呼吸的细胞中均无线粒体。细胞中均具核糖体,用于蛋白质的合成。答案:C。 例 7:细胞膜脂质双分子层中,镶嵌蛋白质分子分布在: A. 仅在内表面 B.仅在两层之间 C.仅在内表面与外表面 D.两层之间、内表面与外表面都有

解析: 根据细胞膜的流体镶嵌模型, 镶嵌蛋白质分子分布在两层之间、 内表面与外表面。 答案:D。 例 8: 甜菜肉质贮藏根液泡中的花青素使块根呈红色, 将此根切成小块, 放入蒸馏水中, 水的颜色无明显变化;若先用盐酸处理此根,再放入蒸馏水中,则水变为红色,原因是: A.盐酸破坏了细胞壁 B.盐酸破坏了细胞膜 C.盐酸破坏了原生质层 D.花青素溶于盐酸而不溶于水 解析: 盐酸破坏了原生质层, 即细胞膜、 细胞质及液泡膜, 使细胞的选择透过性被破坏, 细胞液外流。答案:C。 例 9:造成动植物细胞营养类型不同的主要原因是动物细胞: A.无细胞壁 B.无中央液泡 C.无质体 D.无中心体 解析:动植物细胞代谢类型不同,植物一般为自养型,动物一般为异养型,主要原因是 动物细胞无质体,而植物细胞有。质体中的叶绿体可进行光合作用,制造有机物。 例 10:下列结构中,必需用电子显微镜才能看得到的结构是: A.液泡和叶绿体 B.基粒和核孔 C.细胞核和染色体 D.细胞壁和细胞 膜 解析:光镜下可见的结构为显微结构,如细胞壁、细胞核、核仁、染色体、纺锤体、叶 绿体等;电镜下分辨率达 0.25um 以下的结构为亚显微结构,如基粒和核孔。

[智能训练]
1.下列生物中属于原核生物的一组是:( ) A.蓝藻和酵母菌 B.蓝藻和硝化细菌 C.绿藻和根瘤菌 D.水绵和 紫菜 2.下列各种特征中,属于细菌共有的是 ① 原核细胞 ② 坚硬的细胞壁和肽葡聚糖 ③ 真核细菌 ④ 裂殖繁殖 ⑤ 具有纤维素的坚硬细胞壁 A.①②④ B.②③④ C.③④⑤ D.①②⑤ 3.细菌的芽孢是:( ) A.休眠体 B.营养繁殖体 C.孢子 D.营养体 4.根据内共生起源学说,线粒体和叶绿体分别起源于:( ) ① 原细菌 ② 原始真核细胞内细菌状共生体 ③ 紫色硫细菌 ④ 反硝化细菌 ⑤ 原始真核细胞内蓝藻状共生体 A.①③ B.②④ C.③⑤ D.②⑤ 5.动物细胞在细胞膜外缺少坚硬的细胞壁,但许多细胞仍然保持细胞的非球体状态,其原 因是:( ) A.细胞膜上的蛋白质分子可以流动 B.微管起着支持作用 C.基质充满细胞维持着形态 D.磷脂双分子层的骨架作用 6.是细菌具有的结构和重要的生理活动的是:( ) ① 自养 ② 异养 ③ 不能运动 ④ 有叶绿体 ⑤ 有线粒体 ⑥ 有细胞 核 ⑦ 没细胞核 ⑧ 有细胞膜 ⑨ 有细胞壁 ⑩ 可以运动 A.②⑤⑥⑧⑩ B.①③④⑤⑥⑧⑨ C.②③⑤⑥⑧⑨ D.①②③ ⑦⑧⑨⑩ 7.下列物质中,不能横穿细胞膜进出细胞的是:( )

A.维生素 D 和性激素 B.水和尿素 C.氨基酸和葡萄糖 D.酶和胰 岛素 8.关于细胞核膜上的核孔,以下叙述不正确的是:( ) A.核孔在核膜上均匀分布 B.核孔由内、外核膜融合而成 C.核孔数目多少与细胞核体积大小正相关 D.核孔是某些大分子物质的运输 孔道 9.在某一类型的血细胞中,一种中性物质的浓度比周围血浆中的浓度高得多,然而此物质 仍能继续不断地进入细胞。该物质进入细胞的这一方式是:( ) A.渗透作用 B.简单扩散作用 C.易化扩散,即进行得较快的扩散作用 D.主动运输 10.真核细胞细胞质中的核糖体:( ) A.与细菌的核糖体大小、组成相同 B.较细菌的核糖体大,但组成相 似 C.较细菌的核糖体小,组成不同 D.与细菌核糖体大小相同,但组 成完全不同 11.在真核细胞中,产生初级溶酶体的是:( ) A.细胞质液 B.细胞核 C.高尔基体 D.内质网 12.粗面内质网上合成的蛋白质需经下列哪种结构加工处理后才具有生物活性?( ) A.溶酶体 B.线粒体 C.质体 D.高尔基 体 13.睾丸间质细胞合成的雄性激素,是在下列哪种细胞器中合成的?( ) A.高尔基体 B.细胞质 C.核糖体 D.滑面内 质网 14.用某种影响细胞骨架的药水处理体外培养的细胞,群体中出现双核细胞,最可能的原因 是:( ) A.微丝破坏 B.微管破坏 C.染色体畸变 D.细胞发 生融合 15.下列四对名词中,合适的是:( ) A.叶绿体一酶的贮藏处 B.过氧化(酶)体一细胞中的转运 作用 C.核仁一核糖体亚基的组装部位 D.溶酶体一细胞中的发电站 16. 如果以下的说法对叶绿体和线粒体来说都正确, 在括号上标 “+” , 如果不正确则标 “-” A.含有蛋白质( ) B.含有可结合氢离子的辅酶( ) C.含有钾离子( ) D.缺少 DNA( ) E.能产生 ATP( ) F.能产生氧气( ) 17.请参考下面资料,回答以下两个问题: ①直径 25nm;②直径 8~10nm;③直径 7nm;④管状;⑤由各种蛋白质组成; ⑥由 4~5 条原丝组成的管;⑦由微管蛋白组成,是一种蛋白质;⑧主要由肌动蛋白组 成; ⑨死亡细胞形成角质保护层;⑩构成中心粒、纺锤体、纤毛的基本单位。 (1) 真核细胞含有微管和微丝结构, 这些结构称为细胞骨架。 正确描述微管的是: ( ) A.①④⑦⑩ B.③⑥⑧ C.②⑤⑥⑨ D.③⑧ (2)能描述微丝特点的是:( ) A.①④⑦⑩ B.③⑥⑧ C.②⑤⑥⑨ D.③⑧

18.高等植物细胞和动物细胞之间,在细胞分裂的机制上的不同点是:( ) ① 着丝点分裂 ② 细胞质分裂 ③ 纺锤丝的功能 ④ 中心粒存在 A.①② B.①④ C.②④ D.③④ 19.“一些细菌的单个细胞可能包括不同数量的质粒分子。”这句话:( ) A.不对,每个细胞中只有一个质粒分子 B.对,但仅当细菌菌株不同时 C.对,但只是当细菌在不同条件下培养时 D.对,因为大多数质粒的复制并不 是严格控制的 20.核糖体 RNA 的基因位于染色体上的位置是:( ) A.端粒 B.主隘痕 C.着丝粒 D.副隘 痕 21.决定核糖体与内质网之间的联系的是:( ) A.碳水化合物 B.蛋白质氨基末端序列 C.蛋白质羧基末端序列 D.脂肪 22.支持叶绿体的内共生起源假说的特征是:( ) ① 它为单层膜的细胞器 ② 它为双层膜的细胞器 ③ 它具有自己独立的遗传系统,包括环状 DNA ④ 它没有自己的遗传系统 ⑤ 它具有与细胞质核糖体不同的核糖体 ⑥ 它具有与细胞质核糖体相同的核 糖体 A.①④⑤ B.②④⑥ C.①③⑥ D.②③ ⑤ 23.一个分子自叶绿体类囊体内到达线粒体基质必须穿过的层膜数是:( ) A.3 B.5 C.7 D.9 24.下图中Ⅰ—Ⅳ说明了物质和离子通过细胞膜的转运,下列陈述中正确的是:( )

A.所有图中均有主动运输 B.在图Ⅱ和图Ⅲ中有主动转运,在图Ⅰ和图Ⅳ中有被动转运 C.在图Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ中有渗透作用 D.在Ⅲ图中有主动转运,而在图Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中有被动转运 25.高等植物细胞之间的物质交换和通讯主要通过的途径是:( ) A.胞隙连结 B.吞噬 C.外排 D.胞间连 丝 26.白细胞能吞噬绿脓杆菌,与这一现象有关的是:( ) A.主动运输 B.协助扩散 C.自由扩散 D.胞膜一 定的流动性 27.溶酶体内腔液:( ) A.较细胞质更具酸性 B.较细胞质更为碱性 C.同细胞质的 pH 一样 D.时而更酸,时而更碱

28.下列对克隆羊叙述正确的是(多选):( ) A.克隆羊是无性生殖产生的 B.克隆绵羊“多莉”采用的是母体乳腺上皮细胞 C.克隆绵羊“多莉”的产生过程利用了三只绵羊 D.克隆“多莉”用的是 16 细胞“胚”植入代孕母羊 29.病毒的特点是(多选):( ) A.可采用光学显微镜观察病毒的形态特征 B.病毒不能产生 ATP,不能独立进行各种生命过程 C.病毒毒粒内含有 DNA 和 RNA D.病毒能通过细菌滤器 E.没有细胞结构 30.对法囊藻(一种海藻)的细胞中各种离子浓度的分析表明,细胞液的成分与海水 的成分很不相同(见右图)。 + - + + (1)K 和 Cl 的细胞内积累,而 Na 、Ca2 等在细胞液中的含量低于海水中的含 量。这表明 。 + - (2)K 和 Cl 进入细胞的转运方向是 ,这种吸收方式叫 做 ,这种吸收方式需要的两个基本条件 是 , 。 + 2+ (3)Na 和 Ca 进入细胞的转运方向是 ,它们的吸收方式属 于 。 (4)法囊藻细胞液中的各种离子浓度与海水中各种离子浓度不成比例, 其结构基础是 。 31.右下图是某种生物的细胞亚显微结构示意图,试据图回答: (1)与图中⑥的形成有关的结构是 。 (2)与细胞渗透吸水能力直接有关的结构是 。 (3)对细胞各种生理活动起催化作用的物质是在 处会成。 (4)图中能将水分解的场所是 。 (5)CO2 主要由图中的 释放,所释放的 CO2 在充足的光照条件 下扩散到 处被利用。 (6)非生物界的能量通过图中结构 的生理活动后,才能进入生物界。 (7)既是细胞营养物质贮藏器,又是细胞废物的排泄器是图中的 。 32.右图为某动物细胞结构示意图,如果在一定时间内,让该细胞吸收放射性同位素 标记的氨基酸。请回答问题: (1)⑤部位的物质(图上方的黑点),首先是附着在( ) 上的 ( ) 合成的 物质。 (2)它是由( ) 。加工后形成的。 (3)此动物细胞对该物质还具有 功能。 33.阅读下文,并回答以下各问题: 把菠菜叶放进适当的溶液中,进行研磨。将研磨液用纱布过滤后,除去未磨碎的组织, 得到一种绿色的液体。把其倒入离心管中,进行适当强度的离心分离,得到沉淀(沉淀 A)。 将此沉淀用电子显微镜进行观察时,可发现细胞壁的碎片和(甲)膜上具有许多小孔的球状 结构。 将其上清液的绿色部分进行较强力的离心分离时, 绿色部分几乎全部沉淀 (沉淀 B) 。 用电子显微镜观察此沉淀,发现有许多(乙)直径为几微米的细胞器。又把几乎透明的上清

液,用更强的离心力进行分离时,可得沉淀(沉淀 C)。用电子显微镜观察此沉淀,则发现 (丙)许多直径约 0.5um 的球状或短棒状,内外包着两层膜且向内折叠的细胞器。如继续进 行强力离心时, 可使上部的澄清部分中的小微粒都沉淀, 此沉淀 (沉淀 D) 其中含有许多 (丁) 直径约 0.02um 的致密小颗粒和(戊)由该颗粒所附着的膜构成的细胞器。 (1):上述文章中划线处(甲)~(戊)所示的细胞结构名称分别是 甲 乙 丙 丁 戊 A 细胞核——叶绿体——线粒体——内质网——核糖体 B 线粒体——叶绿体——细胞核——内质网——核糖体 C 细胞核——叶绿体——线粒体——核糖体——内质网 D 线粒体——叶绿体——细胞核——核糖体——内质网 (2):下文①~⑨是对上述沉淀 A~D 所含有关细胞器的叙述。请从①~⑨中找出正 确答案填入各自 的括号内。 沉淀 A( ),沉淀 B( ),沉淀( ),沉淀 D( )。 ① 与 CO2 的产生和 ATP 的生成有关 ② 具有全透的性质,对植物细胞的形态具有维持作用 ③ 是蛋白质合成的主要场所 ④ 含有大量的 DNA ⑤ 含有与糖酵解有关的酶 ⑥ 与氧的产生和 ATP 的生成有关 ⑦ 含有与三羧酸循环和电子传递系统有关的酶 ⑧ 含有 CO2 合成葡萄糖或淀粉有关的酶 ⑨ 是合成某些专供输送到细胞外的蛋白质的细胞器 【参考答案】 1.B 2.A 3.A 4.D 5.B 6.D 7.D 8.C 9.D 10.B 11.C 12.D 13.D 14.D 15.C 16.+ + + - + - 17.(1)A(2) D 18. C 19. D 20. D 21. B 22. D 23. B 24. D 25. D 26. D 27. A 28ABC 29BDE 30.(1)此海藻对矿质离子的吸收具有选择性 (2)从低浓度到高浓 度 主动运输 载体和能量(3)高浓度到低浓度 主动运输(4)细胞膜上不同离子 的载体数量不同 31.(1)② (2)③ (3)⑦ (4)⑤ (5)④⑤ (6)⑤ (7) ③ 32.(1)②内质网 ①核糖体 蛋白质 (2)③高尔基体 (3)分泌 33.(1) C (2)A ②④ B ⑥⑧ C ⑤⑦ D ③⑨

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题三 细胞代谢的 基础
[竞赛要求]
1.细胞代谢与能量 2.ATP(三磷酸腺苷)结构和功能 2.酶的功能 3.细胞膜:理化性质、分子结构与物质运输等

[知识梳理]
一、细胞代谢与能量 1.细胞代谢与能量 生物的新陈代谢,或称代谢,是生物体内所进行的全部物质和能量变化的总称,它是最 基本的生命活动过程。生活的细胞通过代谢活动,不断从环境中取得各种必需的物质,来维 持自身高度复杂的有序结构,并保证细胞生长、发育和分裂等活动的正常进行。 细胞中能的转换类型是多种多样的。由于细胞成分中的蛋白质、核酸等分子相当脆弱, 遇到高温就要变性失活, 所以细胞内不能利用热能来做功。 在细胞和生物体的能量转换中起 重要作用的是化学能。三磷酸腺苷(ATP)常常充当各种类型的能量相互转换的媒介物。许 多放能反应总是和 ATP 的合成相耦联,将放出的能贮存在 ATP 中;许多需能反应总是和 ATP 分解相耦联,从 ATP 中获得自由能(在压力和温度都恒定的条件下能够做功的能称为 自由能)。 2.三磷酸腺苷(ATP) (1) ATP 的结构特性 三磷酸腺苷(ATP)也叫做腺苷三磷酸、是高能磷酸化合物的典型代表。ATP 是由一分 子腺嘌呤、 一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。 这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团 连接处算起,依次分别称为 α、β、γ 磷酸基团。ATP 的结构式是:

ATP 分子中的 γ 磷酸基团水解时(有关酶的催化下),能释放 30.5 kJ/mol 的能量。ATP 分子既可以水解一个磷酸基团(γ 磷酸基团),而形成二磷酸腺苷(ADP)和磷酸(Pi); 也可以同时水解两个磷酸基团(β 磷酸基团和 γ 磷酸基团),而形成一磷酸腺苷(AMP)和 焦磷酸(PPi)。后一种水解方式在某些生物合成中具有特殊意义。AMP 可以在腺苷酸激酶 的作用下,由 ATP 提供一个磷酸基团而形成 ADP,ADP 又可以迅速地接受另外的磷酸基团 而形成 ATP。 (2) ATP 系统的动态平衡 ATP 是活细胞内一种特殊的能量载体,在细胞核、线粒体、叶绿体以及细胞质基质中广 泛存在着, 但是 ATP 在细胞内的含量是很少的。 ATP 与 ADP 在细胞内的相互转化却是十分 迅速的。在活细胞中,ATP 末端磷酸基团的周转是极其迅速的,其消耗与再生的速度是相 对平衡的,ATP 的含量因而维持在一个相对稳定的、动态平衡的水平。这对于构成细胞内 稳定的供能环境具有十分重要的意义。 (3) ATP 的生成 动物和人等:呼吸作用

绿色植物:光合作用;呼吸作用 (4) ATP 的利用 ATP 中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量,用于各项生命活动。这些能量的形 式主要有以下 6 种。 渗透能:细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的,物质跨膜移动所做的功消耗了能量,这 些能量叫做渗透能。 机械能:细胞内各种结构的运动都是在做机械功,所消耗的就是机械能。例如,肌细胞 的收缩,草履虫纤毛的摆动,精子鞭毛的摆动,有丝分裂期间染色体的运动,腺细胞对分泌 物的分泌等。 电能:大脑的思考──神经冲动在神经纤维上的传导,以及电鳐、电鳗等动物体内产生 的生物电等,它们所做的电功消耗的就是电能。 化学能:细胞内物质的合成需要化学能,如小分子物质合成为大分子物质时,必须有直 接或间接的能量供应。另外,细胞内物质在分解的开始阶段,也需要化学能来活化,成为能 量较高的物质(如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖)。可以说在细胞内的物质代谢中,到处都需要 由 ATP 转化而来的化学能做功。 光能:目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚,但是已经知道,生物体用于发 光的能量直接来自 ATP,如萤火虫的发光。 热能:有机物的氧化分解释放的能量,一部分用于生成 ATP,大部分转化为热能通过各 种途径向外界环境散发,其中一小部分热能作用于体温。通常情况下,热能的形成往往是细 胞能量转化和传递过程中的副产品。此外,ATP 释放的能量中,一部分能量也能用于动物 的体温的提升和维持。 (4) 其他高能磷酸化合物 除 ATP 外,由其他有机碱构成的核苷酸也有重要的生物学功能,如三磷酸鸟苷(GTP) 是蛋白质合成过程所需要的,三磷酸尿苷(UTP)参与糖原的合成,三磷酸胞苷(CTP)是 脂肪和磷脂合成所必需的。 在动物和人体细胞(特别是肌细胞)内,除了 ATP 外,其他的高能磷酸化合物还有磷 酸肌酸 (可用 C~P 代表) 。 磷酸肌酸的结构式是:

当动物和人体细胞由于能量大量消耗而使细胞内的 ATP 含量过分减少时,在有关酶的 催化作用下,磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给 ADP,从而生成 ATP 和肌酸(可 用 C 代表);当 ATP 含量比较多时,在有关酶的催化作用下,ATP 可以将磷酸基团连同能 量一起转移给肌酸,使肌酸转变成磷酸肌酸。

对于动物和人体细胞来说,磷酸肌酸只是能量的一种储存形式,而不能直接被利用。由 此可见, 对于动物和人体细胞来说, 磷酸肌酸在能量释放、 转移和利用之间起着缓冲的作用,

从而使细胞内 ATP 的含量能够保持相对的稳定,ATP 系统的动态平衡得以维持。 二、酶及其功能 新陈代谢是生命活动的基础。 而构成新陈代谢的许多复杂而有规律的物质变化和能量变 化,都是在酶催化下进行的。可以说,没有酶的参加,生命活动一刻也不能进行。 (一)酶的化学本质 1.绝大多数酶是蛋白质,某些 RNA 也具有催化活性。 20 世纪 80 年代发现某些 RNA 有催化活性, 还有一些抗体也有催化活性, 甚至有些 DNA 也有催化活性,使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。 (二)酶是生物催化剂 1.酶与一般催化剂的共同点 (1)用量少而催化效率高。 (2)能加快化学反应的速度,但不改变平衡点,反应前后本身不发生变化。 (3)酶降低反应所需的活化能。 分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。 例 2H2O2→2H2O+O2 反应 活化能 非催化反应 75.24kJ/mol 钯催化反应 48.9kJ/mol H2O2 酶催化 8.36kJ/mol 2.酶作为生物催化剂的特点 (1)高效性:指催化效率很高,使得反应速率很快(酶降低活化能更显著)。 (2)高度的专一性:任何一种酶只作用于一种或几种相关的化合物,这就是酶对底物的 专一性。 (3)温和的反应条件:酶促反应在常温、常压、生理 pH 条件下进行。 (4)酶在体内受到严格的调节、控制。 (5)酶的催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关。 (三)酶的分类 按照酶的化学组成可以将酶分为以下两类: (1)单纯蛋白质酶:有些酶只是多肽链,除了氨基酸不含任何其他化学物质,也就是说 有些酶是单纯蛋白质,如胰脏的核糖核酸酶、淀粉酶等。 (2)结合蛋白质酶:有些酶除了蛋白质外,还含有一些对热稳定的非蛋白质类小分子物 质或金属离子, 即由蛋白质部分和非蛋白质部分组成。 结合蛋白质酶的蛋白质部分称为脱辅 酶,非蛋白质部分称为辅因子。脱辅酶与辅因子结合后所形成的复合物称为“全酶”,即全酶 =脱辅酶+辅因子。在酶催化时,一定要有脱辅酶和辅因子同时存在才起作用,二者各自单 独存在时,均无催化作用。脱辅酶部分决定酶催化的专一性,辅酶(辅基)在酶催化中通常 是起着电子、原子或某些化学基团的传递作用,大部分辅酶是维生素或维生素的衍生物。 (四)影响酶作用的因素 酶的催化活性的强弱以单位时间(每分)内底物减少量或产物生成量来表示。研究某一 因素对酶促反应速率的影响时,应在保持其他因素不变的情况下,单独改变研究的因素。

影响酶促反应的因素常有:酶的浓度、底物浓度、pH 值、温度、抑制剂、激活剂等。其变 化规律有以下特点。 (1)酶浓度对酶促反应的影响在底物足够,其他条件固定的条件下,反应系统中不含有 抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时,酶促反应的速率与酶浓度成正比。 (2)底物浓度对酶促反应的影响在底物浓度较低时,反应速率随底物浓度增加而加快, 反应速率与底物浓度近乎成正比; 在底物浓度较高时, 底物浓度增加, 反应速率也随之加快, 但不显著;当底物浓度很大,且达到一定限度时,反应速率就达到一个最大值,此时即使再 增加底物浓度,反应速率几乎不再改变。 (3)pH 对酶促反应的影响每一种酶只能在一定限度的 pH 范围内才表现活性,超过这个 范围酶就会失去活性。在一定条件下,每一种酶在某一个 pH 时活力最大,这个 pH 称为这 种酶的最适 pH。 (4)温度对酶促反应的影响酶促反应在一定温度范围内反应速率随温度的升高而加快; 但当温度升高到一定限度时, 酶促反应速率不仅不再加快反而随着温度的升高而下降。 在一 定条件下,每一种酶在某一温度时活力最大,这个温度称为这种酶的最适温度。 (5)激活剂对酶促反应的影响激活剂可以提高酶活性,但不是酶活性所必需的。激活剂 大致分两类:无机离子和小分子化合物。 (6)抑制剂对酶促反应的影响抑制剂使酶活性下降,但不使酶变性。抑制剂作用机制分 两种:可逆的抑制作用和不可逆的抑制作用。

二、生物膜及功能 (一)生物膜的化学构成 生物膜是指构成细胞的所有膜的总称。 按其所处位置可分为两种: 一种处于细胞质外面 的一层膜叫细胞膜,也可叫质膜;另一种是处于细胞由膜围绕而成的细胞器或细胞结构,叫 内膜。细胞的内膜系统是指真核细胞内,在结构、功能或发生上相关的,如核膜、内质网、 高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体,等等。细胞内膜是相对于包围在细胞外面的细胞膜而 言的。细胞膜可由内膜转化而来(如子细胞的质膜由高尔基体小泡融合而成)。? 生物膜是细胞结构的基本形式, 它对酶催化反应的有序进行和整个细胞的区域化都提供 了一个必要的结构基础。当然,生物膜的功能是多种多样的,如细胞的物质代谢、能量转换 和信息传递等都与生物膜有关。 在真核细胞中,膜结构占整个细胞干重的 70%~80%。生物膜由蛋白质、脂类、糖、水 和无机离子等组成。蛋白质约占 60%~65%,脂类占 25%~40%,糖占 5%。这些组分,尤其是 脂类与蛋白质的比例,因不同细胞、细胞器或膜层而相差很大。生物膜结构上,就是脂类以 双分子层构成生物膜的基本结构,而蛋白质分子则“镶嵌”于其中。? 1.膜蛋白? 生物膜中的蛋白质约占细胞蛋白总量的 20%~30%,它们或是单纯的蛋白质,或是与糖、 脂结合形成的结合蛋白。 根据它们与膜脂相互作用的方式及其在膜中的排列部位, 可以大体 地将膜蛋白分为两类:外在蛋白与内在蛋白(图 1-7)。外在蛋白为水溶性球状蛋白质,通过 静电作用及离子键等非共价键与膜脂相连, 分布在膜的内外表面。 内在蛋白占膜蛋白总量的 70%~80%,又叫嵌入蛋白或整合蛋白,其主要特征是水不溶性,分布在脂质双分子层中,有 的横跨全膜也称跨膜蛋白,有的全部埋入疏水区,有的与外在蛋白结合以多酶复合体形式与 膜脂结合。 膜蛋白执行着生物膜的主要功能。不同生物膜所具有的不同生物学功能主要是由于所 含膜蛋白的种类和数量的不同。

细胞膜的构造 2.膜脂? 在植物细胞中,构成生物膜的脂类主要是复合脂类,包括磷脂、糖脂、硫脂等。? 磷脂是含磷酸基的复合脂。在植物细胞膜中重要的磷脂属甘油磷脂,它们是磷脂酰胆 碱(卵磷脂)和磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)。另外,还有磷脂酰丝氨酸,磷脂酰甘油,磷脂酰肌醇 等。? 磷脂分子结构既有疏水基团,又有亲水基团。

如图所示,分子中有一个极性的“头部”和一个疏水的“尾部” 。磷脂的这种特性使之 在生物膜形成中起着独特的作用。? 糖脂是指甘油脂中甘油分子上有一个羟基以糖苷键与一分子六碳糖相结合的产物。硫 脂则是糖脂分子中的六碳糖上又带一个硫酸根基团。糖脂和硫脂也具有极性的“头部”和疏 水的“尾部” ,这两种脂类在叶绿体膜中特别多,其含量甚至超过了磷脂。? 由上可知,膜上的脂类几乎都是两性分子,在水相中可自发地形成脂双层,即脂类分 子呈两层排列,亲水的头部处于水相,疏水的尾部朝向中央。这种自发的排列过程称作脂类 的自我装配。脂双层一旦有破损也能自我闭合。脂双层是流动的,脂类分子能在各自的单分 子层内迅速地移动,即横向扩散,而一般不容易“翻转” ,即不易从一个单分子层颠转到另 一单分子层。 脂双层的自我装配、 自我闭合以及具有流动性的三大特点决定了它能成为生物 膜理想的基本结构。?

膜脂上的脂肪酸有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸之分,不饱和脂肪酸分子有双键,其顺 式和反式的互变使不饱和脂肪酸易于弯曲或转动,从而使得膜结构比较松散而不僵硬。? 膜脂上的不饱和脂肪酸与植物的抗逆性有很大关系,通常耐寒性强的植物,其膜脂中 不饱和脂肪酸含量较高, 而且不饱和程度(双键数目)也较高, 有利于保持膜在低温时的流动 性;而抗热性强的植物,其饱和脂肪酸的含量较高,有利于保持膜在高温时的稳定性。 3.膜糖? 生物膜中的糖类主要分布于质膜的外单分子层。 这些糖是不超过 15 个单糖残基所连接 成的具分支的低聚糖链(寡糖链),它们大多数与膜蛋白共价结合,少部分与膜脂结合,分别 形成糖蛋白和糖脂(图 1-7)。由于单糖彼此间结合方式、排列顺序、种类、数量以及有无分 支等差别,其组合是千变万化的,所形成的寡糖链种类非常多,形成了多种细胞表面特异的 图像,细胞之间借此进行互相识别和交换信息。? (二) 、生物膜的结构? 关于生物膜的结构有许多假说与模型,下面介绍两种模型。? 1.流动镶嵌模型? 流动镶嵌模型由辛格尔(S.J. Singer)和尼柯尔森(G. Nicolson)在 1972 年提出,认为 液态的脂质双分子层中镶嵌着可移动的蛋白质, 上图展示了此模型的结构特点。 内在蛋白嵌 合在磷脂分子层中,内在蛋白或其聚合体可横穿膜层,两端极性部分伸向水相,中间疏水部 分与脂肪酸部分呈疏水结合,外在蛋白与膜两侧的极性部分结合。? 这个模型的特点是强调膜的不对称性和流动性。脂双层的流动性保证了膜能经受一定 程度的形变而不致破裂,这可使膜中各种成分按需要调整或组合,使之合理分布,有利于表 现膜的多种功能。 更重要的是它允许膜互相融合而不失去膜对通透性的控制, 确保膜分子在 细胞分裂时均等地分配给子代细胞。 流动镶嵌模型虽得到比较广泛的支持,但仍有很多局限性,如忽视了蛋白质对脂类分 子流动性的控制作用和膜各部分流动的不均匀性等问题。 2.板块镶嵌模型? 板块镶嵌模型由贾因(M.K. Gain)和怀特(White)在 1977 年提出。他们认为,由于生物 膜脂质可以在环境温度或其它化学成分变化的影响下,或是由于膜中同时存在着不同脂质 (脂肪链的长短或不同的饱和度),或者由于蛋白质和蛋白质、蛋白质和脂质间的相互作用, 使膜脂的局部经常处于一种“相变”状态,即一部分脂区表现为从液晶态转变为晶态,而另 一部分脂区表现为从晶态转变为液晶态。因此,整个生物膜可以看成是由不同组织结构、不 同大小、不同性质、不同流动性的可移动的“板块”所组成,高度流动性的区域和流动性比 较小的区域可以同时存在,随着生理状态和环境条件的改变,这些“板块”之间可以彼此转 化。 (三) 、生物膜的功能 正是有了脂性的膜,才使生命物质——蛋白质与核酸获得与周围介质隔离的屏障而保 持聚集和相对稳定的状态,因此,细胞膜是任何活细胞必不可少的。植物细胞可以脱离细胞 壁而生活,却不能脱离细胞膜膜而生存。膜的主要功能如下: 1.分室作用 细胞的膜系统不仅把细胞与外界环境隔开, 而且把细胞内的空间分隔, 使 细胞内部的区域化,即形成各种细胞器,从而使细胞的代谢活动“按室进行” 。各区域内均 具特定的 pH、电位、离子强度和酶系等。 同时,由于内膜系统的存在,又将各个细胞器联系起来共同完成各种连续的生理生化 反应,比如光呼吸过程就是由叶绿体、过氧化物体和线粒体三者协同完成的。? 2.代谢反应的场所 细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行。 如光合作用的光能吸 收、 电子传递和光合磷酸化、 呼吸作用的电子传递及氧化磷酸化过程分别是在叶绿体的光合

膜和线粒体内膜上进行的。 3.物质交换 质膜的另一个重要特性是对物质的透过具有选择性, 控制膜内外进行物质 交换。如质膜可通过扩散、离子通道、主动运输及内吞外排等方式来控制物质进出细胞。各 种细胞器上的膜也通过类似方式控制其小区域与胞质进行物质交换。? 4.识别功能 质膜上的多糖链分布于其外表面,似“触角”一样能够识别外界物质,并 可接受外界的某种刺激或信号,使细胞作出相应的反应。例如,花粉粒外壁的糖蛋白与柱头 细胞质膜的蛋白质之间就可进行识别反应。膜上还存在着各种各样的受体,能感应刺激,传 导信息,调控代谢。

[典型例题]
例 1:“高能磷酸键”中的“高能”是指该键:( ) A.健能高 B.活化能高 C.水解释放的自由能高 D.A、B、C 都是 解析:化学中使用的“键能”和生物化学中使用的“高能键”,含义是完全不同的。化 学中“键能”的含义是指断裂一个化学键所需要提供的能量; 生物化学中所说的“高能键” 是指该键水解时能释放出大量能量。(一般在 20.92 kJ/mol 以上)。答案:C。 例 2:酶具有极强的催化功能,其原因是:( ) A.增加了反应物之间的接触面 B.降低了底物分子的活化能 C.提高了反应物分子中的活化能 D.降低了底物分子的自由能 解析: 分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。 因为 酶降低活化能更显著,所以催化效率高。答案:B。 例 3:下列各组消化液中,每组均由每种消化液 2ml 混合而成,哪组能将蛋糕完全消化, 且对蛋糕的消化力最强:( ) A.胃液、胰液、肠液 B.胰液、肠液、胆汁 C.唾液、胃液、肠液 D.胃液、肠液、胆汁 解析: 酶的催化效率有最适 PH 值, 胃蛋白酶是 2.0 左右, 肠液和胰液最适 PH 值 8 左右, 唾液最适 PH 是 6.8 左右,胆汁的 PH 值 7 左右。所以,如有胃液和其他消化液混合,两方面 的酶都会由于 PH 值偏离最适而降低活性甚至失活, 从而降低了对蛋糕的消化能力。 答案: B 。 例 4:下列生理活动中,不产生 ATP 的是:( ) A.暗反应 B.有氧呼吸 C.光反应 D.无氧呼吸 解析:暗反应消耗 ATP,其他过程有 ATP 生成。 答案:A 例 5: 在人体和高等动物体内, 在 pH 值由 5 上升到 10 的过程中, 蛋白酶的催化速度将: ( ) A.先升后降 B.不断上升 C.不断下降 D.先降后升 解析:本题考查问题并不难,但审题要仔细。题干所问是生物体内的蛋白酶活性随 PH 值变化!而不是胃蛋白酶。人体大多数酶的最适 PH 值为 7,所以本题答案:A。 例 6:人和动物体内发生“ADP 十磷酸肌酸
酶 ? ?? ATP+肌酸”反应的条件是:( )

A.肌肉组织缺氧 B.机体消耗 ATP 过多 C.机体进行有氧呼吸 D.机体进行厌氧呼吸 解析:ATP 消耗过多,意味着生物体大量消耗能量,能量供不应求。磷酸肌酸是动物肌 肉中的储能物质,在 ATP 消耗过多时,会分解,将磷酸基团及高能键转移致 ADP,生成 ATP, 实现能量的迅速转移及供应。答案:B。

例 7:下列物质中属于高能化合物的是:( ) A.ATP B.ADP C.AMP D.A 解析:高能化合物是含有高能键的化合物,ATP 有两个高能磷酸键,ADP 有一个高能磷 酸键,AMP 虽然有磷酸基团但是不含高能磷酸键。所以答案:A、B。 例 8:下面哪种有关酶的描述是错的:( ) A.所有酶都是蛋白质 B.酶有专一性 C.酶在细胞外也可以发挥功能 D.酶可以不需要辅基 解析:酶的化学本质:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是 RNA。条件适宜,酶在体外也一 样具有催化作用。 从酶的化学构成角度: 单纯蛋白质酶, 除了氨基酸不含任何其他化学物质。 结合蛋白质酶含有辅酶(辅基)。本题答案:A。

[智能训练]
1.细胞膜脂质双分子层中,镶嵌蛋白质分子分布在:( ) A. 仅在内表面 B.仅在两层之间 C.仅在内表面与外表面 D.两层之间、内表面与外表面都有 2.以药物抑制草履虫 ATP 的合成,虫体死亡后其细胞常:( ) A.萎缩 B.膨大 C.破裂 D.不变 3.下列关于矿质元素的叙述不正确的是:( ) A.植物需要量最大的矿质元素是:氮、磷、钾 B.根对矿质元素的吸收具有选择性 C.根对矿质元素的吸收都要通过交换吸附 D.矿质元素进入根毛细胞中都需要 消耗 ATP 4.同呼吸作用有关,但与 ATP 无关的过程是:( ) A.主动运输 B.协助扩散 C.离子交换吸附 D.渗透吸水 5.以下四组是影响酶活力的主要因素,正确的是:( ) A.底物的浓度、pH 值、温度 B.光照、温度、pH 值 C.底物的浓度、压力、PH 值 D.温度、压力、pH 值 6.动物体内能量代谢过程中,能量转移是指:( ) A.肝糖元与血糖的相互转变需 ATP B.有机物氧化分解产生 ATP C.合成有机物消耗 ATP D.ATP 释放能量用于各种生理活动 7.人体进行下列哪项生理活动时,会产生 ATP?( ) A.呼吸运动 B.外呼吸 C.肺的通气 D.内呼吸 8.当人在剧烈运动时,合成 ATP 的能量主要来源于: ( ) A.无氧呼吸 B.有氧呼吸 C.磷酸肌酸 D.以上三项都有 9.人体的酶与激素的共同点是:( ) A.都是活细胞产生 B.都来源于腺体 C.都是细胞代谢产物 D.只存在于活细胞中 10.欲观察寄生在人体血细胞内的微丝蚴,可把红细胞置于( ) A.蒸馏水中 B.5%蔗糖溶液中 C.瑞氏溶液中 D.生理盐水中 11.以下哪种物质具有高能键:( ) A.磷酸烯醇式丙酮酸 B.3 一磷酸甘油酸 C.2 一磷酸甘油醛 D.果糖-6-磷酸 12.肌肉收缩时直接能源是:( ) A.ATP B.磷酸肌酸 C.葡萄糖 D.GTP

13.蔗糖在常温下很稳定,这是因为:( ) A.蔗糖需要较高的活化能 B.蔗糖是天然防腐剂 C.蔗糖处于一种低能级状态 D.葡萄糖不易同其他化合物反应 14.在酶促反应中,如果加入竞争性抑制剂:( ) A.米氏常数不变 B.最大反应速度不变 C.米氏常数和最大反应速度都不变 D.米氏常数和最大反应速度都变 15.参与体内供能反应最多的高能磷酸化合物是:( ) A.磷酸肌酸 B.三磷酸腺苷 C.PEP D.UTP E.GTP 16. 细胞中许多具膜结构的细胞器在化学组成上很相似, 其中与高尔基体的化学组成相似的 细胞器是( ) A.线粒体 B.叶绿体 C.滑面内质网 D.核糖体 17.一分子葡萄糖完全氧化可以生成多少分子 ATP:( ) A.35 B.38 C. 32 D.24 18.下列物质中属于高能化合物的是:( ) A.ATP B.ADP C.AMP D.A 19.下列 ADP 含量不会增加的是:( ) A.K+进入肾小管壁的上皮细胞 B.葡萄糖进入红细胞 C.线粒体中的氢与氧结合 D.甘油吸收进入小肠上皮细胞 20.多糖的合成中除需 ATP 供能以外,还需 供能。 21.用小刀将数十只萤火虫发火器割下,干燥后研成粉末状,取两等份分别装入 2 只小玻璃 瓶中,各加入少量的水,使之混合,可见到玻璃瓶中有淡黄色萤光出现,约过 15min 萤光消失。这时,再将 ATP 溶液加入其中一只玻璃瓶中,将葡萄糖溶液加入另一只玻 璃瓶中,可观察到加 ATP 溶液的玻璃瓶中有萤光出现,而加葡萄糖溶液的瓶中没有萤 光出现,以上现象说明了 (1) ; (2) ; (3) 。 22. ATP 和磷酸肌酸都是生物体内的高能化合物,都含有高能磷酸键,但是两者水解时用 途不同, ATP 水解时释放的能量用于 ,磷酸肌酸水解时释放的能量用 于 。 23.分析右图与生命活动有关的各种能量物质之间关系的图解,回答: (1)A 过程是 ,B 过程是 , C 过程是 ,D 过程发生的条件是 。 (2)如果在高等动物体内,E 过程是在 (器官)中进行的。 (3)由太阳能变为高等动物体内肌肉收缩用的机械能的大致过程(用箭头和文字表示) 。 (4)写出高等动物 C 过程中无氧呼吸的反应式 。 24.为了认识酶作用的特性,以 20%过氧化氢溶液为反应底物的一组实验,观察结果如下 表所示: 步骤 1 2 3 4 方法 常温下自然分解 常温下加入 Fe3+ 常温下加入鲜肝提取液 加入煮沸后冷却的鲜肝提取液 观察结果 氧气泡少而小 氧气泡稍多而小 氧气泡极多而大 同自然分解一样

通过分析实验结果,能够得出相应的结论是



【参考答案】 1.DCDCA 6.BDBAA 11.AAABB 16.CB 18.AB 20.尿苷三磷酸 21.(1)萤火虫发光是将化学能转变为光能的过程,需能量供给 (2)所需的能量由 ATP 提供 (3)葡萄糖不是生命活动的直接能源,只能转移到 ATP 中才能利用 22.各种生命活动,合成 ATP 23.(1)光合作用光反应 光合作用 呼吸作用 高等动物剧烈运动 (2)肝脏 (3)太阳能→有机物中的化学能→ATP 中的化学能→机械能

19. BCD

?? 2C3H6O3+少量能量 (4)C6H12O6 ?


24.从催化条件看酶有温和性;从催化活性看酶变性而失活;从催化反应效率看酶有高效性


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