思维导图在高中生物中的应用2.组成细胞的分子

2.1元素

一、体现

1．生物界与非生物界的统一性：种类相似；组成细胞的元素都能在非生物界中找到；没有一种元素是无机环境特有的

2．生物界与非生物界的差异性：含量不同

3．原因：有选择地物质交换

4．形式：在生物体内，元素主要以化合物的形式存在；知识联想：在生物体内，无机盐主要以离子的形式存在

二、含量的分析方法：物理学，化学，生物学

三、分类

1．必需

（1）大量元素：C、H、O、N、P、S、Ca、Mg、K

1 主要元素：C、H、O、N、P、S

2 基本元素：C、H、O、N；鲜重排行：O>C>H>N；干重排行：C>O>N>H

3 最基本元素：C，生命元素，构成碳链骨架，形成三种大分子，即蛋白质、核酸、多糖

4 细胞鲜重最多的是O，水是最多的化合物

5 细胞干重最多的是C，蛋白质是最多的有机物

（2）微量元素：Zn、Mo（钼）、Cu、B（硼）、Fe、Mn(锰)；特点：含量很少，但其作用是其它元素不可替代

2．非必需：有害元素；无害元素

3．矿质元素：对植物而言，除C H O外为矿质元素

（1）必需：能再利用元素：N、P、K、Mg；若植物缺乏，老叶先受损。不被再利用元素：Ca、S、B；若植物缺乏，幼叶先受损

（2）非必需

四、元素的数量比较：=相对含量/相对分子质量，即相当于求物质的量n=m/M；活细胞中，H数量最多

五、化合物的特征元素

1．蛋白质：S

2．血红蛋白：Fe

3．叶绿素：Mg

4．甲状腺激素：I

5．核酸、ATP、磷脂：P，磷酸基团

六、物质代谢

1．含有C的物质，其代谢产物为CO2

2．含有H、O的物质，其代谢产物为H2O

3．含有N的物质，其代谢产物为尿素、NH3

2.2水

一、地位

1．生命之源

2．细胞最多的化合物：鲜重最多；最多的无机化合物；50%以上

二、分布

1．不同生物：体内含水量不同；一般水生生物体内的含水量比陆生生物多

2．同一生物体内：

（1）不同器官的含水量不同；一般代谢旺盛的组织、器官含水量多

（2）生物体在不同的生长发育时期含水量不同；年少的大于年老的

（3）不同性别的含水量不同；男人>女人

三、分类

1．自由水

（1）功能

1 良好的溶剂：许多物质溶解在水中

2 参与细胞内大多数生化反应（光合作用、呼吸作用）

3 绝大多数细胞必需浸润在以水为基础的液体环境中

4 运输营养物质或代谢废物

（2）特点：流动性强、易蒸发；参与物质代谢

（3）含量：95%以上

2．结合水

（1）功能：细胞结构的重要组成成分

（2）特点：不流动、不蒸发；与其他物质结合

（3）含量：4.5%

3．影响形态：心肌，结合水相对高；血液，自由水相对高，二者含水量相当

4．相互转换

（1）抗逆性：抗寒，抗旱，抗盐，抗病虫害；结合水相对含量越高，抗逆性相对越强

（2）生物体内，自由水与结合水成动态平衡

（3）自由水/结合水：比值大，代谢旺盛，温度高，抗逆性差；比值小，代谢缓慢，温度低，抗逆性强

（4）应用：储存、越冬作物

5．种子

（1）鲜种子：比值大

（2）干种子：暴晒处理；用水浸泡后，仍能萌发；失去自由水，具有生理活性

（3）死种子：烘干、坏死；用水浸泡后，不再萌发；失去结合水，不具生理活性

四、水的产生

1．有氧呼吸第三阶段（线粒体内膜）

2．ATP的合成（叶绿体、线粒体、细胞质基质）

3．单糖合成多糖（细胞内）

4．氨基酸脱水缩合（核糖体）

5．DNA分子复制、转录（细胞核、叶绿体、线粒体）

五、水的利用

1．光反应（叶绿体类囊体薄膜）

2．有氧呼吸第二阶段（线粒体基质）

3．水解反应：ATP（叶绿体基质等），肝糖原水解，淀粉、蛋白质、脂肪消化，DNA、RNA的水解

六、水的调节：抗利尿激素

七、水的吸收：渗透作用

2.3无机盐

一、状态

1．大多数以离子形式存在

2．少数以化合物形式存在

（1）Ca形成骨骼和牙齿；过多，肌无力；过少，儿童佝偻病，中老年骨质疏松、痉挛

（2）Fe形成血红蛋白：缺铁性贫血症

（3）Mg形成叶绿素：缺Mg叶绿素合成受阻，影响光合作用

（4）Zn形成酶：缺Zn，生长发育不良（侏儒症），性腺功能受阻

（5）I形成甲状腺激素：缺I，甲状腺肿大，儿童智力和体格发育出现障碍

二、功能

1．构成细胞某些复杂化合物的重要组成成分

2．维持细胞和生物体的生命活动

（1）维持细胞正常形态和功能；细胞的吸水和失水实验

（2）维持细胞渗透压平衡：水盐平衡，Na+、Cl-维持细胞外液的渗透压平衡；K+维持细胞内液的渗透压平衡

（3）维持细胞的酸碱平衡：稳态平衡，NaHCO3/H2CO3、Na2HPO4/NaH2PO4维持血浆的酸碱平衡

三、验证

四、跨膜运输

1．植物细胞对矿质元素的吸收方式为主动运输

2．高等动物神经冲动传导过程中，静息时，K+外流；兴奋时Na+内流；均为协助扩散

2.4蛋白质

一、元素：C H O N S

1．C H O

2．区别元素：N。含量较稳定，一般约为16%；计算，蛋白质含量=6.25·蛋白氮，6.25为16%的倒数

3．R基中的元素：多有S

二、地位作用

1．生命活动的主要承担者

2．占细胞鲜重最多的有机物：第二多的化合物

3．占细胞干重最多的化合物、有机物：50%以上

三、结构组成

1．单体：氨基酸

（1）种类：20。分为必需和非必需

（2）结构通式：C2H4O2NR；H2N-CHR-COOH

1 数量上：每种氨基酸至少有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH，甲酸形成）

2 位置上：中心碳，并且氨基和羧基连在同一个碳原子上（氨基酸定义的由来）；这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团（R表示）；各基团可随意变换位置（立体的空间结构，角度问题）

3 区别在于R基不同：最简单的氨基酸的R基为-H，即甘氨酸

4 演化过程：甲烷→两个-H元素被-NH2和-COOH取代→另一个-H被-R基取代→保留一个-H

2．多肽

（1）结合方式

1 脱水缩合

1）肽键：—CO—NH—

a）肽链：二肽、多肽（数字以汉字表示）；环状肽是由首尾的氨基、羧基反应形成

2 方式

1）中心碳上，—COOH脱下氧、氢，—NH2脱下氢

2）R基一般不参与反应：-S-S-（二硫键）是由R基上2个-SH脱去2个H形成；R基间氨基、羧基反应形成肽键

3 结构

1）氨基酸：种类不同；数目成百上千；排列顺序千变万化（n种氨基酸形成m肽，若各种氨基酸数目无限，则形成m肽的种类为：nm；n种氨基酸形成m肽，若各种氨基酸数目唯一，则形成m肽的种类为：n！）

2）肽链：肽链空间结构千差万别

（2）计算

1 n个氨基酸形成的m条肽链

2 要脱去n-m个水分子，形成n-m条肽键

3 蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均分子量－水的分子量×失去的水分子数

4 如果每个氨基酸的平均相对分子质量为a，那么由此形成的蛋白质的相对分子质量为n·a-18(n-m)

5 二硫键：K对—SH形成K个—S—S—，同时去掉2K个H。蛋白质的相对分子质量为n·a-18(n-m)-2K

6 至少含有的氨基（羧基）数＝肽链数＝m

7 实际含有的氨基（羧基）数=m+R基中游离数

8 N原子数=氨基酸数n+R基中N原子数=n+RN=键+m+RN

9 O=键+2m+RO

10 C=2n+RC

11 H=键+3m+n+RH

12 环状多肽：n=肽键=水（计算时把环当成0，即m=0）

3．多聚体：蛋白质

（1）方式：α盘曲；β折叠

（2）水解：水做反应物，酶催化；分解成氨基酸或肽链；脱水缩合的逆反应；形成多聚体耗能，水解不耗能

1 类型

1）首端/尾端肽键水解酶：按照首/尾端开始，逐个水解；最终形成单个氨基酸

2）某氨基酸的羧基/氨基端肽键酶：只水解特定的氨基酸的羧基/氨基端的肽键；最终形成氨基酸或多肽

3）某氨基酸的两侧肽键酶：水解两侧肽键，使其成游离的氨基酸；最终形成氨基酸或多肽

4）肽键水解：单个氨基酸

（3）变性：高温，强酸/碱，重金属盐等改变空间结构

四、功能

1．结构蛋白：组成细胞和生物体

2．功能蛋白：

（1）催化作用：绝大多数酶

（2）运输作用：载体、血红蛋白

（3）调节生命活动：激素

（4）免疫作用：抗体

（5）运动作用：肌动蛋白

（6）识别作用：糖蛋白（只在细胞膜外）

（7）能源物质：糖不足时，供能

3．不同蛋白质/酶可起相同的作用，但效果不同

（1）原因：蛋白质的空间结构不同，或氨基酸的排列顺序不同

五、物质鉴定

1．取材：大豆组织研磨液或蛋清稀释液

2．试剂：双缩脲，本质：与肽键反应。∴变性的蛋白质也可发生显色反应

3．现象：紫色

4．备注：AB液先后加；A:0.1g/ml的NaOH，创造碱性环境；B:0.01g/ml的CuSO4，不能过量；过量B液会使溶液呈蓝色，掩盖紫色

2.5核酸

一、元素：C H O N P；区别元素：N、P

二、地位作用：DNA是主要的遗传物质

1．所有生物中，核酸是遗传信息的携带者；DNA是主要的遗传物质

2．具有细胞结构的生物中，DNA才是细胞的遗传物质

（1）既有DNA也有RNA时，DNA作为遗传物质携带遗传信息；DNA病毒，遗传物质在DNA中

（2）RNA病毒，遗传信息在RNA中

3．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

三、分类：DNA-脱氧（核糖）核酸；RNA-核糖核酸

四、结构组成

1．单体：核苷酸

（1）种类：由五碳糖、碱基种类决定

1 脱氧(核糖)核苷酸：腺嘌呤脱氧核苷酸；鸟嘌呤脱氧核苷酸；胞嘧啶脱氧核苷酸；胸腺嘧啶脱氧核苷酸

2 核糖核苷酸：腺嘌呤核糖核苷酸；鸟嘌呤核糖核苷酸；胞嘧啶核糖核苷酸；尿嘧啶核糖核苷酸

（2）结构通式：1:1:1=磷酸:五碳糖:含氮碱基

1 相同点：磷酸；含氮碱基共有AGC

2 异同点：五碳糖。DNA：脱氧核糖；RNA：核糖。含氮碱基：DNA：T；RNA：U

2．多聚体：核酸

（1）结合方式

1 脱水缩合形成磷酸二酯键

2 方式：三号碳脱去-OH，磷酸脱去-H；DNA，两条反向链，碱基互补配对，A=T，G≡C（越多结构越稳定），嘧啶数=嘌呤数；RNA，单链

3 多样性与特异性：核苷酸的种类、数量、排列顺序不同，且特定

（2）计算：一条链由n个碱基构成，则有4n

五、生物类别与核酸

1．取材：人的口腔上皮细胞、洋葱表皮细胞

2．试剂：

（1）0.9%生理盐水，维持细胞渗透压，保持细胞正常形态

（2）8%盐酸：改变细胞膜通透性，加速染色，使蛋白质与DNA分离

（3）吡罗红甲基绿染色剂：现用现配，混合使用（亲合力不同，染色不同；若单独使用，则DNA、RNA均染色，无法区分）

（4）蒸馏水：配制药品；冲洗载玻片上的盐酸（每种染色剂都有其特定的pH值）

3．现象：细胞核绿；细胞质红

4．操作：取材制片（滴→漱→刮→涂→烘）→水解（质量分数为8%的盐酸，30℃保温5min）→冲洗→染色→观察（先用低倍镜找到染色均匀、色泽较深的区域；再用高倍镜观察具体的分布）

5．结论：

（1）真核细胞的DNA主要分布在细胞核中：线粒体、叶绿体含少量

（2）RNA主要分布在细胞质中

6．备注

（1）制片：选材不可用红细胞——无细胞核；不可用有色细胞——颜色干扰；0.9%的NaCl溶液，保持细胞形态

（2）嗽口：防止混杂食物碎屑

（3）烘干：迅速杀死细胞，防止溶酶体对核酸的破坏；为了固定装片；要在酒精灯火焰上来回移动，防止受热不均而破裂；烘干至细胞吸附住即可

（4）水浴：受热均匀，充分水解；时间太长会破坏细胞；太短会水解不充分

（5）冲洗：用缓水流，防止细胞被水冲走（知识联想：酿酒时冲洗葡萄）；同时洗去HCl，以免对染色进行干扰

（6）观察：高倍镜

七、物质鉴定：DNA溶液（溶于蒸馏水或2mol/L的NaCl溶液中）+二苯胺→（沸水浴）→蓝色

2.6糖类

一、元素：只有CHO

二、地位作用

1．生命活动的主要能源物质：70%的生命活动

2．细胞和生物体的结构成分

三、结构组成

1．碳水化合物：Cn(H2O)m；不是H:O=2:1就是糖，如CH2O（甲醛）；不是所有糖H:O=2:1，脱氧核糖：C5H10O4；不是所有糖都甜，单糖、二糖一般有甜味；不是有甜味的都是糖，人造甜味剂

2．单体：单糖

（1）六碳糖：C6H12O6

1 葡萄糖，存在于动、植物中，细胞中主要能源物质；果糖，存在于植物中，提供能量

2 半乳糖：存在于动物中，提供能量

（2）五碳糖：构成核酸成分；分类，核糖C5H10O5，脱氧核糖C5H10O4

3．二糖：C12H22O11

（1）分类：麦芽糖=葡萄糖+葡萄糖，存在于植物中；蔗糖=葡萄糖+果糖，存在于植物中；乳糖=葡萄糖+半乳糖，存在于人和动物中

（2）功能：水解成单糖而供能

4．多聚体：多糖：(C6H10O5)n，生物体内的糖类绝大多数为多糖，高中课本只研究由葡萄糖构成的多糖；糖蛋白中是另一种多糖

（1）淀粉，存在于植物中，储存能量。水解：淀粉→麦芽糖→葡萄糖。消化：淀粉→麦芽糖→葡萄糖→糖原（多余的葡萄糖）→脂肪

（2）糖原：存在于人和动物中；肝糖原，有氧呼吸分解为葡萄糖，储存能量，调节血糖；肌糖原，无氧呼吸分解为乳酸，分解供能

（3）纤维素：存在于植物中；植物细胞壁的成分；很难被消化，借助微生物的协同作用

四、分类

1．能否被水解及水解产物多少：单糖、二糖、多糖

2．来源和归属：

（1）动植物共有：脱氧核糖、核糖、葡萄糖

（2）动物特有：半乳糖；乳糖；糖原

（3）植物特有：蔗糖、麦芽糖；淀粉、纤维素

3．功能

（1）能源物质：葡萄糖

（2）储能物质：淀粉、糖原

（3）结构物质：脱氧核糖、核糖、纤维素

（4）参与信息交流：糖蛋白

4．是否具有还原性

（1）还原糖：葡萄糖、果糖、半乳糖；麦芽糖、乳糖

（2）非还原糖：蔗糖；淀粉、纤维素、糖原

五、物质鉴定

1．还原糖

（1）取材：还原糖含量高、白色或近于白色的植物组织，如苹果、梨的匀浆

（2）试剂：斐林试剂，甲:0.1g/ml的NaOH；乙:0.05g/ml的CuSO4

（3）现象：浅蓝色→棕色→砖红色沉淀

（4）备注：甲乙液等量混合；50-65℃水浴加热；沉淀

2．淀粉

（1）取材：马铃薯的匀浆

（2）试剂：碘液（棕红色）

（3）现象：蓝

2.7脂质

一、元素

1．C H O

2．区别元素：只有磷脂中含P、N

二、特点：

1．存在于所有的细胞中，是组成细胞和生物体的重要有机化合物

2．O的含量远远少于糖类：∴与糖原相比，体积小；∴氧化分解（即细胞呼吸）时，与糖原相比，耗氧多

3．而H的含量多于糖类：∴氧化分解时，与糖原相比，耗氧多，生成水多，供能多，呼吸商小于1

4．溶于有机溶剂：丙醇，乙醚，氯仿

5．不是生物大分子

三、种类

1．脂肪

（1）功能

1 贮存脂质

2 脂肪是细胞内良好的储能物质：氧化分解时，相比糖原，体积小（O含量少，∴1/5的体积），耗氧多（∵H含量高→呼吸商小于1），生成水多（H含量高），供能多（2倍多的能量∵H含量高）

3 绝热体、保温，缓冲和减压，保护

（2）构成=1甘油分子+3脂肪酸

（3）鉴定

1 取材：花生种子

2 试剂：苏丹III；现象：橘黄色；苏丹IV，现象：红色

3 需要高倍镜观察；50%酒精：去浮色（染液能溶解于酒精中）

2．磷脂：结构脂质；构成细胞膜和细胞器膜

3．固醇：活性脂质

（1）胆固醇：细胞膜的重要组成成分，分布在磷脂双分子层内部；参与血液中脂质的运输；阳光下转换为维生素D

（2）性激素：能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成；维持第二性征

维生素D：促进人和动物肠道对钙和磷的吸收

2.8糖、脂、蛋白质

一、植物体内

1．形成种子、果实时

（1）糖类经脱水缩合转换为淀粉或脂肪

（2）气温下降：再转换成糖类，供能抗寒，口感变甜

2．种子萌发时

（1）方式

1 淀粉或脂肪：水解为糖类供能，形成其他结构

2 没有光合作用：无叶绿素

（2）有机物总重减少：有机物分解供能；有机物总重=干重，持续减少

（3）总重量

1 先增加：先吸水，水解，水提供的氧元素被转换（脂类：氧少氢多，糖类：Cn(H2O)m）

2 后减少：氧化分解供能

二、在人和动物体内

1．来源：食物中消化吸收；其他物质转化；自身物质的分解

2．作为能源物质：利用顺序为，糖→脂→蛋白质

3．代谢终产物：

（1）共同：H2O，CO2

（2）蛋白质：尿素（N）

4．糖类和脂肪都可以在体内储存：但蛋白质不能在体内储存（分解成氨基酸）

5．相互转换

（1）糖类：可大量转换成脂肪；转换成非必需氨基酸

（2）脂肪：少量转换成糖类；在植物和微生物体内转换成氨基酸

（3）氨基酸：与蛋白质相互转换；转换为糖类；转换为脂肪；转换为其他氨基酸