高中生物競賽輔導(dǎo)資料：第一章細(xì)胞生物學(xué)

細(xì)胞生物學(xué)是研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能、生活史以及生命活動本質(zhì)和規(guī)律的科學(xué)，是生物

科學(xué)的主要分支之一，也是生命科學(xué)和分子生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。本章包括細(xì)胞的化學(xué)成分，

細(xì)胞器，細(xì)胞代謝，DNA、RNA和蛋白質(zhì)的生物合成，物質(zhì)通過膜的運(yùn)輸，有絲分裂和減

數(shù)分裂，微生物學(xué)和生物技術(shù)等部分。根據(jù)1BO考綱細(xì)目和近幾年來試題的要求，以下從

知識條目和能力要求兩方面定出具體目標(biāo)

能力要求

章節(jié)知識條目

識記理解應(yīng)用

1糖類

>

①單

②寡O

③多O

O

2.脂類

①三酰甘油

O

③類固醇O

3.蛋白質(zhì)

①氨基酸O

化學(xué)成分②蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)O

③蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

O

④蛋白質(zhì)的分類O

4.酶類

①酶的化學(xué)結(jié)構(gòu)O

②酶的作用機(jī)理O

③影響酶催化反應(yīng)的因素O

④酶的分類O

5.核酸

①核酸的組成成分O

②DNA的結(jié)構(gòu)O

③RNA的結(jié)構(gòu)和功能O

④核酸的性質(zhì)O

能力要求

章節(jié)知識條目

識記理解應(yīng)用

1.有絲分裂O

①細(xì)胞周期概述O

②分裂間期O

有絲分裂③有絲分裂過程O

和減數(shù)分2.減數(shù)分裂

裂

①減數(shù)分裂過程O

②減數(shù)分裂和有絲分裂的區(qū)別O

③減數(shù)分裂的發(fā)生時間O

④減數(shù)分裂豐富基因組合O

微生物學(xué)1.微生物學(xué)

和生物技①原核細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)O

術(shù)②微生物代謝O

2.生物技術(shù)

①發(fā)酵工程O

②基因工程O

第一節(jié)細(xì)胞的化學(xué)成分

盡管自然界細(xì)胞形態(tài)多樣，功能各異，但其化學(xué)成分基本相似，主要包括：糖類、脂類、

蛋白質(zhì)、核酸、酶類等。

一、糖類

糖類是多羥基醛、多羥基酮的總稱，一般可用Cm(H20)n化學(xué)通式表示。由于一些糖分

子中氫和氧原子數(shù)之比往往是2：1,與水結(jié)構(gòu)相似，故又把糖類稱為碳水化合物。糖是生

命活動的主要能源，又是重要的中間代謝物，還有些糖是構(gòu)成生物大分子，如核酸和糖蛋白

的成分，因而具有重要意義。糖類化合物按其組成可分為單糖、寡糖、多糖。如果糖類化合

物中尚含有非糖物質(zhì)部分，則稱為糖復(fù)合物，例如糖蛋白、蛋白多糖、糖脂和脂多糖等。

(一)單糖

單糖是最簡單的糖，不能被水解為更小的單位。單糖通常含有3—7個碳原子，分別稱

為丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。天然存在的單糖一般都是D-構(gòu)型。單糖分子既可以開

鏈形式存在，也可以環(huán)式結(jié)構(gòu)形式存在。在環(huán)式結(jié)構(gòu)中如果第一位碳原子上的羥基與第二位

碳原子的羥基在環(huán)的伺一面，稱為a一型；如果羥基是在環(huán)的兩面，稱B-型。

fHOCHOCHOCj,HzOH

HO-C—HH一(?—OHH-—C―OH

|C—O

HO—C—HHO-(.「一HHO--C—HHO—C'—H

H—2—OH1

H-C?一OH

|HO--C—HH—C-OH

H—C—OHH——C—OHH--C-OHH—C—OH

11

CHOH1

2CH2OHCH2OHCH20H

L-葡萄糖（醛糖）D-葡葡糖（醛糖）D-半乳糖（醛糖）D-果糖（函概）

D-葡萄糖結(jié)構(gòu)a-D-葡萄糖透視式B-D-葡萄檐透視式

重要的單糖有以下幾種：

1.丙糖如甘油醛（醛糖）和二羥丙酮（酮糖）。它們的磷酸酯是細(xì)胞呼吸和光合作用中重

要的中間代謝物。

2.戊糖戊糖中最重要的有核糖（醛糖）、脫氧核糖（醛糖）和核酮糖（酮糖）。核糖和脫氧

核糖是核酸的重要成分，核酮糖是重要的中間代謝物。

3.己糖葡萄糖、果糖和半乳糖等都是己糖。所有己糖的分子式為C6Hl206,但結(jié)構(gòu)

式不同，互為同分異構(gòu)體。葡萄糖是植物光合作用的產(chǎn)物，也是細(xì)胞的重要能源物質(zhì)之一。

（二）寡糖

由少數(shù)幾個（2—6個）單糖縮合而成的糖稱為寡糖。最多的寡糖是雙糖，如麥芽糖、蔗糖、

纖維二糖、乳糖。

1.麥芽糖麥芽糖是由一個a—D-葡萄糖半縮醛羥基與另一分子a-D-葡萄糖C4上的

醇羥基縮合脫去一分子水，通過a-1,4-糖背鍵結(jié)合而成。麥芽糖是淀粉的基本單位，淀粉

水解即產(chǎn)生麥芽糖，所以麥芽糖通常只存在于淀粉水解的組織，如麥芽中。

2.蔗糖一分子a-D—葡萄糖和一分子B-D-果糖縮合脫水即成蔗糖。甘蔗、甜菜、胡

蘿卜以及香蕉、菠蘿等水果中都富含蔗糖。

3.乳糖乳糖由一分子P-D-半乳糖和一分子a-D-葡萄糖通過B-1,4-糖昔鍵結(jié)合而成。

乳糖主要存在于哺乳動物乳汁中。

4.纖維二糖纖維二糖是纖維素的基本結(jié)構(gòu)單位，由2分子的p-D-葡萄糖通過B-1,

4-糖首鍵結(jié)合而成。

B-型B-型

纖維二糖

B-型a-型

蔗糖乳糖

（三）多糖

自然界數(shù)量最大的糖類是多糖。多糖是由很多單糖分子縮合脫水而成的分支或不分支的

長鏈分子。常見的多糖有：淀粉、纖維素、糖原、兒丁質(zhì)和黏多糖等。

1.淀粉天然淀粉由直鏈淀粉與支鏈淀粉組成。直鏈淀粉是a-D-葡萄糖基以a」，4-

糖背鍵連接的多糖鏈。支鏈淀粉分子中除有a—1,4-糖昔鍵的糖鏈外，還有a",6-糖首鍵

連接的分支。淀粉與碘有呈色反應(yīng)，直鏈淀粉為藍(lán)色，支鏈淀粉為紫紅色。在稀酸或酶的作

用下，淀粉水解：淀粉一糊精一麥芽糖一a-D—葡萄糖。糊精是淀粉水解的最初產(chǎn)物，隨

著水解，糖分子逐漸變小，它與碘作用分別呈紅色、黃色、無色。這個反應(yīng)可用于淀粉水解

過程的檢驗(yàn)。

2.糖原糖原是動物組織中貯存的多糖，又稱動物淀粉。糖原也是a-D-葡萄糖基以a

-1,4-糖昔鍵連接而成的，但糖原的分支比支鏈淀粉多。糖原遇碘作用呈紅褐色。

3.纖維素，纖維素是一種線性的由B-D-葡萄糖基以B-1,4-糖背鍵連接的沒有分支的

同多糖。纖維素是植物細(xì)胞壁的主要組成成分。

4.幾丁質(zhì)（甲殼素）昆蟲和甲殼類外骨骼的主要成分為幾丁質(zhì)，是N-乙酰一D-氨基葡

萄糖以B-1,4-糖昔鍵縮合成的同多糖。

二、脂類

脂類是生物體內(nèi)一類重要的有機(jī)化合物。它們有一個共同的物理性質(zhì)，就是不溶于水，

但能溶于非極性有機(jī)溶劑（如氯仿、乙醛、丙酮等）。脂類的組成元素主要有C、H、0,但0

元素含量低，C、H元素含量高，徹底氧化后可以放出更多能量。此外，有的脂類還含有P

和N。生物體內(nèi)常見的具有重要生理功能的脂類主要有三酰甘油、磷脂、類固醇、砧類、蠟

等。

1.三酰甘油

0

II

0CH2—0—C—Rj

III

R2—c—0—CH20

III

CH2—0—C—R3

三酰甘油

三酰甘油也稱脂肪，是由1分子甘油和3分子脂肪酸結(jié)合而成的酯。

右邊結(jié)構(gòu)式中RI、R2、凡是脂肪酸的燃基鏈，構(gòu)成三酰甘油的脂肪酸可分為飽和脂肪

酸和不飽和脂肪酸。飽和脂肪酸碳?xì)滏溕蠜]有雙鍵，如軟脂酸、硬脂酸，其熔點(diǎn)高。不飽和

脂肪酸的碳?xì)滏溕虾胁伙柡碗p鍵，如油酸含1個雙鍵，亞油酸含2個雙鍵，亞麻酸含3

個雙鍵，因此熔點(diǎn)較低。動物脂肪大多富含飽和脂肪酸，在室溫下為固態(tài)，植物油含大量油

酸和亞油酸，在室溫下為液態(tài)。對于哺乳動物和人，亞油酸和亞麻酸不能自己合成，只能從

外界攝取，稱為必需脂肪酸。

2.磷脂

磷脂又稱甘油磷脂，此類化合物是甘油的第三個羥基被磷酸所酯化，而其他兩個羥基被

脂肪酸酯化。磷脂酸是最簡單的磷脂，是其他復(fù)雜磷脂的中間產(chǎn)物。若磷脂酸分子中的H

為膽堿、膽胺、絲氨酸所取代，則分別成為卵磷脂、腦磷脂、絲氨酸磷脂等。磷脂分子由于

有磷酸及與之相連的含氮化合物，因而是有極性的分子：它的有磷酸一端為極性的頭，是親

水的，它的2個脂肪酸鏈為非極性的尾，是疏水的。如將磷脂放在水面上，磷脂分子都將以

親水的頭和水面相接，而倒立在水面上，成一單分子層。如將磷脂放入水中，磷脂分子則會

形成單分子微團(tuán)，各分子的極性頭位于微團(tuán)的表面而與水接觸，非極性的疏水端則藏在微團(tuán)

中心。

3.類固醇

類固醇分子的基本結(jié)構(gòu)是環(huán)戊烷多氫菲。最熟知的類固醇是在環(huán)戊烷多氫菲上連有一個

碳?xì)滏湹哪懝檀?。膽固醇是動物膜和神?jīng)髓鞘的主要成分，與膜的透性有關(guān)。性激素、維生

素D和腎上腺皮質(zhì)激素都屬于類固醇。

4.菇類

菇類是由不同數(shù)目的異戊二烯連接而成的分子。維生素A（視黃醉卜維生素E、維生素

K、類胡蘿卜素都是菇類。B-類胡蘿卜素裂解就成2個維生素A,維生素A可氧化成視黃

醛，對動物感光活動有重要作用。

5.蠟

蠟是由高碳脂肪酸和高碳靜或固醇所形成的脂，它存在于皮膚、毛皮、羽毛、樹葉、昆

蟲外骨骼中，起保護(hù)作用。

三、蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是細(xì)胞和生物體的重要組成成分，通常占細(xì)胞干重的一半以上。蛋白質(zhì)主要由C、

H、0、N四種元素組成，其中氮的含量在各種蛋白質(zhì)中比較接近，平均為16%,因此用凱

氏（KJelahl）法定氮測定蛋白質(zhì)含量時，受檢物質(zhì)中含蛋白質(zhì)量為氮含量的6.25倍。蛋白質(zhì)

是高分子化合物，其基本組成單位是氨基酸。

（一）氨基酸

1.氨基酸的結(jié)構(gòu)

天然存在于蛋白質(zhì)中的氨基酸共有20種，各種氨基酸（除脯氨酸）在結(jié)構(gòu)上的一個共同

特點(diǎn)是，在與竣基相連的碳原子（a-碳原子）上都有一個氨基，因而稱為a一氨基酸，它們的

不同之處在于側(cè)鏈，即R基的不同。除甘氨酸外，所有氨基酸分子中的a-碳原子都是不對

稱的，有L-型和D-型之分。在天然蛋白質(zhì)中存在的氨基酸都是L-a-氨基酸。

COOH

I

NH-c—H

2I.

R

L-a-氨基酸

2.氨基酸的分類

根據(jù)R基團(tuán)極性不同，氨基酸可分為：非極性氨基酸（9種）；極性不帶電荷氨基酸（6種）;

極性帶負(fù)電荷氨基酸（2利1）；極性帶正電荷氨基酸（3種）。如表1-1-1所示。

表1-1-1氨基酸分類表

極性帶電荷第基酸縮寫符號

化學(xué)結(jié)構(gòu)式

狀況狀況名稱（三字母）

HO—CH,CH-COO-

絲氨酸Ser1

NH；

CHj—CH—CH—C00-

蘇賽酸Thr11

OHNH；

不0

極

帶天冬酰胺Asn%N—C-CH,CHCOO-

性1

電NH；

氨

0

荷

基谷氨酰胺GinHN—c—CH.CH.CH-COO-

2I

酸NH；

H()—CH2—CH-COO-

酪氨酸Tyr

NH；

HS—CH2—CH—COO-

半胱氨酸…Cys

NH；

-OOC—CH,-CH—COO-

帶天冬氨酸Asp1

負(fù)NH；

電

荷-OOC—CH：—CH,—CH—COO-

谷氨酸Glu1

極NH；

性HC-C-CH2—CHCOO-

111

組氨酸

氨HisHN*NHNH；

帶X/

CH

基

正

NH；-CH2—CH2—CH1-CH,—CH—COO-

酸賴氨酸Lys1

電

NH；

荷

H,N—C——NH—CH,CH,CH2—CH-COO-

精氨酸Arg1?1

NH；NH；

極件找底極縮爆符號

化學(xué)結(jié)構(gòu)式

狀況名稱（?:字母）

HCHC()。-

II霞酸(；lyi

NH；

CH,—CH-COO"

內(nèi)氨酸MaI

NH；

CH,—CH—CH—COO-

韁找酸Vai,11

CH,NH；

CH,—CH?CH,-CH-COO-

品找版l^ui';

CH,NH；

小

C()()~

CH-

CH—

H—

CH,-C

極:

lie

酸

計(jì)亮氨

1

性l

NH;

CH

應(yīng)3

從

COO"

CH—

CH—

偵2

Phe

敢

笨內(nèi)找

；

NH

O'

—CO

—CH

CH

H-

S-C

CH-

2

2

5

MH

酸)

(蛋M

依故

甲硫

；

NH

coo-

1

H

——C

HN*

2

Pm

脯械械

CH

H2c

2

CH

2

COO-

CH—

H—

—C

~i|

2