第二节 组成细胞的分子
一、细胞中的元素和化合物
（一）组成生物体的化学元素
主要元素：C、O、H、N、S、P。
细胞含量最多的4种元素：C、O、H、N。
（二）细胞中的化合物
在活细胞中含量最多的化合物是水（85％～90％）；含量最多的有机物是蛋白质（7％～10％）；占细胞鲜重比例最大的化学元素是O、占细胞干重比例最大的化学元素是C。
典型考题
例1、组成细胞的元素和化合物是生命活动的物质基础，下列关于细胞内元素和化合物的叙述，错误的是（ ）。
A.组成细胞干重中含量最多的化学元素是碳
B.磷是磷脂、ATP、DNA等化合物的组成元素，是组成生物体的大量元素
C.线粒体、叶绿体和核糖体中都能产生水
D.在人的一生中，细胞中的自由水/结合水的值逐渐上升
【答案】D。解析：碳是细胞干重中含量最多的元素，占55.99％，故A正确；磷是大量元素，在磷脂、ATP、DNA等化合物中均含有P，故B正确；在线粒体中进行有氧呼吸产生水，叶绿体中光合作用产生水，核糖体内的脱水缩合也能产生水，故C正确；在人的一生中，随着年龄的增大，代谢减慢，细胞中的自由水/结合水的值不会一直上升，故D错误。
例2、下列哪一实例能证明微量元素是生命活动所必需的（ ）。
A.Mg是叶绿素的组成成分
B.油菜缺少B时只开花不结果
C.哺乳动物血液中Ca2+含量太低会抽搐
D.缺P会影响ATP的合成
【答案】B。解析：油菜缺少B时只开花不结果，说明生命活动受到了影响，故B正确；Mg、Ca、P均为大量元素，故ACD错误。
二、蛋白质
（一）相关概念
①氨基酸：蛋白质的基本组成单位，组成蛋白质的氨基酸约有20种。
②必需氨基酸：人体内有8种（婴儿有9种，多组氨酸），必须从外界获取。
③非必需氨基酸：可以通过自身合成或从其他氨基酸转化而来。
④脱水缩合：一个氨基酸分子的氨基（—NH2）与另一个氨基酸分子的羧基（—COOH）相连接，同时失去一分子水。
⑤肽键：肽链中连接两个氨基酸分子的化学键（—NH—CO—）。
⑥二肽：由两个氨基酸分子缩合而成的化合物，只含有一个肽键。
⑦多肽：由三个或三个以上的氨基酸分子缩合而成的链状结构。
⑧肽链：多肽通常呈链状结构，叫肽链。
（二）氨基酸分子通式
氨基酸分子通式：
（三）氨基酸结构的特点
每种氨基酸分子至少含有一个氨基（—NH2）和一个羧基（—COOH），并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上（如：有—NH2和—COOH但不是连在同一个碳原子上不叫氨基酸）；R基的不同导致氨基酸的种类不同。
（四）蛋白质多样性的原因
组成蛋白质的氨基酸数目、种类、排列顺序不同，多肽链空间结构千变万化。
（五）蛋白质的主要功能（生命活动的主要承担者）
①构成细胞和生物体的重要物质，如肌动蛋白。
②催化作用：如酶。
③调节作用（信息传递）：如胰岛素、生长激素。
④免疫作用：如抗体。
⑤运输作用：如红细胞中的血红蛋白。
（六）有关计算
①肽键数=脱去水分子数=氨基酸数目-肽链数
②至少含有的羧基（—COOH）或氨基数（—NH2）=肽链数
③蛋白质的相对分子质量=蛋白质所含氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量-（蛋白质所含氨基酸数一肽链数）×18
④氨基酸与相应DNA及RNA片段中碱基数目之间的关系（见图1-1）。
图1-1 氨基酸与碱基数目之间的关系
典型考题
例 下列关于人体内蛋白质的叙述，正确的是（ ）。
A.蛋白质具有多样性，是由于组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序和空间结构不同
B.指导蛋白质合成的基因中的碱基有C、G、A、T、U
C.人体内的酶大部分都是蛋白质，激素不一定是蛋白质
D.蛋白酶也是蛋白质，能通过提高化学反应的活化能，加快酶促反应速度
【答案】C。解析：蛋白质具有多样性，是由于组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序和多肽链的空间结构不同，而不是氨基酸的空间结构不同，故A错误；基因是具有遗传效应的DNA片段，指导蛋白质合成的基因中的碱基有C、G、A、T，没有U，故B错误；大部分酶是蛋白质，少数酶是RNA，激素不一定是蛋白质，如性激素是固醇类物质，甲状腺激素是氨基酸衍生物，故C正确；酶的作用是降低化学反应的活化能，使反应易于进行，故D错误。
三、核酸
（一）相关概念
①核酸：细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极重要的作用。
②核苷酸：核酸的基本组成单位，包括核糖核苷酸及脱氧核糖核苷酸（见表1-1）。
表1-1
（二）连接方式
如图1-2所示。
图1-2 核苷酸的连接方式
（三）生物体内核酸的种类和遗传物质的种类
见表1-2。
表1-2
典型考题
例 下列关于DNA和RNA的说法，错误的是（ ）。
A.T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，证明DNA是遗传物质
B.DNA自我复制遵循碱基互补配对原则
C.形成mRNA需要DNA的一条链作为模板
D.DNA和RNA的化学成分除五碳糖不同之外，其他成分均相同
【答案】D。解析：DNA和RNA的五碳糖不同只是两者区别之一。
四、糖类和脂质
（一）糖的相关概念
1.糖
糖是主要由C、H、O元素构成的化合物。
①单糖：不能水解的糖，可直接被细胞利用。如葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖等。
②二糖：两分子单糖脱水缩合而成，必须水解成单糖才能被吸收，常见种类有蔗糖、麦芽糖和乳糖。
③多糖：多个单糖脱水缩合而成，水解成单糖后才可被吸收。常见的种类有植物细胞中的纤维素、淀粉，动物细胞中的糖原。
2.糖的功能
①糖是组成生物体的重要成分。
②糖是生命活动的主要能源物质。
（二）脂质的相关概念
脂质的组成元素主要为C、H、O，有些还有N、P等。
①脂肪：只有C、H、O，细胞中储存能量（储存能量最多）的主要物质，对动物和人还有保温、缓冲、减压等作用。
②磷脂：组成生物膜的重要成分。
③固醇：胆固醇是生物膜组成成分，促进脂质在血液中运输；性激素能促进人和动物的生殖器官的发育、生殖细胞的形成；维生素D能促进肠道对钙、磷的吸收。
典型考题
例 下列关于组成细胞的化合物的叙述，正确的是（ ）。
A.核酸、脂肪含有C、H、O、N等元素
B.磷脂是动植物细胞必不可少的脂质
C.植物细胞中主要的二糖是乳糖和麦芽糖
D.淀粉和蔗糖彻底水解得到的单糖都是葡萄糖
【答案】B。解析：脂肪只有C、H、O，故A错误；磷脂是细胞膜的重要组成成分，故B正确；乳糖只存在于动物细胞，故C错误；蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖脱水缩合而成，故D错误。
五、水和无机盐
（一）细胞中水的存在形式及功能
1.水在细胞中的存在形式
水在细胞中的存在形式有自由水和结合水两种。
2.细胞中水的功能
①结合水是细胞结构的重要组成成分。
②自由水是细胞内的良好溶剂，参与许多生物化学反应，为细胞生存提供液体环境，运送营养物质和代谢废物等。
3.生物体内水的综合关系
图1-3中产生水的过程①②③⑤⑥发生的场所分别是叶绿体基质、线粒体内膜、细胞质基质和线粒体、核糖体、主要是细胞核；利用水的过程①②⑤发生场所分别是叶绿体基粒、线粒体基质、消化道。
图1-3 生物体内水的综合关系图
（二）细胞中的无机盐
1.生物体内无机盐生理功能的实验验证
（1）在细胞中的存在形式 主要是离子。
（2）生理作用
①细胞的组成成分，如Mg2+参与叶绿素合成；Fe2+参与血红蛋白合成。
②维持生命活动。
（3）实验内容
对照组：植物+完全培养液→正常生长
实验组：见图1-4。
图1-4 无机盐生理功能的实验验证
2.易错提示
与水的存在形式有关的3个易错点。
①细胞内自由水/结合水比例升高，则代谢旺盛；反之代谢缓慢。
②秋冬季节，蒸腾作用弱，吸水减少，结合水含量相对升高，有利于植物抗寒性提高。
③升高或降低温度时，结合水与自由水可以相互转化，以增强细胞的抗逆性。升高温度时，自由水增多；反之，结合水增多。
典型考题
例1、关于水在人体内的生理作用，下列叙述正确的是（ ）。
A.膝跳反射的兴奋传导离不开水
B.基因表达中的翻译过程没有水生成
C.用于留种的晒干种子中不含自由水
D.结合水的比例越高，人体细胞的代谢活动越旺盛
【答案】A。解析：兴奋的传导需要神经递质从突触前膜经过组织液到达突触后膜，组织液中有大量的水，故A正确；基因表达的翻译过程中，氨基酸脱水缩合生成肽链，故B错误；晒干后的种子仍含有自由水，故C错误；人体细胞代谢活动的强弱是由自由水和结合水的比值决定的，故D错误。
例2、下列有关无机盐在生物体中功能的叙述，错误的是（ ）。
A.镁是叶绿体中参与光合作用的各种色素的组成元素
B.人体缺铁会影响正常的有氧呼吸功能
C.人体血液中Ca2+浓度太低，会出现抽搐症状
D.细胞中的某些无机盐离子对维持细胞的酸碱平衡具有一定作用
【答案】A。解析：镁是构成叶绿素的元素，其他元素不一定含有镁，故A错误；铁是血红蛋白的组成元素，血红蛋白是氧气运输的工具，因此缺铁会影响正常的有氧呼吸功能，故B正确；人体血钙含量过低会导致抽搐症状，故C正确；细胞中的
对维持细胞的酸碱平衡具有一定作用，故D正确。