初中生物競賽輔導(dǎo)教程 第二章生命的物質(zhì)基礎(chǔ)

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1、第二章 初中生物競賽輔導(dǎo)教程 第二章 生命的物質(zhì)基礎(chǔ) 生物體都具有以下基本特征：生物體具有共同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，都有新陳代謝作用，都有應(yīng)激性，都有生長、發(fā)育和生殖的現(xiàn)象，都有遺傳和變異的特性，都能適應(yīng)一定的環(huán)境。 第一節(jié) ?組成生物體的化學(xué)元素及化合物 【知識概要】 生物體的生命活動都有共同的物質(zhì)基礎(chǔ)，主要是指組成生物體的化學(xué)元素和化合物是大體相同的。 一、組成生物體的化學(xué)元素 組成生物體的化學(xué)元素有二十多種，它們在生物體內(nèi)的含量不同。含量占生物體總質(zhì)量的萬分之一以上的元素，稱大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。生物生活所必需，但是需要量卻很少的一些元素，稱

2、微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。這些化學(xué)元素對生物體都有重要作用。組成生物體的二十多種化學(xué)元素，在無機(jī)自然界都可以找到，沒有一種化學(xué)元素是生物所特有的。這個(gè)事實(shí)說明，生物界和非生物界具有統(tǒng)一性。 二、組成生物體的化合物 （－）糖類 1．生物學(xué)功能 糖類參與細(xì)胞組成，是生命活動的主要能源物質(zhì)。 2．組成元素及種類 糖類的組成元素為C、H、O，分單糖、寡糖、多糖三類。 單糖是不能水解的最簡單的糖類，其分類中只含有一個(gè)多羥基醛或一個(gè)多羥基酮，如葡萄糖、果糖、核糖、脫氧核糖。葡萄糖和果糖都是含6個(gè)碳原子的己糖，分子式都是C6H12O6，但結(jié)構(gòu)式不同，在化學(xué)上叫做同分異構(gòu)體

3、。如下圖所示： ? ? ? ? ? ? ? 葡萄糖 ? ? ? ? ? ? ?果糖 ? ? ? ? ? ? 葡萄糖 ? ? ? ? 果糖 ? ? ? ? ? ?環(huán)狀結(jié)構(gòu) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?鏈狀結(jié)構(gòu) 核糖（C5H10O5）和脫氧核糖（C5H10O4）都是含有5個(gè)碳原子的戊糖，兩者都是構(gòu)成生物遺傳物質(zhì)（DNA或RNA）的重要組成成分。結(jié)構(gòu)式如下圖所示： ? ? ? ? 核糖 ? ? ? ? ? ? ? ? ?脫氧核糖 寡糖（低聚糖）是由少數(shù)幾個(gè)（1個(gè)以內(nèi)）單糖分子脫水縮合而得的糖。常見的是含有2個(gè)單糖單位的雙糖，如植物細(xì)胞內(nèi)的蔗糖、麥芽糖，動物細(xì)胞

4、內(nèi)的乳糖，存在于藻類細(xì)菌、真菌和某些昆蟲細(xì)胞內(nèi)的海藻糖等。蔗糖的形成見下圖。 葡萄糖 ? ? ? 果糖 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 蔗糖 多糖是由多個(gè)單糖縮聚而成鏈狀大分子，與單糖、雙糖不同，一般不溶于水，從而構(gòu)成貯藏形式的糖，如高等植物細(xì)胞內(nèi)的淀粉，高等動物細(xì)胞內(nèi)的糖元。纖維素是植物中最普遍的結(jié)構(gòu)多糖。 （二）蛋白質(zhì) 1．生物學(xué)功能 蛋白質(zhì)具有催化作用、運(yùn)輸作用和貯存作用、結(jié)構(gòu)和機(jī)械支持作用、收縮或運(yùn)動功能、免疫防護(hù)功能、調(diào)節(jié)作用。 2．組成元素和基本組成單位 蛋白質(zhì)主要由C、H、O、N四種元素組成，多數(shù)還含有S?；窘M成單位是氨基酸，其通式為 。組成天然蛋白質(zhì)

5、的氨基酸約有20種，都是L型的α氨基酸。氨基酸與氨基酸之間可以發(fā)生縮合反應(yīng)，形成的鍵為肽鍵。肽是兩個(gè)以上氨基酸連接起來的化合物。兩個(gè)氨基酸連接起來的肽叫二肽，三個(gè)氨基酸連接起來的肽叫三肽，多個(gè)氨基酸連接起來的肽叫多肽。多肽都有鏈狀排列的結(jié)構(gòu)，叫多肽鏈。蛋白質(zhì)就是由一條多肽鏈或幾條多肽鏈集合而成的復(fù)雜的大分子。 3．結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分一、二、三、四級結(jié)構(gòu)。在蛋白質(zhì)分子中，不同氨基酸以一定數(shù)目和排列順序編合形成的多肽鏈?zhǔn)堑鞍踪|(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)分子的高級結(jié)構(gòu)決定于它的一級結(jié)構(gòu)，其天然構(gòu)象（四級結(jié)構(gòu)）是在一定條件下的熱力學(xué)上最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 4．變性 蛋白質(zhì)受到某些物理或化學(xué)因素作用時(shí)引起生物

6、活性的喪失、溶解度降低以及其他物理化學(xué)因素的改變，這種變化稱為蛋白質(zhì)的變性。變性的實(shí)質(zhì)是由于維持高級結(jié)構(gòu)的次級鍵遭到破壞而造成的天然構(gòu)象的解體，但未涉及共價(jià)鍵的破壞。有些變性是可逆的（能復(fù)性），有些則不可逆。 （三）核酸 1．生物學(xué)功能 核酸是遺傳信息的載體，存在于每一個(gè)細(xì)胞中。核酸也是一切生物的遺傳物質(zhì)，對于生物體的遺傳性、變異性和蛋白質(zhì)的生物合成有極其重要的作用。 2．種類 核酸分DNA和RNA兩大類。所有生物細(xì)胞都含有這兩大類核酸（病毒只含有DNA或RNA）。 3．組成元素及基本組成單位 核酸是由C、H、O、N、P等元素組成的高分子化合物。其基本組成單位是核苷酸。每個(gè)核酸分

7、子是由幾百個(gè)到幾千個(gè)核苷酸互相連接而成的。每個(gè)核苷酸含一分子堿基、一分子戊糖（核糖或脫氧核糖）及一分子的磷酸組成。如下圖所示： ? ? ? ? ? 5’﹣腺瞟吟核苷酸（5’﹣AMP） ? ? 3’﹣胞嘧啶脫氧核苷酸（3’﹣dCMP） DNA的堿基有四種（A、T、G、C），RNA的堿基也有四種（A、U、G、C）。這五種堿基的結(jié)構(gòu)式如下圖所示：DNA中堿基的百分含量一定是A＝T、G＝C，不同種生物的堿基含量不同。RNA中A﹣U、G﹣C之間并沒有等當(dāng)量的關(guān)系。 腺嘌呤（A） ? 鳥嘌呤（G） ? 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U） 胞嘧啶（C） 4．結(jié)構(gòu) DNA一級結(jié)構(gòu)中核苷酸之間唯一的連

8、接方式是3’、5’﹣磷酸二酯鍵，如下圖所示。所以DNA的一級結(jié)構(gòu)是直線形或環(huán)形的結(jié)構(gòu)。DNA的二級結(jié)構(gòu)是由兩條反向平行的多核音酸鏈繞同一中心軸構(gòu)成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 （四）脂類 脂類是生物體內(nèi)一大類重要的有機(jī)化合物，由C、H、O三種元素組成，有的（如卵磷脂）含有N、P等元素，不溶于水，但溶于乙醚、苯、氯仿和石油醚等有機(jī)溶劑。 1．生物學(xué)功能 脂類是構(gòu)成生物膜的重要成分；是動植物的貯能物質(zhì)；在機(jī)體表面的脂類有防止機(jī)械損傷和水分過度散失的作用；脂類與其他物質(zhì)相結(jié)合，構(gòu)成了細(xì)胞之間的識別物質(zhì)和細(xì)胞免疫的成分；某些脂類具有很強(qiáng)的生物活性。 2．種類 （l）脂肪 ?也叫中性脂，一種脂肪分子是由

9、一個(gè)甘油分子中的三個(gè)羥基分別與三個(gè)脂肪酸的末端羥基脫水連成酯鍵形成的。脂肪是動植物細(xì)胞中的貯能物質(zhì)，當(dāng)動物體內(nèi)直接能源過剩時(shí)，首先轉(zhuǎn)化成糖元，然后轉(zhuǎn)化成脂肪。在植物體內(nèi)就主要轉(zhuǎn)化成淀粉，有的也能轉(zhuǎn)化成脂肪。 （2）類脂 ?包括磷脂和糖脂，這兩者除了包含醇、脂肪酸外，還包含磷酸、糖類等非脂性成分。含磷酸的脂類衍生物叫做磷酯，含糖的脂類衍生物叫做糖脂。磷脂和糖脂都參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)特別是膜結(jié)構(gòu)的形成，是脂類中的結(jié)構(gòu)大分子。 （3）固醇 ?又叫甾醇，是含有四個(gè)碳環(huán)和一個(gè)羥基的烴類衍生物，是合成膽汁及某些激素的前體，如腎上腺皮質(zhì)激素、性激素。有的固醇類化合物在紫外線作用下會變成維生素D。在人和動物體內(nèi)常

10、見的固醇為膽固醇。 （五）水和無機(jī)鹽 1．水 水是細(xì)胞的重要成分，一般發(fā)育旺盛的幼小細(xì)胞中含水量較大，生命活力差的細(xì)胞組織中含水量較小，休眠的種子和孢子中含水量一般低于10％。水的作用有：水是代謝物質(zhì)的良好溶劑，水是促進(jìn)代謝反應(yīng)的物質(zhì)，水參與原生質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，水有調(diào)節(jié)各種生理作用的功能。 2．無機(jī)鹽 它在體內(nèi)通常以離子狀態(tài)存在，常見的陽離子有K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋等；常見的陰離子有Cl－、SO42－、PO43－、HPO42－、H2PO4－、HCO3－等。各種無機(jī)鹽離子在體液中的濃度是相對穩(wěn)定的，其主要作用有：維持滲透壓，維持酸堿平衡，特異作用等。 第二

11、節(jié) ?其他重要化合物 【知識概要】 一、細(xì)胞內(nèi)能合流通的物質(zhì)——ATP 1．ATP的結(jié)構(gòu) ATP（三磷酸腺苷）是各種活細(xì)胞內(nèi)普遍存在的一種高磷酸化合物（水解時(shí)釋放的能量在20～92kJ／mol的磷酸化合物）。ATP的分子簡寫成A－P～P～P，A代表由腺嘌呤和核糖組成的腺苷，P代表磷酸基團(tuán)，～代表高能磷酸鍵。ATP中大量化學(xué)能就貯存在高能磷酸鍵中。ATP結(jié)構(gòu)中的3個(gè)磷酸（Pi）可依次移去而生成二磷酸腺苷（ADP）和一磷酸腺苷（AMP），如下圖： 2．ATP的作用 ATP水解時(shí)釋放出的能量，是生物體維持細(xì)胞分裂、根吸收礦質(zhì)元素離子和肌肉收縮等生命活動所需能量的直接來源，是細(xì)胞內(nèi)能量

12、代謝的“流通貨幣”。在動物肌肉或其他興奮性組織中，還有一種高能磷酸化合物即磷酸肌酸，它也是高能磷酸基的貯存者，其中的能量要兌換成“流通貨幣”才能發(fā)揮作用。如圖下圖所示磷酸肌酸與ATP關(guān)系。 磷酸肌酸 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 肌酸 二、NAD＋和NADP＋ NAD＋又叫輔酶Ⅰ，全稱煙酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADP＋又叫輔酶Ⅱ，全稱煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。它們都是遞氫體，能從底物里取得電子和氫。NAD＋和NADP＋都是以分子中的煙酰胺部分來接受電子的，所以煙酰胺是它們的作用中心。接受電子的過程如下圖所示： 這里雖然從底物脫下來的兩個(gè)電子都被接受了，但脫下來的兩個(gè)氫原子卻

13、只有一個(gè)被接受，剩下的一個(gè)質(zhì)子H暫時(shí)被細(xì)胞的緩沖能力接納下來，留待參與其他反應(yīng)。因此，NAD＋和NADP＋的還原形式被寫作NADH和NADPH。 參考《新編奧林匹克生物競賽指導(dǎo)》（主編：劉植義 ?南京師范大學(xué)出版社） 第二章 ?生命的物質(zhì)基礎(chǔ) 第一節(jié) ?組成生物體的化學(xué)元素及化合物 【解題指導(dǎo)】 例l ?一個(gè)蛋白質(zhì)分子有5條肽鏈，由xx個(gè)氨基酸組成，那么形成該蛋白質(zhì)分子過程中生成的水分子個(gè)數(shù)和含有的肽鍵數(shù)分別是多少？ 析 ?氨基酸通過脫水縮合形成多肽，在一條由n個(gè)氨基酸組成的多肽鏈中，形成的肽鍵個(gè)數(shù)＝生成的水分子個(gè)數(shù)＝n－l。同理，在由多條肽鏈組成的蛋白質(zhì)中，形成肽鍵數(shù)目＝組成該蛋

14、白質(zhì)分子的氨基酸數(shù)目－該蛋白質(zhì)分子中肽鏈條數(shù)。所以，此題中生成水分子數(shù)和含有的肽鍵數(shù)都應(yīng)是xx－5＝1993。 例2 ?腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的激素其結(jié)構(gòu)與以下哪一種物質(zhì)結(jié)構(gòu)相似？ ? ? ? A ?血紅蛋白 ? ?B ?膽固醇 ? ?C ?酪氨酸 ? ?D ?腎上腺素 析 ?激素依化學(xué)成分分成兩類，一類是由腎上腺皮質(zhì)分泌的激素統(tǒng)稱腎上腺皮質(zhì)激素，屬于類固醇激素；另一類屬于含氮物質(zhì)激素，包括蛋白質(zhì)、多肽（胰島素、甲狀分腺素）和胺類（腎上腺素、甲狀腺激素）。上題中膽固醇是一種固醇類化合物，所以腎上腺皮質(zhì)分泌的激素與膽固醇的結(jié)構(gòu)相似。答案選B。 第二節(jié) ?其他重要化合物 【解題指導(dǎo)】 例

15、?如果說光合作用中光反應(yīng)的產(chǎn)物只有ATP、氧氣和氫，是否正確？為什么？ 析 ?不正確。因?yàn)樵诠夥磻?yīng)中水分子被分解，產(chǎn)生的氧原子結(jié)合成氧氣被釋放，而氫則與NADP＋結(jié)合生成NADPH，NADP＋和ATP共同為暗反應(yīng)所必需的還原劑。 參考《新編奧林匹克生物競賽指導(dǎo)》（主編：劉植義 ?南京師范大學(xué)出版社） 第二章 ?生命的物質(zhì)基礎(chǔ) 第一節(jié) ?組成生物體的化學(xué)元素及化合物 【鞏固練習(xí)】 1．關(guān)于病毒遺傳物質(zhì)的敘述，正確的一項(xiàng)是 ? ? ? A ?都是脫氧核糖核酸 B ?都是核糖核酸 C ?同時(shí)存在脫氧核糖核酸和核糖核酸 D ?有的是脫氧核糖核酸，有的是核糖核酸 2．構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)生命

16、物質(zhì)的主要有機(jī)成分是 ? ? ? A ?蛋白質(zhì)和核酸 ? ?B ?水和蛋白質(zhì) C ?蛋白質(zhì)和無機(jī)鹽 ? ?D ?水和核酸 3．組成核酸和核糖核酸的核酸的種類分別有 ? ? ? A ?8種和2種 ? ?B ?4種和4種 ? ?C ?5種和4種 ? ?D ?8種和4種 4．一個(gè)含有6個(gè)肽鍵的多肽，組成它的氨基酸以及至少應(yīng)有的氨基和羧基的數(shù)目分別是 ? ? ? A ?6、1、1 ? ?B ?7、1、1 ? ?C ?6、6、6 ? ?D ?7、6、6 5．當(dāng)動物體內(nèi)直接能源物質(zhì)過剩時(shí)，一般情況下，首先轉(zhuǎn)化為 ? ? ? A ?葡萄糖 ? ?B ?麥芽糖 ? ?C ?脂肪 ? ?D ?糖

17、元 第二節(jié) ?其他重要化合物 【鞏固練習(xí)】 6．在ATP轉(zhuǎn)變成ADP的過程中， ? ? ?能量；在ADP轉(zhuǎn)變成ATP的過程中，ADP ? ? ?物質(zhì)代謝釋放的能量，貯藏備用。這些轉(zhuǎn)變都必須有 ? ? ?參加。 7．關(guān)于人體細(xì)胞內(nèi)ATP的描述，正確的是 ? ? ? A ?ATP主要在線粒體中生成 B ?它含有三個(gè)高能磷酸鍵 C ?ATP轉(zhuǎn)變?yōu)锳DP的反應(yīng)是不可逆的 D ?細(xì)胞內(nèi)貯有大量ATP，以滿足生理活動需要 8．光合作用光反應(yīng)的產(chǎn)物是 ? ? ? A ?CO2、ATP、NADH＋H＋ B ?淀粉、CO2、NADPH＋H＋ C ?蔗糖、O2、CO2 D ?ATP、O

18、2、NADPH＋H＋ 9．下列三組物質(zhì)中，光合碳循環(huán)所必需的一組是 ? ? ? A ?葉綠素、類胡蘿卜素、CO2 B ?CO2、NADPH、ATP C ?CO2、H2O、ATP D ?葉綠素、NAD＋、ATP 【習(xí)題精選】 10．生物和非生物最根本的區(qū)別在于生物體 ? ? ? A ?具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu) B ?通過一定的調(diào)節(jié)機(jī)制對刺激發(fā)生反應(yīng) C ?通過新陳代謝進(jìn)行自我更新 D ?具有生長發(fā)育和產(chǎn)生后代的特性 11．若組成蛋白質(zhì)的氨基酸分子的平均相對分子質(zhì)量為130，則一條由160個(gè)氨基酸形成的多肽，其相對分子質(zhì)量為 ? ? ? A ?17938 ? ?B ?19423 ?

19、 ?C ?24501 ? ?D ?28018 12．某一多肽鏈內(nèi)共有肽健109個(gè)，則此分子中含有的－NH2和COOH的數(shù)目至少為 ? ? ? A ?110、110 ? ?B ?109、109 ? ?C ?9、9 ? ?D ?1、1 13．生物界在基本組成上的高度一致性表現(xiàn)在 ? ? ? ① 組成生物體的化學(xué)元素基本一致 ② 各種生物體的核酸都相同 ③ 構(gòu)成核酸的堿基都相同 ④ 各種生物體的蛋白質(zhì)都相同 ⑤ 構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸都相同 A ?①②④ ? ?B ?①③⑤ ? ?C ?③④⑤ ? ?D ?①②③ 14． 以上的核著酸鏈?zhǔn)?? ? ? A ?DNA ? ?B

20、 ?rnRNA ? ?C ?tRNA ? ?D ?dZNrx 15．下列物質(zhì)中，不是氨基酸的是 ? ? ? A ? ? ? ? ? ? ? ?B ? C ? ? ? D ? 16．如果將上題中的三種氨基酸縮合成化合物，那么該化合物含有的氨基、羧基、肽鍵的數(shù)目依次是 ? ? ? A ?2、2、2 ? ? ?B ?2、3、2 ? ? ?C ?3、4、3 ? ? ?D ?4、3、3 17．血紅蛋白分子中含有四條多肽鏈，共由574個(gè)氨基酸構(gòu)成，那么該分子中含有的肽鍵數(shù)應(yīng)是 ? ? ? A ?570 ? ? B ?573 ? ? C ?574 ? ? D ?578 18．下列各項(xiàng)

21、不屬于脂類物質(zhì)的是 ? ? ? ? A ?生長激素 ? ?B ?維生素D ? ?C ?性激素 ? ?D ?腎上腺皮質(zhì)激素 19．活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行生命活動所需要的能量直接來自 ? ? ? ? A ?ATP的水解 ? ? B ?葡萄糖的水解 ? ?C ?淀粉的水解 ? ?D ?脂肪的水解 20．在下列化合物中，構(gòu)成蛋白質(zhì)的堿性氨基酸是 ? ? ? ? A ? ? ? ? B ? C ? ? ? ? ? ? ? ? ? D ?NH2—CH2－CH2－COOH 21．當(dāng)生物體新陳代謝旺盛，生長迅速時(shí)，生物體內(nèi) ? ? ? ? A ?結(jié)合水／自由水的比值與此無關(guān) B ?結(jié)合水／自由水的比

22、值會升高 C ?結(jié)合水／自由水的比值會降低 D ?結(jié)合水／自由水的比值會不變 22．下列物質(zhì)中，對維持人體體液平衡，物質(zhì)運(yùn)輸，出血時(shí)血液凝固等生理功能都有重要作用的是 ? ? ? ? A ?蛋白質(zhì) ? ?B ?維生素 ? ?C ?葡萄糖 ? ?D ?脂肪 23．人和動物乳汁中特有的二糖水解后的產(chǎn)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 【參考答案】 1．D ?2．A ?3．D ?4．B ?5．D ?6．釋放、儲存、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 參考《新編奧林匹克生物競賽指導(dǎo)》（主編：劉植義 ?南京師范大學(xué)出版社）