生物奥赛知识点全集生物奥赛知识点全集第一章第一章 生命的物质基础生命的物质基础 第一节 组成生物体的化学元素及化合物 一、组成生物体的化学元素 含量占生物体总质量的万分之一以上的元素，称大量元素，如 C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg 等。生物生活所必需，但是需要量却很少的一些元素，称 微量元素，如 Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo 等。 二、组成生物体的化合物 （）糖类 1生物学功能 参与细胞组成，是生命活动的主要能源物质。 2组成元素及种类 糖类的组成元素为 C、H、O，分单糖、寡糖、多糖三类。 单糖是不能水解的最简单的糖类，其分类中只含有一个多羟基醛或一个多羟基酮，如葡 萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖。葡萄糖和果糖都是含 6 个碳原子的己糖，分子式都是 C6H12O6，但结构式不同，在化学上叫做同分异构体。 核糖（C5H10O5）和脱氧核糖 （C5H10O4）都是含有 5 个碳原子的戊糖，两者都是构成生物遗传物质（DNA 或 RNA）的重 要组成成分。 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。 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。 （二）蛋白质 1生物学功能 催化、运输、免疫、调节作用，结构和机械支持作用、收缩功能。 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。基本组成单位是氨基酸。除甘氨酸外，蛋白质中的氨基酸都具有不对称碳原子，都有 L型与 D 一型之分，为区别两种构型，通过与甘油醛的构型相比较，人为地规定一种为 L 型，另种为 D 一型。当书写时NH2写在左边为 L 型，NH2在右为 D 型。已知天然蛋白质中的氨基酸都属 L 型。氨基酸与氨基酸之间可以发生缩合反应，形成的键为肽键。肽是两个以上氨基酸连接起 来的化合物。两个氨基酸连接起来的肽叫二肽，三个氨基酸连接起来的肽叫三肽，多个氨基 酸连接起来的肽叫多肽。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 几条多肽链集合而成的复杂的大分子。20 种基本氨基酸中，有许多是能在生物体内从其他化合物合成的。但其中有 8 种氨基酸是不能在人体内合成的，叫必需氨酸。20 种氨基酸的分类，主要是根据 R 基来区分的，分为脂肪族、芳香族和杂环族三类，其中脂肪族又分为中性（一氨基一羧基） 、酸性（一氨基二羧基）和碱性（二氨基一羧基）氨基酸。按 R 基的极性分为极性和非极性氨基酸。3结构蛋白质结构分一、二、三、四级结构。一级结构：多肽链中氨基酸连接方式及排序。二级结构：是指多肽链本身折叠和盘绕方式，这种周期性的结构是以肽链内或各肽链间的氢键来维持。天然蛋白质二级结构有 螺旋、折叠、转角和自由回折四种。例如动物的各种纤维蛋白，它们的分子围绕一个纵轴缠绕成螺旋状，称为 螺旋。相邻的螺旋以氢键相连，以保持构象的稳定。指甲、毛发以及有蹄类的蹄、角、羊毛等的成分都是呈螺旋的纤维蛋白，又称 角蛋白。折叠片是并列的比 螺旋更为伸展的肽链，互相以氢铸连接起来而成为片层状，如蚕丝、蛛丝中的 角蛋白。三级结构：是指在二级结构的基础上，进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定构象的蛋白质分子。四级结构：是由两条或两条以上的具有三级结构的多肽聚合而成特定构象的蛋白质分子。 构成功能单位的各条肽链，称为亚基，一般地说，亚基单独存在时没有生物活力，只有聚合 成四级结构才具有完整的生物活性。如：血红蛋白是由 4 个不同的亚基（2 个 肽链，2 个 链）构成的，每个链都是一个具三级结构的球蛋白。 4特点（1）胶体性质：蛋白质分子量很大，容易在水中形成胶体粒，具有胶体性质。在水溶液中，蛋白质形成亲水胶体，就是在胶体颗粒之外包含有一层水膜。水膜可以把各个颗粒相互隔开，所以颗粒不会凝聚成块而下沉。（2）变构作用：含 2 个以上亚基的蛋白质分子，如果其中一个亚基与小分子物质结合，那就不但该亚基的空间结构要发生变化，其他亚基的构象也将发生变化，结果整个蛋白质分子的构象乃至活性均将发生变化，这一现象称为变构或别构作用。例如，某些酶分子可以和它所催化的最终产物结合，引起变构效应，使酶的活力降低，从而起到反馈抑制的效果。（3）变性作用：蛋白质在重金属盐（汞盐、银盐、铜盐等） 、酸、碱、乙醛、尿素等的存在下，或是加热至 70100，或在 X 射线、紫外线的作用下，其空间结构发生改变和破坏，从而失去生物学活性，这种现象称为变性。变性过程中不发生肽键断裂和二硫键的破坏，因而不发生一级结构的破坏，而主要发生氢键、疏水键的破坏，使肽链的有序的卷曲、折叠状态变为松散无序。这种变化不可逆。（三）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。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。 DNA 的碱基有四种（A、G、C、T） ，RNA 的碱基也有四种（A、G、C、U） 。DNA 中碱 基的百分含量一定是 AT、GC，不同种生物的碱基含量不同。RNA 中 AU、GC 之间 并没有等量的关系。 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（5端为磷酸） 。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苷酸链绕 同一中心轴构成双螺旋结构。常有 A、B(即 WatsonCrick 模型)、C 型和 Z 型（左手螺旋） 。5性质 （1）一般性质核酸和核苷酸既有磷酸基，又有碱性基团，为两性电解质，因磷酸的酸性强，通常表现为酸性。核酸可被酸、碱或酶水解成为各种组分，其水解程度因水解条件而异。RNA 在室温条件下被稀碱水解成核苷酸而 DNA 对碱较稳定，常利用该性质测定 RNA 的碱基组成或除去溶液中的 RNA 杂质。DNA 为白色纤维状固体，RNA 为白色粉末；都微溶于水，不溶于一般有机溶剂。常用乙醇从溶液中沉淀核酸。（2）核酸的紫外吸收性质核酸中的嘌呤碱和嘧啶碱均具有共轭双键，使碱基、核苷、核苷酸和核酸在 240290nm的紫外波段有一个强烈的吸收峰，最大吸收值在 260nm 附近。不同的核苷酸有不同的吸收特性。由于蛋白质在这一光区仅有很弱的吸收，蛋白质的最大吸收值在 280nm 处，利用这一特性可以鉴别核酸纯度及其制剂中的蛋白质杂质。（3）核酸的变性和复性核酸的变性：是指核酸双螺旋区的氢键断裂，碱基有规律的堆积被破坏，双螺旋松散，发生从螺旋到单键线团的转变，并分离成两条缠绕的无定形的多核苷酸单键的过程。变性主要是由二级结构的改变引起的，因不涉及共价键的断裂，故一级结构并不发生破坏。核酸变性后，一系列物理和化学性质也随之发生改变，如 260nm 区紫外吸收值升高(增色效应)，粘度下降，失去生物活性。核酸的复性：变性 DNA 在适当条件（如缓慢冷却即退火）下，又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构，这个过程称为复性。DNA 复性后，许多物理、化学性质又得到恢复，生物活性也可以得到部分恢复。DNA 的片段越大，复性越慢；DNA 的浓度越高，复性越快。（四）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 （l）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。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。 （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。 （五）水和无机盐 1水 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。水的作用有：水是代谢物质的良好 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，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：维持渗透压，维持酸碱平衡，特异作用等。 第二章第二章 生命的基本单位生命的基本单位细胞细胞 第一节 细胞的形态和类别 【知识概要】 一、细胞的概念及形态 细胞是由原生质小团所组成的基本单位，其中含有一个核（或拟核） ，四周被膜包围着。 细胞的大小千差万别。最大的直径近 10cm，如驼鸟卵；小的需用电子显微镜才能看到， 如支原体，其细胞直径只有 0.1um。一般细胞的直径都在 10100um 之间，观察需要借助光 学显微镜。 细胞的形状多样。有球状、多面体、纺锤体和柱状体等。由于细胞内在的结构、自身的 表面张力以及外部的机械压力的作用，各种细胞总是保持其一定的形态。细胞的形状与功能 之间有着密切关系，如运动神经元细胞质伸展长达几米，用以传导外界刺激产生的兴奋。 二、原核细胞 原核细胞外部由质膜所包围，质膜之外是坚固的细胞壁。细胞壁主要是由一种叫胞壁质 的蛋白多糖组成。在原核细胞内含有 DNA 的区域，没有核膜包围，这个区域为拟核，其中只 有一条 DNA。原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等，但含有核糖核蛋白体、 间体、粒状物、类囊体和蓝色体等。原核细胞细胞质中的内含物有气泡。多磷酸颗粒、脂肪 滴和蛋白粒等。由原核细胞构成的生物称原核生物，如支原体、细菌、蓝藻和放线菌等。 三、真核细胞 真核细胞的细胞质与细胞核之间有核膜把它们分开，细胞质中的细胞器与结构都比原核 细胞复杂。真核细胞内含有的物质，大致可分为四类：原生质，它是细胞质与细胞核所组 成的生活物质的整体。细胞质包括质膜、内质网、高尔基体、中心体、线粒体、质体等。 后成质，由细胞分化出来具有一定机能的细胞衍生物，如纤毛、鞭毛等。异质，由原生质 高度特化的物质，如角质、木质、木柱质、纤维素等。副质，细胞质中的内含物，都是新 陈代谢的产物，如淀粉粒、糖元粒、油滴、乳液等。 四、真核细胞和原核细胞的主要区分见下表 真核细胞和原核细胞的主要区别特性原核细胞真核细胞 细胞大小较小（110um）较大（10100um） 染色体一个细胞只有一条 DNA，与 RNA、蛋白质不联结在一起一个细胞有几条染色体，DNA 与 RNA、蛋 白质联结在一起 细胞核无核膜和核仁有核膜和核仁 细胞器无有线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等 内膜系统简单复杂 微梁系统无有微管和微丝 细胞分裂