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1、备课资料1.自由水、结合水和代谢水自由水是指在生物体内或细胞内可以自由流动的水，是良好的溶剂和运输工具。如人和动物血液中含水83，多为自由水， 可把营养物质输送到各个细胞，又把细胞产生的代谢废物运到排泄器官。它的数量制约着细胞的代谢强度。如呼吸速度、光合速度、生长速度等。自由水占总含水量百分比越大则代谢越旺盛。结合水是指在细胞内与其他物质结合在一起的水。水是极性分子，氧侧带部分负电荷，氢侧带部分正电荷，因此水分子很容易与其他极性分子间形成氢键。如氨基、羧基、羟基等均可与水结合， 成为结合水。 所有这些水不再能溶解其他物质，较难流动。 如心肌含水 79，与血液含水量相差不多，但所含的水均为结合水
2、，故呈坚实的形态。 结合水不参与代谢作用，然而植物中结合水的含量与植物抗性大小有密切关系。即使干燥的成熟种子也保持约25左右的水即结合水，这时原生质呈半凝固的凝胶状态，生理活性降到最低程度，但原生质的基本结构还可以保持并可抵抗干旱和寒冷等不良环境。另外，据对人和动物的研究发现，人和动物的年龄愈大，细胞中的结合水愈少，生病时，结合水也有变化。自由水和结合水的区分不是绝对的，两者在一定条件下可以相互转化。如血液凝固时，自由水就变成了结合水。代谢水是指糖类、脂肪和蛋白质等有机物在生物体内氧化时产生的水。每100 g糖氧化时可产生55 mL 水；每 100 g脂肪氧化时可产生 107 mL 水；而 1
3、00 g蛋白质可产生 41 mL水。普通食谱中每418.4 J热量的食物代谢后产生 12 mL水，通常成人每天需进食 10 460 J热量的混合性食物，这样每天约产生 300 mL 代谢水。鸡胚在封闭的蛋壳内发育成小鸡所需的水全是代谢水。2.阳离子在细胞中的作用离子种类在细胞中的作用Fe2+或 Fe3+血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁蛋白的组成成分Na +维持膜电位K +参与蛋白质合成和某些酶促合成Mg 2+叶绿素、磷酸酶、 Na K 泵2+肽酶MnCu2+酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶Co2+肽酶Mo 2+硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶Ca2+钙调素、肌动球蛋白、 ATP酶3.水适于作生物体进行生命活
4、动的介质的理化性质(1)水分子是极性分子，在水分子中氧的一端带有负电，氢的一端带有正电，每个水分子的氧都和它周围的另一些水分子的带正电的氢相吸引而形成氢键。这种氢键很脆弱，并且很快就10 11断开，每一氢键只能保持1010s。但断得快形成得也快，总的结果是水分子总是以不稳定的氢键形成一片，水的这一特性使水分子有较强的内聚力和表面张力。由于内聚，水就可以在根、茎、叶的导管中形成连续的水柱，从而可以从根部一直上升到参天大树的树梢。由于有较高的表面张力，所以水蝇等昆虫能在水面上行走。由于水分子的极性，它可以和多种极性分子和极性表面结合，这就是水的附着力，也是细胞内存在结合水的主要原因。(2) 水是一
5、种极性分子使水成为一种良好的溶剂。生命系统中很多分子都是电解质或是极性分子， 如小分子的糖类、 氨基酸等都能溶于水， 水也由此而成为生命系统中各化学反应的原理想介质。没有极性的分子，如脂类分子不溶于水，它们是生物膜的主要成分，由于它们的疏水性，膜才能存在而不被水溶解。(3) 水的比热在自然界中是最高的，为1，即 1 g水上升 1 需 4.184 J热量。而 1 g空气上升 1 只需 1.046 J热量就行了。由于水能在温度升高时吸收较多的热量，这就使细胞的温度和代谢速率得以保持稳定。 水生生物还可以由于水的这一特性而不至于遭到水温急剧变化的冲击。水的蒸发热也高， 1 g液态水变为气态水需要 2
6、 259.36 J，这一特性对生物的活动也是有利的， 我们夏天出汗， 汗水蒸发吸热多，有利于维持体温。植物在高温的夏季仍能保持低体温， 就是由于水分子大量蒸发之故。提高水温和水的汽化都必须打开氢键，使水分子能自由运动，而打开氢键是需要能量的。(4) 由于水溶液的流动性大，水在生物体内还起到运输物质的作用，将吸收来的营养物质运输到各个组织中去，并将组织中产生的废物运输到排泄器官，排出体外。(5) 水还有一个重要的特点，固态的水(冰 )密度比液态的水密度低。水温降低时，分子运动变慢，分子间距离缩小，水密度增大。在水温降至4 时，分子间距离最小，分子运动最慢，各分子间几乎都能和另外4个水分子形成氢键
7、。水温如再下降，各水分子间距离彼此又稍稍离开以保持最大数量的氢键存在。水温降至 0 时， 水分子互以氢键相连而结冰，但体积略大于等量的液态水，密度也低于液态水而漂浮于水的表层。这一特性对水生生物至关重要。若冰的密度大，沉入水底，上面的水又层层结冰而下沉，水生生物将无存身之处，冰浮在表面， 正好成为一层绝缘层，使下面的水保持在冰点以上，水生生物可生活于其中。此外，结冰时散热，冰融化吸热，这一过程有缓冲水温变化的作用，也有利于生物的生存。(6) 水的电离：水的一部分分子可解离成H +和 OH ，H 2OH+ OH 。这样写只是为了方便，实际上水并不解离为游离的H +，而是水分子中的一个氢质子脱离它
8、外周的电子而跳跃到另一个水分子上去，结果2个水分子产生一个带正电的H 3O+和一个带负电的 OH 。 H 2O H 2OH3 O+ OH ，纯水在 25 时， H +和 OH 的浓度是一样的，都为 1.0 10 7mol L 1 。 pH 是以 mol L 1为单位的氢离子浓度的负对数。所以纯水的pH=7 ，为中性。生物体内大多数的生物化学反应是在中性的环境中进行的。本章自我检测详解一、概念检测判断题1.(组成细胞的化学元素，在无机自然界里都能找到，没有一种化学元素为细胞所特有)2. (能够为细胞的生命活动提供能量的能源物质主要有糖类、脂质、蛋白质等，而核酸是细胞内携带遗传信息的物质，不是能源
9、物质)3. (细胞中含量最多的物质是水)4. (蛋白质在细胞中承担的功能多种多样。结构蛋白是构成细胞和生物体结构的重要物质，蛋白质还有催化作用、运输作用、传递信息、调节机体生命活动、免疫功能等。一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者)5. (核酸包括 DNA 和 RNA 两种类型。 DNA 主要存在细胞核内，RNA 主要存在细胞质中)6. (胆固醇是构成细胞膜的重要成分，参与血脂的运输。胆固醇含量过高才对生物体有害 )选择题1.A( 蔗糖和麦芽糖是植物细胞含有的糖类，乳糖是动物细胞所含有的糖类，而葡萄糖是动植物细胞共有的糖类)2.B( 脱氧核糖核酸 (DNA) 的基本组成单位
10、是脱氧核苷酸)3.D( 糖类、脂肪都只含有C、 H、 O三种元素。胰岛素是一种蛋白质，含有C、 H、O、N四种化学元素 )4.A( 酷暑使在室外作业的人们大量出汗，排出过多的无机盐，导致体内的水盐平衡和酸碱平衡失调，应多喝淡盐水)画概念图约20种元素组成C、 H、O、N等种类R基本单位氨基酸N2 N C COOH结构通式脱水缩合连接成H多肽肽键化学键名称蛋白质二、知识迁移功能具有多样性原因分子结构多样性自由水 结合水自由水三、技能应用20种氨基酸在形成肽链时可以有不同的序列，这是肽链形式多样的主要原因。用数学的排列组合方式可以解释，假若一段只有20个氨基酸的肽链， 那么由于不同的排列组合可以形成的肽链形式就有2020种之多。更何况肽链中的氨基酸数目远不止20个，通常是成百上千，可以想象形成的肽链形式将会是一个天文数字。四、思维拓展在陨石中发现了氨基酸，且非地球所有， 这说明宇宙中很可能还存在与地球生物类似的生命形式。因为氨基酸是组成蛋白质的基本单位，而蛋白质又是生命活动的主要承担者。