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第二节 组成生物体的化合物
镇海中学 赫成军
教材分析
本节教学内容――组成生物体的化合物，是在第一节《组成生物体的化学元素》的基础上进一步研究细胞和生物体的物质组成。通过本节学习了解生命的物质属性，理解、掌握构成细胞的化合物的种类和功能，为深入理解细胞的结构和功能打下基础。是讲述第二章《生命的基本单位――细胞》的重要基础，与后面的各章都有密切的关系，也是学习好其他各章的基础，教学中要注意前后知识的联系。为此本节教材起到承上启下的作用。本节的教学内容较多而时间又较紧张，教师要合理分配时间，突出重点和难点。
一、教学目标
1、知识目标：
① 、理解组成生物体的水、无机盐、糖类、脂类、蛋白质、核酸这几种化合物的化学元素组成、在细胞内的存在形式和重要的功能（C）。
② 、理解组成生物体的无机化合物和有机化合物是生命活动的基础（C）。
③ 、知道各种化合物只有按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象（A）。
2、能力目标：
① 、通过对构成细胞和各种化合物的成分、功能的学习，特别是对蛋白质的分子组成、结构的复杂性和功能多样性的学习，培养学生理解记忆能力、一定的空间想象能力和抽象思维能力。
② 、通过本节课的学习，学会分析问题和解决问题的方法，掌握比较的方法。
3、情感目标：
通过对组成生物体的化学元素的学习，使学生理解生命的物质性，生命物质变化发展的特殊性，生物界与非生物界构成物质的统一性和差异性。对学生进行辩证唯物主义观点的教育。
二、教学重点及解析
重点：组成生物体的无机化合物和有机化合物的化学元素组成，各种化合物在细胞中的存在形式和重要功能。
解析：通过本节的学习了解生命的物质属性，理解、掌握构成细胞的化合物和种类和功能，为深入理解细胞的结构和功能打下基础。组成细胞的化合物的元素、结构、生理作用是本节的重点。理解和掌握细胞中各类化合物等组成、结构和功能。蛋白质的有关内容是重中之重。其中重点是：理解氨基酸的结构通式，识别构成生物体蛋白质的氨基酸，理解蛋白质分子结构和基本知识，识记常见的蛋白质：酶、抗体、胰岛素、生长激素等激素，运输物质的载体、血红蛋白质等。
三、教学难点及解析
难点： ① 、蛋白质的化学元素组成、相对分子质量、基本组成单位、分子结构和主要功能。 ② 、核酸的化学元素组成、相对分子质量、基本组成单位和重要功能。
解析：蛋白质的基本组成单位、分子结构、主要功能是重难点。由于高二学生对生物化学知识了解甚少，在理解各种化学成分的作用和应用方面有一定的困难，所以构成细胞的化合物的知识也是本节的难点。如结构式、化学键、官能团、缩合反应和高分子化合物的结构样性的知识，要结合蛋白质的学习突破重难点。根据氨基酸的结构通式判断构成生物体的氨基酸，从我肽链中准确判断氨基酸的数目、R基的结构，由蛋白质结构的多样性联系到功能的多样性。
在多肽链中查找“－N－C－C－”是关键，有几个“－N－C－C－”，该多肽就是几肽，除主链外，每个“－N－C－C－”中间的C原子所连接的为H和R基。
由于组成蛋白质的氨基酸牿上类、数目、排列顺序不同，决定了蛋白质的结构具有多样性，进而决定了蛋白质功能的多样性。蛋白质是细胞结构的主要物质，含量占细胞干物质的50％以上，通过酶的催化作用与部分激素的调节作用，直接影响新陈代谢，所以说，蛋白质是一切生命活动的体现者。许多生命现象主要是蛋白质所具有的物质属性的表现。
教法指导
一、授课思路
１、 “对比分析”和“讨论”相结合的启发式教学方法。 ① 使学生通过对比、讨论发现并且概括出组成生物体的各种化合物的含量、元素组成、分类和生理作用，并列表概括。 ② 本节的内容学生已具有一定的基础，但比较的内容比较多，要注意各种化合物之间的联系。教学中教师尽可能运用幻灯片、挂图、多媒体手段、书本上的比较表等多种手段，采取边讲解边观察，在观察中逐步掌握并系统化，切忌死记硬背。 ③ 教师先在黑板、幻灯片或投影片上列出表格及项目，学生根据填表要求（或问题）阅读书本相关内容。学生讨论分析填表。教师运用幻灯、挂图或投影等加以进一步归纳总结，使知识系统完整。
２、 关于无机化合物中水和无机盐，要让学生了解其存在形式和对生命活动重要性，上述教学用谈话法进行，对于学生不易理解的知识，如什么是结合水，无机盐的重要性，可启发学生联系日常生活实际，多举些例子加深理解，这样学生学起来易懂，且有兴趣。例如： ① 切西瓜流出的西瓜汁，挤菜馅挤出的菜汁是自由水； ② 鸡蛋清里所含的水，用水浸泡过的黄豆，用水调麻酱形成的糊状物，以上都是水与蛋白质结合形成水合蛋白，属于结合水。 ③ 马拉松运动员腿部肌肉出现痉挛现象，需补充Na+缓解；哺乳动物中猪啃围墙，宠物狗舔食墙皮等现象，可能是缺钙表现，提醒人们在饲料里需添加钙盐。以上都说明无机盐对生物代谢活动起重要作用。
３、 关于蛋白质的内容可按下面结构层次来学习： ① 元素组成。 ② 基本组成单位――氨基酸（结构通式，结构特点和种类）。 ③ 化学结构――肽（肽链）的形成。 ④ 空间结构――一条或几条肽链盘曲折叠。 ⑤ 蛋白质多样性的原因及结构多样性具有的意义。 ⑥ 蛋白质的生理功能，，从蛋白质的重要生理功能上，理解蛋白质是一切生命活动的体现者和生物界多样性的物质基础。核酸的知识，应侧重于核酸的基本组成单位――核苷酸，核酸的类别，分布及功能的学习，通过看书，比较DNA和RNA在名称、化学组成，分布上的异同点。
４、 运用主线进行教学，有利于教师形成一条清晰的教学思路，把握知识的关键、突出教学重点、突破难点知识，有利于发挥教师的主导作用。在教师主导作用下，调动学生学习主动性和积极性，充分发挥学生的主体作用和参与意识，使学生生动而有趣地学习本章基础知识，对学生进行观察、思维能力的培养。
二、教学准备
１、 多媒体投影片或幻灯： ① 构成细胞的化合物 ② 糖类比较表 ③ 脂类比较表 ④ 蛋白质和核酸比较表。
三、课时安排
本节共按排2课时。
学法指导
运用比较归纳的方法掌握构成细胞的化合物的种类和功能，对于蛋白质和核酸的的知识，利用知识结构的层次性逐步引导、分析得出正确的结论。
教案实例
第一课时
教学过程：
复习提问：1、组成生物体的化学元素可分为哪两类？
2、组成生物体的化学元素有什么重要作用？
3、为什么说生物界与非生物界具有统一性和差异性？
导入新课：通过复习提问，根据学生回答的情况分析总结引入新课。在生物体内，由组成生物体的化学元素构成各种化合物。第二节我们学习组成生物体的化学元素。
第二节 组成生物体的化合物（板书）
设问：细胞生物学知识告诉我们：活的细胞之所以能够进行一切生命活动，这必有其物质基础。生命活动的物质基础是什么呢？由些引出构成原生质的各种化合物。通过原生质概念的教学，使学生头脑里形成一条主线：
对比分析：上述各种化合物，在细胞中的含量不同。一般情况下，这些化合物占细胞鲜重的情况如下表：
细胞中各种化合物占细胞鲜重的含量
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化合物 |
质量分数／％ |
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水 |
占80－90 |
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无机物 |
占1－1.5 |
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蛋白质 |
占7－10 |
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脂类 |
占1－2 |
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糖类和核酸 |
占1－1.5 |
根据细胞内各种化合物的含量表，从整体上概括出构成细胞的化合物。指出生命的物质基础，是以蛋白质和核酸为主体的多分子体系。
一、无机化合物（板书）
阅读回答：水和无机物的存在形式和生理功能？
在讲授水时，可以从水在细胞中的两种存在形式入手，引出水的作用。引导学生理解水的含量与生命活动的状态密切相关。
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类别 |
存在形式 |
生理功能 |
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水 |
结合水：与细胞内亲水性物质结合，约占4.5％ |
细胞结构的重要组成成分 |
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自由水：以游离形式存在的，对细胞的代谢状况有直接影响 |
细胞内的良好溶剂。 化学反应必须的液体环境，参与化学反应物质运输。 |
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无机盐 |
大多数以离子状态存在于细胞中 |
细胞内某些复杂化合物的重要组成成分。 维持生物体的生命活动、渗透压、酸碱平衡。 |
强调指出：两种形式的水存在着动态转化，不能截然分开。
在无机盐的教学中，可以从学生已知的知识中提出问题，通过简明的分析，使学生懂得无机盐的存在形式和作用。例如：为什么在观察动物和人的细胞是，要有一定浓度的生理盐水？为什么长期缺铁会出现缺铁性贫血？从这些问题的分析过程中，归纳出无机盐对维持细胞形态、参与重要的物质组成等作用。
例如： ① 切西爪流出的西爪汁，挤菜馅挤出的菜汁是自由水；鸡蛋清里所含的水，用水浸泡过的黄豆，用水调麻酱形成的糊状物，以上都是水与蛋白质结合形成水合蛋白，属于结合水。 ② Mg2＋是叶绿素分子必需的成分，Fe2+是血红蛋白的主要成分。碳酸钙是动物和人体的骨、牙齿中的重要成分。
二、有机化合物（板书）
1、糖类（含有C、H、O）
糖类的教学，应尽量联系学生生活中经常接触的类物质，提高学生的学习兴趣，增加感性认识。可有讲授法结合谈话法进行。运用多媒体投影片或列表等多种直观手段。列表总结如下：
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类别 |
主要糖类 |
生理功能 |
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单糖 |
六碳糖 |
葡萄糖（C6H12O6） |
生物细胞的重要能源物质，是绿色植物光合作用的产物。 |
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果糖 |
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五碳糖 |
核糖（C5H10O5） |
生物细胞的核糖核酸（RNA）的成分 |
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脱氧核糖（C5H10O4） |
生物细胞的脱氧核糖核酸（DNA）的成分 |
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半乳糖 |
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二糖 |
蔗糖（C12H22O11） |
植物细胞特有，由葡萄糖和果糖各1分子脱水合成。 |
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麦芽糖（C12H22O11） |
植物细胞特有，由2分子葡萄糖脱水合成 |
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乳糖（C12H22O11） |
动物的乳汁中含有，由葡萄糖和半乳糖各1分子脱水合成。 |
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多糖 |
淀粉（C6H10O5）n |
植物细胞中储存能量的物质。 |
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纤维素（C6H10O5）n |
植物细胞的细胞壁成分。 |
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糖元（C6H10O5）n |
动物细胞储存能量的物质，主要在肝脏和肌肉细胞中。 |
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通过讲述糖的水解和缩合作用，使学生理解单糖、二糖、多糖三者的区别和联系。单糖、二糖和多糖三者的关系、可举例说明，从而进一步理解糖类是生命活动提供能量的主要来源。
淀粉 
麦芽糖 
葡萄糖 
释能
2、脂类
在脂类教学中，可以渗透储存脂类（脂肪）、结构脂类（磷脂等类脂）、功能脂类（固醇）的提法，这样有利于学生对不同脂类的作用特点的理解。可以简单分析一下磷脂分子的特点，为学习细胞膜的结构打下基础。
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类别 |
生理功能 |
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脂肪 |
是生物体内储存能量的物质，有维持动物体温、减少内部器官的摩擦、缓冲外界压力的作用。 |
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类脂 |
类脂中的磷脂是生物膜结构的重要组成成分。 |
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固醇 |
胆固醇 |
动物细胞的重要成分，代谢失调，引起心血管疾病。 |
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性激素 |
促进性器官的发育和第二性征的出现。 |
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维生素D |
促进小肠对钙、磷的吸收。 |
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第二课时
3、蛋白质
① 通过例举水、葡萄糖、几种蛋白质的分子量，使学生认识到蛋白质属于生物大分子； ② 指出对生物大分子的结构的研究，常采取分层认识的方法； ③ 对蛋白质的组成和结构的教学，可从元素基本单位――氨基酸、肽链间的结合和卷曲折叠而成的结构等几个层次逐步深入。
（1）相对分子质量很大：
举例如下：
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物质名称 |
化学式 |
原子个数 |
相对分子质量 |
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水 |
H2O |
3 |
18 |
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葡萄糖 |
C6H12O6 |
24 |
180 |
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牛胰岛素 |
5700 |
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牛奶乳蛋白 |
C1642H2652O492N420S12 |
5224 |
36684 |
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人血红蛋白 |
C3032H4816O872N780S8Fe4 |
9512 |
64500 |
不管蛋白质的相对分子质量如何悬殊，每种蛋白质都是由C、H、O、N四种元素组成（含C：50％－55％，O：19％－24％，N：15％－24％，H：6.5%-7.3%）蛋白质的平均含N量约为16％，是一种含N的有机物，这是蛋白质化学元素组成的一个特点。
（2）元素组成：主要由C、H、O、N四种元素组成。很多重要的蛋白质还含有P、S两种元素，有的也含微量的Fe、Cu、Mn、I、Zn等元素。
过渡：尽管蛋白质相对分子质量很大，分子结构复杂，但都由基本组成单位――氨基酸组成。组成蛋白质的氨基酸约有20种。
（3）基本组成单位――氨基酸。
① 用板书或投影片表示氨基酸的形成：
NH2
甘氨酸 脂肪酸中与羧基相邻的一个 H原子被氨基取代形成甘氨酸 乙酸 羧基取代一个H原子 形成乙酸是一种脂肪酸 甲烷
接着用投影举出丙氨酸、谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等氨基酸的结构式，让学生找出这些氨基酸在结构上的共同点，得出20种氨基酸的通式：
NH2
② 启发学生说出氨基酸通式在结构上的特点：
共同点： 每种氨基酸分子至少都含有一个氨基（－NH3）和一个羧基（－COOH）。
不同点： R基不同，氨基酸不同。
（4）分子结构：
设问：氨基酸是如何构成蛋白质的呢？教师引导分析，蛋白质既然是高分子化合物，分子相对质量很大，而构成蛋白质的氨基酸仅20种。可以断定每个蛋白质分子是由20种成百上千个氨基酸构成的。那么氨基酸是如何构成蛋白质分子的呢？用多媒体课件演示两个氨基酸连接方式：
多媒体课件能较为直观地显示：脱水缩合，肽腱的形成以及由2个氨基酸分子缩合而成二肽的过程。如此，再结合一个氨基酸则为三肽，三肽以上称为多肽，多肽呈链状结构，叫做肽链。接着指出：蛋白质分子不仅有复杂的化学结构，还有复杂的空间结构，才表现出蛋白质的生物活性。
1条或几条肽链（肽链 间以一定化学键连接）
上述内容可用下式表示：
螺旋、折迭、盘曲形 成复杂的空间结构
蛋白质分子
展示：胰岛素分子立体结构图。由2条肽链51个氨基酸分子构成、A链含21个氨基酸，B链含30个氨基酸。胰岛素是众多蛋白质分子中相对质量较少的一种蛋白质。（教材16页图1－2）。
小结：蛋白质分子结构层次表解如下：
（4）种类具有多样性：
小结完蛋白质的分子结构层次，组织学生讨论：从结构上看，为什么蛋质的种类多种多样？讨论中，教师引导学生从下式表示的四个方面来理解：
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举例：假如有一条肽链由100个氨基酸组成，氨基酸种类是20种，问可形成多少不同结构的蛋白质分子？答案是20100，加上空间结构千差万别，蛋白质的结构极其多样。实际上，每个蛋白质分子的氨基酸数目决不止100个，而是成百上千个，因此蛋白质的种类极其多样的。
（5）主要功能：
蛋白质分子的结构具有多样性，决定了蛋白质分子具有以下功能：
① 有些蛋白质是构成细胞和生物体的重要物质――结构蛋白
②
催化作用：如和种酶
③ 运输作用：如血红蛋白
功能蛋白
④ 调节功能：如调节新陈代谢、
生长发育的某些激素等
⑤ 免疫作用：如人体内的抗体
总结：蛋白质是细胞和生物体中主要的有机化合物，是一切生命活动的体现者。蛋白质的多样性是形形色色生物和绚丽多彩生命活动的物质基础。
4、核酸：
设问：核酸是什么？有什么作用？请同学们阅读教材后回答。
（1）功能：核酸是遗传信息的载体，存在于每个细胞中，是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传变异和蛋白质的合成有极重要的作用。对于这句话学生一定不甚理解。只要求学生知道核酸是一切生物垢遗传物质，后面部分点到即可。究竟什么是遗传性、变异性、蛋白质的生物合成是怎么回事，遗传物质的详细分子结构等知识，留在第五章再讲，以分散难点。
（2）核酸和蛋白质一样，都是高分子化合物，相对分子质量在几十万至几百万。其分子结构次是：
① 元素组成：基本元素是C、H 、O、N、P。
② 基本单位：核苷酸。
③ 基本组成物质：一个核苷酸由三部分组成：
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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长链。
（3）核酸的分类和分布：（根据五碳糖的不同，把核酸分成两大类）
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名称 |
简称 |
五碳糖 |
主要分布 |
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脱氧核糖核酸 |
DNA |
脱氧核糖（C5H10O4） |
细胞核内染色体中 |
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核糖核酸 |
RNA |
核糖（C5H10O5） |
细胞质中 |
强调指出：不同的生物体，所具有的DNA和RNA的序列是不相同的。世界上找不出两个完全相同的生物，也就是说找不出两个生物个有完完全全相同的DNA和RNA。
细胞的化学成分小结：
运用多媒体课件，教师引导分析，主要由学生回答概括小结。顺序是：
① 生物体的生命活动有其共同的物质基础――构成原生质的各种化合物（要求学生概括出六类）。
② 要求学生说出组成化合物的基本元素。
③ 要求学生说出每类化合物的种类和最主要的生理功能。例如糖类有单糖、二糖、多糖。单糖中核糖和脱氧核糖是组成核酸的必要物质，葡萄糖是细胞生命活动的主要能源物质；糖元、淀粉分别是动植物细胞中的储能物质，概括地说：糖类是生命活动的主要能源物质。
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最后强调指出：上面讲述的组成生物体的每一种化合物，都有基重要的生理功能，但是，任何一种化合物都不能够单独地完成某一种生命活动，而只有按照一定的方式机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象。细胞就是这些物质最基本的结构形式。例如：淀粉是能源物质，它单独存在时，并不能自动释放出能量来。怎么释入呢？以后再学习。
小结：
1、立足于打好基础。除病毒等少数种类外，生物体都是由细胞构成的，生物体的生命活动说到底都要在细胞内进行，因此说，细胞是生物体结构和功能的基本单位。细胞是有生命的，细胞进行的一切生命活动都有其物质基础，即构成原生质的各种化合物。学好细胞的化学成分，不仅为学习细胞结构和功能打好基础，也是为学习后面章节如新陈代谢、遗传变异，生命起源等打基础。
因此，一定要重视和加强细胞化学成分、构成细胞和各类化合物基础知识的教学。首先要引导学生从思想上予以重视。对各种化合物的结构组成和生理功能教师不仅要讲授清楚，而且要一一落实，使学生理解、掌握。
2、注意突出生物学特点。活细胞的生命活动与细胞的化学成分有密切关系。细胞的化学成分主要是指构成细胞的体合物。其中糖类、脂类、蛋白质、核酸属于有机化合物，是有机化学的教学内容。这时的高中学生还没有系统地学习过有机化学，学习时会有些困难。因此，教师在处理这部分教材时，根据自己所教学学生的水平，深入浅出地去讲解。生物课讲授这部分知识立足于使学生理解生命的物质性，剖析化合物的结构组成和生理功能，为学习后面的细胞结构和功能，细胞分裂打好基础。例如，细胞膜的重要生理特性是具有选择透过性，此特性与细胞膜结构特点（一定流动性）密切相关，而结构特点又是与细胞膜主要化学成分（磷脂和蛋白质分子）的化学性质密切联系的。因此讲这部分知识不宜讲成纯化学课，要始终有化学知识为生物学教学服务。同时使学生明白，当今生物学的突飞猛进是与理化知识发展分不开的，是物理、化学高科技的先进实验手段对生物学的武装。因此，学习好理化等知识，有利于学好生物学。
反馈练习
一、选择题
1．一个肥胖者的脂肪组织中含量在+50％以上的是（ ）
A．水 B．蛋白质 C．糖类 D．脂肪
2．细胞内的结合水的生理作用是（ ）
A．细胞的良好溶剂 B．细胞组成物质之一
C．运输各种物质 D．反应介质并参与反应
3．合成核苷核和三磷酸腺苷分子所必需的无机盐是（ ）
A．硫酸盐 B．铁盐 C．磷酸盐 D．钙盐
4．植物细胞中最重要的二糖是（ ）
A．葡萄糖和蔗糖 B．淀粉和蔗糖
C．乳糖和麦芽糖 D．蔗糖和麦芽糖
5．下面的陈述中，揭示糖类化学组成特点的是（ ）
A． 含有C、H、O三种元素
B． C、H、O原子的数量比例为1:2:1
C． 生命活动的订能源物质
D． 可分为单糖、二糖和多糖三大类
6．某地区小麦种子的含水量约为14％，此时活细胞内水为（ ）
A．全部为自由水 B．全部为结合水
C．主要为自由水 D．主要为结合水
7．葡萄糖的分子式为C6H12O6，通过缩合反应把2