第四章化学与生命科学

第四章生命的物质变化和能量转换一、本章教材分析：物质、能量和信息是一切生命活动的三大要素。

对于一个生物体来说，生命活动的进行需要能量维持，生物体必须不断地与环境交换物质，不断地驱动生物体内物质的运动和变化以获得营养并排出代谢产物。

细胞内的生命活动通常由一系列化学反应组成，在学习了生命的物质基础、结构基础等生物体静态组成后，本章通过几组基本的生命化学反应过程，展示生物体内化学反应的特点，各类生物体细胞获得能量的过程以及物质与能量的关系，帮助学生从物质和能量角度认识生命，了解生物之间相互依赖的关系，理解生命的本质，并能与自身生活需要相联系。

本章的主要内容包括“生物体内的化学反应”“光合作用”“细胞呼吸”“生物体内营养物质的转变”四个主题。

生物体内的物质变化通过一系列具体的化学反应表现出来，其中合成反应和分解反应是最常见的。

生物催化剂——酶的作用使发生在生物体内的化学反应平稳而有序。

光合作用时地球上绿色植物利用太阳光能合成糖类的过程，为地球上所有的生命提供能量，是生物圈能量流的起点。

细胞通过氧化分解，从化合物中获得能量，这些能量部分以热的形式散失，部分由A TP传递给生命活动需能部位，保证生命活动的进行。

光合作用和细胞呼吸都是一系列生化反应的具体体现，它们使生物体与外界实现了物质的交换和能量的转换，同时也是生物体在长期进化过程中逐步形成的维持生命的基本生理活动。

整个章节的内容着眼于普遍存在于生命世界的新陈代谢过程，诠释了生物体在物质变化和能量转换上的“动态”规律。

这一章的学习将让学生对生命本质的认识在分子水平上得到深化，从而在微观层面上更深入地理解生命的本质，同时还为以后进一步认识生命活动信息流本质和其他生命活动的规律（如生长、发育、繁殖、遗传等）打下基础，因此本章在整个高中生命科学学习中具有基础意义。

以本章内容为载体，课程标准要求学生学会一些基本的生理生化实验技能，经历动手操作的过程，感悟科学精神和科学方法，运用知识解决实际问题。

化学与生命科学引言：化学与生命科学在很多方面都有着千丝万缕的联系。

从DNA的复制到细胞中的代谢过程，都需要化学反应来推动。

因此，深入了解和掌握化学与生命科学的关系，对于我们认识和探索生命奥秘有着深远的意义。

一、化学反应在生命科学中的应用1. 多肽类药物的开发多肽类药物是指由两个以上氨基酸残基组成的小分子化合物。

这种化合物对于一些特定的疾病治疗非常有效。

针对不同疾病所需的多肽类药物是不同的，因此多肽类药物的研发需要大量的化学反应来推动。

例如，利用多肽类药物就可以治疗一些重大疾病，如癌症、HIV等。

2. DNA复制与RNA合成DNA复制和RNA合成都是生命科学中最基本和关键的过程。

这两个过程都是化学反应的结果。

在细胞中，DNA复制是使细胞可以分裂繁殖的关键过程，并且RNA合成则是使DNA存储的信息能够传递到蛋白质中的基础。

通过化学反应来推动这两个过程，对于理解细胞如何工作及遗传相关领域中的进展都具有非常重要的价值。

3. 代谢过程代谢作用是指细胞进行生命活动所必需的一系列化学反应。

这些化学反应具有高度的复杂性，通过调整代谢过程中的不同化学反应，细胞可以驱动分子的剥离和重新组合。

这种过程极富流程性和控制性，一旦出现任何问题，就会对细胞和生命过程产生重大影响。

二、化学革命对生命科学的影响1. 良好的实验室技术化学革命对生命科学产生影响最直接的方式就是创造了许多新的实验室技术。

例如，利用化学革命的成果可以大量生产X光晶体，在研究细胞中的蛋白质结构时，X光晶体就起着重要的作用。

化学制剂的发展也使得生物科学家们在实验室中能够更加准确、精密地控制反应、测量反应，从而提高发现新物质的效率和精确性。

2. 合成化学的发展它是化学革命对生命科学产生深远影响的另一方面。

合成化学使得科学家们可以按照特定的要求进行合成，从而创造出全新的生物分子和化合物。

利用这种方法，可以精确定制一系列药品，这些药品不仅可以缓解疾病，还能查明疾病对分子水平的影响。

初中化学人教版教案(全册)第一章：走进化学世界1.1 认识化学科学了解化学的定义、研究对象和特点掌握化学实验的基本操作技能1.2 化学实验的基本操作学习使用试管、烧杯、量筒等实验仪器学会进行物质的称量、溶解、加热等操作1.3 物质的分类理解纯净物和混合物的概念掌握元素、化合物、氧化物等基本物质的分类第二章：物质的变化与能量2.1 物理变化与化学变化的判别了解物理变化和化学变化的本质区别学会判断物质发生的是物理变化还是化学变化2.2 化学反应与能量变化掌握化学反应中能量的变化现象学习热化学方程式和能量守恒定律2.3 燃烧与爆炸了解燃烧的条件和灭火的方法掌握爆炸的分类和原理第三章：原子和分子3.1 原子结构学习原子的组成和电子排布掌握原子序数、原子量和元素周期表3.2 分子与化合物理解分子的定义和性质学会判断分子和离子的存在3.3 化学键掌握离子键、共价键和金属键的概念了解化学键的类型和作用力第四章：有机化学基础4.1 有机化合物的结构与命名学习有机化合物的基本结构和功能团掌握有机化合物的命名规则4.2 有机化合物的性质了解有机化合物的物理性质和化学性质掌握有机化合物的反应类型和机理4.3 有机化合物的制备与应用学习有机化合物的制备方法和实验技巧了解有机化合物在生活和工业中的应用第五章：溶液与浓度5.1 溶液的定义与性质理解溶液的概念和特点掌握溶液的组成和浓度表示方法5.2 溶液的制备与稀释学会制备不同浓度的溶液了解溶液的稀释方法和计算5.3 溶液的平衡与沉淀掌握溶液中溶质溶解度平衡的原理学习溶液中沉淀的形成和溶解方法第六章：空气与水的污染6.1 空气质量与污染了解空气污染的来源和危害学习空气质量指数和空气质量评价6.2 水污染与水资源保护掌握水污染的途径和危害了解水资源保护的重要性和方法6.3 环保意识与化学培养学生的环保意识和责任感探讨化学在环境保护中的应用与贡献第七章：金属与非金属7.1 金属的性质与冶炼学习金属的物理性质和化学性质掌握金属的冶炼方法和应用7.2 非金属元素了解非金属元素的基本性质和用途学习非金属化合物的制备和反应7.3 半导体材料认识半导体材料的特点和应用探索半导体材料在现代科技领域的地位和作用第八章：化学反应速率与化学平衡8.1 化学反应速率理解化学反应速率的概念和影响因素学会计算化学反应速率并进行相关实验8.2 化学平衡掌握化学平衡的条件和原理学习化学平衡移动的规律和影响因素8.3 化学反应的限度与可逆性探讨化学反应的可逆性和限度了解化学平衡在工业生产和科学研究中的应用第九章：电化学与电池9.1 电化学基本概念学习电化学的定义和基本原理掌握原电池和电解池的构造和工作原理9.2 电化学反应了解电化学反应的类型和特点学会电化学反应的分析和应用9.3 电池的种类与应用认识不同类型的电池及其特点探讨电池在生活和工业中的应用和未来发展第十章：生活中的化学10.1 食物与营养了解食物的化学成分和营养价值学习食品添加剂的种类和作用10.2 药物与健康认识药物的化学成分和作用机制探讨合理用药和药物安全的重要性10.3 生活中的化学现象探索日常生活中的化学现象和原理培养学生对化学知识的兴趣和应用能力第十一章：酸碱与盐11.1 酸碱理论基础学习酸碱的定义和酸碱理论掌握溶液的酸碱性和pH值11.2 酸碱反应了解酸碱反应的类型和特点学会判断酸碱反应的进行方向和程度11.3 盐的性质与溶解度掌握盐的分类和溶解度规律学习盐的溶解度与反应的关系第十二章：有机合成材料12.1 合成材料的概念与分类了解合成材料的定义和分类掌握合成材料的特点和应用12.2 塑料、合成纤维和合成橡胶学习塑料、合成纤维和合成橡胶的制备方法探讨这些材料在生活和工业中的应用12.3 有机合成反应认识有机合成反应的基本类型学会有机合成反应的原理和应用第十三章：化学与能源13.1 化石燃料了解化石燃料的种类和特点掌握化石燃料的开采、利用和环境影响13.2 renewable energy学习可再生能源的概念和分类探讨可再生能源的开发和利用13.3 新能源技术认识新能源技术的重要性和前景探索新能源技术在现代科技领域的应用第十四章：化学与生命科学14.1 生物大分子学习生物大分子的概念和特点掌握生物大分子的结构和功能14.2 蛋白质与酶了解蛋白质和酶的定义和功能探讨蛋白质和酶在生命科学中的应用14.3 遗传与DNA认识遗传的概念和DNA的结构学习遗传信息的传递和表达第十五章：综合实践活动15.1 化学实验设计与安全培养学生进行化学实验设计的能力加强学生的实验安全意识和技能15.2 化学与社会探讨化学在解决社会问题中的应用培养学生运用化学知识解决实际问题的能力15.3 化学与创新鼓励学生进行化学创新实验和研究培养学生的创新思维和科学探究能力重点和难点解析本文涵盖的重点知识点包括：化学科学的定义和特点、化学实验基本操作、物质分类、物理变化与化学变化的判别、化学反应与能量变化、原子和分子的结构、有机化学基础、溶液与浓度、空气与水的污染、金属与非金属、化学反应速率与化学平衡、电化学与电池、生活中的化学、酸碱与盐、有机合成材料、化学与能源、化学与生命科学以及综合实践活动等。

有机化学发展及其与生命科学的联系有机化学发展史：有机化学又称为碳化合物的化学，是研究有机化合物的结构、性质、制备的学科，是化学中极重要的一个分支。

含碳化合物被称为有机化合物是因为以往的化学家们认为含碳物质一定要由生物（有机体）才能制造；然而在1828年的时候，德国化学家弗里德里希·维勒，在实验室中首次成功合成尿素（一种生物分子），自此以后有机化学便脱离传统所定义的范围，扩大为含碳物质的化学。

“有机化学”（Organic Chemistry）这一名词于1806年首次由贝采里乌斯提出。

当时是作为“无机化学”的对立物而命名的。

由于科学条件限制，有机化学研究的对象只能是从天然动植物有机体中提取的有机物。

因而许多化学家都认为，在生物体内由于存在所谓“生命力”，才能产生有机化合物，而在实验室里是不能由无机化合物合成的。

1824年，德国化学家维勒从氰经水解制得草酸；1828年他无意中用加热的方法又使氰酸铵转化为尿素。

氰和氰酸铵都是无机化合物，而草酸和尿素都是有机化合物。

维勒的实验结果给予“生命力”学说第一次冲击。

此后，乙酸等有机化合物相继由碳、氢等元素合成，生命力学说才逐渐被人们抛弃。

因合成方法的改进和发展，越来越多的有机化合物不断地在实验室中合成出来，其中，绝大部分是在与生物体内迥然不同的条件下合成出来的。

“生命力”学说渐渐被抛弃了，“有机化学”这一名词却沿用至今。

从19世纪初到1858年提出价键概念之前是有机化学的萌芽时期。

在这个时期，已经分离出许多有机化合物，制备了一些衍生物，并对它们作了定性描述，认识了一些有机化合物的性质。

法国化学家拉瓦锡发现，有机化合物燃烧后，产生二氧化碳和水。

他的研究工作为有机化合物元素定量分析奠定了基础。

1830年德国化学家李比希发展了碳、氢分析法，1833年法国化学家杜马建立了氮的分析法。

这些有机定量分析法的建立使化学家能够求得一个化合物的实验式。

当时在解决有机化合物分子中各原子是如何排列和结合的问题上，遇到了很大的困难。

化学与生命科学的联系化学和生命科学是息息相关的学科领域。

化学的基本原理和理论对于生命的起源、结构和功能具有重要影响。

本文将探讨化学与生命科学之间的联系，并说明它们如何相互促进和影响。

一. 化学与生物分子的组成化学是研究物质组成、性质和变化的学科，而生命科学则关注生物体及其组成部分的结构、功能和相互关系。

生命体的基本组成都是生物分子，而这些生物分子又都是由化学元素和化学键连接而成的。

换句话说，生命科学研究的对象就是各种由化学反应构建起来的生物分子。

生命中最重要的分子之一就是DNA，而DNA又是由化学元素和化学键连接而成的。

通过研究和理解DNA的结构和功能，化学家们能够揭示细胞复制、遗传信息传递、变异等生命过程的本质。

此外，细胞内还存在着蛋白质、碳水化合物等其他重要的生物分子，它们的结构和功能也受到化学原理的影响和控制。

二. 化学反应与生命活动化学反应是研究化学变化的核心内容，而生命活动也是由一系列的化学反应组成的。

例如，食物的消化过程就涉及到多种复杂的化学反应，这些反应使得食物中的营养物质被分解、吸收和利用。

同时，细胞内发生的代谢反应也是一系列的化学反应，它们包括蛋白质合成、脂肪代谢、氧化还原反应等。

这些化学反应涉及到各种酶的催化作用，而酶本身就是一种生物催化剂，是由蛋白质组成的。

化学反应对于维持生命的平衡和进行正常的生理功能发挥着重要作用。

例如，人体内许多重要的化学反应需要适宜的pH值和温度条件才能进行，一旦这些条件发生改变，生理功能就会受到影响甚至出现病变。

因此，化学平衡在维持生命活动中具有不可忽视的作用。

三. 化学技术与生命科学研究化学技术的不断发展也为生命科学研究提供了强大的工具和手段。

例如，分析化学技术可以帮助生命科学家们研究生物分子的结构和相互关系，从而深入了解生命过程的本质。

生物化学技术则可以帮助研究者们从细胞中提取和纯化特定的生物分子，进一步揭示其功能和作用机制。

而生物技术的发展则使得人们能够通过基因工程等手段来改变生物体的遗传信息，甚至创造新的生物体。

人教高中化学选修知识点总结生命中的基础有机化学物质Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】第四章生命中的基础有机物课表要求1.了解糖类的组成和性质特点，能举例说明糖类在食品加工和生物能源开发上的应用。

2.了解氨基酸的组成、结构特点和主要性质。

了解氨基酸和人体健康的关系。

3.了解蛋白质的组成、结构和性质。

4.了解化学科学在生命科学发展中所起的重要作用。

要点精讲一、糖类1.糖类的结构：分子中含有多个羟基、醛基的多羟基醛，以及水解后能生成多羟基醛的由C、H、O组成的有机物。

糖类根据其能否水解以及水解产物的多少，可分为单糖、二糖和多糖等。

2.糖类的组成：糖类的通式为Cn（H2O）m，对此通式，要注意掌握以下两点：①该通式只能说明糖类是由C、H、O三种元素组成的，并不能反映糖类的结构；②少数属于糖类的物质不一定符合此通式，如鼠李糖的分子式为C 6H12O5；反之，符合这一通式的有机物不一定属于糖类，如甲醛CH2O、乙酸C 2H4O2等。

3.单糖——葡萄糖（1）自然界中的存在：葡萄和其他带甜味的水果中，以及蜂蜜和人的血液里。

（2）结构：分子式为C6H12O6（与甲醛、乙酸、乙酸乙酯等的最简式相同，均为CH2O），其结构简式为：CH2OH－（CHOH）4－CHO，是一种多羟基醛。

（3）化学性质：兼有醇和醛的化学性质。

①能发生银镜反应。

②与新制的Cu（OH）2碱性悬浊液共热生成红色沉淀。

③能被H2还原④酯化反应：（4）用途：①是一种重要的营养物质，它在人体组织中进行氧化反应，放出热量，以供维持人体生命活动所需要的能量；②用于制镜业、糖果制造业；③用于医药工业。

体弱多病和血糖过低的患者可通过静脉注射葡萄糖溶液的方式来迅速补充营养。

4.二糖——蔗糖和麦芽糖5.食品添加剂6.多糖——淀粉和纤维素（1）多糖：由许多个单糖分子按照一定的方式，通过分子间脱水缩聚而成的高分子化合物。

化学与生命科学的关系《化学与生命科学，一对超有趣的伙伴》嘿，大家好呀！今天咱来聊聊化学和生命科学这对超有意思的伙伴关系。

先说说我自己的一个经历吧。

有一次，我在家自己尝试做泡菜。

我把各种各样的蔬菜洗干净，切好，放进一个大玻璃罐子里，然后按照网上找到的配方，加了盐、糖、醋等等调料。

我心想，这应该很简单嘛，不就是把东西放进去，等它发酵就好了。

可是，过了几天，我打开罐子一看，哎呀呀，那味道简直了！一股奇怪的酸味和臭味混合在一起，差点没把我熏晕过去。

我就特别纳闷，这是咋回事呢？后来我去查了资料，才知道原来是我在处理食材和调料的时候，没有掌握好比例和条件。

这里面可就涉及到化学和生命科学的知识啦！比如说盐的用量会影响到渗透压，从而影响微生物的生长和发酵过程；而温度、湿度等环境因素也会对发酵产生很大的影响。

这就是化学和生命科学在生活中的一个小体现呀！其实化学和生命科学的关系那可真是紧密得很呢！生命本身就是由各种化学物质组成的嘛。

咱身体里的蛋白质、核酸、糖类等等，都是重要的化学分子。

这些分子相互作用，才让我们的身体能够正常运转。

你看啊，我们吃进去的食物，经过消化系统的化学作用，被分解成各种营养物质，然后被身体吸收利用。

这就像一个神奇的化学反应过程，把食物变成了我们身体需要的能量和材料。

还有呢，我们呼吸的氧气，在身体里和其他物质发生化学反应，产生能量，让我们有力气去做各种事情。

再比如说，生命科学中的基因编辑技术，这可少不了化学的帮忙。

科学家们利用化学试剂和方法，来对基因进行精确的操作和修改。

这就好像是在给生命的蓝图进行精心绘制和修改一样，超级神奇！而且哦，化学和生命科学的结合还在不断推动着医学的发展呢。

各种药物的研发、治疗方法的创新，都离不开这两个领域的共同努力。

总之呢，化学和生命科学就像是一对默契十足的好伙伴，它们一起为我们的生命和生活带来了无数的惊喜和可能。

就像我做泡菜的经历一样，虽然一开始失败了，但正是因为有了这样的尝试和探索，我才更深刻地体会到了化学和生命科学的奇妙之处呀。

化学与生命科学专业
化学与生命科学专业主要研究化学与生命科学的交叉领域，探索生命活动中的化学过程和分子机制。

该专业结合了化学、生物学和医学等学科，旨在深入研究生物分子结构与功能、生物催化、代谢调控、药物设计与合成等方面的知识和技术。

化学与生命科学专业的课程设置主要包括无机、有机和生物化学、生物物理学、生物化学技术、细胞生物学、分子生物学、蛋白质与基因工程、药物化学与药物分析等。

学生将学习生物分子的结构与功能特性，掌握分析和测定生命过程中的化学和生物学变化的技术方法，以及开发和应用化学与生命科学的相关技术和工具。

这个专业培养具备化学和生命科学知识的科学研究人员和专业技术人员，能够在制药、生物技术、医疗器械、食品安全、环境保护和科研等领域从事科学研究、技术开发和管理工作。

毕业生可以从事药物研发、医药质量监控、生物制药技术、分析检测技术、生物工程、环境保护等相关工作。

化学与生命科学专业对基础理论知识的要求较高，因此学习这个专业需要具备扎实的化学、生物学和数学基础。

此外，学生还应具备良好的实验技能、数据分析能力、科学研究能力和团队协作能力，以便能够顺利完成实验、研究和科研项目。

总之，化学与生命科学专业是一个前沿而有潜力的学科领域，对于探索生命奥秘和解决生命科学相关问题具有重要意义。

化学在生命科‎学中的作用摘要：化学贯穿于人‎类活动与环境‎的相互作用之‎中，与能源、材料、环境、生命和人类生‎活紧密相连。

生命过程中的‎大量化学问题‎亟待化学知识‎的协助和解决‎。

本文对化学在‎生命科学中起‎到的至关重要‎的作用进行了‎初步的探索，并从能源、材料、环境、生命和人类生‎活等方面进行‎了全面的讨论‎，阐述了化学与‎生命科学的密‎切结合将促进‎和推动化学和‎生命科学的共‎同发展。

正文：近年来，随着科学技术‎的飞速发展，化学与生命科‎学之间的联系‎日趋紧密，产生了许多分‎支学科，化学在生命科‎学中也越来越‎重要。

一些著名的科‎学家在论述今‎后发展的趋势‎时，提出了“化学是中心科‎学”的论点。

化学是在分子‎水平上研究物‎质世界的科学‎，说它是中心科‎学，是因为它联系‎着物理学和生‎物学、材料科学和环‎境科学、农业科学和医‎学，它是所有处理‎化学变化的科‎学的基础。

而生物学在2‎0世纪取得了‎巨大的进展，以基因重组技‎术为代表的一‎批新成果标志‎着生命科学研‎究进入了一个‎崭新的时代，人们不但可以‎从分子水平了‎解生命现象的‎本质，而且可以从更‎新的高度去揭‎示生命的奥秘‎。

生命科学的研‎究从宏观向微‎观发展，从最简单的体‎系去了解基本‎规律，从最复杂的体‎系去探索相互‎关系。

在这一切的背‎后，化学扮演着重‎要的角色。

可以说，化学为生命科‎学提供了一种‎可以精确描述‎生命过程的化‎学语言，从而使生物学‎从描述性科学‎成为精确的定‎量科学，使生物学能利‎用生物体内的‎化学反应阐述‎生命过程的种‎种现象。

由于现代工业‎、农业的发展，产生了许多新‎的威胁人类生‎存的重要问题‎，如能源、资源、环境、粮食与农业、人口与健康、等。

这些问题很大‎程度上要依靠‎生命科学和化‎学技术的融合‎。

第一，化学与能源。

近年来，技术和经济的‎发展以及人口‎的日趋增长，使得人们对能‎源的需求越来‎越大。

目前以石油, 煤为代表的化‎石燃料仍然是‎能源的主要来‎源。