1．生物同非生物相比，具有哪些独有的特征?
由于不可能对生命进行确切定义，但是我们可以将生命的基本特征总结如下：
(1)生命的基本组成单位是细胞。
(2)新陈代谢：生命体无时无刻都在进行着物质和能量的代谢，新陈代谢是生命的最基本特征。
(3)繁殖：生物体有繁殖的能力。
(4)生长：生物体具有通过同化环境中的物质来增加自身物质重量的能力。 (5)应激性：生物体有对刺激物——内部或外部环境的改变做出应答的能力。 (6)适应性：生物体可以通过其结构、功能或行为的变化来适应特定环境以生存下去。
(7)运动：包括生物体内的运动(生命运动或新陈代谢)或生物体从一处移至别处。
(8)进化：生物具有个体发育和系统进化的历史。
2．科学研究一般遵循哪些最基本的思维方式和步骤？请用本书第六章图6—8的实验研究实例，总结出科学研究的一般步骤。 科学研究中最基本的思维方式包括： (1)归纳和演绎； (2)分析和综合； (3)抽象和具体； (4)逻辑的和历史的：
每一个人都应该学会科学的思维，这就需要遵循逻辑思维的要求，把握创新思维的能力，提升自己的思维品质。 科学研究遵循的一般步骤： (1)发现问题；
(2)收集与此问题相关的资料(通过观察、测量等)； (3)筛选相关资料，寻找理想的联系和规律；
(4)提出假设(一个总结)，此假设应能够解释已有的资料，并对进一步需要研究问题提出建设；
(5)严格验证假设；
(6)根据新发现对假设进行证实、修订或否定。
2.组成细胞及其生物体的主要原子有那些，它们在细胞中主要有哪些作用？ 组成细胞的主要元素有碳（C，18.0%），氢（H，10.0%），氧（O，65.0%），氮（N，3.0%），磷（P，1.1%），硫（S，0.25%），钙（Ca，2.0%），钾（K，0.35%），钠（Na，0.15%）。其中C，H，O，N 占了细胞质量的96%，它们是构成各种有机化合物的主要成分。
C有4个外层电子，能与别的原子形成4个强共价键。C原子之间及其它原子间以共价键等形式结合，可以形成大量化学性质与相对分子质量不同的生物分子。
O、H、N在构成有机化合物的羟基、羰基、羧基、氨基上都是不可缺少的元素。 N是蛋白质、核酸的重要元素。另外生物体内还有具有重要生物活性的含氮化合物，如多胺等。
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S是组成蛋白质的半胱氨酸和甲硫氨酸的组成元素。 P是核酸、磷脂等分子的组成成分。另外磷酸根离子在细胞代谢活动中很重要：①在各类细胞的能量代谢中起到关键作用；②是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的组成成分；③调节酸碱平衡，对血液和组织液pH起缓冲作用。
Ca2+对钙调素、肌动球蛋白、ATP酶极为重要；钙还是骨骼的重要成分。 Fe2+或Fe3+是血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁氧蛋白的组成成分。 K+、Na+维持膜电位。
可见，各种元素在细胞中都起到很重要的作用。
3.请描述碳元素的核外电子轨道形状和电子分布情况。为什么说在生命元素中，碳元素具有特别重要的作用？
C原子的最外层电子有4个，其基态分别处在2s(两个)和2P(两个)轨道上，当C原子发生反应时，首先一个2S电子被激发到2P轨道上，然后由一个2S电子轨道和3个2P轨道发生杂化，形成4个完全一样的SP3轨道．其立体形状就像一个正四面体，4个轨道伸向4面，各轨道间的夹角都是109°28′’。C原子采用SP3杂化方式来反应有助于生成更稳定的键。在生命元素中，碳元素具有特别重要的作用，碳原子相互连接成链或环，形成各种生物大分子的基本结构。
除了水以外，含碳化合物是生物体中最普遍的物质。由细胞合成的含碳化合物是有机化合物或生物分子。碳原子之间即与其他原子间以共价键等形式相结合，可以形成大量化学性状与相对分子质量不同的生物分子。碳原子是生物大分子的基本骨架：碳原子的不同排列方式和长短是生物大分子多样性的基础。所有生物大分子都是以碳原子相互连接成链或成环作为基本结构，并以共价键的形式与氢、氧、氮及磷相结合，形成了具有不同性质的生物大分子。
4．整个水分子是电中性的，为什么又是极性化合物分子?在液体状态，水分子间的氢键是如何形成的？
由于水分子中的氧原子与氢原子之间的键角不是180°，而是以共价键形成“V”结构．致使整个水分子的正电荷中心与负电荷中心不重合，所以水分子虽然在整体上是电中性的，但又是极性化合物分子。
由于氧原于的电负性很强，在水分子中氢原子的电子距离氢核很远，使得氢核外有很强的正电场，而与此同时氧原子有一对孤对电子，容易受到氢核正电场的作用，一个水分子的氧原子的孤对电子与另一个水分子的氢核之间的相互作用就形成了水分子中的氢键。
5.细胞内4种主要生物大分子单体的碳骨架与功能团各有哪些特征?哪些生物学功能?
糖类化合物
糖分子含C、H、O 3种元素，通常3者的比例为1：2：1，一般化学通式为(CH20)n。糖类包括小分子的单糖、寡糖和多糖。从化学本质上来说，糖类是多羟醛、多羟酮或其衍生物。
天然的单糖一般都是D型，重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等。重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等。麦芽糖由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成；蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成；乳糖由一分子葡
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萄糖和一分子半乳糖缩合而成。重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等，由葡萄糖单体聚合而成。 糖类生物学功能：
(1)作为生物体的结构成分：植物、真菌以及细菌的细胞壁，昆虫和甲壳类的外骨骼等；
(2)作为生物体内的主要能源物质：生物氧化的燃料，葡萄糖和能量的贮存物质——淀粉和糖原等；
(3)生物体内的重要中间代谢物质：糖类通过这些中间物质为其他生物分子如氨基酸、核苷酸以及脂肪酸等提供碳骨架；
(4)作为细胞识别的信息分子：许多膜蛋白、分泌蛋白和受体蛋白都是糖蛋白，即在特定部位结合一定量的寡糖，这些糖链可能起信号识别的作用。
脂类
生物体内的脂类是指不溶于水的物质，包括三酰甘油、磷脂、类固醇等几类。脂类可溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂。中性脂肪和油都是脂肪酸与甘油经过脱水缩合形成的脂类，由 3个脂肪酸上的羧基与一分子甘油上的3个羟基分别脱水缩合形成的脂类又叫三酰甘油。三酰甘油分子中甘油的1个羟基与磷酸及其衍生物结合便构成为磷脂，如卵磷脂(磷脂酰胆碱)、脑磷脂等；磷脂是生物膜的主要成分。类固醇也称甾类，以环戊烷多氢菲为基础，不合脂肪酸，但具有脂类性质，也是细胞膜的重要成分。常见其他类型的脂类包括糖脂、多异戊二烯类、某些脂溶性维生素等。 脂类生物学功能：
(1)是生物体的能量提供者，脂肪氧化时产生的能量大约是糖的二倍； (2)磷脂是生物膜的主要成分；
(3)参与细胞的识别，作为细胞的表面物质，与细胞识别，种特异性和组织免疫等有密切关系；
(4)某些萜类及类固醇类物质如维生素A、D、E、K、胆酸及固醇类激素具有营养、代谢及调节功能；
(5)生物表面的保护层：保持体温、水分、抗逆等。 蛋白质
蛋白质是重要的生物大分子，其组成单位是氨基酸。组成蛋白质的氨基酸有20种，均为α—氨基酸。每个氨基酸的α—碳上连接一个羧基，一个氨基，一个氢原子和一个侧链R基团。20种氨基酸结构的差别就在于它们的R基团结构的不同。根据R基团的极性，可将其分为4大类：非极性氨基酸(8种)；极性不带电荷氨基酸(7种)；带负电荷氨基酸(酸性氨基酸)(2种)；带正电荷氨基酸(碱性氨基酸)(3种)。
一个氨基酸的α—氨基与另一个氨基酸的α—羧基脱水缩合形成了肽键，通过肽键相互连接而成的化合物称为肽。蛋白质是由多个氨基酸单体组成的生物大分子多聚体。蛋白质结构分为4个结构水平，包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序和二硫键的位置。在多肽链
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的含有游离氨基的一端称为肽链的氨基端或N端，而含有游离羧基的一端称为肽链的羧基端或C端。
蛋白质的二级结构是指多肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构单元。最基本的二级结构单元类型有α—螺旋、β—折叠、β—转角和自由回转。
蛋白质的三级结构是整个多肽链的三维构象，它是在二级结构的基础上，多肽链进一步折叠卷曲形成复杂的球状分子结构。
蛋白质的四级结构指具有独立的三级结构的数条多肽链相互聚集而成的复合体。在具有四级结构的蛋白质中，每一条具有三级结构的肤链称为亚基。四级结构涉及亚基在整个分子中的空间排布以及亚基之间的相互关系。亚基本身不具有生物活性。
按照功能，蛋白质可分为：
(1)结构蛋白：生物结构成分，如胶原蛋白、角蛋白等； (2)伸缩蛋白：收缩与运动，如肌纤维中的肌球蛋白等； (3)防御蛋白：如免疫球蛋白、金属硫蛋白等；
(4)贮存蛋白：贮存氨基酸和离子等，如酪蛋白、卵清蛋白、载铁蛋白等； (5)运输蛋白：运输功能，如血液中运送O2与CO2的血红蛋白和运送脂质的脂蛋白；控制离子进出的离子泵等；
(6)激素蛋白：调节物质代谢、生长分化等，如生长激素； (7)信号蛋白：接受与传递信号，如受体蛋白等； (8)酶：催化功能，包括参与生命活动的大多数酶。 核酸
核酸可分为DNA和RNA两大类。除病毒外，所有生物细胞都含有这两类核酸。核酸是由核苷酸单体连接形成的大分子多聚体。每一个核昔酸单体由3部分组成：戊糖、磷酸和含氮碱基。碱基包括腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶5种。组成DNA的碱基中有胸腺嘧啶、RNA中有尿嘧啶，两者均有腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶；一个核苷酸单体戊糖第5位碳的磷酸根与另一个核苷酸单体戊糖第3位碳相连，形成3’，5’—磷酸二酯键，如此重复连接形成核酸链的磷酸戊糖基本骨架，构成DNA分子的为D—2—脱氧核糖，构成RNA的为核糖。碱基则与骨架上戊糖的第1位碳相连。
DNA分子是由两条脱氧核糖核酸长链以碱基相互配对连接而成的螺旋状双链分子。 RNA分子多是单链分子，有局部的碱基配对所形成的双链，这样双链和单链相间形成“发夹结构”。根据功能的不同RNA分为信使RNA(mRNA)、转移RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。
核酸生物学功能主要有：贮存遗传信息，控制蛋白质的合成，从而控制细胞和生物体的生命过程。
6．举例说明蛋白质的空间结构对于其功能具有决定性的作用。
各种生物大分子主要有蛋白质结构与其功能有着密切的关系。蛋白质的特定构象即蛋白质的三维空间结构和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。蛋白质变性(构象发生变化)使得其特定的功能立即发生变化。例如疯牛病(牛海绵状脑病，即BSE)和新型克雅氏病的发病与朊蛋白(抗蛋白酶传染性因子)的变异有关。
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