第2講細(xì)胞中的元素和化合物

第2講│細(xì)胞中的元素和化合物第2講細(xì)胞中的元素和化合物1第2講│考點(diǎn)自主梳理?知識(shí)點(diǎn)一組成細(xì)胞的元素及作用組成生物體的化學(xué)元素種類雖然大體相同，但是________。根據(jù)組成生物體的化學(xué)元素，在生物體內(nèi)含量的不同，可分為________和________。其中大量元素有________________________________；微量元素有___________________________等。大量元素中，_____________是構(gòu)成細(xì)胞的基本元素，其中碳是最基本的元素；微量元素在生物體內(nèi)的含量雖然極少，卻是維持正常__________不可缺少的。考點(diǎn)自主梳理含量不同大量元素微量元素C、H、O、N、P、S、K、Ca、MgFe、Mn、B、Zn、Cu、MoC、H、O、N生命活動(dòng)2第2講│考點(diǎn)自主梳理

[問題導(dǎo)思]怎么理解碳是最基本元素及對(duì)生命的意義？

[答案]碳原子本身的化學(xué)性質(zhì)，使它能夠通過化學(xué)鍵連接成鏈或環(huán)，從而形成多種生物大分子——有機(jī)物。C占細(xì)胞干重的55.99%，在細(xì)胞的各種元素中含量最多，可以說，地球上的生命是在碳元素的基礎(chǔ)上建立起來的。3第2講│考點(diǎn)自主梳理

?知識(shí)點(diǎn)二生物界與非生物界的統(tǒng)一性和差異性

組成生物體的化學(xué)元素，在無機(jī)________中都可以找到，沒有一種是生物界所特有的。這個(gè)事實(shí)說明生物界與非生物界具有________；組成生物體的化學(xué)元素，在生物體內(nèi)和在無機(jī)自然界中的含量相差很大。這個(gè)事實(shí)說明生物界與非生物界具有________。自然界統(tǒng)一性差異性[問題導(dǎo)思]科學(xué)家認(rèn)為，地球上最早的生物是由非生命的物質(zhì)經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代逐漸演變而來的，從構(gòu)成細(xì)胞和生物體的化學(xué)元素分析，支持上述觀點(diǎn)的依據(jù)是什么？

[答案]組成生物體的化學(xué)元素，沒有一種是生物界所特有的，說明生物界與非生物界具有統(tǒng)一性。4第2講│考點(diǎn)自主梳理

?知識(shí)點(diǎn)三組成細(xì)胞的化合物

水無機(jī)鹽糖類脂質(zhì)蛋白質(zhì)核酸DNARNA5第2講│考點(diǎn)自主梳理

在活細(xì)胞中含量最多的化合物是________(85%～90%)；不同種類的生物體中，水的含量________；不同的組織、器官中，水的含量________。細(xì)胞內(nèi)________大多數(shù)以________狀態(tài)存在，其含量雖然很________，但卻有多方面的重要作用。含量最多的有機(jī)物是________(7%～10%)；占細(xì)胞鮮重比例最大的化學(xué)元素是________、占細(xì)胞干重比例最大的化學(xué)元素是________、占細(xì)胞干重比例最大的化合物是________。水不同也不同無機(jī)鹽離子少蛋白質(zhì)OC蛋白質(zhì)[問題導(dǎo)思]構(gòu)成細(xì)胞的化學(xué)元素真正的生物學(xué)意義是什么？[答案]細(xì)胞主要由20多種化學(xué)元素組成，這些元素在細(xì)胞內(nèi)大多以化合物的形式存在，這些化學(xué)元素只有構(gòu)成各種化合物時(shí)才具有真正的生物學(xué)意義。這些分子單獨(dú)存在時(shí)并不能完成生命活動(dòng)，只有組合成細(xì)胞后，由細(xì)胞完成各種生命活動(dòng)。6第2講│考點(diǎn)自主梳理

?知識(shí)點(diǎn)四細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的鑒定

糖類中的還原糖(葡萄糖、果糖)能與________發(fā)生作用，生成________沉淀；________可以被蘇丹Ⅲ染成________，或被蘇丹Ⅳ染成________；蛋白質(zhì)與___________發(fā)生作用，產(chǎn)生________。在還原糖的檢測(cè)中，斐林試劑甲液和乙液應(yīng)______________________，并且要________加熱；在蛋白質(zhì)的檢測(cè)中，在組織樣液中應(yīng)先加入______________1mL，再加入__________________4滴，不需加熱。斐林試劑磚紅色脂肪橘黃色紅色雙縮脲試劑紫色反應(yīng)混合均勻后再使用水浴雙縮脲試劑A液雙縮脲試劑B液7第2講│考點(diǎn)自主梳理

[問題導(dǎo)思]在鑒定顯色實(shí)驗(yàn)之前，為什么要留出一部分樣液？雙縮脲試劑為什么可以鑒定蛋白質(zhì)？

[答案]留出一部分樣液，以便與鑒定后的樣液的顏色變化作對(duì)照，這樣可以增強(qiáng)說服力。雙縮脲試劑可以鑒定蛋白質(zhì)，是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)有肽鍵。8第2講│考向互動(dòng)探究?探究考向一細(xì)胞中的化學(xué)元素

細(xì)胞中常見的化學(xué)元素有20多種，這些組成生物體的化學(xué)元素雖然在生物體內(nèi)有一定的生理作用，但是單一的某種元素不可能表現(xiàn)出相應(yīng)的生理功能?？枷蚧?dòng)探究9

(1)組成生物體的化學(xué)元素在不同的生物體內(nèi)種類大體相同；不同的生物體內(nèi)各種化學(xué)元素的含量一般相差很大。(2)微量元素盡管在生物體內(nèi)含量少，但它是必需元素。(3)碳原子本身的化學(xué)性質(zhì)使它能夠通過化學(xué)鍵連接成鏈或環(huán)，從而形成各種生物大分子，正是由于碳原子在組成生物大分子中的重要作用，科學(xué)家才說“碳是生命的核心元素”，“沒有碳，就沒有生命”，與其在生物體內(nèi)的含量無關(guān)。第2講│考向互動(dòng)探究10

【知識(shí)拓展】1．在鮮重和干重條件下，細(xì)胞中各種元素的含量是不同的，如以人體為例：鮮重條件下：O(65%)＞C(18%)＞H(10%)＞N(3%)干重條件下：C(55.99%)＞O(14.62%)＞N(9.33%)＞H(7.46%)2．分類依據(jù)是根據(jù)元素在生物體內(nèi)的含量，而不是生理作用，微量元素含量很少，但其生理作用卻不可替代。3．大量元素和微量元素的劃分是依據(jù)生物界中生物的整體情況，具體到某一種生物可能有差別。如Cl在植物體內(nèi)是微量元素，但在人體內(nèi)卻是大量元素。第2講│考向互動(dòng)探究11

例1

如圖2-1中圖1是細(xì)胞中3種化合物含量的扇形圖，圖2是有活性的細(xì)胞中元素含量的柱形圖，下列說法不正確的是()

第2講│考向互動(dòng)探究A．若圖1表示正常細(xì)胞，則A、B化合物共有的元素中含量最多的是aB．若圖1表示細(xì)胞完全脫水后化合物含量的扇形圖，則A化合物中含量最多的元素為圖2中的bC．若圖1表示正常細(xì)胞，則B化合物具有多樣性，其必含的元素為C、H、O、ND．圖2中含量最多的元素是a，數(shù)量最多的也是aD12[易錯(cuò)解惑]蛋白質(zhì)在細(xì)胞鮮重中占7%～10%，在細(xì)胞干重中占50%以上，無論什么細(xì)胞中，含量最多的化合物是水，含量最多的有機(jī)物是蛋白質(zhì)，實(shí)際解題時(shí)要注意題干中的關(guān)鍵詞，不要被一些干擾條件迷惑。[互動(dòng)探究]若把選項(xiàng)D改為“圖2中數(shù)量最多的元素是c，這與細(xì)胞中含量最多的化合物有關(guān)”對(duì)嗎？

[答案]對(duì)，活性細(xì)胞中元素含量為圖2，則a、b、c分別為O、C、H，其中O的含量最多，H的數(shù)量最多。第2講│考向互動(dòng)探究13

變式題

下列有關(guān)組成生物體化學(xué)元素和化合物的敘述，正確的是()A．磷是脂肪、ATP、DNA等不可缺少的成分，它是組成生物體的大量元素B．脫氧核糖核苷酸控制酶的合成C．植物生長(zhǎng)素是一種蛋白質(zhì)類激素，作用特點(diǎn)是微量高效D．纖維素很難被人體消化吸收，它是由C、H、O三種元素組成第2講│考向互動(dòng)探究D14?探究考向二細(xì)胞中水和無機(jī)鹽的作用第2講│考向互動(dòng)探究種類細(xì)胞含量(鮮重)存在形式生理功能水1.最多，占細(xì)胞鮮重的85%～90%2．不同種類生物含量不同，水生＞陸生3．不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期不同，幼體＞成體，植物幼嫩部分＞老熟部分結(jié)合水：一部分水與細(xì)胞內(nèi)的其他物質(zhì)相結(jié)合(4.5%)結(jié)合水是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分15第2講│考向互動(dòng)探究種類細(xì)胞含量(鮮重)存在形式生理功能水1.最多，占細(xì)胞鮮重的85%～90%2．不同種類生物含量不同，水生＞陸生3．不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期不同，幼體＞成體，植物幼嫩部分＞老熟部分自由水：絕大部分的水以游離的形式存在，可以自由流動(dòng)(95.5%)1.細(xì)胞內(nèi)的良好溶劑；2.參與許多生化反應(yīng)；3.多細(xì)胞生物體的絕大多數(shù)細(xì)胞的生活環(huán)境；4.有助于物質(zhì)運(yùn)輸16第2講│考向互動(dòng)探究種類細(xì)胞含量(鮮重)存在形式生理功能無機(jī)鹽很少，1%～1.5%大多數(shù)以離子形式存在，含量較多的陽離子有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋等，陰離子有Cl－、

等1.許多種無機(jī)鹽離子對(duì)于維持細(xì)胞和生物體的生命活動(dòng)有重要作用；2.對(duì)維持細(xì)胞的酸堿平衡非常重要；3.無機(jī)鹽和水與其他物質(zhì)，共同承擔(dān)構(gòu)建細(xì)胞、參與細(xì)胞生命活動(dòng)等重要功能17

【知識(shí)拓展】1．生物體內(nèi)含水量及比例與代謝(1)一般情況下，代謝活躍時(shí)，生物體含水量在70%以上。含水量降低，生命活動(dòng)不活躍或進(jìn)入休眠。(2)當(dāng)自由水比例增加時(shí)，生物體代謝活躍，生長(zhǎng)迅速，但抗逆性下降，例如，干種子內(nèi)所含主要是結(jié)合水，干種子只有吸足水分——獲得大量自由水，才能進(jìn)行旺盛的生命活動(dòng)。(3)當(dāng)自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化時(shí)，代謝強(qiáng)度就會(huì)下降，抗寒、抗熱、抗旱的性能提高。旱生植物比水生植物具有較強(qiáng)的抗旱能力。其生理原因之一就是結(jié)合水含量較高。第2講│考向互動(dòng)探究18

2．維持生物體內(nèi)的平衡(1)滲透壓平衡：Na＋、Cl－對(duì)細(xì)胞外液滲透壓起重要作用，K＋則對(duì)細(xì)胞內(nèi)液滲透壓起決定作用。(2)酸堿平衡(即pH平衡)：pH調(diào)節(jié)著細(xì)胞的一切生命活動(dòng)，它的改變影響著原生質(zhì)組成物的所有特性以及在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的一切反應(yīng)，如人血漿中的。(3)離子平衡：動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)外Na＋、K＋的比例是相對(duì)穩(wěn)定的。細(xì)胞膜外Na＋高、K＋低，細(xì)胞膜內(nèi)K＋高、Na＋低。K＋、Na＋這兩種離子在細(xì)胞膜內(nèi)外分布的濃度差，是使細(xì)胞可以保持反應(yīng)性能的重要條件。第2講│考向互動(dòng)探究19

例2下列有關(guān)生物體內(nèi)水的敘述中，錯(cuò)誤的是()①參與運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的水為自由水②生物體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)離不開水③水是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組成成分之一④人體細(xì)胞內(nèi)水的存在形式為結(jié)合水和自由水⑤自由水與結(jié)合水的比例與細(xì)胞代謝強(qiáng)弱關(guān)系不大⑥不同細(xì)胞內(nèi)自由水與結(jié)合水的比例相差不大A．①④⑤B．②④⑥C．⑤⑥D(zhuǎn)．①⑥第2講│考向互動(dòng)探究C20

【易錯(cuò)易混】1．活細(xì)胞中含量最多的元素是：O、C、H、N；脫水后細(xì)胞中含量最多的元素是：C、O、N、H。2．活細(xì)胞中含量最多的化合物是水；而脫水后含量最多的化合物是蛋白質(zhì)。3．自由水/結(jié)合水比例升高，細(xì)胞代謝旺盛，但抗逆性降低。第2講│考向互動(dòng)探究21

變式題下列關(guān)于生物體內(nèi)水和無機(jī)鹽的說法，正確的是()A．是細(xì)胞中的能源物質(zhì)之一B．哺乳動(dòng)物血液中鈣離子含量過多會(huì)引起抽搐C．能維持生物體的生命活動(dòng)D．生物體處在不同發(fā)育期，含水量基本一樣

第2講│考向互動(dòng)探究C22第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示

檢測(cè)生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)【要點(diǎn)解剖】1．實(shí)驗(yàn)原理：可溶性糖中的還原糖(如葡萄糖、果糖、麥芽糖)，與斐林試劑發(fā)生作用，可以生成磚紅色的沉淀。脂肪可以被蘇丹Ⅲ染成橘黃色。蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑發(fā)生作用，可以產(chǎn)生紫色反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)方略展示23

2．實(shí)驗(yàn)步驟(1)還原糖的鑒定第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示24第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示25

(3)蛋白質(zhì)的鑒定第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示26（4）．淀粉的檢測(cè)與觀察第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示27

[注意事項(xiàng)]實(shí)驗(yàn)材料的選擇和試劑的配制(1)還原糖的鑒定：要選擇含還原糖量較高、顏色較淺的材料，這樣顏色反應(yīng)才明顯。通過實(shí)驗(yàn)比較，顏色反應(yīng)的明顯程度依次為蘋果、梨、白色甘藍(lán)葉、白蘿卜。(2)脂肪的鑒定：要選擇富含脂肪的材料，如花生、蓖麻等，提前浸泡3～4h。如果是新花生種子，可以不必浸泡，否則切下的薄片不易成形。(3)蛋白質(zhì)的鑒定：最好的實(shí)驗(yàn)材料是雞蛋清，其蛋白質(zhì)含量相對(duì)高，配制的提取液透明，與雙縮脲試劑反應(yīng)后，顏色反應(yīng)明顯，但蛋清液需要稀釋。第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示28(4)正確配制和使用斐林試劑與雙縮脲試劑：配制這兩種試劑時(shí)，都要用到NaOH溶液和CuSO4溶液，但配制時(shí)，溶液濃度不同，使用原理和方法也有明顯區(qū)別。(見下表)第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示29第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示30

【方法例析】實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)要有邏輯性，有關(guān)對(duì)照實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)的一般規(guī)律是：第1步，取材、分組、編號(hào)。在這里實(shí)驗(yàn)材料包含實(shí)驗(yàn)中用到的各種動(dòng)植物，取材時(shí)要注意數(shù)量和生理及發(fā)育狀態(tài)相同；用具有燒杯、培養(yǎng)皿、飼養(yǎng)動(dòng)物的容器等等。這些材料、用具在試題中都會(huì)給出，注意要結(jié)合實(shí)驗(yàn)的目的和原理合理利用。第2步，相同處理和不同處理。根據(jù)實(shí)驗(yàn)變量設(shè)置對(duì)照(注意：?jiǎn)我灰蛩夭煌?；其他因素相同且最適)。第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示31

實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量很多(同一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)被多種不同的實(shí)驗(yàn)因素所引起)，必須嚴(yán)格控制，要平衡和消除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是消除無關(guān)變量影響的有效方法。對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)置的正確與否，關(guān)鍵就在于如何保證“其他條件相同且適宜”。設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，要做到如下四個(gè)方面：(1)所用生物材料要相同：所用生物材料的數(shù)量、質(zhì)量、長(zhǎng)度、體積、來源和生理狀況等方面特點(diǎn)要盡量相同或至少大致相同。(2)所用實(shí)驗(yàn)器具要相同：試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小型號(hào)要完全一樣。第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示32

(3)所用實(shí)驗(yàn)試劑要相同：試劑的成分、濃度、體積要相同。尤其要注意體積上等量的問題。(4)所用處理方法要相同如：保溫或冷卻；光照或黑暗；攪拌或振蕩都要一致。有時(shí)盡管某種處理對(duì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)來說，看起來似乎是毫無意義的，但最好還是要做同樣的處理。第3步，進(jìn)一步的相同處理，如條件適宜的相同環(huán)境。從自變量和因變量的角度來看，一次實(shí)驗(yàn)可以有以下步驟：(1)將實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行分組，分組時(shí)應(yīng)本著隨機(jī)分組，而且每組的材料在生理狀況上應(yīng)相似，一般至少一個(gè)實(shí)驗(yàn)組和一個(gè)對(duì)照組。第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示33(2)根據(jù)所給器材，設(shè)置自變量，同時(shí)控制無關(guān)變量，使其在最適條件，且控制除自變量外其他條件在各組都相同且做適宜處理。(3)觀察記錄因變量的變化。最常用的是描述法，即將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行描述。另外表格記錄法也是常見的，設(shè)計(jì)表格時(shí)應(yīng)體現(xiàn)自變量或分組情況和因變量的描述。第4步，檢測(cè)、觀察、統(tǒng)計(jì)、比較。找出具體的觀察和記錄對(duì)象，觀察、記錄、統(tǒng)計(jì)、比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示34如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是隱蔽的，必須找出具體的檢測(cè)方法，以顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，便于觀察，之后找出具體的觀察和記錄對(duì)象，觀察、記錄、統(tǒng)計(jì)、比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。第5步，有些實(shí)驗(yàn)可能需要反復(fù)操作該實(shí)驗(yàn)。目的是防止偶然誤差。下面的例題就是為了探究蛋白質(zhì)對(duì)個(gè)體發(fā)育是否有影響而設(shè)置的實(shí)驗(yàn)步驟：第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示35

例3據(jù)報(bào)道，一些不法商家生產(chǎn)的所謂“100%純牛奶”居然根本不與牛發(fā)生關(guān)系，只要用香精、糖、自來水和一些添加劑，就可以生產(chǎn)出“純牛奶”。更為聳人聽聞的是，不法商家利用垃圾堆里的破舊皮鞋、皮衣、皮帽及其他皮具，經(jīng)過化學(xué)、生物處理，水解出皮革中的原有蛋白(稱“人造蛋白”)，作為原料制成假牛奶。有人分析，“阜陽假奶粉案”所造成的大頭娃娃致死，并非單純是蛋白質(zhì)含量低那么單純，很可能是添加了“人造蛋白”所致。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究“人造蛋白”是否比缺乏蛋白質(zhì)更有害兒童正常發(fā)育。第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示36

(1)選用恰當(dāng)?shù)脑噭z測(cè)某樣品中是否含有蛋白質(zhì)。提供的試劑有：①碘液，②蘇丹Ⅲ溶液，③雙縮脲試劑，④斐林試劑。你選用的試劑應(yīng)該是______________；蛋白質(zhì)與相應(yīng)試劑反應(yīng)后，顯示的顏色應(yīng)為________。(2)完善以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并回答問題。①實(shí)驗(yàn)材料：幼齡大白鼠若干、真正的純牛奶、不含任何蛋白質(zhì)的假牛奶、含有“人造蛋白”的假牛奶、發(fā)育狀況測(cè)定裝置(可測(cè)定一定的發(fā)育狀況指標(biāo)，具體不作考試要求)、飼養(yǎng)裝置等。②實(shí)驗(yàn)步驟：第2講│實(shí)驗(yàn)方略展示③雙縮脲試劑紫色a.選取年齡相當(dāng)、體重相當(dāng)