必修1第2讲细胞中元素和化合物及细胞中无机物

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,必修1第2讲细胞中元素和化合物及细胞中无机物,第,2,讲,细胞中的元素和化合物,及细胞中的无机物,知识内容,考纲要求,考纲理解,水和无机盐的作用,了解水、无机盐的存在形式及功能,检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质,实验与探究能力,掌握还原糖、脂肪和蛋白质的鉴定方法；区别不同的颜色反应；掌握不同试剂的用法,一、组成细胞的元素和化合物,1.,组成细胞的元素分类,大量元素：,等,微量元素：,等,(1),按含量分,最基本元素：,组成人体细胞的主要元素：,（按占细胞鲜重的百分比）,(2),按作用分,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,Fe,、,Mn,、,Zn,、,Cu,、,B,、,M,O,C,O,、,C,、,H,、,N,、,P,、,S,2.,组成细胞的化合物,(1),种类,无机化合物：,有机化合物：,、脂质、蛋白质、,(2),含量,占细胞鲜重最多的化合物是,。,占细胞鲜重最多的有机化合物是,。,占细胞干重最多的化合物是,。,水、无机盐,糖类,核酸,水,蛋白质,蛋白质,二、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质,鉴定物质,鉴定试剂,颜色变化,还原糖,淀粉,碘液,蓝色,脂肪,苏丹,染液,(,或苏丹,染液,),(,或红色,),蛋白质,斐林试剂,砖红色沉淀,橘黄色,双缩脲试剂,紫色,三、细胞中的无机物,1.,细胞中的水,(1),存在形式：,和,。,(2),含量变化：生物体的含水量与,和生物的,有关。,自由水,结合水,生物种类,生长发育期,(3),功能,自由水,a.,细胞内的,b.,参与许多,c.,运送,和,d.,为细胞生存提供,结合水：是,的重要组成成分。,良好溶剂,化学反应,营养物质,液体环境,代谢废物,细胞结构,(4),自由水与结合水的联系,自由水,结合水,2.,细胞中的无机盐,(1),含量：很少，占细胞鲜重的,1%,1.5%,。,(2),存在形式：绝大多数以,的形式存在，少部分是细 胞内,的组成成分。,(3),功能：维持细胞和生物体的,，维持细胞的,平衡等。,离子,复杂化合物,生命活动,酸碱,考点一 组成细胞的化学元素,1,种类与含量,(1),大量元素和微量元素划分的依据是含量，而不是生理作用。,(2),生物体内含有的元素不一定是生物所必需的元素。,(3),主要元素占人体鲜重比例的顺序依次是,O,、,C,、,H,、,N,、,P,、,S,。,2.,来源和去向,(1),从最终来源上看，生物体内各种元素都来自于无机环境。,(2),生物体直接或间接获得无机环境中元素的方式不同，如图：,3,统一性与差异性,4,主要作用,(1),维持机体生命活动，如,K,可保持心肌正常兴奋性，,B,可促进植物花粉的萌发和花粉管的伸长。,(2),组成化合物,化合物,元素组成,糖类和脂肪,C,、,H,、,O,蛋白质,C,、,H,、,O,、,N,等,核酸和,ATP,C,、,H,、,O,、,N,、,P,拓展深化,从化合物的元素组成上分析代谢产物,糖类、脂质和蛋白质的组成元素中都有,C,、,H,、,O,，可推知其代谢产物中都有,CO,2,和,H,2,O,；蛋白质中还含,N,，故其代谢产物中含有尿素。,从化合物的元素含量上分析氧化分解释放能量的多少，脂肪的含氢量多于糖类，因此等质量的脂肪彻底氧化分解时所消耗的,O,2,比糖类多，释放的能量也多于糖类。,【,例,1】,下图表示人体细胞中四种主要元素占细胞鲜重的百分比，其中表示碳元素的是,(,),A.,甲,B.,乙,C.,丙,D.,丁,【,解析,】,细胞鲜重中水含量最多，氧元素最多，其次是,C,、,H,、,N,、,P,、,S,元素。,【,答案,】B,1.,细胞中各种化合物含量的比较,细胞鲜重：,H2O,蛋白质脂质糖类核酸,细胞干重：蛋白质脂质糖类核酸,所以细胞中含量最多的化合物是,H,2,O,，干重中最多的化合物是蛋白质，有机物中含量最多的也是蛋白质。,2.,细胞中各种化学元素含量的比较,细胞鲜重：,O,C,H,N,P,S,细胞干重：,C,O,N,H,P,S,1.,如图表示细胞中各种化合物或主要元素占细胞鲜重的含量，以下按顺序排列，正确的是,(,),A.,水、蛋白质、糖类、脂质；,N,、,H,、,O,、,C,B.,蛋白质、糖类、脂质、水；,O,、,C,、,N,、,H,C.,水、蛋白质、脂质、糖类；,H,、,O,、,C,、,N,D.,蛋白质、水、脂质、糖类；,C,、,O,、,H,、,N,【,答案,】D,(2010,北京房山期末,),下列物质在元素组成上最相似的一组是,(,),A,麦芽糖、维生素,D,、生长激素,B,纤维素、胰岛素、性激素,C,糖原、肽酶、脂蛋白,D,ATP,、,DNA,、,RNA,D,【,规律方法,】,碳元素之所以成为最基本元素,，并不是因为在干重条件下,C,元素在细胞中含量最多，而是因为碳原子本身的化学性质使它能够通过化学键连结成链或环，从而形成各种生物大分子，而生物大分子在生物体的生命活动中具有重要作用。地球上的生命可以说是在碳元素的基础上建立起来的。,考点二 细胞中的无机物,1,细胞中的水,(1),水的含量与生物种类的关系,在构成细胞的各种化合物中，水的含量最多，一般为,85%,90%,。,不同的生物体内水的含量差别很大,。例如，生物体的含水量一般为,60%,95%,，而生活在海洋中的水母的含水量达到,97%,。,同一生物体不同的生长发育阶段水的含量不同,。,幼儿时期,成年时期,；,幼嫩部分,老熟部分,。,同一生物不同器官水的含量也不同,。,（,2,）水的含量、分类及生理作用,含量,概念,生理作用,结合水,4.5%,与其他物质结合在一起,细胞组成成分,自由水,95.5%,能够自由流动、以游离状态存在,良好溶剂、运输作用、反应场所、原料,(3),生物体中水的产生与利用,水分产生,水分利用,结构,生理过程,结构,生理过程,叶绿体基质,暗反应过程产生水,叶绿体类囊体薄膜,光反应消耗水,线粒体,有氧呼吸第三阶段产生水,线粒体,有氧呼吸第二阶段消耗水,核糖体,氨基酸的脱水缩合,肝脏和肌肉,糖原分解过程中消耗水,高尔基体,植物细胞有丝分裂时形成新的细胞壁产生水,组织细胞,ATP,水解成,ADP,和磷酸时消耗水,细胞核,复制、转录过程中产生水,消化道,淀粉、蛋白质等消化时消耗水,(4),水与生物代谢,水的存在形式与器官形态的关系：,心肌和血液总的含水量差不多，但心肌呈固态，血液呈液态，原因是二者自由水和结合水的比例不同。,水的存在形式与代谢的关系：,生物体代谢越旺盛，其体内自由水相对比例越高。如种子萌发时，先要吸取大量的水分，以增加自由水的含量，并加快代谢速率。,水的存在形式与抗寒性的关系：,结合水的相对含量与生物的抗逆性有关。如秋冬季节，蒸腾作用减弱，吸水减少，细胞内结合水相对含量升高，由于结合水不易结冰和蒸腾，从而使植物抗寒性加强，代谢速率减小。,水的存在形式与温度的关系：,在活细胞内，受温度的影响，自由水和结合水可相互转化，具体转化如下：,自由水,结合水,即升高温度时，自由水增多，反之，结合水增多。,降低温度,升高温度,种子与水的关系：,种子晒干时减少的为自由水，但仍能保持生命活性，仍能萌发；试管加热或炒熟则丧失结合水，死亡的种子不萌发；种子萌发吸水主要是自由水增加，代谢加强，呼吸作用加快。,不同种子亲水能力不同，大豆,(,主要含蛋白质,),小麦、玉米、大米,(,主要含淀粉,),花生,(,主要含脂肪,),。,（,5,）在生产实际中的应用,种子贮藏：晒干种子可减少自由水含量，起到降低代谢 速率、延长存贮寿命的作用。,减少灌溉：低温环境下减少对花卉、作物的灌溉，可在一定程度上提高植物的抗冻能力。,【,例,2】,现有含水量,10%,、,12%,、,14%,、,16%,的小麦分别储存于条件相同的四个粮仓中，在储存过程中，有机物的损耗最少的是,(,),A,B,C,D,A,【,举一反三,】,下列植物细胞中结合水的相对含量最大的是,( ),A,休眠的蚕豆子叶细胞,B,玉米的胚乳细胞,C,洋葱根尖分生区的细胞,D,成熟柑橘的果肉细胞,A,1.,不同的生物体内水的含量差别很大,。例如,生物体的含水量一般为,60%,95%,而生活在海洋中的水母的含水量达到,97%,。,2.,同一生物体在不同的生长发育阶段水的含量不同。,幼儿时期,成年时期；幼嫩部分,老熟部分。,3.,同一生物不同器官水的含量也不同,如心肌含水,79%,血液含水,83%,。,4.,自由水主要存在于细胞液、细胞质基质及某些细胞器基质中；结合水与细胞中某些物质结合在一起存在。,5.,自由水和结合水的作用都非常重要,不能认为结合水可有可无,两种水在生物体内所起作用不能相互代替,在不同时期作用各有侧重。,例,3,2009,年,3,月,22,日是第十七个,“,世界水日,”,，宣传的主题是,“,跨界水,共享的水，共享的机遇,”,。水污染、水资源短缺导致的水危机日趋严重，研究表明，,80%,的疾病是由水污染引起的。下列有关人体内水的叙述，错误的是,(,),A.,水在病变细胞中以结合水和自由水形式存在,B.,在胰岛素的合成过程中伴随着水的产生,C.,人体衰老细胞中自由水含量减少，代谢缓慢,D.,冬季，植物体内自由水含量相对增高，以增强植物的抗寒能力,D,生物新陈代谢旺盛、生长迅速时，生物体内的结合水和自由水的比值会,(,),A.,升高,B.,下降,C.,不变,D.,变化与此无关,【,答案,】B,涉及细胞内水的两种存在形式含量变化时，要注意：,1.,原理：水分含量与新陈代谢、生物抗性的关系,细胞中自由水与结合水的比值大，生物新陈代谢旺盛，其抗性小；若该比值小，生物新陈代谢缓慢，其抗性大。,2.,分析思路,(1),环境条件是否恶化；,(2),细胞的年龄变化；,(3),生命活动强度,(,或状态,),的变化。,3.,相关结合,(1),环境恶化,自由水，结合水,(2),细胞衰老,自由水，结合水,(3),生命活动增强,自由水，结合水。,考点三 无机盐,1.,存在形式：,主要是离子形式，少数以化合态存在。,2.,主要吸收方式：,主动运输。,3.,生理功能：,(1),是细胞的结构部分,，,有些无机盐是细胞内某些复杂的化合物的重要组成部分。,(2),参与并维持细胞和生物体的生命活动。,(3),渗透压的平衡：,如,K,对细胞内液渗透压起决定作用。,(4),酸碱平衡：,它的改变影响着细胞内发生的一切反应：如人血浆中,HCO,3,、,HPO,4,等。,(5),离子平衡：,动物细胞内外,Na,/K,/Ca,2,的比例是相对稳定的。细胞膜外,Na,高、,K,低，细胞膜内,K,高、,Na,低。,K,、,Na,这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差，是使细胞可以保持反应性能的重要条件。,【,例,4】,人的红细胞生活在,0.9%,的氯化钠溶液中，医生常给脱水病人注射,0.9%,生理盐水。因为红细胞在蒸馏水中会因吸水过多而涨破；在浓盐水中会因失水过多而皱缩，从而失去输送氧气的功能。这说明,(,),A,水分子容易进出细胞,B,无机盐离子容易进出细胞,C,吸水涨破是细胞的特性造成的,D,无机盐对维持细胞的形态和功能有重要作用,D,【,举一反三,】(2010,榆林期末,),篮球运动员姚明的“佳得乐”运动饮料广告词：“解口渴，更解体渴，佳得乐！”，其中的“解体渴”主要是指,( ),A,佳得乐饮料中含有大量水，补充剧烈运动散失的水分,B,佳得乐饮料中含有葡萄糖，补充剧烈运动散失的能量,C,佳得乐饮料中含有大量水和少量无机盐，补充剧烈运动散失的水分和无机盐,D,佳得乐饮料中添加的葡萄糖和无机盐，能补充剧烈运动散失的能量和无机盐,D,【,思路点拨,】,解口渴，是指水，而解体渴则是指体内所缺的无机盐和能源物质。,【,规律方法,】,明确无机盐的功能：,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，包括维持细胞的渗透压和酸碱平衡。,【,例,5】,一头牛突然发病，全身抽搐。兽医除必须对症下药外，还需注射一定量的,(,),A.,生理盐水,B.,葡萄糖溶液,C.,葡萄糖酸钙溶液,D.,淀粉和蔗糖,【,解析,】,牛突然发病，全身抽搐，而全身抽搐是缺钙的表现，所以应注射一定量的葡萄糖酸钙溶液来缓解。,【,答案,】C,在生理或病理条件下，常需补充缺失的某些成分，如：,肠炎导致脱水,生理盐水；,低血糖,葡萄糖；,缺铁性贫血,铁、蛋白质；,地方性甲状腺肿,碘；,剧烈运动或高温,淡盐水或盐汽水；,抽搐,钙。,4,、植物必需无机盐的实验验证,对照组：正常植物完全培养液,生长正常,实验组：,正常植物缺,X,完全培养液,若生长正常,则,X,不是必需无机盐,若出现病症,则,X,是必需无机盐,特别提醒,在实验组中还可设置二次对照，即在出现病症后，再加入含,X,的培养液，植物恢复正常生长，以形成前后对照。,细胞中无机盐的功能及举例,功能,举例,细胞的,结构成分,Mg,2,是叶绿素的组成成分，缺乏时植物叶片会变黄；,Fe,2,是血红蛋白的组成成分，缺乏时会患贫血；,I,是甲状腺激素的组成成分，缺乏时会患地方性甲状腺肿大；碳酸钙是动物和人体的骨骼、牙齿中的重要成分；,是生物膜的主要成分,磷脂的组成成分，也是,ATP,、,H,的主要组成成分,对维持细胞和生物体的生命活动有重要作用,Ca,2,能降低神经系统的兴奋性，血钙过低时，会出现抽搐现象，血钙过高时，会患肌无力,维持,生物,体内,的平,衡,渗透压的平衡,Na,、,Cl,对细胞外液渗透压起重要作用,K,对细胞内液渗透压起决定作用,酸碱平衡,(,即,pH,平衡,),血液中存在,NaHCO,3,/H,2,CO,3,、,NaH,2,PO,4,/Na,2,HPO,4,等缓冲对，调节机体的酸碱平衡,生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质的检测,理论指导,一、验证鉴定类实验,1.,实验目的,针对已知的生物学事实进行验证，巩固和加强有关知 识内容，培养实验操作能力。,2.,常用方法和技术,(1),研磨、过滤，如叶绿体色素的提取和分离，生物组织 中糖类、脂肪和蛋白质的鉴定。,(2),纸层析法，如叶绿体中色素的分离。,(3),同位素示踪法，如噬菌体侵染细菌实验。,【,规律方法,】,常见的特定的颜色反应,物质或结构,染色剂,颜色反应,蛋白质,双缩脲试剂,紫色,脂肪,苏丹,染色,橘黄色,苏丹,染液,红色,还原糖,斐林试剂,(,现配现用,),砖红色,班氏试剂,(,可存放,),淀粉,碘液,蓝色,DNA,甲基绿,绿色,二苯胺,蓝色,RNA,吡,啰红,红色,二、糖类、脂肪、蛋白质的检测,1.,实验原理,某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生 特定的颜色反应。,还原糖斐林试剂 砖红色沉淀,苏丹,染液,橘黄色,苏丹,染液,红色,脂肪,蛋白质双缩脲试剂,紫色,2.,实验流程,(1),还原糖的检测和观察,(2),脂肪的检测和观察,方法一：,花生种子匀浆,3,滴苏丹,染液,橘黄色,方法二：,(3),蛋白质的检测,3.,斐林试剂与双缩脲试剂的比较分析,比较项目,斐林试剂,双缩脲试剂,不,同,点,使用方法,甲液和乙液混合均匀后方可使用，且现配现用,使用时先加,A,液再加,B,液,颜色反应,条件,需加热,不需加热即可反应,反应原理,还原糖中的醛基被,Cu(OH),2,氧化，,Cu(OH),2,被还原为,Cu,2,O,具有两个以上肽键的化合物在碱性条件下与,Cu,2,反应生成络合物,颜色,砖红色,紫色,浓度,乙液,CuSO,4,浓度为,0.05g/mL,B,液,CuSO,4,浓度为,0.01 g/mL,相同点,都含有,NaOH,、,CuSO,4,两种成分，且所用,NaOH,浓度都是,0.1 g/mL,问题探究,1,在检测还原糖时，在选材方面有什么要求？为什么？,提示：,应选用白色或近于白色且还原糖含量高的材料，如梨、苹果等。因为有颜色的材料会干扰实验结果的颜色变化。,2,斐林试剂和双缩脲试剂都含有,CuSO,4,和,NaOH,，,CuSO,4,的用量都很少，请分析原因。,提示：,Cu,2,呈蓝色，为避免因过量使用而遮盖实验结果的颜色。,3,斐林试剂与双缩脲试剂成分相同，但在使用时，斐林试剂甲液与乙液必须混合使用，而双缩脲试剂则先用,A,液，再滴加,B,液，请分析原因。,提示：,鉴定还原糖是新制,Cu(OH),2,与还原糖反应；,Cu(OH),2,被还原为,Cu,2,O,；而检测蛋白质需要在碱性环境下反应，先滴加,A,液的目的是制造碱性环境。,特别提醒,还原糖的检测需要加热，脂肪的检测可用显微镜。,在检测蛋白质的实验中，若用鸡蛋清作实验材料，必须稀释，以免实验后粘住试管，不易洗刷。植物材料常用的是大豆，且浸泡,1 d,2 d,，适于研磨。,脂肪的鉴定实验中，实验材料最好选富含脂肪的生物组织，若利用显微镜观察，则最好选择花生种子。如果是新鲜花生种子，可不必浸泡，浸泡效果反而不好，如果是干种子，需浸泡,3 h,4 h,最适宜切片,(,浸泡时间短，不容易切片；浸泡时间过长，组织太软，切下的薄片不易成形,),。,【,例,6】,在生物组织中的可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定实验中，对实验材料选择的叙述，错误的是,(,),A,甘蔗茎的薄壁组织、甜菜的块根等，都含有较多的糖且近于白色，因此可以用于进行可溶性还原糖的鉴定,B,花生种子含脂肪多且子叶肥厚，是用于脂肪鉴定的理想材料,C,大豆种子的蛋白质含量高，是进行蛋白质鉴定的理想植物组织材料,D,鸡蛋清含蛋白质多，是进行蛋白质鉴定的理想动物材料,A,【,变式训练,】,对下表中所列待测物质的检测，所选用的试剂及预期结果都正确的是,( ),A. B,C,D,待测物质,检测试剂,预期显色结果,DNA,甲基绿,红色,脂肪,苏丹,橘黄色,淀粉,斐林试剂,蓝色,蛋白质,双缩脲试剂,紫色,D,专题感悟,现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液各一瓶，可用双缩脲试剂、斐林试剂和淀粉溶液将它们鉴定出来。请回答：,(1),用一种试剂将上述,4,种溶液区分为两组，这种试剂是,_,，其中发生显色反应的一组是,_,和,_,溶液，不发生显色反应的一组是,_,和,_,溶液。,(2),用,_,试剂区分不发生显色反应的一组溶液。,(3),区分发生显色反应一组溶液的方法及鉴定结果是,_,。,【,答案,】,(1),双缩脲试剂稀蛋清淀粉酶葡萄糖淀粉,(2),斐林,(3),将淀粉溶液分别与发生显色反应的两种溶液混合，一段时间后，用斐林试剂分别处理上述两种混合液，观察到无颜色变化的溶液是稀蛋清溶液，出现砖红色的溶液是淀粉酶溶液,利用某些化学试剂能够使生物组织中有关有机化合物产生特定颜色反应的原理和方法，还可以解决以下问题：,(1),对生物组织进行某种成分的检测。,(2),在医学上进行疾病的诊断，如糖尿病、肾炎。,(3),可以鉴定某些消化液中含有蛋白质。,(4),不同生物组织中含糖量高低的测定。,(5),用于劣质奶粉的鉴定。,生物学实验设计方案的步骤,一个完整的生物学实验方案一般包括以下七个步骤：,谢谢！,