高中生物一轮复习必修1第二讲1.docx
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高中生物一轮复习必修1第二讲1
第二讲组成细胞的元素及无机化合物
莆田第十五中学生物组王敏华
【考纲要求】
●水和无机盐的作用Ⅰ
●检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质
【知识网络】
【考点精讲】
【知识点一】组成细胞的元素
1.细胞中元素的种类:
细胞中常见的化学元素有20多种，是生物体主动地从自然界中获取的，各种元素的归属范围可以归纳如下：
（1）组成生物体的化学元素在不同的生物体内种类大体相同；不同的生物体内各种化学元素的含量一般相差很大。
（2）大量元素和微量元素依含量而分，高于1/10000为大量元素。
大量元素：
含量在万分之一以上的，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg。
（3）微量元素尽管在生物体内含量少，但它是必需元素。
（4）微量元素的记忆窍门
新（Zn）铁（Fe）臂（B）阿童（Cu）木（Mo）猛（Mn）
2.细胞中元素的存在方式及作用
（1）组成化合物
元素
参与形成的物质及结构
N
蛋白质、ATP、NADP+、叶绿素、核苷酸等
P
ATP、NADP+、核苷酸、磷脂
Mg
叶绿素的组成成分
S
甲硫氨酸、半胱氨酸等含硫氨基酸的组成成分；蛋白质的特征元素
Fe
动物血红蛋白
I
甲状腺激素等
（2）影响生命活动
①Ca可调节肌肉收缩和血液凝固，血钙过高会造成肌无力，血钙过低会引起抽搐。
②Na+与K+能参与可兴奋细胞（如肌细胞、腺细胞、神经细胞等）的兴奋性变化。
例如，神经细胞受到刺激之后膜内外的电位变化；维持人体细胞外液渗透压。
③B可促进植物花粉的萌发和花粉管的伸长，植物缺B会造成“花而不实”。
[小结]功能
①调节机体生命活动：
如K＋、Na＋、Ca2＋、HCO3—等。
②参与重要化合物的组成：
如Fe2＋是血红蛋白的成分，Mg2＋参与叶绿素的形成，碘是合成甲状腺激素的原料等。
③影响机体的重要生命活动：
如B可促进花粉管的萌发，从而促进植物受精，油菜缺B会“花而不实”。
[挖掘教材]
据教材P17图2-1和图2-2可得出如下信息在干重和鲜重的情况下，人体细胞中含量最多的元素不同。
在鲜重中含量最多的元素是O,其次是C、H、N,而在干重中含量最多的元素是C,其次是O、N、H。
[巩固练习]
1：
（2010·聊城模拟）组成生物的化学元素在生物体中起重要作用，下列关于几种元素与合作用关系的叙述中，正确的是（ B ）
A．C是组成糖类的基本元素，在光合作用中C元素从CO2先后经C3、C5形成（CH2O）
B．N是叶绿素的组成元素之一，没有N植物就不能进行光合作用
C．O是构成有机物的基本元素之一，光合作用制造的有机物中的氧来自于水
D．P是构成ATP的必需元素，光合作用中光反应和暗反应过程中均有ATP的合成
解析：
光合作用中CO2→C3→（CH2O）＋C5，而由N组成的叶绿素是植物进行光合作用的必需条件；光合作用中H2O中的氧全部形成氧气，有机物中的氧则来自CO2；且光合作用光反应产生ATP，暗反应消耗ATP。
2：
下列有关组成生物体细胞的化学元素的叙述，错误的是（C）
A．在不同的生物体内所含的化学元素种类大致相同
B．在所有生物细胞中C是最重要的
C．在同一生物体内细胞中各种元素的含量基本相同
D．组成生物体的元素在非生物界都能找到
【解析】不管是同种生物还是不同生物，其体内所含的元素种类基本是相同的，但不同生物体内每种元素的含量是不同的；在生物细胞中C是最基本的元素；组成生物体的元素在非生物界都能找到，这体现了生物界和非生物界具有
【知识点二】生物界与非生物界的关系
（1）生物界和非生物界的统一性
①生物界中的元素都是从无机环境中获取的，如下图：
②生物体内的化学元素都可以在无机环境中找到，没有一种是生物体所特有的。
③组成生物体的化学元素在生物界与非生物界之间反复出现、循环流动。
（2）生物界和非生物界的差异性
①组成生物体的化学元素在生物体内和自然界中的含量差异很大。
②生物体从自然界获取组成自身的元素是有选择的。
③各种化学元素在生命体系中不是简单的堆积、组合，而是以特殊的有序的方式结合在一起才出现生命现象，也是生物界和非生物界的根本区别。
（3）统一性和差异性的图解
【知识点三】细胞中的水
1．水在生物体中含量最多，一般为60%～95%。
2．不同生物的细胞，同一生物不同生长发育时期的细胞，同一生长时期，不同部位以及代谢程度不同的细胞，含水量都不同。
水生生物含水量高于陆生生物，幼年生物含水量高于老年生物。
3．水的存在形式及生理功能
形式
自由水
结合水
定义
细胞中绝大部分的水以游离的形式存在，可以自由流动
与细胞内的其他物质相结合
含量
约占细胞内全部水分的95．5%
约占细胞内全部水分的4．5%
功能
①细胞内良好的溶剂
②参与生化反应
③为细胞提供液体环境
④运送营养物质和代谢废物
是细胞结构的重要组成成分
联系
自由水和结合水能够随新陈代谢的进行而相互转化
4．自由水和结合水在一定条件下可以相互转化，如血液凝固时，部分自由水转变成结合水。
水的存在、功能验证
①鲜种子放在阳光下暴晒，重量减轻⇒自由水散失，代谢减弱。
②干种子用水浸泡后仍能萌发⇒失去自由水的种子仍保持其生理活性。
③干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠⇒失去结合水。
种子浸泡后不萌发⇒失去结合水的细胞失去生理活性。
5．水与代谢强度、抗逆性的关系
由水/结合水比值的大小决定细胞（或生物体）的代谢强度，比值越大表明细胞（或生物体）中自由水含量越多，代谢越强，反之代谢越弱。
但是生物的抗性与此相反，即二者比值越大，抗寒、抗旱、抗热性能越差；反之，则越强。
6．细胞中产水结构及代谢过程
①叶绿体基质：
暗反应
②线粒体：
有氧呼吸第三阶段
③核糖体：
氨基酸脱水缩合
④植物细胞高尔基体：
合成纤维素（细胞壁）
⑤动物细胞：
合成糖原
⑥细胞核：
DNA复制、转录过程
⑦动植物细胞：
ADP生成ATP过程
7．利用水的代谢过程
①大分子有机物的消化（水解）
②糖原分解
③ATP水解
④有氧呼吸第二阶段
⑤光合作用的光反应
8.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。
9.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：
即升高温度时，自由水增多，反之，结合水增多。
[巩固练习]
3：
下列有关生物体内水的叙述中错误的是（ C ）
①参与运输营养物质和代谢废物的水为自由水②生物体内化学反应离不开水
③水是细胞结构的组成成分之一④人体细胞内水的存在形式为结合水和自由水
⑤自由水与结合水的比例与新陈代谢强弱关系不大
⑥不同细胞内自由水与结合水的比例相差不大
A.①④⑤B.②④⑥C.⑤⑥D.①⑥
解析：
人体细胞内水的存在形式有自由水和结合水，结合水是细胞结构的重要组成成分，自由水是细胞内良好的溶剂、生化反应的介质或原料、运输营养物质或代谢废物等，故①②③④正确。
⑤错误：
自由水的比例越大，新陈代谢越旺盛。
⑥错误：
萌发的种子细胞中自由水的比例较大，但休眠的大豆种子的细胞中，自由水的比例则比较小。
4:
（双选）下列关于生物体内水的描述,错误的是（AD）
A.幼小的生物体内自由水与结合水的比值越小时,代谢越活跃
B.自由水是良好的溶剂,是各种代谢活动的介质
C.结合水是组成细胞结构的一部分,约占细胞内全部水分的4.5%
D.心肌坚韧，血液液态,但含水量相差无几,原因是心肌内全是结合水
【解析】结合水在细胞中与其他化合物相结合,含量较稳定,一般维持在4.5%左右；自由水在细胞中以游离的形式存在,可以自由流动,是细胞内良好的溶剂、各种化学反应的介质、养料与废物的运送工具；细胞内自由水越多,细胞代谢越旺盛；不同器官含水量及自由水与结合水的比例有所不同,血液主要含有自由水故呈现液态,心肌内含结合水相对较多，故较为坚韧。
5:
（2010·潍坊模拟）水在生物体内是一种良好的溶剂，是各种化学反应的介质。
下列有关水的说法不正确的是（ B ）
A．水是生物体内进行一切生化反应的必需条件
B．当人体缺水时，血浆的渗透压会降低，从而产生渴觉
C．在核糖体上进行的生理过程有水生成
D．休眠或越冬的植物体内自由水与结合水比值下降
解析：
当人体缺水时，会引起血浆等细胞外液渗透压升高，使下丘脑的渗透压感受器受到刺激。
这时下丘脑的渗透压感受器一方面产生兴奋并传至大脑皮层，通过产生渴觉来直接调节水的摄入量；一方面又使下丘脑神经细胞分泌，并由垂体后叶释放的抗利尿激素增加，从而促进了肾小管和集合管对水的重吸收，减少了尿的排出，保留了体内的水分，使血浆等细胞外液的渗透压趋向于恢复正常。
6:
植物在冬季来临过程中，随着气温的逐渐降低，体内发生了一系列适应低温的生理生化变化，抗寒力逐渐增强。
下图为冬小麦在不同时期含水量和呼吸速率变化关系图。
请根据图推断以下有关说法中，错误的是（ A ）
A.冬季来临过程中，自由水明显减少是呼吸速率下降的主要原因
B.结合水与自由水含量的比值，与植物的抗寒性呈现明显的正相关
C.随着气温和土壤温度的下降，根系的吸水量减少，组织的含水量下降
D.随温度的缓慢降低，植物的呼吸作用逐渐减弱，有利于减少有机物的消耗
解析：
从横坐标分析，9－12月温度降低，而细胞中含水量曲线呈逐渐下降趋势。
植物吸水的主要动力是蒸腾作用，随着温度降低，植物的蒸腾作用减弱，使植物体内的水分减少，加上温度降低，使新陈代谢减弱，自由水与结合水的比例减小，植物的抗逆性增强。
但呼吸速率下降的主要原因是温度过低导致酶活性降低。
【知识点四】细胞中的无机盐
1.存在形式
主要是离子形式，如Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Cl－、HCO3—、SO42—等，少数以化合态形式存在。
2.吸收的主要方式：
主动运输。
3.生理功能
（1）是细胞的结构成分，有些无机盐是细胞内某些复杂的化合物的重要组成部分，如Mg2＋——叶绿素；Fe2＋——血红蛋白；PO——磷脂、ATP、NADPH；I－——甲状腺激素。
（2）参与并维持生物体的代谢活动：
如哺乳动物血液中必须含有一定量的Ca2＋，如果某个动物血液中钙盐的含量过低就会出现抽搐，过高又会出现肌无力。
（3）维持生物体内的平衡：
体内平衡使细胞能有稳定的结构和功能，是生物维持正常的代谢和生理活动的必要条件。
①渗透压的平衡：
Na＋、Cl－对细胞外液渗透压起重要作用，K＋则对细胞内液渗透压起决定作用。
②酸碱平衡（即pH平衡）：
pH调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着原生质体组成物的所有特性以及在细胞内发生的一切反应：
如人血浆中的HCO3—、HPO4—等。
③离子平衡：
动物细胞内外Na＋/K＋/Ca2＋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。
[巩固练习]
7．（2010·南京质检）下列关于无机盐的叙述，错误的是（ C ）
A.缺铁性贫血是因为体内缺乏铁，血红蛋白不能合成
B.Mg2＋是叶绿素的成分之一，缺Mg2＋影响光合作用
C.细胞中的无机盐大多数以化合物形式存在，如CaCO3构成骨骼、牙齿
D.碘是合成甲状腺激素的原料，所以常在食盐中加碘
解析铁是血红蛋白的组成成分，缺铁则不能合成血红蛋白；Mg2+是叶绿素的组成成分，缺Mg2+则不能合成叶绿素，进而影响光合作用；细胞中的无机盐大多数以离子形式存在；碘是合成甲状腺激素的原料，在食物中加碘是为了补充碘，预防食物中因缺碘而引起的地方性甲状腺肿。
8.医生常给脱水的病人注射0.9%的生理盐水。
因为红细胞在蒸馏水中会因吸水过多而胀破，在浓盐水中会因失水过多而皱缩，从而失去输送氧的功能，这说明（ D）
A.水和无机盐是构成细胞的重要物质B.水分子容易进出细胞
C.无机盐离子容易进出细胞D.无机盐对维持细胞的形态和功能有重要作用
[解析] 不同浓度的盐水会通过改变细胞的形态而影响细胞运输氧气的功能，说明无机盐对维持细胞的形态和功能具有重要作用。
（1）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。
（2）质量分数为0.9%的NaCl溶液的浓度，正是人体细胞所处液体环境的浓度，在医学上被称为生理盐水。
当人体需要补充盐溶液或输入药物时，应输入该溶液或用该溶液作为药物的溶剂，以保证人体细胞的生活环境维持在相对稳定的状态。
【知识点五】检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
（4）淀粉的检测与观察
【注意事项】
（1）在鉴定可溶性还原糖的实验中，加热试管中的溶液时，应该用试管夹夹住试管上部，放入盛50℃～65℃温水的大烧杯中加热。
注意试管底部不要接触烧杯底部；斐林试剂不稳定，应现用现配。
（2）还原糖、蛋白质的鉴定实验中，在加相应试剂鉴定之前，要留出一部分组织样液，以便与鉴定后的样液颜色作对比，增强实验的说服力。
（3）在蛋白质的鉴定实验中，如果用蛋清稀释液作为实验材料，一定要稀释到一定程度，否则，与双缩脲试剂发生反应后会粘在试管的内壁上，使反应不彻底，试管也不易洗刷干净。
（4）脂肪的鉴定中，实验用的花生种子需提前浸泡3～4h，浸泡时间太短，不易切片；浸泡时间太长，则组织太软，切下的薄片不易成形。
（5）实验材料的选择
由于本实验是利用颜色反应鉴定不同的物质，因此在实验的选材上应注意以下两点：
①材料本身应无色，以免对结果产生干扰；
②材料应富含相关物质，使现象更显著。
（6）斐林试剂与双缩脲试剂的比较
斐林试剂
双缩脲试剂
鉴定成分
还原糖
蛋白质
鉴定原理
还原糖中的醛基（—CHO）在加热条件下能将Cu（OH）2中的Cu2＋还原成Cu＋，从而生成砖红色的Cu2O沉淀
双缩脲（H2NOC—NH—CONH2）在碱性溶液中能与Cu2＋结合生成紫色络合物，蛋白质分子中含有与双缩脲结构相似的肽键
试剂浓度
甲液：
质量浓度为/mL的NaOH溶液；
乙液：
质量浓度为/mL的CuSO4溶液
A液：
质量浓度为/mL的NaOH溶液；
B液：
质量浓度为/mL的CuSO4溶液
使用方法
甲液、乙液混合均匀后，再加入样液
先加A液造成碱性环境，再加B液
使用条件
加热（水浴50～65℃）
不加热，摇匀即可
实验现象
浅蓝色→棕色→砖红色
紫色
[巩固练习]
9.红薯和土豆都富含淀粉，但红薯吃起来比土豆甜。
为探究其原因，某兴趣小组在温度不同、其他条件相同的情况下对处于休眠期的红薯块根与土豆块茎处理30min后测定还原糖的含量。
结果如图：
（1）由图中曲线可知，60℃时红薯还原糖含量最高，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（2）与红薯相比土豆不含还原糖的可能原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）为了确定土豆中不含还原糖的原因，请完成以下实验：
实验原理：
①淀粉能被淀粉酶水解为还原糖；
②＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
备选材料与用具：
去掉淀粉与还原糖的红薯提取液，去掉淀粉的土豆提取液，双缩脲试剂A液，双缩脲试剂B液，斐林试剂甲液，斐林试剂乙液，苏丹红染液，质量分数为3%的淀粉溶液，质量分数为3%的蔗糖溶液等。
实验步骤：
第一步：
取A、B两支试管，在A试管中加入去掉淀粉的土豆提取液
2mL，B试管中加入去掉淀粉和还原糖的红薯提取液2mL。
＿＿＿＿＿水浴保温5min。
第二步：
向A、B两支试管中各加入等量的水浴加温至60℃的＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿溶液，水浴保温5min。
第三步：
将＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿后，向A、B试管内各加入2mL。
然后，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
最可能的实验结果：
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（4）食用土豆时，消化分解成的葡萄糖，几乎被小肠上皮细胞全部吸收，该吸收过程需要＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
思路点拨：
（1）淀粉在淀粉酶的作用下可产生还原糖。
由图分析可知，随着温度的升高，还原糖的含量变化趋势是先增后减，60℃时还原糖含量最高，说明此时淀粉酶的活性最大。
（2）土豆含有大量的淀粉，但不含还原糖，最可能的原因是缺少淀粉酶，淀粉不能水解为还原糖。
（3）此小题是简单的条件限制性实验设计。
分析该实验的题目是“确定土豆中不含还原糖的原因”，可知单一变量是有无淀粉酶，根据题目所给材料，实验的自变量为土豆提取液（去淀粉），用红薯提取液（去淀粉和还原糖）设置对照，因变量为还原糖，用斐林试剂进行检测。
试管A中没有淀粉酶，不反应，仍为斐林试剂的蓝色，试管B中有淀粉酶，与淀粉反应生成还原糖，用斐林试剂检测，能产生砖红色沉淀。
（4）小肠上皮细胞吸收葡萄糖是主动运输的过程，需要载体和能量。
答案：
（1）还原糖是酶促反应的产物，60℃是相关酶的最适温度条件
（2）土豆不含淀粉酶
（3）②还原糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀
第一步：
60℃ 第二步：
质量分数为3%的淀粉
第三步：
等量的斐林试剂a甲液和斐林试剂乙液注入C试管混合均匀 沸水加热2min
结果：
A试管内液体为蓝色，B试管内液体为砖红色
（4）载体蛋白和能量（ATP）
[综合练习]
分析下列材料，回答有关问题。
材料一在正常人的血浆中，NaHCO3的含量约为H2CO3含量的20倍。
当血浆中的NaHCO3含量减少时，会发生酸中毒；当血浆中的H2CO3含量减少时，则发生碱中毒。
材料二在初生蝌蚪或幼小植物体内，当自由水的比例减小时，机体代谢强度降低；当自由水的比例增大时，机体代谢强度升高。
材料三Mg2＋是叶绿素分子必需的成分；Fe2＋是血红蛋白的重要成分；碳酸钙是动物和人体的骨骼和牙齿的主要成分。
材料四人体某些组织的含水量近似，但形态却不同。
例如，心肌含水量约为79％而呈坚韧的状态，脑中含水量约为84％而呈溶胶状。
材料五血液在血管中呈液态，当血液从血管中流出后则会凝固。
（1）材料一表明：
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
（2）你对材料二中现象的全面解释是：
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
（3）材料三表明：
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
（4）你对材料四中差异的正确解释是：
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（5）材料五说明血液中的水分发生了怎样的转化？
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
【解析】由材料一分析可知NaHCO3、H2CO3含量的改变，可引起酸中毒或碱中毒，说明无机盐具有调节pH的作用；由材料二分析可知自由水与代谢活动密切相关，这与自由水的功能有关；由材料三分析可知某些复杂化合物的组成成分中有无机盐离子；由材料四、五分析可知，水在生物体内的存在形式有两种，而且两种形式之间可以相互转化。
【答案】
（1）无机盐具有调节酸碱平衡（pH）的作用
（2）自由水是细胞内良好的溶剂，是细胞内生化反应的介质，并参与某些代谢反应，参与体内营养物质和代谢废物的运输
（3）无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分
（4）组织器官的形态差异与生物体内水分的存在形式有关，心肌中结合水较多，而脑组织中自由水较多
（5）血液中多数自由水转化成了结合水
【教学反思】
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