秋高中生物 第二章 组成细胞的分子 第1节 细胞中的元素和化合物学案 新人教版必修1.docx

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秋高中生物第二章组成细胞的分子第1节细胞中的元素和化合物学案新人教版必修1

第1节　细胞中的元素和化合物

学习目标

1．说出组成细胞元素的种类及功能。

（重点）

2．说出组成细胞化合物的种类。

3．尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。

（重、难点）

核心概念

大量元素　微量元素　无机化合物　有机化合物

一、生物界与非生物界的统一性和差异性

1．__统一____性：

从元素种类看，组成细胞的化学元素在无机自然界都能找到，没有一种元素为细胞所特有。

2．__差异____性：

从元素含量看，各化学元素在生物体内和无机自然界中的相对含量大不相同。

二、组成细胞的元素和化合物

1．组成细胞的元素

元素

含量：

（1）占人体细胞鲜重最多的元素是__O____。

（2）占人体细胞干重最多的元素是__C____。

2．组成细胞的化合物

化合物

含量：

（1）占细胞鲜重比例最高的化合物是__水____。

（2）占细胞干重比例最高的化合物是__蛋白质____。

三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

（一）还原糖的检测

1．原理：

糖类中的还原糖（如__葡萄糖____、__果糖____、麦芽糖），与__斐林____试剂作用，生成砖红色沉淀。

2．试剂

3．步骤

（1）向试管内注入2mL待测组织样液。

（2）向试管内加入1mL斐林试剂（甲液和乙液__等量混合均匀____后再注入）。

（3）将试管放入盛有__50～65_℃温水____的大烧杯中加热约2min。

（4）观察试管中出现的颜色变化。

（二）脂肪的检测

1．原理：

脂肪可被苏丹Ⅲ染液染成__橘黄色____，或被苏丹Ⅳ染液染成__红色____。

2．材料：

成熟的__花生种子____是最好的选择，实验前浸泡3～4h。

3．试剂：

苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液、__体积分数为50%的酒精____溶液。

4．步骤

取材：

取花生种子（浸泡后去掉种皮），用刀片在花生子叶的横断面上平行切下若干薄片

　　↓

制片

　　↓

观察：

在__低倍镜____下找到__花生子叶的最薄处____，移到视野中央，然后用__高倍镜____观察

（三）蛋白质的检测

1．原理：

蛋白质能与__双缩脲试剂____发生作用，产生紫色反应。

2．试剂

3．步骤

（1）向试管内注入2mL待测组织样液。

（2）向试管内注入__双缩脲试剂A液____1mL，摇匀。

（3）向试管内注入__双缩脲试剂B液____4滴，摇匀。

（4）观察试管中出现的颜色变化。

（四）淀粉的检测

1．原理：

淀粉遇__碘液____会变成__蓝____色。

2．材料：

马铃薯匀浆。

3．步骤

（1）向试管内注入2mL待测组织样液。

（2）向试管内滴加2滴__碘液____，观察颜色变化。

？

思考

1．想一想刚收获的大豆种子与晒干的大豆种子中含量最多的化合物相同吗？

提示：

不相同。

刚收获的大豆种子中含量最多的化合物是水，晒干的大豆种子中含量最多的化合物是蛋白质。

2．检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质时，对于材料的选择有何统一要求？

提示：

选择颜色较浅的且相应物质含量较高的生物组织，避免材料自身颜色对实验颜色变化的遮盖。

3．还原糖的鉴定中，若选用西瓜瓤作为原料是否合适？

为什么？

提示：

不合适，西瓜瓤为红色，会对结果造成颜色干扰。

H

　判断题

1．生物界和非生物界在组成元素的种类和含量上都相同。

（　×　）

2．C、H、O、N、P、Fe、Mn等是组成细胞的大量元素。

（　×　）

3．在人体活细胞中氧原子的数目最多。

（　×　）

4．细胞中的一种元素的作用能被其他元素替代。

（　×　）

5．细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要。

（　×　）

6．组成细胞的元素有C、H、O、N等20多种，其中C是最基本的元素。

（　√　）

7．组成细胞的元素同样存在于自然环境中，说明生物与非生物具有统一性。

（　√　）

8．活细胞中含量最多的化合物是蛋白质。

（　×　）

9．构成细胞的任何一种化合物都能在无机自然界中找到。

（　×　）

10．检测还原糖的材料可选用番茄果肉。

（　×　）

11．检测脂肪时可使用花生种子匀浆。

（　√　）

12．还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下生成红色沉淀，斐林试剂使用时先加甲液再加乙液。

（　×　）

知识点1　组成细胞的元素和化合物

Z

1．组成细胞的元素的种类和含量

（1）大量元素和微量元素的划分依据是元素的含量，而不是生理作用。

（2）无论干重还是鲜重，细胞中C、H、O和N这四种元素含量最多。

2．构成细胞的最基本元素——C

图1和图2分别是人体细胞鲜重和干重的主要元素含量。

无论是鲜重还是干重，组成细胞的元素中C、O、H、N这四种元素的含量最多。

生物大分子都以碳链为基本骨架，这表明C是构成细胞的最基本元素。

知识贴士

（1）大量元素和微量元素只是说明在细胞中的含量不同，而在生理作用上无大小之分。

（2）细胞中的元素含量比例中“鲜重≠干重”：

O在细胞鲜重中含量最多，C在细胞干重中含量最多。

（3）大量元素和微量元素都是生物体所必需的，但生物体内含有的元素不一定都是必需元素，如Pb。

3．元素和化合物的含量分析

（1）若用图3表示人体中含量最多的四种元素的含量：

①在鲜重状态下a、b、c、d分别代表的是C、O、H、N。

②在干重状态下a、b、c、d分别代表的是O、C、N、H。

通过上述元素在人体中的含量说明C、H、O、N四种元素为组成生物体的基本元素。

（2）若用该图表示生物体中化合物的含量，则a、b、c、d分别表示：

蛋白质、水、脂质、糖类。

知识贴士

①几个“最多”

占细胞鲜重最多

占细胞干重最多

元素

O

C

化合物

水

一般认为是蛋白质

②在组成细胞的各种化合物中，虽然水是含量最多的物质，是生命活动的最重要的介质，地球表面出现了液态水时，才具备了生命发生的条件。

现代生物科学认为承担生命的“蛋白体”主要是核酸和蛋白质的整合体系，因此说细胞的主要成分是蛋白质和核酸。

D

典例1　（2018·湖北武汉重点中学期末）如图所示，图甲是细胞中3种化合物含量的扇形图。

图乙是有活性的细胞中不同元素含量的柱形图。

下列说法不正确的是（　C　）

A．若图甲表示正常细胞，则Ⅰ、Ⅱ化合物共有的元素中含量最多的是图乙中的a

B．若图甲表示细胞完全脱水后化合物含量的扇形图，则I化合物中含量最多的元素为图乙中的b

C．图乙的正常细胞中数量最多的元素是c，这与细胞中含量最多的有机物有关

D．若图甲表示正常细胞，则Ⅱ化合物具有多样性，其必含的元素为C、H、O、N

[解析]　根据图甲中各化合物的比例，可判断正常细胞中Ⅰ、Ⅱ化合物分别为水和蛋白质，它们共有的元素为H、O，而O在活细胞中含量最多；由图乙中各元素含量可知，a为O元素，b为C元素，c为H元素，A项正确。

细胞完全脱水后含量最多的化合物为蛋白质，蛋白质是以碳链为骨架构建的大分子物质，其中C含量最多，对应于图乙中的b，B项正确。

活细胞中H元素数量最多，但由于其相对原子质量最小，所以其含量仅排第三，这与活细胞中含量最多的化合物H2O有关，H2O是无机物，C项错误。

〔变式训练1〕　（2018·抚州高一检测）恐龙是一种已经灭绝的动物。

请你推测一下，在组成恐龙的各种元素中，含量最多的四种元素是（　D　）

A．C、O、Ca、K　B．C、H、O、P　

C．O、C、N、P　　D．C、O、H、N

[解析]　C、H、O、N、P、S这六种元素称为主要元素，其在细胞鲜重中含量从大到小的顺序是O>C>H>N>P>S。

知识点2　检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

Z

1．鉴定有机物所选取的材料

鉴定物质

相应材料

还原糖

还原糖含量高、白色或近于白色的植物组织，如苹果、梨的匀浆

淀粉

马铃薯的匀浆

脂肪

花生种子

蛋白质

大豆组织研磨液或蛋清稀释液

注意事项：

（1）选材

①富含被检测的有机物，易出现明显的实验现象。

②材料本身应为白色或近于白色，不干扰实验结果。

（2）三类有机物的检测在操作步骤上的差异

①唯一需要加热的——还原糖的检测，且必须水浴加热，不能用酒精灯直接加热，若不加热，则无砖红色沉淀出现。

②唯一需要显微镜的——脂肪的检测。

③混合后加入的——斐林试剂；分别加入的——双缩脲试剂。

（3）实验操作

①还原糖检测时，使用水浴加热，试管底部不要触及烧杯底部，以防受热不均匀。

②检测生物组织中的脂肪时，染色时间不宜过长，否则脂肪会溶解在酒精中，使橘黄色消失。

③蛋白质检测时，双缩脲试剂的加入顺序：

先加A液，再加B液，而且B液不能过量。

目的是先制造碱性环境。

若先加B液或B液过量，会生成Cu（OH）2，干扰颜色反应。

2．斐林试剂与双缩脲试剂的比较

斐林试剂

双缩脲试剂

甲液

乙液

A液

B液

成分

质量浓度为

0.1g/mL

NaOH溶液

质量浓度为

0.05g/mL

CuSO4溶液

质量浓度为

0.1g/mL

NaOH溶液

质量浓度为

0.01g/mL

CuSO4溶液

鉴定物质

还原糖

蛋白质

添加顺序

甲、乙两液等量混匀后立即使用

先加入A液1mL，摇匀，再加入B液4滴，摇匀

反应条件

50℃～65℃温水浴加热

不需加热，摇匀即可

反应现象

浅蓝色→棕色→砖红色沉淀

浅蓝色→紫色

知识贴士

有机化合物鉴定中有关试剂的几个误区

①易写错别字，如“斐林试剂”中的“斐”不可错写为“翡”，双缩脲试剂中的“脲”不可错写为“尿”。

②斐林试剂只能检测具有还原性的糖类，而一些非还原性的糖类，如蔗糖、淀粉等，无法用斐林试剂进行检测。

③一切蛋白质或二肽以上的多肽都能与双缩脲试剂发生反应，但与双缩脲试剂发生反应的物质不一定都是蛋白质或多肽，如尿素等。

D

典例2　现提供可配制斐林试剂的溶液：

甲液（质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液）、乙液（质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液）以及蒸馏水。

如果充分利用上述试剂及必需的实验用具，可灵活地鉴别出下列哪些物质（　C　）

①葡萄糖　②蔗糖　③胃蛋白酶（化学本质为蛋白质）　④DNA

A．只有①　B．①和②

C．①和③　D．②③和④

[解析]　本题提供了蒸馏水，因此质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液可用蒸馏水稀释至0.01g/mL，作为双缩脲试剂的组成成分。

葡萄糖为还原糖，可用斐林试剂检测；胃蛋白酶的化学本质为蛋白质，可用双缩脲试剂检测。

〔变式训练2〕　（2018·哈尔滨高一检测）关于生物组织中还原糖的检测，下列叙述正确的是（　A　）

A．常见的还原糖包括葡萄糖、果糖、麦芽糖

B．对还原糖的检测用双缩脲试剂

C．在组织样液中加入斐林试剂后试管内液体呈现无色，加热后变成砖红色

D．实验结束时将剩余的斐林试剂装入棕色瓶，以便长期保存备用

[解析]　常见的还原糖有葡萄糖、果糖和麦芽糖，A正确；对还原糖的检测用斐林试剂，B错误；在组织样液中加入斐林试剂后试管内液体呈现蓝色，加热后变成砖红色，C错误；斐林试剂应现配现用，不能混合后保存，D错误。

一、斐林试剂和双缩脲试剂的比较

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即可使用，且现用现配

使用时先加A液再加B液

显色反

应条件

需水浴加热

不需加热即可反应

反应

原理

还原糖中的醛基或酮基被Cu（OH）2氧化，Cu（OH）2被还原为Cu2O

具有两个以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu2＋反应生成络合物

颜色

变化

出现砖红色沉淀

样液变紫色

浓度

乙液CuSO4溶液的质量浓度为0.05g/mL

B液CuSO4溶液的质量浓度为0.01g/mL

相同点

都含有NaOH、CuSO4两种成分，且所用NaOH溶液的质量浓度都是0.1g/mL

典例3　下列关于“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验操作步骤的叙述，正确的是（　B　）

A．用于检测还原糖的斐林试剂的甲液和乙液，可直接用于蛋白质的检测

B．检测脂肪时，需要用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪颗粒

C．检测还原糖时，要加入斐林试剂甲液摇匀后，再加入乙液

D．用于检测蛋白质的双缩脲试剂的A液与B液要混合均匀后，再加入含样液的试管中，且必须现用现配

[解析]　斐林试剂与双缩脲试剂的成分相同，所用NaOH溶液的浓度相同，但两者所用CuSO4溶液的浓度不同。

检测还原糖时，斐林试剂的甲液、乙液要混合均匀后一次加入，而检测蛋白质时要先加入双缩脲试剂A液，再加入B液。

还原糖、蛋白质的颜色反应是肉眼可见的，而脂肪的检测中，脂肪颗粒小且分散在细胞中，所以需要借助显微镜进行观察。

方法点拨：

利用“一同三不同”区分斐林试剂与双缩脲试剂的方法

“一同”是指都含有NaOH和CuSO4两种成分，且NaOH溶液的质量浓度都为0.1g/mL。

“三不同”分别指：

（1）使用原理不同。

斐林试剂的实质是新配制的Cu（OH）2溶液，双缩脲试剂的实质是碱性环境中的Cu2＋。

（2）使用方法不同。

鉴定还原糖时将甲、乙两液等量混匀后立即使用；鉴定蛋白质时先加A液1mL摇匀，然后加B液4滴，振荡摇匀。

（3）CuSO4溶液的浓度不同。

斐林试剂中CuSO4溶液的质量浓度为0.05g/mL，双缩脲试剂中CuSO4溶液的质量浓度为0.01g/mL。

二、走出元素与化合物的3个误区

1．易混淆元素与化合物的干重与鲜重

（1）在组成细胞的元素中，占鲜重百分比：

O>C>H>N；占干重百分比：

C>O>N>H。

（2）在组成细胞的化合物中，占鲜重百分比：

水>蛋白质>脂质>糖类；占干重百分比中，蛋白质最多。

2．误以为生物体内大量元素重要，微量元素不重要

大量元素、微量元素是根据元素的含量划分的。

无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，对于维持生物体的生命活动都起着非常重要的作用。

3．误以为细胞内含量最多的元素是C

活细胞内含量最多的元素是O，而不是C；组成细胞干重最多的元素是C。

典例4　下列化学元素中属于组成生物体的微量元素的是（　C　）

A．MgB．P

C．B　D．N

[解析]　微量元素是B、Zn、Cu、Fe、Mo、Mn，故C正确。

其他都是大量元素。

典例5　下列有关组成生物体的化学元素的叙述，正确的是（　C　）

A．微量元素在生物体内含量很少，所以人体不存在微量元素缺乏症

B．每种元素在不同的生物体内的含量都是相同的

C．组成生物体的化学元素根据其含量不同分为大量元素和微量元素两大类

D．组成生物体的大量元素中，C是最基本的元素，在细胞鲜重中含量总是最多的

[解析]　微量元素在生物体内含量很少，却是维持正常生命活动不可缺少的，若缺乏则会出现相应的微量元素缺乏症，如缺锌、缺碘都会出现相应的病症，A项错误。

每种元素在不同的生物体内的含量往往都是不同的，B项错误。

生物体中的化学元素根据其含量不同可分为大量元素和微量元素，C项正确。

组成生物体的大量元素中，C是最基本的元素，但在细胞鲜重中含量最多的元素是O，D项错误。

1．大量元素、微量元素都是生物必需的元素，对于维持生物体的生命活动都起着非常重要的作用。

2．占细胞鲜重百分比最多的元素是O，占细胞干重百分比最多的元素是C。

3．占细胞鲜重百分比最多的化合物是水，占细胞干重百分比最多的化合物是蛋白质。

4．生物界与非生物界的统一性——元素种类大体相同；生物界与非生物界的差异性——元素含量有差异。

5．还原糖的检测——斐林试剂（需要水浴加热）；颜色变化是砖红色。

6．脂肪的检测——苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液；颜色变化是橘黄色或红色。

7．蛋白质的检测——双缩脲试剂；颜色变化是紫色。

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