第一单元第2课时 细胞中的元素和化合物.docx

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第一单元第2课时细胞中的元素和化合物

第2课时　细胞中的元素和化合物

回扣基础·构建网络

一、组成细胞的元素

大量元素：

C、H、

O、N、S、P、K、

Mg、Ca等微量元

素：

Fe、Mn、B、

Zn、Cu、Mo等

依据含量分

1．分类

最基本元素：

C

基本元素：

C、H、

O、N

主要元素：

C、H、

O、N、P、S

依据作用分

2．存在形式：

大多数以化合物的形式存在。

组成化合物进而构成细胞，如

3．作用

蛋白质、核酸

影响生物体的生命活动，如B

影响花粉萌发

4．研究意义

生物界和非生物界具有统一性（种类相同）,生物界和非生物界具有差异性（含量不同）

特别提醒　①大量元素和微量元素的划分依据是含量，而不是生理作用的大小。

②记忆微量元素可利用口诀：

铁锰碰新木桶（Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu）。

（谐音记忆法）

③记忆大量元素：

C、H、O三种以H2O、CO2化合物形式吸收；N、P、K三大肥料元素；Mg、Ca、S——美好的东西应该留住。

④碳是最基本元素不是因为干重含量最多，而是因为碳易构成基本骨架，是大分子物质形成的基础。

[判一判]

1．生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同（　×　）

2．Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是组成细胞的微量元素（　×　）

3．微量元素因含量少，所以对生命活动影响不大（　×　）

二、组成细胞的化合物

特别提醒　

细胞内含量最多的化合物

细胞内含量最多的无机化合物

占细胞鲜重含量最多的化合物

占细胞鲜重50%以上的化合物

水

细胞内含量仅次于水的化合物

细胞内含量最多的有机化合物

占细胞干重含量最多的化合物

占细胞干重50%以上的化合物

蛋

白

质

[判一判]　精瘦肉细胞、沙漠植物细胞、成熟甜西瓜细胞中，含量最多的化合物分别为蛋白质、蛋白质和糖类（　×　）

提示　上述细胞中含量最多的都是水，不要被干扰信息所迷惑而掉进陷阱。

三、生物组织中糖类、脂肪和蛋白质检测的原理

[连一连]

四、细胞中的无机物

1．细胞中的水

（1）存在形式：

自由水和结合水。

①是细胞结构的重要组成

成分,②是细胞内的良好

（2）功能

代谢,　废物,③参与许

多生物化学反应,④为

细胞提供液体环境

2．细胞中的无机盐

（1）存在形式：

绝大多数以离子的形式存在，少数是细胞内复杂化合物的组成成分。

（2）功能：

维持细胞和生物体的生命活动，维持细胞的酸碱平衡等。

1．据教材17页图2－1和图2－2可得出什么信息？

提示　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。

2．教材35页[思考与讨论]：

Fe——血红蛋白——贫血；Mg——叶绿素——光合作用。

3．教材36页[技能训练]——设计实验：

证明某种元素是否是必需矿质元素的实验思路。

突破考点·提炼方法

考点4　规范生物学术语——聚焦“统一性”

和“差异性”

1．如图1是细胞中化合物含量的扇形图，图2是有活性的细胞中元素含量的柱形图，下列说法不正确的是（　　）

A．若图1表示细胞鲜重，则A、B化合物依次是H2O、蛋白质

B．若图2表示组成人体细胞的元素含量，则a、b、c依次是O、C、H

C．地壳与活细胞中含量最多的元素都是a，由此说明生物界与非生物界具有统一性

D．若图1表示细胞完全脱水后的化合物含量，则A化合物具有多样性，其必含的元素为C、H、O、N

解析　

答案　C

1．生物界与非生物界的统一性和差异性

（1）统一性是从化学元素的种类来分析的：

组成生物体的化学元素没有一种是生物体所特有的。

（2）差异性是从化学元素的含量来分析的：

组成生物体的化学元素与无机环境中的相应元素的含量有一定的差别。

2．生物界的统一性

（1）从化学元素角度分析：

组成生物体的化学元素种类大体相同。

（2）从分子水平角度分析：

①所有生物DNA分子的空间结构（规则的双螺旋结构）和化学组成（四种脱氧核苷酸）相同；②所有生物共用一套遗传密码子；③蛋白质的基本单位——氨基酸的种类基本相同。

（3）从结构角度分析：

除病毒外，生物体都是由细胞组成的。

（4）从能量角度分析：

生物体都是以ATP作为能量“通货”的。

拓展提升　

（1）元素组成化合物

元素

参与形成的物质及结构

N

蛋白质、ATP（ADP）、NADPH、NADH、叶绿素、核苷酸（DNA、RNA）等

P

ATP（ADP）、NADPH、NADH、核苷酸（DNA、RNA）、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）元素影响生命活动

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。

②K可维持人体细胞内液的渗透压、心肌舒张和保持心肌正常的兴奋性。

K在植物体内可促进光合作用中糖类的合成和运输。

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”。

1．下列关于构成细胞的化学元素种类及作用的叙述中，不正确的是（　　）

A．因为C是构成有机物的骨架，所以C是构成生物体的最基本元素

B．生物界和非生物界的统一性表现在组成生物体的化学元素的种类和无机自然界相同

C．构成生物体的化学元素的重要功能之一是组成细胞中各种化合物

D．构成生物体的大量元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等

答案　B

解析　C是构成有机物的骨架，所以C是构成生物体的最基本元素；生物界与非生物界的统一性应该是指组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到，而不是相同；细胞中的各种化合物是由各种化学元素组成的；构成生物体的大量元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。

考点5　归纳比较法——细胞中的无机物

2．（2011·上海卷，13）生长在含盐量高、干旱土壤中的盐生植物，通过在液泡中贮存大量的Na＋而促进细胞吸收水分，该现象说明液泡内Na＋参与（　　）

A．调节渗透压B．组成体内化合物

C．维持正常pHD．提供能量

解析　液泡内的各种矿质离子、酸、碱等能够参与调节细胞液的渗透压，盐生植物液泡中贮存大量的Na＋，增大了细胞液的渗透压，吸水能力增强。

（分析推断）

（得出结论）

事实（Na＋影响）

（水分吸收）

答案　A

排雷

―→

1．水

（1）水的含量、分类

含量

概念

结合水

4.5%

与其他物质结合在一起

自由水

95.5%

能够自由流动、以游离状态存在

（2）不同生物的含水量特点

①细胞和生物体中含量最多的物质（如精瘦肉、沙漠植物中含量最多的都是水）。

②含水量：

水生>陆生、幼年>成年>老年、代谢旺盛>代谢缓慢、幼嫩细胞>衰老细胞。

拓展提升　

（1）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。

（2）水的存在形式与代谢的关系

若细胞内自由水比例升高，则代谢旺盛，反之代谢缓慢。

（3）水的存在形式与抗寒性的关系

秋冬季节，蒸腾作用减弱，吸水减少，结合水相对含量升高，因结合水不易结冰和蒸腾，从而使植物抗寒性加强。

（4）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

即适当升高温度时，自由水增多，反之，结合水增多。

（5）种子与水的关系

①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，种子死亡不萌发；种子萌发吸水主要是增多自由水，代谢加强，呼吸作用加快。

②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）。

2．无机盐的生理作用

（1）是细胞的结构成分。

如Mg2＋是叶绿素的必需成分；Fe2＋是血红蛋白的主要成分；PO

是生物膜的主要成分——磷脂的组成成分，也是ATP、NADPH的主要组成成分。

（2）参与并维持生物体的代谢活动。

如哺乳动物血液中钙盐的含量过低就会出现抽搐。

（3）维持生物体内的平衡

①渗透压的平衡：

Na＋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）：

如人血浆中HCO

、HPO

等的调节。

2．关于生物体内水和无机盐的叙述中，不正确的是（　　）

A．体内参与运输营养物质和代谢废物的水是自由水

B．某些无机盐是组成ATP、RNA和纤维素的必需成分

C．生物体内无机盐浓度的大小会影响细胞的吸水或失水

D．自由水与结合水的比例随生物个体代谢的强弱而变化

答案　B

解析　水在生物体内的流动可以把营养物质运送到各个细胞，同时也把代谢废物运送到排泄器官或直接排出体外；纤维素属于糖类，只含有C、H、O三种元素，不含无机盐；生物体内无机盐浓度的变化会改变细胞内外的浓度差，从而影响细胞吸水或失水；自由水与结合水的比例越大，代谢越强，反之越弱。

考点6　实验技能提升——生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的鉴定

3．在下列四支试管中分别加入一些物质。

甲试管：

豆浆；乙试管：

人体必需的8种氨基酸溶液；丙试管：

牛奶和蛋白酶；丁试管：

人血液中的红细胞和蒸馏水。

上述四支试管中加入双缩脲试剂振荡后，有紫色反应的是（　　）

A．甲、丁B．甲、乙、丁

C．甲、乙、丙D．甲、丙、丁

解析　

双缩脲试剂只能与蛋白质发生颜色反应。

氨基酸是组成蛋白质的基本单位，不能与双缩脲试剂发生颜色反应。

答案　D

1．实验原理及步骤

2．实验注意问题

（1）还原糖鉴定实验材料的要求

①浅色：

不能用绿色叶片、西瓜、血液等材料，防止颜色的干扰。

②还原糖含量高：

不能用马铃薯（含淀粉）、甘蔗、甜菜（含蔗糖）。

（2）唯一需要加热——还原糖鉴定，且必需水浴加热，不能用酒精灯直接加热。

若不加热则无砖红色沉淀出现。

（3）非还原糖（如蔗糖）＋斐林试剂

现象不是无色而是浅蓝色[Cu（OH）2的颜色]。

（4）唯一需要显微镜——脂肪鉴定，实验中50%酒精的作用——洗掉浮色。

（5）记准混合后加入——斐林试剂，且现配现用；分别加入——双缩脲试剂（先加A液，后加B液，且B液不能过量）。

两者成分相同，但CuSO4的浓度不同，所以不能混用。

（6）若用大豆做材料，必须提前浸泡；若用蛋清作材料，必须稀释，防止其粘在试管壁上不易刷洗；且该实验应预留部分组织样液做对比。

（7）易写错别字提示：

“斐林试剂”中的“斐”不可错写成“非”；双缩脲试剂中的“脲”不可错写成“尿”。

3．用碘液、苏丹Ⅲ染液和双缩脲试剂测得甲、乙、丙三种植物的干种子中三大类有机物的颜色反应如下表，其中“＋”的数量代表颜色反应深浅程度，下列有关说法不正确

（　　）

　试剂

种子

碘液

苏丹Ⅲ染液

双缩脲试剂

甲

＋＋＋＋

＋＋

＋

乙

＋＋

＋＋＋＋

＋＋

丙

＋

＋＋

＋＋＋＋

A.乙种子中主要含蛋白质

B．碘液、苏丹Ⅲ染液和双缩脲试剂与相应的物质发生的颜色反应分别是蓝色、橘黄色和紫色

C．在观察颜色时有可能用到光学显微镜

D．这三种试剂的使用均不需要水浴加热

答案　A

解析　碘液用于检验淀粉的存在，其颜色反应为蓝色；苏丹Ⅲ染液用于检验脂肪的存在，其颜色反应为橘黄色；双缩脲试剂用于检验蛋白质的存在，其颜色反应为紫色。

分析表格可知，甲种子中主要含淀粉，乙种子中主要含脂肪，丙种子中主要含蛋白质。

在脂肪的切片法鉴定实验中需要用光学显微镜进行观察。

方法体验：

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，且现配现用

使用时先加A液再加B液

实质

新配制的Cu（OH）2反应

碱性条件下的Cu2＋

呈色反应条件

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

砖红色

紫色

浓度

乙液CuSO4浓度为0.05g/mL

B液CuSO4浓度为0.01g/mL

相同点

都含有NaOH、CuSO4两种成分，且所用NaOH浓度都是0.1g/mL

典例

　斐林试剂的甲液是质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液，乙液是质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液。

双缩脲试剂的A液是质

量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液，B液是质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液。

某同学在“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”的实验中，产生了一些疑问，在征得老师同意后，他利用课外时间进行了探究。

下列是其探究实验的部分操作：

试管

第1次加入物

第2次加入物

第3次加入物

1号

1mL0.1g/mL

NaOH溶液

1mL0.05g/mL

CuSO4溶液

2mL苹果汁

2号

1mL0.1g/mL

NaOH溶液

2mL苹果汁

1mL0.05g/mL

CuSO4溶液

3号

2mL苹果汁

1mL0.1g/mL

NaOH溶液

1mL0.05g/mL

CuSO4溶液

4号

1mL0.05g/mL

CuSO4溶液

2mL苹果汁

1mL0.1g/mL

NaOH溶液

5号

1mL0.05g/mL

CuSO4溶液

1mL0.1g/mL

NaOH溶液

2mL苹果汁

6号

1mL0.1g/mL

NaOH溶液

4滴0.01g/mL

CuSO4溶液

2mL苹果汁

请分析回答下列问题：

（1）该同学试图通过上述实验解决什么问题？

_____________________________；

__________________________________。

（2）上述试管中，作为对照的是________。

（3）要使上述试管中的溶液发生显色反应，还必须做______处理。

（4）要提高该实验结果的可信度，还应该_____________________________________________________________________。

（5）你认为该同学的这种活动有意义吗？

请简要说明。

_______________________________________________________________________。

解析　

答案　

（1）斐林试剂的甲液和乙液是否必须混合后才能加入组织样液中（或答加入斐林试剂甲液和乙液的顺序是否可以改变）　双缩脲试剂是否可以用于可溶性还原糖的鉴定　

（2）1号试管　（3）加热（或答水浴加热）　（4）在相同的条件下重复该实验　（5）对于这种活动的意义可以从两个方面来回答：

一是该活动的意义不大，因为此实验探究性不强；二是该活动有意义，因为如将甲液和乙液分别与苹果汁接触结果不同

体会　还原糖的鉴定是新制得的Cu（OH）2与醛基的反应，产生Cu2O沉淀，而蛋白质的鉴定是在碱性环境下Cu2＋与肽键结合成特定化合物的显色反应，原理的不同决定了实验操作方法的不同。

易错警示：

对细胞中化合物的元素组成认识

不到位

典例

　（2010·上海卷，9）下列选项中，含有相同元素的一组化合物是（　　）

A．纤维素和尿素

B．脂肪酸和磷脂

C．三磷酸腺苷和核糖核酸

D．胆固醇和血红蛋白

错因分析　本题主要错因是不清楚一些化合物的元素组成，如不清楚纤维素的本质是多糖，其组成元素是C、H、O；另外，记不清胆固醇的组成元素只含C、H、O会错选D项；脂肪酸和磷脂都属于脂质，所以认为组成元素相同，易错选B。

解析　A项纤维素的组成元素为C、H、O，而尿素为C、H、O、N；B项脂肪酸的元素组成为C、H、O，而磷脂中还含有P和N元素；C项腺苷三磷酸和核糖核酸的组成元素都是C、H、O、N、P；D项胆固醇的组成元素为C、H、O，而血红蛋白是蛋白质，组成元素为C、H、O、N等。

答案　C

纠错笔记　除了要记住糖类（C、H、O），脂肪、甘油、脂肪酸、胆固醇（C、H、O），蛋白质（主要含C、H、O、N）和核酸及磷脂（主要含C、H、O、N、P）的组成元素外，还要了解教材中提及的一些特殊物质或特殊结构的元素组成和作用。

物质名称

元素组成

作用/组成

ATP

C、H、O、N、P

细胞内的直接能源物质

叶绿素

C、H、O、N、Mg

吸收、传递并转换光能

血红蛋白

C、H、O、N、S、Fe

主要运输氧气和部分二氧化碳

胰岛素、胰高

血糖素

C、H、O、N、S

调节血糖浓度

甲状腺激素

C、H、O、N、I

促进生长发育和新陈代谢，提高神经系统的兴奋性

细胞膜

C、H、O、N、P

蛋白质＋糖类＋脂质中的磷脂

染色体

C、H、O、N、P

蛋白质＋DNA

核糖体

C、H、O、N、P

蛋白质＋RNA

病毒

C、H、O、N、P

蛋白质＋核酸

检测落实·体验成功

题组一　组成细胞的化学元素

1．科学家在利用无土栽培法培养一些名贵花卉时，培养液中添加了多种必需化学元素。

其配方如下：

离子

培养液浓度/mol·L－1

K＋

1

Na＋

1

Mg2＋

0.25

Ca2＋

1

NO

2

H2PO

1

SO

0.25

Zn2＋

1

其中花卉根细胞吸收最少的离子是（　　）

A．Ca2＋B．SO

C．Zn2＋D．H2PO

答案　C

友情提示　此题考查侧重点即命题角度在大量元素和微量元素的区别——植物体内含量上的差别。

2．植物和一种哺乳动物体内细胞的某些化学元素含量（占细胞干重的质量分数%）如下表所示，下列有关叙述正确的是（　　）

元素

C

H

O

N

P

Ca

S

植物

（%）

43.57

6.24

44.43

1.46

0.20

0.23

0.17

动物

（%）

55.99

7.46

14.62

9.33

3.11

4.67

0.78

A.碳元素的含量说明有机物是干物质的主要成分

B．这两种生物体内所含的化学元素的种类差异很大

C．N、S含量说明动物组织含蛋白质较多，若该动物血钙高则会发生肌肉抽搐

D．经测定该植物某有机物含C、H、O、N、S，此化合物可能携带氨基酸进入核糖体

答案　A

解析　A正确，比较表中数据可知，C的含量很高，C是组成有机物的必需元素，碳链是构成大分子有机物的基本骨架，说明有机物是干物质的主要成分；B错误，这两种生物体内所含的化学元素的种类基本相同，但含量相差很大；C错误，N、S是组成蛋白质的元素，动物细胞中N、S含量比植物高，说明动物组织含蛋白质较多，当动物血钙过低时才会发生肌肉抽搐；D错误，含有C、H、O、N、S五种元素的化合物最可能是蛋白质，而携带氨基酸进入核糖体的是tRNA。

题组二　水和无机盐

3．下列有关水的叙述中，错误的是（　　）

①参与运输营养物质和代谢废物的水为自由水

②生物体内的化学反应离不开水

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的强弱关系不大

⑥不同细胞内自由水与结合水的比例相差不大

A．①④⑤B．①④⑤⑥

C．⑤⑥D．②③④⑤⑥

答案　C

解析　生物体细胞内的水以两种形式存在，即自由水、结合水。

结合水是细胞结构的重要组成成分；自由水在细胞中以游离形式存在，可以自由流动，是细胞内的良好溶剂，运输各种营养物质和代谢废物，为生物体内的生化反应提供介质，许多生化反应必须有水的参与。

不同生活环境、生活状态下的细胞含水量是不同的。

细胞内自由水与结合水比例越大，其新陈代谢越旺盛，反之越弱。

4．苹果含有元素Zn，Zn是形成与记忆力息息相关的蛋白质不可缺少的元素，儿童缺Zn就会导致大脑发育不完善。

因此，苹果又被称为记忆之果，这说明无机盐离子（　　）

A．对维持酸碱平衡有重要作用

B．对维持细胞形态有重要作用

C．对调节细胞渗透压有重要作用

D．对维持生物体的生命活动有重要作用

答案　D

解析　分析材料可知，儿童缺Zn就会导致大脑发育不完善，可以说明Zn对维持生物体的生命活动有重要作用。

题组三　营养物质的鉴定

5．根据“检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质”实验，回答下列问题：

（1）鉴定成熟苹果果肉中存在还原糖所用的试剂是____________，该试剂与细胞内的还原糖发生作用，形成______沉淀。

（2）在鉴定花生子叶中脂肪的实验中，能将脂肪染成橘黄色的染液是________，用其染色时，冲洗浮色要用体积分数为50%的酒精，这是因为体积分数为50%的酒精________________。

（3）鉴定黄豆组织中存在蛋白质时，向组织样液中加入双缩脲试剂A摇匀，再向样液中加入双缩脲试剂B摇匀。

其中双缩脲试剂B的量只有3～4滴，而不能过量，为什么？

______________________________________________________________________。

（4）本实验的注意事项：

①斐林试剂极不稳定，其甲液和乙液需____________，使用时再临时混合均匀用于实验。

②双缩脲试剂的使用，应先加____________，造成碱性环境，再加________________。

③在还原糖的鉴定中，对试管中的溶液加热时，试管底部不要触及________；试管口不要朝向________________，以免溶液沸腾时冲出试管造成烫伤。

答案　

（1）斐林试剂　砖红色

（2）苏丹Ⅲ染液　能溶解苏丹Ⅲ染液

（3）过量的双缩脲试剂B会与双缩脲试剂A反应，使溶液呈蓝色，而掩盖了生成的紫色

（4）①分别配制、储存　②A液（质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液）　B液（质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液）　③烧杯底部　实验者或其他人

解析　

（1）还原糖具有还原性，能将斐林试

剂中的Cu2＋还原成Cu＋，生成Cu2O砖红色

沉淀，所以可用斐林试剂鉴定还原糖的存

在。

（2）苏丹Ⅲ染液可将脂肪染成橘黄色。

苏丹Ⅲ染液能溶解在酒精中，根据这一性

质可用酒精洗去浮色，便于观察。

（3）双缩

脲试剂鉴定蛋白质的原理是蛋白质与双缩

脲试剂反应形成紫色络合物。

若加入过量

的双缩脲试剂B即质量浓度为0.01g/mL的

CuSO4溶液，CuSO4本身呈蓝色，与试剂A

反应产生的Cu（OH）2也呈蓝色，会掩盖生

成的紫色，影响实验观察。

课时规范训练

【组题说明】

考　点

题　号

错题统计

错因分析

组成细胞的元素及化合物

1、3、4、6、12、16

水和无机盐

5、7、8、11、13、14、15

营养物质的鉴定

2、9、10、17

特别推荐

经典高考题——9；分析推断题——7、8；新情景材料题——6

1.下列有关P的说法不正确的是（　　）

A