第二章第一節(jié)細(xì)胞中的元素和化合物

組成細(xì)胞的分子

闡明生命現(xiàn)象的規(guī)律，必須建立在闡明生物大分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上.

——鄒承魯?shù)谝还?jié)細(xì)胞中的元素和化合物問題探討

比較組成地殼和組成細(xì)胞的部分元素的含量，你能看出什么問題？組成地殼和組成細(xì)胞的部分元素含量(％)表元素地殼細(xì)胞O48.6065.0Si26.30極少C0.08718.0N0.033.0H0.7610.0?1.組成生物體的所有元素中，有沒有哪一些元素是生物體所特有的？沒有。這說(shuō)明什么？生物界和非生物界具有統(tǒng)一性。2.生物體中的元素含量和無(wú)機(jī)環(huán)境中的含量有區(qū)別嗎？有，相差很大。這又說(shuō)明什么？生物界和非生物界還具有差異性。結(jié)論：1.組成細(xì)胞的化學(xué)元素在自然界的無(wú)機(jī)環(huán)境中都能找到,沒有一種元素是生命特有的；2.但元素在細(xì)胞中和無(wú)機(jī)環(huán)境中的含量卻有區(qū)別.說(shuō)明生命和非生命的無(wú)機(jī)環(huán)境既有統(tǒng)一性又有差異性,生命起源于非生命物質(zhì).本節(jié)聚焦:1.組成細(xì)胞的主要元素是什么?2.組成細(xì)胞的重要化合物有哪些?3.怎樣檢測(cè)生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)?一、組成細(xì)胞的化學(xué)元素

人體干﹑鮮細(xì)胞對(duì)比圖

組成人體細(xì)胞的主要元素（占細(xì)胞鮮重的百分比）組成人體細(xì)胞的主要元素

（占細(xì)胞干重的百分比）

在人體細(xì)胞中，干重時(shí)含量最多的元素是

；鮮重時(shí)含量最多的元素是

。Co?組成各種生物體的化學(xué)元素種類和含量都一樣嗎？玉米和人體的化學(xué)元素組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）元素玉米人O44.4314.62C43.7555.99H6.247.46N1.469.33K0.921.09Ca0.234.67P0.203.11Mg0.180.16S0.170.78組成玉米和人體的含量較多的元素是：等四種。

不同生物體的組成元素

；不同生物體內(nèi)，各種化學(xué)元素的含量

.C、H、O、N大體相同相差很大思考:這說(shuō)明什么?組成生物體的基本元素是:C、H、O、N構(gòu)成細(xì)胞的最基本元素是:C組成生物體的主要元素是:C、H、O、N、P、S

思考討論：

碳為什么是構(gòu)成細(xì)胞的最基本元素？碳原子本身的化學(xué)性質(zhì)，使它能夠通過(guò)化學(xué)鍵連結(jié)成鏈或成環(huán)，從而形成各種生物大分子，因此碳是構(gòu)成細(xì)胞的最基本元素

在元素周期表中，碳位于第14族，原子序數(shù)為6，說(shuō)明一個(gè)碳原子核中含有6個(gè)質(zhì)子，核外有6個(gè)電子，在最外層有4個(gè)電子。因此，碳原子具有了4個(gè)能成鍵的價(jià)電子，能使碳原子之間、碳原子與其他元素之間結(jié)合形成更多的化學(xué)鍵。由于每個(gè)碳原子可以形成4個(gè)化學(xué)鍵，所以就有可能形成含有成千上萬(wàn)個(gè)甚至更多個(gè)碳原子的物質(zhì)。大量元素：指含量占生物體總重量萬(wàn)分之一以上的元素。有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。微量元素：指生物生活所必需的。但是需要量卻很少的一些元素。如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。細(xì)胞中元素根據(jù)含量分為:組成生物體的化學(xué)元素的重要作用C、H、O、N、P、S是組成原生質(zhì)的主要元素，占原生質(zhì)總量的97%生物體的化學(xué)元素將進(jìn)一步組成多種多樣的化合物，這些化合物是生物體生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)化學(xué)元素能夠影響生物體的生命活動(dòng)部分組成細(xì)胞元素的功能：

Fe—它具有固定氧和輸送氧的功能。人體缺鐵會(huì)引起貧血癥。只要不偏食，不大出血，成年人一般不會(huì)缺鐵。所謂煤氣中毒（一氧化碳中毒），也是由于血紅素中鐵原子核心被一氧化碳?xì)怏w分子緊緊地包圍住，喪失了吸收氧分子的能力，使人窒息中毒而死亡。鐵還是植物制造葉綠素不可缺少的催化劑。Ca—骨骼、牙齒

Zn—酶的主要成分P—ATP能量、激素C—蛋白質(zhì)Mo—植物重要的營(yíng)養(yǎng)素，也在一些酶之中找得到,鉬是植物生長(zhǎng)和發(fā)育中所需七種微量營(yíng)養(yǎng)元素中的一種，沒有它，植物就無(wú)法生存。動(dòng)物和魚類與植物一樣，同樣需要鉬。鉬為多種酶的組成部分，鉬的缺乏會(huì)導(dǎo)致齲齒、腎結(jié)石、克山病、大骨節(jié)病、食道癌;

幾十年前,新西蘭有一個(gè)牧場(chǎng)的大片牧草長(zhǎng)勢(shì)很弱,有的甚至發(fā)黃枯萎,即使使用了大量的N,P,K肥也無(wú)濟(jì)于事,后來(lái),人們偶然發(fā)現(xiàn)牧場(chǎng)內(nèi)的一小片牧草長(zhǎng)得十分茂盛,原來(lái),這一片”綠洲”的附近有一座鉬礦,礦工每天上下班總是抄近路走,他們的鞋子個(gè)踩過(guò)的地方,牧草綠油油的,經(jīng)過(guò)科學(xué)家的化驗(yàn)和分析,一公頃牧草只需150克鉬就足夠了.資料分析:通過(guò)分析,你能得出什么結(jié)論呢?

微量元素(鉬)是生物體不可缺少的必需元素;在生物體中含量很少,但其作用是其它元素不可替代的.缺Fe會(huì)使人患貧血等癥狀；缺Zn使人發(fā)育受影響，性器官的發(fā)育不良等;缺Ｉ會(huì)導(dǎo)致甲狀腺腫等。缺硼使植物“花而不實(shí)”?組成細(xì)胞的各種元素又是以什么形式存在的呢?化合物----二、組成細(xì)胞的化合物水：85%-90%無(wú)機(jī)鹽：1%-1.5%無(wú)機(jī)化合物有機(jī)化合物糖類脂類:1%-1.5%蛋白質(zhì):7%-10%核酸1%-1.5%組成細(xì)胞的化合物:水>蛋白質(zhì)>脂質(zhì)>無(wú)機(jī)鹽、糖類、核酸思考與討論：1.有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物有什么區(qū)別？有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物的區(qū)別主要看它們的分子組成中是否有碳元素，如糖類是有機(jī)化合物，由碳、氫、氧三種元素組成；水是無(wú)機(jī)化合物，由氫、氧兩種元素組成。當(dāng)然這不是嚴(yán)格意義上的區(qū)別。對(duì)這兩類化合物的嚴(yán)格區(qū)分，請(qǐng)參照化學(xué)教科書。

2.細(xì)胞內(nèi)最多的有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物分別是哪一種，你能推測(cè)它們對(duì)生命的意義嗎？細(xì)胞中最多的有機(jī)化合物是蛋白質(zhì)，無(wú)機(jī)化合物是水。蛋白質(zhì)是組成生物體的重要物質(zhì)，在生命活動(dòng)中起重要作用；水是生命之源，離開水，生命活動(dòng)就無(wú)法進(jìn)行。

3.根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)，說(shuō)說(shuō)哪些植物器官的細(xì)胞中富含糖類、脂質(zhì)或蛋白質(zhì)？怎樣從植物器官中提取這些化合物？植物的葉肉細(xì)胞、果實(shí)細(xì)胞和種子的細(xì)胞中通常含有較多的糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。如禾谷類的果實(shí)、種子中含淀粉（多糖）較多；甘蔗的莖和甜菜的根含蔗糖多；花生、芝麻種子中含脂質(zhì)多；大豆種子中含蛋白質(zhì)多，等等。要想從植物的果實(shí)、種子中獲得糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，就要設(shè)法使細(xì)胞破碎，再將這些物質(zhì)提取出來(lái)?；衔?/p>

原生質(zhì)化合物是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的物質(zhì)基礎(chǔ)細(xì)胞

生物體細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位細(xì)胞由生命物質(zhì)構(gòu)成原生質(zhì)分化為細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核等化學(xué)元素?zé)o機(jī)化合物有機(jī)化合物水無(wú)機(jī)鹽糖類：脂質(zhì)：蛋白質(zhì)：核酸：三、實(shí)驗(yàn)：

檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)一.實(shí)驗(yàn)原理：某些化學(xué)試劑能夠使生物組織中的有關(guān)有機(jī)化合物產(chǎn)生特定的顏色反應(yīng)。如：①.還原性糖的鑒定：還原性糖+②.脂肪的鑒定：

脂肪+

脂肪+

③.蛋白質(zhì)的鑒定：蛋白質(zhì)+④淀粉+斐林試劑磚紅色沉淀蘇丹Ⅲ橘黃色蘇丹Ⅳ紅色雙縮脲試劑紫色碘藍(lán)色選材：含糖量較高的白色或近于白色的植物組織(排除色素對(duì)顯色的干擾)，蘋果、梨最好

。

實(shí)驗(yàn)流程(步驟)1.可溶性還原糖

制備組織樣液：制漿：去皮、切塊、研磨，過(guò)濾：（用單層紗布）取液：（２mL）顯色反應(yīng)

可溶性還原糖與斐林試劑在加熱的過(guò)程中生成磚紅色沉淀，說(shuō)明植物組織樣液中含有還原糖。注入2mL蘋果組織樣液注入1mL剛配制好的斐林試劑水浴加熱約2min呈色反應(yīng)變成磚紅色50----650C的溫水結(jié)論：甲乙液等量混勻振蕩、混合搖勻呈現(xiàn)藍(lán)色還原糖的檢測(cè)和觀察：還原糖的檢測(cè)結(jié)果2.脂肪的鑒定

取材：花生種子（浸泡３－４h），去皮，將子葉削成薄片

制片：①選取最薄的薄片移至載玻片中央②在薄片上滴加蘇丹Ⅲ(或蘇丹Ⅳ)

染液2－3滴，染色２－３min③滴加體積分?jǐn)?shù)為50%的酒精溶液1—2滴，洗去浮色(多余的蘇丹Ⅲ

)④吸去余液，滴1-2滴蒸餾水，蓋上蓋玻片，制成臨時(shí)裝片顯微觀察：先在低倍鏡下找到已著色的薄片，后用高倍鏡觀察現(xiàn)象：有被染成橘黃色(或紅色)的脂肪微粒脂肪微粒脂肪的檢測(cè)結(jié)果3.蛋白質(zhì)的鑒定選材與制備組織樣液：黃豆組織樣液（或雞蛋蛋清稀釋液）［黃豆浸泡→去皮→切片→研磨→過(guò)濾→濾液］

顯色反應(yīng)２mL組織樣液雙縮脲試劑Ａ２mL現(xiàn)象：無(wú)色雙縮脲試劑Ｂ３－４滴紫色或紫紅色(創(chuàng)設(shè)堿性條件)(提供Cu2+)蛋白質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果4.淀粉的鑒定取材：馬鈴薯勻漿檢測(cè)：２mL組織樣液碘液2滴現(xiàn)象：

搖勻后變成藍(lán)色問題探討:1、在做還原糖、蛋白質(zhì)鑒定的實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么要留出一部分樣液？作對(duì)照2、使用雙縮脲試劑時(shí)為什么B液只能加3～4滴而不能過(guò)量？

過(guò)量的雙縮脲試劑B會(huì)與試劑A反應(yīng)，使溶液呈藍(lán)色，而掩蓋生成的紫色。3、為什么斐林試劑要現(xiàn)配現(xiàn)用，不能放置太久？

時(shí)間太長(zhǎng)，Cu(OH)2懸濁液就沉淀在試管底部而無(wú)法參與反應(yīng)。深化1．實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵：（1）還原糖的鑒定a.材料應(yīng)含糖量高且無(wú)色；b.斐林試劑的甲液和乙液現(xiàn)配現(xiàn)用，混合均勻。（2）脂肪的鑒定子葉應(yīng)切成薄片（3）蛋白質(zhì)的鑒定實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵：a.先加雙縮脲試劑A，再加雙縮脲試劑Bb.雞蛋蛋白液必須稀釋(10倍)2．實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備(1)鑒定還原糖的實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備：植物組織是常用的實(shí)驗(yàn)材料，但必須加以選擇。在雙子葉植物中，光合作用的主要產(chǎn)物葡萄糖形成后合成為淀粉，暫時(shí)儲(chǔ)藏在葉子內(nèi)，因此最好不用雙子葉植物的葉子做實(shí)驗(yàn)材料。有些單子葉植物，如韭菜、鳶尾，并不將光合作用的初始產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)榈矸郏虼巳~內(nèi)含有大量的還原單糖，但是，由于葉片中葉綠素的顏色較深，對(duì)于鑒定時(shí)的顏色反應(yīng)起著掩蓋作用，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，因此，也不宜用單子葉植物的葉子做實(shí)驗(yàn)材料。本實(shí)驗(yàn)最理想的實(shí)驗(yàn)材料是含糖量較高的生物組織(或器官)，而且組織的顏色較淺.或近于白色的.如蘋果和梨的果實(shí)，經(jīng)試驗(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)鑒定脂肪的實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備：實(shí)驗(yàn)材料最好選擇富含脂肪的種子，如花生種子(取其子葉)。供實(shí)驗(yàn)用的花生種子，必須提前浸泡3～4h。浸泡時(shí)間短了，不容易切成片；浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則組織太軟，切下的薄片不易成形。(3)鑒定蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備：實(shí)驗(yàn)材料最好選用富含蛋白質(zhì)的生物組織(或器官)，植物材料常用的是大豆，動(dòng)物材料常用的是雞蛋(卵白)。如用大豆，必須提前浸泡1～2h，這樣容易研磨成漿。有條件的學(xué)校，可以直接采用現(xiàn)成的大豆磨成的豆?jié){，豆?jié){可以購(gòu)買，也可用小型的榨汁機(jī)制取。如果用稀釋的卵白做實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)效果會(huì)更好。3．實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)(1)斐林試劑與雙縮脲試劑的不同點(diǎn)斐林試劑與雙縮脲試劑都由NaOH和CuSO4組成，但二者有如下3點(diǎn)不同：a.溶液濃度不同、斐林試劑中NaOH的濃度為0.1g／mL，CuSO4的濃度為0.05g／mL；雙縮脲試劑中NaOH的濃度為0.1g／mL，CuSO4的濃度為0.01g／mL。b.使用原理不同。斐林試劑實(shí)質(zhì)是新配制的Cu(OH)2溶液與加入的葡萄糖中的醛基在加熱條件下生成磚紅色的氧化亞銅沉淀；雙縮脲試劑實(shí)質(zhì)是在堿性環(huán)境下的Cu2+與類似于雙縮脲試劑結(jié)構(gòu)的肽鍵發(fā)生反應(yīng)生成紫色絡(luò)合物。c.使用方法不同。斐林試劑使用時(shí)，先把NaOH溶液和CuSO4溶液混合，而后立即使用。雙縮脲試劑使用時(shí)，先加入NaOH溶液，然后再加入CuSO4溶液。(2)斐林試劑很不穩(wěn)定，故應(yīng)將組成斐林試劑的甲液(O.1g／mL的NaOH溶液)和乙液(O.05g／mL的CuSO4溶液)分別配制、儲(chǔ)存，使用時(shí)，再臨時(shí)配制，將4～5滴乙液滴入2ml甲液中，配完后立即使用(3)雙縮脲試劑的使用，應(yīng)先加試劑A(0.1g／mL的NaOH溶液)，造成堿性的反應(yīng)環(huán)境，再加試劑B(0.01g／mL的CuSO4溶液)。(4)在鑒定可溶性糖的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)試管中的溶液進(jìn)行加熱時(shí)，試管底部不要觸及燒杯底部，另外，試管口不要朝向?qū)嶒?yàn)者，以免沸騰的溶液沖出試管，造成燙傷。(5)在蛋白質(zhì)的鑒定實(shí)驗(yàn)中，若用蛋白質(zhì)作實(shí)驗(yàn)材料，必須稀釋，以免實(shí)驗(yàn)后黏住試管，不易洗刷。(6)在鑒定脂肪的實(shí)驗(yàn)中，若用花生種子作實(shí)驗(yàn)材料，必須提前浸泡３－４個(gè)小時(shí)。浸泡時(shí)間短了，不容易切片；浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則組織太軟，切下的薄片不宜成形討論:

1．你的預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否一致?2．小組間交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果。你有什么發(fā)現(xiàn)？

3．全班共檢測(cè)了多少種生物材料？這些生物材料中有機(jī)化合物的種類、含量一樣嗎？這對(duì)我們選擇食物有什么啟發(fā)？1、待測(cè)樣品+斐林試劑淺藍(lán)色

棕色

磚紅色

（證明樣品中含有還原糖）2、待測(cè)樣品+碘液藍(lán)色

（證明樣品中含有淀粉）3、待測(cè)樣品+蘇丹Ⅲ橘黃色

（證明樣品中含有脂肪）4、待測(cè)樣品+雙縮脲試劑紫色

（證明樣品中含有蛋白質(zhì)）水浴一、填空1．組成人體的元素中，占細(xì)胞鮮重百分比最多的元素是________；占細(xì)胞干重百分比最多的元素是__________。_________是構(gòu)成細(xì)胞的最基本元素。2．一般情況下活細(xì)胞內(nèi)含量最多的化合物是_______，含量最多的有機(jī)化合物________。練一練:OCC水蛋白質(zhì)二、選擇題1、科學(xué)家在研究生物體的化學(xué)成分時(shí),發(fā)現(xiàn)組成生物體的元素在非生物界也存在,這一事實(shí)主要說(shuō)明:（）

A生物界和非生物界沒有區(qū)別

B生物界和非生物界具有統(tǒng)一性

C生物來(lái)源于非生物

D生物界和非生物界具有差異性2、生活在缺水的沙漠環(huán)境中的仙人掌細(xì)胞中，含量最多的化合物是（）A、蛋白質(zhì)B、脂肪C、糖類D、水BD3.生活在沙漠中的仙人掌和生活在珊瑚礁中美麗的珊瑚魚，組成它們的化學(xué)元素種類（）

A、差異很大B、有些差異

C．大體相同D．沒有一定標(biāo)準(zhǔn)4．在生物體內(nèi)含量較少，但對(duì)維持生物體正常生命活動(dòng)必不可少的元素是（

）

A．Fe、Mn、Zn、Mg