第2講細胞中的元素和化合物

第2講│細胞中的元素和化合物第2講細胞中的元素和化合物1第2講│考點自主梳理?知識點一組成細胞的元素及作用組成生物體的化學元素種類雖然大體相同，但是________。根據(jù)組成生物體的化學元素，在生物體內(nèi)含量的不同，可分為________和________。其中大量元素有________________________________；微量元素有___________________________等。大量元素中，_____________是構(gòu)成細胞的基本元素，其中碳是最基本的元素；微量元素在生物體內(nèi)的含量雖然極少，卻是維持正常__________不可缺少的。考點自主梳理含量不同大量元素微量元素C、H、O、N、P、S、K、Ca、MgFe、Mn、B、Zn、Cu、MoC、H、O、N生命活動2第2講│考點自主梳理

[問題導思]怎么理解碳是最基本元素及對生命的意義？

[答案]碳原子本身的化學性質(zhì)，使它能夠通過化學鍵連接成鏈或環(huán)，從而形成多種生物大分子——有機物。C占細胞干重的55.99%，在細胞的各種元素中含量最多，可以說，地球上的生命是在碳元素的基礎上建立起來的。3第2講│考點自主梳理

?知識點二生物界與非生物界的統(tǒng)一性和差異性

組成生物體的化學元素，在無機________中都可以找到，沒有一種是生物界所特有的。這個事實說明生物界與非生物界具有________；組成生物體的化學元素，在生物體內(nèi)和在無機自然界中的含量相差很大。這個事實說明生物界與非生物界具有________。自然界統(tǒng)一性差異性[問題導思]科學家認為，地球上最早的生物是由非生命的物質(zhì)經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代逐漸演變而來的，從構(gòu)成細胞和生物體的化學元素分析，支持上述觀點的依據(jù)是什么？

[答案]組成生物體的化學元素，沒有一種是生物界所特有的，說明生物界與非生物界具有統(tǒng)一性。4第2講│考點自主梳理

?知識點三組成細胞的化合物

水無機鹽糖類脂質(zhì)蛋白質(zhì)核酸DNARNA5第2講│考點自主梳理

在活細胞中含量最多的化合物是________(85%～90%)；不同種類的生物體中，水的含量________；不同的組織、器官中，水的含量________。細胞內(nèi)________大多數(shù)以________狀態(tài)存在，其含量雖然很________，但卻有多方面的重要作用。含量最多的有機物是________(7%～10%)；占細胞鮮重比例最大的化學元素是________、占細胞干重比例最大的化學元素是________、占細胞干重比例最大的化合物是________。水不同也不同無機鹽離子少蛋白質(zhì)OC蛋白質(zhì)[問題導思]構(gòu)成細胞的化學元素真正的生物學意義是什么？[答案]細胞主要由20多種化學元素組成，這些元素在細胞內(nèi)大多以化合物的形式存在，這些化學元素只有構(gòu)成各種化合物時才具有真正的生物學意義。這些分子單獨存在時并不能完成生命活動，只有組合成細胞后，由細胞完成各種生命活動。6第2講│考點自主梳理

?知識點四細胞內(nèi)有機物質(zhì)的鑒定

糖類中的還原糖(葡萄糖、果糖)能與________發(fā)生作用，生成________沉淀；________可以被蘇丹Ⅲ染成________，或被蘇丹Ⅳ染成________；蛋白質(zhì)與___________發(fā)生作用，產(chǎn)生________。在還原糖的檢測中，斐林試劑甲液和乙液應______________________，并且要________加熱；在蛋白質(zhì)的檢測中，在組織樣液中應先加入______________1mL，再加入__________________4滴，不需加熱。斐林試劑磚紅色脂肪橘黃色紅色雙縮脲試劑紫色反應混合均勻后再使用水浴雙縮脲試劑A液雙縮脲試劑B液7第2講│考點自主梳理

[問題導思]在鑒定顯色實驗之前，為什么要留出一部分樣液？雙縮脲試劑為什么可以鑒定蛋白質(zhì)？

[答案]留出一部分樣液，以便與鑒定后的樣液的顏色變化作對照，這樣可以增強說服力。雙縮脲試劑可以鑒定蛋白質(zhì)，是因為蛋白質(zhì)有肽鍵。8第2講│考向互動探究?探究考向一細胞中的化學元素

細胞中常見的化學元素有20多種，這些組成生物體的化學元素雖然在生物體內(nèi)有一定的生理作用，但是單一的某種元素不可能表現(xiàn)出相應的生理功能?？枷蚧犹骄?

(1)組成生物體的化學元素在不同的生物體內(nèi)種類大體相同；不同的生物體內(nèi)各種化學元素的含量一般相差很大。(2)微量元素盡管在生物體內(nèi)含量少，但它是必需元素。(3)碳原子本身的化學性質(zhì)使它能夠通過化學鍵連接成鏈或環(huán)，從而形成各種生物大分子，正是由于碳原子在組成生物大分子中的重要作用，科學家才說“碳是生命的核心元素”，“沒有碳，就沒有生命”，與其在生物體內(nèi)的含量無關。第2講│考向互動探究10

【知識拓展】1．在鮮重和干重條件下，細胞中各種元素的含量是不同的，如以人體為例：鮮重條件下：O(65%)＞C(18%)＞H(10%)＞N(3%)干重條件下：C(55.99%)＞O(14.62%)＞N(9.33%)＞H(7.46%)2．分類依據(jù)是根據(jù)元素在生物體內(nèi)的含量，而不是生理作用，微量元素含量很少，但其生理作用卻不可替代。3．大量元素和微量元素的劃分是依據(jù)生物界中生物的整體情況，具體到某一種生物可能有差別。如Cl在植物體內(nèi)是微量元素，但在人體內(nèi)卻是大量元素。第2講│考向互動探究11

例1

如圖2-1中圖1是細胞中3種化合物含量的扇形圖，圖2是有活性的細胞中元素含量的柱形圖，下列說法不正確的是()

第2講│考向互動探究A．若圖1表示正常細胞，則A、B化合物共有的元素中含量最多的是aB．若圖1表示細胞完全脫水后化合物含量的扇形圖，則A化合物中含量最多的元素為圖2中的bC．若圖1表示正常細胞，則B化合物具有多樣性，其必含的元素為C、H、O、ND．圖2中含量最多的元素是a，數(shù)量最多的也是aD12[易錯解惑]蛋白質(zhì)在細胞鮮重中占7%～10%，在細胞干重中占50%以上，無論什么細胞中，含量最多的化合物是水，含量最多的有機物是蛋白質(zhì)，實際解題時要注意題干中的關鍵詞，不要被一些干擾條件迷惑。[互動探究]若把選項D改為“圖2中數(shù)量最多的元素是c，這與細胞中含量最多的化合物有關”對嗎？

[答案]對，活性細胞中元素含量為圖2，則a、b、c分別為O、C、H，其中O的含量最多，H的數(shù)量最多。第2講│考向互動探究13

變式題

下列有關組成生物體化學元素和化合物的敘述，正確的是()A．磷是脂肪、ATP、DNA等不可缺少的成分，它是組成生物體的大量元素B．脫氧核糖核苷酸控制酶的合成C．植物生長素是一種蛋白質(zhì)類激素，作用特點是微量高效D．纖維素很難被人體消化吸收，它是由C、H、O三種元素組成第2講│考向互動探究D14?探究考向二細胞中水和無機鹽的作用第2講│考向互動探究種類細胞含量(鮮重)存在形式生理功能水1.最多，占細胞鮮重的85%～90%2．不同種類生物含量不同，水生＞陸生3．不同生長發(fā)育時期不同，幼體＞成體，植物幼嫩部分＞老熟部分結(jié)合水：一部分水與細胞內(nèi)的其他物質(zhì)相結(jié)合(4.5%)結(jié)合水是細胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分15第2講│考向互動探究種類細胞含量(鮮重)存在形式生理功能水1.最多，占細胞鮮重的85%～90%2．不同種類生物含量不同，水生＞陸生3．不同生長發(fā)育時期不同，幼體＞成體，植物幼嫩部分＞老熟部分自由水：絕大部分的水以游離的形式存在，可以自由流動(95.5%)1.細胞內(nèi)的良好溶劑；2.參與許多生化反應；3.多細胞生物體的絕大多數(shù)細胞的生活環(huán)境；4.有助于物質(zhì)運輸16第2講│考向互動探究種類細胞含量(鮮重)存在形式生理功能無機鹽很少，1%～1.5%大多數(shù)以離子形式存在，含量較多的陽離子有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋等，陰離子有Cl－、

等1.許多種無機鹽離子對于維持細胞和生物體的生命活動有重要作用；2.對維持細胞的酸堿平衡非常重要；3.無機鹽和水與其他物質(zhì)，共同承擔構(gòu)建細胞、參與細胞生命活動等重要功能17

【知識拓展】1．生物體內(nèi)含水量及比例與代謝(1)一般情況下，代謝活躍時，生物體含水量在70%以上。含水量降低，生命活動不活躍或進入休眠。(2)當自由水比例增加時，生物體代謝活躍，生長迅速，但抗逆性下降，例如，干種子內(nèi)所含主要是結(jié)合水，干種子只有吸足水分——獲得大量自由水，才能進行旺盛的生命活動。(3)當自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化時，代謝強度就會下降，抗寒、抗熱、抗旱的性能提高。旱生植物比水生植物具有較強的抗旱能力。其生理原因之一就是結(jié)合水含量較高。第2講│考向互動探究18

2．維持生物體內(nèi)的平衡(1)滲透壓平衡：Na＋、Cl－對細胞外液滲透壓起重要作用，K＋則對細胞內(nèi)液滲透壓起決定作用。(2)酸堿平衡(即pH平衡)：pH調(diào)節(jié)著細胞的一切生命活動，它的改變影響著原生質(zhì)組成物的所有特性以及在細胞內(nèi)發(fā)生的一切反應，如人血漿中的。(3)離子平衡：動物細胞內(nèi)外Na＋、K＋的比例是相對穩(wěn)定的。細胞膜外Na＋高、K＋低，細胞膜內(nèi)K＋高、Na＋低。K＋、Na＋這兩種離子在細胞膜內(nèi)外分布的濃度差，是使細胞可以保持反應性能的重要條件。第2講│考向互動探究19

例2下列有關生物體內(nèi)水的敘述中，錯誤的是()①參與運輸營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的水為自由水②生物體內(nèi)化學反應離不開水③水是細胞結(jié)構(gòu)的組成成分之一④人體細胞內(nèi)水的存在形式為結(jié)合水和自由水⑤自由水與結(jié)合水的比例與細胞代謝強弱關系不大⑥不同細胞內(nèi)自由水與結(jié)合水的比例相差不大A．①④⑤B．②④⑥C．⑤⑥D(zhuǎn)．①⑥第2講│考向互動探究C20

【易錯易混】1．活細胞中含量最多的元素是：O、C、H、N；脫水后細胞中含量最多的元素是：C、O、N、H。2．活細胞中含量最多的化合物是水；而脫水后含量最多的化合物是蛋白質(zhì)。3．自由水/結(jié)合水比例升高，細胞代謝旺盛，但抗逆性降低。第2講│考向互動探究21

變式題下列關于生物體內(nèi)水和無機鹽的說法，正確的是()A．是細胞中的能源物質(zhì)之一B．哺乳動物血液中鈣離子含量過多會引起抽搐C．能維持生物體的生命活動D．生物體處在不同發(fā)育期，含水量基本一樣

第2講│考向互動探究C22第2講│實驗方略展示

檢測生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)【要點解剖】1．實驗原理：可溶性糖中的還原糖(如葡萄糖、果糖、麥芽糖)，與斐林試劑發(fā)生作用，可以生成磚紅色的沉淀。脂肪可以被蘇丹Ⅲ染成橘黃色。蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑發(fā)生作用，可以產(chǎn)生紫色反應。實驗方略展示23

2．實驗步驟(1)還原糖的鑒定第2講│實驗方略展示24第2講│實驗方略展示25

(3)蛋白質(zhì)的鑒定第2講│實驗方略展示26（4）．淀粉的檢測與觀察第2講│實驗方略展示27

[注意事項]實驗材料的選擇和試劑的配制(1)還原糖的鑒定：要選擇含還原糖量較高、顏色較淺的材料，這樣顏色反應才明顯。通過實驗比較，顏色反應的明顯程度依次為蘋果、梨、白色甘藍葉、白蘿卜。(2)脂肪的鑒定：要選擇富含脂肪的材料，如花生、蓖麻等，提前浸泡3～4h。如果是新花生種子，可以不必浸泡，否則切下的薄片不易成形。(3)蛋白質(zhì)的鑒定：最好的實驗材料是雞蛋清，其蛋白質(zhì)含量相對高，配制的提取液透明，與雙縮脲試劑反應后，顏色反應明顯，但蛋清液需要稀釋。第2講│實驗方略展示28(4)正確配制和使用斐林試劑與雙縮脲試劑：配制這兩種試劑時，都要用到NaOH溶液和CuSO4溶液，但配制時，溶液濃度不同，使用原理和方法也有明顯區(qū)別。(見下表)第2講│實驗方略展示29第2講│實驗方略展示30

【方法例析】實驗步驟設計要有邏輯性，有關對照實驗步驟設計的一般規(guī)律是：第1步，取材、分組、編號。在這里實驗材料包含實驗中用到的各種動植物，取材時要注意數(shù)量和生理及發(fā)育狀態(tài)相同；用具有燒杯、培養(yǎng)皿、飼養(yǎng)動物的容器等等。這些材料、用具在試題中都會給出，注意要結(jié)合實驗的目的和原理合理利用。第2步，相同處理和不同處理。根據(jù)實驗變量設置對照(注意：單一因素不同；其他因素相同且最適)。第2講│實驗方略展示31

實驗中的無關變量很多(同一種實驗結(jié)果可能會被多種不同的實驗因素所引起)，必須嚴格控制，要平衡和消除無關變量對實驗結(jié)果的影響，對照實驗的設計是消除無關變量影響的有效方法。對照實驗設置的正確與否，關鍵就在于如何保證“其他條件相同且適宜”。設置對照實驗，要做到如下四個方面：(1)所用生物材料要相同：所用生物材料的數(shù)量、質(zhì)量、長度、體積、來源和生理狀況等方面特點要盡量相同或至少大致相同。(2)所用實驗器具要相同：試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小型號要完全一樣。第2講│實驗方略展示32

(3)所用實驗試劑要相同：試劑的成分、濃度、體積要相同。尤其要注意體積上等量的問題。(4)所用處理方法要相同如：保溫或冷卻；光照或黑暗；攪拌或振蕩都要一致。有時盡管某種處理對對照實驗來說，看起來似乎是毫無意義的，但最好還是要做同樣的處理。第3步，進一步的相同處理，如條件適宜的相同環(huán)境。從自變量和因變量的角度來看，一次實驗可以有以下步驟：(1)將實驗材料進行分組，分組時應本著隨機分組，而且每組的材料在生理狀況上應相似，一般至少一個實驗組和一個對照組。第2講│實驗方略展示33(2)根據(jù)所給器材，設置自變量，同時控制無關變量，使其在最適條件，且控制除自變量外其他條件在各組都相同且做適宜處理。(3)觀察記錄因變量的變化。最常用的是描述法，即將實驗現(xiàn)象進行描述。另外表格記錄法也是常見的，設計表格時應體現(xiàn)自變量或分組情況和因變量的描述。第4步，檢測、觀察、統(tǒng)計、比較。找出具體的觀察和記錄對象，觀察、記錄、統(tǒng)計、比較實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。第2講│實驗方略展示34如果實驗現(xiàn)象是隱蔽的，必須找出具體的檢測方法，以顯現(xiàn)實驗結(jié)果，便于觀察，之后找出具體的觀察和記錄對象，觀察、記錄、統(tǒng)計、比較實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。第5步，有些實驗可能需要反復操作該實驗。目的是防止偶然誤差。下面的例題就是為了探究蛋白質(zhì)對個體發(fā)育是否有影響而設置的實驗步驟：第2講│實驗方略展示35

例3據(jù)報道，一些不法商家生產(chǎn)的所謂“100%純牛奶”居然根本不與牛發(fā)生關系，只要用香精、糖、自來水和一些添加劑，就可以生產(chǎn)出“純牛奶”。更為聳人聽聞的是，不法商家利用垃圾堆里的破舊皮鞋、皮衣、皮帽及其他皮具，經(jīng)過化學、生物處理，水解出皮革中的原有蛋白(稱“人造蛋白”)，作為原料制成假牛奶。有人分析，“阜陽假奶粉案”所造成的大頭娃娃致死，并非單純是蛋白質(zhì)含量低那么單純，很可能是添加了“人造蛋白”所致。請設計實驗，探究“人造蛋白”是否比缺乏蛋白質(zhì)更有害兒童正常發(fā)育。第2講│實驗方略展示36

(1)選用恰當?shù)脑噭z測某樣品中是否含有蛋白質(zhì)。提供的試劑有：①碘液，②蘇丹Ⅲ溶液，③雙縮脲試劑，④斐林試劑。你選用的試劑應該是______________；蛋白質(zhì)與相應試劑反應后，顯示的顏色應為________。(2)完善以下實驗設計并回答問題。①實驗材料：幼齡大白鼠若干、真正的純牛奶、不含任何蛋白質(zhì)的假牛奶、含有“人造蛋白”的假牛奶、發(fā)育狀況測定裝置(可測定一定的發(fā)育狀況指標，具體不作考試要求)、飼養(yǎng)裝置等。②實驗步驟：第2講│實驗方略展示③雙縮脲試劑紫色a.選取年齡相當、體重相當