三維設(shè)計(jì)高中生物必修① 第一單元 第二講 組成細(xì)胞的元素及無機(jī)化合物(徐州 生物杜老師)

1.分類與地位組成生物體的化學(xué)元素常見的有20多種，各種元素的歸屬范圍歸納如下：①分類依據(jù)是根據(jù)生物體內(nèi)含量，而不是生理作用，微

量元素含量雖少，但其生理作用卻不可替代。②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。在鮮重和干

重條件下，細(xì)胞中各種元素的含量是不同的，在鮮重

下O元素最多的原因是H2O在細(xì)胞中含量最多。③組成生物體的常見的20種化學(xué)元素是指必需元素，生

物體內(nèi)可能含一些非必需元素。如人體可能含Pb。2.存在與功能(1)存在與吸收化學(xué)元素在生物體內(nèi)的存在形式：組成生物體的各種

化學(xué)元素，在生物體內(nèi)主要以無機(jī)鹽離子或化合態(tài)形

式存在，生物體獲得各種元素的方式以自由擴(kuò)散和主

動(dòng)運(yùn)輸為主。(2)功能①調(diào)節(jié)機(jī)體生命活動(dòng)：如K＋、Na＋、Ca2＋、等。②參與重要化合物的組成：如Fe2＋是血紅蛋白的成分，

Mg2＋參與葉綠素的形成，碘是合成甲狀腺激素的原料等。③影響機(jī)體的重要生命活動(dòng)：如B可促進(jìn)花粉管的萌發(fā)，

從而促進(jìn)植物受精，油菜缺B會(huì)“花而不實(shí)”。3.生物界與非生物界的關(guān)系(1)生物界和非生物界的統(tǒng)一性①生物界中的元素都是從無機(jī)環(huán)境中獲取的，如下圖：②生物體內(nèi)的化學(xué)元素都可以在無機(jī)環(huán)境中找到，沒有一種是生物體所特有的。

③組成生物體的化學(xué)元素在生物界與非生物界之間反復(fù)出現(xiàn)、循環(huán)流動(dòng)。(2)生物界和非生物界的差異性①組成生物體的化學(xué)元素在生物體內(nèi)和自然界中的含

量差異很大。②生物體從自然界獲取組成自身的元素是有選擇的。③各種化學(xué)元素在生命體系中不是簡單的堆積、組合，

而是以特殊的有序的方式結(jié)合在一起才出現(xiàn)生命現(xiàn)象，

也是生物界和非生物界的根本區(qū)別。(3)統(tǒng)一性和差異性的圖解1.(2010·淄博質(zhì)檢)奶粉中蛋白質(zhì)含量檢測(cè)通常不是直接測(cè)

定蛋白質(zhì)含量，而是通過測(cè)氮含量來推算蛋白質(zhì)含量。

一般來說，每100克蛋白質(zhì)平均含氮16克，這些氮主要

存在于蛋白質(zhì)的(

)A.—CO—NH—

B.游離的氨基

C.游離的羧基

D.R基解析：氨基酸的R基不一定含有N，題目所指的氮主要存在于蛋白質(zhì)的—CO—NH—。答案：A1.存在形式與功能形式自由水結(jié)合水定義細(xì)胞中絕大部分的水以游離的形式存在，可以自由流動(dòng)與細(xì)胞內(nèi)的其他物質(zhì)相結(jié)合的水含量約占細(xì)胞內(nèi)全部水分的95.5%約占細(xì)胞內(nèi)全部水分的4.5%形式自由水結(jié)合水特點(diǎn)流動(dòng)性強(qiáng)、易蒸發(fā)、加壓可析離，可參與物質(zhì)代謝不流動(dòng)、不蒸發(fā)、不能析離，與其他物質(zhì)結(jié)合功能①細(xì)胞內(nèi)良好的溶劑②參與生化反應(yīng)③為細(xì)胞提供液體環(huán)境④運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分聯(lián)系自由水和結(jié)合水在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化(1)水的變化(2)水的存在、功能驗(yàn)證

①鮮種子放在陽光下暴曬，重量減輕?自由水散失，

代謝減弱。②干種子用水浸泡后仍能萌發(fā)?失去自由水的種子仍

保持其生理活性。③干種子放在試管中，用酒精燈加熱，試管壁上有水

珠?失去結(jié)合水。種子浸泡后不萌發(fā)?失去結(jié)合水的細(xì)

胞失去生理活性。2.生物體內(nèi)水的含量、存在形式及比例與代謝(1)一般情況下，代謝活躍時(shí)，生物體含水量在70%以上。

含水量降低，生命活動(dòng)不活躍或進(jìn)入休眠。(2)當(dāng)自由水比例增加時(shí)，生物體代謝活躍，生長迅速，

但抗逆性減弱。例如干種子內(nèi)所含的主要是結(jié)合水，

干種子只有吸足水分——獲得大量自由水，才能進(jìn)

行旺盛的生命活動(dòng)。(3)當(dāng)自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化較多時(shí)，代謝強(qiáng)度就會(huì)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(qiáng)抗旱能力，其生理原因之一就是結(jié)合水相對(duì)

含量較高。2．(2010·淮安質(zhì)檢)水在生物體及細(xì)胞內(nèi)的生命活動(dòng)中有非常重要的生理功能。下列有關(guān)水的敘述中正確的有(多選)(

)A．代謝活動(dòng)的強(qiáng)弱與細(xì)胞內(nèi)自由水和結(jié)合水的比值有關(guān)B．線粒體、核糖體、中心體等在其活動(dòng)中都可以產(chǎn)生水C．葉綠體內(nèi)只有水的分解而沒有水的生成D．水分和無機(jī)鹽在人體內(nèi)的平衡有利于保持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)解析：水是生物體內(nèi)含量最多的物質(zhì)，水鹽的平衡對(duì)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)具有非常重要的意義；在一定范圍內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)自由水與結(jié)合水比例越大，新陳代謝越旺盛。中心體中不能生成水，葉綠體中進(jìn)行的光合作用過程中既有水的消耗，又有水的生成。答案：AD1.存在形式主要是離子形式，如Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、

Fe3＋、Cl－、、等，少數(shù)以化合態(tài)形式存在。2.吸收的主要方式：主動(dòng)運(yùn)輸。3.生理功能(1)是細(xì)胞的結(jié)構(gòu)成分，有些無機(jī)鹽是細(xì)胞內(nèi)某些復(fù)雜的

化合物的重要組成部分，如Mg2＋——葉綠素；Fe2＋

——血紅蛋白；

——磷脂、ATP、NADPH；I－—

甲狀腺激素。(2)參與并維持生物體的代謝活動(dòng)：如哺乳動(dòng)物血液中必

須含有一定量的Ca2＋，如果某個(gè)動(dòng)物血液中鈣鹽的含

量過低就會(huì)出現(xiàn)抽搐，過高又會(huì)出現(xiàn)肌無力。(3)維持生物體內(nèi)的平衡：體內(nèi)平衡使細(xì)胞能有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和功能，是生物維持正常的代謝和生理活動(dòng)的必要條件。

①滲透壓的平衡：Na＋、Cl－對(duì)細(xì)胞外液滲透壓起重要作用，K＋則對(duì)細(xì)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(xì)胞的一切生命活動(dòng)，它的改變影響著原生質(zhì)體組成物的所有特性以及在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的一切反應(yīng)：如人血漿中的、等。③離子平衡：動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)外Na＋/K＋/Ca2＋的比例是相對(duì)穩(wěn)定的。細(xì)胞膜外Na＋高、K＋低，細(xì)胞膜內(nèi)K＋高、Na＋低。K＋、Na＋這兩種離子在細(xì)胞膜內(nèi)外分布的濃度差，是使細(xì)胞可以保持反應(yīng)性能的重要條件。3.(2010·南京質(zhì)檢)下列關(guān)于無機(jī)鹽的敘述，錯(cuò)誤的是

(

)A.缺鐵性貧血是因?yàn)轶w內(nèi)缺乏鐵，血紅蛋白不能合成

B.Mg2＋是葉綠素的成分之一，缺Mg2＋影響光合作用

C.細(xì)胞中的無機(jī)鹽大多數(shù)以化合物形式存在，如CaCO3

構(gòu)成骨骼、牙齒

D.碘是合成甲狀腺激素的原料，所以常在食鹽中加碘解析：鐵是血紅蛋白的組成成分，缺鐵則不能合成血紅蛋白；Mg2＋是葉綠素的組成成分，缺Mg2＋則不能合成葉綠素，進(jìn)而影響光合作用；細(xì)胞中的無機(jī)鹽大多數(shù)以離子形式存在；碘是合成甲狀腺激素的原料，在食物中加碘是為了補(bǔ)充碘，預(yù)防因食物中缺碘而引起地方性甲狀腺腫。答案：C醫(yī)生常給脫水的病人注射0.9%的生理鹽水。因?yàn)榧t細(xì)胞在蒸餾水中會(huì)因吸水過多而脹破，在濃鹽水中會(huì)因失水過多而皺縮，從而失去輸送氧的功能，這說明(

)A.水和無機(jī)鹽是構(gòu)成細(xì)胞的重要物質(zhì)

B.水分子容易進(jìn)出細(xì)胞

C.無機(jī)鹽離子容易進(jìn)出細(xì)胞

D.無機(jī)鹽對(duì)維持細(xì)胞的形態(tài)和功能有重要作用[解析]

不同濃度的鹽水會(huì)通過改變細(xì)胞的形態(tài)而影響細(xì)胞運(yùn)輸氧氣的功能，說明無機(jī)鹽對(duì)維持細(xì)胞的形態(tài)和功能具有重要作用。[答案]

D(1)在生理或病理?xiàng)l件下，常需補(bǔ)充缺失的某些成分，如：腸炎導(dǎo)致脫水——生理鹽水；低血糖——葡萄糖；缺鐵性貧血——鐵、蛋白質(zhì)；地方性甲狀腺腫——碘；劇烈運(yùn)動(dòng)或高溫——淡鹽水或鹽汽水；抽搐——鈣。(2)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的NaCl溶液的濃度，正是人體細(xì)胞所處

液體環(huán)境的濃度，在醫(yī)學(xué)上被稱為生理鹽水。當(dāng)人體

需要補(bǔ)充鹽溶液或輸入藥物時(shí)，應(yīng)輸入該溶液或用該

溶液作為藥物的溶劑，以保證人體細(xì)胞的生活環(huán)境維

持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。水在生物體內(nèi)是一種良好的溶劑，是各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)。下列相關(guān)敘述不正確的是(

)A.水是有氧呼吸的反應(yīng)物和生成物

B.當(dāng)人體缺水時(shí)，血漿的滲透壓降低，產(chǎn)生渴覺

C.溫度適當(dāng)升高會(huì)使細(xì)胞內(nèi)自由水與結(jié)合水的比值

升高

D.核糖體中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)有水生成.[解析]水，尤其是自由水，不僅是良好溶劑，而且是代謝中主要的反應(yīng)物和生成物，并且為各種反應(yīng)提供了液體環(huán)境。有氧呼吸——水是第二階段的反應(yīng)物，第三階段的生成物；蛋白質(zhì)合成——脫水縮合；溫度升高，結(jié)合水→自由水，自由水/結(jié)合水的比值增大，代謝加快；人體缺水→血漿滲透壓升高→產(chǎn)生渴覺。[答案]

B涉及細(xì)胞內(nèi)水的兩種存在形式含量變化時(shí)，要注意：(1)原理：水分含量與新陳代謝、生物抗性的關(guān)系細(xì)胞中自由水與結(jié)合水的比值大，生物新陳代謝旺盛，

其抗性小；若該比值小，生物新陳代謝緩慢，其抗性大。(2)分析思路①環(huán)境條件是否惡化；②細(xì)胞的年齡變化；③生命活動(dòng)強(qiáng)度(或狀態(tài))的變化。(3)相關(guān)結(jié)論①環(huán)境惡化——自由水↓，結(jié)合水↑；②細(xì)胞衰老——自由水↓，結(jié)合水↑；③生命活動(dòng)增強(qiáng)——自由水↑，結(jié)合水↓。近幾年來的電視廣告中，有許多推廣中老年人補(bǔ)鐵、鈣和鋅等的保健品和藥品的廣告，說明了無機(jī)鹽對(duì)人體的健康起著重要作用。人體無機(jī)鹽主要來自于食物，比如海帶中含有豐富的碘，無機(jī)鹽對(duì)于維持植物的生命活動(dòng)也起著重要的作用。結(jié)合所學(xué)生物學(xué)知識(shí)，聯(lián)系日常生活分析回答下列問題：(1)鐵、鈣和鋅等無機(jī)鹽在細(xì)胞內(nèi)主要以

形式存在，是組成細(xì)胞的重要組成成分，如鐵是合成

不可缺少的成分，人體缺鐵可引起貧血癥，血液運(yùn)輸

的能力低。鈣在人體內(nèi)的總量達(dá)1300g，其中99%存在于骨骼，一旦鈣離子在血漿中的濃度明顯下降，會(huì)出現(xiàn)

癥狀。(2)人體的內(nèi)環(huán)境中含有多種無機(jī)鹽，如維持滲透壓的離

子：

，維持pH穩(wěn)態(tài)的離子：

，概括地說，細(xì)胞外液本質(zhì)就是一種鹽溶液，類似于海水，在一定程度上反映了：

。[解析]本題考查無機(jī)鹽在生物體內(nèi)的存在形式與功能等。無機(jī)鹽在細(xì)胞內(nèi)主要以離子形式存在。Fe2＋是血紅蛋白的重要組分；Ca2＋可維持肌細(xì)胞正常的機(jī)能。無機(jī)離子還可以維持細(xì)胞外液與內(nèi)液的滲透壓平衡及酸堿平衡，以維持細(xì)胞正常的生命活動(dòng)。其中維持滲透壓的主要是Na＋、Cl－等，維持pH的則是一些緩沖物質(zhì)，如NaHCO3/H2CO3，Na2HPO4/NaH2PO4。[答案]

(1)離子血紅蛋白氧氣抽搐(2)Na＋和Cl－和生命起源于海洋本講實(shí)驗(yàn)檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)原理生物組織中某些有機(jī)化合物能與某些化學(xué)試劑產(chǎn)生特定的顏色反應(yīng)。(1)糖類淀粉+碘→藍(lán)色還原糖+斐林試劑50~65℃水浴加熱約2min磚紅色沉淀(2)脂肪＋蘇丹Ⅲ染液→橘黃色脂肪＋蘇丹Ⅳ染液→紅色(3)蛋白質(zhì)＋雙縮脲試劑→紫色實(shí)驗(yàn)流程(1)還原糖的檢測(cè)和觀察選材：含糖量較高、白色或近于白色的植物組織結(jié)論：組織樣液中有可溶性還原糖(2)脂肪的檢測(cè)和觀察方法一：花生種子勻漿＋3滴蘇丹Ⅲ染液→橘黃色方法二：取材：花生種子(浸泡)，將子葉削成薄片結(jié)論：花生種子中有脂肪存在(3)蛋白質(zhì)的檢測(cè)和觀察選材與制備：鮮肝提取液或黃豆?jié){濾液

結(jié)論：組織樣液中存在蛋白質(zhì)

基本技術(shù)要求(1)在鑒定可溶性還原糖的實(shí)驗(yàn)中，加熱試管中的溶液時(shí)，

應(yīng)該用試管夾夾住試管上部，放入盛50℃～65℃溫水

的大燒杯中加熱。注意試管底部不要接觸燒杯底部；斐

林試劑不穩(wěn)定，應(yīng)現(xiàn)用現(xiàn)配。(2)還原糖、蛋白質(zhì)的鑒定實(shí)驗(yàn)中，在加相應(yīng)試劑鑒定之

前，要留出一部分組織樣液，以便與鑒定后的樣液顏色

作對(duì)比，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的說服力。(3)在蛋白質(zhì)的鑒定實(shí)驗(yàn)中，如果用蛋清稀釋液作為實(shí)驗(yàn)

材料，一定要稀釋到一定程度，否則，與雙縮脲試劑

發(fā)生反應(yīng)后會(huì)粘在試管的內(nèi)壁上，使反應(yīng)不徹底，試

管也不易洗刷干凈。(4)脂肪的鑒定中，實(shí)驗(yàn)用的花生種子需提前浸泡3～4h，

浸泡時(shí)間太短，不易切片；浸泡時(shí)間太長，則組織太

軟，切下的薄片不易成形。(1)實(shí)驗(yàn)材料的選擇由于本實(shí)驗(yàn)是利用顏色反應(yīng)鑒定不同的物質(zhì)，因此在

實(shí)驗(yàn)的選材上應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：①材料本身應(yīng)無色，以免對(duì)結(jié)果產(chǎn)生干擾；②材料應(yīng)富含相關(guān)物質(zhì)，使現(xiàn)象更顯著。(2)斐林試劑與雙縮脲試劑的比較斐林試劑雙縮脲試劑鑒定成分還原糖蛋白質(zhì)鑒定原理還原糖中的醛基(—CHO)在加熱條件下能將Cu(OH)2中的Cu2＋還原成Cu＋，從而生成磚紅色的Cu2O沉淀雙縮脲(H2NOC—NH—CONH2)在堿性溶液中能與Cu2＋結(jié)合生成紫色絡(luò)合物，蛋白質(zhì)分子中含有與雙縮脲結(jié)構(gòu)相似的肽鍵斐林試劑雙縮脲試劑試劑濃度甲液：質(zhì)量濃度為/mL的NaOH溶液；乙液：質(zhì)量濃度為/mL的CuSO4溶液A液：質(zhì)量濃度為/mL的NaOH溶液；B液：質(zhì)量濃度為/mL的CuSO4溶液斐林試劑雙縮脲試劑使用方法甲液、乙液混合均勻后，再加入樣液先加A液造成堿性環(huán)境，再加B液使用條件加熱(水浴50～65℃)不加熱，搖勻即可實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象淺藍(lán)色→棕色→磚紅色紫色典例印證(2010·茂名質(zhì)檢)根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，回答下列問題：(