高中生物苏教版分子与细胞第2章细胞的化学组成 第二章

第2课时细胞中的元素和无机化合物[目标导读]1.阅读教材P8～9，结合P8图2－1，举例说出细胞的元素组成。2.结合教材P9表2－1，理解必需元素含义。3.结合教材P9表2－2，认识细胞中的主要化合物及其相对质量分数。4.阅读教材P10第2、3段，举例说出水在细胞中的存在形式和作用。5.阅读教材P10内容，说出无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。[重难点击]1.生物体的元素组成。2.自由水、结合水。3.无机盐的作用。一组成细胞的元素1．组成细胞的元素种类及含量生物种类繁多、数量巨大，具有广泛的多样性，但组成生物体的化学元素却基本相似，阅读教材P8内容，结合下面材料思考：表1地壳和人体中含量较多的元素比较表地壳人体元素含量(ppm)元素含量(ppm)OSiAlFeCaNaKMgH×1052．77×1058．13×1045．00×1043．63×1042．83×1042．59×1042．09×1041．40×103OCHNCaSPNaK×1051．94×1059．3×1045．1×1041．4×1046．4×1036．3×1032．6×1032．2×103表2玉米和人体所含元素与细胞干重的质量分数(%)

元素玉米人OCHNKCaPMgS(1)由表1可以看出：①生物体内的任何一种元素都可以在无机自然界找到，说明生物界和非生物界具有统一性。②同一种元素在人体细胞中的含量和地壳中含量不同(相同、不同)，这体现了生物界和非生物界的差异性。(2)由表2可得出结论：①不同生物体内所含的元素种类基本相同，但是每种元素的含量却有多有少；②同一生物体内不同化学元素的含量不同，其中C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等元素含量较多，称为大量元素；Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等元素含量很少，称为微量元素。(3)由教材P8图2－1可得：在鲜重条件下，细胞中含量最多的元素是O，其次是C、H、N。2．生物的元素缺乏症生物会因环境中缺乏某种元素而产生该元素的缺乏症，根据下面材料思考：(1)下表是一项“硒与克山病发病相关性”研究的记录组别年度观察人数/人发病人数/人实验组(补硒)1974451010197567677对照组(不补硒)19743985541975544552分析上表数据，可得出的结论是克山病和缺硒有关，硒是人体的必需元素。进一步说明生物缺乏必需元素可能导致疾病。(2)几十年前，新西兰有一个牧场的大片牧草长势很弱，有的甚至发黄枯萎，即使使用了大量的N、P、K肥也无济于事，后来，人们偶然发现牧场内的一小片牧草长得十分茂盛，原来，这一片”绿洲”的附近有一座钼矿，矿工每天上下班总是抄近路走，他们的鞋子踩过的地方，牧草绿油油的，经过科学家的化验和分析，一公顷牧草只需150克钼就足够了。上述材料说明：①钼属于微量元素。②由材料分析，钼虽然含量少，但是对生物体具有重要的作用，不可缺少。小贴士(1)在干重条件下，人体细胞中含量最多的元素是C，其次是O、N、H。(2)无论在鲜重还是干重条件下，细胞中都有并且含量最多的元素是C、H、O、N、P、S六种，它们被称作组成细胞的主要元素。C、H、O、N四种元素被称作构成化合物和细胞结构的基本元素。C是构成细胞的最基本元素。(3)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起着非常重要的作用。归纳总结活学活用1．一位农民种植的某块农田小麦产量总是比邻近地块的低。他怀疑该农田可能是缺少某种元素，为此将该块肥力均匀的农田分成面积相等的五小块，进行田间实验。除施肥不同外、其他田间处理措施相同。实验结果如下表：地块甲乙丙丁戊施肥情况尿素磷酸二氢钾磷酸二氢铵硫酸铵不施肥小麦收获量从表中可判断，该农田最可能缺少的元素是()A．KB．N C．P D．S答案A解析由表中数据可知，在施用磷酸二氢钾后，小麦收获量明显增加，磷酸二氢钾含有P、O、H、K等元素，通过其他组可知，在施用含P、O、H的肥料后小麦并没有明显增产，故该农田可能缺少K元素。二组成细胞的化合物组成细胞的元素多数以化合物的形式存在，如图表示细胞中主要化合物的含量，请阅读教材P9内容，结合该图分析回答下列问题。1．活细胞中含量最多的化合物和含量最多的有机物分别是什么？答案由上图可知，活细胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有机化合物是蛋白质。2．如果是在干重条件下呢？答案含量最多的化合物是蛋白质，含量最多的有机化合物是蛋白质。3．有机化合物和无机化合物有什么区别？答案有机化合物和无机化合物的区别主要看它们的分子组成中是否有碳元素，如糖类是有机化合物，由碳、氢、氧三种元素组成；水是无机化合物，由氢、氧两种元素组成。归纳总结活学活用2．判断下列叙述的正误。(1)生活在沙漠中的仙人掌细胞中，各种化合物占细胞鲜重的含量由多到少排列顺序是蛋白质、糖类、脂质、水()(2)细胞中绝大多数元素以化合物的形式存在()(3)有机化合物对活细胞重要，无机化合物对活细胞不重要()(4)人体的肌肉细胞中含量最多的物质与过度肥胖者的脂肪细胞中含量最多的物质分别是蛋白质、脂肪()答案(1)×(2)√(3)×(4)×解析(1)无论是生活在沙漠中，还是在海洋中，所有活细胞中含量最多的化合物都是水。蛋白质是细胞内含量最多的有机化合物，或者说是细胞干重中含量最多的化合物，再次是脂质、糖类和核酸所占比例更小。(3)细胞中的化合物对细胞来说都重要，如缺铁影响红细胞运输氧的功能，进而影响生命。(4)人体的肌肉细胞中含量最多的物质与过度肥胖者的脂肪细胞中含量最多的物质都是水。三细胞中的水水是生命之源，没有水就没有生命，请阅读教材P10内容探究水的存在形式和功能。1．水的存在方式(1)鲜种子晒干过程中失去的是可以自由流动的水，称为自由水，干种子用水浸泡后仍能萌发，说明种子仍保持其生理活性。(2)干种子烘烤过程中所失去的水是结合水，不萌发，说明种子已经死亡，由此可见细胞中一部分水是组成细胞结构的重要成分，称为结合水。2．自由水的功能(1)许多细胞生命活动需要的离子、分子都溶解在自由水中，说明自由水是细胞内良好的溶剂。(2)细胞中几乎所有的化学反应都是以自由水为介质进行的，水是光合作用的原料说明有些自由水可直接作为反应物参与生物化学反应。(3)水在生物体内的流动(如血液)，可以把其中溶解的营养物质运输到各个细胞，同时又把细胞代谢产生的废物运送到排泄器官或者直接运输到体外，这说明自由水具有运输营养物质和代谢废物的功能。总之，自由水参与细胞中各种代谢作用，在代谢旺盛的细胞中，自由水的含量一般较多。3．结合水的功能又是怎样的呢？结合水是组成细胞结构的重要成分。如休眠的种子、越冬的植物、生活在干旱和盐渍条件下的植物，它们的细胞内结合水的含量相对增多，使得它们抵抗不良环境的能力增强。4．根据上述的分析，说说二者之间的关系是怎样的？答案(1)自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系自由水/结合水eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(比值高⇒代谢旺盛，但抗逆性差,比值低⇒代谢强度降低，但抗寒、抗旱、,抗热等抗逆性增强))(2)自由水/结合水与温度的关系：温度升高时，自由水增多，反之结合水增多。归纳总结活学活用3．判断下列有关水的叙述的正误。(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)自由水与结合水的比例与新陈代谢的强弱关系不大()(4)人体细胞内水的存在形式为结合水和自由水()(5)水是细胞结构的组成成分之一()(6)不同细胞内自由水与结合水的比例相差不大()(7)细胞内自由水与结合水的含量是固定不变的()答案(1)√(2)√(3)×(4)√(5)√(6)×(7)×解析(3)自由水与结合水的比例越高，新陈代谢越强；(6)不同细胞内自由水与结合水的比例差异可能会很大。(7)自由水和结合水在一些条件下可以互相转换，比如降温时部分自由水会转换成结合水。四细胞中的无机盐无机盐在细胞中的含量仅为1%～%，但却有着重要的作用，请阅读教材P10内容，结合下列材料，探究无机盐的存在形式和生理作用。1．细胞中的无机盐是以什么形式存在的？答案细胞中的无机盐常以离子的形式存在，少数以化合物的形式存在，如构成骨骼的CaCO3。2．结合材料，分析无机盐的功能：(1)材料1：人体代谢过程中产生的一些代谢物质会改变体液的酸碱度，人体血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等酸碱缓冲物质，可以中和这些变化。该材料说明无机盐对于维持细胞的酸碱平衡具有重要作用。(2)材料2：下图为三种有机物的分子结构图由上述结构图可以看出无机盐是合成有机物的原料。(3)材料3：合成血红蛋白需要铁(Fe2＋)，合成甲状腺激素需要碘，说明无机盐是合成某些具有特殊生理功能的物质的原料。3．当某些无机盐含量过多或过少时，生物体可能会出现相应的病症。(1)当缺少Ca2＋时，哺乳动物会出现肌肉抽搐现象，而Ca2＋过多时，又会出现肌肉乏力现象等。(2)缺少Ca2＋时，番茄果实会出现脐腐现象。(3)缺少K＋时，番茄植株的老叶尖端和边缘会失绿，直至干枯坏死。4．给病人输液时，要用%的生理盐水，而不能用蒸馏水或浓盐水，这是为什么？答案输液用的生理盐水溶液和血浆渗透压相等，医学上称为等渗溶液。正常人血浆渗透压是相对稳定的，相当于%NaCl溶液或%的葡萄糖溶液。%的生理盐水和人的体液为等渗溶液，红细胞等血细胞只有在等渗溶液中才能维持它的固有形态和功能。归纳总结活学活用4．判断下列关于人体内水和无机盐的叙述的正误。(1)都可作为细胞的能源物质()(2)都能维持细胞的生命活动()(3)细胞中的无机盐均以离子形式存在()(4)血钙过高会引起肌肉抽搐()(5)无机盐在细胞内含量很少，具有维持细胞的酸碱平衡等功能()(6)大量出汗后应多喝淡盐水()(7)某些无机盐是细胞内一些大分子物质的组成成分，如Fe参与血红蛋白的构成，Mg参与叶绿素的形成()(8)缺少K＋时，番茄植株的老叶边缘会失绿()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√(7)√(8)√解析(1)都不可作为细胞的能源物质，能源物质是糖类；(3)细胞中的无机盐大多数以离子形式存在；(4)血钙过低会引起肌肉抽搐。当堂检测1．在细胞内含量极少，但对维持生命活动是必不可少的元素有()A．Fe、Mn、Zn、Mg B．Zn、Cu、Mg、CaC．Zn、Cu、B、Mn D．Mg、Mn、Cu、Mo答案C解析组成生物体的大量元素和微量元素都是维持生命活动必不可少的，其中大量元素含量多，主要包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等；而微量元素含量少，主要包括Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo等。2．卷柏有“九死还魂草”之称，它在干枯后，若得到充足的水分仍能成活，其原因是()A．失去的水为自由水B．虽失去结合水，但体内含有特殊的物质C．此生物有特殊的结构D．以上叙述都不正确答案A解析植物细胞主要通过渗透作用失水或吸水，而这些水是自由水。如果外界溶液浓度过高，失去结合水，则细胞的结构被破坏而死亡，即使再补足水也不能复活。卷柏属蕨类植物，适应能力强，干枯时失去大量的自由水。3．落叶的越冬植物体内结合水含量相对增多，这是因为()A．使植物冬眠，降低新陈代谢的强度B．使植物的抗逆性增强，适应寒冷环境C．植物根不能从土壤中吸收水了D．植物体内的水不能流动了答案B解析结合水是组成细胞结构的重要成分，在寒冷环境中，体内结合水的含量相对增多，使植物的抗逆性增强，以适应不良的环境，植物根仍可从土壤中吸收水，只是吸水能力降低一些，植物体内的水仍能流动。4．无机盐在生命活动中不可缺少，合成叶绿素和血红蛋白分子必需的离子分别是()A．Mg2＋、Fe2＋ B．Ca2＋、Mg2＋C．POeq\o\al(3－,4)、K＋ D．K＋、I－答案A解析叶绿素的组成元素是C、H、O、N和Mg；血红蛋白的组成元素是C、H、O、N和Fe。5．下面是用于无土栽培的一种培养液配方，据表回答问题。Ca(NO3)2gKClgMgSO4gFeCl3gKH2PO4gH2O1000mL(1)该配方中属于植物所需的大量元素是____________________________，微量元素是____________。(2)该配方中组成细胞的基本元素是________________。用该培养液栽培植物，组成生物体的最基本元素的来源是________________。(3)如果用该培养液栽培番茄，该配方中明显缺乏的微量元素是________________________。答案(1)H、O、N、P、S、K、Ca、MgFe、Cl(2)H、O、N空气中的CO2(3)Mn、Zn、Cu、B、Mo40分钟课时作业基础过关知识点一组成细胞的元素1．下列关于组成细胞的微量元素的说法，不正确的是()A．通常指生物体生命活动所必需的，但需要量却很少的一些元素B．生物体中可以有，也可以没有的一些元素C．微量元素是细胞维持正常生命活动不可缺少的元素D．Cu、Zn、Mo等元素是细胞内的微量元素答案B解析微量元素是指细胞内含量在万分之一以下的元素，含量虽少，但在生命活动中是不可缺少的，主要包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。2．人们经常食用的牛、羊、猪等肉类及白菜、土豆等蔬菜，消化吸收后，其中的成分大多被转化为人体自身的一部分，其根本原因是()A．组成生物体细胞的化学元素在无机自然界中都能找到B．在不同生物的体细胞内，组成它们的化学元素的种类大体相同C．组成生物体细胞的基本元素是碳D．不同生物的细胞内，组成它们的化学元素的含量大体相同答案B解析生物体总是不断地和外界环境进行着物质交换，有选择地从自然界中获取各种物质来满足自身的需要，不管相同生物还是不同生物，组成它们的细胞的化学元素和化合物种类大体是相同的，因此不同生物间可进行物质交换。知识点二组成细胞的化合物3．大海中的水母、海带，陆地上的蜥蜴、小草等都是生物，都是由细胞构成的。这些生物细胞中含量最多的有机物是()A．水分B．蛋白质 C．脂质 D．糖类答案B解析生物细胞中含量最多的化合物是水分，占细胞的85%～90%。构成生物细胞的有机物中，含量最多的是蛋白质，占细胞的7%～10%，其次是脂质。4．原产热带非洲地区的光棍树，树形奇特，无刺无叶，它茎干中的白色乳汁可以制取“石油”。光棍树细胞中含量最多的化合物是()A．水B．脂质 C．蛋白质 D．糖类答案A解析细胞中水的含量大约占85%～90%，蛋白质的含量大约占7%～10%，脂质只占1%～2%，糖类和核酸大约占1%～%，所以含量最多的化合物是水。知识点三细胞中的水5．在探索外星空间是否存在生命的过程中，科学家始终把寻找水作为最关键的一环。这主要是因为水在生命中的意义是()A．水可以降温B．水在生物体内可以流动C．水能与蛋白质结合D．生物细胞中几乎所有的化学反应都必须在水中进行答案D解析生物细胞的许多生化反应必须有水的参与才能进行，生物体的生命活动离不开水，没有水就没有生命。6．若细胞内结合水与自由水的比值用a表示，则初生细胞a1与衰老细胞a2的大小为()A．a1＞a2 B．a1＝a2C．a1＜a2 D．无法判断答案C解析初生细胞代谢旺盛，自由水含量高；衰老细胞代谢弱，自由水含量低。知识点四细胞中的无机盐7．适时补充镁元素可使绿色植物叶片正常生长，因为()A．镁是组成叶绿素的重要元素B．镁是合成蛋白质的原料C．镁能促进植物吸水D．镁是合成核酸的原料答案A解析绿色植物的叶片之所以呈现绿色，是因为叶肉细胞中含有叶绿体，其中的叶绿素呈现绿色。而镁是组成叶绿素的重要元素，若缺乏，则叶片会表现出“失绿”的现象。8．医生常常给病人输液，常把药剂溶解于生理盐水%的NaCl溶液)中，而不是溶解于蒸馏水中。这是因为()A．无机盐在生物体的生命活动中是不可缺少的B．蒸馏水不含营养物质C．蒸馏水可增大细胞中自由水比例，使细胞代谢加快，加剧病情D．生理盐水能维持人体细胞生活环境的稳定状态，防止细胞过度吸水或失水答案D解析%的NaCl溶液的浓度正好与人体细胞生活的液体浓度相等，在此液体环境中细胞不会因失水和吸水变形。能力提升9.如图表示细胞中各种化合物或主要元素占细胞鲜重的含量，以下按①②③④顺序排列正确的是()A．蛋白质、水、脂质、糖类，C、O、H、NB．蛋白质、糖类、脂质、水，N、H、O、CC．水、蛋白质、脂质、糖类，H、O、N、CD．水、蛋白质、糖类、脂质，N、H、C、O答案A解析本题的解题突破口在②上，若表示化合物，则②为水；若表示元素，则②为氧。10．人体红细胞呈圆饼状，具有运输氧气的功能。下面是将人体红细胞分别放在三种不同的液态环境中，一段时间内的变化示意图，请分析该图说明的问题是()A．水分容易进出细胞B．无机盐离子容易进出细胞C．红细胞有运输氧气的功能D．水分和无机盐对于维持细胞的形态和功能有重要作用答案D解析从图示可知，红细胞在%的生理盐水中维持正常形态，在蒸馏水中吸水涨破，在浓盐水中失水皱缩，所以D选项是正确的。11．科学工作者研究了钙和硼对某种植物花粉粒萌发和花粉管生长的影响，结果如图所示。下列结论与结果不相符的是()A．钙或硼对花粉萌发和花粉管生长都有同样的影响B．适宜浓度的硼或钙明显有利于花粉萌发或花粉管生长C．钙对花粉管生长有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉萌发D．硼对于花粉萌发有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉管生长答案A解析从图中可看出钙或硼对花粉萌发率和花粉管生长的作用是不同的。一定范围内，钙的浓度变化影响花粉管生长速度，但花粉萌发率几乎不变；硼的浓度变化影响花粉萌发率，但花粉管生长速度几乎不变。12．分析下列事实，回答有关问题。事实一在正常人的血浆中，NaHCO3的含量约为H2CO3含量的20倍。当血浆中的NaHCO3含量减少时，会形成酸中毒；当血浆中的H2CO3含量减少时，则形成碱中毒。事实二在初生蝌蚪或幼小植物体内，当自由水的比例减小时机体代谢强度降低；当自由水的比例增大时，机体代谢强度升高。事实三P是构成骨骼、牙齿、肌肉及血液的重要元素；Zn是若干跟消化有关的酶的结构中心；Na是体液的主要组成成分。事实四人体某些组织的含水量近似，但形态却不同。例如，心肌含水量约为79%而呈坚韧的状态，脑组织中含水量约为84%而呈溶胶状。(1)事实一表明______________________________________________________________。(2)你对事实二中现象的全面解释是____________________________________________________________________________________________________________________。(3)事实三表明____________________________________________________________。(4)你对事实四中差异的正确解释是__________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)无机盐具有调节酸碱平衡(pH)的作用(2)自由水是良好的溶剂，是细胞内生化反应的介质，并参与某些代谢反应，参与体内营养物质和代谢废物的运输(3)无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分(4)组织器官的形态差异与生物体内水分的存在形式有关，心肌、脑组织中的水分主要以结合水形式存在个性拓展13．华北某地区经常出现苹果小叶病，有人认为是土壤中缺锌引起的，有人认为是土壤中缺镁引起的。现有如下材料，请你完成下列实验，证实上面的猜测哪个正确。(1)材料用具：三株长