2.1 细胞中的元素和化合物- 高一生物 （人教版2019必修1）

问题探讨讨论1：比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量，你能发现非生物界与生物界有什么关系？

细胞的元素在无机环境中都能找到，没有一种是其特有的统一性：

细胞与无机环境中的各种化学元素含量相差很大差异性：干重玉米人O44.4314.62C43.7555.99H6.247.46N1.469.33K0.921.09Ca0.234.67P0.203.11Mg0.180.16S0.170.78讨论2：比较植物和动物细胞元素含量表，你能发现什么异同？1.

不同生物细胞的元素种类大致相同；同种元素在不同生物体内的含量相差很大2.同一生物体内不同元素的含量不同，其中C、H、O、N所占比例较大，为其基本元素。动物细胞含蛋白质（N、S）、脂质（C、H、P）、骨骼（Ca）较多；植物含糖类（O）较多。统一性：差异性：第2章组成细胞的分子第1节细胞中的元素和化合物学习目标：1．说出组成细胞的元素都来自自然界但各元素相对含量又与无机环境不同；2．说出组成细胞的大量元素和主要微量元素，说出组成细胞的化合物的主要种类；3．尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，进行实验操作、观察结果，基于实验简述组成细胞的物质的特殊性。江西生物组东东老师脂肪微粒O65.0%C18.0%N3.0%H10.0%K0.2%Ca1.5%P1.4%S0.3%Cl0.47%K0.2%Mg0.1%O44.43.0%C43.57.0%N1.46.0%H6.24.0%K0.92%Ca0.24%P0.20%S0.17%Cl0.14%Mg0.18%Si1.17状态鲜重/正常细胞/活细胞干重/完全脱水含量最多的元素含量最多的四种元素OCO>C>H>NC>O>N>H组成人体细胞的主要元素（占细胞鲜重的百分比）组成人体细胞的主要元素（占细胞干重的百分比）鲜重：生物体或细胞在自然生活状态下所测得的重量；干重：生物体（或细胞）除去水分以后所测得的重量（数目最多）最基本元素（占干重55.99%）基本元素主要元素（占鲜重97%以上）大量元素

CHONPSKCaMg微量元素（占生物总重量0.01%以上）：Fe（半微量）、Mn、Zn、Cu、B、Mo等一、组成细胞的必需元素（常见20多种，主要是化合态）占生物总重量0.01%以上新（Zn）铁（Fe）臂（B）阿童（Cu）木（Mo）,猛（Mn）！无机盐（矿质元素或矿物质）：除C、H、O外的其他元素铁（Fe）猛（Mn）碰（B）新（Zn）木（Mo）桶（Cu）讨论3：为什么碳是构成细胞的最基本元素？

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。通过分析，你能得出什么结论呢?

微量元素是生物体不可缺少的必需元素，在生物体中含量很少，但其作用是其它元素不可替代的。铅（Pb）、汞（Hg）在细胞中含量也很低，属于微量元素吗？不属于，生物体不需要吸收Pb和Hg，一旦吸收会引起重金属中毒。

注意：任何元素的功能都不能被其他元素替代。大量元素和微量元素都是生物体生命活动所必需的元素。区分大量元素和微量元素的依据是“含量”而不是“重要性”组成细胞的元素作用（组成化合物：Fe、Ca、Mg、I；调节生命活动：B、Zn、Ca等）缺Fe：人体患贫血；果树患黄叶病缺Ca：幼年缺佝偻病，成年缺钙患骨质疏松症；哺乳动物血液中缺钙会抽搐，钙过多肌无力缺I：幼年患呆小症；成年患甲状腺肿大（大脖子病）缺B：华而不实（只开花不结果）缺Zn：影响人体生长发育、大脑发育和性成熟缺Mg：影响植物叶绿素的合成，影响光合作用的进行缺Se：患克山病（原发性心脏病）植物缺Mg导致斑块状黄化血液Ca2+

低导致抽搐

二、组成细胞的化合物思考：细胞元素主要形式？正常细胞和完全脱水细胞最多的化合物或有机物？水：85%-90%无机盐：1%-1.5%有机物糖类脂类:1%-1.5%蛋白质:7%-10%核酸1%-1.5%无机物细胞化合物化合物；正常细胞最多化合物是水，最多有机物是蛋白质；完全脱水细胞最多化合物是蛋白质，最多有机物是蛋白质。2．上图数据是基于大量不同种类细胞统计的结果，实际上不同生物组织的细胞中各种化合物的含量相同吗？1．梨的果实和叶片细胞所含化合物种类和含量有何差别？不同食物中的营养物质的种类和含量有很大差别，在日常膳食中需要做到不同食物的合理搭配，满足机体营养需要。梨的果实细胞中糖类和水分等物质多，不含叶绿素实验原理：某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应。3．如何鉴定生物组织中的还原糖（葡萄糖/果糖/半乳糖/乳糖/麦芽糖）、淀粉、蛋白质、脂肪？请确定你的选题、实验材料、实验方案，并预期实验结果。

淀粉+碘→蓝色

还原糖（醛基/酮基）+斐林试剂（Cu(OH)2蓝色）→砖红色Cu2O沉淀脂肪+苏丹Ⅲ→橘黄色

蛋白质（肽键）+双缩脲试剂（碱性Cu2+蓝色）→紫色实验

检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质目的要求：尝试用化学试剂检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质。材料用具试剂：1．实验材料：梨匀浆、葡萄匀浆、白萝卜匀浆、苹果汁、花生种子、豆浆、马铃薯匀浆、豆浆、鲜肝提取液、鸡蛋清稀释液等。

2．仪器：刀片、试管、试管架、试管夹、大小烧杯、小量筒、滴管、酒精灯、三脚架、石棉网、火柴、载玻片、盖玻片、毛笔、吸水纸、显微镜等。

3．试剂：碘液；斐林试剂（甲液:0.1g/mL的NaOH溶液，乙液：0.05g/mL的CuSO4溶液）；0.01g/mL的苏丹Ⅲ或Ⅳ溶液；双缩脲试剂（A液:0.1g/mLNaOH溶液，B液：0.01g/mLCuSO4溶液）；50%酒精溶液，蒸馏水。方法步骤：1．实验材料、仪器和试剂的选择

2．设计记录表格，记录预测结果

3．检测的方法步骤：选做淀粉的检测和观察（1）还原糖的检测和观察;（2）脂肪的检测和观察;（3）蛋白质的检测和观察;50~65℃碘液2滴碘液（棕黄色）方法步骤：选做淀粉的检测和观察②材料：④过程及显色反应：①原理：③试剂：直链淀粉+碘→蓝黑色支链淀粉+碘→橙红色直链淀粉高，白色或近于无色，如马铃薯匀浆等

碘液（遇强光会分解，故用深棕色瓶保存）无色→蓝色方法步骤：（1）还原糖（教材P18葡萄糖、果糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖）的检测和观察②材料：

斐林试剂（现配现用，甲液和乙液等量混合均匀后使用）④显色反应：西瓜、草莓、甜菜、甘蔗、马铃薯可以吗？含糖高，白色或近于无色，如梨/葡萄/白萝卜匀浆、苹果汁等还原糖（醛/酮基）+斐林试剂（Cu(OH)2溶液蓝）砖红色沉淀50~65℃水浴①原理：浅蓝→棕→砖红色沉淀③试剂：方法步骤：（2）脂肪的检测和观察切片机或徒手切片花生种子组织切片苏丹Ⅲ（苏丹Ⅳ）染液2～3滴染色3min吸去多余染液50%_____溶液1～2滴洗去_____吸去多余酒精_____1～2滴盖盖玻片临时装片低倍镜找花生子叶最薄处着色细胞，再用高倍镜观察染成橘黄的脂肪颗粒酒精浮色蒸馏水脂肪微粒脂肪+苏丹Ⅲ/Ⅳ→橘黄/红色方法步骤：（3）蛋白质的检测和观察蛋白质至少2个肽键+双缩脲试剂（碱性Cu2+蓝色）→紫色②材料：④过程及显色反应：①原理：③试剂：白色或近于无色，如豆浆、鲜肝研磨液、鸡蛋清稀释液等

双缩脲试剂（现配现用，先加A（0.1g/mLNaOH溶液）1mL，后滴B液（0.01g/mLCuSO4溶液）4滴）向试管加组织样液2mL，再加入双缩脲试剂A液1mL，摇匀；后滴入双缩脲试剂B液4滴，摇匀；观察并记录组织样液颜色变化。浅蓝→紫色双缩脲试剂A液1mL双缩脲试剂B液4滴注意：蛋白质鉴定时，双缩脲试剂B液加4滴（少量）的原因：防止Cu2+过量与NaOH反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀，干扰紫色的观察。实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质Experiment:Detectcarbohydrates,fatsandproteinsinbiologicaltissues斐林试剂与双缩脲试剂的比较试剂斐林试剂双缩脲试剂甲液乙液A液B液成分及其浓度鉴定物质反应实质添加顺序反应条件反应现象实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质Experiment:Detectcarbohydrates,fatsandproteinsinbiologicaltissues试剂斐林试剂双缩脲试剂甲液乙液A液B液成分及其浓度0.1g/mLNaOH0.05g/mLCuSO40.1g/mLNaOH0.01g/mLCuSO4鉴定物质还原糖蛋白质反应实质还原糖将Cu2+还原，生成砖红色的Cu2O在碱性条件下，肽键与双缩脲试剂中Cu2+作用，产生紫色络合物添加顺序甲、乙等量混匀立即使用先加A液1mL，摇匀；再加B液4滴，摇匀反应条件50～65℃水浴加热不需加热，摇匀即可反应现象浅蓝色→棕色→砖红色沉淀紫色实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质Experiment:Detectcarbohydrates,fatsandproteinsinbiologicaltissues鉴定物试剂试验条件生成物颜色还原糖蛋白质脂肪淀粉斐林试剂(0.1g/mL氢氧化钠和0.05g/mL硫酸铜)双缩脲试剂(0.1g/mL氢氧化钠和0.01g/mL硫酸铜)苏丹III染液碘液现配现用（等量的氢氧化钠和硫酸铜混合），50-60℃，水浴加热先加A液（2ml），后加B液（3-4滴），常温常温，染色后用体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色，需要镜检常温砖红色沉淀紫色蓝色苏丹IV染液橘黄色红色实验材料的选择（1）所选材料应富含被检测的有机物，易出现明显的实验现象。（2）材料本身应为白色或近于白色，不干扰实验结果。三类有机物的检测在操作步骤上的差异（1）唯一需要加热的——还原糖的检测，若不加热，则无砖红色沉淀出现。（2）唯一需要显微镜的——花生子叶切片脂肪的检测。（3）混合后加入的——斐林试剂；分别加入的——双缩脲试剂。

易错警示易忽略斐林试剂本身的颜色；非还原糖(如蔗糖)＋斐林试剂水浴加热后的现象不是无色，而是浅蓝色[Cu(OH)2的颜色]。注意事项1．在可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的检测实验中，对实验材料选择错误的是（

）A．甘蔗茎的薄壁组织、甜菜的块根等，都含有较多的糖且近于白色，因此可用于进行可溶性还原糖的鉴定B．花生种子含脂肪多且子叶肥厚，是用于脂肪鉴定的理想材料C．大豆种子蛋白质含量高，是进行蛋白质鉴定的理想植物组织材料D．鸡蛋清是进行蛋白质检测的理想实验材料A2．下列关于实验操作步骤的叙述中，正确的是（

）A．用于鉴定可溶性还原糖的斐林试剂甲液和乙液，可直接用于蛋白质的鉴定B．鉴定可溶性还原糖时，要加入斐林试剂甲液后再加入乙液C．脂肪的鉴定实验中需用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪颗粒D．用于鉴定蛋白质的双缩脲试剂A液和B液，要混合均匀，再加入含样品的试管中，且现配现用C实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质Experiment:Detectcarbohydrates,fatsandproteinsinbiologicaltissues3．油菜种子成熟过程中部分有机物的含量变化如图，将不同成熟阶段的种子匀浆检测，结果正确的是（）C实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质Experiment:Detectcarbohydrates,fatsandproteinsinbiologicaltissues.

1．基于对细胞元素组成、元素含量等的认识，判断下列相关表述是否正确。（1）细胞中不存在无机自然界没有的特殊元素。

（

）（2）细胞中微量元素含量很少，作用也很微小。

（

）（3）不同种类的细胞其组成元素和化合物种类基本相同，但含量又往往有一定差异，这既体现了细胞的统一性，又反映了细胞的多样性。（

）√×√练习与应用一、概念检测2．将下列试剂与相应的待测样品、相应的实验结果用线连接起来。3．在下列有机化合物中，人体细胞内含量最多的一种是（

）A．脂质

B．糖类

C．蛋白质

D．核酸4.科学家在研究生物体的化学成分时，发现组成生物体的元素在无机自然界中也都存在，这一事实主要说明（

）A．生物来源于非生物

B．生物界与无机自然界具有统一性C．生物界与无机自然界具有差异性

D．生物与非生物在元素组成上没有区别BC.

1．组成细胞元素追根溯源来自无机环境，为何细胞各种元素比例与无机环境的大不相同？

细胞是生命活动的基本单位，虽然组成细胞的元素来自无机环境，但是构成细胞的主要元素C、H、O、N含量与无机环境差异很大，这与细胞内的有机化合物如糖类、脂质、蛋白质和核酸有关。练习与应用二、拓展应用2．将细胞内含有的各种物质配齐，并按照它们在细胞中的比例放在一个试管中，能构成一个生命系统吗？为什么？不能。因为生命系统内部是一个严谨有序的结构，不是由物质随意堆砌而成。附加1．如图为元素在生物体内的含量分布情况，下列表述不正确的是（

）A．Ⅰ在非生物界中都能找到，体现了生物界与非生物界的统一性B．Ⅱ含量虽少，却是生物体正常生命活动不可缺少的C．Ⅱ和Ⅲ为生物体的必需元素，一旦缺乏就可能会导致相应的病症D．P、S、K、Ca、Fe属于大量元素D附加2．生命的物质基础是组成细胞的元素和化合物，如图中序号代表不同的化合物，面积不同代表含量不同，其中Ⅰ和Ⅱ代表两大类化合物。下列叙述正确的是（

）A．若Ⅴ和Ⅵ分别代表蛋白质和脂质，则Ⅶ代表核酸B．细胞干重和鲜重中含量最多的分别是Ⅴ和ⅢC．医用的生理盐水和糖溶液中的溶质分别属于Ⅳ和ⅤD．上述物质中氧原子含量最高的化合物是ⅡB附加3