第2讲细胞中的元素和化合物

第2讲│细胞中的元素和化合物第2讲细胞中的元素和化合物1第2讲│考点自主梳理►知识点一组成细胞的元素及作用组成生物体的化学元素种类虽然大体相同，但是________。根据组成生物体的化学元素，在生物体内含量的不同，可分为________和________。其中大量元素有________________________________；微量元素有___________________________等。大量元素中，_____________是构成细胞的基本元素，其中碳是最基本的元素；微量元素在生物体内的含量虽然极少，却是维持正常__________不可缺少的。考点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生命活动2第2讲│考点自主梳理

[问题导思]怎么理解碳是最基本元素及对生命的意义？

[答案]碳原子本身的化学性质，使它能够通过化学键连接成链或环，从而形成多种生物大分子——有机物。C占细胞干重的55.99%，在细胞的各种元素中含量最多，可以说，地球上的生命是在碳元素的基础上建立起来的。3第2讲│考点自主梳理

►知识点二生物界与非生物界的统一性和差异性

组成生物体的化学元素，在无机________中都可以找到，没有一种是生物界所特有的。这个事实说明生物界与非生物界具有________；组成生物体的化学元素，在生物体内和在无机自然界中的含量相差很大。这个事实说明生物界与非生物界具有________。自然界统一性差异性[问题导思]科学家认为，地球上最早的生物是由非生命的物质经过漫长的地质年代逐渐演变而来的，从构成细胞和生物体的化学元素分析，支持上述观点的依据是什么？

[答案]组成生物体的化学元素，没有一种是生物界所特有的，说明生物界与非生物界具有统一性。4第2讲│考点自主梳理

►知识点三组成细胞的化合物

水无机盐糖类脂质蛋白质核酸DNARNA5第2讲│考点自主梳理

在活细胞中含量最多的化合物是________(85%～90%)；不同种类的生物体中，水的含量________；不同的组织、器官中，水的含量________。细胞内________大多数以________状态存在，其含量虽然很________，但却有多方面的重要作用。含量最多的有机物是________(7%～10%)；占细胞鲜重比例最大的化学元素是________、占细胞干重比例最大的化学元素是________、占细胞干重比例最大的化合物是________。水不同也不同无机盐离子少蛋白质OC蛋白质[问题导思]构成细胞的化学元素真正的生物学意义是什么？[答案]细胞主要由20多种化学元素组成，这些元素在细胞内大多以化合物的形式存在，这些化学元素只有构成各种化合物时才具有真正的生物学意义。这些分子单独存在时并不能完成生命活动，只有组合成细胞后，由细胞完成各种生命活动。6第2讲│考点自主梳理

►知识点四细胞内有机物质的鉴定

糖类中的还原糖(葡萄糖、果糖)能与________发生作用，生成________沉淀；________可以被苏丹Ⅲ染成________，或被苏丹Ⅳ染成________；蛋白质与___________发生作用，产生________。在还原糖的检测中，斐林试剂甲液和乙液应______________________，并且要________加热；在蛋白质的检测中，在组织样液中应先加入______________1mL，再加入__________________4滴，不需加热。斐林试剂砖红色脂肪橘黄色红色双缩脲试剂紫色反应混合均匀后再使用水浴双缩脲试剂A液双缩脲试剂B液7第2讲│考点自主梳理

[问题导思]在鉴定显色实验之前，为什么要留出一部分样液？双缩脲试剂为什么可以鉴定蛋白质？

[答案]留出一部分样液，以便与鉴定后的样液的颜色变化作对照，这样可以增强说服力。双缩脲试剂可以鉴定蛋白质，是因为蛋白质有肽键。8第2讲│考向互动探究►探究考向一细胞中的化学元素

细胞中常见的化学元素有20多种，这些组成生物体的化学元素虽然在生物体内有一定的生理作用，但是单一的某种元素不可能表现出相应的生理功能。考向互动探究9

(1)组成生物体的化学元素在不同的生物体内种类大体相同；不同的生物体内各种化学元素的含量一般相差很大。(2)微量元素尽管在生物体内含量少，但它是必需元素。(3)碳原子本身的化学性质使它能够通过化学键连接成链或环，从而形成各种生物大分子，正是由于碳原子在组成生物大分子中的重要作用，科学家才说“碳是生命的核心元素”，“没有碳，就没有生命”，与其在生物体内的含量无关。第2讲│考向互动探究10

【知识拓展】1．在鲜重和干重条件下，细胞中各种元素的含量是不同的，如以人体为例：鲜重条件下：O(65%)＞C(18%)＞H(10%)＞N(3%)干重条件下：C(55.99%)＞O(14.62%)＞N(9.33%)＞H(7.46%)2．分类依据是根据元素在生物体内的含量，而不是生理作用，微量元素含量很少，但其生理作用却不可替代。3．大量元素和微量元素的划分是依据生物界中生物的整体情况，具体到某一种生物可能有差别。如Cl在植物体内是微量元素，但在人体内却是大量元素。第2讲│考向互动探究11

例1

如图2­1中图1是细胞中3种化合物含量的扇形图，图2是有活性的细胞中元素含量的柱形图，下列说法不正确的是()

第2讲│考向互动探究A．若图1表示正常细胞，则A、B化合物共有的元素中含量最多的是aB．若图1表示细胞完全脱水后化合物含量的扇形图，则A化合物中含量最多的元素为图2中的bC．若图1表示正常细胞，则B化合物具有多样性，其必含的元素为C、H、O、ND．图2中含量最多的元素是a，数量最多的也是aD12[易错解惑]蛋白质在细胞鲜重中占7%～10%，在细胞干重中占50%以上，无论什么细胞中，含量最多的化合物是水，含量最多的有机物是蛋白质，实际解题时要注意题干中的关键词，不要被一些干扰条件迷惑。[互动探究]若把选项D改为“图2中数量最多的元素是c，这与细胞中含量最多的化合物有关”对吗？

[答案]对，活性细胞中元素含量为图2，则a、b、c分别为O、C、H，其中O的含量最多，H的数量最多。第2讲│考向互动探究13

变式题

下列有关组成生物体化学元素和化合物的叙述，正确的是()A．磷是脂肪、ATP、DNA等不可缺少的成分，它是组成生物体的大量元素B．脱氧核糖核苷酸控制酶的合成C．植物生长素是一种蛋白质类激素，作用特点是微量高效D．纤维素很难被人体消化吸收，它是由C、H、O三种元素组成第2讲│考向互动探究D14►探究考向二细胞中水和无机盐的作用第2讲│考向互动探究种类细胞含量(鲜重)存在形式生理功能水1.最多，占细胞鲜重的85%～90%2．不同种类生物含量不同，水生＞陆生3．不同生长发育时期不同，幼体＞成体，植物幼嫩部分＞老熟部分结合水：一部分水与细胞内的其他物质相结合(4.5%)结合水是细胞结构的重要组成成分15第2讲│考向互动探究种类细胞含量(鲜重)存在形式生理功能水1.最多，占细胞鲜重的85%～90%2．不同种类生物含量不同，水生＞陆生3．不同生长发育时期不同，幼体＞成体，植物幼嫩部分＞老熟部分自由水：绝大部分的水以游离的形式存在，可以自由流动(95.5%)1.细胞内的良好溶剂；2.参与许多生化反应；3.多细胞生物体的绝大多数细胞的生活环境；4.有助于物质运输16第2讲│考向互动探究种类细胞含量(鲜重)存在形式生理功能无机盐很少，1%～1.5%大多数以离子形式存在，含量较多的阳离子有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋等，阴离子有Cl－、

等1.许多种无机盐离子对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用；2.对维持细胞的酸碱平衡非常重要；3.无机盐和水与其他物质，共同承担构建细胞、参与细胞生命活动等重要功能17

【知识拓展】1．生物体内含水量及比例与代谢(1)一般情况下，代谢活跃时，生物体含水量在70%以上。含水量降低，生命活动不活跃或进入休眠。(2)当自由水比例增加时，生物体代谢活跃，生长迅速，但抗逆性下降，例如，干种子内所含主要是结合水，干种子只有吸足水分——获得大量自由水，才能进行旺盛的生命活动。(3)当自由水向结合水转化时，代谢强度就会下降，抗寒、抗热、抗旱的性能提高。旱生植物比水生植物具有较强的抗旱能力。其生理原因之一就是结合水含量较高。第2讲│考向互动探究18

2．维持生物体内的平衡(1)渗透压平衡：Na＋、Cl－对细胞外液渗透压起重要作用，K＋则对细胞内液渗透压起决定作用。(2)酸碱平衡(即pH平衡)：pH调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着原生质组成物的所有特性以及在细胞内发生的一切反应，如人血浆中的。(3)离子平衡：动物细胞内外Na＋、K＋的比例是相对稳定的。细胞膜外Na＋高、K＋低，细胞膜内K＋高、Na＋低。K＋、Na＋这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差，是使细胞可以保持反应性能的重要条件。第2讲│考向互动探究19

例2下列有关生物体内水的叙述中，错误的是()①参与运输营养物质和代谢废物的水为自由水②生物体内化学反应离不开水③水是细胞结构的组成成分之一④人体细胞内水的存在形式为结合水和自由水⑤自由水与结合水的比例与细胞代谢强弱关系不大⑥不同细胞内自由水与结合水的比例相差不大A．①④⑤B．②④⑥C．⑤⑥D．①⑥第2讲│考向互动探究C20

【易错易混】1．活细胞中含量最多的元素是：O、C、H、N；脱水后细胞中含量最多的元素是：C、O、N、H。2．活细胞中含量最多的化合物是水；而脱水后含量最多的化合物是蛋白质。3．自由水/结合水比例升高，细胞代谢旺盛，但抗逆性降低。第2讲│考向互动探究21

变式题下列关于生物体内水和无机盐的说法，正确的是()A．是细胞中的能源物质之一B．哺乳动物血液中钙离子含量过多会引起抽搐C．能维持生物体的生命活动D．生物体处在不同发育期，含水量基本一样

第2讲│考向互动探究C22第2讲│实验方略展示

检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质【要点解剖】1．实验原理：可溶性糖中的还原糖(如葡萄糖、果糖、麦芽糖)，与斐林试剂发生作用，可以生成砖红色的沉淀。脂肪可以被苏丹Ⅲ染成橘黄色。蛋白质与双缩脲试剂发生作用，可以产生紫色反应。实验方略展示23

2．实验步骤(1)还原糖的鉴定第2讲│实验方略展示24第2讲│实验方略展示25

(3)蛋白质的鉴定第2讲│实验方略展示26（4）．淀粉的检测与观察第2讲│实验方略展示27

[注意事项]实验材料的选择和试剂的配制(1)还原糖的鉴定：要选择含还原糖量较高、颜色较浅的材料，这样颜色反应才明显。通过实验比较，颜色反应的明显程度依次为苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜。(2)脂肪的鉴定：要选择富含脂肪的材料，如花生、蓖麻等，提前浸泡3～4h。如果是新花生种子，可以不必浸泡，否则切下的薄片不易成形。(3)蛋白质的鉴定：最好的实验材料是鸡蛋清，其蛋白质含量相对高，配制的提取液透明，与双缩脲试剂反应后，颜色反应明显，但蛋清液需要稀释。第2讲│实验方略展示28(4)正确配制和使用斐林试剂与双缩脲试剂：配制这两种试剂时，都要用到NaOH溶液和CuSO4溶液，但配制时，溶液浓度不同，使用原理和方法也有明显区别。(见下表)第2讲│实验方略展示29第2讲│实验方略展示30

【方法例析】实验步骤设计要有逻辑性，有关对照实验步骤设计的一般规律是：第1步，取材、分组、编号。在这里实验材料包含实验中用到的各种动植物，取材时要注意数量和生理及发育状态相同；用具有烧杯、培养皿、饲养动物的容器等等。这些材料、用具在试题中都会给出，注意要结合实验的目的和原理合理利用。第2步，相同处理和不同处理。根据实验变量设置对照(注意：单一因素不同；其他因素相同且最适)。第2讲│实验方略展示31

实验中的无关变量很多(同一种实验结果可能会被多种不同的实验因素所引起)，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。对照实验设置的正确与否，关键就在于如何保证“其他条件相同且适宜”。设置对照实验，要做到如下四个方面：(1)所用生物材料要相同：所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。(2)所用实验器具要相同：试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。第2讲│实验方略展示32

(3)所用实验试剂要相同：试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题。(4)所用处理方法要相同如：保温或冷却；光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要做同样的处理。第3步，进一步的相同处理，如条件适宜的相同环境。从自变量和因变量的角度来看，一次实验可以有以下步骤：(1)将实验材料进行分组，分组时应本着随机分组，而且每组的材料在生理状况上应相似，一般至少一个实验组和一个对照组。第2讲│实验方略展示33(2)根据所给器材，设置自变量，同时控制无关变量，使其在最适条件，且控制除自变量外其他条件在各组都相同且做适宜处理。(3)观察记录因变量的变化。最常用的是描述法，即将实验现象进行描述。另外表格记录法也是常见的，设计表格时应体现自变量或分组情况和因变量的描述。第4步，检测、观察、统计、比较。找出具体的观察和记录对象，观察、记录、统计、比较实验数据和现象。第2讲│实验方略展示34如果实验现象是隐蔽的，必须找出具体的检测方法，以显现实验结果，便于观察，之后找出具体的观察和记录对象，观察、记录、统计、比较实验数据和现象。第5步，有些实验可能需要反复操作该实验。目的是防止偶然误差。下面的例题就是为了探究蛋白质对个体发育是否有影响而设置的实验步骤：第2讲│实验方略展示35

例3据报道，一些不法商家生产的所谓“100%纯牛奶”居然根本不与牛发生关系，只要用香精、糖、自来水和一些添加剂，就可以生产出“纯牛奶”。更为耸人听闻的是，不法商家利用垃圾堆里的破旧皮鞋、皮衣、皮帽及其他皮具，经过化学、生物处理，水解出皮革中的原有蛋白(称“人造蛋白”)，作为原料制成假牛奶。有人分析，“阜阳假奶粉案”所造成的大头娃娃致死，并非单纯是蛋白质含量低那么单纯，很可能是添加了“人造蛋白”所致。请设计实验，探究“人造蛋白”是否比缺乏蛋白质更有害儿童正常发育。第2讲│实验方略展示36

(1)选用恰当的试剂检测某样品中是否含有蛋白质。提供的试剂有：①碘液，②苏丹Ⅲ溶液，③双缩脲试剂，④斐林试剂。你选用的试剂应该是______________；蛋白质与相应试剂反应后，显示的颜色应为________。(2)完善以下实验设计并回答问题。①实验材料：幼龄大白鼠若干、真正的纯牛奶、不含任何蛋白质的假牛奶、含有“人造蛋白”的假牛奶、发育状况测定装置(可测定一定的发育状况指标，具体不作考试要求)、饲养装置等。②实验步骤：第2讲│实验方略展示③双缩脲试剂紫色a.选取年龄相当、体重相当