2.1 細(xì)胞中的元素和化合物- 高一生物 （人教版2019必修1）

問題探討討論1：比較組成地殼和組成細(xì)胞的部分元素的含量，你能發(fā)現(xiàn)非生物界與生物界有什么關(guān)系？

細(xì)胞的元素在無機(jī)環(huán)境中都能找到，沒有一種是其特有的統(tǒng)一性：

細(xì)胞與無機(jī)環(huán)境中的各種化學(xué)元素含量相差很大差異性：干重玉米人O44.4314.62C43.7555.99H6.247.46N1.469.33K0.921.09Ca0.234.67P0.203.11Mg0.180.16S0.170.78討論2：比較植物和動(dòng)物細(xì)胞元素含量表，你能發(fā)現(xiàn)什么異同？1.

不同生物細(xì)胞的元素種類大致相同；同種元素在不同生物體內(nèi)的含量相差很大2.同一生物體內(nèi)不同元素的含量不同，其中C、H、O、N所占比例較大，為其基本元素。動(dòng)物細(xì)胞含蛋白質(zhì)（N、S）、脂質(zhì)（C、H、P）、骨骼（Ca）較多；植物含糖類（O）較多。統(tǒng)一性：差異性：第2章組成細(xì)胞的分子第1節(jié)細(xì)胞中的元素和化合物學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．說出組成細(xì)胞的元素都來自自然界但各元素相對(duì)含量又與無機(jī)環(huán)境不同；2．說出組成細(xì)胞的大量元素和主要微量元素，說出組成細(xì)胞的化合物的主要種類；3．嘗試檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、觀察結(jié)果，基于實(shí)驗(yàn)簡述組成細(xì)胞的物質(zhì)的特殊性。江西生物組東東老師脂肪微粒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狀態(tài)鮮重/正常細(xì)胞/活細(xì)胞干重/完全脫水含量最多的元素含量最多的四種元素OCO>C>H>NC>O>N>H組成人體細(xì)胞的主要元素（占細(xì)胞鮮重的百分比）組成人體細(xì)胞的主要元素（占細(xì)胞干重的百分比）鮮重：生物體或細(xì)胞在自然生活狀態(tài)下所測(cè)得的重量；干重：生物體（或細(xì)胞）除去水分以后所測(cè)得的重量（數(shù)目最多）最基本元素（占干重55.99%）基本元素主要元素（占鮮重97%以上）大量元素

CHONPSKCaMg微量元素（占生物總重量0.01%以上）：Fe（半微量）、Mn、Zn、Cu、B、Mo等一、組成細(xì)胞的必需元素（常見20多種，主要是化合態(tài)）占生物總重量0.01%以上新（Zn）鐵（Fe）臂（B）阿童（Cu）木（Mo）,猛（Mn）！無機(jī)鹽（礦質(zhì)元素或礦物質(zhì)）：除C、H、O外的其他元素鐵（Fe）猛（Mn）碰（B）新（Zn）木（Mo）桶（Cu）討論3：為什么碳是構(gòu)成細(xì)胞的最基本元素？

幾十年前,新西蘭有一個(gè)牧場(chǎng)的大片牧草長勢(shì)很弱，有的甚至發(fā)黃枯萎，即使使用了大量的N、P、K肥也無濟(jì)于事。后來,人們偶然發(fā)現(xiàn)牧場(chǎng)內(nèi)的一小片牧草長得十分茂盛，原來，這一片“綠洲”的附近有一座鉬礦,礦工每天上下班總是抄近路走，他們的鞋子踩過的地方，牧草綠油油的。經(jīng)過科學(xué)家的化驗(yàn)和分析，一公頃牧草只需150克鉬就足夠了。通過分析，你能得出什么結(jié)論呢?

微量元素是生物體不可缺少的必需元素，在生物體中含量很少，但其作用是其它元素不可替代的。鉛（Pb）、汞（Hg）在細(xì)胞中含量也很低，屬于微量元素嗎？不屬于，生物體不需要吸收Pb和Hg，一旦吸收會(huì)引起重金屬中毒。

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體生命活動(dòng)所必需的元素。區(qū)分大量元素和微量元素的依據(jù)是“含量”而不是“重要性”組成細(xì)胞的元素作用（組成化合物：Fe、Ca、Mg、I；調(diào)節(jié)生命活動(dòng)：B、Zn、Ca等）缺Fe：人體患貧血；果樹患黃葉病缺Ca：幼年缺佝僂病，成年缺鈣患骨質(zhì)疏松癥；哺乳動(dòng)物血液中缺鈣會(huì)抽搐，鈣過多肌無力缺I：幼年患呆小癥；成年患甲狀腺腫大（大脖子?。┤盉：華而不實(shí)（只開花不結(jié)果）缺Zn：影響人體生長發(fā)育、大腦發(fā)育和性成熟缺Mg：影響植物葉綠素的合成，影響光合作用的進(jìn)行缺Se：患克山?。ㄔl(fā)性心臟?。┲参锶盡g導(dǎo)致斑塊狀黃化血液Ca2+

低導(dǎo)致抽搐

二、組成細(xì)胞的化合物思考：細(xì)胞元素主要形式？正常細(xì)胞和完全脫水細(xì)胞最多的化合物或有機(jī)物？水：85%-90%無機(jī)鹽：1%-1.5%有機(jī)物糖類脂類:1%-1.5%蛋白質(zhì):7%-10%核酸1%-1.5%無機(jī)物細(xì)胞化合物化合物；正常細(xì)胞最多化合物是水，最多有機(jī)物是蛋白質(zhì)；完全脫水細(xì)胞最多化合物是蛋白質(zhì)，最多有機(jī)物是蛋白質(zhì)。2．上圖數(shù)據(jù)是基于大量不同種類細(xì)胞統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，實(shí)際上不同生物組織的細(xì)胞中各種化合物的含量相同嗎？1．梨的果實(shí)和葉片細(xì)胞所含化合物種類和含量有何差別？不同食物中的營養(yǎng)物質(zhì)的種類和含量有很大差別，在日常膳食中需要做到不同食物的合理搭配，滿足機(jī)體營養(yǎng)需要。梨的果實(shí)細(xì)胞中糖類和水分等物質(zhì)多，不含葉綠素實(shí)驗(yàn)原理：某些化學(xué)試劑能夠使生物組織中的有關(guān)有機(jī)化合物產(chǎn)生特定的顏色反應(yīng)。3．如何鑒定生物組織中的還原糖（葡萄糖/果糖/半乳糖/乳糖/麥芽糖）、淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪？請(qǐng)確定你的選題、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方案，并預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

淀粉+碘→藍(lán)色

還原糖（醛基/酮基）+斐林試劑（Cu(OH)2藍(lán)色）→磚紅色Cu2O沉淀脂肪+蘇丹Ⅲ→橘黃色

蛋白質(zhì)（肽鍵）+雙縮脲試劑（堿性Cu2+藍(lán)色）→紫色實(shí)驗(yàn)

檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)目的要求：嘗試用化學(xué)試劑檢測(cè)生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。材料用具試劑：1．實(shí)驗(yàn)材料：梨勻漿、葡萄勻漿、白蘿卜勻漿、蘋果汁、花生種子、豆?jié){、馬鈴薯勻漿、豆?jié){、鮮肝提取液、雞蛋清稀釋液等。

2．儀器：刀片、試管、試管架、試管夾、大小燒杯、小量筒、滴管、酒精燈、三腳架、石棉網(wǎng)、火柴、載玻片、蓋玻片、毛筆、吸水紙、顯微鏡等。

3．試劑：碘液；斐林試劑（甲液:0.1g/mL的NaOH溶液，乙液：0.05g/mL的CuSO4溶液）；0.01g/mL的蘇丹Ⅲ或Ⅳ溶液；雙縮脲試劑（A液:0.1g/mLNaOH溶液，B液：0.01g/mLCuSO4溶液）；50%酒精溶液，蒸餾水。方法步驟：1．實(shí)驗(yàn)材料、儀器和試劑的選擇

2．設(shè)計(jì)記錄表格，記錄預(yù)測(cè)結(jié)果

3．檢測(cè)的方法步驟：選做淀粉的檢測(cè)和觀察（1）還原糖的檢測(cè)和觀察;（2）脂肪的檢測(cè)和觀察;（3）蛋白質(zhì)的檢測(cè)和觀察;50~65℃碘液2滴碘液（棕黃色）方法步驟：選做淀粉的檢測(cè)和觀察②材料：④過程及顯色反應(yīng)：①原理：③試劑：直鏈淀粉+碘→藍(lán)黑色支鏈淀粉+碘→橙紅色直鏈淀粉高，白色或近于無色，如馬鈴薯勻漿等

碘液（遇強(qiáng)光會(huì)分解，故用深棕色瓶保存）無色→藍(lán)色方法步驟：（1）還原糖（教材P18葡萄糖、果糖、半乳糖、麥芽糖、乳糖）的檢測(cè)和觀察②材料：

斐林試劑（現(xiàn)配現(xiàn)用，甲液和乙液等量混合均勻后使用）④顯色反應(yīng)：西瓜、草莓、甜菜、甘蔗、馬鈴薯可以嗎？含糖高，白色或近于無色，如梨/葡萄/白蘿卜勻漿、蘋果汁等還原糖（醛/酮基）+斐林試劑（Cu(OH)2溶液藍(lán)）磚紅色沉淀50~65℃水?、僭恚簻\藍(lán)→棕→磚紅色沉淀③試劑：方法步驟：（2）脂肪的檢測(cè)和觀察切片機(jī)或徒手切片花生種子組織切片蘇丹Ⅲ（蘇丹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滴蓋蓋玻片臨時(shí)裝片低倍鏡找花生子葉最薄處著色細(xì)胞，再用高倍鏡觀察染成橘黃的脂肪顆粒酒精浮色蒸餾水脂肪微粒脂肪+蘇丹Ⅲ/Ⅳ→橘黃/紅色方法步驟：（3）蛋白質(zhì)的檢測(cè)和觀察蛋白質(zhì)至少2個(gè)肽鍵+雙縮脲試劑（堿性Cu2+藍(lán)色）→紫色②材料：④過程及顯色反應(yīng)：①原理：③試劑：白色或近于無色，如豆?jié){、鮮肝研磨液、雞蛋清稀釋液等

雙縮脲試劑（現(xiàn)配現(xiàn)用，先加A（0.1g/mLNaOH溶液）1mL，后滴B液（0.01g/mLCuSO4溶液）4滴）向試管加組織樣液2mL，再加入雙縮脲試劑A液1mL，搖勻；后滴入雙縮脲試劑B液4滴，搖勻；觀察并記錄組織樣液顏色變化。淺藍(lán)→紫色雙縮脲試劑A液1mL雙縮脲試劑B液4滴注意：蛋白質(zhì)鑒定時(shí)，雙縮脲試劑B液加4滴（少量）的原因：防止Cu2+過量與NaOH反應(yīng)生成Cu(OH)2藍(lán)色沉淀，干擾紫色的觀察。實(shí)驗(yàn)：檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)Experiment:Detectcarbohydrates,fatsandproteinsinbiologicaltissues斐林試劑與雙縮脲試劑的比較試劑斐林試劑雙縮脲試劑甲液乙液A液B液成分及其濃度鑒定物質(zhì)反應(yīng)實(shí)質(zhì)添加順序反應(yīng)條件反應(yīng)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)：檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)Experiment:Detectcarbohydrates,fatsandproteinsinbiologicaltissues試劑斐林試劑雙縮脲試劑甲液乙液A液B液成分及其濃度0.1g/mLNaOH0.05g/mLCuSO40.1g/mLNaOH0.01g/mLCuSO4鑒定物質(zhì)還原糖蛋白質(zhì)反應(yīng)實(shí)質(zhì)還原糖將Cu2+還原，生成磚紅色的Cu2O在堿性條件下，肽鍵與雙縮脲試劑中Cu2+作用，產(chǎn)生紫色絡(luò)合物添加順序甲、乙等量混勻立即使用先加A液1mL，搖勻；再加B液4滴，搖勻反應(yīng)條件50～65℃水浴加熱不需加熱，搖勻即可反應(yīng)現(xiàn)象淺藍(lán)色→棕色→磚紅色沉淀紫色實(shí)驗(yàn)：檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)Experiment:Detectcarbohydrates,fatsandproteinsinbiologicaltissues鑒定物試劑試驗(yàn)條件生成物顏色還原糖蛋白質(zhì)脂肪淀粉斐林試劑(0.1g/mL氫氧化鈉和0.05g/mL硫酸銅)雙縮脲試劑(0.1g/mL氫氧化鈉和0.01g/mL硫酸銅)蘇丹III染液碘液現(xiàn)配現(xiàn)用（等量的氫氧化鈉和硫酸銅混合），50-60℃，水浴加熱先加A液（2ml），后加B液（3-4滴），常溫常溫，染色后用體積分?jǐn)?shù)為50%的酒精溶液洗去浮色，需要鏡檢常溫磚紅色沉淀紫色藍(lán)色蘇丹IV染液橘黃色紅色實(shí)驗(yàn)材料的選擇（1）所選材料應(yīng)富含被檢測(cè)的有機(jī)物，易出現(xiàn)明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（2）材料本身應(yīng)為白色或近于白色，不干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。三類有機(jī)物的檢測(cè)在操作步驟上的差異（1）唯一需要加熱的——還原糖的檢測(cè)，若不加熱，則無磚紅色沉淀出現(xiàn)。（2）唯一需要顯微鏡的——花生子葉切片脂肪的檢測(cè)。（3）混合后加入的——斐林試劑；分別加入的——雙縮脲試劑。

易錯(cuò)警示易忽略斐林試劑本身的顏色；非還原糖(如蔗糖)＋斐林試劑水浴加熱后的現(xiàn)象不是無色，而是淺藍(lán)色[Cu(OH)2的顏色]。注意事項(xiàng)1．在可溶性還原糖、脂肪、蛋白質(zhì)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)材料選擇錯(cuò)誤的是（

）A．甘蔗莖的薄壁組織、甜菜的塊根等，都含有較多的糖且近于白色，因此可用于進(jìn)行可溶性還原糖的鑒定B．花生種子含脂肪多且子葉肥厚，是用于脂肪鑒定的理想材料C．大豆種子蛋白質(zhì)含量高，是進(jìn)行蛋白質(zhì)鑒定的理想植物組織材料D．雞蛋清是進(jìn)行蛋白質(zhì)檢測(cè)的理想實(shí)驗(yàn)材料A2．下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作步驟的敘述中，正確的是（

）A．用于鑒定可溶性還原糖的斐林試劑甲液和乙液，可直接用于蛋白質(zhì)的鑒定B．鑒定可溶性還原糖時(shí)，要加入斐林試劑甲液后再加入乙液C．脂肪的鑒定實(shí)驗(yàn)中需用顯微鏡才能看到被染成橘黃色的脂肪顆粒D．用于鑒定蛋白質(zhì)的雙縮脲試劑A液和B液，要混合均勻，再加入含樣品的試管中，且現(xiàn)配現(xiàn)用C實(shí)驗(yàn)：檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)Experiment:Detectcarbohydrates,fatsandproteinsinbiologicaltissues3．油菜種子成熟過程中部分有機(jī)物的含量變化如圖，將不同成熟階段的種子勻漿檢測(cè)，結(jié)果正確的是（）C實(shí)驗(yàn)：檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)Experiment:Detectcarbohydrates,fatsandproteinsinbiologicaltissues.

1．基于對(duì)細(xì)胞元素組成、元素含量等的認(rèn)識(shí)，判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）細(xì)胞中不存在無機(jī)自然界沒有的特殊元素。

（

）（2）細(xì)胞中微量元素含量很少，作用也很微小。

（

）（3）不同種類的細(xì)胞其組成元素和化合物種類基本相同，但含量又往往有一定差異，這既體現(xiàn)了細(xì)胞的統(tǒng)一性，又反映了細(xì)胞的多樣性。（

）√×√練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測(cè)2．將下列試劑與相應(yīng)的待測(cè)樣品、相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果用線連接起來。3．在下列有機(jī)化合物中，人體細(xì)胞內(nèi)含量最多的一種是（

）A．脂質(zhì)

B．糖類

C．蛋白質(zhì)

D．核酸4.科學(xué)家在研究生物體的化學(xué)成分時(shí)，發(fā)現(xiàn)組成生物體的元素在無機(jī)自然界中也都存在，這一事實(shí)主要說明（

）A．生物來源于非生物

B．生物界與無機(jī)自然界具有統(tǒng)一性C．生物界與無機(jī)自然界具有差異性

D．生物與非生物在元素組成上沒有區(qū)別BC.

1．組成細(xì)胞元素追根溯源來自無機(jī)環(huán)境，為何細(xì)胞各種元素比例與無機(jī)環(huán)境的大不相同？

細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位，雖然組成細(xì)胞的元素來自無機(jī)環(huán)境，但是構(gòu)成細(xì)胞的主要元素C、H、O、N含量與無機(jī)環(huán)境差異很大，這與細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)化合物如糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸有關(guān)。練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用2．將細(xì)胞內(nèi)含有的各種物質(zhì)配齊，并按照它們?cè)诩?xì)胞中的比例放在一個(gè)試管中，能構(gòu)成一個(gè)生命系統(tǒng)嗎？為什么？不能。因?yàn)樯到y(tǒng)內(nèi)部是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)有序的結(jié)構(gòu)，不是由物質(zhì)隨意堆砌而成。附加1．如圖為元素在生物體內(nèi)的含量分布情況，下列表述不正確的是（

）A．Ⅰ在非生物界中都能找到，體現(xiàn)了生物界與非生物界的統(tǒng)一性B．Ⅱ含量雖少，卻是生物體正常生命活動(dòng)不可缺少的C．Ⅱ和Ⅲ為生物體的必需元素，一旦缺乏就可能會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的病癥D．P、S、K、Ca、Fe屬于大量元素D附加2．生命的物質(zhì)基礎(chǔ)是組成細(xì)胞的元素和化合物，如圖中序號(hào)代表不同的化合物，面積不同代表含量不同，其中Ⅰ和Ⅱ代表兩大類化合物。下列敘述正確的是（

）A．若Ⅴ和Ⅵ分別代表蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，則Ⅶ代表核酸B．細(xì)胞干重和鮮重中含量最多的分別是Ⅴ和ⅢC．醫(yī)用的生理鹽水和糖溶液中的溶質(zhì)分別屬于Ⅳ和ⅤD．上述物質(zhì)中氧原子含量最高的化合物是ⅡB附加3