1、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简述组成细胞的主要元素。(重点) 2说出构成细胞的基本元素是碳。(难点) 3尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，探讨细胞中主要化合物的种类。(重点、 难点) 4认同生命的物质性。 知识结构 组成细胞的元素 1细胞中元素的分类 (1)细胞中常见的元素有 20 多种，根据含量多少可以分为大量元素和微量元素。 大量元素(含量占生物体总质量万分之一以上的元素)主要有 C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg 等。 微量元素(生物所必需，但需要量却很少的元素)主要有 Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo 等。 (2)根据元素对生物
2、体的作用划分为最基本元素、基本元素和主要元素等。 最 基 本 元 素 ： C。 因 为 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 。 可 以 说 ， 地 球 上 的 生 命 是 在 碳 元 素 的 基 础 上 建 立 起 来 的基 本 元 素 ： C、 H、 O、 N 主 要 元 素 ： C、 H、 O、 N、 P、 S ) 2细胞中元素含量的特点 (1)上述元素分类是指生物的整体概况，具体到某种生物时元素的归属可能不同。 (2)占细胞干重最多的元素是 C，占细胞鲜重最多的元素是 O；无论
3、干重还是鲜重， C、H、O、N 四种元素的含量最多。在干重中的顺序为 CONH，在鲜重中的顺序为 OCHN。 (3)不同生物体内所含的化学元素的种类基本相同，但在不同生物体内同种元素的含量差别 较大；同一生物体内的不同细胞元素的含量也不相同。 “鲜重”和“干重”的含义 “鲜重”是指生物体(细胞)在自然生活状态下测得的重量，“干重”是指生物体(细胞)除 去水以后测得的重量，如教材图 21 和图 22 分别是组成人体细胞的几种主要元素占细胞鲜重 和干重的百分比。 3细胞中元素的作用 (1)无论是大量元素还是微量元素都是生物体必需的，对维持生命活动有重要作用。 (2)碳元素构成生物体内有机物的基本骨
4、架 碳链(或碳环)，是组成细胞的最基本元素。 4生物界与非生物界的统一性和差异性 (1)组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能找到，没有一种化学元素为细胞所特有，这 体现了生物界与非生物界的统一性。 (2)生物界与非生物界的各种元素的相对含量大不相同，这体现了生物界与非生物界的差异 性。 【例 1】 下列有关组成生物体化学元素的叙述，正确的是( ) A微量元素在生物体内含量最少，所以人体不存在微量元素缺乏症 B每种大量元素在不同的生物体内的含量都是相同的 C组成生物体的化学元素根据其含量不同分为大量元素和微量元素两大类 D组成生物体的大量元素中，C 是最基本的元素，在细胞鲜重中含量总是最多的
5、解析：微量元素在生物体内含量很少，却是维持正常生命活动不可缺少的，若缺乏，会出 现微量元素缺乏症，如缺锌、缺碘都会出现相应的病症，A 项错误。每种元素在不同的生物体 内的含量是不相同的，B 项错误。生物体中的化学元素根据含量不同可分为大量元素和微量元 素，C 项正确。C 是最基本的元素，但在细胞鲜重中含量最多的元素是 O，D 项错误。 答案：C 点拨：组成生物体的元素无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素；生物体 在元素组成上，不同生物的元素组成种类上有统一性，不同生物的元素组成含量上存在着差异 性。 组成细胞的化合物 1细胞中主要的化合物及其含量 分 类 无机化合物 有机化合物 组
6、 成 水 无机盐 蛋白质 脂质 核酸 糖类 质量分数/% 占 8590 占 11.5 占 710 占 12 共占 11.5 2.对上表的说明 (1)有机化合物和无机化合物的区别 主要看分子组成中是否有碳元素，如糖类是有机化合物，由 C、H、O 三种元素组成；水是 无机化合物，由 O、H 两种元素组成。但这不是严格意义上的区别，有机化合物是指除了 CO2、 碳酸及碳酸盐以外的含碳化合物。 (2)占细胞鲜重含量最多的化合物是水。 (3)占细胞干重含量最多的化合物是蛋白质。蛋白质是生命活动的主要体现者，是细胞的主 要结构成分。 (4)无论是细胞鲜重还是干重，含量最多的有机物都是蛋白质。 (5)细胞中
7、化合物鲜重含量大小顺序 水蛋白质脂质无机盐核酸/糖类 不论哪种环境中的生物，只要是活细胞，含量最多的化合物都是水。 教材第 17 页参考答案 思考与讨论 1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。当然这不是 严格意义上的区别。对这两类化合物的严格区分，请参照化学教科书。 2细胞中含量最多的有机化合物是蛋白质，无机化合物是水。蛋白质是组成生物体的重要 物质，在生命活动中起重要作用；水是生命之源，离开水，生命活动就无法进行。 3植物的叶肉细胞、果实细胞和种子的细胞中通常含有较多的糖类、脂质
8、和蛋白质。如禾 谷类的果实、种子中含淀粉(多糖)较多；甘蔗的茎和甜菜的根含蔗糖多；花生、芝麻种子中含 脂质多；大豆种子中含蛋白质多，等等。要想从植物的果实、种子中获得糖类、脂质和蛋白质， 就要设法使细胞破碎，再将这些物质提取出来。 【例 2】 沙漠中的旱生植物细胞中含量最多的物质是( ) A蛋白质 B糖类 C脂肪 D水 解析：不同的生物细胞虽然形态、结构和功能都有一定的差别，但细胞中各种化合物的含 量通常是水最多，蛋白质次之，这是由这些化合物在细胞中的功能所决定的。 答案：D 点拨：解答此类题一定要看清考查的是细胞鲜重还是干重中化合物的含量。水是细胞鲜重 中含量最多的化合物，蛋白质是细胞干重中
9、含量最多的化合物。此题易被“沙漠中的旱生植物” 误导，“旱生植物”细胞不是“干”细胞，其细胞中含量最多的化合物还是水。 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 1实验目的 尝试用化学试剂检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。 2原理 生物组织中有些有机化合物能与某些化学试剂产生特定的颜色反应。 (1)糖类 还原糖斐林试剂 砖红色沉淀。 50 65 水 浴 加 热 约 2min 淀粉碘液 蓝色。 (2)脂肪苏丹染液橘黄色；脂肪苏丹染液红色。 (3)蛋白质双缩脲试剂紫色。 3材料用具 (1)实验材料的选择 还原糖的鉴定实验中，最理想的实验材料是含糖量较高的生物组织(或器官)，而且组织 的颜色要较浅或近于
10、白色。可选用苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜等；不能选用甜菜、甘蔗， 因为它们所含的蔗糖属于非还原糖；马铃薯因淀粉较多，也不能作实验材料；不能选西瓜或含 还原糖的绿色叶片等作实验材料，以避免颜色的干扰。 脂肪的鉴定实验中，实验材料最好选用富含脂肪的种子。 蛋白质的鉴定实验中，最好选用富含蛋白质的生物组织，植物材料常用的是大豆，动物 材料常用的是鸡蛋的蛋清。 (2)试剂的使用 斐林试剂极不稳定，需要现配现用，并且需要水浴加热；双缩脲试剂使用时应先加 A 液摇 匀后，再加 B 液。 4实验步骤 (1)还原糖的检测和观察 (2)淀粉的检测和观察 5实验分析 (1)检测前留出部分样液的原因 虽然还原糖与蛋
11、白质的检测实验是验证性实验，但也要注意对照。在检测前留出一部分样 液，是为了与检测后样液的颜色变化作对照，以增强实验的可信度。 (2)各反应出现的颜色变化及原因 用斐林试剂检测还原糖的实验 组织样液刚加入斐林试剂时，呈现 Cu(OH)2溶液的颜色，即浅蓝色；加热后，部分 Cu(OH)2 被还原成砖红色的 Cu2O 沉淀，两者混合，溶液呈现棕色；随着反应的继续进行，Cu(OH) 2全部 被还原成 Cu2O，溶液转变为砖红色。颜色变化为：浅蓝色棕色砖红色(沉淀)。 用双缩脲试剂检测蛋白质的实验 加入双缩脲试剂 A 液，溶液为无色；再加入双缩脲试剂 B 液，因有 Cu(OH)2生成，故呈现 浅蓝色；
12、振荡均匀后，由于反应的进行，出现紫色的络合物。颜色变化为：无色浅蓝色紫 色。 (3)斐林试剂使用的注意事项 因为斐林试剂很不稳定，容易生成浅蓝色的 Cu(OH)2沉淀，所以应将甲液与乙液分别配制 储存，且现配现用。使用时，只有先将其配制成 Cu(OH)2溶液，才能与还原糖反应产生砖红色 的沉淀。若先加入 NaOH 溶液，还原糖中的还原性半缩醛羟基就会被氧化而失去还原性，再加入 CuSO4溶液后不能产生砖红色的 Cu2O 沉淀。 (4)双缩脲试剂的使用 先加入试剂 A 液，形成碱性环境，因为只有在碱性环境中，蛋白质才容易与 Cu2 发生颜色 反应。若加入过量的双缩脲试剂 B 液，CuSO 4在碱
13、性溶液中将生成大量的蓝色 Cu(OH)2沉淀，会 遮盖实验中所产生的紫色，影响观察结果。 斐林试剂与双缩脲试剂的比较 教材第 1819 页参考答案 实验讨论 3检测的各种生物材料中有机化合物的种类、含量不同。因此，我们应选择多种多样的食 物，保证获得全面的营养。 【例 3】 下面有关生物实验中实验原理、实验方法或实验结果的叙述，正确的是( ) A西瓜汁中含有丰富的葡萄糖和果糖，可用作还原糖鉴定的替代材料 B脂肪鉴定时，可观察到在细胞中已被苏丹染液染成黄色的圆形小颗粒 C双缩脲试剂 B 液为 0.01 g/mL CuSO4溶液 D鉴定还原糖时，要先加入斐林试剂甲液，摇匀后再加入乙液 解析：西瓜细胞的液泡中含有色素，不适合用作还原糖鉴定的实验材料；脂肪被苏丹染 液染成红色；鉴定还原糖时，斐林试剂的甲液和乙液应混合均匀后再使用。故选 C 项。 答案：C 点拨：在颜色反应的实验中，选取材料一般选白色或浅色材料，如果材料有颜色则需进行 脱色处理，防止材料的颜色掩盖反应出现的颜色。斐林试剂和双缩脲试剂在成分、使用方法、 呈色原理上都存在着差异，注意区分。
