高中生物蘇教版分子與細胞第2章細胞的化學組成 第二章

第2課時細胞中的元素和無機化合物[目標導讀]1.閱讀教材P8～9，結(jié)合P8圖2－1，舉例說出細胞的元素組成。2.結(jié)合教材P9表2－1，理解必需元素含義。3.結(jié)合教材P9表2－2，認識細胞中的主要化合物及其相對質(zhì)量分數(shù)。4.閱讀教材P10第2、3段，舉例說出水在細胞中的存在形式和作用。5.閱讀教材P10內(nèi)容，說出無機鹽在細胞中的存在形式和主要作用。[重難點擊]1.生物體的元素組成。2.自由水、結(jié)合水。3.無機鹽的作用。一組成細胞的元素1．組成細胞的元素種類及含量生物種類繁多、數(shù)量巨大，具有廣泛的多樣性，但組成生物體的化學元素卻基本相似，閱讀教材P8內(nèi)容，結(jié)合下面材料思考：表1地殼和人體中含量較多的元素比較表地殼人體元素含量(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玉米和人體所含元素與細胞干重的質(zhì)量分數(shù)(%)

元素玉米人OCHNKCaPMgS(1)由表1可以看出：①生物體內(nèi)的任何一種元素都可以在無機自然界找到，說明生物界和非生物界具有統(tǒng)一性。②同一種元素在人體細胞中的含量和地殼中含量不同(相同、不同)，這體現(xiàn)了生物界和非生物界的差異性。(2)由表2可得出結(jié)論：①不同生物體內(nèi)所含的元素種類基本相同，但是每種元素的含量卻有多有少；②同一生物體內(nèi)不同化學元素的含量不同，其中C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等元素含量較多，稱為大量元素；Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等元素含量很少，稱為微量元素。(3)由教材P8圖2－1可得：在鮮重條件下，細胞中含量最多的元素是O，其次是C、H、N。2．生物的元素缺乏癥生物會因環(huán)境中缺乏某種元素而產(chǎn)生該元素的缺乏癥，根據(jù)下面材料思考：(1)下表是一項“硒與克山病發(fā)病相關(guān)性”研究的記錄組別年度觀察人數(shù)/人發(fā)病人數(shù)/人實驗組(補硒)1974451010197567677對照組(不補硒)19743985541975544552分析上表數(shù)據(jù)，可得出的結(jié)論是克山病和缺硒有關(guān)，硒是人體的必需元素。進一步說明生物缺乏必需元素可能導致疾病。(2)幾十年前，新西蘭有一個牧場的大片牧草長勢很弱，有的甚至發(fā)黃枯萎，即使使用了大量的N、P、K肥也無濟于事，后來，人們偶然發(fā)現(xiàn)牧場內(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)過科學家的化驗和分析，一公頃牧草只需150克鉬就足夠了。上述材料說明：①鉬屬于微量元素。②由材料分析，鉬雖然含量少，但是對生物體具有重要的作用，不可缺少。小貼士(1)在干重條件下，人體細胞中含量最多的元素是C，其次是O、N、H。(2)無論在鮮重還是干重條件下，細胞中都有并且含量最多的元素是C、H、O、N、P、S六種，它們被稱作組成細胞的主要元素。C、H、O、N四種元素被稱作構(gòu)成化合物和細胞結(jié)構(gòu)的基本元素。C是構(gòu)成細胞的最基本元素。(3)無論是大量元素還是微量元素，都是生物體必需的元素，對于維持生物體的生命活動起著非常重要的作用。歸納總結(jié)活學活用1．一位農(nóng)民種植的某塊農(nóng)田小麥產(chǎn)量總是比鄰近地塊的低。他懷疑該農(nóng)田可能是缺少某種元素，為此將該塊肥力均勻的農(nóng)田分成面積相等的五小塊，進行田間實驗。除施肥不同外、其他田間處理措施相同。實驗結(jié)果如下表：地塊甲乙丙丁戊施肥情況尿素磷酸二氫鉀磷酸二氫銨硫酸銨不施肥小麥收獲量從表中可判斷，該農(nóng)田最可能缺少的元素是()A．KB．N C．P D．S答案A解析由表中數(shù)據(jù)可知，在施用磷酸二氫鉀后，小麥收獲量明顯增加，磷酸二氫鉀含有P、O、H、K等元素，通過其他組可知，在施用含P、O、H的肥料后小麥并沒有明顯增產(chǎn)，故該農(nóng)田可能缺少K元素。二組成細胞的化合物組成細胞的元素多數(shù)以化合物的形式存在，如圖表示細胞中主要化合物的含量，請閱讀教材P9內(nèi)容，結(jié)合該圖分析回答下列問題。1．活細胞中含量最多的化合物和含量最多的有機物分別是什么？答案由上圖可知，活細胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有機化合物是蛋白質(zhì)。2．如果是在干重條件下呢？答案含量最多的化合物是蛋白質(zhì)，含量最多的有機化合物是蛋白質(zhì)。3．有機化合物和無機化合物有什么區(qū)別？答案有機化合物和無機化合物的區(qū)別主要看它們的分子組成中是否有碳元素，如糖類是有機化合物，由碳、氫、氧三種元素組成；水是無機化合物，由氫、氧兩種元素組成。歸納總結(jié)活學活用2．判斷下列敘述的正誤。(1)生活在沙漠中的仙人掌細胞中，各種化合物占細胞鮮重的含量由多到少排列順序是蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)、水()(2)細胞中絕大多數(shù)元素以化合物的形式存在()(3)有機化合物對活細胞重要，無機化合物對活細胞不重要()(4)人體的肌肉細胞中含量最多的物質(zhì)與過度肥胖者的脂肪細胞中含量最多的物質(zhì)分別是蛋白質(zhì)、脂肪()答案(1)×(2)√(3)×(4)×解析(1)無論是生活在沙漠中，還是在海洋中，所有活細胞中含量最多的化合物都是水。蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)含量最多的有機化合物，或者說是細胞干重中含量最多的化合物，再次是脂質(zhì)、糖類和核酸所占比例更小。(3)細胞中的化合物對細胞來說都重要，如缺鐵影響紅細胞運輸氧的功能，進而影響生命。(4)人體的肌肉細胞中含量最多的物質(zhì)與過度肥胖者的脂肪細胞中含量最多的物質(zhì)都是水。三細胞中的水水是生命之源，沒有水就沒有生命，請閱讀教材P10內(nèi)容探究水的存在形式和功能。1．水的存在方式(1)鮮種子曬干過程中失去的是可以自由流動的水，稱為自由水，干種子用水浸泡后仍能萌發(fā)，說明種子仍保持其生理活性。(2)干種子烘烤過程中所失去的水是結(jié)合水，不萌發(fā)，說明種子已經(jīng)死亡，由此可見細胞中一部分水是組成細胞結(jié)構(gòu)的重要成分，稱為結(jié)合水。2．自由水的功能(1)許多細胞生命活動需要的離子、分子都溶解在自由水中，說明自由水是細胞內(nèi)良好的溶劑。(2)細胞中幾乎所有的化學反應都是以自由水為介質(zhì)進行的，水是光合作用的原料說明有些自由水可直接作為反應物參與生物化學反應。(3)水在生物體內(nèi)的流動(如血液)，可以把其中溶解的營養(yǎng)物質(zhì)運輸?shù)礁鱾€細胞，同時又把細胞代謝產(chǎn)生的廢物運送到排泄器官或者直接運輸?shù)襟w外，這說明自由水具有運輸營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的功能?？傊杂伤畢⑴c細胞中各種代謝作用，在代謝旺盛的細胞中，自由水的含量一般較多。3．結(jié)合水的功能又是怎樣的呢？結(jié)合水是組成細胞結(jié)構(gòu)的重要成分。如休眠的種子、越冬的植物、生活在干旱和鹽漬條件下的植物，它們的細胞內(nèi)結(jié)合水的含量相對增多，使得它們抵抗不良環(huán)境的能力增強。4．根據(jù)上述的分析，說說二者之間的關(guān)系是怎樣的？答案(1)自由水/結(jié)合水與代謝、抗逆性的關(guān)系自由水/結(jié)合水eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(比值高?代謝旺盛，但抗逆性差,比值低?代謝強度降低，但抗寒、抗旱、,抗熱等抗逆性增強))(2)自由水/結(jié)合水與溫度的關(guān)系：溫度升高時，自由水增多，反之結(jié)合水增多。歸納總結(jié)活學活用3．判斷下列有關(guān)水的敘述的正誤。(1)參與運輸營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的水為自由水()(2)生物體內(nèi)的化學反應離不開水()(3)自由水與結(jié)合水的比例與新陳代謝的強弱關(guān)系不大()(4)人體細胞內(nèi)水的存在形式為結(jié)合水和自由水()(5)水是細胞結(jié)構(gòu)的組成成分之一()(6)不同細胞內(nèi)自由水與結(jié)合水的比例相差不大()(7)細胞內(nèi)自由水與結(jié)合水的含量是固定不變的()答案(1)√(2)√(3)×(4)√(5)√(6)×(7)×解析(3)自由水與結(jié)合水的比例越高，新陳代謝越強；(6)不同細胞內(nèi)自由水與結(jié)合水的比例差異可能會很大。(7)自由水和結(jié)合水在一些條件下可以互相轉(zhuǎn)換，比如降溫時部分自由水會轉(zhuǎn)換成結(jié)合水。四細胞中的無機鹽無機鹽在細胞中的含量僅為1%～%，但卻有著重要的作用，請閱讀教材P10內(nèi)容，結(jié)合下列材料，探究無機鹽的存在形式和生理作用。1．細胞中的無機鹽是以什么形式存在的？答案細胞中的無機鹽常以離子的形式存在，少數(shù)以化合物的形式存在，如構(gòu)成骨骼的CaCO3。2．結(jié)合材料，分析無機鹽的功能：(1)材料1：人體代謝過程中產(chǎn)生的一些代謝物質(zhì)會改變體液的酸堿度，人體血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等酸堿緩沖物質(zhì)，可以中和這些變化。該材料說明無機鹽對于維持細胞的酸堿平衡具有重要作用。(2)材料2：下圖為三種有機物的分子結(jié)構(gòu)圖由上述結(jié)構(gòu)圖可以看出無機鹽是合成有機物的原料。(3)材料3：合成血紅蛋白需要鐵(Fe2＋)，合成甲狀腺激素需要碘，說明無機鹽是合成某些具有特殊生理功能的物質(zhì)的原料。3．當某些無機鹽含量過多或過少時，生物體可能會出現(xiàn)相應的病癥。(1)當缺少Ca2＋時，哺乳動物會出現(xiàn)肌肉抽搐現(xiàn)象，而Ca2＋過多時，又會出現(xiàn)肌肉乏力現(xiàn)象等。(2)缺少Ca2＋時，番茄果實會出現(xiàn)臍腐現(xiàn)象。(3)缺少K＋時，番茄植株的老葉尖端和邊緣會失綠，直至干枯壞死。4．給病人輸液時，要用%的生理鹽水，而不能用蒸餾水或濃鹽水，這是為什么？答案輸液用的生理鹽水溶液和血漿滲透壓相等，醫(yī)學上稱為等滲溶液。正常人血漿滲透壓是相對穩(wěn)定的，相當于%NaCl溶液或%的葡萄糖溶液。%的生理鹽水和人的體液為等滲溶液，紅細胞等血細胞只有在等滲溶液中才能維持它的固有形態(tài)和功能。歸納總結(jié)活學活用4．判斷下列關(guān)于人體內(nèi)水和無機鹽的敘述的正誤。(1)都可作為細胞的能源物質(zhì)()(2)都能維持細胞的生命活動()(3)細胞中的無機鹽均以離子形式存在()(4)血鈣過高會引起肌肉抽搐()(5)無機鹽在細胞內(nèi)含量很少，具有維持細胞的酸堿平衡等功能()(6)大量出汗后應多喝淡鹽水()(7)某些無機鹽是細胞內(nèi)一些大分子物質(zhì)的組成成分，如Fe參與血紅蛋白的構(gòu)成，Mg參與葉綠素的形成()(8)缺少K＋時，番茄植株的老葉邊緣會失綠()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√(7)√(8)√解析(1)都不可作為細胞的能源物質(zhì)，能源物質(zhì)是糖類；(3)細胞中的無機鹽大多數(shù)以離子形式存在；(4)血鈣過低會引起肌肉抽搐。當堂檢測1．在細胞內(nèi)含量極少，但對維持生命活動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解析組成生物體的大量元素和微量元素都是維持生命活動必不可少的，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“九死還魂草”之稱，它在干枯后，若得到充足的水分仍能成活，其原因是()A．失去的水為自由水B．雖失去結(jié)合水，但體內(nèi)含有特殊的物質(zhì)C．此生物有特殊的結(jié)構(gòu)D．以上敘述都不正確答案A解析植物細胞主要通過滲透作用失水或吸水，而這些水是自由水。如果外界溶液濃度過高，失去結(jié)合水，則細胞的結(jié)構(gòu)被破壞而死亡，即使再補足水也不能復活。卷柏屬蕨類植物，適應能力強，干枯時失去大量的自由水。3．落葉的越冬植物體內(nèi)結(jié)合水含量相對增多，這是因為()A．使植物冬眠，降低新陳代謝的強度B．使植物的抗逆性增強，適應寒冷環(huán)境C．植物根不能從土壤中吸收水了D．植物體內(nèi)的水不能流動了答案B解析結(jié)合水是組成細胞結(jié)構(gòu)的重要成分，在寒冷環(huán)境中，體內(nèi)結(jié)合水的含量相對增多，使植物的抗逆性增強，以適應不良的環(huán)境，植物根仍可從土壤中吸收水，只是吸水能力降低一些，植物體內(nèi)的水仍能流動。4．無機鹽在生命活動中不可缺少，合成葉綠素和血紅蛋白分子必需的離子分別是()A．Mg2＋、Fe2＋ B．Ca2＋、Mg2＋C．POeq\o\al(3－,4)、K＋ D．K＋、I－答案A解析葉綠素的組成元素是C、H、O、N和Mg；血紅蛋白的組成元素是C、H、O、N和Fe。5．下面是用于無土栽培的一種培養(yǎng)液配方，據(jù)表回答問題。Ca(NO3)2gKClgMgSO4gFeCl3gKH2PO4gH2O1000mL(1)該配方中屬于植物所需的大量元素是____________________________，微量元素是____________。(2)該配方中組成細胞的基本元素是________________。用該培養(yǎng)液栽培植物，組成生物體的最基本元素的來源是________________。(3)如果用該培養(yǎng)液栽培番茄，該配方中明顯缺乏的微量元素是________________________。答案(1)H、O、N、P、S、K、Ca、MgFe、Cl(2)H、O、N空氣中的CO2(3)Mn、Zn、Cu、B、Mo40分鐘課時作業(yè)基礎過關(guān)知識點一組成細胞的元素1．下列關(guān)于組成細胞的微量元素的說法，不正確的是()A．通常指生物體生命活動所必需的，但需要量卻很少的一些元素B．生物體中可以有，也可以沒有的一些元素C．微量元素是細胞維持正常生命活動不可缺少的元素D．Cu、Zn、Mo等元素是細胞內(nèi)的微量元素答案B解析微量元素是指細胞內(nèi)含量在萬分之一以下的元素，含量雖少，但在生命活動中是不可缺少的，主要包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。2．人們經(jīng)常食用的牛、羊、豬等肉類及白菜、土豆等蔬菜，消化吸收后，其中的成分大多被轉(zhuǎn)化為人體自身的一部分，其根本原因是()A．組成生物體細胞的化學元素在無機自然界中都能找到B．在不同生物的體細胞內(nèi)，組成它們的化學元素的種類大體相同C．組成生物體細胞的基本元素是碳D．不同生物的細胞內(nèi)，組成它們的化學元素的含量大體相同答案B解析生物體總是不斷地和外界環(huán)境進行著物質(zhì)交換，有選擇地從自然界中獲取各種物質(zhì)來滿足自身的需要，不管相同生物還是不同生物，組成它們的細胞的化學元素和化合物種類大體是相同的，因此不同生物間可進行物質(zhì)交換。知識點二組成細胞的化合物3．大海中的水母、海帶，陸地上的蜥蜴、小草等都是生物，都是由細胞構(gòu)成的。這些生物細胞中含量最多的有機物是()A．水分B．蛋白質(zhì) C．脂質(zhì) D．糖類答案B解析生物細胞中含量最多的化合物是水分，占細胞的85%～90%。構(gòu)成生物細胞的有機物中，含量最多的是蛋白質(zhì)，占細胞的7%～10%，其次是脂質(zhì)。4．原產(chǎn)熱帶非洲地區(qū)的光棍樹，樹形奇特，無刺無葉，它莖干中的白色乳汁可以制取“石油”。光棍樹細胞中含量最多的化合物是()A．水B．脂質(zhì) C．蛋白質(zhì) D．糖類答案A解析細胞中水的含量大約占85%～90%，蛋白質(zhì)的含量大約占7%～10%，脂質(zhì)只占1%～2%，糖類和核酸大約占1%～%，所以含量最多的化合物是水。知識點三細胞中的水5．在探索外星空間是否存在生命的過程中，科學家始終把尋找水作為最關(guān)鍵的一環(huán)。這主要是因為水在生命中的意義是()A．水可以降溫B．水在生物體內(nèi)可以流動C．水能與蛋白質(zhì)結(jié)合D．生物細胞中幾乎所有的化學反應都必須在水中進行答案D解析生物細胞的許多生化反應必須有水的參與才能進行，生物體的生命活動離不開水，沒有水就沒有生命。6．若細胞內(nèi)結(jié)合水與自由水的比值用a表示，則初生細胞a1與衰老細胞a2的大小為()A．a(chǎn)1＞a2 B．a(chǎn)1＝a2C．a(chǎn)1＜a2 D．無法判斷答案C解析初生細胞代謝旺盛，自由水含量高；衰老細胞代謝弱，自由水含量低。知識點四細胞中的無機鹽7．適時補充鎂元素可使綠色植物葉片正常生長，因為()A．鎂是組成葉綠素的重要元素B．鎂是合成蛋白質(zhì)的原料C．鎂能促進植物吸水D．鎂是合成核酸的原料答案A解析綠色植物的葉片之所以呈現(xiàn)綠色，是因為葉肉細胞中含有葉綠體，其中的葉綠素呈現(xiàn)綠色。而鎂是組成葉綠素的重要元素，若缺乏，則葉片會表現(xiàn)出“失綠”的現(xiàn)象。8．醫(yī)生常常給病人輸液，常把藥劑溶解于生理鹽水%的NaCl溶液)中，而不是溶解于蒸餾水中。這是因為()A．無機鹽在生物體的生命活動中是不可缺少的B．蒸餾水不含營養(yǎng)物質(zhì)C．蒸餾水可增大細胞中自由水比例，使細胞代謝加快，加劇病情D．生理鹽水能維持人體細胞生活環(huán)境的穩(wěn)定狀態(tài)，防止細胞過度吸水或失水答案D解析%的NaCl溶液的濃度正好與人體細胞生活的液體濃度相等，在此液體環(huán)境中細胞不會因失水和吸水變形。能力提升9.如圖表示細胞中各種化合物或主要元素占細胞鮮重的含量，以下按①②③④順序排列正確的是()A．蛋白質(zhì)、水、脂質(zhì)、糖類，C、O、H、NB．蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)、水，N、H、O、CC．水、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類，H、O、N、CD．水、蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)，N、H、C、O答案A解析本題的解題突破口在②上，若表示化合物，則②為水；若表示元素，則②為氧。10．人體紅細胞呈圓餅狀，具有運輸氧氣的功能。下面是將人體紅細胞分別放在三種不同的液態(tài)環(huán)境中，一段時間內(nèi)的變化示意圖，請分析該圖說明的問題是()A．水分容易進出細胞B．無機鹽離子容易進出細胞C．紅細胞有運輸氧氣的功能D．水分和無機鹽對于維持細胞的形態(tài)和功能有重要作用答案D解析從圖示可知，紅細胞在%的生理鹽水中維持正常形態(tài)，在蒸餾水中吸水漲破，在濃鹽水中失水皺縮，所以D選項是正確的。11．科學工作者研究了鈣和硼對某種植物花粉粒萌發(fā)和花粉管生長的影響，結(jié)果如圖所示。下列結(jié)論與結(jié)果不相符的是()A．鈣或硼對花粉萌發(fā)和花粉管生長都有同樣的影響B(tài)．適宜濃度的硼或鈣明顯有利于花粉萌發(fā)或花粉管生長C．鈣對花粉管生長有明顯影響，而一定范圍內(nèi)幾乎不影響花粉萌發(fā)D．硼對于花粉萌發(fā)有明顯影響，而一定范圍內(nèi)幾乎不影響花粉管生長答案A解析從圖中可看出鈣或硼對花粉萌發(fā)率和花粉管生長的作用是不同的。一定范圍內(nèi)，鈣的濃度變化影響花粉管生長速度，但花粉萌發(fā)率幾乎不變；硼的濃度變化影響花粉萌發(fā)率，但花粉管生長速度幾乎不變。12．分析下列事實，回答有關(guān)問題。事實一在正常人的血漿中，NaHCO3的含量約為H2CO3含量的20倍。當血漿中的NaHCO3含量減少時，會形成酸中毒；當血漿中的H2CO3含量減少時，則形成堿中毒。事實二在初生蝌蚪或幼小植物體內(nèi)，當自由水的比例減小時機體代謝強度降低；當自由水的比例增大時，機體代謝強度升高。事實三P是構(gòu)成骨骼、牙齒、肌肉及血液的重要元素；Zn是若干跟消化有關(guān)的酶的結(jié)構(gòu)中心；Na是體液的主要組成成分。事實四人體某些組織的含水量近似，但形態(tài)卻不同。例如，心肌含水量約為79%而呈堅韌的狀態(tài)，腦組織中含水量約為84%而呈溶膠狀。(1)事實一表明______________________________________________________________。(2)你對事實二中現(xiàn)象的全面解釋是____________________________________________________________________________________________________________________。(3)事實三表明____________________________________________________________。(4)你對事實四中差異的正確解釋是__________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)無機鹽具有調(diào)節(jié)酸堿平衡(pH)的作用(2)自由水是良好的溶劑，是細胞內(nèi)生化反應的介質(zhì)，并參與某些代謝反應，參與體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的運輸(3)無機鹽是細胞內(nèi)某些復雜化合物的重要組成成分(4)組織器官的形態(tài)差異與生物體內(nèi)水分的存在形式有關(guān)，心肌、腦組織中的水分主要以結(jié)合水形式存在個性拓展13．華北某地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)蘋果小葉病，有人認為是土壤中缺鋅引起的，有人認為是土壤中缺鎂引起的?，F(xiàn)有如下材料，請你完成下列實驗，證實上面的猜測哪個正確。(1)材料用具：三株長