【同步课件】第2章 组成细胞的分子 1细胞中的元素和化合物

(共68张PPT)
第2章　组成细胞的分子
①概述细胞中常见的元素和组成细胞的化合物。
②学会检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
③说出水在细胞中的存在形式和重要作用。
④说出无机盐的作用。
⑤简述糖类的种类、分布和作用。
⑥举例说出脂质的种类和作用。
⑦概述蛋白质的结构和功能。
⑧简述核酸的结构和功能。
⑨说明生物大分子以碳链为骨架。
9个重点：①组成细胞的主要元素和化合物；
②检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质；
③水和无机盐在细胞中的作用；
④糖类的种类和作用；
⑤脂质的种类和作用；
⑥氨基酸的结构特点以及氨基酸形成蛋白质的过程；
⑦蛋白质的结构和功能；
⑧核酸的结构和功能；
⑨生物大分子以碳链为骨架。
8个难点：①构成细胞的最基本元素是碳；
②检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质；
③结合水的概念；
④无机盐的作用；
⑤多糖的种类；
⑥氨基酸形成蛋白质的过程；
⑦蛋白质结构多样性的原因；
⑧生物大分子以碳链为骨架。
6个考点：①构成细胞的元素和化合物；
②细胞中的水和无机盐；
③构成细胞的糖类和脂质；
④核酸的结构和功能；
⑤蛋白质的结构和功能；
⑥与蛋白质相关的计算。
第1节　细胞中的元素和化合物
课标要点 学法指导
1．说出细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素构成，它们以碳链为骨架形成复杂的生物大分子
2．检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质 1．生命观念：生物体是由元素和化合物组成的
2．科学思维：从元素的种类、含量等方面总结生物界与非生物界的统一性和差异性
3．科学探究：通过对检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质的学习形成科学探究的学科素养
知识导图
课前 · 新知导学
1．生物界与非生物界的统一性和差异性
(1)统一性：组成生物体的各种元素在____________中都能找到。
(2)差异性：细胞与非生物相比，各种元素的相对________不同。
组成细胞的元素
无机自然界　
含量　
含量　
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg　
Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo
O　
C　
【巧学妙记】细胞中的微量元素
“铁猛碰新木桶”即Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu。
微量元素不如大量元素重要吗？
提示：微量元素和大量元素同样重要。无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，对于维持生物体的生命活动都起着非常重要的作用。
微思考
判断下列正误。
(1)生物界和非生物界在元素组成的种类和含量上都相同。(　　)
(2)C是细胞中最基本的元素。(　　)
(3)组成人体细胞的主要元素是C、H、O、N、P、S。(　　)
(4)细胞中常见元素有C、H、O、N等20多种。(　　)
(5)Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是组成细胞的微量元素。(　　)
(6)在同一生物的不同体细胞内，各种化学元素的含量相同。(　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×
1．化合物含量
【答案】蛋白质　有机　水
组成细胞的化合物
2．化合物的“最多”
(1)细胞内含量最多的化合物：________。
(2)细胞内含量最多的无机化合物：________。
(3)占细胞鲜重最多的化合物：________。
(4)细胞内含量最多的有机化合物：________。
(5)占细胞干重最多的化合物：________。
水　
水　
水　
蛋白质　
蛋白质　
下列有关图示的分析，错误的是(　　)
A．如果该图所示为组成活细胞的化合物，则m中含有的元素为H、O
B．如果该图表示的是组成活细胞的化合物，则m是蛋白质
C．如果该图表示的是组成活细胞的元素含量，则m是氧元素
D．如果该图表示的是活细胞中的元素，则其中Mo的含量很少
【答案】B　
【解析】细胞鲜重含量最多的是水而不是蛋白质。
1．实验原理
(1)还原糖(葡萄糖、麦芽糖、果糖等)＋___________试剂―→________色沉淀。
(2)脂肪＋________染液→________色。
(3)蛋白质＋________试剂→________色。
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
斐林　
砖红　
苏丹Ⅲ　
橘黄　
双缩脲　
紫　
2．实验步骤
(1)还原糖的检测
【答案】一层　斐林试剂　砖红色沉淀
(2)脂肪的检测
制作子叶临时切片，用显微镜观察子叶细胞的着色情况(以花生为例)。
【答案】
浮色　已着色　橘黄色　
(3)蛋白质的检测
【答案】A　B　紫
什么是还原糖？还原糖有哪些？
提示：还原糖是指具有还原性的糖类。在糖类中，分子中含有游离醛基或酮基的单糖和含有游离醛基的二糖都具有还原性。还原性糖主要有葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖等。
微思考
菠菜叶中虽然含有大量的还原糖，却不宜作为鉴定还原糖的实验材料，主要原因是(　　)
A．叶片不易磨碎，还原糖不易释放
B．叶片中的叶绿素颜色较深，会掩盖发生的颜色反应
C．在研磨时，糖类易被破坏
D．叶片中含有淀粉，影响还原糖与斐林试剂发生反应
【答案】B　
【解析】植物细胞容易磨碎，菠菜叶片含有大量还原糖，A错误；叶片中叶绿素较多且颜色深，对需要观察的颜色反应起着掩盖作用，B正确；可溶性还原糖在研磨过程中不易被破坏，C错误；有些植物，如菠菜并不会将光合作用的初始产物转变为淀粉，叶片内含有大量的可溶性还原糖，D错误。
1．组成细胞的元素种类和含量
(1)大量元素和微量元素划分的依据是含量，而不是生理作用。
(2)生物体内含有的元素不一定是生物所必需的元素，如Pb。
(3)主要元素占人体鲜重比例的顺序依次是O、C、H、N、P、S。
组成细胞的元素和化合物
[知识归纳]
2．从化学元素角度分析生物界和非生物界的统一性和差异性
项目 统一性 差异性
体现 ①生物界和非生物界都是由化学元素组成的；
②组成生物体的化学元素在无机自然界都能找到 组成生物体的化学元素在生物体内和无机自然界中的相对含量相差很大
原因 ①生命起源于非生物界；
②组成生物体的化学元素是从无机自然界获取的 生物体选择性地从无机自然界获取组成自身的物质
1．对人体有重要作用的大量元素和微量元素是否尽量多补充？为什么？
提示：不是。如钙过量会形成肾结石，并抑制人体对铁的吸收；长期补锌超过45 mg/d可引发贫血、免疫功能下降等。可见，适量的化学元素对于生物体的生命活动是十分重要的。
2．生物体内含有的元素不是大量元素就是微量元素吗？
提示：不是。无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，如果不是生物体必需的元素，不管含量高低，都不是大量元素或者微量元素。
【易错点拨】关于元素和化合物含量的易错点
分析含量之“最”时，要看清楚是干重还是鲜重，是有机物、无机物还是化合物。如在细胞的鲜重中，含量最多的元素是O，最多的化合物(无机物)是水，最多的有机物是蛋白质；在细胞的干重中，含量最多的元素是C，最多的化合物(有机物)是蛋白质。
【方法技巧】细胞中元素和化合物含量的判断
1．下图1是细胞中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，下列说法正确的是(　　)
[对点精练]
A．若图1表示细胞鲜重，则甲、乙化合物依次是蛋白质、H2O
B．若图2表示组成人体细胞的元素含量，则a、b、c依次是C、H、O
C．地壳与活细胞中含量最多的元素都是a，因此说明生物界与非生物界具有统一性
D．若图1表示细胞完全脱水后化合物含量，则甲化合物是蛋白质
【答案】D　
【解析】组成细胞的化合物中含量最多的是H2O，其次是蛋白质，占细胞干重最多的化合物是蛋白质。因此若图1表示鲜重，则甲是H2O；若图1表示干重(脱水后)，则甲是蛋白质。组成人体的主要元素的含量依次是O、C、H、N、P、S。生物界与非生物界的统一性表现在元素的种类上，而不是元素的含量上。
2．下述有关细胞中元素和化合物的叙述，错误的是(　　)
A．沙漠生活的仙人掌的细胞中含量最多的化合物是水
B．细胞中没有一种元素和化合物不可以在无机自然界中找到
C．人食用的猪肉大部分可以转化为自身成分，是因为二者的组成元素和化合物大体相同
D．组成细胞的各种有机物都含有C元素
【答案】B　
【解析】活细胞中含量最多的化合物是水，A正确；细胞中的元素均可以在无机自然界中找到，细胞中的化合物不都能在无机自然界中找到，B错误；人食用的猪肉大部分可以转化为自身成分，是因为二者的组成元素和化合物大体相同，C正确；组成细胞的各种有机物都含有C元素，D正确。
1．选择实验材料的要求
(1)含量较高。如检测还原糖时宜选用苹果，苹果含大量还原糖，不能选择甘蔗、甜菜等，因为这两种实验材料中含蔗糖较高，蔗糖不具有还原性。
(2)颜色为白色或浅色。白色或浅色的材料可以避免材料本身的颜色遮盖反应产生的颜色，如检测还原糖时一般不选择西瓜，检测蛋白质时一般不选择血红蛋白等。
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
[知识归纳]
2．三类有机物检测在操作步骤上的差异
(1)唯一需要加热——还原糖检测。且必须水浴(50 ℃～65 ℃)加热，不能用酒精灯直接加热，若不加热，则无砖红色沉淀出现。
(2)唯一需要显微镜——脂肪检测。
(3)混合后加入——斐林试剂；分别加入——双缩脲试剂(先加A液，后加B液，且B液不能过量)。
3．斐林试剂与双缩脲试剂的比较
项目 斐林试剂 双缩脲试剂
甲液 乙液 A液 B液
成分 0.1 g/mL
NaOH溶液 0.05 g/mL
CuSO4溶液 0.1 g/mL
NaOH溶液 0.01 g/mL
CuSO4溶液
鉴定物质 还原糖 蛋白质
添加顺序 甲、乙两液等量混合后立即使用 先加入A液1 mL，摇匀，再加入B液4滴，摇匀
反应条件 50 ℃～65 ℃温水加热 不需加热，摇匀即可
反应现象 浅蓝色→棕色→砖红色沉淀 浅蓝色→紫色
1．蛋白质检测时，为什么先加A液再加B液？B液为什么不能过量？
提示：蛋白质中的肽键在碱性条件下能与Cu2＋生成紫色络合物，所以先加A液营造碱性环境，后加B液提供Cu2＋。其中双缩脲试剂B液的量不能过多，因为过多的双缩脲试剂B液会与双缩脲试剂A液反应生成Cu(OH)2，使溶液呈蓝色进而掩盖实验生成的紫色。
2．为什么利用斐林试剂的甲液、乙液和蒸馏水也能鉴定蛋白质？
提示：斐林试剂的甲液、乙液的成分分别与双缩脲试剂的A液、B液相同，只是斐林试剂的乙液的质量浓度比双缩脲试剂的B液大，故只需将斐林试剂乙液用蒸馏水稀释即可。
【拓展延伸】还原糖和蛋白质鉴定中出现的颜色变化及原因
(1)用斐林试剂鉴定还原糖的实验：因加入的斐林试剂中含Cu2＋，故溶液变成浅蓝色，加热后，部分Cu2＋被还原为砖红色的Cu2O，因二者混合故呈现棕色，随着反应的继续进行，Cu(OH)2被全部还原为Cu2O，故而出现砖红色的沉淀。
(2)用双缩脲试剂鉴定蛋白质的实验：加入双缩脲试剂A液，溶液为无色；加入双缩脲试剂B液，因含有Cu(OH)2，故呈现浅蓝色，振荡均匀后，由于反应的进行，出现紫色的络合物。
[对点精练]
【答案】D　
【解析】还原糖(如葡萄糖、果糖)与斐林试剂作用，必须将斐林试剂的甲液(0.1 g/mL NaOH溶液)和乙液(0.05 g/mL CuSO4溶液)混合均匀后加入样液再水浴加热，可以生成砖红色沉淀，D正确，B错误；脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，C错误；蛋白质与双缩脲试剂发生作用，可以产生紫色反应，鉴定时先在样液中加入A液(0.1 g/mL NaOH溶液)提供碱性环境，再加入B液(0.01 g/mL CuSO4溶液)提供Cu2＋，A错误。
2．对下表中所列待测物质的检测，所选用的试剂及预期结果都正确的是(　　)
A．①③ B．②③　
C．①④ D．②④
项目 待测物质 检测试剂 预期显色结果
① 葡萄糖 苏丹Ⅲ染液 红色
② 脂肪 苏丹Ⅲ染液 橘黄色
③ 淀粉 斐林试剂 蓝色
④ 蛋白质 双缩脲试剂 紫色
【答案】D　
【解析】葡萄糖与斐林试剂在水浴加热的条件下生成砖红色沉淀；检测淀粉用碘液；检测脂肪可以利用苏丹Ⅲ染液，呈现橘黄色；蛋白质与双缩脲试剂反应呈紫色。
易错易混：细胞中的元素和化合物
(1)大量元素和微量元素划分的依据是含量的多少，而不是生理作用，含量少的不一定不重要。
(2)大量元素和微量元素都是必需元素，而生物体内含有的元素不一定是生物体所必需的元素，如Pb这样的元素含量再多也不是大量元素。
(3)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]。
(4)易写错“斐”和“脲”字。
“斐林试剂”中的“斐”不可错写成“非”，双缩脲试剂中“脲”不可错写成“尿”。
(5)误认为脂肪的鉴定必需使用显微镜。
若要观察被染色的脂肪颗粒，则使用显微镜，但若只要观察溶液颜色变化，则不必使用显微镜。
(6)斐林试剂的用法概括为：甲、乙等量，先混后用，水浴砖红；双缩脲试剂的用法概括为：先A后B，A多B少，常温变紫。
(7)斐林试剂只能检测具有还原性的糖类，而一些非还原性的糖类，如蔗糖、淀粉等，无法用斐林试剂进行检测。
例1　青苹果汁遇碘液显蓝色，熟苹果汁能与斐林试剂在水浴加热后发生显色反应。这说明(　　)
A．青苹果汁中含有淀粉，不含糖类
B．熟苹果汁中含糖类，不含淀粉
C．苹果转熟时，淀粉水解为还原糖
D．苹果转熟时，淀粉水解为葡萄糖
错因分析：一是没有掌握每种试剂只能鉴定一种或一类物质的有和无，不能判断其他物质的有无；二是不知道淀粉和纤维素，名称里不带糖字但属于糖类。
【答案】C　
【解析】由题干可知，青苹果含有较多的淀粉，而熟苹果含有较多的还原糖，但并不排除含有淀粉的可能。苹果转熟时，根据颜色变化，可推断淀粉水解为还原糖，该还原糖可能是麦芽糖，也可能是葡萄糖。
解题技巧：实验设计题的答题方法
例2　现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶(成分是蛋白质，能水解淀粉成麦芽糖)溶液各一瓶，可用双缩脲试剂、斐林试剂和淀粉溶液将它们鉴定出来。请回答：
(1)用一种试剂可将上述4种溶液区分为两组，这种试剂是____________，其中发生显色反应的一组是________和________溶液，不发生显色反应的一组是________和________溶液。
(2)用_______试剂区分不发生显色反应的一组溶液。
(3)区分发生显色反应一组溶液的方法及鉴定结果是___________。
解题流程：
一、了解实验设计的内容
设计一个较完整的实验方案一般包括：
1．了解题目要求，明确实验目的和原理。
本题要区分无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液；需要用斐林试剂鉴定还原糖，用双缩脲试剂鉴定蛋白质，需要用淀粉酶水解淀粉后做鉴定。
2．熟悉实验器材和试剂，确定实验思路和实验步骤。
本实验可分为两个环节，一是用双缩脲试剂区分出蛋白质成分和非蛋白质成分，稀蛋清和淀粉酶溶液成分为蛋白质，葡萄糖和淀粉溶液成分为非蛋白质。二是用斐林试剂和淀粉溶液区分葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液。
3．预测实验结果，得出实验结论。
双缩脲试剂使用后，两种溶液发生紫色反应，即稀蛋清和淀粉酶溶液；两种溶液不发生紫色反应，即葡萄糖和淀粉溶液。
斐林试剂使用后葡萄糖溶液出现砖红色沉淀。被淀粉酶水解后的淀粉溶液也会出现砖红色沉淀。
二、明确实验设计的类型
实验设计一般有两种类型：验证性和探究性。验证性实验具有明确的结果，通过实验加以验证，结论往往只有一个；而探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的，结论往往有多个。
三、实验设计原则
高中生物实验设计最需要注意的有以下2个原则：
1．对照原则：在实验设计中，通常设置对照组，实验设计中可采用的对照方法很多，除了有条件对照、剂量对照、位置对照外，还可以相互对照、自身对照等。
2．单一变量原则：单一变量原则，即控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。该变量应为实验所研究的对象。这个变量可从实验题目中获得启示给予确定。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。
【答案】(1)双缩脲试剂　稀蛋清　淀粉酶　葡萄糖　淀粉　(2)斐林
(3)将淀粉溶液分别与发生显色反应的两种溶液混合，一段时间后，用斐林试剂分别处理上述两种混合液，观察到无颜色变化的溶液是稀蛋清溶液，出现砖红色的溶液是淀粉酶溶液
1．下列关于组成生物体化学元素的叙述，正确的是(　　)
A．在组成生物体与组成无机自然界的化学元素中，碳元素的含量均为最高
B．人、动物和植物所含的化学元素种类差异很大
C．组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到
D．不同的生物体内各种化学元素的含量基本相似
【答案】C　
【解析】组成生物体的化学元素中，氧元素的含量最多；人、动物与植物所含的化学元素种类基本相同；不同的生物体内各种化学元素的含量差异很大。
2．关于生物体内元素的叙述，正确的是(　　)
A．生物体必需的元素称为大量元素
B．不同生物化学元素种类及含量相同
C．生物细胞内微量元素有Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mg等，其作用不可忽视
D．组成细胞的元素中，C、H、O、N含量较高的原因与组成细胞的化合物有关
【答案】D　
【解析】大量元素与微量元素均是生物体必需的元素，A错误；不同生物化学元素种类相同，含量不同，B错误；Mg属于大量元素，C错误。
3．如图表示细胞中各种化合物占细胞的含量，则①②③④依次为
(　　)
A．水、蛋白质、糖类、脂质
B．蛋白质、无机盐、脂质、糖类
C．水、蛋白质、脂质、糖类
D．蛋白质、水、脂质、糖类
【答案】D　
【解析】细胞内各种化合物中占细胞鲜重最多的是水，其次是蛋白质，再次是脂质和糖类。
4．在还原糖、脂肪、蛋白质的检测实验中，最佳的一组实验材料依次是(　　)
①甘蔗的茎　②油菜籽　③花生种子　④梨　⑤甜菜的块根　⑥豆浆
A．④②⑥ B．⑤②⑥　
C．①②⑥ D．④③⑥
【答案】D　
【解析】还原糖的检测要求实验材料含有还原糖且是浅色或白色；脂肪、蛋白质的检测要求实验材料含有丰富的脂肪或蛋白质。因此，最佳的一组实验材料是④梨、③花生种子和⑥豆浆。甘蔗的茎和甜菜的块根含有丰富的蔗糖，不是还原糖，因此不能作实验材料。
5．(2021·河南洛阳期末)做生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定实验时，需根据实验要求选择合适的实验材料。请根据表中所列各种材料回答问题：
各种可供实验的材料
柑橘 西瓜 黑豆 黄豆 花生种子 大米 苹果 血红蛋白
(1)将上表材料中的________制成匀浆，其中含有的大量淀粉遇碘变成蓝色。
(2)表中适合于鉴定可溶性还原糖的最理想材料是________，理由是该材料组织细胞________________________。鉴定过程：向试管中加入2 mL组织样液，加入斐林试剂适量混匀，然后放入温度为________ ℃水浴中加热，发生的颜色变化是________________。
(3)表中适合于鉴定脂肪的最理想材料是________________，鉴定时需将材料切片、染色；用苏丹Ⅲ染色时，要用到体积分数为50%的酒精溶液目的是________________，原理是______________________。
(4)表中适合于鉴定蛋白质的最理想材料是________________。鉴定过程：先向试管内注入2 mL组织样液；然后向试管内加入2 mL双缩脲试剂A液，摇匀，再向试管内加入3～4滴加双缩脲试剂B液，摇匀。只加3～4滴双缩脲试剂B液而不能过量的原因是_________________。
【答案】(1)大米　(2)苹果　富含还原糖且颜色接近白色　50～65　蓝色→砖红色沉淀　(3)花生　洗去浮色　苏丹Ⅲ染液易溶于酒精中　(4)黄豆　加入双缩脲试剂B液过多，蓝色会掩盖紫色
【解析】(1)表中大米所含淀粉含量较高，故可将其制成匀浆，用碘液进行检测。(2)苹果组织细胞含有还原糖并且颜色接近白色，适合于鉴定可溶性还原糖；鉴定过程需要50～65 ℃的水浴加热；检测过程中颜色变化为蓝色→砖红色沉淀。
(3)表中适合于鉴定脂肪的最理想材料是花生种子；其过程要用到酒精溶液，酒精溶液的作用是洗去浮色；原理是苏丹Ⅲ染液易溶于酒精中。(4)适合于鉴定蛋白质的材料是黄豆；双缩脲试剂B中含有铜离子，铜离子为蓝色，加入双缩脲试剂B液过多，蓝色会掩盖紫色，故检测时只加3～4滴双缩脲试剂B液而不能过量。