高中生物人教版必修一第二章第一节 细胞中的元素和化合物 导学案

第二章 组成细胞的分子
第一节 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，了解最基本元素一一碳。
2．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。
3．说出生物界和非生物界在元素组成上的统一性和差异性。
【知识导学】
一、组成细胞的元素
1．生物界与无机自然界具有统一性：组成细胞的化学元素在__无机自然界 __都可以找到。
2．生物界与无机自然界存在差异性：组成生物体的化学元素在 生物体内_的含量与在 无机自然界 中的含量明显不同。
3．什么是大量元素？什么是微量元素？各包括哪些种类？
大量元素是指在生物体内含量较多的元素。如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。
微量元素是指在生物体内含量很少的元素。如Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo等。
4．生物的最基本元素是 C ，基本元素包括 C、H、O、N ，主要元素包括 C、H、O、N、P、S 。
细胞鲜重中含量最多的四种元素依次是 O、C、H、N ，在细胞干重中最多的四种元素依次是 C、O、N、H 。
二、组成细胞的化合物
1．无机物：包括 水 和 无机盐 。有机物：包括 糖类 、 脂质 、 蛋白质 、 核酸 。
2．在活细胞中含量最多的化合物是 水 (85%～90%)；含量最多的有机物是 蛋白质
(7%～10%)；占细胞干重最多的化合物是 蛋白质 ；占细胞干重最多的化合物是 蛋白质 。
三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的颜色反应（原理）
糖类中的还原糖（如葡萄糖、果糖），与斐林 ( http: / / www.21cnjy.com )试剂发生作用，生成 砖红色沉淀 。 脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成 橘黄色 （或被苏丹Ⅳ染液染成 红色 ）。淀粉遇碘变 蓝 。蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生 紫色 。
【知识运用】
1．生活在沙漠中的仙人掌和生活在海洋中的鲨，组成他们的化学元素种类 ( )
A．完全相同 B．完全不同 C．大体相同 D．无法确定
2．在下列组成活细胞的基本元素中，含量由多到少的正确顺序是 ( )
A．C>H>O>N B．C>0>H>N C．O>C>N>H D．0>C>H>N
3．生物大分子在生物体的生命活动中具有重要 ( http: / / www.21cnjy.com )的作用。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。以上事实可以说明 ( )
A．C元素组成各种各样的化合物 B．C元素是最基本的元素
C．C元素是各种大分子中含量最多的元素 D．C元素比其他元素重要
4．人体内的微量元素的含量甚微，但是对人体 ( http: / / www.21cnjy.com )的健康却起着重要作用。下列各组元素全部是微量元素的是 （ )
A．Na、K、O、S B．B、Mo、Fe、Zn、Cu C．N、H、0、P、C D．Fe、Ca、Cu、Mg、C
5.科学家在利用无土栽培法培养一些名贵花卉时，培养液中添加了多种必需化学元素。其配方如下：
离子 K+ Na+ Mg2+ Ca2+ N03- H2P04- SO42- Zn2+
培养液浓度(mol/L) 1 1 0. 25 1 2 1 0. 25 l
其中花卉根细胞吸收最少的离子是( )。
A.Ca2+ B SO42- C. Zn2+ D. H2P04-
6．下列关于“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验操作步骤的叙述中，正确的是 ( )
A．用于检测可溶性还原糖的斐林试剂的甲液和乙液，可直接用于蛋白质的鉴定
B．脂肪的检测需要用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪微粒．
C．检测可溶性还原糖时，要加入斐林试剂甲液摇匀后，再加入乙液
D．用于检测蛋白质的双缩脲试剂的A液与B液要混合均匀后，再加入含样品的试管中，且必须现混现用
【三“点”探究】
1．如何进行实验设计来判断某种元素X是否为一种植物的必需的化学元素。（提示：当植物缺乏其必需的某种元素时，会出现相应的缺乏症）
进行对照实验：对照级：用完全培养液；实验组：用缺乏元素的完全培养液。在相同且适宜的条件下培养一段时间，观察生长状况。
现象：对照组植物生长正常；实验组植物出现缺乏症。
结论：元素X是植物的必须元素。
补充实验：把出现缺乏症的实验组植物的培养液中加入元素X，过一段时间，植物生长恢复正常。则更进一步说明X是必须元素。
2．请用数学集合描述细胞元素的关系。
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3．检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的原理分别是什么？
（1）斐林试剂中的Cu(OH)2和还原糖中醛基发生氧化还原反应，形成砖红色沉淀Cu2O
（2）苏丹III（IV）在脂质中溶解度很高，在植物细胞的脂肪颗粒由于溶解了较多的苏丹III（IV）而显示橘黄（红）色
（3）蛋白质可以在碱性条件下和CuSO4发生反应产生紫色的络合物
4．为什么不能用绿色叶片、西瓜、虹液等作为还原性糖鉴定实验的材料？
这些细胞中的色素会干扰实验中出现的颜色反应。
5．斐林试剂和双缩脲试剂在使用方法上有何不同？
斐林试剂将A液和B液混合后使用，需现配现用，在使用时需水浴加热；双缩脲试剂先加A液，摇匀后加入B液，不用加热直接观察实验现象。
6．实验材料的选择应怎样把握？请完成下表内容。
实验名称 材料要求 举例
检测糖类
检测脂肪
检测蛋白质
【拓展提升】
1．右图表示细胞中各种化合物或主要元素占细胞鲜重的含量，以下按①②③④顺序排列，正确的是( )
A．水、蛋白质、糖类、脂质；N、H、0、C
B．蛋白质、糖类、脂质、水；0、C、N、H
C．水、蛋白质、脂质、糖类；H、0、C、N
D．蛋白质、水、脂质、糖类；C、0、H、N
2．一下表所列为玉米植株和人体内含量较多的元素的种类以及各类元素的含量(占细胞干重的质量分数％)，据表回答：
元素 0 C H N K Ca P Mg S
玉米 44.43 43.75 6.24 1.46 0.92 0.23 0.20 0.18 0.17
人 14.62 55.99 7.46 9.33 1.09 4.67 3.11 0.16 0.78
据此表不能得出的结论是 ( )
A．组成生物体的化学元素种类基本相同
B．同种元素在不同生物体内含量不同
C．不同元素在同一生物体内含量也有差异
D．C 是细胞中含量最多的元素，它是构成细胞的基本元素
5．用不同的化学试剂可以鉴 ( http: / / www.21cnjy.com )定不同物质的存在。用斐林试剂可以鉴定还原糖(葡萄糖、麦芽糖)的存在，用双缩脲试剂可以鉴定蛋白质的存在。医学上，可用这两种试剂检验尿液进行疾病诊断。请分析这两种试剂能够诊断的疾病应分别是 ( )
A．糖尿病、肠炎 B．胃炎、肾炎 C．糖尿病、肾炎 D．胃炎、肠炎
6．如图甲是细胞中3种化合物含量的扇形 ( http: / / www.21cnjy.com )图，图乙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 ( )
A．若图甲表示正常细胞，则A、B化合物共有的元素中含量最多的是a
B．若图甲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乙中的b
C．若图甲表示正常细胞，则B化合物具有多样性，其必含的元素为C、H、0、N
D．图乙中含量最多的元素是a，数量最多的也是a
7．请回答下列问题：
以下是“生物组织中还原糖、蛋白质的鉴定”实验的材料和部分操作，请指出并改正其中的错误。
实验材料：选取苹果、新鲜牛奶。
鉴定实验：鉴定还原糖时加入刚配制的 ( http: / / www.21cnjy.com )斐林试剂，立即观察颜色变化；鉴定蛋白质时取牛奶样液加入双缩脲试剂A后，立即加入双缩脲试剂B，观察是否出现紫色。
改正：① 加入斐林试剂后应进行60℃水浴加热 ；
② 加入比缩脲试剂A后应摇匀后，再加入双缩脲试剂B
【总结反思】
【材料补充】
1．斐林试剂和班氏试剂：
反应原理：利用斐林试剂鉴定时，斐林试剂甲和斐林试剂乙直接反应生成酒石酸络铜离子 　　酒石酸络铜离子和可溶性还原糖在加热条件下反应产生砖红色沉淀。而班氏试剂则是：柠檬酸钠作为络合剂 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，由碳酸钠提供碱性。CuSO4与柠檬酸钠溶液和Na2CO3溶液混合时生成柠檬酸络铜离子，柠檬酸络铜离子与葡萄糖中的醛基反应生成砖红色沉淀。 　　（3）两种试剂的保存方式不同。斐林试剂甲和斐林试剂乙混合后会因酒石酸有一定的还原性而自发地缓慢产生氧化亚铜 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )沉淀，因此斐林试剂一般为现用现配；而班氏试剂的配方中，柠檬酸钠比较稳定，实际碱性也不强，不易还原铜离子产生氧化亚铜沉淀，因此该试剂可长期保存。 　　
无论用班氏试剂还是斐林试剂，归根结底都是二价铜与醛基在沸水浴加热条件下反应而生成砖红色的沉淀，两者反应现象一样，这就是二者的相同之处。
2．双缩脲试剂原理：
双缩脲试剂本是用来检测双缩脲 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，由于蛋白质分子中含有很多与双缩脲结构相似的肽键，因此也能与铜离子在碱性溶液中发生双缩脲反应 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )。当底物中含有肽键时（多肽），试液中的铜与多肽配位，配合物呈紫色。
双缩脲试剂中真正起作用的是硫酸铜 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，而氢氧化钾 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )仅仅是为了提供碱性环境，因此它可被其他碱，如氢氧化钠所代替。向试剂中加入碘化钾 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )，可延长试剂的使用寿命。