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苏教版(2019)必修一
第一章 细胞的分子组成
第一节 细胞中的元素和无机化合物
学习目标
壹
说出组成生物体的大量元素和微量元素
贰
叁
阐述无机盐在细胞中的存在形式和主要作用
阐述水在细胞中的存在形式和重要作用
课前导入
1869年,俄国科学家门捷列夫(D.M leev,1834-1907)首创了化学元素周期表,将当已知的63种元素(element)依据相对原子质量大小,按照一定的顺序在表中排列。这张化学元素周期表揭示了物质世界的秘密。以后,新元素不断被发现,化学元素周期表里的元素也越来越丰富,这对化学和生物学的研究和发展都发挥了巨大的促进作用。那么,地球上的这些元素与我们的日常生活有什么关系 人体细胞里含有哪些元素呢
人体细胞里含有哪些元素呢
积极思维
元素 氧(O) 碳(C) 氢(H) 氮(N) 钙(Ca) 磷(P) 硫(S) 钾(K) 镁(Mg)
平均含量 65 18 10 3 1.5 1.4 0.3 0.2 0.1
表 1 - 1 - 1 人体细胞的一些元素及其平均含量(占细胞鲜重的百分比)
1.现已证明,地球上自然存在的元素有 90 多种。生活在地球上的各种生物,无论其结构简单还是复杂,组成物质无一例外地都来自这些元素。
2.科学家测定了组成人体细胞的元素,其中一些元素的平均含量见表1-1-1。
此外,铁(Fe)、硒(Se)等其他元素在人体细胞内的含量都很少,大约总计为 0.5%。
此外,铁(Fe)、硒(Se)等其他元素在人体细胞内的含量都很少,大约总计为 0.5%。
事实
人体细胞里含有哪些元素呢
积极思维
元素 地壳 细胞
O 48.6 65.0
Si 26.3 极少
C 0.087 18.0
N 0.03 3.0
H 0.76 10.0
组成地壳和组成细胞的部分元素含量(%)表
思考:比较组成地壳和组成细胞的部分元素和含量,你能发现二者之间有什么异同?
同:组成细胞的化学元素和在无机自然环境中能够找到。
异:细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同。
比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量
人体细胞里含有哪些元素呢
积极思维
元素 地壳 细胞
O 48.6 65.0
Si 26.3 极少
C 0.087 18.0
N 0.03 3.0
H 0.76 10.0
组成地壳和组成细胞的部分元素含量(%)表
讨论:
(1)组成细胞的化学元素,在无机自然界中都能找到,说明了什么?
生物界和非生物界具有统一性。(种类)
比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量
人体细胞里含有哪些元素呢
积极思维
元素 地壳 细胞
O 48.6 65.0
Si 26.3 极少
C 0.087 18.0
N 0.03 3.0
H 0.76 10.0
组成地壳和组成细胞的部分元素含量(%)表
讨论:
(2)细胞中的各元素含量和无机自然界中的含量大不相同,这说明了什么?
生物界和非生物界还具有差异性(含量)
比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量
人体细胞里含有哪些元素呢
积极思维
元素 地壳 细胞
O 48.6 65.0
Si 26.3 极少
C 0.087 18.0
N 0.03 3.0
H 0.76 10.0
组成地壳和组成细胞的部分元素含量(%)表
讨论:
(3)组成细胞的元素追根溯源来自无机自然界,为什么细胞内各种元素的比例与无机自然界的大不相同?
生物体是按照生命活动的需要,有选择地从无机自然界获取元素。
比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量
一、构成细胞的元素
项目 含量最多的元素 比例 其次
生物体 (鲜重) ____ 约65% __________
地壳 (含大气) ____ 约48.6% Si、Al、Fe
1.生物体(鲜重)和地壳所含的元素
O
C、H、N
O
一、构成细胞的元素
2、分类
组成细胞的化学元素,常见的有 。
20多种
大量元素:C H O N P S K Ca Mg Na Cl
最基本元素
基本元素
主要元素
C是构成生物大分子的基本骨架
一、构成细胞的元素
2、分类
组成细胞的化学元素,常见的有 。
20多种
微量元素:Fe Mn B Zn Mo Cu Co Se
铁 锰 硼 锌 钼 铜 钴 硒
微量元素是不是可有可无?
一、构成细胞的元素
资料:1935年,在我国黑龙江省克山县首先发现第一种心功能不全病,并称之为克山病。研究发现,克山病不仅存在于克山县,许多低硒地区也都有发生。
组别 观察人数 发病人数 发病率( %。)
实验组(补硒) 88373 11 0.12
对照组(不补硒) 54550 237 4.34
1976~1983年期间一项“硒的缺少与克山病发生相关性”研究的数据
思考:据资料,说一说微量元素是否是不可缺少?
微量元素和大量元素一样都是生物体不可缺少的必需元素。
一、构成细胞的元素
微量元素在生物体内含量极少,一旦缺乏也会引起相应病症
缺Fe:
人体患贫血
缺Ca:
成年人缺钙患骨质疏松症;血液缺钙会出现抽搐。
缺I:
人幼年患呆小症;成年患甲状腺肿大(大脖子病)
缺Zn:
“花”而不实(只开花不结果)
缺B:
影响人体生长发育、大脑发育和性成熟
缺Mg:
影响植物叶绿素的合成,影响光合作用的进行
1.组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在。化合物分为无机化合物和有机化合物。活细胞中含量最多的无机化合物是水,含量最多的有机化合物是蛋白质。
二、水赋予细胞许多特性
分类 种类 质量分数/%
无机化合物 水 85~90
无机盐 1~1.5
有机化合物 蛋白质 7~10
脂质 1~2
糖类和核酸 1~1.5
二、水赋予细胞许多特性
水是细胞内良好的溶剂
氢键
水分子是极性分子
让几乎所有带电荷的或具有极性基团的分子都能溶解在水中。
氢键使水分子间的作用力大大增加,水的熔点和沸点也因此而增高。
共价键
二、水赋予细胞许多特性
水的存在形式和功能
细胞中的水分子
自由水:
结合水:
以游离的形式存在,参与细胞中各种代谢活动。(95.5%)
能自由流动,容易散失
是被细胞内其他物质(如蛋白质)束缚而不易自由流动的水,是组成细胞的重要组成部分。(4.5%)
不容易流动,也不容易散失
二、水赋予细胞许多特性
自由水:
①含义:自由水以_____________存在,参与细胞中各种代谢活动。
②作用
a.良好的______。
b.细胞中生物化学反应的介质。
c.有些自由水直接作为反应物参与生化反应。
d.运送营养物质和__________。
游离的形式
溶剂
代谢废物
二、水赋予细胞许多特性
结合水:
①含义:被细胞内______________(如蛋白质)束缚而不易____________的水。
②作用:组成________的重要成分。
其他物质
自由流动
细胞
结合水在细胞内与其他物质相结合,含量比较稳定,不易散失,一般吸附在大分子物质上,如淀粉、蛋白质、纤维素分子表面。自由水在细胞中的含量较多,变动幅度也较大,且易流通。通常说除去细胞中的水分主要是指去掉自由水,多采用晒干的方法。若要除去结合水,通常采用烘烤、燃烧的方法。若细胞失去结合水,则构成细胞的化合物及细胞的结构就会被破坏,可能导致细胞或生物体死亡。
知识拓展
二、水赋予细胞许多特性
二、水赋予细胞许多特性
细胞内自由水和结合水的含量关联
1)随着细胞代谢情况的变化,自由水和结合水可发生相互转化
2)两者的相对含量(自由水/结合水)影响生物组织细胞的代谢速率
自由水>结合水
自由水<结合水
细胞新陈代谢旺盛,抗逆性弱
细胞新陈代谢缓慢,抗逆性强
二、水赋予细胞许多特性
细胞内自由水和结合水的含量关联
结合水
代谢活动旺盛
代谢活动下降
自由水
自由水的比例高——代谢活跃
结合水的比例高——代谢下降,动植物抗旱、抗寒、抗热性能提高,以适应不良条件
(冬眠、晒干、温度降低)
(发芽、温度升高)
二、水赋予细胞许多特性
思考与讨论:
1.新鲜种子和干燥种子相比,在相同适宜环境中哪个种子新陈代谢更旺盛?
新鲜种子的自由水与结合水的比例比干燥种子大,新鲜种子比干燥种子更易发芽,发芽需要经过新陈代谢,说明新鲜种子新陈代谢更旺盛。
二、新鲜种子和干燥种子相比,置放在寒冷环境中哪个抗逆性更强?
新鲜种子比干燥种子在相同环境中更易腐烂,自由水含量较多,细胞新陈代谢更旺盛,有机物消耗更多,导致新鲜种子抗逆性较弱。
二、水赋予细胞许多特性
水在生产实际中的应用
生活中的现象 对此现象的解释
种子在贮存时需将种子晒干 减少自由水含量,降低种子的代谢,延长种子寿命
干种子用水浸泡后仍能萌发 失去自由水的种子仍保持其生理活性
三、细胞中的无机盐与生命活动关系密切
秋天,庄稼收获后,秸秆被烧掉,剩下的灰烬和动物的尸体焚烧后的灰烬都是无机盐,无机盐在细胞和生物体是如何存在的?有什么作用?
三、细胞中的无机盐与生命活动关系密切
1.含量:
约占1%
2.存在形式:
细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。
含量较多的阳离子:Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等。
含量较多的阴离子:Cl-、SO42-、PO43-、HCO-等。
三、细胞中的无机盐与生命活动关系密切
3.作用:
资料1:运动员在激烈的比赛中有时会出现肌肉抽搐的现象,这是随着汗液丢失了大量的Ca2+引起的。
资料2:番茄果实出现脐腐病与缺Ca2+有关;作物缺K+时,叶色呈暗绿或紫蓝色,老叶尖端和边缘逐步失绿,发黄焦枯。
a.维持生物体正常的生命活动
三、细胞中的无机盐与生命活动关系密切
资料3:生理盐水是指与哺乳动物血浆和淋巴等渗的质量分数为0.9%的NaCl溶液。人体的红细胞在生理盐水中会保持原有的形态,如果放到清水中会吸水涨破。
3.作用:
9%
0.09%
皱缩
膨胀
b.维持细胞的渗透压平衡
三、细胞中的无机盐与生命活动关系密切
3.作用:
资料4:大家都会有这样的体会,进行激烈运动时,会感到腰酸、膝盖酸等。这是因为运动时产生了乳酸,但体液的pH没有因此而降低,还是维持在7.35-7.45之间,为什么呢?
c.维持生物体液的酸碱平衡
乳酸 + NaHCO3 = 乳酸钠 + H2CO3
CO2+H2O
三、细胞中的无机盐与生命活动关系密切
一种叶绿素分子
(局部)
血红素分子
(局部)
3.作用:
资料5:血红蛋白的合成需要Fe;叶绿素合成需要Mg;甲状腺激素合成需要I。
d.参与物质组成
三、细胞中的无机盐与生命活动关系密切
3.作用:
①维持细胞的渗透压和生物体液的酸碱平衡,如磷酸氢二钾、磷酸二氢钾等参与维持生物体液的酸碱平衡。
②参与物质组成,维持细胞正常的代谢活动。如合成血红蛋 白需要Fe2+,合成甲状腺激素需要I-,合成叶绿素需要Mg2+
三、细胞中的无机盐与生命活动关系密切
4.当某些无机盐含量过多或过少时,生物体可能会出现相应的病症。
生物 某些无机盐 症状
哺乳动物 缺少钙 肌肉抽搐
钙过多 肌肉乏力
番茄 缺少钙 果实出现脐腐现象
缺少钾 老叶尖端和边缘出现失绿甚至干枯坏死的现象
课堂小测
1.在生物体内含量极少,但必不可少的化学元素有( )
A.Fe、Mn、Zn、Mg B.Zn、Cu、Mn、Ca
C.H、O、Na、Mg D.Zn、Cu、B、Mo
解析:在生物体内含量极少,但必不可少的化学元素属于微量元素。Mg属于大量元素,A错误;Ca属于大量元素,B错误;H、O、Mg属于大量元素,C错误;Zn、Cu、B、Mo均属于微量元素,D正确。
D
课堂小测
2.在动植物细胞中存在的水分按其存在形式和特性的不同,可以分为两种,即自由水和结合水。下列关于生物体中水的叙述错误的是( )
A.结合水是细胞结构的重要组成部分
B.自由水是细胞内良好的溶剂
C.大熊猫细胞中的水大部分是结合水
D.自由水能参与细胞中的化学反应
解析:结合水与蛋白质、多糖等物质相结合,是细胞结构的重要组成部分,A正确;自由水是细胞内良好的溶剂,可溶解许多物质,B正确;大熊猫细胞中的水大部分是自由水,C错误;细胞中许多化学反应需要自由水的参与,D正确。
C
课堂小测
3.自古以来就有“有收无收在于水,收多收少在于肥”的说法,这句农谚形象地说明了水和无机盐对植物的生长和发育的重要性。适时适量地灌溉和追施各种肥料是农作物高产、稳产的保障。下列关于水和无机盐的叙述,错误的是( )
A.细胞内的水可分为自由水和结合水
B.自由水是细胞内的良好溶剂
C.Mg是构成叶绿素的元素
D.细胞中的无机盐均以离子的形式存在
解析:水在细胞中以自由水和结合水两种形式存在,正常活细胞中自由水的含量高于结合水,A正确;自由水是细胞内的良好溶剂,许多种物质能够在水中溶解,B正确;Mg是构成叶绿素的元素,缺镁叶片发黄,影响光合作用,C正确;细胞中的无机盐大多数以离子的形式存在,少数以离子形式存在,D错误。
D
课堂小测
4.下列关于无机盐的叙述,不正确的是( )
A.细胞中的无机盐主要以化合物的形式存在
B.一匹幼年马出现肌肉抽搐的症状,可能是缺钙
C.缺铁性贫血是因为体内缺乏铁,血红素合成受阻
D.碘是合成甲状腺激素的原料,所以我国许多食盐中加碘
解析:细胞中的大多数无机盐以离子的形式存在,少数与其他化合物结合,比如叶绿素中的镁元素、血红素中的铁元素等,A错误;血液中钙含量过低会引起肌肉抽搐所以一匹幼年马出现肌肉抽搐的症状,可能是缺钙,B正确;缺铁性贫血是因为体内缺乏铁,血红素合成受阻,C正确;碘是合成甲状腺激素的原料,所以我国许多食盐中加碘,D正确。
A
感
谢
观
看