第1节 细胞中的元素和化合物
学习目标
1.说出组成细胞的大量元素、微量元素。
2.说出组成细胞的主要化合物的种类和含量。
3.尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
一、组成细胞的元素和化合物
元素
玉米细胞
人体细胞
C
43.57
55.99
H
6.24
7.46
O
44.43
14.62
N
1.46
9.33
Si
极少
极少
甲
化合物
质量分数/%
水
70~90
无机盐
1~1.5
蛋白质
7~10
脂质
1~2
糖类和核酸
1~1.5
乙
[合作探究]
(1)根据图甲,组成细胞的基本元素是什么?
(2)根据图乙,细胞中含量最多的有机化合物和无机化合物分别是哪一种?
(3)生物界和非生物界在化学元素上既有统一性,又有差异性的原因是什么?
[探究示例]下列有关组成生物体细胞的元素的叙述,错误的是( )
A.在不同生物的体细胞内,组成它们的化学元素种类大体相同
B.组成细胞的最基本元素是C
C.在同一生物的不同体细胞内,各种化学元素的含量相同
D.组成生物体细胞的化学元素,在无机自然界中都能找到
二、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
[合作探究]
1.检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质的原理。
还原糖: 。?
脂肪: 。?
蛋白质: 。?
2.斐林试剂和双缩脲试剂的比较
斐林试剂
双缩脲试剂
成分
鉴定物质
添加顺序
反应条件
反应现象
[典型例题]
据“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验,回答下列问题。
(1)鉴定生物组织中存在还原糖所用的试剂是 ,该试剂与细胞内还原糖发生作用,形成 沉淀,因此,可用该试剂检验糖尿病病人尿液中是否存在 。?
(2)鉴定花生子叶细胞中脂肪的实验中,能将脂肪染成橘黄色的染液是 ,用其染色时,要用酒精来冲洗浮色,这是因为 。?
(3)鉴定黄豆组织中存在蛋白质时,向组织样液中加入双缩脲试剂A液摇匀,再向样液中加入双缩脲试剂B液摇匀。其中双缩脲试剂B液的量只有4滴,而不能过量,为什么?
?
(4)本实验注意事项。
①斐林试剂极不稳定,其甲液和乙液需 ,使用时再临时混合均匀用于实验。?
②使用双缩脲试剂时,应先加 溶液,造成碱性环境,再加 溶液。?
③在还原糖的鉴定中,对试管中溶液加热时,试管底部不要触及 ,试管口不要朝向 ,以免溶液沸腾时冲出试管造成烫伤。?
④蛋白质的待测组织样液浓度不能 ,以免实验后粘住试管壁,洗不干净。?
【课堂小结】
【非测试性评价】
1.你喜欢这堂课吗?你最喜欢哪个环节?哪个环节你认为还不足?
。?
2.在这节课上你学到足够的知识了吗? 。?
3.你参与小组合作探究时积极吗? 。?
4.你对本堂课重难点的突破还有别的创意吗?
。?
参考答案
一、【合作探究】)(1)组成细胞的基本元素是C、H、O、N。
(2)细胞中含量最多的有机化合物是蛋白质,含量最多的无机化合物是水。
(3)统一性的原因:生物体内的化学元素均来自无机自然界。
差异性的原因:生物体总是有选择地从无机自然界中获得所需元素。
【探究示例】C
二、【合作探究】1.还原糖和斐林试剂反应生成砖红色沉淀;脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色蛋白质和双缩脲发生作用,产生紫色反应
2.
斐林试剂
双缩脲试剂
成分
甲液:0.1
g/mL的NaOH溶液,乙液:0.05
g/mL的CuSO4溶液
A液:0.1
g/mL的NaOH溶液,B液:0.01
g/mL的CuSO4溶液
鉴定物质
还原糖
蛋白质
添加顺序
甲液和乙液等量混合后立即使用
先加A液1
mL,摇匀,再加入B液4滴,摇匀
反应条件
水浴加热
不需加热
反应现象
砖红色
紫色
【典型例题】(1)斐林试剂 砖红色 葡萄糖
(2)苏丹Ⅲ染液 苏丹Ⅲ能溶解在酒精中
(3)过量的双缩脲试剂B液会与A液发生反应,使溶液呈蓝色,而掩盖生成的紫色
(4)①分别配制、储存
②质量浓度为0.1
g/mL的NaOH 质量浓度为0.01
g/mL的CuSO4
③烧杯底部 有人的方向
④太大第1节 细胞中的元素和化合物
学习目标
1.说出组成细胞的大量元素、微量元素。
2.说出组成细胞的主要化合物的种类和含量。
3.尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
课堂探究
情境导学:在《红楼梦》第二回“贾夫人仙逝扬州城,冷子兴演说荣国府”中,贾宝玉说:“女儿是水作的骨肉,男儿是泥作的骨肉。”
同学们对这一说法有什么看法?
探究一、组成细胞的元素与无机自然界的元素相比较
[自主学习](阅读课本P16~17图和文字部分)
1.细胞中常见的化学元素有 多种,是生物体有选择地从 中获取的。?
2.组成生物体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,这一事实说明生物界和非生物界具有 ;组成生物体的化学元素,在生物体内和在非生物界中含量相差很大,这一事实说明生物界和非生物界具有 。?
[合作探究]
组成地壳和组成细胞的部分元素含量(%)表
元素
地壳
细胞
O
48.60
65.0
Si
26.30
极少
C
0.087
18.0
N
0.03
3.0
H
0.76
10.0
1.此表中组成地壳和组成细胞的什么元素最多?
2.从表中可以看出组成地壳和组成细胞的元素有什么相同点?
3.从表中可以看出组成地壳和组成细胞的元素有什么不同点?
[自主总结]
生物体通过和外界环境进行物质交换,获取外界环境中的物质转化为自身的物质,所以细胞和地壳中元素的种类是相似的,组成细胞的化学元素,在无机自然界中都能找到,没有一种化学元素是细胞特有的。另外,细胞是有选择地从无机自然界获得物质来组成自身的,而不是把环境中的所有物质无选择地吸收,所以构成细胞的元素与构成地壳的元素相比,各种元素的相对含量大不相同。
探究二、组成细胞的重要元素
[自主学习]
最基本元素是 ;基本元素是 大量元素是 ;微量元素是 。?
[合作探究]
玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重,质量分数)
元素
玉米细胞
人体细胞
C
43.57
55.99
H
6.24
7.46
O
44.43
14.62
N
1.46
9.33
Si
极少
极少
1.构成细胞的最基本元素是什么?
2.基本元素是哪些?
3.大量元素和微量元素分别有哪些?
[自主总结]
细胞中常见的化学元素有20多种。细胞的干重中C的含量最多,它是构成细胞的基本元素。C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等含量较多,被称为大量元素,Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo等含量较少,被称为微量元素。值得指出的是,微量元素的含量虽然非常少,却是细胞进行正常生命活动必不可少的。
探究三、组成细胞的化合物
[自主学习]
阅读课本P17“组成细胞的主要化合物及相对含量”,完成下列内容。
[合作探究]
1.细胞中含量最多的有机化合物和无机化合物分别是哪一种?你能推测它们对生命的意义吗?
2.并不是所有细胞中化合物的含量都一样。根据你的生活经验,说说哪些植物器官的细胞中富含糖类、脂质或蛋白质?怎样从植物器官中提取这些化合物?
[自主总结]
细胞中含量最多的化合物是 ,含量最多的有机化合物是 。?
探究四、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
[自主学习]
阅读课本P18“探究·实践”——检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质,完成下列内容。
实验目的:尝试用化学试剂检测生物组织中的糖类、脂肪或蛋白质。
实验原理: 。?
[自主总结]
(1)糖类中的还原糖与 发生作用,在 条件下生成 沉淀。?
(2)脂肪可被 染成橘黄色。?
(3)蛋白质与 发生作用,产生 反应。?
(一)还原糖的鉴定
[自主学习]
(1)还原糖有 、 、 。?
(2)试剂:斐林试剂的甲液为 溶液,乙液为 溶液。?
(3)实验步骤
选材:选择富含还原糖的无色或浅色的植物组织。
制备组织样液:制浆→用纱布过滤→取液。
显色反应:2
mL待测组织样液→加入1
mL →在 中加热约2
min。?
观察并记录结果: 。?
[合作探究]
(1)在还原糖的鉴定过程中,能否选用西瓜作为实验材料,为什么?
(2)在还原糖的鉴定过程中,能否选用甘蔗、甜菜作为实验材料,为什么?
[自主总结]
在还原糖的鉴定中,要选用 的植物组织作为实验材料,使用斐林试剂时,要将甲液与乙液 ,实验过程中对温度及加热的要求是 。?
(二)脂肪的鉴定
[自主学习]
实验步骤:
①取材:取一粒浸泡过的花生种子,去掉种皮。
②切片:用刀片在花生子叶的横断面上平行切下若干薄片,放入盛有清水的培养皿中待用。
③制片:取最理想的薄片→染色(在薄片上滴2~3滴 ,染色3
min)→用吸水纸吸去染液,再滴加1~2滴体积分数为 溶液洗去浮色→制成临时装片。?
③观察记录:视野中被染成 色的脂肪颗粒清晰可见。?
[自主总结]
脂肪可被 染成橘黄色。?
(三)蛋白质的鉴定
[自主学习]
(1)在蛋白质的鉴定实验中,常选用 作为实验材料。?
(2)双缩脲试剂的A液为 ,B液为 。?
(3)实验步骤:2
mL待测组织样液→加入1
mL →振荡摇匀→加入4滴 →摇匀并观察。?
实验现象: 。?
[合作探究]
(1)在蛋白质的鉴定实验中,怎样合理使用双缩脲试剂?
(2)能否将斐林试剂用于蛋白质的检测,为什么?
[自主总结]
斐林试剂与双缩脲试剂的比较
斐林试剂
双缩脲试剂
甲液
乙液
A液
B液
成分
鉴定的物质
使用方法
反应条件
实验现象
核心素养专练
1.下列有关组成生物体化学元素的叙述,正确的是
( )
A.组成生物体和组成无机自然界的化学元素中,碳元素的含量最多
B.人、动物与植物所含的化学元素的种类差异很大
C.组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到
D.不同生物体内各种化学元素的含量比例基本相似
2.在组成细胞的化学元素中,占细胞鲜重最多的元素和占细胞干重最多的元素是( )
A.C、O
B.O、C
C.C、N
D.O、N
3.下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、O、C
B.水、蛋白质、糖类、脂质;O、C、N、H
C.蛋白质、水、脂质、糖类;O、C、H、N
D.蛋白质、水、脂质、糖类;C、O、H、N
4.下列都属于微量元素的一组是( )
A.Fe、Mn、K、B
B.Fe、Mn、Cu、Mo
C.Mn、Ca、Mg、Cu
D.Cu、Ca、K、Zn
5.沙漠中的仙人掌,其细胞中含量最多的化合物是
( )
A.水
B.蛋白质
C.无机盐
D.核酸
6.在家兔细胞中含量最多的有机化合物是( )
A.水
B.蛋白质
C.脂质
D.无机盐
7.生物大分子在生物体的生命活动中具有重要的作用。就组成生物的蛋白质、核酸、糖类、脂质而言,其核心的组成元素是( )
A.C
B.H
C.O
D.N
8.土壤中缺硼元素时,植物会出现只“开花不结果”的病症。在有该病的植株叶面上喷极低浓度的含硼溶液后,病症即消失,这说明硼是植物体内的( )
A.大量元素
B.必需的大量元素
C.必需的微量元素
D.非必需元素
9.下列哪组试剂在使用的过程中必须加热?( )
A.斐林试剂在鉴定还原糖时
B.苏丹Ⅲ染液在鉴定脂肪时
C.双缩脲试剂在鉴定蛋白质时
D.碘化钾在鉴定淀粉时
10.下表表示人体和玉米细胞中部分元素及含量(占细胞干重的质量分数/%)。请回答下面的问题。
元素
O
C
H
N
K
Ca
P
Mg
S
玉米
44.43
43.57
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
(1)组成生物体的最基本元素是 。?
(2)分析玉米和人体细胞中的元素组成的相同点是 ;不同点是 。?
(3)清洁空气中N2占78%,地壳中含量最多的元素是O,而细胞干重含量最多的元素是C。但构成生物体的元素在无机自然界中都能找到。这一事实说明 。?
11.据“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验,回答下列问题。
(1)鉴定成熟苹果肉中是否存在还原糖所用的试剂是 ,该试剂与细胞内还原糖发生作用,形成 沉淀,因此,可用该试剂检验糖尿病病人尿液中是否存在 。?
(2)鉴定花生子叶细胞中脂肪的实验中,能将脂肪染成橘黄色的染液是 ,用其染色时,要用酒精来冲洗浮色,这是因为 。?
(3)鉴定黄豆组织中存在蛋白质时,向组织样液中加入双缩脲试剂A液摇匀,再向样液中加入双缩脲试剂B液摇匀。其中双缩脲试剂B液的量只有4滴,而不能过量,为什么?
。?
(4)本实验注意事项
①斐林试剂极不稳定,其甲液和乙液需 ,使用时再临时混合均匀用于实验。?
②使用双缩脲试剂时,应先加 溶液,造成碱性环境,再加 溶液。?
③在还原糖的鉴定中,对试管中溶液加热时,试管底部不要触及 ,试管口不要朝向 ,以免溶液沸腾时冲出试管造成烫伤。?
④蛋白质的待测组织样液浓度不能 ,以免实验后粘住试管壁,洗不干净。?
12.现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶(化学成分:蛋白质)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(淀粉酶可将淀粉水解成还原糖)。请回答下列问题。
(1)用一种试剂将上述四种溶液区分为两组,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
?
。?
参考答案
探究一、【自主学习】1.20 无机自然界
2.统一性 差异性
【合作探究】
1.此表中组成地壳和细胞的元素中,均是O元素含量最多。
2.从表中可以看出细胞中含有的元素都是地壳中具有的元素。
3.从表中可以看出细胞中的元素含量和地壳中的元素含量是不同的。
探究二、【自主学习】C C、H、O、N C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu
【合作探究】
1.构成细胞的最基本元素是C。
2.基本元素是C、H、O、N。
3.大量元素是C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等;微量元素是Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo等。
探究三、【自主学习】水 无机盐 糖类 脂质 蛋白质 核酸
【合作探究】
1.细胞中含量最多的有机化合物是蛋白质,含量最多的无机化合物是水。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。
2.植物的叶肉细胞、果实中通常含有较多的糖类、脂质和蛋白质。如禾谷类的果实中含淀粉(多糖)较多;甘蔗的茎和甜菜的根含蔗糖较多;花生、芝麻种子中含脂质较多;大豆种子中含蛋白质较多,等等。要想从植物的果实中获得糖类、脂质和蛋白质,就要设法将细胞破碎,再将这些物质提取出来。
【自主总结】水 蛋白质
探究四、某些化学试剂能够使生物组织中的相关化合物产生特定的颜色反应
【自主总结】(1)斐林试剂 (水浴)加热 砖红色 (2)苏丹Ⅲ染液 (3)双缩脲试剂 紫色
(一)【自主学习】(1)葡萄糖 果糖 麦芽糖 (2)质量浓度为0.1
g/mL的NaOH 质量浓度为0.05
g/mL的CuSO4 (3)斐林试剂 50~65
℃温水 产生砖红色沉淀
【合作探究】
(1)不能,西瓜果肉本身的红色会干扰对实验结果的观察。
(2)不能,甘蔗与甜菜中富含的蔗糖不具有还原性。
【自主总结】富含还原糖的无色或浅色 等量混合,现用现配 50~65
℃水浴加热
(二)【自主学习】苏丹Ⅲ染液 50%的酒精 橘黄
【自主总结】苏丹Ⅲ染液
(三)【自主学习】豆浆、蛋清 (2)质量浓度为0.1
g/mL的NaOH溶液 质量浓度为0.01
g/mL的CuSO4溶液 (3)双缩脲试剂A液 双缩脲试剂B液 产生紫色反应
【合作探究】
(1)应先向待测组织样液中加入1
mL的质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液,混合均匀后再加入4滴质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液,摇匀后观察实验现象。
(2)不能,斐林试剂中乙液为质量浓度为0.05
g/mL的CuSO4溶液,双缩脲试剂中B液为质量浓度为0.01
g/mL的CuSO4溶液,且斐林试剂和双缩脲试剂的使用方法也不同。
【自主总结】
斐林试剂
双缩脲试剂
甲液
乙液
A液
B液
成分
0.1
g/mLNaOH溶液
0.05
g/mLCuSO4溶液
0.1
g/mLNaOH溶液
0.01
g/mLCuSO4溶液
鉴定的物质
还原糖
蛋白质
使用方法
甲液和乙液等量混合
先加A液,再加B液
反应条件
50~65
℃水浴加热
常温、常压
实验现象
砖红色沉淀
发生紫色反应
核心素养专练
1.C 2.B 3.D 4.B 5.A 6.B 7.A 8.C 9.A
10.(1)C (2)组成玉米和人体细胞中元素的种类相同 组成玉米和人体细胞中元素的含量不同 (3)生物界和非生物界既有差异性又有统一性
11.(1)斐林试剂 砖红色 葡萄糖
(2)苏丹Ⅲ染液 苏丹Ⅲ能溶解在酒精中
(3)过量的双缩脲试剂B液会与A液发生反应,使溶液呈蓝色,而掩盖生成的紫色
(4)①分别配制、储存 ②质量浓度为0.1
g/mL的NaOH 质量浓度为0.01
g/mL的CuSO4 ③烧杯底部 有人的方向 ④太大
12.(1)双缩脲试剂 稀蛋清 淀粉酶 葡萄糖 淀粉
(2)斐林试剂 (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,出现砖红色沉淀的溶液是淀粉酶溶液
