必修部分 第二章 第1节 C、H、0、N、P、S等元素组成复杂生物大分子(无答案)-高中生物学等级考学案（配新教材 第2版）

21 22 第二章 细胞的分子组成 第 1 节 C、H、O、N、P、S 等元素组成复杂生物大分子 一、细胞主要由 C、H、O、N、P、S等元素构成 1. 元素的划分：组成生物体的化学元素有 20多种，它们在生物体内 的含量不同。含量占生物体总质量的万分之一以上的元素，称大量元素， 如 C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等；生物生活所必需，但是需要量却很 少的一些元素，称微量元素，如 Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。这些化学元 素对生物体都有重要作用，生物体内缺乏某种元素而发生该元素的缺乏症。 “硒的缺少与克山病发生相关性”研究的数据 组别 观察人数 发病人数 发病率（‰） 实验组（补 Se） 88373 11 0.12 对照组（不补 Se） 54550 237 4.34 组成细胞的元素种类有许多，它们的含量各不相同，干重（不含自由水）状态下和鲜重（含自由 水）状态元素下元素含量最大的分别是 C元素和 O元素。C、O、N、H这 4种元素在组成生物体的元素 中含量最多，所以，C、O、N、H是组成生物体的基本元素。 2. 说明：分类依据是根据生物体内含量，而不是生理作用，微量元素虽含量少，但其生理作用 却不可替代；大量元素和微量元素的划分是依据生物界中生物的整体情况，具体到某一种生物可能有 差别；组成生物体的化学元素常见 20种是指必需元素，生物体内可能含一些非必需元素，如人体可 能含 Pb。 3. 生物界与非生物界元素组成的统一性和差异性 （1）统一性：组成生物体的化学元素在无机环境中均可找到，说明生物界与非生物界元素组成上 存在统一性。 （2）差异性：组成生物体的化学元素，在生物体内和无机自然界的含量两者相差很大，生物体从 自然界获取组成自身的元素是有选择的；生物体内元素能自我更新，而非生物界元素不能，由此也说 明生命物质的特殊性；各种化学元素在生命体系中不是简单的堆积、组合，而是以特殊的有序的方式 结合在一起才出现生命现象，这也是生物界和非生物界的根本区别。 元素 O Si C N H 地壳（%） 48.60 26.30 0.087 0.03 0.76 细胞（%） 65.0 极少 18.0 3.0 10.0 4. 植物矿质元素：在植物体内除 C、H、O以外，主要由根系从土壤中吸收的元素叫做矿质元 素，吸收后通过木质部导管，在植物体内以离子态随水分由导管运输到达各组织器官被利用。常用溶 液培养法（沙基培养法、水培法）研究。 人工配制的含全部矿质元素的营养液叫做全素培养液；除去某种矿质元素的营养液叫做缺素培养 液。用缺素培养液培养植物，若生长发育正常，则该元素不是植物必需矿质元素；若生长不正常，而在 添加该种元素之后，如果能恢复生长，则该种元素是植物必需矿质元素。 5. 精准农业：当植物缺乏某种元素时，植物会表现出该种元素缺乏症，甚至死亡。传统农业根据 植物的元素缺乏症，往往会有针对性地向农田投入化肥， 但对投入化肥的种类和数量做不到精细管理， 可能造成一些营养元素的过剩。过剩的元素也会对农田土壤环境造成污染。精准农业能根据农田的土 壤元素状况和作物的元素缺乏状况，实施定位、定量的精准施肥，高效地利用各类农业资源，并取得较 好的经济效益和环境效益。 例 1 下列有关组成生物体化学元素的论述，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 例 2 下表是两种生物干重中有关元素的质量分数，根表分析下列叙述正确的是（ ）。 元素 C H O N P S 生物甲 43.57 6.24 44.43 1.46 0.20 0.17 生物乙 55.99 7.46 14.62 9.33 3.11 0.78 A．如果它们分别是动物和植物，则甲是动物，乙是植物 B．等质量的组织中，甲所含的热量少于乙 C．两者体细胞中，乙的染色体和基因比甲多 D．两者的含水量比较，可推测甲比乙多 例 3 有这样几则广告语：①这种食品由纯天然谷物制成，不含任何糖类；②这种饮料含有多种无 机盐，能有效补充人体运动时消耗的能量；③这种营养品含有人体所需的全部 20种必需氨基酸；④这 种口服液含有人体必需的铁、锌等无机盐离子。上述广告语中，有多少条在科学性上有明显的错误（ ）。 A. 1条 B. 2条 C. 3条 D. 4 条 例 4 下图甲是细胞中 3种化合物含量的扇形图，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. 图乙中含量最多的元素是 a，这与细胞中含量最多的化合物有关 D. 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、O、N 例 5 有人分别取兔和牛的一小块组织，并测定了两种组织细胞的元素组成，发现兔和牛组织 细胞的化学元素组成很相似，其中含量最多的四种元素应该是（ ）。 A. C、H、O、N B. C、O、S、P C. C、H、P、K D. C、O、P、Na 细胞呼吸等生命活动 分解作用 根的吸收 叶的光合作用 食物链 各级消费者 植物体 无机环境 中各种元素 分解者 统一性 差异性 组成元素含 量相差很大 生命元素在自 然界中都能找到 生物界 非生物界 元素 含量 图甲 图乙 A C B 65% 18% 10% a b c 生物体内的元素 自然界中内的元素 23 24 例 6 设计实验探究元素 X是否属于必需矿质元素，某学生的构思大致如下： 本实验中采用甲组、乙组之间的空白对照，以及乙组中实验前（无 X元素）与实验后（有 X元素） 之间的自身对照，其中属于对照组的分别是（ ）。 A．甲组、实验前 B．甲组、实验后 C．乙组、实验前 D．乙组、实验后 例 7 有关无机物在生物体中存在状况和功能的叙述正确的是（ ）。 A．细胞内绝大多数的水以结合态形式存在 B．人体肌肉抽搐可能与血液中 Ca 2+ 含量过高有关 C．人体缺锌易出现生长发育不良和认知障碍症状 D．钾是植物叶肉细胞中叶绿素分子的重要组成成分 例 8 下图是科学工作者在研究钙和硼对某种植物花粉粒萌发和花粉管生长的影响后绘制的曲线。 下列结论与结果不相符的是（ ）。 A．钙或硼对花粉萌发和花粉管生长都有同样的影响 B．适宜浓度的钙或硼分别有利于花粉管生长或花粉萌发 C．钙对花粉管生长有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉的萌发 D．硼对花粉萌发有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉管的生长 二、元素以碳链为骨架形成生物分子 1. 细胞由多种化合物组成组成：细胞的化学元素大多以化合物的形式存在，不同细胞中各种化合 物的组成大致相同。细胞中的化合物可以分为两大类：无机化合物和有机化合物。 无机化合物简称无机物，通常是指不含碳的化合物。细胞中的无机物主要是水和各种无机盐。含 碳和氢的化合物大都是有机化合物（不包括碳的氧化物、碳的硫化物、碳酸、碳酸盐、氰化物等），简 称有机物。细胞中的有机物主要包括糖类、脂质、蛋白质与核酸等。 2. 碳骨架是有机化合物的基础：在组成生物体的大量元素中，C 是最基本的元素。一个碳原子核 中含有 6个质子，核外有 6 个电子，由于电子排布的不同，在最外层有 4个电子，这样，碳原子就具 有了 4个能够成键的价电子。正是这 4 个价电子，能够使碳原子之间、碳原子与其他元素的原子之间 结合形成更多的化学键。由于每个碳原子可以形成 4 个化学键，所以就有可能形成含有成千上万个甚 至更多个碳原子的物质。在细胞中，碳原子与碳原子之间通过高度稳定的共价键相互连接，构成了各 种复杂有机物的骨架结构即碳链（必修一，26页，图 2-2）。 这些碳链长短各异，有线状、分支状、环状等多种形状，碳链上的碳原子还可以与 H、O、N、P、 S 等原子或原子团通过共价键相结合，进而组成结构和功能千差万别的有机物。其碳骨架周边连接着 不同基团，这些基团都有自己的化学特性，使生物分子具有一定的空间结构，并能进行特定的化学反 应，这也正是生物分子具有特定生物功能的物质基础，所以 C是组成细胞的最基本元素。 葡萄糖、氨基酸、核苷酸等生物体中的有机物，相对分子质量较小，结构简单，属于有机小分子。 由众多结构相同或相似的有机小分子（单体），通过缩合反应所生成的结构复杂、相对分子质量非常大 的有机物（多聚体），就属于生物大分子，如蛋白质、核酸、淀粉、糖原、纤维素等（必修一，26页， 图 2-3）。这些生物大分子都可以通过水解反应再分解成许多有机小分子。 例 9 生物大分子在生物体生命活动中具有重要的作用。碳原子本身的化学性质，使它能够通过化 学键连结成链状或环状，从而形成生物大分子。以上事实可以说明（ ）。 ①碳元素参与生物体内所有化合物的组成 ②地球上的生命是在碳元素的基础上建立起来的 ③碳元素是各种大分子化合物中数量最多的元素 ④碳元素是组成生物体内有机化合物的最基本元素 A．②③④ B．③④ C．②④ D．①③④ 例 10 C、H、0、N、P、S 等元素以碳链为骨架形成生物分子。下图为一些常见生物分子的结构式， 据图分析错误的是（ ）。 A. 葡萄糖、甘油、丙氨酸和腺嘌呤都含有碳骨架 B. 葡萄糖、甘油、丙氨酸和腺嘌呤都含有的元素是 C、H C. 生物分子的碳骨架上，既可以有 C-C单键，也可以有 C=C双键 D. 葡萄糖、甘油、丙氨酸和腺嘌呤的特性，与其碳骨架长度、形状有关，与碳骨架上连接的 甲组：含 X 元素的完全培养液＋幼苗 正常生长 一段时间 正常生长 不是必需矿质元素 乙组：缺 X 元素的完全培养液＋幼苗 仍为异常 不是 生长异常＋X 元素 恢复生长 是 说明 一段时间 说明 说明 空白 对照 （实验前） 自身对照 （试验后） 钙的浓度 花粉管生长速度 花粉管萌发率 花粉粒萌发率与 花粉管生长速度 硼的浓度 花粉管萌发率 花粉管生长速率 花粉粒萌发率与 花粉管生长速度 C OH C H H O H OH H C OH H C OH H C OH H C C OH C H H OH H H OH C H C NH2 C O OH H H H C H C N N C H H N C C C NH2 N 葡萄糖 甘油 丙氨酸 腺嘌呤 基团无关