2.1细胞中的元素和化合物课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

雕刻的石像无论多么栩栩如生，我们也不会认为它是生物。 生物体是由细胞构成的，石头当然不是。 雕刻的石像无论多么栩栩如生，我们也不会认为它是生物。生物体是由细胞构成的，石头当然不是。不过，它们都是由分子组成的，那为什么细胞能表现出生命特征？是因为它有特殊的“生命元素”吗？有什么特点？研究组成细胞的元素与分子，实际上就是在探寻生命的物质基础，可以从根本上帮助我们理解生命的结构与功能。让我们一起来学习细胞中的元素和化合物，揭开它的神秘面纱。 1 是组成细胞的分子有什么特殊之处吗? 细胞和石头都是由分子组成的，为什么细胞能表现出生命的特征呢? 是因为细胞内有什么非物质的活力”因素吗? 是细胞里含有特殊的“生命元素"吗? 第二章 组成细胞的分子 阐明生命现象的规律，必须建立在阐明生物大分子结构的基础上。 中国科学院院士邹承鲁 第1节 细胞中的元素和化合物 人教版（2019） 必修1 《分子与细胞》 第2章 组成细胞的分子 认识到细胞和生物体的各种生命活动都有其物质基础。 说出组成细胞的主要元素，认识到生命的物质基础具有统一性和特殊性。 说出组成细胞的化合物的主要种类。 掌握生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的检测方法。 学习目标 5 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 组成元素种类基本相同 组成元素含量差别大 生物界 无机自然界 统一性 生物界 无机自然界 差异性 1、组成生物体的所有元素中，有没有哪一些元素是生物体所特有的？ 2、生物体中的元素含量和无机环境中的含量有区别吗？ 207倍 原因：生物体有选择地从无机自然界中获取物质来组成自身。 问题探讨 生物界与无机自然界在元素组成上的统一性和差异性 细胞生命活动所需的物质，归根结底是从____________中获取的。组成细胞的化学元素，在_____________中都能找到。没有一种化学元素为______特有。但是，细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同。 无机自然界 无机自然界 细胞 总结 说明生命和非生命的无机环境既有统一性又有差异性,生命起源于非生命物质。 01 组成细胞的元素 组成生物体细胞的元素在种类上与非生物界存在统一性，含量上却大不相同。那生物与生物之间是否也如此？ 鲜重与干重 鲜重是指细胞在自然状态下的重量。 干重是指除掉自由水的细胞重量。 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 K 0.92 1.09 Ca 0.23 4.67 P 0.20 3.11 Mg 0.18 0.16 S 0.17 0.78 比较组成玉米细胞和人体细胞的 元素及含量（干重，质量分数） 1.在玉米细胞和人体细胞中含量较多的四种元素一样吗？怎样解释这种现象？ 一样，都为C、H、O、N;因为玉米和人都是生物，组成它们的主要成分都是水、糖类、脂质和蛋白质等，这些物质大部分含有C、H、O，蛋白质中还有大量N元素。 一、组成细胞的元素 思考·讨论 基本元素 干重是指细胞除去全部自由水后的重量。 不同生物体内化学元素的种类基本相同，含量不同，同一生物体内不同化学元素含量不同。 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 K 0.92 1.09 Ca 0.23 4.67 P 0.20 3.11 Mg 0.18 0.16 S 0.17 0.78 比较组成玉米细胞和人体细胞的 元素及含量（干重，质量分数） 一、组成细胞的元素 思考·讨论 2.细胞中有些元素含量很少，是否意味着它们不重要？你能举例说明吗？ 很多蛋白质都含有S（硫），叶绿体中的叶绿素分子就含有Mg，如果缺少，细胞就不能合成这些蛋白质或叶绿素了。 不同生物体内化学元素的种类基本相同，含量不同，同一生物体内不同化学元素含量不同。 元素 功能 主要症状 Fe 输送氧 过多：肝硬变、青年智力发育慢 过少：缺铁性贫血、龋齿 Cu 胶原蛋白和酶的成分 过多：恶心、呕吐、腹疼、急性溶血等 过少：引起白癜风及少白头等黑色素丢失症。 Zn 控制代谢的要害部位 过多：头昏、呕吐、腹泻 过少：贫血、高血压、食欲不振味觉差 Mo 染色体有关酶的成分 过多：损伤生殖细胞、肾负担加重 过少：致龋齿、肾结石、克山病、食道癌等 Mn 为多种酶的组成部分 过多：巴金森氏症震颤麻痹样的症状 过少：生长迟缓、骨质疏松和运动失常 元素缺乏症 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 K 0.92 1.09 Ca 0.23 4.67 P 0.20 3.11 Mg 0.18 0.16 S 0.17 0.78 比较组成玉米细胞和人体细胞的 元素及含量（干重，质量分数） 一、组成细胞的元素 思考·讨论 3. 比较组成玉米细胞和人体细胞中的元素种类和含量，你还能得出哪些结论？ ①不同生物体内化学元素的种类 。 基本相同 ②不同生物体内同种化学元素的含量 。 不同 ③同一生物体内不同化学元素的含量 。 不同 不同生物体内化学元素的种类基本相同，含量不同，同一生物体内不同化学元素含量不同。 1、种类：细胞中常见的化学元素有 多种。 2、分类： 20 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。（含量占生物体总重量万分之一以上） 微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。 （杨林探亲，但留妹盖家） （铁锰碰新木桶） （指含量很少但生物体生活所必需的一些元素） 按含量 C、H 、O 、N 、P 、S 、K 、Ca 、Mg 最基本元素 基本元素 主要元素 大量元素 一、组成细胞的元素 C（碳）、H（氢）、O（氧）、N（氮）、P（磷）、 S（硫）、K（钾）、Ca（钙）、Mg（镁） Fe（铁）、Mn（锰）、Zn（锌）、Cu、B（硼）、Mo（钼） 组成细胞的元素 微量元素 大量元素 基本元素 尝试构建组成细胞元素的包含关系图 15 生物对微量元素的需要量很少，微量元素是否可有可无？ 一、组成细胞的元素 资料1：近日，小明的一些症状引起了父母的担忧：感冒频繁，口腔溃疡反复发作，伤口不易愈合，食欲不振，免疫力低下。比起同龄儿童，小明身材偏矮、偏瘦。去医院后，经检查发现血清中锌的浓度过低。 微量元素(锌)在生物体中含量很少，但是生物体不可缺少的必需元素。 思考：生物体内含有的元素不是大量元素就是微量元素吗？ 思考：组成细胞的各种元素又是以什么形式存在的呢? 一、组成细胞的元素 化合物 铅（Pb）、汞（Hg）在细胞中含量也很低,生物体不需要吸收Pb和Hg，一旦吸收会引起重金属中毒, Pb和Hg不属于微量元素。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。 02 组成细胞的化合物 分类 种类 质量分数/% 无机化合物 有机化合物 水 无机盐 70%－90% 1%－1.5% 7%－10% 1%－2% 1%－1.5% 蛋白质 脂质 糖类和核酸 （1）占细胞鲜重最多的化合物是______； （2）占细胞鲜重最多的有机物是__________； （3）占细胞干重最多的化合物是__________。 水 蛋白质 蛋白质 想一想： 二、组成细胞的化合物 19 拓展：组成细胞化合物的元素组成 无机化合物 有机化合物 水： 无机盐： 糖类： 脂质： 蛋白质： 核酸： C、H、O C、H、O（Ｎ、Ｐ） C、H、O、N（P、S、Fe） C、H、O、N、P H、O 大部分不含碳元素 注：括号内的为非必备元素。 组成人体细胞的主要元素 （占细胞干重的百分比） 组成人体细胞的主要元素 （占细胞鲜重的百分比） 细胞总重 细胞除去水后的重量 O>C>H>N C>O>N>H 知识补充 最多化合物 最多有机物 最多的元素 鲜重 干重 O C 水 蛋白质 蛋白质 蛋白质 O>C>H>N C>O>N>H 拓展：占细胞最多的元素和物质 (1) 组成地壳的元素在细胞中都能找到(　　) (2) 细胞中含量很少的元素都是微量元素(　　) (3) 大量元素和微量元素的划分依据是其发挥生理作用的大小(　　) (4) 沙漠中的仙人掌细胞中含量最多的化合物是水(　　) × × × √ 课堂检测 1.判断正误。 2.虎是陆地上最强大的食肉动物之一，当其捕食动物后，从动物体 中获得化合物和元素，那么，东北虎和其所捕食动物体内的各种 化学元素( ) A.种类和含量差异都很大 B.种类和含量都是大体相同的 C.种类差异很大，含量大体相同 D.种类大体相同，含量差异很大 D 3.在植物体内，最基本的化学元素和含量最多的元素分别是( ) A. C和O B. O和H C. C和H D. H和O A 课堂检测 4、下列关于微量元素和大量元素的说法,正确的是(　　) A. 都属于生命活动的必需元素 B. 都属于生命活动的主要元素 C. 前者是细胞特有的,后者是细胞与非生物界共有的 D. 两者都是细胞自身合成的 5、某人得了脂肪肝(即肝细胞中有过多的脂肪)，则其肝细胞中含量最多的化合物是（ ） A．脂肪 B．蛋白质 C．水 D．无机盐 A C 课堂检测 沙漠中的仙人掌细胞中含量最多的化合物是水 不同生物组织的细胞中各种化合物的含量是有差别的，因此我们要合理膳食，以满足机体营养需要。怎样检测不同生物组织中的营养物质呢? 03 探究·实践：检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质 物质鉴定类实验的基本思路 3 材料处理 2 实验选材 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 蛋清 豆浆 鸡肝 梨 葡萄 白萝卜 1 鉴定原理 看书 让学生讲原理（板书） 选带鉴定物质含量丰富的 补充问生物材料原有的颜色是否影响结果的观察？ 3. 材料需要如何处理？ 4. 两种检测试剂的使用方法是否一致？ 28 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。 脂肪 + 苏丹Ⅲ染液 →橘黄色 学习任务 还原糖+斐林试剂→砖红色沉淀 蛋白质+双缩脲试剂→紫色 1 鉴定原理 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 29 实验选材的标准是什么？ 　①被检测物质含量高； ②材料接近无色； ③易取材，易操作 2 实验选材 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 3 材料处理 鉴定还原糖和蛋白质时，将实验材料榨汁，使要鉴定的物质从细胞中释放出来； 蛋清 豆浆 鸡肝 梨 葡萄 白萝卜 鉴定脂肪时，将浸泡后的花生种子制成临时装片，放在显微镜下观察。 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 还原糖: 具有还原性的糖 常见还原糖: 葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖 常见非还原糖: 蔗糖、淀粉、纤维素、糖原 实验一：还原糖的检测和观察 材料：梨匀浆、葡萄匀浆、白萝卜匀浆 实验原理： 还原糖+斐林试剂→砖红色沉淀 试剂：斐林试剂 甲液质量浓度为0.1g/mL的NaOH 和乙液0.05g/mL的CuSO4 斐林试剂要求现配现用。 注意： 实验一：还原糖的检测和观察 实验一：还原糖的检测和观察 1、向试管内注入2mL待测组织样液。 2、向试管内注入1mL斐林试剂（甲乙液等量混合均匀后加入）。 3、将试管放入盛有50～65℃温水的大烧杯中加热2min（水浴加热）。 4、观察试管中颜色的变化。 方法步骤: 结果分析: 溶液由蓝色→砖红色沉淀，说明有还原糖存在。 颜色变化： 砖红色 浅蓝色 棕色 （Cu2O） （1）在还原糖的检测实验中，最理想的实验材料是还原糖（葡萄糖、果糖、麦芽糖、乳糖等）含量较高且颜色较浅的生物组织或器官，如梨、葡萄等；不能选用甜菜、甘蔗、马铃薯块茎，因为甜菜、甘蔗富含的蔗糖不属于还原糖，马铃薯块茎富含的淀粉也不是还原糖；也不能选用西瓜、血液、绿色叶片等，因为这些材料本身的颜色会对实验结果造成干扰。 思考: 鉴定还原糖时使用的斐林试剂为何要现配现用? 因为斐林试剂很不稳定,配置好的Cu(OH)2悬浊液放置一段时间后，会形成沉淀，影响实验效果。其次是Cu(OH)2放置久了会发生分解反应，形成部分黑色CuO，也会影响实验结果。所以应将甲液和乙液分别保存,使用时现配现用。 斐林 试剂 甲液: 乙液: 质量浓度为 0.1g/mLNaOH溶液 质量浓度为 0.05g/mLCuSO4溶液 反应实质： 还原糖将Cu(OH)2还原，生成砖红色的Cu2O 材料：鸡蛋清，黄豆组织样液，牛奶 实验原理： 试剂：双缩脲试剂 甲液质量浓度为0.1g/mL的NaOH 和乙液0.01g/mL的CuSO4 实验三：蛋白质的检测和观察 蛋白质+双缩脲试剂→紫色 制备组织样液 黄豆 浸泡 研磨 过滤 黄豆组织样液 去皮、切片 蛋清液 鸡蛋 鸡蛋清稀释液 稀释 显色反应 向试管中注入2ml样液 向试管中注入1ml试剂A液 加入4滴 试剂B液 观察现象 观察颜色变化：蓝色→紫色 加入双缩脲试剂A后，颜色呈现为无色，加入B后，变为紫色，说明鸡蛋清中有蛋白质存在。 得出结论 实验三：蛋白质的检测和观察 实验步骤、现象与结论 思考: 鉴定蛋白质时,加入试剂B后,如果没有产生紫色反应,可能 的原因是什么? 可能加入的双缩脲试剂B过量,CuSO4在碱性溶液中生成大量的蓝色Cu(OH)2絮状沉淀,会遮蔽实验中所产生的紫色,影响观察结果。 0.1g/mLNaOH 双缩脲试剂 A液 B液 0.01g/mLCuSO4 反应实质：蛋白质+Cu2+ 碱性环境 紫色络合物 1ml 4滴 实验三：蛋白质的检测和观察 比较项目 斐林试剂 双缩脲试剂 作用 成分 使用方法 原理 反应条件 检测可溶性还原糖 检测蛋白质(肽键) 甲液: 0.1g/mLNaOH 乙液: 0.05g/mLCuSO4 A液: 0.1g/mLNaOH B液: 0.01g/mLCuSO4 甲液与乙液等体积混合使用，现配现用。 依次添加：先加较多A液，再加少量B液。 Cu(OH)2被还原糖还原成Cu2O砖红色沉淀。 蛋白质在碱性条件下与Cu2+络合，生成紫色络合物。 水浴加热(50~65℃) 碱性环境、常温 斐林试剂与双缩脲试剂的异同分析 实验二：脂肪的检测和观察 材料：花生种子 实验原理： 试剂：苏丹Ⅲ染液 脂肪 + 苏丹Ⅲ染液 →橘黄色 实验二：脂肪的检测和观察 实验步骤： 浮色 已着色 橘黄色 实验二：脂肪的检测和观察 脂肪的检测结果 脂肪微粒 实验二：脂肪的检测和观察 实验易错点提示 (1)唯一需要加热—— 鉴定,且必须水浴加热, 不能用酒精灯直接加热。若不加热则无砖红色沉淀出现。 (2)非还原糖(如蔗糖)+斐林试剂的现象是 。【Cu(OH)2的颜色】。 (3)唯一需要显微镜—— 鉴定,实验中要用 ，其作用是 。 还原糖 脂肪 洗去浮色 (4)易写错别字提示:“斐林试剂”中的“斐”不可错写成“非”,双缩脲试剂中的“脲”不可错写成“尿”。 50%的酒精溶液 浅蓝色而不是无色 4.脂肪鉴定实验中为什么用50%的酒精洗去浮色，而不用清水？ 因为苏丹Ⅲ易溶于有机溶剂酒精中，而不溶于清水中。 1.实验中，在加相应试剂之前为何要留出部分组织样液？ 　作为对照，便与鉴定后的样液颜色作对比，增强实验的说服力。 3.在使用双缩脲试剂时，为什么要先加入试剂A，后加入试剂B? 　先加入试剂A，造成碱性环境，只有在碱性环境中，蛋白质才容易与Cu2＋发生颜色反应。 2.蔗糖溶液中加入斐林试剂后呈现什么颜色？ 属于非还原糖，不与斐林试剂发生颜色反应。观察到的现象不是无色，而是蓝色[Cu(OH)2的颜色 (1)西瓜、番茄等都含有较多的糖，因此可用于还原糖的鉴定(　　) (2)甘蔗富含糖，是做还原糖鉴定的理想材料(　　) (3)非还原糖与斐林试剂混合后经水浴加热后的现象是溶液为无色(　　) × × × 课堂检测 非还原糖如果与斐林试剂混合，水浴加热后的现象不是无色，而是浅蓝色[Cu(OH)2的颜色]。 1.判断正误。 2.下面是一组探究有机物存在与否的鉴别实验，按表中编号顺序对应下列各项中的内容，正确的是(　 　) C A.紫色、苏丹Ⅳ染液、蔗糖 B.红色、苏丹Ⅲ染液、蔗糖 C.紫色、苏丹Ⅲ染液、葡萄糖 D.红色、苏丹Ⅲ染液、果糖 待测物 试剂 颜色 反应条件 胰岛素 双缩脲试剂 ① － 脂肪 ② 橘黄色 － ③ 斐林试剂 砖红色 水浴加热 课堂检测 3.有关“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验操作的叙述，错误的是( ) A.只有还原糖鉴定实验中用到水浴加热 B.双缩脲试剂需要分开使用 C.斐林试剂需要现配现用 D.用于检测还原糖的斐林试剂的甲液和乙液，可直接用于蛋白质的检测 D 4.下列说法正确的是( ) A.西瓜汁含有大量的糖，常被用于还原糖的鉴定 B.通过对双缩脲试剂B液进行稀释就可得到斐林试剂乙液 C.斐林试剂鉴定还原糖需要50～65 ℃水浴加热 D.脂肪鉴定中使用体积分数为50%的酒精溶液，目的是提取花生子叶中的脂肪颗粒 C 西瓜汁是红色的，会干扰颜色的鉴定； 洗去浮色 课堂检测 5.现有两瓶没有标记的尿液样品，分别是1名糖尿病患者(尿液中含有葡萄糖)和1名肾小球肾炎患者(尿液中含有蛋白质)的尿样，请用所学的知识对其进行区分。 方法一：用斐林试剂对两瓶尿样进行检测，有砖红色沉淀生成的是糖尿病患者的尿样；没有砖红色沉淀生成的是肾炎患者的尿样。 方法二：用双缩脲试剂来检测，有紫色反应的是肾炎患者的尿样，另一瓶是糖尿病患者的尿样。 课堂检测 6.无糖奶粉中因不含葡萄糖等糖类，受到患糖尿病老年人的喜爱，要检验某种无糖奶粉是否合格，可能用到哪些试剂？ 符合要求的无糖奶粉应该无糖，但是含有蛋白质，因此要用到斐林试剂和双缩脲试剂来检测。 课堂检测 水 无机化合物 有机化合物 无机盐 糖类 脂质 蛋白质 核酸 细胞中的元素和化合物 组成细胞的元素 组成细胞的化合物 检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质 大量元素 微量元素 干重最多：c 鲜重最多：o 糖类： 脂质： 蛋白质： 淀粉： 斐林试剂，砖红色沉淀 （苏丹III：橘黄色 ） （双缩脲试剂：紫色） （碘液：变蓝） 课堂小结 谢谢! 下节课见 $$