2.2 细胞中的无机物

第二章第2节《细胞中的无机物》 运动员饮料的化学成分表 通过问题探讨导入新课： 右侧是某种运动员饮料的化学成分表。请回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题。 问题1、喝饮料主要是给身体补充水。水在细胞中起什么作用？ 成分 质量浓度/g · L-1 蔗糖 30 其他糖类 10 柠檬酸 10 柠檬香精 0.8 NaCl 1.0 KCl 0.1 NaH2PO4 0.1 KH2PO4 0.1 NaHCO3 0.1 水是细胞结构的重要组成成分;水是细胞内的良好溶剂；细胞内的许多化学反应也都需要有水的参与;为细胞提供液体环境中; 运输营养物质和代谢废物。 2 问题2、表中哪些成分属于无机盐？为什么要在运动员喝的饮料中添加无机盐？无机盐在细胞的生活中起什么作用？ 表中的氯化钠、氯化钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、碳酸氢钠等都属于无机盐,它们在饮料中以离子的形式存在。运动员在运动中会大量出汗，出汗时人体会排出大量无机盐,所以要给他们补充无机盐。无机盐可以调节细胞的生命活动，也是许多有机物的重要组成成分。 运动员饮料的化学成分表 成分 质量浓度/g · L-1 蔗糖 30 其他糖类 10 柠檬酸 10 柠檬香精 0.8 NaCl 1.0 KCl 0.1 NaH2PO4 0.1 KH2PO4 0.1 NaHCO3 0.1 3 表1.细胞中各种化合物所占比例 化合物 水 无机盐 蛋白质 脂质 糖类 核酸 所占比例% 70-90 1-1.5 7-10 1-2 1-1.5 表2.几种不同生物体水的含量 生物 水母 鱼类 蛙 哺乳动物 藻类 高等植物 水含量% 97 80-85 78 65 90 60-80 比较细胞和生物体内水的含量，你能从表格中得到什么信息？ 结论①细胞中含量最多的化合物是水 结论②不同生物的含水量不同:水生生物＞陆生生物 1.细胞中水的含量 一、细胞中的水 4 77% 52%-58% 60%-65% 结论③同一生物不同生长发育时期含水量不同，且幼年＞成年，男性＞女性 5 组织 器官 牙齿 骨骼 骨骼肌 心脏 血液 质量分数/% 10 22 76 79 83 结论④同种生物的不同组织、器官，含水量不同 6 材料一：人和动物血液中含水量约为83%，血细胞就生活门这个液体环境中，水可把营养物质输送到各个细胞，又把细胞产生的代谢废物运输到细胞外。 该资料体现了水的什么功能? ①为细胞提供液体环境 ②运输营养物质和代谢废物 分析下面材料,探究水的功能 2、水的功能 材料二：细胞中的物质，如各种离子、氨基酸、葡萄糖等，只有溶于水中才能参与细胞中的各种代谢。 ③水是细胞内的良好溶剂 该资料体现了水的什么功能? 糖分子 材料三：细胞内有氧呼吸的过程见下图 ④参与细胞内的生物化学反应 该资料体现了水的什么功能? 2C3H4O3+6H2O 20[H] +6CO2 +少量能量 酶 第一阶段（细胞质基质） 第二阶段（线粒体基质） 第三阶段（线粒体内膜） 2C3H4O3+ 4[H]+少量能量 C6H12O6 酶 3、水的结构特性 （1）具有极性，是良好的溶剂 水分子由2个氢原子和1个氧原子构成，氢原子以共用电子对与氧原子结合。由于氧原子具有比氢原子更强的吸引共用电子的能力，使氧原子一端稍带负电荷，氢原子一端稍带正电荷。这种电子分布不均匀的分子叫做极性分子。由于水分子的极性；带正电荷或负电荷的分子和离子都容易与水结合，因此水是良好的溶剂。 （2）水分子之间形成氢键，具有流动性、具有高比热容 由于水分子的极性，一个水分子的负电区(氧端)与另一个水分子的正电区(氢端)之间通过静电吸引形成一种弱的引力，这种弱的引力称为氢键，氢键易被破坏，也易形成，这样水中的氢键不断地断开，又不断地形成，使水在常温下能够维持液体的状态，具有流动性；由于氢键的存在，水具有较高的比热容，这就意味着水的温度相对不容易改变，水的这种特性，对于维持生命系统的稳定性十分重要。 例析、（多项选择）关于水的结构特性及生理功能的叙述中，正确的是（ ） A、水分子是极性分子，易与带正电荷或负电荷的分子结合，因此水是良好的溶剂 B、水分子之间易形成氢键，氢键易断裂和形成，使水在常温下呈液体状态，具有流动性 C、北方冬小麦在冬季来临前，自由水比例下降，结合水比例上升，可以避免气温下降时自由水过多导致结冰而损害自身 D、氢键的存在使水有较高的比热容，使水的温度不易发生改变，有利于维持生命系统的稳 ABCD 点评：此题考查水的结构特性。水是极性分子，水分子之间易形成氢键，水具有较高的比热容。 问题1、为什么说水是一种良好的溶剂? 问题2、水分子的氢键是怎样形成的?为什么在常温下水是液体状态，具有流动性? 问题3、为什么说水对维持生命系统的稳定性十分重要? 问题1、水分子具有极性，带正电荷的分子或离子都易与水结合，因此是良好的溶剂； 问题2、一个水分子的氧端（负电性区）靠近另一水分子的氢端（正电性区），它们之间的静电吸引作用就形成一种弱的引力，即氢键，这种氢键容易被破坏，也容易形成，所以水在常温下能维持液态，具有流动性； 问题3、由于氢键的存在，水具有较高的比热容，水的温度相对不容易发生变化，这种特性对于维持生命系统的温度性十分重要。 13 （1）水的存在形式 4、水在细胞中的存在形式及相互关系 与蛋白质、多糖等结合，失去流动性、溶解性 结合水： 游离状态，自由流动 自由水： 在我们刚才分析的糖溶液中水就有两种存在形式：游离状态的，可以自由流动的水分子；另外一些水分子则与蔗糖分子的极性基团通过氢键相联，失去了流动性和溶解性。细胞内也有一部分水分子被蛋白质、多糖、磷脂等亲水性物质通过氢键吸附。这种静电引力比水分子间的要更稳定一些。这部分水就是细胞内的结合水。结合水对于保持生物大分子的空间结构有着重要的作用，是细胞的重要组成成分。 在干旱情况下植物会通过代谢增加可溶性糖的含量吸附更多的自由水成为结合水，增强植物的保水能力。 结合水在不同生物的细胞中广泛存在，如人体的心肌细胞、软骨细胞含水量都接近血液，但结合水的占比高使前两者具有坚韧的形态。 结合水因为失去了流动性和溶解性不参与代谢。结合水占比升高的时候植物抗逆性增强，但细胞代谢强度下降。待度过不良环境条件后，植物的含水量又会有怎样的变化呢？█ 14 问题思考：心脏和血液的含水量很接近，为何心脏呈固态而血液却呈流动的液态？ 83% 79% 不同组织、器官形态的差别，主要取决于自由水与结合水含量的差别。心脏和血液含水量差不多，但心脏的结合水含量较多，主要用于构成细胞结构，因此呈固态。而血液中自由水含量较多，主要来运输营养物质与废物，因此呈液态。 问题思考1：为什么种子入库之前要经过晾晒？种子萌发需要吸水？ 问题思考2：小麦越冬前自由水和结合水的比例会如何变化？ （2）自由水与结合水的关系 晒干的种子，自由水减少，代谢减弱，利于储存；干种子吸足水分，自由水增多，代谢增强，种子萌发； 冬小麦在冬季来临时，结合水增多，自由水减少增，植物的抗冻能力增强 自由水 结合水 温度升高 温度降低 上升 细胞新陈代谢增强 下降 细胞新陈代谢减弱,抗逆性增强 自由水 结合水 自由水与结合水是相对的，在一定条件下可以相互转换，见下图： （3）如何设计实验验证玉米种子细胞中水的存在形式及功能 过程图解如下： ①晒干的种子，自由水减少，代谢减弱，利于储存。 ②种子萌发时，吸收水分，自由水增多，代谢增强 ③晒干的种子，经过加热，失去结合水，细胞的结构被破坏，不能萌发。 知识小结： 自由水 结合水 概念: 在细胞中呈游离状态，可以自由流动； 含量: 多，占所有水的绝大部分 功能 ①细胞内良好的溶剂。 ②参与细胞内的生化反应。 ③为细胞提供液体环境 ④运输营养物质和代谢废物 概念: 含量: 少，占细胞水分的4.5% 功能： 细胞结构的重要组成成分 与细胞内蛋白质与多糖等结合，失去流动性 相互 转化 1、下列关于细胞中水分子的叙述错误的是(　　) A．只能以游离形式存在 B．是细胞鲜重中含量最多的成分 C．是细胞代谢活动的介质 D．是细胞中多种物质的溶剂 A 巩固练习 2、水是生命之源，下列关于生物体内水的叙述中错误的是（ ） A．参与运输营养物质和代谢废物的水是自由水 B．越冬的植物细胞内结合水/自由水的比例上升 C．水既是细胞代谢所需的原料，也是细胞代谢的产物 D．失去自由水的种子不具有萌发的能力 D 3. 下列与生产、生活实际相关的叙述,不正确的是 ( ) A.沙漠地区的植物细胞内结合水含量高于自由水 B.新鲜的植物种子比干种子的新陈代谢相对旺盛 C.在生物体的不同发育时期,生物体的含水量不同 D.结合水含量高的生物抗旱、抗寒、抗热能力强 A 4.下图是小麦种子成熟过程中干物质和水分的变化，下列叙述错误的是（ ） A.随着种子的成熟，种子的生命活动由代谢活跃状态转入休眠状态 B.种子中自由水和结合水之间可以相互转化 C.种子中水分减少的主要原因是植物吸收的水分减少 D.种子成熟期间的这两种物质的变化和种子萌发时相反 C 点评：种子中水分减小的主要原因是生物体自身的调节，不是植物吸收的水分减少，C错误。 无机盐 将烘干的骨、小麦种子和植物秸秆等点燃烧尽, 最终都会得到一些灰白色的灰烬 , 请问这些灰烬是什么呢 ? 二. 细胞中的无机盐 1、无机盐在细胞中的存在形式：大多以离子形式存在，少数以化合物的形式存在。 2、含量：很少，仅占1％－1.5％ 无机盐在细胞中含量很少，它们在细胞中有什么作用呢？ 阳离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+ 等，阴离子：Cl－、SO42－、PO43－、HCO3－等。少数以化合物形式存在：如叶绿素中的镁，血红蛋白中的铁。 问题1、植物体缺Mg会影响光合作用，为什么？ 问题2、种贫血症叫缺铁性贫血症，为什么缺Fe会导致贫血？ 问题3、植物体常表现为生长发育不正常，这说明什么?分析为什么植物体缺P会影响其生长发育？ Mg是合成叶绿素分子不可缺少的元素之一，影响光合作用 P是组成细胞的重要元素，细胞膜、细胞核中都含有P元素，也参与了植物体内很多重要的代谢过程，如光合作用、糖类的合成等 Fe是血红素合成所需的元素，血红素是血红蛋白的重要组成部分 叶绿素 血红蛋白 3、无机盐的作用： 作用1、组成细胞中的化合物 一种叶绿素分子的局部结构 血红素分子的局部结构 一种磷脂分子（局部） Mg2+参与构成叶绿素分子，Fe2+参与构成血红素分子。 P是组成细胞膜、细胞核的重要成分。 作用2、维持细胞和生物体的生命活动 名称 生理作用 Mg Fe Na+ Ca2+ P 构成叶绿素的元素，缺乏影响光合作用。 构成血红素的元素，缺乏导致缺铁性贫血。 Ca2+ 浓度太低动物出现抽搐等症状 是组成细胞膜、细胞核的重要组分， 也是细胞必不可少的化合物的组分。 人体内Na+ 缺乏引起神经、肌肉的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛，大量出汗排出过多的无机盐后，应多喝淡盐水。 作用3、细胞渗透压平衡的维持 Na+、Cl_主要维持细胞外液的渗透压，K+主要维持细胞内液的渗透压。 作用4、维持细胞的酸碱平衡 大家都有这样的体会，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？ 乳酸＋NaHCO3=乳酸钠＋H2CO3 CO2＋H2O 1.下列关于细胞中无机化合物的叙述，正确的是（ ） A．自由水是生化反应的介质，不直接参与生化反应 B．结合水是细胞结构的重要组成成分，主要存在于液泡中 C．无机盐参与维持细胞的酸碱平衡，不参与有机物的合成 D．无机盐多以离子形式存在，对维持生命活动有重要作用 D 巩固练习 2．下列关于生物体内水分和无机盐的叙述，错误的是（ ） A．干种子内结合水的相对含量较低，不能进行旺盛的生命活动 B．旱生植物比水生植物具有较强的抗旱能力，其原因之一是结合水的相对含量较高 C．镁离子是叶绿素的重要成分，缺镁会造成叶片发黄 D．生理盐水能维持人体渗透压的平衡，防止细胞过度吸水而涨破 A 3.下列有关生物体内水和无机盐的叙述错误的是（ ） A．萌发种子中结合水/自由水的比例增加，细胞代谢变得活跃 B．水既是细胞内良好的溶剂，又是生物体内物质运输的主要介质 C．无机盐离子对维持血浆的渗透压和酸碱平衡等有重要作用 D．镁是构成叶绿素的必需成分，植物缺乏镁时会导致叶片发黄 A 4．下图表示对刚收获的种子所做的一系列处理，据图分析下列有关说法正确的是（ ） A．①和②均能够萌发形成幼苗 B．③在生物体内主要以化合物的形式存在 C．点燃后产生的CO2中的碳原子全部来自种子中的糖类 D．④和⑤是同一种物质，但是在细胞中的存在形式和含量不同 D 5．下列有关水和无机盐的叙述，不正确的有（ ） ①水能溶解、运输营养物质和代谢废物，并维持细胞形态 ②细胞中无机盐含量很少且大多数是以化合物形式存在 ③哺乳动物的血液中钙离子含量过高，会出现抽搐等症状 ④无机盐可以为人体生命活动提供能量 ⑤休眠种子与萌发种子相比，结合水与自由水的比值更小 ⑥缺碘会引起儿童佝偻病 A．六项 B．五项 C．四项 D．三项 B $$