2.2 细胞中的无机物

第2章 组成细胞的分子 第2节 细胞中的无机物 课 型： 授课人： 【学习目标】 1.说出水在细胞中的存在形式和作用。 2.认同水在生命活动中具有重要作用。 1.说出无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。 2.举例说出无机盐在细胞内含量虽少，但与生命活动密切相关。 likezhisheng 问题探讨 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。 1. 喝饮料主要是给身体补充水。水在细胞中起什么作用？ 【提示】水在细胞中的作用主要表现在以下几个方面。水是细胞结构的重要组成成分；水是细胞内的良好溶剂，许多物质必须溶解在水中，细胞内的许多化学反应也都需要水的参与；多细胞生物体的绝大多数细胞必须浸润在以水为基础的液体环境中; 通过水在生物体内的流动，可以把营养物质运送到各个细胞，同时，也把各个细胞在代谢中产生的废物运送到排泄器官或者直接排出体外。总之，各种生物体的一切生命活动，都离不开水。 likezhisheng 问题探讨 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？ 【提示】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。 likezhisheng 问题探讨 一、细胞中的水 人们普遍认为，地球上最早的生命孕育在海洋中，生命从一开始就离不开水。 水是构成细胞的重要成分，也是活细胞中含量最多的化合物。 《尚书·禹贡》记载：“太一生水,水润万物。太一生水,水又反润太一,进而滋生万物”。 likezhisheng 一、细胞中的水 ①生物体的含水量随着生物种类的不同而有所差别，一般为60%~95%。 水生生物含水量 _____ 陆生生物含水量 > 96% 65% 1. 水在细胞及生物体中的含量 ②生物体在不同的生长发育期，含水量也不同。 动物：幼年_____ 老年 植物：幼嫩_____ 成熟 > > ③生物体的不同器官，组织的含水量不同。 血液中的含水量约为83%，牙齿中的含水量约为10% 83% 10% likezhisheng 一、细胞中的水 人的心肌含水量约为79%，血液含水量约为83%，二者的含水量相差不多，为何心脏呈固态而血液却呈流动的液态？ 水的存在形式不同 心肌中含有较多的结合水，而血液中含有较多的自由水 likezhisheng 一、细胞中的水 形式 自由水 结合水 概念 细胞中绝大部分的水以 的形式存在，可以自由流动 与细胞内其他物质 的水 特点 自由流动性，可参与物质代谢 失去流动性和溶解性，成为生物体的构成成分。 功能 ①细胞内的__________ ②参与______________ ③为细胞提供液体环境 ④运送 和__________ ①是细胞结构的_____________②增强细胞抗逆性 （如：植物的抗旱、抗寒等） 联系 自由水和结合水在一定条件下可相互转化 游离 相结合 良好溶剂 生物化学反应 营养物质 代谢废物 重要组成成分 2. 水在细胞中的存在形式及作用 likezhisheng 一、细胞中的水 水是极性分子——水是良好的溶剂 3. 水分子的结构与功能的关系 水分子由2个氢原子和一个氧原子构成，氢原子以共用电子对与氧原子结合。 由于氧具有比氢更强的吸引共用电子的能力，使氧的一端稍带负电荷，氢的一端稍带正电荷。水分子的空间结构及电子的不对称性分布，使得水分子成为一个极性分子。这使得带正电荷或负电荷的分子或离子都易与水结合。 likezhisheng 一、细胞中的水 一个水分子的氧端和另一个水分子的氢端由于静电吸引作用可以形成氢键。水分子之间靠氢键相互作用在一起。 氢键比较弱，易被破坏，只能维持较极短时间，这样氢键不断地断裂，又不断的形成，使水在常温下维持液态，具有流动性。 3. 水分子的结构与功能的关系 常温下水有流动性 大量氢键断裂需要消耗大量能量。氢键的存在使得水具有较高的比热容，水的温度相对不易发生改变。 水比热容大 likezhisheng 4. 自由水和结合水的关系 一、细胞中的水 自由水和结合水在一定条件下可以相互转化 实例：血液凝固时，是自由水转化为结合水） 转化条件：一般是温度 温度降低，自由水转化为结合水； 温度升高，结合水转化 为自由水。 两者的相对含量（自由水/结合水）影响生物组织的细胞代谢速率。 自由水/结合水比值大，新陈代谢旺盛，但抗逆性较差； 自由水/结合水比值小，新陈代谢缓慢，但抗逆性较强。 likezhisheng 一、细胞中的水 分析细胞中水的存在形式及其相互转化 1.刚收获的小麦种子，农民往往将其晒干后再储藏，在这个过程中，种子丢失的主要是哪种形式的水？种子还有活性吗？ 提示　该过程中种子丢失的主要是自由水；种子仍保留活性。 2.如果将晒干的种子放在试管中加热，会发现试管壁上有水珠出现，该过程中种子丢失的主要是哪种形式的水？种子还有活性吗？ 提示　该过程中种子丢失的主要是结合水；种子失去活性。 3.将烘干小麦种子点燃烧尽，最终会留下一些灰白色的灰烬 ，请问这些灰烬是什么 ? 提示　无机盐 likezhisheng 二、细胞中的无机盐 1.无机盐存在形式和含量 离子 存在形式 大多数以_______的形式存在 少数_____________________ 参与组成复杂化合物 含量：无机盐是细胞中含量很少的无机物，占细胞鲜重1%—1.5% 阴离子：Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等。 阳离子：Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等。 Mg²⁺是叶绿素分子不可或缺的成分； Fe²⁺是血红蛋白的重要组成部分 likezhisheng 二、细胞中的无机盐 生理功能 举例 组成某些复杂化合物 ①Mg是构成叶绿素的元素； ②Fe是构成血红素的元素 ③P是组成细胞膜、细胞核的重要成分 维持细胞和生物体的生命活动 哺乳动物的血液中必须含有一定量的Ca2＋，如果Ca2＋的含量太低，会出现抽搐等症状 维持生物体内的平衡 ①渗透压的平衡：Na＋、Cl－对维持血浆渗透压有重要作用；K＋对维持细胞内液的渗透压起决定作用； ②酸碱平衡(即pH平衡)：无机盐离子组成重要的缓冲体系如 等来调节并维持pH平衡 2.无机盐在细胞中的作用 likezhisheng N 是构成蛋白质、核酸等物质的重要元素；植物缺氮时叶片发黄 P 是构成核酸、磷脂、ATP等物质的重要元素；植物缺磷时叶片暗绿 K+ 维持细胞内液的渗透压，人体缺乏会引起心律失常 Ca2+ 是牙齿、骨骼的组成元素；人体血钙含量过低时，会出现抽搐现象，过高时，会患肌无力；儿童缺钙患佝偻病，成年人缺钙患骨质疏松症 Mg2+ 是构成叶绿素的元素；缺镁，植物的叶片发黄 Fe Fe3+和Fe2+在人体内可以相互转化，其中Fe2+是血红蛋白及某些含铁酶类的成分；人体缺铁会患缺铁性贫血症 I 甲状腺激素的合成原料；成年人缺碘时，患地方性甲状腺肿 Na+ 维持细胞外液渗透压；人体缺钠会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等 常见无机盐的功能与缺乏症 二、细胞中的无机盐 likezhisheng 二、细胞中的无机盐 1．植物体缺Mg会影响光合作用，为什么？ 2．有一种贫血症叫缺铁性贫血症，为什么缺Fe会导致贫血？ 光合作用的正常进行不能缺少叶绿素，而叶绿素中不能缺少的元素之一就是Mg。Mg是叶绿素的组成元素之一，因此，它对于光合作用具有重要意义。缺Mg使叶绿素的形成受到阻碍，进而影响光合作用； 人体内血红蛋白和红细胞的减少都可以导致贫血。血红蛋白中不能缺少的一种元素就是Fe,缺Fe会导致血红蛋白的合成障碍，从而引起贫血。缺铁性贫血是一种常见的贫血症。 思考·讨论 likezhisheng 二、细胞中的无机盐 3．植物体缺P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。 这说明了P对于植物正常的生长发育是必不可少的。P作为植物生长发育所必需的大量元素之一，是许多重要化合物（如核酸、ATP等）和生物膜等的重要组成成分，也在光合作用和呼吸作用等与能量代谢有关的反应中扮演重要角色。当P供应不足时，核酸的合成会受到影响，并会波及蛋白质的合成，还会影响体内糖类的代谢。因此，缺乏P的植株会由于糖类代谢障碍而出现叶片颜色异常，并且长得矮小、结实率低。 玉米缺磷 likezhisheng 二、细胞中的无机盐 4.某人生病到医院输液，医生用生理盐水作为药物的溶剂。你知道生理盐水的浓度吗？用清水作为药物的溶剂可以吗？ 生理盐水是指质量分数为0.9%的氯化钠溶液，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。说明无机盐能调节人体的渗透压，维持细胞的正常形态。 生理盐水 5.人体剧烈运动或高温作业时，会导致大量出汗，此时宜补充清水还是淡盐水？为什么？ 宜补充淡盐水，因大量流汗时许多无机盐离子会随水分流失，补水时必须同时补适量盐方可维持体内水盐的相对稳定状态。 likezhisheng 二、细胞中的无机盐 3.探究植物必需无机盐的实验设计思路 探究某一种无机盐是否为植物必需无机盐，一般利用溶液培养法，具体设计思路如下： (1)对照组：_________________→正常生长。 (2)实验组   实验组加入X盐的目的是___________________________，以增强说服力。 植物＋完全培养液 X不是必需无机盐 X是必需无机盐 二次对照(使实验组前后对照) likezhisheng (1)生物种类不同，含水量不同，如陆生生物含水量多于水生生物(　　) (2)生物的含水量与生长发育阶段有关，幼嫩组织的细胞中含水量较大(　　) (3)晒干的种子不含自由水(　　) (4)水既是细胞代谢所需的原料，也是细胞代谢的产物（ ） (5)水在细胞中的存在形式及功能并不是一成不变的（ ） (6)自由水和结合水在一定条件下可以相互转化（ ） (7)失去自由水的种子不具有萌发的能力（ ） (8)自由水可运输代谢废物到排泄器官（ ） × × √ √ × √ √ √ 判断题 likezhisheng (9)生物体内，无机盐均以离子形式存在(　　) (10)无机盐含量过多或过少都会影响生物体的正常生命活动(　) (11)水和无机盐都不能作为细胞的能源物质(　　) (12) 无机盐在细胞中含量少，缺少某些无机盐也没有太大的影响(　　) (13)缺钠，会引发低钠血症，患者倦怠、淡漠、无神、起立时易昏倒，严重时恶心、呕吐、血压急剧下降( ) (14)血钙过高会引起抽搐( ) (15)无机盐可为细胞提供物质和能量，对维持细胞的生命活动具有重要作用 ( ) √ √ × √ × × × likezhisheng 1.自由水和结合水在一定条件下可相互转化。 2.自由水/结合水值越大，代谢就越旺盛，生长快，细胞抗干旱、抗冻能力越差。 自由水/结合水值越小，代谢就越慢，生长慢，细胞抗干旱、抗冻能力越强。 3.水是生命之源，但并不是水分越多越好，如长期浸泡在水中的陆生植物会死亡。 4.晒干种子失去自由水，并不是不含有自由水，而是自由水含量大幅降低。 5.细胞内的结合水，一般吸附在纤维素、淀粉和蛋白质等大分子表面形成水合物，是细胞结构的重要组成成分。 6.叶绿素分子的基本组成元素有C、H、O、N、Mg，血红素分子的基本组成元素有C、H、O、N、Fe。 likezhisheng 1、下列关于植物体内水分的叙述，错误的是（ ） A．植物体内的水分参与营养物质的运输 B．水是构成叶肉细胞的重要化合物之一 C．自由水可作为细胞内化学反应的反应物 D．同种植物萌发种子的含水量和休眠种子的相同 D 解析：D项，休眠种子里的水分远远小于萌发种子里的水分 likezhisheng 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 解析： A、自由水在细胞内可以自由流动，参与运输营养物质和代谢废物 ，A正确； B、越冬的植物细胞内自由水含量减少，结合水/自由水的比例上升，B正确； C、水既是细胞代谢所需的原料，也是细胞代谢的产物，例如在有氧呼吸中，水既是反应物，也是生成物，C正确； D.失去结合水的种子不具有萌发的能力，D错误 故选D。 3.近年来，马拉松赛事在国内各城市火热开赛，香蕉是马拉松沿途补给站的标配，其中富含的钾离子可以缓解大量出汗导致的肌肉灵敏度下降，并能提高神经系统的兴奋性。该事实说明无机盐的功能是（ ） A .为肌肉收缩提供大量能量 B.参与构成细胞结构 C .维持机体酸碱平衡 D.对维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用 D 解析：A.无机盐不能提供能量，A错误;BCD、香蕉富含的钾离子可以缓解大量出汗导致的肌肉灵敏度下降，并能提高神经系统的兴奋性，说明无机盐对维持细胞和生物体的生命活动有重要作用，D正确，BC错误。 细胞中的无机物 水 存在形式 含量特点： 在各种化学成分中含量最多 含量特点：很少 无机盐 存在形式 离子(大多数) 化合物 （少数） 生理作用 维持细胞和生物体生命活动的正常进行 维持渗透压、酸碱平衡 构成细胞内不可缺少的化合物 组成细胞的重要结构 自由水 作用 含义 结合水 作用 ：是细胞结构的重要成分 含义 是细胞内的良好溶剂 参与细胞内的生化反应 运输营养和代谢废物 为细胞提供液体生活环境 课堂小结 下节提示：细胞中的糖类和脂质 本课结束 $$