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必修1

第1节 细胞中的元素和化合物 第二章 组成细胞的分子 S z L w h 学习目标 学习目标 1、阐明组成细胞的元素都来自无机自然界，但元素相对含量与无机环境不同（统一性和差异性）; 2、能区别组成细胞的大量元素和主要微量元素，并说出组成细胞的化合物的主要种类； 3、尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，进行实验操作、观察结果，基于实验简述组成细胞的物质的特殊性； 4、理解实验原理，能选择合适的材料和方法开展实验，并能解释实验中所出现问题产生的原因。 清代诗人龚自珍的一句诗：“落红不是无情物，化作春泥更护花。”表达出诗人虽仕途不畅但仍不忘报国的伟大情怀。那从生物学的角度来看，这句诗折射出什么自然现象呢？ 花朵落下后变成泥土的一部分，泥土中的养分供养着植物继续成长。这反映出植物从自然界中获取自己所需的物质。 那生物界与非生物界的元素组成有什么关系呢？ 问题探讨 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 问题探讨 1.与无机环境相比，有没有哪一种元素是细胞所特有的？ 组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能够找到，没有一种化学元素为细胞所特有。 说明：生物界与非生物界具有统一性 2.细胞中的元素含量和无机环境中的元素含量相同吗？为什么？ 细胞中各种元素的含量与无机自然界有很大不同。生物体有选择地从无机自然界中获取组成自身的物质。 说明：生物界与非生物界具有差异性 Si在某些植物细胞中含量较多， 如硅藻、禾本科植物。 组成地壳和组成细胞的部分元素含量（%）表 一、生物界和非生物界的统一性和差异性 1、统一性：从化学元素的种类分析，组成细胞的化学元素， 在___________中都能够找到。 2、差异性：从 分析，细胞与无机自然界大不相同。 无机自然界 各种元素的相对含量 生物体是按照生命活动的需要，有选择地从无机自然界获取元素。 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 二、组成细胞的元素 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，都是C、H、O、N 这是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，这些物质都含有C、H、O，蛋白质中还有大量N元素。 玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重、质量分数) 二、组成细胞的元素 2.细胞中有些元素含量很少，是否意味着它们不重要？ 细胞中有些元素含量很少，但是却有着重要作用，如在玉米细胞中，S只有0.17%,Mg只有0.18%，但是很多蛋白质都含有S，叶绿体中叶绿素分子就含有Mg，如果缺少S或Mg，细胞就不能合成这些蛋白质或叶绿素了。 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 玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重、质量分数) 二、组成细胞的元素 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？ 玉米细胞中O明显高于人体细胞，而N元素的含量明显低于人体细胞，这说明玉米细胞和人体细胞中不同有机物的含量有差别，如玉米细胞中的糖类要多些，而人体细胞中蛋白质的含量要多些。 说明：不同生物体的元素种类大体相同，具有统一性，在元素的含量上具有差异性。 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 玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重、质量分数) 二、组成细胞的元素 2、细胞中的元素种类 细胞中常见的化学元素有20多种。 元素含量 大量元素： 微量元素： C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等 Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等 元素作用 最基本元素： 基本元素： 主要元素： C、H、O、N C C、H、O、N、P、S 思考1：微量元素含量少，是否可以缺少？ 二、组成细胞的元素 缺Fe：缺铁性贫血 缺B：花而不实（只开花不结果） 缺Zn：影响人体生长发育、大脑发育和性成熟 缺I：幼年：呆小症；成年：甲状腺肿大 缺Ca：幼年：佝偻病；成年：骨质疏松症 大量元素和微量元素划分的依据是含量的多少,而不是生理作用。含量少也有重要作用 在人体细胞中，鲜重时含量最多的元素是_____; 干重时含量最多的元素是______; O C 一、组成细胞的元素 O>C>H>N C>O>N>H 图2-1组成人体细胞的主要元素（占细胞鲜重的百分比） 图2-2组成人体细胞的主要元素（占细胞干重的百分比） 思考2： 三、组成细胞的化合物 组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在 水 无机盐 糖 类 蛋白质 脂 质 核 酸 三、组成细胞的化合物 组成细胞的化合物 无机 化合物 有机 化合物 水 无机盐 蛋白质 脂质 核酸 糖类 70%-90% 1-1.5% 1-2% 1-1.5% 7-10% 细胞中含量最多的化合物是______ 细胞中鲜重含量最多的化合物是______ 细胞中鲜重含量最多的有机化合物是____________。 占细胞干重含量最多的化合物/有机化合物是_________。 水 蛋白质 水 蛋白质 不同生物组织的细胞中各种化合物的含量是有差别的。 三、组成细胞的化合物 糖类 H2O 叶绿素 梨果实细胞 梨叶片细胞 多 少 多 少 无 多 当堂检测 1.判断题 ①Ca、Mg、Fe、Mn、Cu是组成细胞的微量元素( ) ②细胞中的一种元素的作用能被其他元素代替( ) ③因为O是活细胞中含量最多的元素，所以O是最基本的元素( ) ④在沙漠植物仙人掌的活细胞中含量最多的化合物是蛋白质( ) ⑤在人体活细胞中氢原子的数目最多( ) ⑥细胞中的微量元素因含量极少从而不如大量元素重要( ) × × × × √ × 当堂检测 2．下列关于构成细胞的化学元素、大量元素和微量元素的叙述，正确的是 (　 ) A．生物界与非生物界具有统一性，表现在非生物界的元素都能在生物界中找到 B．微量元素含量少，因此对生物体生命活动影响不大 C．细胞与非生物相比，各种元素的相对含量大不相同 D．同一生物的各种细胞中的成分是相同的 C 当堂检测 3．锗是银白色类金属，在地球表面的丰度相对较高，但由于矿石中很少含有高浓度的锗，所以其在1886年才被德国化学家文克勒发现。在人体中，部分酶、大脑中的白质和灰质均含有锗，其具有明显的抗肿瘤与消炎活性，还能刺激红细胞和血红蛋白数量的增加，对治疗贫血有一定的作用。下列描述不合理的是 (　　) A．人体中的锗归根结底来自无机环境 B．锗在生物体中往往以离子或化合物形式存在 C．锗与铁对治疗贫血都有一定作用 D．锗具有明显的消炎作用，因此属于一种抗生素 D 当堂检测 4．生命的物质基础是组成细胞的元素和化合物，如图中序号代表不同的化合物，面积不同代表含量不同，其中Ⅰ和Ⅱ代表两大类化合物。下列叙述正确的是 （ ） A.若Ⅴ和Ⅵ分别代表蛋白质和脂质，则Ⅶ代表核酸 B.细胞干重和鲜重中含量最多的化合物分别是Ⅴ和Ⅲ C.医用的生理盐水和糖溶液中的溶质分别属于Ⅳ和Ⅴ D.上述物质中氧原子含量最高的化合物是Ⅴ B 当堂检测 5．图1是人体细胞中化合物含量的扇形图，图2是人体细胞中元素含量的柱形图，下列叙述错误的是 (　　) A．若图1表示细胞鲜重，则A、B化合物依次是H2O、蛋白质 B．若图2表示组成人体细胞的元素含量(占细胞鲜重的百分比)，则a、b、c依次是O、C、H C．地壳与活细胞中含量最多 的元素都是a，因此说明生物 界与非生物界具有统一性 D．若图1表示细胞完全脱水后 的化合物含量，则A化合物是蛋白质 C 辨析不同生物材料中富含的有机物成分？ ①玉米种子 ②牛奶 ③甘蔗的茎 ④鸡蛋 ⑤花生种子 ⑥甜菜的块根 ⑦蓖麻种子 ⑧大豆种子 ⑨苹果 富含糖类？ 富含脂肪？ 富含蛋白质？ ①③⑥⑨ ⑤⑦ ②④⑧ 思考：怎样检测细胞中含有上述化合物？ 三、组成细胞的化合物 四、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 实验材料、 试剂 实验步骤 实验 原理 实验结果 实验原理 某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应。 ②脂肪 + 苏丹Ⅲ染液→橘黄色 ③蛋白质 + 双缩脲试剂→紫色 ①还原糖 + 斐林试剂 砖红色沉淀 水浴加热 50~65℃ 化学试剂+有机化合物→特定的颜色 四、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 实验材料 选择要求： (2)颜色浅，无色或白色 四、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 (1)待测物质含量高 （颜色变化明显） （防止原有颜色干扰实验结果） （一）还原糖的检测和观察 1、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 2、实验材料: 苹果、梨(富含还原糖、颜色较浅的组织） 还原糖+斐林试剂 砖红色沉淀 50-65℃水浴加热 3、试剂： 斐林试剂 甲液：0.1g/ml NaOH 乙液：0.05g/ml CuSO4 等体积混合使用，现配现用 四、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 （一）还原糖的检测和观察 思考:鉴定还原糖时使用的斐林试剂为何要现配现用? 检测还原糖时参与反应的是新制的Cu(OH)2悬浊液， 反应实质： 还原糖将Cu2+还原，生成砖红色的Cu2O 四、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 若放置时间过长，会有沉淀析出，使反应减慢甚至不发生反应 （一）还原糖的检测和观察 4、实验步骤: 选材： 制备样液： 颜色反应： 2 mL组 织样液 1 mL刚配制的斐林试剂 水浴加热 50~65℃ 结论：组织样液含有还原糖 不能确定是何种还原糖 含糖量高、白色或近于白色的植物组织 制浆→过滤（一层纱布）→取液 （一）还原糖的检测和观察 4、实验步骤: 浅蓝色 棕色 砖红色 （一）还原糖的检测和观察 开始时的蓝色是Cu(OH)2的颜色，后来棕色是蓝色和砖红色的混合色，最后Cu2＋全部生成Cu2O，溶液呈现砖红色。 （二）蛋白质的检测和观察 1、原理： 蛋白质+双缩脲试剂 紫色 A液：0.1g/mLNaOH B液：0.01g/mLCuSO4 先加1mLA液， 再加4滴B液 双缩脲试剂 2、试剂： 蛋白质+Cu2+ 碱性环境 紫色络合物 3、反应实质： 双缩脲试剂鉴定蛋白质是利用的在碱性环境中，蛋白质与Cu2+发生颜色反应，所以要先加入试剂A，后加入试剂B。 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。 （二）蛋白质的检测和观察 蓝色 （二）蛋白质的检测和观察 4、选材： 含蛋白质丰富的豆浆或鸡蛋清溶液。 富含蛋白质且色浅。 注意：组织样液一般要稀释，否则与双缩脲试剂反应后会粘固在试管壁上，不易刷洗。 5、实验步骤： 2 mL组 织样液 先加双缩脲试剂 A液1mL 无色 创设碱性环境 摇匀 再加双缩脲试剂B液4滴 提供Cu2+ 紫色 组织样液中存在蛋白质 摇匀 斐林试剂与双缩脲试剂的异同分析 项　目 斐林试剂 双缩脲试剂 相同点 不同点 使用方法 反应条件 反应现象 含有NaOH和CuSO4两种成分,且NaOH的质量浓度都是0.1 g/mL CuSO4溶液浓度 0.05 g/mL 0.01 g/mL 检测物质 还原糖 蛋白质 甲、乙两液等量 混匀后立即使用 先加入A液, 再加入B液 50～65 ℃水浴加热 不需要加热 浅蓝色→棕色→砖红色 浅蓝色→紫色 思考：利用斐林试剂的甲液、乙液和蒸馏水能否检测蛋白质？为什么？　 斐林试剂乙液： 斐林试剂甲液： 0.1g/mL的NaOH溶液 0.05g/mL的CuSO4溶液 0.1g/ml的NaOH溶液 0.01g/ml的CuSO4溶液 双缩脲试剂A液： 双缩脲试剂B液： 能 只需将斐林试剂的乙液用蒸馏水稀释即可。 如果不洗去会影响观察脂肪的染色情况，无法判断是否有脂肪被染色 （三）脂肪的检测和观察 1、原理： 脂肪+苏丹Ⅲ染液 → 橘黄色 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。 ①取最薄的切片，放在载玻片中央 ②滴2～3滴苏丹Ⅲ染液（染色3min） ③去浮色：加1～2滴体积分数为50%的酒精溶液 ④制成临时装片：滴一滴蒸馏水，盖上盖玻片 2、实验步骤： 取材： 切片： 制片： 观察： 先低倍镜下找着色颗粒，再高倍镜观察 苏丹Ⅲ染液易溶于酒精 花生种子（浸泡3-4h），去掉种皮 （三）脂肪的检测和观察 脂肪微粒 （三）脂肪的检测和观察 结论：圆形小颗粒呈橘黄色，证明有脂肪存在 （三）脂肪的检测和观察 脂肪的鉴定不一定需要使用显微镜 花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅲ染液→橘黄色 若要观察被染色的脂肪颗粒，则使用显微镜， 但若只要观察溶液颜色变化，则不必使用显微镜。 【总结】 三类有机物检测在操作步骤上的“三个唯一” (1)唯一需要加热——还原糖检测，且必须水浴加热，不能用酒精灯直接加热。(2)唯一需要显微镜——脂肪检测。（不是一定需要） (3)唯一使用酒精——脂肪的鉴定，实验用体积分数为50%的酒精洗去浮色。 当堂检测 1．对下表中所列待测物质的检测，所选用的试剂及预期结果都正确的是(　) D   待测物质 检测试剂 预期显色结果 ① 葡萄糖 苏丹Ⅲ染液 红色 ② 脂肪 苏丹Ⅲ染液 橘黄色 ③ 淀粉 斐林试剂 蓝色 ④ 蛋白质 双缩脲试剂 紫色 A．①③　　　B．②③ C．①④ D ．②④ 2.下列关于实验操作步骤的叙述中，正确的是 (　　) A．用于鉴定还原糖的斐林试剂甲液和乙液，可直接用于蛋白质的鉴定 B．脂肪的鉴定需要用显微镜才能看到被染成橘黄色的颗粒 C．鉴定还原糖时，要先加入斐林试剂甲液摇匀后再加入乙液 D．用于鉴定蛋白质的双缩脲试剂A液与B液要混合均匀后，再加入含样品的试管中，且必须现用现配 当堂检测 B 3. 以下关于实验的描述，正确的是 (　 　) A．还原糖鉴定实验结束后，将剩余的斐林试剂装入棕色瓶，以便长期备用 B．西瓜汁中含有丰富的葡萄糖和果糖，可作为还原糖鉴定的替代材料 C．脂肪的鉴定中发现满视野都呈现橘黄色，于是滴1～2滴体积分数为50%的盐酸洗去多余的染液 D．在稀释的蛋清液中加入双缩脲试剂，振荡摇匀，可看到溶液变为紫色 当堂检测 D 4．小麦种子萌发时产生淀粉酶，将淀粉水解为麦芽糖、葡萄糖等。小麦种子萌发的最适温度为30 ℃左右(此时产生淀粉酶的速度最快)。取适量小麦种子在20 ℃和30 ℃培养箱中培养4天后，作如下处理： 在3支试管中加入等量斐林试剂并加热至50 ℃左右，摇匀后观察试管中的颜色。结果是( ) A．甲呈蓝色，乙呈砖红色，丙呈无色 B．甲呈无色，乙呈砖红色，丙呈蓝色 C．甲、乙都呈砖红色，丙呈无色 D．甲呈浅砖红色，乙呈砖红色，丙呈蓝色 当堂检测 D 5．油菜种子成熟过程中部分有机物的变化如下图所示。将不同成熟阶段的种子制成匀浆后检测，检测结果正确的是 ( ) 当堂检测 C 选项 取样时间 检测试剂 检测结果 A 第10 d 斐林试剂 不显色 B 第20 d 双缩脲试剂 不显色 C 第30 d 苏丹Ⅲ试剂 橘黄色 D 第40 d 碘液 蓝色 课堂小结 知识结构 细胞中的元素和化合物 化合物 无机物 有机物 水 无机盐 脂质 糖类 蛋白质 核酸 斐林试剂 检测 碘液 脂肪 蛋白质 还原糖 淀粉 苏丹Ⅲ染液 双缩脲试剂 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等 微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等 元素 统一性与差异性 $$