必修一第二章第一节细胞中的元素和化合物

高中生物学 必修1分子与细胞 第二章 组成细胞的分子 第1节 细胞中的元素和化合物 学习目标 1.说出组成细胞的元素都来自自然界， 但各种元素的含量又与无机自然界不同。 2.简述组成细胞的大量元素和微量元素， 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， 探讨细胞中化合物的种类。 情境探究 ➽ 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 组成地壳和组成细胞的部分元素含量(％)表 比较组成地壳和组成细胞的部分元素含量，你能提出什么问题？就自己提出的问题与其他同学交流。 交流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？这说明什么？ 组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能找到，说明生物界和非生物界具有统一性 交流2、生物体中的元素含量和无机环境中的含量有区别吗？ 细胞中的各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同，这说明生物界和非生物界还具有差异性 结论：生物界和非生物界之间既有统一性又有差异性。 一、组成细胞的元素 元素 玉米细胞 人体细胞 C 43.57 55.99 H 6.27 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)， 注：其他元素占细胞干重的质量分数总计小于3% 比较组成玉米和人体细胞的元素和含量 讨论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？ 因为玉米和人都是生物，组成它们的主要成分都是水、糖类、脂质和蛋白质等物质，这些物质含有C、H、O，蛋白质中还含有大量的N元素。 一样，都是C、H、O、N；与组成的细胞的化合物有关 一、组成细胞的元素 元素 玉米细胞 人体细胞 C 43.57 55.99 H 6.27 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)， 注：其他元素占细胞干重的质量分数总计小于3% 比较组成玉米和人体细胞的元素和含量 讨论2.细胞中有些元素含量很少，是否意味着它们不重要？ 否；如Mg是构成叶绿素的成分。 提示：细胞中有些元素含量很少，但是却有重要作用，如在玉米细胞干重中，S只有0.17%，Mg只有0.18%，但很多蛋白质都含有S，叶绿体中的叶绿素分子中含有Mg，如果缺少S或Mg，细胞就不能合成这些蛋白质或叶绿素 一、组成细胞的元素 元素 玉米细胞 人体细胞 C 43.57 55.99 H 6.27 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)， 注：其他元素占细胞干重的质量分数总计小于3% 比较组成玉米和人体细胞的元素和含量 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？ 不同生物体的组成元素在种类上 相似，在含量上 差异大 。 玉米细胞中氧元素的含量明显高于人体细胞，而氮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的不同有机物的含量有差别，如玉米细胞中的糖类要多一些，而人体细胞中的蛋白质的含量要多一些；Ca的含量也有区别，这与玉米和人体的物质和结构组成有关 一、组成细胞的元素 鲜重指的是生物体或细胞在自然生活状态下所测得的重量 干重指的是生物体（或细胞）除去水分以后所测得的重量 人体细胞干、鲜重对比图 组成人体细胞的主要元素 （占细胞鲜重的百分比） 组成人体细胞的主要元素 （占细胞干重的百分比） O>C>H>N 干重 = 鲜重-水 = 有机物+无机盐 C>O>N>H 一、组成细胞的元素 元素的来源、分类和存在形式 1、来源： 有选择地从无机自然界中获取 3、分类： 大量元素 C、H、O、N、P、S、K、 Ca、Mg等 微量元素 Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等 C是生命的核心元素：（参与构成生物大分子的基本骨架） 2、种类：组成细胞的化学元素，常见的有20多种 4、存在形式： 大多以化合物的形式存在 一些元素缺乏与疾病的相关性 一、组成细胞的元素 ①缺Ca ：成年人缺钙患骨质疏松症、血钙含量太低会出现抽搐现象，含量过高会导致肌无力 ②缺Mg ：影响植物叶绿素的合成，影响光合作用的进行 ③缺Fe：会导致血红蛋白合成减少，形态学表现为贫血。 ④缺Ｉ：人幼年患呆小症、成年患甲状腺肿大（大脖子病） ⑤缺Zn：影响人体生长发育、大脑发育和性成熟 微量元素虽然在生物体中含量很少，但依然起着重要的作用，同大量元素一样，都属于生命所必需的元素。 二、组成细胞的化合物 1.鲜重最多的化合物： 水 2.鲜重最多的有机物： 蛋白质 3.干重最多的化合物： 4.干重最多的有机物： 蛋白质 蛋白质 5.鲜重最多的四种元素： 6.干重最多的四种元素： O>C>H>N C>O>N>H 二、组成细胞的化合物 不同生物组织的细胞中各种化合物的含量是有差别的，同种生物不同组织细胞中化合物种类和含量也是有区别的。 梨的果实和叶片的细胞中所含化合物的种类和含量有什么明显的差别？ 旁栏思考 提示：梨的果实细胞中含较多的糖类和水等，不含叶绿素 阅读P18页，思考有关问题： 1.生物组织中的化合物的检测原理是? 2.还原糖、脂肪、蛋白质、淀粉的检测试剂和原理？ 3.检测这些有机物时应选择什么颜色的材料？ 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。 淀 粉 + 碘液 蓝色 还原糖 ＋ 斐林试剂 水浴加热 砖红色沉淀 蛋白质 ＋ 双缩脲试剂 紫色 脂 肪 ＋ 苏丹Ⅲ染液 橘黄色 选择浅色或白色的材料，防止颜色遮掩 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 还原糖的鉴定 1.实验原理 斐林试剂+还原糖 砖红色沉淀 水浴加热 50~65℃ 2.实验试剂 乙液：质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液 甲液：质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液 3.实验材料 苹果或梨匀浆（还原糖类较高，白色或近于白色的植物组织） 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 且必须是可溶性还原糖 属于还原糖的有：单糖、麦芽糖、乳糖 属于非还原糖的有：蔗糖、多糖 斐林试剂是甲液NaOH和乙液CuSO4混合后才可使用，因为其反应原理是还原糖中的醛基被Cu（OH）2氧化，Cu（OH）2被还原成Cu2O 不能用酒精灯直接加热 4、还原糖的鉴定流程 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 选材宜选用含糖量高、颜色较浅的植物材料，如苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜，这样可避免生物材料本身的颜色对实验结果的干扰。切忌选用带有颜色的材料，如番茄、西瓜等。 苹果或梨的组织样液必须临时制备，因苹果多酚氧化酶含量高，组织样液很易被氧化成褐色，将产生的颜色覆盖。 斐林试剂鉴定还原糖，是利用还原糖与Cu(OH)2 反应，所以要混合均匀制成Cu(OH)2 后再使用；（现用现配，以防沉淀） Cu(OH)2 (浅蓝)→棕色→ Cu2O(砖红) 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 脂肪的检测与观察 1.实验原理 2.实验试剂 3.实验材料 脂肪+苏丹Ⅲ染液 橘黄色 镜检 苏丹Ⅲ、体积分数50%的酒精 花生种子（浸泡3~4h，去掉种皮） 注：浸泡时间短，不易切片； 浸泡时间过长，组织较软，切下的薄片不易成形。 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 脂肪的检测与观察 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 脂肪的检测与观察 切片要厚薄均匀，如厚薄不均就会导致观察时有的地方清晰有的地方模糊 酒精的作用是洗去浮色 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 蛋白质的鉴定 1.实验原理 2.实验试剂 3.实验材料 B液：质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液 A液：质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液 豆浆、鲜肝研磨液、蛋清稀释液 蛋白质（2个以上肽键）+双缩脲试剂 紫色 双缩脲试剂鉴定蛋白质是利用的在碱性环境中，蛋白质的2个及以上肽键与Cu2+发生颜色反应，所以要先加入试剂A，后加入试剂B。注意：双缩脲≠双缩脲试剂。 稀释10倍以上，否则实验后易黏附在试管壁上 双缩脲试剂是使用时先加A液，再加B液，因为其反应原理是具有两个或以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu2+反应生成络合物，所以要先营造一个碱性环境。 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 蛋白质的鉴定 试剂名称 斐林试剂 双缩脲试剂 成分 甲液 乙液 A液 B液 鉴定物质 使用方法 鉴定条件 颜色反应 原理 0.05g/mLCuSO4溶液 0.01g/mLCuSO4溶液 A液与B液必须分别加入，先加入A液1 mL，摇匀，再加B液4滴，摇匀 50～65 ℃ 水浴加热 不需加热 蓝色→棕色→砖红色 浅蓝色→紫色 0.1g/mLNaOH溶液 0.1g/mLNaOH溶液 甲液、乙液等量混匀后立即使用(现配现用) 可溶性还原糖 蛋白质 还原性糖+Cu(OH)2→Cu2O (砖红色沉淀) 碱性条件下蛋白质（含两个以上肽键）+ Cu2+ → 紫色络合物 斐林试剂和双缩脲试剂 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 1、鉴定可溶性还原糖的实验材料是否可选择西瓜、番茄、马铃薯、甘蔗组织样液？ 不可以。西瓜和番茄组织样液本身的颜色对于鉴定时的颜色反应起着掩盖作用，导致实验现象不明显；马铃薯含淀粉，淀粉为非还原糖；甘蔗主要含蔗糖，为非还原糖。应选颜色为白色或近白色、富含葡萄糖、果糖或麦芽糖等还原糖的植物组织样液，以苹果、梨的匀浆最好。 2.以鸡蛋清为实验材料检测蛋白质时，鸡蛋清是否要稀释？为什么？ 需要稀释！因为鸡蛋清浓度太大,黏性太强会黏在试管的内壁上，溶液不容易混合、反应不彻底，试管也不易刷洗。 3.脂肪的检测与观察中，50%酒精的作用是什么？ 50%酒精的作用是洗去浮色 三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 4.物质鉴定的实验中需不需设立对照？ 需要！  5.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？ 能。斐林试剂的甲液、乙液的成分分别与双缩脲试剂的A液、B液相同，只是斐林试剂的乙液的质量浓度比双缩脲试剂的B液高，只需将斐林试剂的乙液用蒸馏水稀释即可。 小结 1. 基于对细胞元素组成、元素含量等的认识，判断下列相关表述是否正确。 （1）细胞中不存在无机自然界没有的特殊元素。（ ） （2）细胞中微量元素含量最少，作用也很微小。（ ） （3）不同种类的细胞其组成元素和化合物种类基本相同，但含量往往有一定的差异，这既体现了细胞的统一性，又反映了细胞的多样性。（ ） 练习与应用 √ × √ 2.将下列试剂与相应的待测样品、相应的实验结果用线连接起来。 苏丹Ⅲ染液 豆浆 砖红色沉淀 斐林试剂 梨汁 橘黄色 双缩脲试剂 花生子叶 紫色 3.在下列有机化合物中，人体细胞内含量最多的一种是（ ） A.脂质 B.糖类 C.蛋白质 D.核酸 C 练习与应用 4.科学家在研究生物体的化学成分时，发现组成生物体的元素在无机自然界中也都存在，这一事实主要说明（ ） A.生物来源于非生物 B.生物界与无机自然界具有统一性 C.生物界与无机自然界具有差异性 D.生物与非生物在元素组成上没有区别 B 二、拓展应用 1.组成细胞的元素追根溯源来自无机环境，为什么细胞内各种元素的比例与无机环境的大不相同？ 虽然组成细胞的元素来自无机环境，但是构成细胞的主要元素C、H、O、N含量与无机环境差异很大，这与细胞内的有机化合物如糖类、脂质、蛋白质和核酸有关。 2、将细胞内含有的各种物质配齐，并按照它们在细胞中的比例放在一个试管中，能构成个生命系统吗？为什么？ 练习与应用 练习与应用 不能。因为生命系统内部是一个严谨有序的结构，不是由物质随意堆砌而成的。 EV录屏3.9.6软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$