2.1细胞中的元素和化合物课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

第2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： Ⅰ.熟知细胞中常见的元素，掌握组成细胞的主要化合物 Ⅱ.熟练运用实验方法，检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 复习提问:认真阅读课本第13页<本章小结>，回答下列问题。 1.细胞学说的内容？意义？ 2.为什么说细胞是生命活动的基本单位、生命活动离不开细胞？ 3.自然界的细胞是如何体现多样性和统一性的？多样性和统一性形成的原因。 4.多细胞生物生长发育由于细胞发生了什么变化？亲子代间遗传物质的桥梁？ 判断对错，并将错误的改正 1.原核细胞与真核细胞的本质区别？如何区分大豆根瘤中根瘤菌细胞和大豆的根细胞？ 2.由真核细胞构成的生物为真核生物，由原核细胞构成的生物为原核生物 3.人体的血小板和成熟红细胞无细胞核，所以属于原核细胞（ ） 4.原核生物都是单细胞生物，单细胞生物都是原核生物（ ） 5.原核生物都没有细胞壁，原核生物都是异养生物（ ） 6.色球蓝细菌、颤蓝细菌、念珠蓝细菌和发菜都能在叶绿体中完成光合作用 7.拟核指的是？ 【课前准备】必修一课本、NO.3学案 2 维纳斯 擎天柱 大熊猫 脑洞大开： ◇什么是生物？什么是生命？生命的本质是什么？ 思考：依据下列事实，想一想这是为什么？ ◇即便雕像或者塑像栩栩再如生，人们也不会认为它具有生命；树懒再笨拙，一看就知道是生物。石头和细胞都是由分子构成的，为什么细胞却表现出了生命特征？ ◇科学家曾经做过这样的实验：把组成细胞的各种化合物按照一定比例混合后，得到的“混合体”不能表现出生命特征；把细胞破碎后，得到的匀浆也不再表现出生命特征。 结构与功能相适应。 阐明生命现象的规律，必须建立在阐明生物大分子的结构基础上。 ———中国科学院院士 邹承鲁 每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中寻找。 ———美国细胞生物学家威尔逊（E. E. Wilson） 生命系统内部是一个严谨有序的结构，不是物质随意堆砌而成的。 4 回忆思考： 根据元素周期表，回忆初中所学的化学元素，都有哪些？ 回忆思考： 1.初中学过的化学元素，都有哪些？ H氢、He氦、Li锂、Be铍、B硼、C碳、N氮、O氧、F氟、Ne氖、 Na钠、Mg镁、Al铝、Si硅、P磷、S硫、Cl氯、Ar氩、K钾、Ca钙、Fe铁、Cu铜、Zn锌等。 2.分析下列元素，是否是生物必需的？为什么？ Na、Mg、Al、Fe、Cu、Zn 是。构成生物体的必需元素 Pb、Ba、Hg 否。重金属，对生物体有毒害作用 PS：Al可以间接抑制Pb的毒性，对体内各元素的平衡具有积极意义；降低血磷含量，阻止软组织钙化和肾结石的形成。但是，过量的铝会损害中枢神经系统，甚至导致老年痴呆。 1.从元素角度分析，生物界与无机自然界的统一性和差异性表现在哪里？ 统一性： 组成细胞的化学元素，在无机自然界都能找到，没有一种化学元素为细胞特有。 差异性： ①存在于无机自然界的元素，有的不存在于细胞中； ②各种元素在无机自然界和生物体中的含量不同； ③同种元素在不同类型的细胞中含量不同 2.生物界与无机自然界的元素组成表现出差异性的原因是什么？ 生物体总是和外界环境进行着物质交换。归根结底是根据生命活动的需要，有选择地从无机自然界获取的。 探究点一：组成细胞的元素 Ⅰ.元素的统一性和差异性 1.在玉米细胞和人体细胞中含量较多的四种元素一样，该怎样解释这种？ 说明组成细胞的元素存在着统一性。这是因为玉米和人类都是生物，组成它们的主要成分都是水、糖类、脂类和蛋白质等物质，这些物质含有C、H、O，蛋白质中还含有大量的N元素。 2.细胞中有些元素含量很少，是否意味着他们不重要？ 否。这些元素含量少，生理作用却很大。 3.比较组成玉米细胞和人体细胞中的元素种类和含量，能得出哪些结论？ 组成不同生物体的化学元素种类大体相同；但是不同生物体内，各种化学元素含量相差很大。 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 探究点一：组成细胞的元素 Ⅱ.细胞中的元素 8 参与组成细胞的元素，常见的有20余种。根据含量的多少，分为大量元素和微量元素。 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。 组成细胞的元素中，C、H、O、N这四种元素的含量很高，因此又把它们称为基本元素 思考：C、H、O、N这四种元素的含量高，其原因是什么？ 这四种元素参与构成细胞内的绝大多数化合物。 Ⅱ.细胞中的元素 1.组成细胞的元素，可能会以什么样的形式存在？ 参与组成细胞的各种元素，大多数以化合物的形式存在，少数以离子状态存在 2.参与组成细胞的化合物，会有哪一些？ 有机化合物和无机化合物 虽然不同类型的细胞，所含化合物的种类基本相同；但在不同生物组织的细胞中，各种化合物的含量却相差悬殊。这再一次体现了生物界统一性和差异性。 探究点二：组成细胞的主要化合物 Ⅰ.细胞中的化合物 思考： 不同的食物中，营养的成分和含量不同，该如何选择？ 在日常膳食中做到不同食物的合理搭配，以满足机体的营养需求。 少数以单质状态存在。硫细菌体内的硫磺颗粒。 10 组成细胞的主要化合物及相对含量 组成细胞的主要化合物及相对含量 水 (70%～90%) 蛋白质 (7%～10%) 糖类和核酸 (1%～1.5%) 脂质(1%～2%) 无机盐 (1%～2%) 水 蛋白质 糖类和核酸 脂质 无机盐 0.9 0.1 0.015 0.02 0.015 1.下列常见的食物中，含量丰富的有机物。 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 小麦 葡萄 花生 牛奶 西瓜 2.该如何检测或证明上述食物中存在着这些有机物？ 讲究证据。要求实际可操作、可观测、经济实惠 1.说出下列食物中，含量丰富的有机物。梨、牛奶、豆浆、花生、玉米、小麦(有些多，随时删除) 2.该如何检测或证明含有这些有机物？【目的是让学生总结出实验的原理：颜色反应。】 11 思考： 1.鉴定小麦种子富含淀粉，该如何操作？ 滴加碘液，会变成变蓝。 2.鉴定淀粉时，所应用的实验原理是什么？ 淀粉遇碘变成蓝色。即，产生特定的颜色反应 淀粉 ＋ 碘 → 蓝色（特定物质 ＋ 特定试剂→ 特定颜色） 3.实验检测还原糖、脂肪和蛋白质的原理 还原糖＋斐林试剂→砖红色↓ 脂肪＋苏丹Ⅲ染液→橘黄色/橘红色 蛋白质＋双缩脲试剂→溶液变成紫色 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 2.该如何检测或证明上述食物中存在含量丰富有机物？【目的是让学生总结出实验的原理：颜色反应。】 12 实验材料： 实验试剂： 实验步骤： 注意事项： 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅰ.还原糖的检测(葡萄糖、麦芽糖等) 实验材料：苹果或梨匀浆，葡萄糖溶液。 实验试剂：斐林试剂——甲液和乙液等量混匀后，再加入 甲液：质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液 乙液：质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液 实验步骤： ①向试管内注入2mL待测组织液。 ②向试管内注入1mL斐林试剂 ③将试管放入盛有50～65℃温水的大烧杯中，水浴加热约2min ④观察试管中的颜色变化。(蓝→棕→砖红) 注意事项：斐林试剂要现用现配，两种成分等量混匀，水浴加热 50～65℃的水浴加热，2min。实验现象不是很明显。如若换成90℃左右的热水，实验现象很明显。 课本上选用50～65℃的温水，考虑到热水的温度高，学生操作不慎时，存在一定的危险性。 高中化学课本上，有一个银镜反应，可以参考。 13 实验材料： 实验试剂： 实验步骤： 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅰ.还原糖的检测(葡萄糖、麦芽糖等) 实验材料：苹果或梨匀浆，葡萄糖溶液。 实验试剂：斐林试剂——甲液和乙液等量混匀后，再加入 甲液：质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液 乙液：质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液 实验步骤： ① ② ①向试管内注入2mL待测组织液。 ②向试管内注入1mL斐林试剂 ③将试管放入盛有50～65℃温水的大烧杯中，水浴加热约2min ④观察试管中的颜色变化。(蓝→棕→砖红) 注意事项： 斐林试剂要现用现配，两种成分等量混匀，水浴加热 ③ 50～65℃的水浴加热，2min。实验现象不是很明显。如若换成90℃左右的热水，实验现象很明显。 课本上选用50～65℃的温水，考虑到热水的温度高，学生操作不慎时，存在一定的危险性。 高中化学课本上，有一个银镜反应，可以参考。 14 思考题： 1.检测生物组织中的还原糖时，为什么不能用红瓤西瓜？ 因为西瓜瓤是红色的，会干扰颜色反应，影响最终的实验结果。 选取的实验材料要容易获取，色泽浅，还原糖的含量高。 2.使用斐林试剂(有效成分是Cu2+)时，要注意什么？ 现用现配，等量混匀，水浴加热2min。 疑惑：斐林试剂为什么要现用现配？砖红色沉淀是什么？ NaOH溶液与CuSO4溶液混合会产生Cu(OH)2而使Cu2＋沉淀，影响实验的正常使用。 在碱性条件下，还原糖把Cu2＋还原成砖红色的Cu2O(氧化亚铜)。 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅰ.还原糖的检测(葡萄糖、麦芽糖等) 备注：还原糖鉴定时，是利用了铜离子在碱性条件下的弱氧化性。 Cu2＋ ＋ 醛糖 → Cu＋(亚铜离子)，溶液中有OH－，生成了CuOH(氢氧化亚铜)，不稳定，分解成了H2O和Cu2O 加热是为了加快化学反应速率。 15 还原糖鉴定 常见种类： 取材要求： 所用试剂： 实验步骤： 反应原理： 葡萄糖、麦芽糖。注意：蔗糖不是还原糖。 待测组织的样液容易获取；色泽浅，最好无色；还原糖的含量高。 组成成分： 使用规则(注意事项)： （甲液：质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液） （乙液：质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液） 现用现配；等量混匀；(温)水浴加热 ①向试管内注入2mL待测组织液。 ②向试管内注入1mL斐林试剂 ③将试管放入盛有50～65℃温水的大烧杯中,水浴加热约2min。 ④观察试管中的颜色变化。(蓝→棕→砖红) 碱性条件下，还原糖把Cu2＋还原成砖红色的Cu2O(氧化亚铜)。 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅰ.还原糖的检测(葡萄糖、麦芽糖等) 16 实验材料：花生种子(需要切成薄片，借助显微镜) 实验试剂：苏丹Ⅲ染液(质量浓度为0.01g/mL) 实验步骤：参考课本18、19页。 ①注意染色时间；②明白体积分数为50%酒精的作用，漂洗时间不要太长？ 用来洗去浮色。漂洗时间太长，细胞中的脂肪会被溶解洗掉 思考：脂肪的鉴定一定要用显微镜吗？ Tip：不要局限在本节课，放开自己的思维。 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅱ.脂肪的检测(花生种子、植物油等) 实验试剂：19版新教材删除了苏丹Ⅳ染液。旧教材上是，苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液,没有提质量浓度。脂肪＋苏丹Ⅳ染液→红色 脂肪的鉴定一定要用显微镜吗？ 17 实验材料：花生种子(需要切成薄片，借助显微镜) 实验试剂：苏丹Ⅲ染液(质量浓度为0.01g/mL) 实验步骤：参考课本18、19页。 ①注意染色时间； ②明白体积分数为50%酒精的作用，漂洗时间不要太长？ 用来洗去浮色。漂洗时间太长，细胞中的脂肪会被溶解洗掉 思考：脂肪的鉴定一定要用显微镜吗？ Tip：不要局限在本节课，放开自己的思维。 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅱ.脂肪的检测(花生种子、植物油等) 实验试剂：19版新教材删除了苏丹Ⅳ染液。旧教材上是，苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液,没有提质量浓度。脂肪＋苏丹Ⅳ染液→红色 脂肪的鉴定一定要用显微镜吗？ 18 脂肪鉴定 常见种类： 所用试剂： 实验步骤： 反应原理： 花生种子、蓖麻种子、植物油、动物的脂肪 组成成分： 使用规则(注意事项)： 质量浓度为0.01g/mL的苏丹Ⅲ染液 熟练掌握课本19页的步骤 萃取(脂肪和苏丹染液有比较强的亲和力，脂肪遇苏丹Ⅲ变橘黄色) 染色3min后，要用体积分数50%的酒精冲洗 漂洗时间不要太长 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅱ.脂肪的检测(花生种子、植物油等) 红心鸭蛋 脂肪被染色，实际上是苏丹染料被脂肪溶解吸附而呈现染料的颜色，这是一种物理染色方法。苏丹染液是鉴别脂肪的染液因为脂肪和苏丹染液有比较强的亲和力，苏丹3遇脂肪变橘黄色，苏丹4遇脂肪变红色。 苏丹Ⅲ 是弱酸性染料，不溶解于水，呈红色粉末状，易溶于脂肪和酒精。苏丹Ⅲ是脂肪染色剂。苏丹Ⅲ染色的结果：脂肪呈橙红色或鲜红色或黑色，胆脂素呈淡红色，脂肪酸不着色，细胞核呈蓝色 苏丹Ⅳ： 是弱酸性染料，也是很好的染脂肪染料，现在多用以代替苏丹Ⅲ，可染树脂、乳汁管、蜡质以及角质等结构，也可使叶绿体染成暗红色。 苏丹黑B： 是重氮脂肪染料，能使中性脂肪呈蓝黑色，显示磷脂效果最好，结果是组织细胞中脂类呈蓝黑色，核呈蓝色。当组织切片置于染料时，苏丹黑B离开染液而溶于组织内的脂滴中，使组织内的脂类着色。由于苏丹黑B可与大多数脂类高度结合，故在组织化学上常用此法作为脂类存在的依据。 3.补充：卵磷脂的鉴定 鉴定原理：甘油与硫酸氢钾共热，可生成具有特殊臭味的丙烯醛；磷酸盐在酸性条件下与钼酸铵作用，生成黄色的磷钼酸沉淀；胆碱在碱的进一步作用下生成无色且具有氨和鱼腥气味的三甲胺。这样通过对分解产物的检验可以对卵磷脂进行鉴定。 （1）三甲胺的检验 取干燥 试管 一支，加入少量提取的卵磷脂以及2～5mL 氢氧化钠溶液，放入 水浴 中加热15min，在管口放一片红色石蕊试纸，观察颜色有无变化，并嗅其气味。将加热过的溶液过滤，滤液供下面检验。 （2）不饱和性检验 取干净试管一支，加入10滴上述滤液，再加入1～2滴3% 溴的四氯化碳溶液，振摇试管，观察有何现象产生。 （3）磷酸的检验 取干净试管一支，加入10滴上述滤液和5～10滴95%乙醇溶液，然后再加入5~10滴钼酸铵试剂，观察现象；最后将试管放入热 水浴 中加热5～10min，观察有何变化。 （4）甘油的检验 取干净 试管 一支，加入少许卵磷脂和0.2g 硫酸氢钾，用 试管 夹夹住并先在小火上略微加热，使卵磷脂和硫酸氢钾混熔，然后再集中加热，待有水蒸气放出时，嗅有何气味产生。 19 实验材料： 实验试剂： 实验步骤： 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅲ.蛋白质的检测(豆浆、牛奶等) 实验材料：豆浆、牛奶、蛋清 实验试剂：双缩脲试剂 A液：质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液； B液：质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液 实验步骤： ①向试管内注入2mL待测组织液。 ②向试管内注入双缩脲试剂A液1mL，摇匀。 ③向试管内注入双缩脲试剂B液4滴，摇匀。 ④观察试管中的颜色变化 双缩脲：两分子尿素在加热条件下，形成一分子双缩脲 双缩脲试剂：由氢氧化钠和硫酸铜构成，用于检测蛋白质。 20 实验材料： 实验试剂： 实验步骤： 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅲ.蛋白质的检测(豆浆、牛奶等) 实验材料：豆浆、牛奶、蛋清 实验试剂：双缩脲试剂 A液：质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液； B液：质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液 实验步骤： ① ② ①向试管内注入2mL待测组织液。 ②向试管内注入双缩脲试剂A液1mL，摇匀。 ③向试管内注入双缩脲试剂B液4滴，摇匀。 ④观察试管中的颜色变化 注意事项： 双缩脲试剂的使用，先加过量A液，摇匀；再加B液，摇匀。不能加热 ③ 双缩脲：两分子尿素在加热条件下，形成一分子双缩脲 双缩脲试剂：由氢氧化钠和硫酸铜构成，用于检测蛋白质。 21 思考：使用双缩脲试剂时，要注意什么？ 先加过量A液，摇匀；再加B液，摇匀。不能加热。 PS：双缩脲试剂检测蛋白质时，实际上是Cu2＋在碱性条件下，与肽键反应，生成紫色络合物，这种物质不稳定，受热易分解。 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅲ.蛋白质的检测(豆浆、牛奶等) 22 蛋白质鉴定 取材要求： 所用试剂： 实验步骤： 反应原理： 待测组织的样液容易获取；色泽浅，最好无色；蛋白质的含量高。 组成成分： 使用规则(注意事项)： （A液：质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液） （B液：质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液） 先加NaOH溶液1mL，摇匀；再滴加CuSO4溶液4滴，摇匀。不能加热。 ①向试管内注入2mL待测组织液。 ②向试管内注入双缩脲试剂A液1mL,摇匀。 ③向试管内滴加双缩脲试剂B液4滴,摇匀。 ④观察试管中的颜色变化。 Cu2＋在碱性条件下，与肽键(-CO-NH-)反应，生成紫色络合物，这种物质不稳定，受热易分解。 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅲ.蛋白质的检测(豆浆、牛奶等) 23 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅳ.思维拓展——试验检测有机物时，用到了特定的颜色反应。标准的颜色是什么样？ 空白对照： 不做任何处理（自然状态)，或除实验变量外，其他处理与实验组完全相同(用生理盐水、酒精等溶剂；假手术)。 例：在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”实验中，加入试剂的是实验组，不加试剂（零剂量)的为空白对照组，一起进行温水浴加热，比较它们的变化。 标准对照：将标准物质得到的实验数据与待测物质得到的实验数据相比较，以确定实验结果。这就是生物学中常用的标准对照。 例：在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”实验中，待测液中加入试剂的是实验组，葡萄糖溶液作为标准对照组，一起进行温水浴加热，比较它们的变化。 空白对照组 清水＋斐林试剂 标准对照组 葡萄糖液＋斐林试剂 实验组 待测液＋斐林试剂 探究点三：实验检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质 Ⅳ.思维拓展——检测甘油 甘油在脱水剂(如硫酸氢钾)存在的情况下，加热会脱水。生成具有刺激性臭味的气体丙烯醛，这是用于鉴定甘油的特征反应。 CH2 CH CH2 OH OH OH CH2 CH CHO 甘油 丙烯醛 KHSO4 课堂小结： 大量元素： 微量元素： 基本元素： 主要元素： 还原糖的检测试剂、现象及注意事项： 蛋白质的检测试剂、现象及注意事项： 脂肪的检测试剂、现象及注意事项： 细胞中的元素和化合物 化合物 元素 大量元素 微量元素 无机物 有机物 组成 无机盐 水 核酸 脂质 蛋白质 糖类 还原糖＋斐林试剂→砖红色↓ 脂肪＋苏丹Ⅲ染液→橘黄色/橘红色 蛋白质＋双缩脲试剂→溶液变成紫色 DNA(RNA)＋甲基绿和吡罗红混合染色剂→ 绿(红) C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等 Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等 探究土壤微生物对淀粉的分解作用 淀粉糊 淀粉糊 30mL土壤浸出液 30mL蒸馏水 A B 20℃环境中培养7天 A1 A2 B2 B1 加碘液 加斐林试剂 加斐林试剂 加碘液 不变蓝 砖红色沉淀 无沉淀 变蓝 28 $$