第03讲 组成细胞的分子（第1课时）

第03讲 组成细胞的分子① 考点一 细胞中的元素和化合物 【核心要点1】组成细胞的元素 【核心要点2】组成细胞的化合物 考点二 细胞中的无机物 【核心要点3】细胞中的水 【核心要点4】细胞中的无机盐 考点三 检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质[实验] 【重要性】 元素和化合物没有生命， 不属于生命系统， 但是是构成生命的必要基础。 贯穿这一讲的核心逻辑是：结构与功能相适应。 组成细胞的元素【P10】 01 生物界 元素 非生物界 元素 生物体有选择地从无机自然界获取 大量元素 微量元素 生物体内含有的元素大概有20多种，都可以从自然界找到，说明了什么？ 组成细胞的元素【P10】 01 1.生物界和非生物界在元素种类和含量上的关系 生物界 非生物界 组成生物体的元素 在无机自然界 都能找到 组成元素 在含量上相差很大 性 性 种类上 含量上 有选择地从无机自然界获取 统一 差异 组成细胞的元素【P10】 01 2.种类：常见的有20多种 元素：含量较多，占细胞总量万分之一以上的必需元素。 如： C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等 碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、 镁 元素：含量很少，占细胞总量万分之一以下的必需元素。 如： 记忆口诀：铁 门 碰 新 木 桶 Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等 铁、锰、硼、锌、钼、铜 大量 微量 【思考】基本元素： 。（所有生物均含量很多） C、H、O、N 区别在于含量不同， 对细胞的生命活动 都非常重要。 【判断】生物体内含量在万分之一以下的元素都能称之为微量元素。（×） 大量元素和微量元素都是生物体的必需元素。而生物体内含有的元素不一定是生物体所必需的元素。如：铅（Pb）、汞（Hg）等。 Na+、Cl-不属于细胞中的大量元素：主要存在于内环境。（不讲） B:促进花粉管萌发，缺乏会导致花而不实。动物不需要。 组成细胞的元素【P10】 01 3.存在形式：大多以 的形式存在。 化合物 化合物种类 元素组成 补充说明 糖类 几丁质由 组成 脂质 ①脂肪由 组成 ②固醇由 组成 ③磷脂由 组成 蛋白质 有的含有 等 核酸 — ATP — C、H、O C、H、O、N C、H、O （有的含有N、P） C、H、O C、H、O C、H、O、N、P C、H、O、N C、H、O、N、P C、H、O、N、P S、Se、P、Fe 1.同位素：在同一元素中， 的原子为同位素。 ※特点：具有 的化学性质， 的物理性质，包括质量和放射性。 【回归课本】同位素标记法（必修一.P51.科学方法） 01 质子数相同、中子数不同 相同 不同 放射性同位素 稳定同位素 12C 14C 1H 3H 31P 32P 32S 35S 14N 15N 16O 18O 同位素在元素周期表中的位置是相同的，电子排布是相同的，化学性质是相同的。 同一元素具有相同的质子和电子数，但中子数不同，中子不影响元素的化学性质，但影响物理性质。 【回归课本】同位素标记法（必修一.P51.科学方法） 01 2.同位素标记法：用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向。 ※功能：①可用于示踪物质的运行和变化规律。 ②通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学反应的详细过程。 高中涉及实验 ①光合作用：卡尔文循环( )、氧气生成( )。 ②分泌蛋白的合成加工( 标记的亮氨酸)。 ③遗传物质的发现( 标记的亮氨酸) ④DNA的半保留复制( ，注：无放射性，用 法分离) 14C 18O 3H 32P、35S 15N 密度梯度离心 . 植物分两组 对照组： 培养液 实验组： 培养液 观察植物的生长情况，是否能正常生长 探究：微量元素X对植物正常生长必不可少 01 1.变量分析： 自变量: ；因变量: ；无关变量: ； 2.对照设计： 是否含有X元素 是否能正常生长 培养条件等 生长状况相同的正常同种 完全 缺X的完全 注：又称 全素培养液，即：包含植物生长所需的所有元素，不能用蒸馏水做对照。 生物学是建立在实验上的学科，所以。实验是高中生物考试最重要的考点，没有之一。 课本有大量实验，但高考中出现的实验，往往是新的，从来没见过的，所以，需要我们在复习的过程中，掌握对实验的分析能力。 那怎么分析呢？最基本的生物学实验逻辑，就是要做对照。 一定要通过对照，来探究变量之间的相互关系。 探究：微量元素X对植物正常生长必不可少 01 3.结果和结论： . 植物分两组 对照组： 培养液 实验组： 培养液 植物正常生长 出现缺乏症 生长状况相同的正常同种 完全 缺X的完全 X为植物生长的 元素 X为植物生长的 元素 如何让实验更严谨？ 思考 非必需 必需 加入X元素再培养 缺乏症消失 空白对照，自身前后对照 “焦边”是由缺钾所引起的植物叶片边缘出现枯黄色的现象。请完善实验步骤探究小麦“焦边”是由缺钾导致的，准备以下材料用具：若干株长势基本相同的小麦幼苗、浓度相同的全素培养液、缺钾全素培养液等。 (1)实验步骤： ①取两只广口瓶，编号为甲、乙。在甲瓶加入100 mL的全素培养液， 向乙瓶中加入 ； ②将 分别栽种在甲、乙培养瓶中； ③在相同且适宜的条件下培养一段时间，观察 ； 随堂小练 缺钾全素培养液 长势基本相同的小麦幼苗 小麦叶片是否出现“焦边” 注：实验题用词尽量从题干中提取。 100 mL(等量) 随机均分为两组 01 (2)实验结果与结论： ①若甲瓶的小麦幼苗正常生长， ， 则说明小麦叶片“焦边”是由缺钾引起的； ②若 ， 则说明小麦叶片“焦边”不是由缺钾引起的。 (3)通过实验证实“焦边”是由缺钾导致的，为增强实验的说服力， 在上述实验的基础上如何改进完善？ 。 随堂小练 乙瓶的小麦叶片出现“焦边”现象 甲、乙瓶中的小麦均未出现“焦边”现象 可以在缺钾全素培养液中加入钾，观察植物叶片生长是否恢复正常 01 组成细胞的化合物【P10】 02 水 无机盐 无机 化合物 糖类 脂质 蛋白质 核酸 有机 化合物 组成细胞的化合物 注：水、无机盐是细胞需要的营养物质， 但不能为细胞的生命活动提供能量。 水：最多的化合物 蛋白质：最多的有机化合物。（特殊：个别植物，糖类是最多的有机化合物-细胞壁太厚，储存较多的淀粉） 细胞中的水【P11】 03 1.水的性质： ①水分子是 分子，带有正电荷或带有负电荷的分子（或离子） 都容易与水结合，因此水是 。 【资料1】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分布，使水分子成为一个极性分子。带有正电荷或带有负电荷的分子（或离子）都容易与水结合，因此水是良好的溶剂。 极性 良好的溶剂 细胞中的水【P11】 03 1.水的性质： ②水分子之间可形成 ，易断裂易形成， 使水在常温下呈 ，具有 。 【资料2】由于水分子的极性，当一个水分子的氧端（负电性区）靠近另一个水分子的氢端（正电性区）时，它们之间的静电吸引作用就形成一个弱的引力，这种弱的引力称为氢键。 每个水分子可以与周围水分子靠氢键相互作用在一起。氢键比较弱，易被破坏，只能维持极短时间，这样氢键不断地断裂，又不断地形成，使水在常温下能够维持液体状态，具有流动性。 氢键 液态 流动性 细胞中的水【P11】 03 1.水的性质： ③水分子之间可形成 ，易断裂易形成， 使水具有较高的 ，使水的温度相对不易发生改变。 【资料3】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发生改变，水的这种特性，对于维持生命系统的稳定性十分重要。 比热容：单位质量的某种物质升高或下降单位温度所需要吸收或放出的热量。 氢键 物质 比热容c/（J·(Kg·℃)-1） 水 4.2×103 酒精 2.4×103 水银 0.14×103 冰 2.1×103 铝 0.88×103 铜 0.39×103 比热容 细胞中的水【P11】 03 2.细胞中水的存在形式和功能： 存在形式 定义 绝大部分的水呈游离状态， 可以自由流动。 一部分水与细胞内的其他物质（如蛋白质、多糖等）相结合。 含量 约占细胞内全部水分的 %。 约占细胞内全部水分的 %。 作用 ①细胞内的良好的 ； ②参加许多 ； ③为细胞生活提供 ； ④运输 和 ； . . 的重要组成部分 结合水 细胞结构 溶剂 液体环境 生物化学反应 营养物质 自由水 4.5 95.5 代谢废物 自由水和结合水之间可以 相互转化吗？需要什么条件？ 思考 温度降低 温度升高 实例①：烘干种子时，部分结合水转化为自由水散失掉。 实例②：水果放入冰箱冷藏时，部分自由水转化为结合水。 细胞中的水【P11】 03 3.水和代谢的关系：①自由水相关代谢： 结构 代谢过程 水的利用 水的产生 叶绿体 光合作用 线粒体 呼吸作用 细胞内 物质的 分解和合成 水的光解 ATP的合成 有氧呼吸第二阶段 有氧呼吸第三阶段 ①淀粉、肝糖原的水解 ②DNA、RNA的水解 ③蛋白质的水解 ④脂肪的水解 ⑤ATP的水解 ①多糖的合成 ②DNA的复制、转录 ③氨基酸脱水缩合 ④脂肪的合成 ⑤ATP的合成 注：自由水越多，代谢越旺盛。 细胞中的水【P11】 03 3.水和代谢的关系：②自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系： 比值高 代谢 ，但抗逆性 ， 如：癌细胞、萌发的种子、分生组织细胞等； 比值低 代谢 ，但抗逆性 ， 如：干种子、越冬植物、细菌芽孢等； 自由水 结合水 旺盛 差 弱 强 【思考】 ①将种子放在阳光下晒干，失去的主要是 水， 用水浸泡，种子仍能萌发，说明失去大部分 水的种子仍保持其生理活性。 ②将种子加热烘干，失去的主要是 水， 用水浸泡，种子不能萌发，说明失去 水的种子失去生理活性。 自由 自由 结合 结合 考向 围绕细胞中水的特点与功能，考查生命观念【P11】 03 1.(2024·贵州卷，1)种子萌发形成幼苗离不开糖类等能源物质，也离不开 水和无机盐。下列叙述正确的是(　　) A.种子吸收的水与多糖等物质结合后，水仍具有溶解性 B.种子萌发过程中糖类含量逐渐下降，有机物种类不变 C.幼苗根细胞中的无机盐可参与细胞构建，水不参与 D.幼苗中的水可参与形成NADPH，也可参与形成NADH D 结合水，无流动性和溶解性，×； 糖类↓:细胞呼吸消耗葡萄糖；有机物种类↑:蛋白质等被水解为小分子有机物，×； 幼苗根细胞中的无机盐和水均可参与细胞构建，×； 光合作用光反应阶段：水的光解产生的H+,可参与形成NADPH; 有氧呼吸第二阶段:丙酮酸和水反应生成CO2和NADH，√； 考向 围绕细胞中水的特点与功能，考查生命观念【P11】 03 2.(2025·广东东莞中学模拟)肠粉是广东的传统特色美食之一。猪肉、牛肉或鲜虾仁等馅料在薄且光滑的粉皮下隐约可见，淋上以豉油为主的酱汁， 色泽诱人，味道鲜香，口感爽滑。下列有关叙述正确的是(　　) A.猪肉细胞的RNA主要分布在细胞核中 B.牛肉细胞中含量最多的化合物是蛋白质 C.鲜虾仁在蒸炊过程中流失的水是结合水 D.猪、牛和虾三种生物共用一套遗传密码 D 猪肉细胞的RNA主要分布在细胞质中，×； 牛肉细胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有机化合物是蛋白质，×； 鲜虾仁在蒸炊过程中流失的水是自由水，×； 密码子具有通用性，几乎所有生物都共用一套遗传密码，√； 细胞中的无机盐【P11】 04 ①组成复杂的化合物。 例如：Mg2+→ ；Fe2+→ ； I-→ ； 无机盐 主要为 . . 主要是 . . 存在 形式 吸收 方式 ②维持细胞和生物体的生命活动。 例如：血钙过高→ ；血钙过低→ ； Na+缺乏→肌肉酸痛、无力； ③维持细胞的渗透压和酸碱平衡。 例如：等渗溶液： ； 缓冲对： ； 离子 主动运输 叶绿素 血红素 甲状腺激素 肌无力 抽搐 0.9%的NaCl（生理盐水） H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4 骨钙：以化合物形式存在，碳酸钙、磷酸钙等。 【回归课本】无机盐的作用（必修一.P22.思考·讨论） 04 【扩展资料①】叶绿素分子 叶绿素分子的核心部分是一个卟啉环(如图所示)，Mg2+参与构成叶绿素分子，其功能是光吸收。 【扩展资料②】血红素分子 人血红蛋白分子由4条肽链和血红素分子组成(如图所示)，Fe2+参与构成血红素分子，人体缺Fe2+时会导致贫血，无氧呼吸加强，可引发乳酸中毒。 必修一P22：植物在缺乏N、P、K等营养物质时会出现各种症状，因此生产过程中，常要给植物施肥。 玉米在生长过程中缺乏P。植株就会特别矮小，根系发育差，叶片小呈暗绿偏紫色。 考向 围绕无机盐的功能及相关实验，考查科学探究能力【P11】 04 3.(2022·全国甲卷，1)钙在骨骼生长和肌肉收缩等过程中发挥重要作用。晒太阳有助于青少年骨骼生长，预防老年人骨质疏松。下列叙述错误的是(　　) A.细胞中有以无机离子形式存在的钙 B.人体内Ca2+可自由通过细胞膜的磷脂双分子层 C.适当补充维生素D可以促进肠道对钙的吸收 D.人体血液中钙离子浓度过低易出现抽搐现象 B 细胞中有以无机离子形式存在的钙，也有以化合物形式存在的钙，√； 人体内Ca2+不能自由通过细胞膜的磷脂双分子层，需要载体蛋白协助，×； 维生素D能有效地促进人体肠道对钙和磷的吸收，√； 哺乳动物的血液中必须含有一定量的Ca2+，Ca2+浓度过低易出现抽搐等症状，√； 实验思路： ①选材、分组、编号： 。 ②控制自变量： 。 ③检测因变量： 。 考向 围绕无机盐的功能及相关实验，考查科学探究能力【P12】 04 4.氮元素是植物生长的必需元素，合理施用氮肥可提高农作物的产量。 农作物吸收氮元素的主要形式有铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)。 已知作物甲对同一种营养液(以硝酸铵为唯一氮源)中NH4+和NO3-的吸收具有 偏好性(NH4+和NO3-同时存在时，对一种离子的吸收量大于另一种)。 请设计实验对这种偏好性进行验证，要求简要写出实验思路、预期结果和结论。 注：本实验只设计一组即可 配制营养液(以硝酸铵为唯一氮源)，用该营养液培养作物甲 一段时间后，检测营养液中NH4+和NO3-剩余量 预期结果和结论： ①若营养液中NO3-剩余量小于NH4+剩余量，则说明作物甲偏好吸收 ； ②若营养液中NH4+剩余量小于NO3-剩余量，则说明作物甲偏好吸收 。 考向 围绕无机盐的功能及相关实验，考查科学探究能力【P12】 04 4.氮元素是植物生长的必需元素，合理施用氮肥可提高农作物的产量。 农作物吸收氮元素的主要形式有铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)。 已知作物甲对同一种营养液(以硝酸铵为唯一氮源)中NH4+和NO3-的吸收具有 偏好性(NH4+和NO3-同时存在时，对一种离子的吸收量大于另一种)。 请设计实验对这种偏好性进行验证，要求简要写出实验思路、预期结果和结论。 NO3- NH4+ 跳出题海·常考无机盐的功能【P12】 04 【实验】检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质【P12】 05 一、实验原理： 1.还原糖的检测： 2.脂肪的检测： 3.蛋白质的检测： 4.淀粉的检测： 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。 还原糖+斐林试剂 砖红色沉淀 水浴加热 （50~65℃） 脂肪+苏丹Ⅲ染液 橘黄色 蛋白质+双缩脲试剂 紫色 淀粉+碘 蓝色 【实验】检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质【P12】 05 二、实验材料的选择： 实验材料有:梨匀浆、紫葡萄匀浆、花生种子、豆浆、 鲜肝提取液、鸡蛋清稀释液。 以上哪些材料富含糖类、脂肪、蛋白质？都适宜作为实验材料吗？ 思考 富含糖类： 富含脂肪： 富含蛋白质： 梨匀浆、紫葡萄匀浆、 花生种子、鲜肝提取液 豆浆、鸡蛋清稀释液 本实验中物质的鉴别利用的都是颜色反应。因此，应注意选择浅色或白色的实验材料，以防止材料原有颜色遮盖实验颜色的变化。 【选材原则】① ；② 。 待测物质含量高 颜色较浅，无色或白色 【实验】检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质【P12】 05 三、实验步骤：（1）还原糖的检测 选材 制备组织样液 颜色反应 结论 还原糖含量高、颜色为 的植物组织，如梨匀浆。 制浆→单层纱布过滤→取液 组织样液中含有可溶性 。 斐林试剂 蓝色 砖红色 注：甲液和乙液等量混合均匀后立即使用。 （等量混合，现配现用） 注：水浴加热， 可使受热均匀。 白色或浅色 还原糖 →Cu(OH)2自身的颜色 →包括：所有单糖、麦芽糖、乳糖 【实验】检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质【P12】 05 三、实验步骤：（2）脂肪的检测 取材 制片 观察 结论 取浸泡过的花生种子，去掉种皮，将子叶切成薄片 脂肪颗粒被染成 ，说明花生种子含有脂肪。 先在低倍镜下寻找已着色的脂肪颗粒，再用高倍镜观察 ①取最薄的切片，用毛笔蘸取放在载玻片中央 ②在薄片上滴2～3滴 染液，染色3min ③洗去浮色：用体积分数为 溶液 ④制成临时装片 50%的酒精 苏丹Ⅲ 橘黄色 脂肪被染成橘黄色 【实验】检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质【P12】 05 三、实验步骤：（3）蛋白质的检测 选材与制备 显色反应 结论 鸡蛋清稀释液或豆浆滤液 组织样液中含有 。 注：做实验前要预留组织样液， 便于对照。 双缩脲 双缩脲 紫色 注：双缩脲试剂的使用需要 先加A液1ml，再加B液4滴。 （先A后B，A多B少） 注：蛋清必须稀释，以免实验后黏住试管壁，不易清洗。 蛋白质 注：不用加热 考向 考查物质鉴定实验相关原理和方法【P13】 05 1.(2025·福州一中质检)下列关于生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质鉴定 实验的叙述，正确的是(　　) A.可溶性还原糖、蛋白质的鉴定，可用酒精灯直接加热 B.脂肪鉴定的操作步骤依次是切片→染色→洗去浮色→制片→观察 C.苏丹Ⅲ染液可将脂肪颗粒染成砖红色 D.常用番茄、苹果等作为鉴定植物组织内还原糖的实验材料 B 可溶性还原糖的鉴定需要水浴加热，蛋白质的鉴定不需要加热，×； 橘黄色，×； 番茄有颜色，存在颜色干扰，不能作为检测还原糖的实验材料，×； 考向 考查物质鉴定实验相关原理和方法【P13】 05 2.(2025·广东深圳模拟)亳州“古井贡酒”生产发酵中需用麦芽浆，对萌发且带有小芽的大麦充分研磨后，过滤得到组织样液。往组织样液中加入下列试剂后振荡摇匀，有关实验现象及结论的叙述，错误的是(　　) A.若待测样液中不含蛋白质，则加入双缩脲试剂后样液颜色不变 B.若加入苏丹Ⅲ染液，溶液呈橘黄色，则说明发芽的大麦中含有脂肪 C.加入碘液，溶液呈蓝色，说明发芽的大麦中含有淀粉 D.加入斐林试剂并水浴加热，溶液出现砖红色沉淀， 说明发芽的大麦中含有还原糖 A 加入双缩脲试剂后样液显示的应该是双缩脲试剂的颜色(浅蓝色)，×； 【回归课本】试剂（必修一.P19.实验配图） 05 【素养提升】斐林试剂和双缩脲试剂【P13】 05 斐林试剂 双缩脲试剂 实质 还原糖中的醛基把Cu(OH)2 还原为CuOH，而CuOH不稳定，易分解为Cu2O(砖红色)。 具有两个或两个以上“-CO-NH-”的结构化合物在碱性条件下 与Cu2+反应，生成紫色络合物。 成分 甲液： g/mLNaOH溶液 乙液： g/mLCuSO4溶液 A液： g/mLNaOH溶液 B液： g/mLCuSO4溶液 使用方法 等量混合，现配现用 先A后B，A多B少 0.05 0.01 0.1 0.1 【判断】在氨基酸溶液中加入双缩脲试剂，混匀后逐渐变成紫色。（ ） × 氨基酸不含-CO-NH-结构，不能和双缩脲试剂反应。 【素养提升】斐林试剂和双缩脲试剂【P13】 05 ※学科交叉：化学上对糖类的定义 1.糖类：糖类物质是多羟基(2个或以上)的醛类(醛糖)或酮类(酮糖)化合物。 2.分类： ①非还原性糖：所有多糖、蔗糖； ②还原性糖：所有单糖、乳糖、麦乳糖； 注：还原性糖的本质是醛基具有还原性。 果糖无游离的醛基，本身无还原性， 但在碱性条件下，果糖可转化为葡萄糖， 具有还原性。 【素养提升】斐林试剂和双缩脲试剂【P13】 05 思考 为什么利用斐林试剂的甲液、乙液和蒸馏水也能鉴定蛋白质？ 斐林试剂的甲液是 ,乙液是 ； 双缩脲试剂的A液是 ，B液是 ； 将斐林试剂乙液用 ，即可获得双缩脲试剂的B液。 0.1g/mLNaOH溶液 0.1g/mLNaOH溶液 0.05g/mLCuSO4溶液 0.01g/mLCuSO4溶液 蒸馏水稀释 【素养提升】斐林试剂和双缩脲试剂【P13】 05 思考 蛋白质检测时，为什么先加A液再加B液？B液为什么不能过量？ 提示： ①蛋白质中的 结构在 条件下能与 生成紫色络合物， 所以，要先加A液营造碱性环境，后加B液提供Cu2+。 ②过多的双缩脲试剂B液会与双缩脲试剂A液反应生成 ， 使溶液呈 ，进而掩盖实验生成的紫色， 所以，双缩脲试剂B液的量不能过多。 肽键 Cu2+ 碱性 Cu(OH)2 蓝色 $$