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 第一节 细胞中的元素和化合物 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 一、组成细胞的元素 1. 比较：自然界和非自然界元素的种类 组成细胞的元素在非生物界都能找到（没有一种元素是生物所特有的） 生物界和非生物界具有统一性 体现了 为什么组成细胞的元素在非生物界都能找到？ ①细胞是一个开放的系统，总是和外界环境进行着物质交换。 ②细胞生命活动所需要的物质，归根结底是从无机自然界中获取的。 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 生物界与非生物界元素含量不同 体现了 生物界和非生物界具有差异性 以碳为例，为什么碳元素在细胞中的含量远高于地壳中？ ①碳容易和O、H、N等元素结合 ②碳可以形成很长的碳链，进而形成多种多样的生物大分子 元素在生物界和非生物界的含量有差异的原因：细胞有选择地吸收自然界中的元素。 以硅为例，为什么硅在细胞中含量极少？ 硅的共价键不如碳稳定，无法形成长链构成生物大分子。 （但在硅藻、禾本科植物中Si的含量较多） 一、组成细胞的元素 2. 比较：自然界和非自然界元素的含量 含量上 生物界和非生物界 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 种类上 统一性 差异性 原因：有选择地从无机自然界获取 一、组成细胞的元素 一、组成细胞的元素 讨论1：在玉米细胞和人体细胞中含量较多的4种元素一样吗？怎样解释这种现象？ 一样，都是C、H、O、N。 原因：组成人体、玉米细胞的主要成分都是水、糖、脂类、蛋白质等物质，这些物质富含C、H、O、N等元素。 基本元素 讨论3：玉米细胞和人体细胞中元素的含量有哪些差异？ 玉米种的O明显高于人体细胞，而人体细胞的N明显高于玉米细胞。 原因：玉米中糖类更多，人体细胞中蛋白质更多。 讨论2：细胞中有些元素含量很少，是否意味着它们不重要？ 有些元素含量虽很少，但是却有重要作用。 部分元素含量（干重、质量分数） 一、组成细胞的元素 3. 元素的种类 （1）按含量分类 大量元素: C、H 、O 、N 、P 、S 、K 、Ca 、Mg 微量元素： Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo 与组成细胞的化合物有关 含量少，但其作用不可替代 （2）按作用分类 C 最基本元素: 基本元素: 主要元素: C、H 、O 、N C、H 、O 、N 、P 、S (参与构成生物大分子的基本骨架) (干重、鲜重均最多) 鲜重最多的是O O>C>H>N 干重最多的是C C>O>N>H 二、组成细胞的化合物 组成细胞的元素大多以 的形式存在 化合物 无机物 有机物 水 无机盐 蛋白质 糖类 脂质 核酸 化合物 二、组成细胞的化合物 含量最多的化合物是______ 含量最多的有机化合物是________ 鲜重中含量最多的化合物_______ 干重中含量最多的化合物_______ 蛋白质 水 蛋白质 1. 各种化合物的含量比较 水 思考：是不是同一生物的不同组织细胞中化合物含量都是一样的呢？ 不同组织细胞中各种化合物的含量有差别。 如：梨的果实中糖类和水多，且不含叶绿素，与叶片中化合物的含量存在明显差别。 二、组成细胞的化合物 2. 组成各种有机化合物的元素 糖类：C、H、O 蛋白质：C、H、O、N (有的含有S) 脂质：C、H、O (有的含N、P ） 叶绿素：C、H、O、N、Mg 血红素：C、H、O、N、Fe(S) 甲状腺激素：C、H、O、N、I 三、细胞中的无机物 （一）水 1. 水在细胞中的含量 水母97% 鱼90% 蛙85% 人55%-70% 特点1：不同生物的含水量不同。（水生生物＞陆生生物） 三、细胞中的无机物 1. 水在细胞中的含量 特点2：同一生物不同生长发育时期，含水量不同（幼年>成年>老年；幼嫩>成熟） 特点1：不同生物的含水量不同（水生生物＞陆生生物） （一）水 99% 83% 79% 76% 84% 三、细胞中的无机物 1. 水在细胞中的含量 （一）水 特点2：同一生物不同生长发育时期，含水量不同（幼年>成年>老年；幼嫩>成熟）。 特点1：不同生物的含水量不同（水生生物＞陆生生物）。 特点3：同一生物的不同组织、器官含水量不同。 2.水的作用 （1）水是细胞内良好的溶剂，许多物质能够在水中溶解。 （2）细胞内许多生物化学反应也都需要水的参与。 （3）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。 （4）水在生物体内的流动，可以把营养物质运送到各个细胞，同时也把代谢废物排出。 如：很多物质溶于水中才能被细胞吸收利用 如：有氧呼吸第二阶段、光合作用（水的光解）、各种水解反应 内环境（细胞外液） 如：血液 3.水的结构 （1）水分子是极性分子 带有正电或负电的分子（离子）都容易与水结合 水是良好的溶剂 例如：NaCl的溶解 3.水的结构 O H H ― ＋ ＋ O H H ― ＋ ＋ O H H ― ＋ ＋ 氢键 （2）水分子之间形成氢键 ①水在常温下呈液态，具有流动性 ②水具有较高的比热容 水的温度相对不容易发生改变，对于维持生命系统的稳定性十分重要。 4.水在细胞中的存在形式 （1）自由水 ①概念：呈游离状态，可以自由流动的水。 ②含量占比：95%以上。 ③作用： 细胞内的良好溶剂；参与许多生化反应；为细胞提供液体环境；运输营养物质和代谢废物。 （2）结合水 ①概念：与细胞内的其他物质相结合的水。 例如：多糖、蛋白质等 ②含量占比：4.5%左右。 ③作用： 特点：失去流动性和溶解性 是细胞结构的重要组成部分。 细胞代谢 ，抗逆性 。 如癌细胞、萌发的种子、分生组织细胞等 细胞代谢 ，抗逆性 。 如干种子、越冬植物、细菌芽孢等 自由水 结合水 比值高 比值低 注：此处强调的是自由水与结合水的比值下降，而不是自由水的绝对含量低于结合水。 （3）自由水/结合水的比例与细胞代谢的关系 思考1：种子应该如何储存？原因是？ 种子应该晒干后储存，原因是降低自由水含量使其代谢降低。 思考2：冬小麦在冬天来临前，自由水和结合水的含量将会如何变化？为什么？ 自由水比例降低，结合水比例升高，避免气温下降时自由水过多而结冰而损害自身。 旺盛 差 弱 强 种子 晒干 失去自由水 （大部分） 可萌发 烘干 不可萌发 失去结合水 思考1：晒干的种子为什么还能萌发？如何才能萌发？ 结合水是细胞内的结构物质，烘烤后的种子失去了结合水而导致细胞结构被破坏，细胞死亡，种子失去活性。 思考2：烘烤干的种子为什么不能萌发？ 失去大部分自由水的种子仍保持其生理活性，浸泡之后可以萌发。 水 吸收方式： 存在形式: 调节： 产生水 消耗水 抗利尿激素 自由水、结合水 ①有氧呼吸第三阶段 ②ATP的合成 ③脱水缩合（单糖→多糖、氨基酸→蛋白质） ④DNA分子复制、转录（形成磷酸二酯键） ①光合作用光反应阶段 ②有氧呼吸第二阶段 ③水解（多糖、蛋白质、核酸、ATP等的水解） 归纳小结 自由扩散或协助扩散（主要） （二）无机盐 1. 无机盐的含量 离子态 （大多数） 化合态 草木灰烬就是无机盐 出汗时无机盐随水排出体外 很低（占细胞鲜重的1%-1.5%） 2. 无机盐的存在形式 含量较多的阴离子:Cl-、SO42-、PO43-、HCO3- 含量较多的阳离子:Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+ Fe-血红素 Mg-叶绿素 3. 无机盐的运输方式 主要是主动运输 3. 无机盐的作用 （1）组成某些复杂化合物 （2）维持细胞和生物体的生命活动 （3）维持酸碱平衡、渗透平衡、电荷平衡 如：①Mg是叶绿素的组成元素之一；Fe是血红素的组成元素之一。 ②P是许多重要化合物（核酸、ATP等）的重要组成元素。 如：①Ca2+过高导致肌无力，Ca2+过低抽搐。 ②Na+缺乏引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛无力等。 如：①酸碱缓冲对（H2CO3\HCO3-）。 ②内环境的渗透压主要与Na+和Cl-有关，细胞内的渗透压主要与K+有关。 膜内外Na+差值低导致动作电位峰值降低，因此神经、肌肉细胞兴奋性降低。 胞外高Na+,胞内高K+。 PS：生理盐水指的是0.9%的NaCl溶液，它是人体细胞所处内环境的等渗溶液，用于补充盐分和输入药物时。 名称 常见无机盐生理作用 Mg2+ Fe2+ Na+ Ca2+ P N I K Cl- B 构成叶绿素的元素，缺乏影响光合作用。 构成血红素的元素，缺乏导致缺铁性贫血。 Ca2+ 浓度太低动物出现抽搐等症状，过高会肌无力 是组成细胞膜、细胞核的重要组分，也是细胞必不可少的化合物的组分。 维持细胞外液渗透压，动作电位的形成和传导离不开“Na+内流" 蛋白质、ATP、NADP+、叶绿素、核苷酸 与Na+共同维持细胞外液渗透压 维持细胞内液滲透压，静息电位的形成和维持离不开“K+外流 甲状腺激素(幼年时缺乏引发呆小症) 归纳：常见无机盐的生理作用 促进花粉萌发和花粉管的伸长，缺乏B导致”华而不实） 拓展：验证某种无机盐的生理功能 (1)实验设计 ①对照组：植物＋完全培养液→正常生长 ②实验组： (2)实验成功关键点 ①实验中应保证实验材料的统一性，即材料的种类、生长状况应一致等。 ②实验组用只缺X的培养液，对照组用完全培养液，不能用蒸馏水作对照。 ③实验组加入X的目的是二次对照，使实验组前后对照，以增强说服力。 请你以玉米为材料写出矿质元素Mg是否为玉米生长必需的实验设计： 1 .（2024江西）农谚有云：“雨生百谷”。“雨”有利于种子的萌发，是“百谷”丰收的基础。下列关于种子萌发的说法，错误的是（ ） A．种子萌发时，细胞内自由水所占的比例升高 B．水可借助通道蛋白以协助扩散方式进入细胞 C．水直接参与了有氧呼吸过程中丙酮酸的生成 D．光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上 C 练习 2 .（2019海南）植物细胞中水和矿质元素离子会表现出某些特点。下列叙述错误的是（ ） A．根细胞中的K+不能以自由扩散的方式进入土壤溶液中 B．矿质元素离子在细胞内积累可引起外界溶液中的水进入细胞 C．根细胞吸收的矿质元素能够以离子的形式贮存在液泡中 D．叶肉细胞中参与光合作用光反应阶段的水分子属于结合水 D 3 .缺锌会导致植物生长受阻、节间变短、叶片萎蔫，俗称“小叶病”。锌是 元素，该现象说明无机盐的作用是 。 4. 下图表示部分化合物的元素组成，其中数字表示元素。相关叙述中，错误的是( ) A．图中所示①②③④分别为Mg、P、Fe、I B．核酸是一切生物的遗传物质 C．人体缺③会出现酸中毒 D．甲状腺激素、血红蛋白以胞吐的方式从细胞中分泌到内环境中 维持细胞和生物体的正常生命活动 D 微量 四、细胞中的糖类和脂质 （一）细胞中的糖类 1.元素组成 2. 功能 3. 分类 ①一般是由C、H、O三种元素组成 ②多数满足（CH20） 【注：不是所有的糖都满足（CH20），满足（CH20）也不都是糖，如甲醛CH20】 （注：壳多糖还含有N元素） ①糖类是主要的能源物质。 细胞中的能源物质的功能顺序：糖类＞脂肪＞蛋白质 ②糖类也是重要的结构物质。 按照是否能水解分成①单糖、②二糖、③多糖 （1）单糖：不能水解的糖 种类 分布 功能 单糖 细胞中都有 细胞生命活动所需的主要能源物质 葡萄糖 “生命的燃料” 果糖 植物细胞中 提供能量 半乳糖 动物细胞中 提供能量 六碳糖 核糖 细胞中都有 组成RNA的成分 脱氧核糖 细胞中都有 组成DNA的成分 五碳糖 C6H12O6 HO OH （2）二糖：可以水解为 ， 两分子单糖 HO OH 葡萄糖 HO OH 葡萄糖 水解 + 脱水缩合 + H2O 麦芽糖 HO O OH 由两分子单糖 而成。 脱水缩合 种类 分布 功能 蔗糖 （ ） 细胞 麦芽糖（ ） 细胞 乳糖 （ ） 细胞 葡萄糖+果糖 葡萄糖+葡萄糖 葡萄糖+半乳糖 植物 植物 动物 提供能量 不能直接被细胞吸收，需先水解成单糖。 （3）多糖：可以水解为 ，（由多个单糖脱水缩合而成） 多个单糖 葡萄糖 ( )n (C6H10O5)n 纤维素 淀 粉 糖 原 几丁质（昆虫、甲壳动物的结构材料） （植物细胞内的储能物质） （构成植物细胞的细胞壁） （动物细胞内的储能物质） 基本单位都是葡萄糖 注：糖原包含肝糖原和肌糖原，其中肝糖原可以水解成葡萄糖后被细胞利用，但肌糖原不能补充血糖。 基本单位（C8H13O5N） 纤维素 淀 粉 糖 原 思考1：为什么上述三种多糖都是由葡萄糖脱水缩合而成的，但功能却不一样？ 葡萄糖的连接方式和数量不一样，从而形成不同的空间结构，因此化学性质和功能不一样。 思考2：为什么人类很难消化纤维素？为什么很难消化却将纤维素等膳食纤维称为“第七营养素”？ 人体内缺乏消化纤维素的酶，因此很难消化它。但纤维素可以促进胃肠的蠕动和排空，从而有利于排便和减少患肠癌的机会。 思考3：生物体内有哪些合成糖的场所？ 叶绿体 肝脏、肌肉 高尔基体 思考4：还能归纳出糖的其他分类方式吗？ ①按照功能分 结构物质： 储能物质： 主要能源物质： 核糖、脱氧核糖、纤维素、几丁质（壳多糖） 淀粉、糖原 葡萄糖 ②按照化学性质分 还原糖 非还原糖 单糖（葡萄糖、果糖、半乳糖）、麦芽糖、乳糖 蔗糖、多糖（淀粉、糖原、纤维素） 思考5（教材P24旁栏）：糖尿病人的饮食受到严格限制，受限制的并不仅仅是甜味食品，米饭和馒头等主食都需定量摄取，为什么？ ①很多糖类是不甜的，例如淀粉、纤维素等。 ②淀粉经过消化分解也会生成葡萄糖，同样会提高病人体内的血糖，加重病情。 思考6：食物中的糖是如何成为人体细胞中的糖的？（以淀粉为例） 淀粉 葡萄糖 血液中的 葡萄糖 肝糖原 肌糖原 消化道 水解 吸收 运输 合成 合成 水解 注意：区分“水解”与“氧化分解” 多糖水解的终产物是其单体（如淀粉水解的产物是葡萄糖） 多糖氧化分解的终产物是CO2和H2O，即糖参与有氧呼吸后的最终产物。 （二）细胞中的脂质 脂质：小分子化合物，存在于所有细胞，通过自由扩散进出细胞。 1. 组成元素 主要是C H O，有的还含有N P 2. 合成场所 内质网 3. 特点 ①脂质分子中氧含量远低于糖类，而氢含量高于糖类。 所以，相同质量的糖和脂质氧化分解时，脂质好氧更多、放能更多。 ②脂质通常都不溶于水。 4. 分类 脂肪 固醇 磷脂 胆固醇 性激素 维生素D 脂质 C、H、O 3×脂肪酸+1×甘油 甘油 脂肪酸 三酰甘油 饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸 元素组成： 组成单位: 脂肪的分类: 动物脂肪大多含有饱和脂肪酸，熔点高，室温时呈固态。 植物脂肪大多含有不饱和脂肪酸，熔点低，室温时呈液态。 （1）脂肪 脂肪酸碳链中均为“碳-碳”单键 脂肪酸碳链中含有“碳-碳”双键 储能物质　 绝热体　 缓冲和减压　 脂肪的功能 脂肪的分布 皮下脂肪 内脏器官周围 脂肪与糖类的转化关系 葡萄糖 被细胞利用 合成糖原（肝糖原、肌糖原） 转化成脂肪、氨基酸等 首先 富余 富余 糖类在供应充足的情况下可以大量转化为脂肪。而脂肪一般只在糖类代谢发生障碍引起供能不足时，才会分解供能，而且不能大量转化为糖类。 （2）磷脂 C、H、O、N、P 元素组成: 甘油、脂肪酸、磷酸及其他衍生物 组成单位: 构成细胞膜、细胞器膜等生物膜的重要成分 功能： 【注：磷脂头部含磷酸-亲水，尾部为脂肪酸链-疏水，因此磷脂是极性分子】 分布： 在人和动物的脑、卵细胞、肝脏以及大豆的种子中，磷脂含量丰富。 （3）固醇 元素组成: C、H、O 种 类 功 能 固醇 胆固醇 ① 的重要成分 ②参与血液中 的运输 性激素 ①促进 的发育以及 的形成 ②维持 。 维生素D 促进人和动物对 的吸收 动物细胞膜 脂质 生殖器官 生殖细胞 第二性征 钙和磷 紫外线能使皮肤表皮细胞中的胆固醇转变为维生素D，而维生素D可促进肠道对钙、磷的吸收，在一定程度上可预防佝偻病的发生。 思考：为什么儿童晒太阳能预防佝偻病？ 　　　种子类型 变化　　 非油料作物种子(如小麦) 油料作物种子(如大豆) 种子形成时 可溶性糖→淀粉 糖类→脂肪 种子萌发时 淀粉→可溶性糖 脂肪→甘油和脂肪酸→糖类 拓展应用：种子形成和萌发时有机物的变化 思考：相比于淀粉类作物种子，种植油料作物种子时要播种得浅一些，为什么？ 脂肪中氧的含量低于糖类，而氢的含量较高。等质量的脂肪与糖类氧化分解时，脂肪释放的能量更多，需要的O2多，产生的H2O多，若深埋会造成种子缺氧。 种子形成时：光合作用产物的积累导致其干重增加。 种子萌发时：吸收水分导致其鲜重增加；非油料作物的种子由于只进行细胞呼吸导致干重减少，油料作物种子萌发初期干重有先增加后减少(先增加：脂肪转化为糖类的过程中增加了氧元素)。 1. 还原糖的检测 葡萄糖、果糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖 现配现用，等量混匀后使用 0.1g/mlNaOH+0.05g/mlCuSO4 2. 蛋白质的检测 0.1g/mlNaOH+0.01g/mlCuSO4 先加NaOH，再加CuSO4 3. 脂肪的检测 脂肪被苏丹Ⅲ染色橘黄色 【易错提醒】 斐林试剂 双缩脲试剂 成分 使用 方法 实质 甲液 0.1 g/mL NaOH溶液 乙液 0.05 g/mL CuSO4溶液 A液 0.1 g/mL NaOH溶液 B液 0.01 g/mL CuSO4溶液 A液 B液 使用时先加A液摇匀，再加B液摇匀 甲液 乙液 水浴 加热 甲液和乙液等量混合均匀后使用，且需现配现用 还原糖中的醛基把Cu(OH)2还原为Cu2O（砖红色沉淀） 具有两个以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu2+反应，生成紫色络合物 (1)西瓜富含还原糖，宜于作还原糖实验鉴定材料（ × ）。 (2)物质鉴定一般不设对照实验，若需设，对照组应加入成分已知的物质，如验证唾液淀粉酶是蛋白质，对照组可加入稀释的鸡蛋清（ √ ） (3)唯一需要水浴加热:还原糖检测。若不加热，则无砖红色沉淀出现（ √ ） (4)唯一需要显微镜:脂肪颗粒的观察（ √ ） (5)唯一使用酒精:脂肪检测,用体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色（ √ ） (6)检测氨基酸的含量可用双缩脲试剂进行检测。( × ) (7) 若检测对象为非还原糖，加入斐林试剂，水浴加热后的现象是无色( × ) (8)斐林试剂使用时需提前按比例配好( × ) (9)向某试管内无色液体中加入斐林试剂，经加热若出现砖红色沉淀，则表明试管内含有葡萄糖( × ) (10)观察花生子叶中脂肪时，需用蒸馏水洗去浮色，再进行观察( × ) (11)用于鉴定可溶性还原糖的斐林试剂，可直接用于蛋白质的鉴定( × ) (12)脂肪的鉴定中需要用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪颗粒( √ ) (13)鉴定蛋白质时，加入试剂后无须水浴加热试管中就会出现紫色( √ ) 易错辨析 1.（2024·甘肃）甘肃陇南的“武都油橄榄”是中国国家地理标志产品，其果肉呈黄绿色，子叶呈乳白色，均富含脂肪。由其生产的橄榄油含有丰富的不饱和脂肪酸，可广泛用于食品、医药和化工等领域。下列叙述错误的是（ ） A．不饱和脂肪酸的熔点较低，不容易凝固，橄榄油在室温下通常呈液态 B．苏丹Ⅲ染液处理油橄榄子叶，在高倍镜下可观察到橘黄色的脂肪颗粒 C．油橄榄种子萌发过程中有机物的含量减少，有机物的种类不发生变化 D．脂肪在人体消化道内水解为脂肪酸和甘油后，可被小肠上皮细胞吸收 练习 C 2.（2023·全国卷）葡萄糖是人体所需的一种单糖。下列关于人体内葡萄糖的叙述，错误的是（ ） A. 葡萄糖是人体血浆的重要组成成分，其含量受激素的调节 B. 葡萄糖是机体能量的重要来源，能经自由扩散通过细胞膜 C. 血液中的葡萄糖进入肝细胞可被氧化分解或转化为肝糖原 D. 血液中的葡萄糖进入人体脂肪组织细胞可转变为甘油三酯 B 3.(2020·海南卷)下列关于人体脂质的叙述，正确的是(　 ) A．组成脂肪与糖原的元素种类不同 B．磷脂水解的终产物为甘油和脂肪酸 C．性激素属于固醇类物质，能维持人体第二性征 D．维生素D是构成骨骼的主要成分，缺乏维生素D会影响骨骼发育 练习 C $