2.1 细胞中的元素和化合物课件-2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

不是风动 不是幡动 仁者心动 唯心主义 唯物主义 中国古代的五行学说认为金木水火土是生成万物的五种基本元素。 哲学上解释世界本质的主流思想是唯物主义,即世界万物均是物质的,由物质组成。比如中国古代的五行学说认为金木水火土是生成万物的五种基本元素。 1 化学元素周期表 组成生命与非 生命物质的元素 这是一张化学元素周期表,同学们一定很熟悉,在初中化学的课堂上,我们知道自然界的一切物质均由原子组成。细胞的结构与功能虽然非常复杂,但细胞乃至生命与其他所有物质一样,也是由原子组成的。例如,我们追踪分析一个植物细胞的不同组分和不同成分,最终结果显示,在生命活动和生物化学反应中保持不变的最基本物质还是一些不同的原子。元素是具有相同核电荷数的同一类原子的总称(如果你不学化学,在这里也可以简单地认为元素就是原子)。 2 雕刻的石像无论多么栩栩如生,我们也不会认为它是生物 既然所有生命和非生命的物质都由元素构成,那两者的区别到底是什么?为什么雕刻的石像无论多么栩栩如生,我们也不会认为它是生物。而即便是世间最简单的生物,我们也可以一眼辨认出它与石头的差别。生物表现出生命的特征,是因为细胞内有什么 “生命元素”吗?组成细胞的分子有什么特殊之处吗?研究组成细胞的元素与分子,实际上就是在探寻生命的物质基础,可以从根本上帮助我们理解生命的结构与功能。 3 第1节 细胞中的元素和化合物 第二章 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 问题探讨 如图是组成地壳和组成细胞的部分元素含量(%)表,比较两者的数据,思考下列问题: 讨论 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? 1. 组成元素种类基本相同 生物界 非生物界 统一性 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 问题探讨 如图是组成地壳和组成细胞的部分元素含量(%)表,比较两者的数据,思考下列问题: 讨论 生物体中的元素含量和无机环境中的含量有区别吗? 2. 组成元素含量差别大 生物界 非生物界 差异性 207倍 组成生物体细胞的元素在种类上与非生物界存在统一性,含量上却大不相同。那生物与生物之间是否也如此? 8 1、在玉米细胞中和人体细胞中含量较多的四种元素一样吗?分别是哪四种元素? 玉米细胞和人体细胞当中含量较多的四种元素是一样的,分别是C、H、O、N。 组成两者的主要成分是水、糖类、脂质和蛋白质等物质,这些物质都含有C、H、O,蛋白质还含有大量的N元素。所以这四种元素是组成细胞的基本元素。 为什么两个不同的细胞中C H O N的含量都比较多? 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? 组成细胞的元素 每个人脖颈前面的喉头和气管的两旁,都有一对蚕豆大小的甲状腺,甲状腺是人体的“碘库”。其主要功能就是利用机体从饮食中摄取到的碘合成并分泌甲状腺激素,以促进和调节人体的新陈代谢及生长发育。 一个人一生总共需要的碘只有2克,相当于一平茶匙。人体内约含碘35毫克,相当于一钱重的一百五十分之一左右。一个正常成年人每天只要摄取100微克以上的碘,就是这么一点点极其微少的碘经人体甲状腺这座“工厂”周而复始的加工之后,便可制造出机体代谢和生长发育所必需的甲状腺激素来。一旦缺乏就会引起甲状腺肿大——大脖子病。 资料一: 几十年前,新西兰有一个牧场的大片牧草长势很弱,有的甚至发黄枯萎,即使使用了大量的N、P、K肥也无济于事,后来,人们偶然发现牧场内的一小片牧草长得十分茂盛。原来,这一片“绿洲”的附近有一座(Mo)钼矿,矿工每天上下班总是抄近路走,他们的鞋子踩过的地方,牧草绿油油的。经过科学家的化验和分析,一公顷牧草只需150克钼就足够改善它们的长势了。 资料二: 通过这两则资料,你能得出什么结论? 细胞中有些元素含量虽少, 但是是生物体生命活动所必需的化学元素。 元素缺乏与疾病的相关性 缺Fe:人体患贫血;果树患黄叶病 缺Ca:成年人缺钙患骨质疏松症;人血液中缺钙会出现抽搐现象 缺I:人幼年患呆小症;成年患甲状腺肿大(大脖子病) 缺B:华而不实(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Mg:影响植物叶绿素的合成,影响光合作用的进行 12 3、玉米细胞和人体细胞中最基本的元素是什么? 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中最基本的元素是C。 组成细胞的元素 因为碳链是构成生物大分子(蛋白质、核酸、糖类)的基本骨架。 所以碳是占干重比例最高的元素 也是最基本的元素。 组成细胞的元素 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 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% 鲜重:自然状态下的质量 干重:除去自由水后的质量 干重 = 鲜重 — 自由水 4、什么是干重? 组成细胞的元素 人体细胞鲜重和干重中比重最大的元素分别是? 组成人体细胞的主要元素 >C>H>N O 占细胞鲜重的百分比 占细胞干重的百分比 C >O>N>H 为什么会出现这种差异性呢? 造成这种差异的主要原因是水的含量不同。 组成细胞的元素 17 5、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? 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 组成细胞的元素 ①组成不同生物体的化学元素种类基本相同。 ②不同生物体内某些化学元素的含量相差较大。 ③同一生物体内不同化学元素的含量不同。 18 组成细胞的化学元素,常见的有 。 元素( ) 大量元素: 微量元素: (含量占生物体总质量的万分之一以上的一些元素) (指含量很少但生物体生活所必需的一些元素) 必需元素 1、大量元素和微量元素的分类依据是在生物体内的含量,而不是生理作用,微量元素含量虽少,但其生理作用却不可替代。 2、组成生物体的常见的20多种化学元素是指必需元素,生物体内可能含有一些非必需元素,如人体可能含Pb。 记忆口诀: 铁(Fe)门(Mn)碰(B)新(Zn)木(Mo)桶(Cu) 铁、 锰、 锌、 铜、 硼、 钼 20多种 含量 C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo 组成细胞的元素 组成细胞的元素有哪些呢? 18 组成细胞的化合物 19 糖类 组成细胞的化合物 有机化合物 水:占70%~90% :占1%~2% 无机化合物 核酸 脂质 蛋白质 占1%~1.5% 无机盐:占1%~1.5% :占7%~10% 细胞内含量最多的化合物是 , 含量最多的有机化合物是 。 在细胞干重中,含量最多的化合物是 。 不同生物组织的细胞中各种化合物的含量是有差别的。 水 蛋白质 蛋白质 组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在。 20 正因为在不同食物中营养物质的种类和含量有很大的差别,我们才需要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要。 我们吃下去的食物承载着我们的生命。 组成细胞的化合物 在生物体内含量少于万分之一,但对维持生物体正常生命活动必不可少的元素是( ) A. Fe、Mn、Zn、Mg B. Zn、Cu、Mn、Ca C. Zn、Cu、B、Mn D. Mg、Mn、Cu、Mo 下列叙述,正确的是( ) A. 微量元素因含量极少而不如大量元素重要 B. 在人体活细胞中氧原子的数目最多 C. 组成生物体的化学元素在无机自然界中都能找到 D. 人、动物与植物所含的化学元素的种类差异很大 C C ￭ 实战演练 生活在沙漠中的仙人掌和生活在珊瑚礁中美丽的珊瑚鱼,组成它们的化学元素种类 ( ) A. 差异很大 B. 有些差异 C. 大体相同 D. 没有一定标准 生活在缺水的沙漠环境中的仙人掌细胞中,含量最多的化合物是( ) A. 蛋白质 B. 脂肪 C. 糖类 D. 水 D C ￭ 实战演练 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 探究 实践 要求 根据有机物与某些化学试剂产生特定的颜色反应,尝试检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质或淀粉的存在。 还原糖 + 斐林试剂 砖红色沉淀 脂肪 + 苏丹 / 染液 橘黄色/红色 蛋白质 + 双缩脲试剂 紫色 淀粉+碘液 蓝色 水浴加热 23 材料用具 1.实验材料: 梨子、葡萄、白萝卜匀浆 花生 豆浆 鲜肝提取液 鸡蛋清稀释液 材料用具 2.仪器: 材料用具 3.试剂: 斐林试剂 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 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 苏丹 染液 :质量浓度为0.01g/mL 酒精溶液 :体积分数为50% 蒸馏水 葡萄糖、果糖、麦芽糖、乳糖、半乳糖 还原糖+斐林试剂 砖红色沉淀 50~65 水浴加热 反应实质: 还原糖将Cu2+还原,生成砖红色的Cu2O 1、还原糖: (1)原理 1、还原糖的检测和观察 27 斐林 试剂 甲液 乙液 0.1g/mLNaOH 0.05g/mLCuSO4 等量混合均匀使用, 现配现用。 思考:鉴定还原糖时使用的斐林试剂为何要现配现用? 因为斐林试剂很不稳定,配置好的Cu(OH)2悬浊液放置一段时间后,会形成沉淀,影响实验效果。 其次是Cu(OH)2放置久了会发生分解反应,形成部分黑色CuO,也会影响实验结果。所以应将甲液和乙液分别保存,使用时现配现用。 还原糖+斐林试剂 砖红色沉淀 50~65 水浴加热 (2)材料:苹果或梨匀浆 (3)试剂:斐林试剂(甲液和乙液混合均匀后使用,现配现用) 甜菜、甘蔗? (4)显色反应: 浅蓝 棕 砖红色沉淀 草莓、西瓜? 马铃薯? 含糖量高, 白色或近于白色 振荡混匀 2mL组织样液 新配制的斐林试剂2mL 呈现浅蓝色 50—65 水浴 加热2min 变成砖红色(Cu2O) 1、还原糖的检测和观察 还原糖 29 2、脂肪的检测和观察 脂肪 苏丹 染液 苏丹 染液 橘黄色 红色 30 方法步骤 方法一: 2、脂肪的检测和观察 取材:花生种子(实验前浸泡3-4h),去掉种皮,用刀片在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待用。 厚薄不均会导致观察时有的地方清晰,有的地方模糊 2、脂肪的检测和观察 方法二: 制片 选取最薄的薄片移至载玻片中央 在薄片上滴2-3滴苏丹 染液(或苏丹 ),染色3min 2、脂肪的检测和观察 脂肪会溶解在染色剂里,洗去浮色的时候被洗掉,无法观察。 注意:检测生物组织中的脂肪时,染色时间不宜过长的原因是? 2、脂肪的检测和观察 34 制片 选取最薄的薄片移至载玻片中央 在薄片上滴2-3滴苏丹 染液(或苏丹 ),染色3min 用吸水纸吸去染液,滴加体积分数为50%的酒精溶液1-2滴 显微观察 洗去浮色 用吸水纸吸去多余的酒精,滴1-2滴蒸馏水,盖上盖玻片,制成临时装片 先在低倍镜下找到花生子叶的最薄处,移至视野中央,后用高倍镜观察 2、脂肪的检测和观察 脂肪微粒 显微镜下被苏丹 染色的脂肪颗粒 现象 有被染成橘黄色的脂肪微粒 (1)材料:豆浆、鲜肝研磨液 (2)试剂:双缩脲试剂 A液:0.1g/mL的NaOH溶液 B液:0.01g/ mL的CuSO4溶液 (4)现象: 现配现用 依次添加 原理:在碱性条件下,两个相邻以上肽键与双缩脲试剂中Cu2+作用, 产生紫色络合物 (3)方法: ① 加入组织样液2mL,再加入双缩脲试剂A液1mL,摇匀; ② 加入双缩脲试剂B液4滴,摇匀; 无色 浅蓝 紫色 3、蛋白质的检测和观察 37 问题:为什么在蛋白质检测时,双缩脲试剂的加入顺序是先加A液,再加B液,而且B只能加3 ~4滴不能过量? 蛋白质只有在碱性环境中才能与Cu2+发生颜色反应。过量的双缩脲试剂B会与试剂A反应,使溶液呈蓝色,而掩盖生成的紫色。 A液: NaOH 0.1g/mL 创造碱性条件 B液:提供Cu2+ 如果B过量, Cu2+的蓝色就会遮盖生成的紫色 双(双缩脲)子(紫色)弹(蛋白质) 双缩脲(H2NOC-NH-CONH2)在碱性环境(NaOH)中能和Cu2+作用生成紫色的络化物,这个反应叫做双缩脲反应。蛋白质分子中含有的肽键结构与双缩脲结构相似,因此,蛋白质也可与双缩脲试剂发生颜色反应。 38 拓展 双缩脲试剂最初是用来检测双缩脲的。 双缩脲试剂可以检测含有两个及两个以上肽键的化合物。 由于蛋白质分子中含有很多与双缩脲结构相似的肽键, 因此, 蛋白质可与双缩脲试剂发生颜色反应。 试剂 斐林试剂 双缩脲试剂 甲液 乙液 A液 B液 成分及 其浓度 鉴定物质 反应实质 添加顺序 反应条件 反应现象 斐林试剂与双缩脲试剂的比较 40 试剂 斐林试剂 双缩脲试剂 甲液 乙液 A液 B液 成分及 其浓度 0.1 g/mL NaOH 0.05 g/mL CuSO4 0.1 g/mL NaOH 0.01 g/mL CuSO4 鉴定物质 还原糖 蛋白质 反应实质 还原糖将Cu2+还原, 生成砖红色的Cu2O 在碱性条件下,肽键与双缩脲试剂中Cu2+作用,产生紫色络合物 添加顺序 甲、乙等量混匀 立即使用 先加A液1 mL,摇匀; 再加B液4滴,摇匀 反应条件 50~65 水浴加热 不需加热,摇匀即可 反应现象 浅蓝色 棕色 砖红色沉淀 紫色 斐林试剂与双缩脲试剂的比较 41 实验4:淀粉的检测和观察 马铃薯匀浆 2mL组织样液 2滴碘液 淀粉遇碘液变蓝 摇匀 选材 显色反应 结论 1.下列有关检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质三个实验的叙述,错误的是 ( ) A.脂肪的检测需要使用酒精溶液 B.还原糖的检测需要水浴加热到50~65 C.检测还原糖、蛋白质所用试剂的使用方法相同 D.三个实验的显色结果均不相同 C 2.现提供可配制斐林试剂的溶液:甲液(0.1g/mL的NaOH溶液)、乙液(0.05g/mL的CuSO4溶液)以及蒸馏水,如果充分利用上述试剂及必需的实验用具,可灵活地鉴别出下列哪些物质 ( ) ①葡萄糖 ②蔗糖 ③胃蛋白酶 ④RNA A.① B.①和② C.①和③ D.②、③和④ C 课堂小结 水 无机化合物 有机化合物 无机盐 糖类 脂质 蛋白质 核酸 细胞中的元素和化合物 组成细胞的元素 组成细胞的化合物 检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质 大量元素 微量元素 干重最多:c 鲜重最多:o 糖类: 脂质: 蛋白质: 淀粉: 斐林试剂,砖红色沉淀 (苏丹III:橘黄色 ,苏丹IV:红色) (双缩脲试剂:紫色) (碘液:变蓝) 45 $