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

第二章 组成细胞的分子 第1节 细胞中的元素和化合物 问题探讨 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% 比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量，你能提出什么问题？ ★Si在某些植物细胞中含量较多，如珪藻、禾本科植物。 1.与无机环境相比，有没有哪一种元素是细胞所特有的？ 组成细胞的化学元素，在地壳中都能找到，没有一种化学元素为细胞所特有（原因：生物体总是和外界环境进行着物质交换，细胞生命活动所需要的物质是从无机自然界中获取的） 错误表述：地壳中的元素，在细胞中都能找到 统一性 问题探讨 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% 比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量，你能提出什么问题？ ★Si在某些植物细胞中含量较多，如珪藻、禾本科植物。 2.细胞中的元素含量和无机环境中的元素含量相同吗？为什么？ 细胞中各种元素的相对含量与地壳中的大不相同（原因：生物体吸收无机自然界中的元素是有选择性的） 结论：生物界与非生物界在 上具有统一性， 上具有差异性。 元素种类 元素含量 思考：生物界内部是不是也既有统一性又有差异性呢？ 差异性 一、组成细胞的元素 🤔 思考·讨论 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 玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重，质量分数) 注：其它元素占细胞干重的质量分数总计小于3% 比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量 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？ 在玉米细胞和人体细胞中含量较多的四种元素是一样的，都是C、H、O、N。这是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，这些物质都含有C、H、O，蛋白质中还有大量N元素。 左表中是玉米细胞和人体细胞内含量较多的化学元素种类及其含量。要分析细胞中各种元素及含量是非常复杂的事情，因此，呈现出来的数据一般都是大概的。 🤔 思考·讨论 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 玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重，质量分数) 注：其它元素占细胞干重的质量分数总计小于3% 2.细胞中有些元素含量很少，是否意味着它们不重要？ 细胞中有些元素含量很少，但是却有着重要作用，如在玉米细胞中，S只有0.17%，Mg只有0.18%，但是很多蛋白质都含有S，叶绿体中叶绿素分子就含有Mg，如果缺少S或Mg，细胞就不能合成这些蛋白质或叶绿素了。 一、组成细胞的元素 🤔 思考·讨论 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 玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重，质量分数) 注：其它元素占细胞干重的质量分数总计小于3% 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？ 玉米细胞中O的含量要明显高于人体细胞，而N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（元素组成：C、H、O）要多一些，而人体细胞中的蛋白质（主要元素组成：C、H、O、N）的含量要多一些；Ca元素的含量也有区别，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 不同生物体内化学元素种类：___________。 不同生物体内同种化学元素含量：___________。 同一生物体内不同化学元素的含量不同，其中_______________4种元素含量最多。 基本相同 含量不同 C、H、O、N 结论： 体现了细胞的统一性，也为“生物体存在共同的祖先”这一论断提供了证据。 体现了细胞的差异性，原因是生物体有选择地从无机自然界获取组成自身的物质。 一、组成细胞的元素 1.来源 生物体有选择地从无机自然界中吸收 细胞中常见的化学元素有20多种 2.种类 3.分类 按照含量多少可分为大量元素和微量元素。(1/10000) 分类 （根据含量） 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg 微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu 【记】铁猛碰新木桶 必需元素 3.分类 最基本元素： 基本元素： 主要元素： 大量元素： C、H、O、N、P、S、 K、Ca、Mg C C、H、O、N C、H、O、N、P、S Ｃ ＨO N P S K Ca Mg 最基本元素 基本元素 主要元素 大量元素 微量元素是生物体不可缺少的必需元素；在生物体中含量很少，但其作用是其他元素不可替代的。 4.元素缺乏导致的疾病 缺Fe： 人体患贫血 缺Ca： 成年人缺钙患骨质疏松症；血液缺钙会出现抽搐。 缺I： 人幼年患呆小症；成年患甲状腺肿大（大脖子病） 缺Zn： “花”而不实（只开花不结果） 缺B： 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 注意：(1)大量元素和微量元素是依据含量划分的，而不是生理作用；大量元素和微量元素都是必需元素。 (2)铅（Pb）、汞（Hg）在细胞中含量也很低，不属于微量元素，生物体不需要吸收Pb和Hg，一旦吸收会引起重金属中毒。 【知识拓展】 图1 组成人体细胞主要元素 （占细胞鲜重百分比） 图2 组成人体细胞主要元素 （占细胞干重百分比） 鲜重：O>C>H>N 干重：C>O>N>H 注意：氢原子的数量最多 鲜重：细胞在自然生活状态下（活细胞）测得的重量 干重：细胞除去水以后测得的重量 1.温泉有远古“圣水”之誉，富含各种对人体有益的微量元素及矿物质，水温高达56 ℃，水质淡黄清澈，享有“一盆玉汤”美誉，对治疗皮肤病、色斑、关节炎及神经衰弱等有特殊的疗效。下列元素在生物体内含量较少，但对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 B Mn C.Zn Cu Mn Ca D.Mg Mn Cu Mo B 跟踪训练 2.科学家在利用无土栽培法培养一些名贵花卉时，往培养液中添加了多种必需化学元素。其配方如下 离子 K+ Na+ Mg+ Ca2+ NO3- H2PO3 SO42+ Zn2+ 培养液(mmol／I) 1 1 0.25 1 1 1 0.25 1 其中植物根细胞吸收最少的离子是 （ ） A.Ca2+ B.SO42+ C.Zn2+ D.H2PO3 C 二、组成细胞的化合物 1.细胞中元素的存在形式 大多以化合物的形式存在，如水、糖类、脂质、蛋白质、核酸等，少数以离子（无机盐） 2.组成细胞的化合物 种类 无机化合物 有机化合物 水:70-90% 无机盐:1-1.5% 糖类 脂质:1-2% 蛋白质:7-10% 核酸 1-1.5% 【知识拓展】 有机化合物和无机化合物 自然界中的化合物可以分为两类：有机化合物（有机物）和无机化合物（无机物）。有机物是指除CO、CO2、碳酸盐等以外的几乎所有含碳化合物；无机物通常指不含碳元素的化合物，也包括CO、CO2、碳酸盐等含碳化合物。 目前已知的生物有机体均以碳为基本元素，其组成的物质中，多糖、核酸、蛋白质等生物大分子，均是在由碳组成的链状或环状的基础上所形成的。 2.组成细胞的化合物 (1)细胞中含量最多的化合物是 ； (2)细胞中含量最多的有机化合物是 。 (3)占细胞干重中含量最多的化合物是 ； (4)占细胞干重中含量最多的有机化合物是 。 蛋白质 水 蛋白质 蛋白质 【特别提醒】 (1)多数细胞内含量最多的化合物是水，含量最多的有机物是蛋白质。 (2)不同生物的细胞，同一个体不同种类细胞，化合物含量往往不同，如很多植物细胞由于细胞壁的存在，糖类含量较多。 (3)只要没有特别说明是干重或死细胞，都是指的鲜重（活细胞），含量最多的化合物都是水 植物果实与叶片细胞所含化合物的种类与含量有什么明显差别？ 果实细胞：糖类和水含量较多 叶片细胞：叶绿素含量较多 实际上，不同生物组织的细胞中各种化合物的含量是有差别的。 旁栏思考 因此，日常膳食中做到不同食物合理搭配，以满足机体的营养需要 1.过度肥胖人的脂肪组织中，占细胞重量50%以上的物质是（ ） A.糖类 B.脂肪 C.蛋白质 D.水 2.生活在缺水的沙漠环境中的仙人掌细胞中，含量最多的有机化合物是（ ） A.蛋白质 B.脂肪 C.糖类 D.水 D A 跟踪训练 跟踪训练 3.生命的物质基础是组成细胞的元素和化合物，如图中序号代表不同的化合物，面积不同代表含量不同，其中Ⅰ和Ⅱ代表两大类化合物。 下列叙述正确的是（　　） A.若Ⅴ和Ⅵ分别代表蛋白质和脂质，则Ⅶ代表核酸 B.细胞干重和鲜重中含量最多的化合物分别是Ⅴ和Ⅲ C.医用的生理盐水和糖溶液中的溶质分别属于Ⅳ和Ⅴ D.上述物质中氧原子含量最高的化合物是Ⅴ B 4.如图1是细胞中化合物含量的扇形图，图2是有活性的细胞中元素含量的柱形图，请分析： (1)若图1表示细胞鲜重，则A、B化合物依次_____________。 (2)若图1表示细胞完全脱水后的化合物含量，则A化合物一定含的元素是________________。 水、蛋白质 C、H、O、N (3)若图2表示组成人体细胞的元素含量(占细胞鲜重的百分比）,则a、b、c依次是__________。 O、C、H (4)大肠杆菌体内的各种元素的含量是否和人体内的完全相同？ 不完全相同。不同生物体内的各种元素的含量存在差异。 我们的食物来自各种生物组织。怎样检测不同生物组织总营养物质呢？通过下面的探究实践，尝试检测不同生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。 探究·实践 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 1.实验原理 还原糖＋斐林试剂 砖红色沉淀 脂肪＋苏丹Ⅲ染液 橘黄色 蛋白质＋双缩脲试剂 紫色 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。 2.实验材料 梨匀浆、葡萄匀浆、白萝卜匀浆、花生种子、豆浆、鲜肝提取液、鸡蛋清稀释液等。 注意： (1)所选材料应富含被检测的有机物，易出现明显的实验现象。 (2)材料本身应为白色或近于白色，不干扰实验结果。 3.实验仪器及试剂 (1)实验仪器 显微镜，试管，大烧杯，小烧杯，培养皿，小量筒，滴管，刀片，载玻片，盖玻片，吸水纸，试管架，试管夹。 (2)实验试剂 斐林试剂（甲液：质量浓度为0.1g/mlNaOH溶液，乙液：质量浓度为0.05g/mlCuSO4溶液），质量浓度为0.01g/ml苏丹Ⅲ染液，双缩脲试剂（A液：质量浓度为0.1g/mlNaOH溶液，质量浓度为B液：0.01g/mlCuSO4溶液；体积分数为50%的酒精溶液，蒸馏水。 4.方法步骤 (1)还原糖的检测和观察 还原糖（含醛基）: 葡萄糖、果糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖 非还原糖: 蔗糖、所有多糖 ①原理: 还原糖＋斐林试剂 砖红色沉淀 50-65℃ 水浴加热 斐林 试剂 甲液: 乙液: 0.1g/mLNaOH 0.05g/mLCuSO4 ②试剂: ③反应实质 还原糖中的醛基把新配制的Cu(OH)2溶液还原为砖红色的Cu2O沉淀 学科交叉 斐林试剂检测还原糖的实质 还原糖中的醛基（-CHO）在加热条件下能将Cu(OH)2中的铜离子还原成亚铜离子，从而生成砖红色的Cu2O。 斐林试剂与可溶性还原糖在水浴热的条件下，生成砖红色的Cu2O沉淀。 －CHO（醛基） 新制Cu(OH)2悬浊液 －COOH+Cu2O↓ (砖红色) 水浴加热 ④实验过程 单层 梨匀浆、葡萄匀浆、白萝卜匀浆 甜菜、甘蔗？ 草莓？ 马铃薯？ 颜色变化： 蓝色 → 棕色 → 砖红色(沉淀) 组织样 液2 mL 呈现_______ 蓝色 刚配制的斐 林试剂1 mL 变成砖红色 50~65 ℃温水，加热约2 min 组织样液中含有可溶性还原糖 注意：斐林试剂的甲液和乙液等量混合均匀后使用，且现配现用 Cu(OH)2不稳定，时间长了容易形成沉淀 (2)脂肪的检测和观察 浮色 已着色 橘黄色 ①原理：脂肪＋苏丹Ⅲ染液 橘黄色 ③实验过程 ②试剂：苏丹Ⅲ染液、体积分数为50%的酒精 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 【特别提醒】 (1)检测脂肪时，染色时间过短会使染色不充分，脂肪颗粒染色过浅，不易观察。染色时间过长会使脂肪溶解到染色剂中，洗浮色时被洗掉，可能观察不到橘黄色。（苏丹Ⅲ染液是将苏丹Ⅲ溶于酒精配置而成） (2)若染色后没有洗去浮色直接用显微镜观察会看到视野整体为染色剂颜色，所以要洗去浮色。 (3)苏丹Ⅲ染液易溶于酒精，所以用酒精洗去浮色。 (3)蛋白质的检测和观察 ①原理: ③反应实质 ②试剂: 蛋白质＋双缩脲试剂 紫色 双缩脲试剂 A液: B液: 0.1g/mLNaOH 0.01g/mLCuSO4 具有两个或以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu2+反应生成紫色络合物 注意： a.先加A液，再加B液，且B液不能过量 b.双缩脲≠双缩脲试剂 B液不宜加多，以免生成过量Cu(OH)2沉淀，影响结果观察 双缩脲试剂检测蛋白质的实质 脲就是尿素，两分子尿素在一定的条件下（180℃左右加热），生成一个分子氨（NH3）缩合得到双缩脲。正是因为该物质是由两分子脲缩合而成的，故名双缩脲。双缩脲在碱性溶液中能与极稀的硫酸铜溶液形成紫色络合物，这个呈色反应叫做双缩脲反应。双缩脲试剂最初是指能够提供碱性条件和铜离子、用以鉴定或检测双缩脲存在的试剂。 学科交叉 H O C O H N N C N H 肽键 H H 肽键 蛋白质分子中含有肽键，在碱性条件下，肽键能与双缩脲试剂中的Cu²⁺结合，形成紫色络合物，从而产生紫色反应。双缩脲试剂由A液和B液组成，使用时先加A液创造碱性环境，再加B液。 (4)实验过程 豆浆、鲜肝研磨液，鸡蛋清稀释液 组织样液中含有蛋白质 颜色变化： 无色 → 浅蓝色 → 紫色 若用大豆作材料，必须提前浸泡；若用蛋清作材料，必须稀释，防止其粘在试管壁上不易刷洗； 且该实验应预留部分组织样液做对比 35 5.斐林试剂和双缩脲试剂比较 比较项目 斐林试剂 双缩脲试剂 不 同 点 使用 方法 甲液和乙液等量混合均匀后使用，且现配现用 先加A液，再加B液，且B液不能 呈现反应条件 需水浴加热 不需加热即可反应 反应 实质 还原糖中的醛基把新配制Cu(OH)2溶液还原为砖红色的Cu2O沉淀 有两个或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 颜色 砖红色 紫色 浓度 乙液CuSO4浓度为0.05 g/mL B液CuSO4浓度为0.01 g/mL 相同点 都含有NaOH、CuSO4两种成分，且所用NaOH浓度都是0.1 g/mL (1)唯一需要加热——还原糖的检测，且必须水浴加热，不能用酒精灯直接加热。若不加热则无砖红色沉淀出现。 (2)唯一需要使用显微镜——脂肪的检测，实验用体积分数为50%酒精的作用——洗去浮色。 (3)混合后加入的——斐林试剂；分别加入的——双缩脲试剂。 (4)易写错别字提示:“斐林试剂”中的“斐”不可错写成“非”，双缩脲试剂中的“脲”不可错写成“尿”。 (5)易忽略斐林试剂本身的颜色，非还原糖(如蔗糖)＋斐林试剂水浴加热后的现象不是无色，而是蓝色[Cu(OH)2的颜色]。 【特别提醒】 1.下列健康人的4种液体样本中，能与双缩脲试剂发生紫色反应的是( ) ①尿液 ②胃液 ③汗液 ④唾液 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ D 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.只有①　B.①和②　C.①和③　D.②、③和④ C 3.实验测得小麦、大豆、花生三种生物干种子中三大类有机物含量如图所示，下列有关叙述正确的是( 　 ) A A.选用花生作为实验材料检验细胞中的脂肪颗粒时需要使用显微镜 B.用双缩脲试剂检测大豆种子研磨液中的蛋白质时需加热后才能呈紫色 C.向小麦种子的研磨液中加入斐林试剂，会出现砖红色 D.选用小麦种子的研磨液作为实验材料检验淀粉是否存在时需要使用苏丹Ⅳ染液 4.油菜种子成熟过程中部分有机物的变化如下图所示。将不同成熟阶段的种子匀浆后检测，结果正确的是(　 ) C 选项 取样 时间 检测 试剂 检测 结果 A 第10天 斐林试剂 不显色 B 第20天 双缩脲试剂 不显色 C 第30天 苏丹Ⅲ试剂 橘黄色 D 第40天 碘液 蓝色 5.某校课外生物兴趣小组利用某款奶粉进行了有关实验，实验材料、试剂、工具等只有：该奶粉若干、斐林试剂甲液、斐林试剂乙液、清水、葡萄糖溶液、蔗糖溶液、15%的纯蛋白质溶液、试管若干、试管架、水浴锅、小量筒、滴管等。 (1)若欲检测该奶粉质量的优劣，需检测其中是否含有蛋白质，请从上述给出的溶液中选出鉴定试剂并说明用法。 检测试剂：用双缩脲试剂来检测。 检测方法：双缩脲试剂（A液0.1 g/mL NaOH溶液，B液0.01 g/mL CuSO4溶液）可由斐林试剂甲液（0.1 g/mL NaOH溶液）、乙液（0.05g/mLCuSO4溶液加清水稀释）调配得出。向某中老年奶粉溶液试管中加入1mL的0.1g/mL的NaOH溶液溶液，振荡摇匀，再向试管中加入3~4滴0.01g/mL的CuSO4溶液溶液，振荡摇匀，观察颜色的变化。 (2)牛奶中的糖类主要是乳糖，属于_______（填“单糖”、“二糖”或“多糖”）。欲鉴定牛奶中的糖是否为还原糖，设计实验：选用斐林试剂甲液0.1g/mL NaOH溶液，乙液为________________________（需注明浓度），鲜牛奶中加入斐林试剂后再水浴加热至_________℃，若出现明显的砖红色沉淀则说明牛奶中含有还原糖。 (3)为使还原糖鉴定的实验结果更具说服力，建议再设计两组对照: 对照1加入____________________________后再加入斐林试剂并水浴加热； 对照2加入___________________________________后再加入斐林试剂并水浴加热。 二糖 0.05 g/mL CuSO4溶液 50~65 与实验组奶粉等体积的清水 与实验组奶粉等体积的葡萄糖溶液 6.现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液各一瓶，可用双缩脲试剂、斐林试剂和淀粉溶液将他们鉴别出来。（注：淀粉酶是蛋白质，可将淀粉催化分解成麦芽糖)。 (1)用一种试剂将上述四种溶液平均分为两组，这种试剂是______________，其中发生显色反应的一组是____________溶液和____________溶液，不发生显色反应的是____________溶液和_________溶液。 （2）用____________区分不发生显色反应的一组溶液。其试剂化学成分为________________________和____________________________ 。(填写物质及其质量浓度）。 双缩脲试剂 稀蛋清 淀粉酶 葡萄糖 淀粉 斐林试剂 0.1g/ml的NaOH溶液 0.05g/ml的CuSO4溶液 (3)区分发生显色反应一组溶液的方法及鉴定结果是：显色组的两种溶液各取少许，置于不同的试管中，分别滴加5滴__________溶液，充分振摇，静置半小时。向静置后的反应液中加入斐林试剂，水浴加热后出现砖红色沉淀的即为______________溶液。 (4)在下列实验中，需借助显微镜才能完成的是_________（填序号）；需经水浴加热的是 _______（填序号）。实验②使用体积分数为50%的酒精，作用是_____________。 ①生物组织中还原糖的检测 ②检测并观察花生子叶细胞内的脂肪 ③生物组织中蛋白质的检测 ④生物组织中淀粉的检测 ⑤观察高等植物的叶肉细胞 淀粉 淀粉酶 ②⑤ ① 洗去浮色 一、概念检测 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 跟踪训练 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 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 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? 细胞是生命活动的基本单位，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？ 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。 二、拓展应用 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 Lavf55.33.100 $