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第02讲 细胞中的元素和化合物（知识清单）
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知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架
核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点 考点1细胞中的元素★★☆☆☆ 考点2细胞中的化合物★★☆☆☆ 考点3细胞中的水★★★☆☆ 考点4细胞中的无机盐★★★☆☆ 考点5实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质★★★☆☆
实验技能坊：生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质检测的注意事项与拓展★★★☆☆
陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略
素养加油站：前沿科研成果或热点问题分析
真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
考点1 细胞中的元素★★☆☆☆
1.元素的种类、分类及存在形式
（1）种类：细胞中常见的化学元素有20多种。
（2）分类
①大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等
②微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等（根据“含量”区分而非“重要性”）
（3）存在形式：存在形式：组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在，如水、蛋白质、核酸、糖类、脂质等。
特别提醒
1.细胞中含量最多的4种元素是C、H、O、N。
2.大量元素和微量元素都是组成生物体的必需元素，但生物体内含有的元素不一定都是必需元素，如人体内可能含有Pb，但Pb不是必需元素。
3.占玉米细胞干重最多的元素是O，占人体细胞干重最多的元素是C。
4.分析含量之“最”时，要看清楚是干重还是鲜重，是有机物、无机物还是化合物。如在细胞的鲜重中，含量最多的元素是O，最多的化合物是水，最多的有机物是蛋白质；在细胞的干重中，含量最多的元素是C，最多的化合物（有机物）是蛋白质。
2.生物界和无机自然界在元素组成上的统一性和差异性
（1）统一性：组成细胞的化学元素在无机自然界中都能找到，在元素种类上具有统一性。
（2）差异性：同一种元素在生物界和无机自然界中的相对含量差别很大。
考点2 细胞中的化合物★★☆☆☆
1.无机物
（1）水：鲜重含量最多。
（2）无机盐：占细胞鲜重的1%-1.5%。
2.有机物
（1）糖类：一般为C、H、O。
（2）蛋白质：干重含量最多。（C、H、O、N，有的含S）
（3）核酸：遗传信息的携带者。（C、H、O、N、P）
（4）脂质：C、H、O（有的含P甚至N）。
特别提醒
分析含量之“最”时，要看清楚是干重还是鲜重，是有机物、无机物还是化合物。如在细胞的鲜重中，含量最多的元素是O，最多的化合物是水，最多的有机物是蛋白质；在细胞的干重中，含量最多的元素是C，最多的化合物（有机物）是蛋白质。
考点3 细胞中的水★★★☆☆
1.水的性质
（1）空间结构及电子不对称分布：形成极性分子。
（2）极性分子特性
①带电荷分子或离子都容易与水结合，是良好溶剂。
②可形成氢键
1）易断裂易形成，使水在常温下呈液态，可流动。
2）具有较高的比热容，使水的温度相对不易发生改变。
特别提醒
氢键是一种弱的静电引力，氢键的大小介于化学键与范德华力之间。
2.水的功能：细胞内良好的溶剂；细胞内的许多生物化学反应都需要水的参与；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；还可以运送营养物质和代谢废物。
3.细胞中水的存在形式和功能
细胞中水有两种形式，绝大部分的水呈游离态，可以自由流动叫作自由水；一部分与细胞内的其他物质相结合，叫作结合水。自由水是细胞内良好的溶剂，结合水是细胞结构的重要组成部分，细胞内结合水的存在形式主要是水与蛋白质、多糖等物质结合。
4.自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系
在正常情况下，细胞内自由水所占比例越高，细胞的代谢就越旺盛；而结合水越多，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强。如曲线：
5.水的理化特性与分子结构的对应关系
理化特性 分子结构
是良好的溶剂 水是极性分子
具有流动性 氢键不稳定
具有高比热容 能形成分子间氢键
特别提醒
1.刚收获的小麦种子，农民往往将其晒干后再储存，该过程中种子丢失的主要是自由水，种子仍保留活性。
2.如果将晒干的种子放在试管中加热，会发现试管壁上有水珠出现，该过程中种子丢失的主要是结合水，种子失去活性。
3.晒干的种子能够长久保存，浸泡吸水后能够萌发，在一定范围内，自由水和结合水的比值越大，细胞代谢越旺盛。
4.越冬的植物、干旱地区植物的细胞中，结合水含量升高，在一般情况下，结合水和自由水的比值越大，细胞抗逆性越强。
考点4 细胞中的无机盐★★★☆☆
1.存在形式和含量：大多数以离子的形式存在；无机盐是细胞中含量很少的无机物仅占细胞鲜重的1%~1.5%。
2.生理功能
（1）构成某些化合物：Mg是叶绿素的组成成分；Fe是血红素的组成成分；P是ATP、核酸、NADPH、磷脂的组成成分。
（2）维持生命活动：维持细胞正常酸碱平衡（如：HCO3-和H2CO3等）；维持血浆渗透压平衡（如：Na+和CI-等）；影响神经兴奋性（如：Na+和Ca2+等）。
3.验证作用
（1）对照组：植物+完全培养液，正常生长。
（2）实验组：植物+只缺元素X的完全培养液。若正常生长，X为非必需元素；若生长不正常，补充X后生长正常，则X是必需元素。
特别提醒
1.足球运动员在激烈比赛中有时会出现肌肉抽搐的现象，这是随着汗液丢失了大量钙离子引起的；硼能促进花粉的萌发和花粉管的生长，缺少硼时常导致“花而不实”。说明无机盐对维持生物体的正常生命活动有着重要的意义。
2.无机盐能调节人体的渗透压，维持细胞的正常形态。
3.人体血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等无机盐对于维持人体内环境酸碱平衡的相对稳定具有重要作用。
【教材隐性知识】
1.玉米细胞和人体细胞干重中含量较多的四种元素都是C、H、O、N（其中在玉米细胞中的含量大小关系为O＞C＞H＞N，而在人体细胞中的含量大小关系为C＞O＞N＞H），这是因为　玉米和人都是生物，组成它们的主要成分都是糖类、脂质和蛋白质等物质，这些物质含有C、H、O，蛋白质中还含有大量的N　。
2.农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是　肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收　（答出1点即可）。
3.（教材拓展）如图表示冬小麦叶片细胞中的水与冻害程度的相关性曲线，冬小麦的冻害级别与细胞中自由水/结合水的值有什么关系？
请解释其中的原因　冬小麦的冻害级别与细胞中自由水/结合水的值成正比。因为细胞中自由水越多，细胞越容易结冰而发生冻害。反之，如果结合水偏多，则不易结冰，从而有利于植物抗寒　。
考点5 实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质★★★☆☆
1.检测原理（颜色反应）
（1）糖类的检测
还原糖＋斐林试剂砖红色沉淀。
（2）脂肪的检测：脂肪＋苏丹Ⅲ染液―→橘黄色。
（3）蛋白质的检测：蛋白质＋双缩脲试剂―→紫色。
2.材料的选择：要检测的物质含量高；白色或无色。
3.实验步骤
（1）还原糖的检测和观察
待测组织样液2mL
↓
斐林试剂1mL（甲液和乙液等量混合均匀）
↓
水浴加热约2__min（50～65℃）
↓
砖红色沉淀
（2）脂肪的检测和观察
1）取材：选取浸泡并去掉种皮的花生种子。
2）切片：把花生子叶切成薄片，放入盛有清水的培养皿中待用。
3）制片
①取最薄的切片，置于载玻片中央。
②滴2-3滴苏丹Ⅲ染液，染色3分钟。
③吸去染液，滴加1-2滴体积分数为50%的酒精溶液去浮色。
④吸去酒精，滴一滴蒸馏水，盖上盖玻片，制成临时切片。
4）观察：先在低倍显微镜下找到花生子叶最薄处，移至视野中央并调清物像，再换高倍显微镜，可观察到视野中被染成橘黄色的脂肪颗粒。
（3）蛋白质的检测和观察
待测组织样液2mL
↓
双缩脲试剂A液1mL，摇匀
↓
双缩脲试剂B液4滴，摇匀
↓
溶液呈紫色
特别提醒
1.能与双缩脲试剂呈现紫色反应的化合物不一定是蛋白质：凡是具有两个或两个以上肽键的化合物均可以与双缩脲试剂呈现紫色反应。双缩脲试剂不能用于检测氨基酸的含量。
2.实验成功的4个关键点
（1）三个实验中都不宜选取有颜色的材料，否则会干扰实验结果的颜色反应。
（2）脂肪检测的过程中滴加1～2滴体积分数为50%的酒精溶液的目的是洗去浮色，原因是苏丹Ⅲ染液易溶于酒精。
（3）物质检测实验一般不设立对照实验，若需设立对照实验，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。
（4）实验中，在加相应试剂之前要留出部分组织样液，目的是作为对照，以便与检测后的样液颜色作对比，增强实验的说服力。
4.注意事项
（1）检测还原糖时使用的斐林试剂要现配现用的原因：斐林试剂很不稳定，容易产生蓝色的Cu(OH)2沉淀，所以应将甲液和乙液分别保存，使用时现配现用。
（2）在还原糖检测实验中，若待测组织样液中不含还原糖，加入斐林试剂水浴加热后的现象不是无色，而是蓝色，即Cu(OH)2自身的颜色。
（3）检测蛋白质时，加入双缩脲试剂B液后，如果没有产生明显的紫色反应，可能的原因是加入的双缩脲试剂B液过量，CuSO4在碱性溶液中生成大量的Cu(OH)2产生蓝色絮状沉淀，会遮蔽实验中所产生的紫色，影响观察效果。
（4）斐林试剂甲液和双缩脲试剂A液完全相同，将斐林试剂乙液用蒸馏水稀释5倍后便成为双缩脲试剂B液，可用于蛋白质的检测。　　
特别提醒
1.因为本实验是利用颜色反应进行检测，生物材料原有颜色会影响实验结果，所以应选白色或无色的材料进行实验。
2.蛋白质中的肽键在碱性条件下能与Cu2＋生成紫色络合物，所以先加双缩脲试剂A液营造碱性环境，后加B液提供Cu2＋。其中双缩脲试剂B液的量不能过多，因为过多的双缩脲试剂B液会与双缩脲试剂A液反应生成Cu（OH）2，使溶液呈蓝色进而掩盖实验生成的紫色。
3.三类有机物检测在操作步骤上的“三个唯一”
（1）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。
（2）唯一需要显微镜——脂肪颗粒的观察。
（3）唯一使用酒精——脂肪的检测，实验用体积分数为50％的酒精洗去浮色。
4.区分斐林试剂与双缩脲试剂的“一同三不同”
（1）一同：成分相同：都含有NaOH和CuSO4两种成分，且NaOH溶液的质量浓度都为0.1g/mL
（2）三不同
①CuSO4浓度不同：斐林试剂中CuSO4溶液的质量浓度为0.05g/mL，双缩脲试剂中CuSO4溶液的质量浓度为0.01g/mL。
②使用方法不同：鉴定还原糖时将甲、乙两液等量混匀后立即使用；鉴定蛋白质时先加A液1mL摇匀，然后加B液4滴，振荡摇匀。
③原理不同：:斐林试剂的实质是新配制的Cu（OH）2溶液，双缩脲试剂的实质是碱性环境中的Cu2+
生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质检测的注意事项与拓展★★★☆☆
一、实验注意事项汇总
1.试剂使用的关键细节
（1）斐林试剂
①现配现用原因：甲液（NaOH）和乙液（CuSO4）混合后生成的Cu（OH）2悬浊液不稳定，久置易沉淀失效，需临用前等量混合。
②水浴加热控制：温度需严格控制在50~65℃，温度过高可能导致Cu（OH）2分解为黑色CuO，干扰砖红色沉淀观察。
（2）双缩脲试剂
①顺序不可颠倒：必须先加A液（NaOH）营造碱性环境，再滴加B液（CuSO4）。若颠倒顺序，Cu2+会与NaOH反应生成Cu（OH）2沉淀，无法与蛋白质中的肽键结合产生紫色反应。
②B液用量限制：B液需少量（4滴左右），过量的CuSO4会与NaOH反应，使溶液呈蓝色而非紫色。
（3）苏丹染液
①洗去浮色的必要性：苏丹Ⅲ/Ⅳ染液易溶于有机溶剂，需用50%酒精洗去未与脂肪结合的染液，否则视野中会出现整片红色或橘黄色，无法清晰观察脂肪颗粒。
②染色时间控制：染色时间不宜过长（苏丹Ⅲ染3分钟，苏丹Ⅳ染1~2分钟），否则脂肪可能被过度染色或细胞结构被破坏。
2.材料选择与处理技巧
（1）还原糖检测
①避免颜色干扰：不宜选用西瓜、胡萝卜等颜色鲜艳的材料，可选白色或浅色组织（如苹果、梨、白萝卜），或通过离心去除色素后取上清液检测。
②材料状态要求：富含还原糖的材料需新鲜，若储存过久（如苹果放置时间长），还原糖可能转化为淀粉，导致检测结果不准确。
（2）脂肪检测
①切片技巧：花生子叶切片需薄且均匀（可用刀片快速拉锯式切片），若切片过厚，细胞重叠会导致显微镜下无法看清单个脂肪颗粒。
②替代材料选择：若没有花生，可选用蓖麻种子（脂肪含量高）或动物脂肪（如猪肥膘），但需注意动物脂肪可能需更复杂的处理步骤。
（3）蛋白质检测
①稀释蛋清的原因：蛋清浓度过高会导致反应后溶液呈块状，难以摇匀，需用蒸馏水稀释5~10倍（如1mL蛋清+9mL水），使蛋白质充分与试剂接触。
②避免酶类干扰：某些植物组织（如马铃薯）含蛋白酶，可能分解样液中的蛋白质，建议选用黄豆、牛奶等蛋白酶活性较低的材料。
3.操作过程中的误差规避
（1）显微镜观察脂肪颗粒
①低倍镜定位：先在低倍镜下找到子叶最薄处（透光性好，细胞层数少），再换高倍镜观察，避免直接用高倍镜因视野范围小而难以找到目标。
②盖玻片放置：盖片时需从一侧缓慢放下，避免产生气泡，气泡会在显微镜下呈现黑色圆圈，与脂肪颗粒混淆。
（2）对照实验设置
①空白对照：每组实验需设置对照组（如检测还原糖时，用蒸馏水+斐林试剂水浴加热，应无砖红色沉淀），排除试剂自身颜色或操作误差的影响。
②标准对照：可使用已知浓度的葡萄糖溶液、脂肪溶液、蛋白质溶液作为标准组，对比待测样液的显色深浅，半定量判断含量高低。
二、实验拓展与应用
1.特殊材料的检测方法改良
（1）液体类样品（如尿液、果汁）
①尿液还原糖检测：若怀疑糖尿病，可取2mL尿液直接加斐林试剂水浴加热，观察是否出现砖红色沉淀（需注意尿液需新鲜，避免细菌分解还原糖）。
②果汁脱色处理：对于颜色深的果汁（如橙汁），可先加入活性炭搅拌脱色，过滤后取滤液检测，避免色素干扰。
（2）动物组织（如肝脏、肌肉）
①脂肪检测改良：动物组织脂肪多以油滴形式存在，可直接取少量组织研磨，加50%酒精振荡后静置，取上清液滴加苏丹Ⅲ染液，观察颜色变化（无需切片）。
②蛋白质检测注意：肝脏含丰富过氧化氢酶，可能与双缩脲试剂中的Cu2+发生反应，建议先煮沸破坏酶活性再检测。
2.跨学科应用与生活联系
（1）食品质量检测
①奶粉中蛋白质含量：可通过双缩脲试剂显色深浅（比色法）初步判断蛋白质含量，颜色越深说明肽键越多（需结合标准曲线）。
②地沟油鉴别：地沟油含游离脂肪酸，可通过苏丹Ⅲ染液检测是否含脂肪，但需结合其他指标（如酸价、过氧化值）综合判断。
（2）农业生产实践
①种子储存条件：检测种子萌发前后还原糖含量变化（如小麦种子萌发时淀粉水解为葡萄糖），可通过斐林试剂显色判断萌发进程。
②作物品质改良：通过检测不同品种作物的淀粉（碘液）、脂肪（苏丹Ⅲ）含量，筛选高营养价值品种（如高油大豆、高淀粉马铃薯）。
3.实验创新与探究设计
（1）探究不同pH对酶促反应的影响
例如：用淀粉酶催化淀粉水解，设置不同pH梯度，反应后加碘液观察蓝色深浅，判断淀粉剩余量，间接反映酶活性（需注意斐林试剂需在中性条件下使用，若用斐林试剂检测还原糖，需先中和pH）。
（2）开发家庭简易检测方案
①还原糖检测：用铁锅加热斐林试剂（代替水浴），观察是否出现砖红色（需注意安全，避免直接用手接触热试管）。
②蛋白质检测：向豆浆中加白醋，若出现絮状沉淀（蛋白质变性），可初步证明含蛋白质（非特异性方法，仅供参考）。
陷阱1 有关元素的四个易错点
易错表现 正确理解
认为细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要 两者都是生物必需的元素，作用不分大小，具有不可替代性
认为氨基酸是蛋白质的基本组成单位，所以它们的元素组成相同 氨基酸一定含有C、H、O、N四种元素，个别氨基酸（半胱氨酸和甲硫氨酸）含有S元素。蛋白质主要由C、H、O、N四种化学元素组成；很多重要的蛋白质还含有S、P两种元素，有的蛋白质还含有Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素（如血红蛋白含Fe元素）
认为组成细胞的各种元素都是以化合物的形式存在的 组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在，少数以离子的形式存在
认为不同生物体细胞中化合物的种类和含量是相同的 不同生物体细胞中化合物的种类和含量存在显著差异
陷阱2 有水和无机盐的三个易错点
易错表现 正确理解
认为晒干的种子细胞内不含有水分，导致细胞代谢停止 晒干的种子细胞内主要是含有结合水，结合水成为细胞结构的重要组成成分
认为作物秸秆充分晒干后，其体内剩余的物质只有无机盐 作物秸秆充分晒干后，其体内还有各种有机化合物
认为细胞中的无机盐大多数以化合物的形式存在 大多数以离子的形式存在, 少数以化合物的形式存在
细胞中的元素和化合物相关的前沿科学动态
1.材料：
（1）锌稳态调控炎性小体活化：2024年12月17日，北京大学生命科学学院蒋争凡教授实验室在PLoSPathogens上发表论文，报道了机体的锌稳态可以通过调控Caspase-1活性影响炎性小体的活化及多种自身免疫病的发生和发展。研究发现SLC30A1基因是细胞向胞外运输Zn2+的关键转运蛋白，其缺失会使细胞内Zn2+含量升高，而Zn2+可抑制Caspase-1活性，进而影响炎性小体活化。在体内实验中，Zn2+展现出良好的抗炎效果，对多种自身免疫病有不同程度的治疗效果。
（2）关键代谢物可延长寿命：2025年3月20日，中国科学技术大学生命科学学院的熊伟团队在NatureCommunications杂志发表文章。他们建立了一种跨模态技术SCLIMS，发现氧化水平不同的细胞之间存在显著的代谢组异质性，并鉴定出亚牛磺酸、磷酸肌酸和O-磷酸乙醇胺等关键代谢物。补充这些代谢物可延缓细胞衰老，降低氧化应激，并显著延长30%-50%秀丽隐杆线虫的寿命。
（3）骨矿化前体形成机制：北京大学口腔医院刘燕研究团队与武汉大学口腔医院张玉峰教授共同在《尖端科学》（AdvancedScience）发表研究论文。该研究通过对胚胎骨发育及骨细胞分化过程的超微观察，证实线粒体是矿化前体的形成场所，阐述了内质网钙摄取，内质网膜上钙、磷团簇形成，继而被转运到线粒体，并经过线粒体自噬最终形成矿化前体的过程，揭示了骨生物矿化过程中矿化前体形成的潜在机制。
（4）金属间化合物促进抗肿瘤免疫治疗：哈尔滨工程大学杨飘萍教授团队与哈尔滨医科大学附属肿瘤医院周洋教授团队合作构建了一种金属间化合物纳米药物。该化合物与葡萄糖氧化酶复合后，能产生大量活性氧，有效诱导肿瘤细胞的焦亡与双硫死亡，重新编程肿瘤微环境，缓解免疫抑制，促进T细胞浸润，增强T细胞介导的抗肿瘤免疫反应，为癌症治疗提供了新策略。
2.意义：
（1）关键代谢物延长寿命：
①开拓衰老研究新方向：发现关键代谢物可延缓细胞衰老、延长秀丽隐杆线虫寿命，为衰老研究打开新窗口，从代谢物角度为干预衰老过程提供了新方向。
②助力开发抗衰老疗法：有助于开发新的抗衰老治疗方法，如通过调控这些关键代谢物的水平，可能开发出更有效的抗衰老药物，为应对老龄化社会的健康问题提供潜在解决方案。
③加深对细胞代谢的理解：研究过程中对细胞代谢组异质性的分析以及关键代谢物作用机制的探索，加深了人们对细胞代谢过程及其与衰老关系的理解，为进一步研究细胞生命活动规律提供了重要线索。
（2）骨矿化前体形成机制：
①完善骨矿化理论：证实线粒体是矿化前体形成场所，阐述了内质网钙摄取、钙磷团簇形成并转运到线粒体，经线粒体自噬形成矿化前体的过程，揭示了骨生物矿化中矿化前体形成的潜在机制，完善了骨矿化的理论体系，对经典理论进行了补充和拓展。
②指导硬组织相关疾病治疗：为牙、骨等硬组织的发育与再生提供了新的思路，有助于推断硬组织相关疾病的病因，为其治疗与预防提供理论支持，例如可能为骨质疏松、骨损伤修复等方面的研究和治疗带来新的突破。
（3）金属间化合物促进抗肿瘤免疫治疗：
①提供癌症治疗新途径：构建的金属间化合物纳米药物能诱导肿瘤细胞焦亡与双硫死亡，重新编程肿瘤微环境，缓解免疫抑制，促进T细胞浸润，增强抗肿瘤免疫反应，为癌症治疗提供了新的策略和途径，有望提高癌症治疗效果，改善患者预后。
②推动纳米药物研发：该研究为金属间化合物在纳米药物领域的应用提供了新的范例，推动了纳米药物在肿瘤治疗方面的研发，为开发更多高效、低毒的抗肿瘤纳米药物提供了思路和借鉴。
考点预测：
1.锌稳态调控炎性小体活化命题方向：
①考查元素与细胞活动的关系：如锌离子（Zn2+）在细胞内的含量受到哪些蛋白家族的调控，以及锌稳态失衡会对细胞产生什么影响。
②考查免疫调节机制：考查炎性小体的作用，以及锌稳态如何通过调控Caspase-1活性来影响炎性小体的活化，进而影响天然免疫和自身免疫病的发生发展。
③考查实验设计与分析能力：给出关于锌稳态调控炎性小体活化的实验过程和结果，要求考生分析实验思路、得出结论，或设计实验验证相关假设。
2.关键代谢物延长寿命命题方向：
①考查细胞代谢与衰老的关系：如氧化应激如何影响细胞代谢，以及细胞代谢组的改变如何决定细胞在氧化应激下的衰老命运。
②考查关键代谢物的作用机制：要求考生掌握亚牛磺酸、磷酸肌酸和O 磷酸乙醇胺等关键代谢物在延缓细胞衰老、降低氧化应激方面的作用机制，以及它们是如何延长秀丽隐杆线虫寿命的。
③考查新技术的应用：以研究中使用的跨模态技术SCLIMS或单细胞代谢组技术与活细胞成像技术相结合为例，考查学生对新技术原理、应用及意义的理解。
3.骨矿化前体形成机制命题方向：
①考查细胞结构与功能：考查线粒体、内质网等细胞器在骨矿化前体形成过程中的作用，以及相关的物质运输和转化过程。
②考查矿化相关物质的作用：如钙、磷离子在骨矿化中的作用，以及维生素D、碱性磷酸酶等对骨矿化的调控机制。
③考查对科学研究过程的理解：给出骨矿化前体形成机制的研究过程和结果，要求考生理解研究方法、分析实验数据，并能提出进一步的研究方向或问题。
4.金属间化合物促进抗肿瘤免疫治疗命题方向：
①考查化合物的作用机制：考查金属间化合物纳米药物与葡萄糖氧化酶复合后，如何产生大量活性氧，诱导肿瘤细胞焦亡与双硫死亡，以及如何重新编程肿瘤微环境，增强抗肿瘤免疫反应。
②考查免疫细胞与肿瘤细胞的相互作用：以该研究为背景，考查T细胞等免疫细胞在抗肿瘤免疫中的作用，以及肿瘤微环境对免疫细胞功能的影响。
③考查纳米药物在医学中的应用：考查纳米药物的特点、优势，以及在肿瘤治疗中的应用前景和可能面临的问题。
1.(2024·新课标，2)干旱缺水条件下，植物可通过减小气孔开度减少水分散失。下列叙述错误的是(　　)
A.叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会降低
B.干旱缺水时进入叶肉细胞的CO2会减少
C.植物细胞失水时胞内结合水与自由水比值增大
D.干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输
【答案】A
【解析】脱落酸能促进叶片的衰老和脱落，在叶片萎蔫时，叶片中脱落酸的含量会增加，A错误。
【考点追溯】在正常情况下,细胞内自由水所占的比例越大,细胞的代谢就越旺盛;而结合水越多,细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强。(P21)
2.(2024·重庆，2)如表据《中国膳食指南》得到女性3种营养元素每天推荐摄入量，据表推测，下列叙述错误的是(　　)
元素 摄入量 年龄段 钙(mg/d) 铁(mg/d) 碘(μg/d)
0.5～1岁 350 10 115
25～30岁(未孕) 800 18 120
25～30岁(孕中期) 800 25 230
65～75岁 800 10 120
A.以单位体重计，婴儿对碘的需求高于成人
B.与孕前期相比，孕中期女性对氧的需求量升高
C.对25岁与65岁女性，大量元素的推荐摄入量不同
D.即使按推荐量摄入钙，部分女性也会因缺维生素D而缺钙
【答案】C
【解析】由表格数据可知，婴儿对碘每天的摄入量为115 μg，成人为120 μg，相差不大，但成人的体重远高于婴儿，所以以单位体重计，婴儿对碘的需求高于成人，A正确；铁是血红蛋白的重要成分，由表中数据可知，孕中期铁的摄入量高于未孕，由此推测孕中期胎儿发育加快，孕妇的新陈代谢加快，与孕前期相比，孕中期女性对氧的需求量升高，B正确；大量元素主要有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg，由表格数据可知，对25岁与65岁女性，钙的推荐摄入量均为800 mg/d，C错误；维生素D可以促进钙的吸收，所以即使按推荐量摄入钙，部分女性也会因缺维生素D而缺钙，D正确。
【考点追溯】无机盐的作用:①某些重要化合物的组成成分,如Mg是构成叶绿素的元素,Fe是构成血红素的元素。②对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用,如缺钙时哺乳动物会出现抽搐等症状。③对维持细胞的酸碱平衡非常重要。④维持正常渗透压,即水盐平衡。(P22)
3.(2024·贵州，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
【答案】D
【解析】种子吸收的水与蛋白质、多糖等物质结合后，失去了流动性和溶解性，这部分水以结合水的形式存在，成为生物体的构成成分，A、C错误；种子萌发过程中进行旺盛的细胞呼吸，因此糖类含量逐渐下降，并产生许多中间代谢产物，导致有机物种类增加，B错误；幼苗中的水可参与光合作用形成NADPH，也可通过有氧呼吸第二阶段与丙酮酸反应生成NADH，D正确。
【考点追溯】细胞内结合水的存在形式主要是水与蛋白质、多糖等物质结合,这样水就失去流动性和溶解性,成为生物体的构成成分。(P21)
4.(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
【答案】B
【解析】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，A正确；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，B错误；维生素D能有效地促进人体肠道对钙和磷的吸收，故适当补充维生素D可以促进肠道对钙的吸收，C正确；哺乳动物的血液中必须含有一定量的Ca2＋，Ca2＋的浓度过低会导致出现抽搐等症状，D正确。
【考点追溯】细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。(P21)
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21世纪教育网(www.21cnjy.com)第02讲 细胞中的元素和化合物（知识清单）
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知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架
核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点 考点1细胞中的元素★★☆☆☆ 考点2细胞中的化合物★★☆☆☆ 考点3细胞中的水★★★☆☆ 考点4细胞中的无机盐★★★☆☆ 考点5实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质★★★☆☆
实验技能坊：生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质检测的注意事项与拓展★★★☆☆
陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略
素养加油站：前沿科研成果或热点问题分析
真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
考点1 细胞中的元素★★☆☆☆
1.元素的种类、分类及存在形式
（1）种类：细胞中常见的化学元素有 多种。
（2）分类
①大量元素： 等
②微量元素： 等（根据“含量”区分而非“重要性”）
（3）存在形式：存在形式：组成细胞的各种元素大多以 的形式存在，如 等。
特别提醒
1.细胞中含量最多的4种元素是C、H、O、N。
2.大量元素和微量元素都是组成生物体的必需元素，但生物体内含有的元素不一定都是必需元素，如人体内可能含有Pb，但Pb不是必需元素。
3.占玉米细胞干重最多的元素是O，占人体细胞干重最多的元素是C。
4.分析含量之“最”时，要看清楚是干重还是鲜重，是有机物、无机物还是化合物。如在细胞的鲜重中，含量最多的元素是O，最多的化合物是水，最多的有机物是蛋白质；在细胞的干重中，含量最多的元素是C，最多的化合物（有机物）是蛋白质。
2.生物界和无机自然界在元素组成上的统一性和差异性
（1）统一性：组成细胞的化学元素在 中都能找到，在元素 上具有统一性。
（2）差异性：同一种元素在生物界和无机自然界中的 差别很大。
考点2 细胞中的化合物★★☆☆☆
1.无机物
（1）水： 含量最多。
（2）无机盐：占细胞鲜重的 。
2.有机物
（1）糖类：一般为C、H、O。
（2）蛋白质： 含量最多。（C、H、O、N，有的含S）
（3）核酸： 的携带者。（C、H、O、N、P）
（4）脂质：C、H、O（有的含P甚至N）。
特别提醒
分析含量之“最”时，要看清楚是干重还是鲜重，是有机物、无机物还是化合物。如在细胞的鲜重中，含量最多的元素是O，最多的化合物是水，最多的有机物是蛋白质；在细胞的干重中，含量最多的元素是C，最多的化合物（有机物）是蛋白质。
考点3 细胞中的水★★★☆☆
1.水的性质
（1）空间结构及电子不对称分布：形成极性分子。
（2）极性分子特性
①带电荷分子或离子都容易与水结合，是良好溶剂。
②可形成氢键
1）易断裂易形成，使水在常温下呈液态，可流动。
2）具有较高的比热容，使水的温度相对不易发生改变。
特别提醒
氢键是一种弱的静电引力，氢键的大小介于化学键与范德华力之间。
2.水的功能：细胞内良好的 ；细胞内的许多 都需要水的参与；多细胞生物体的绝大多数细胞必须浸润在以水为基础的 环境中；还可以 营养物质和代谢废物。
3.细胞中水的存在形式和功能
细胞中水有两种形式，绝大部分的水呈游离态，可以自由流动叫作 ；一部分与细胞内的其他物质相结合，叫作 。 是细胞内良好的溶剂， 是细胞结构的重要组成部分，细胞内结合水的存在形式主要是水与 等物质结合。
4.自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系
在正常情况下，细胞内 所占比例越高，细胞的代谢就 ；而结合水越多，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就 。如曲线：
5.水的理化特性与分子结构的对应关系
理化特性 分子结构
是良好的溶剂 水是极性分子
具有流动性 氢键不稳定
具有高比热容 能形成分子间氢键
特别提醒
1.刚收获的小麦种子，农民往往将其晒干后再储存，该过程中种子丢失的主要是自由水，种子仍保留活性。
2.如果将晒干的种子放在试管中加热，会发现试管壁上有水珠出现，该过程中种子丢失的主要是结合水，种子失去活性。
3.晒干的种子能够长久保存，浸泡吸水后能够萌发，在一定范围内，自由水和结合水的比值越大，细胞代谢越旺盛。
4.越冬的植物、干旱地区植物的细胞中，结合水含量升高，在一般情况下，结合水和自由水的比值越大，细胞抗逆性越强。
考点4 细胞中的无机盐★★★☆☆
1.存在形式和含量：大多数以离子的形式存在；无机盐是细胞中含量很少的无机物仅占细胞鲜重的1%~1.5%。
2.生理功能
（1）构成某些化合物：Mg是 的组成成分；Fe是 的组成成分；P是ATP、 、NADPH、 的组成成分。
（2）维持生命活动：维持细胞正常 （如：HCO3-和H2CO3等）；维持血浆 （如：Na+和CI-等）；影响 （如：Na+和Ca2+等）。
3.验证作用
（1）对照组：植物+完全培养液，正常生长。
（2）实验组：植物+只缺元素X的完全培养液。若正常生长，X为 ；若生长不正常，补充X后生长正常，则X是 。
特别提醒
1.足球运动员在激烈比赛中有时会出现肌肉抽搐的现象，这是随着汗液丢失了大量钙离子引起的；硼能促进花粉的萌发和花粉管的生长，缺少硼时常导致“花而不实”。说明无机盐对维持生物体的正常生命活动有着重要的意义。
2.无机盐能调节人体的渗透压，维持细胞的正常形态。
3.人体血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等无机盐对于维持人体内环境酸碱平衡的相对稳定具有重要作用。
【教材隐性知识】
1.玉米细胞和人体细胞干重中含量较多的四种元素都是C、H、O、N（其中在玉米细胞中的含量大小关系为O＞C＞H＞N，而在人体细胞中的含量大小关系为C＞O＞N＞H），这是因为
。
2.农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是
（答出1点即可）。
3.（教材拓展）如图表示冬小麦叶片细胞中的水与冻害程度的相关性曲线，冬小麦的冻害级别与细胞中自由水/结合水的值有什么关系？
请解释其中的原因 。
考点5 实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质★★★☆☆
1.检测原理（颜色反应）
（1）糖类的检测
还原糖＋ 。
（2）脂肪的检测：脂肪＋苏丹Ⅲ染液―→ 。
（3）蛋白质的检测：蛋白质＋ ―→紫色。
2.材料的选择：要检测的物质含量高； 色。
3.实验步骤
（1）还原糖的检测和观察
待测组织样液2mL
↓
1mL（甲液和乙液 均匀）
↓
（50～65℃）
↓
砖红色沉淀
（2）脂肪的检测和观察
1）取材：选取浸泡并去掉种皮的花生种子。
2）切片：把花生子叶切成薄片，放入盛有清水的培养皿中待用。
3）制片
①取最薄的切片，置于载玻片中央。
②滴2-3滴苏丹Ⅲ染液，染色3分钟。
③吸去染液，滴加1-2滴体积分数为50%的酒精溶液去浮色。
④吸去酒精，滴一滴蒸馏水，盖上盖玻片，制成临时切片。
4）观察：先在低倍显微镜下找到花生子叶最薄处，移至视野中央并调清物像，再换高倍显微镜，可观察到视野中被染成 的脂肪颗粒。
（3）蛋白质的检测和观察
待测组织样液2mL
↓
双缩脲试剂 1mL，摇匀
↓
双缩脲试剂 4滴，摇匀
↓
溶液呈
特别提醒
1.能与双缩脲试剂呈现紫色反应的化合物不一定是蛋白质：凡是具有两个或两个以上肽键的化合物均可以与双缩脲试剂呈现紫色反应。双缩脲试剂不能用于检测氨基酸的含量。
2.实验成功的4个关键点
（1）三个实验中都不宜选取有颜色的材料，否则会干扰实验结果的颜色反应。
（2）脂肪检测的过程中滴加1～2滴体积分数为50%的酒精溶液的目的是洗去浮色，原因是苏丹Ⅲ染液易溶于酒精。
（3）物质检测实验一般不设立对照实验，若需设立对照实验，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。
（4）实验中，在加相应试剂之前要留出部分组织样液，目的是作为对照，以便与检测后的样液颜色作对比，增强实验的说服力。
4.注意事项
（1）检测还原糖时使用的斐林试剂要现配现用的原因：斐林试剂很不稳定，容易产生蓝色的Cu(OH)2沉淀，所以应将甲液和乙液分别保存，使用时现配现用。
（2）在还原糖检测实验中，若待测组织样液中不含还原糖，加入斐林试剂水浴加热后的现象不是无色，而是蓝色，即Cu(OH)2自身的颜色。
（3）检测蛋白质时，加入双缩脲试剂B液后，如果没有产生明显的紫色反应，可能的原因是加入的双缩脲试剂B液过量，CuSO4在碱性溶液中生成大量的Cu(OH)2产生蓝色絮状沉淀，会遮蔽实验中所产生的紫色，影响观察效果。
（4）斐林试剂甲液和双缩脲试剂A液完全相同，将斐林试剂乙液用蒸馏水稀释5倍后便成为双缩脲试剂B液，可用于蛋白质的检测。　　
特别提醒
1.因为本实验是利用颜色反应进行检测，生物材料原有颜色会影响实验结果，所以应选白色或无色的材料进行实验。
2.蛋白质中的肽键在碱性条件下能与Cu2＋生成紫色络合物，所以先加双缩脲试剂A液营造碱性环境，后加B液提供Cu2＋。其中双缩脲试剂B液的量不能过多，因为过多的双缩脲试剂B液会与双缩脲试剂A液反应生成Cu（OH）2，使溶液呈蓝色进而掩盖实验生成的紫色。
3.三类有机物检测在操作步骤上的“三个唯一”
（1）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。
（2）唯一需要显微镜——脂肪颗粒的观察。
（3）唯一使用酒精——脂肪的检测，实验用体积分数为50％的酒精洗去浮色。
4.区分斐林试剂与双缩脲试剂的“一同三不同”
（1）一同：成分相同：都含有NaOH和CuSO4两种成分，且NaOH溶液的质量浓度都为0.1g/mL
（2）三不同
①CuSO4浓度不同：斐林试剂中CuSO4溶液的质量浓度为0.05g/mL，双缩脲试剂中CuSO4溶液的质量浓度为0.01g/mL。
②使用方法不同：鉴定还原糖时将甲、乙两液等量混匀后立即使用；鉴定蛋白质时先加A液1mL摇匀，然后加B液4滴，振荡摇匀。
③原理不同：:斐林试剂的实质是新配制的Cu（OH）2溶液，双缩脲试剂的实质是碱性环境中的Cu2+
生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质检测的注意事项与拓展★★★☆☆
一、实验注意事项汇总
1.试剂使用的关键细节
（1）斐林试剂
①现配现用原因：甲液（NaOH）和乙液（CuSO4）混合后生成的Cu(OH)2悬浊液不稳定，久置易沉淀失效，需临用前等量混合。
②水浴加热控制：温度需严格控制在50~65℃，温度过高可能导致Cu（OH）2分解为黑色CuO，干扰砖红色沉淀观察。
（2）双缩脲试剂
①顺序不可颠倒：必须先加A液（NaOH）营造碱性环境，再滴加B液（CuSO4）。若颠倒顺序，Cu2+会与NaOH反应生成Cu（OH）2沉淀，无法与蛋白质中的肽键结合产生紫色反应。
②B液用量限制：B液需少量（4滴左右），过量的CuSO4会与NaOH反应，使溶液呈蓝色而非紫色。
（3）苏丹染液
①洗去浮色的必要性：苏丹Ⅲ/Ⅳ染液易溶于有机溶剂，需用50%酒精洗去未与脂肪结合的染液，否则视野中会出现整片红色或橘黄色，无法清晰观察脂肪颗粒。
②染色时间控制：染色时间不宜过长（苏丹Ⅲ染3分钟，苏丹Ⅳ染1~2分钟），否则脂肪可能被过度染色或细胞结构被破坏。
2.材料选择与处理技巧
（1）还原糖检测
①避免颜色干扰：不宜选用西瓜、胡萝卜等颜色鲜艳的材料，可选白色或浅色组织（如苹果、梨、白萝卜），或通过离心去除色素后取上清液检测。
②材料状态要求：富含还原糖的材料需新鲜，若储存过久（如苹果放置时间长），还原糖可能转化为淀粉，导致检测结果不准确。
（2）脂肪检测
①切片技巧：花生子叶切片需薄且均匀（可用刀片快速拉锯式切片），若切片过厚，细胞重叠会导致显微镜下无法看清单个脂肪颗粒。
②替代材料选择：若没有花生，可选用蓖麻种子（脂肪含量高）或动物脂肪（如猪肥膘），但需注意动物脂肪可能需更复杂的处理步骤。
（3）蛋白质检测
①稀释蛋清的原因：蛋清浓度过高会导致反应后溶液呈块状，难以摇匀，需用蒸馏水稀释5~10倍（如1mL蛋清+9mL水），使蛋白质充分与试剂接触。
②避免酶类干扰：某些植物组织（如马铃薯）含蛋白酶，可能分解样液中的蛋白质，建议选用黄豆、牛奶等蛋白酶活性较低的材料。
3.操作过程中的误差规避
（1）显微镜观察脂肪颗粒
①低倍镜定位：先在低倍镜下找到子叶最薄处（透光性好，细胞层数少），再换高倍镜观察，避免直接用高倍镜因视野范围小而难以找到目标。
②盖玻片放置：盖片时需从一侧缓慢放下，避免产生气泡，气泡会在显微镜下呈现黑色圆圈，与脂肪颗粒混淆。
（2）对照实验设置
①空白对照：每组实验需设置对照组（如检测还原糖时，用蒸馏水+斐林试剂水浴加热，应无砖红色沉淀），排除试剂自身颜色或操作误差的影响。
②标准对照：可使用已知浓度的葡萄糖溶液、脂肪溶液、蛋白质溶液作为标准组，对比待测样液的显色深浅，半定量判断含量高低。
二、实验拓展与应用
1.特殊材料的检测方法改良
（1）液体类样品（如尿液、果汁）
①尿液还原糖检测：若怀疑糖尿病，可取2mL尿液直接加斐林试剂水浴加热，观察是否出现砖红色沉淀（需注意尿液需新鲜，避免细菌分解还原糖）。
②果汁脱色处理：对于颜色深的果汁（如橙汁），可先加入活性炭搅拌脱色，过滤后取滤液检测，避免色素干扰。
（2）动物组织（如肝脏、肌肉）
①脂肪检测改良：动物组织脂肪多以油滴形式存在，可直接取少量组织研磨，加50%酒精振荡后静置，取上清液滴加苏丹Ⅲ染液，观察颜色变化（无需切片）。
②蛋白质检测注意：肝脏含丰富过氧化氢酶，可能与双缩脲试剂中的Cu2+发生反应，建议先煮沸破坏酶活性再检测。
2.跨学科应用与生活联系
（1）食品质量检测
①奶粉中蛋白质含量：可通过双缩脲试剂显色深浅（比色法）初步判断蛋白质含量，颜色越深说明肽键越多（需结合标准曲线）。
②地沟油鉴别：地沟油含游离脂肪酸，可通过苏丹Ⅲ染液检测是否含脂肪，但需结合其他指标（如酸价、过氧化值）综合判断。
（2）农业生产实践
①种子储存条件：检测种子萌发前后还原糖含量变化（如小麦种子萌发时淀粉水解为葡萄糖），可通过斐林试剂显色判断萌发进程。
②作物品质改良：通过检测不同品种作物的淀粉（碘液）、脂肪（苏丹Ⅲ）含量，筛选高营养价值品种（如高油大豆、高淀粉马铃薯）。
3.实验创新与探究设计
（1）探究不同pH对酶促反应的影响
例如：用淀粉酶催化淀粉水解，设置不同pH梯度，反应后加碘液观察蓝色深浅，判断淀粉剩余量，间接反映酶活性（需注意斐林试剂需在中性条件下使用，若用斐林试剂检测还原糖，需先中和pH）。
（2）开发家庭简易检测方案
①还原糖检测：用铁锅加热斐林试剂（代替水浴），观察是否出现砖红色（需注意安全，避免直接用手接触热试管）。
②蛋白质检测：向豆浆中加白醋，若出现絮状沉淀（蛋白质变性），可初步证明含蛋白质（非特异性方法，仅供参考）。
陷阱1 有关元素的四个易错点
易错表现 正确理解
认为细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要 两者都是生物必需的元素，作用不分大小，具有不可替代性
认为氨基酸是蛋白质的基本组成单位，所以它们的元素组成相同 氨基酸一定含有C、H、O、N四种元素，个别氨基酸（半胱氨酸和甲硫氨酸）含有S元素。蛋白质主要由C、H、O、N四种化学元素组成；很多重要的蛋白质还含有S、P两种元素，有的蛋白质还含有Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素（如血红蛋白含Fe元素）
认为组成细胞的各种元素都是以化合物的形式存在的 组成细胞的各种元素大多以化合物的形式存在，少数以离子的形式存在
认为不同生物体细胞中化合物的种类和含量是相同的 不同生物体细胞中化合物的种类和含量存在显著差异
陷阱2 有水和无机盐的三个易错点
易错表现 正确理解
认为晒干的种子细胞内不含有水分，导致细胞代谢停止 晒干的种子细胞内主要是含有结合水，结合水成为细胞结构的重要组成成分
认为作物秸秆充分晒干后，其体内剩余的物质只有无机盐 作物秸秆充分晒干后，其体内还有各种有机化合物
认为细胞中的无机盐大多数以化合物的形式存在 大多数以离子的形式存在, 少数以化合物的形式存在
细胞中的元素和化合物相关的前沿科学动态
1.材料：
（1）锌稳态调控炎性小体活化：2024年12月17日，北京大学生命科学学院蒋争凡教授实验室在PLoSPathogens上发表论文，报道了机体的锌稳态可以通过调控Caspase-1活性影响炎性小体的活化及多种自身免疫病的发生和发展。研究发现SLC30A1基因是细胞向胞外运输Zn2+的关键转运蛋白，其缺失会使细胞内Zn2+含量升高，而Zn2+可抑制Caspase-1活性，进而影响炎性小体活化。在体内实验中，Zn2+展现出良好的抗炎效果，对多种自身免疫病有不同程度的治疗效果。
（2）关键代谢物可延长寿命：2025年3月20日，中国科学技术大学生命科学学院的熊伟团队在NatureCommunications杂志发表文章。他们建立了一种跨模态技术SCLIMS，发现氧化水平不同的细胞之间存在显著的代谢组异质性，并鉴定出亚牛磺酸、磷酸肌酸和O-磷酸乙醇胺等关键代谢物。补充这些代谢物可延缓细胞衰老，降低氧化应激，并显著延长30%-50%秀丽隐杆线虫的寿命。
（3）骨矿化前体形成机制：北京大学口腔医院刘燕研究团队与武汉大学口腔医院张玉峰教授共同在《尖端科学》（AdvancedScience）发表研究论文。该研究通过对胚胎骨发育及骨细胞分化过程的超微观察，证实线粒体是矿化前体的形成场所，阐述了内质网钙摄取，内质网膜上钙、磷团簇形成，继而被转运到线粒体，并经过线粒体自噬最终形成矿化前体的过程，揭示了骨生物矿化过程中矿化前体形成的潜在机制。
（4）金属间化合物促进抗肿瘤免疫治疗：哈尔滨工程大学杨飘萍教授团队与哈尔滨医科大学附属肿瘤医院周洋教授团队合作构建了一种金属间化合物纳米药物。该化合物与葡萄糖氧化酶复合后，能产生大量活性氧，有效诱导肿瘤细胞的焦亡与双硫死亡，重新编程肿瘤微环境，缓解免疫抑制，促进T细胞浸润，增强T细胞介导的抗肿瘤免疫反应，为癌症治疗提供了新策略。
2.意义：
（1）关键代谢物延长寿命：
①开拓衰老研究新方向：发现关键代谢物可延缓细胞衰老、延长秀丽隐杆线虫寿命，为衰老研究打开新窗口，从代谢物角度为干预衰老过程提供了新方向。
②助力开发抗衰老疗法：有助于开发新的抗衰老治疗方法，如通过调控这些关键代谢物的水平，可能开发出更有效的抗衰老药物，为应对老龄化社会的健康问题提供潜在解决方案。
③加深对细胞代谢的理解：研究过程中对细胞代谢组异质性的分析以及关键代谢物作用机制的探索，加深了人们对细胞代谢过程及其与衰老关系的理解，为进一步研究细胞生命活动规律提供了重要线索。
（2）骨矿化前体形成机制：
①完善骨矿化理论：证实线粒体是矿化前体形成场所，阐述了内质网钙摄取、钙磷团簇形成并转运到线粒体，经线粒体自噬形成矿化前体的过程，揭示了骨生物矿化中矿化前体形成的潜在机制，完善了骨矿化的理论体系，对经典理论进行了补充和拓展。
②指导硬组织相关疾病治疗：为牙、骨等硬组织的发育与再生提供了新的思路，有助于推断硬组织相关疾病的病因，为其治疗与预防提供理论支持，例如可能为骨质疏松、骨损伤修复等方面的研究和治疗带来新的突破。
（3）金属间化合物促进抗肿瘤免疫治疗：
①提供癌症治疗新途径：构建的金属间化合物纳米药物能诱导肿瘤细胞焦亡与双硫死亡，重新编程肿瘤微环境，缓解免疫抑制，促进T细胞浸润，增强抗肿瘤免疫反应，为癌症治疗提供了新的策略和途径，有望提高癌症治疗效果，改善患者预后。
②推动纳米药物研发：该研究为金属间化合物在纳米药物领域的应用提供了新的范例，推动了纳米药物在肿瘤治疗方面的研发，为开发更多高效、低毒的抗肿瘤纳米药物提供了思路和借鉴。
考点预测：
1.锌稳态调控炎性小体活化命题方向：
①考查元素与细胞活动的关系：如锌离子（Zn2+）在细胞内的含量受到哪些蛋白家族的调控，以及锌稳态失衡会对细胞产生什么影响。
②考查免疫调节机制：考查炎性小体的作用，以及锌稳态如何通过调控Caspase-1活性来影响炎性小体的活化，进而影响天然免疫和自身免疫病的发生发展。
③考查实验设计与分析能力：给出关于锌稳态调控炎性小体活化的实验过程和结果，要求考生分析实验思路、得出结论，或设计实验验证相关假设。
2.关键代谢物延长寿命命题方向：
①考查细胞代谢与衰老的关系：如氧化应激如何影响细胞代谢，以及细胞代谢组的改变如何决定细胞在氧化应激下的衰老命运。
②考查关键代谢物的作用机制：要求考生掌握亚牛磺酸、磷酸肌酸和O 磷酸乙醇胺等关键代谢物在延缓细胞衰老、降低氧化应激方面的作用机制，以及它们是如何延长秀丽隐杆线虫寿命的。
③考查新技术的应用：以研究中使用的跨模态技术SCLIMS或单细胞代谢组技术与活细胞成像技术相结合为例，考查学生对新技术原理、应用及意义的理解。
3.骨矿化前体形成机制命题方向：
①考查细胞结构与功能：考查线粒体、内质网等细胞器在骨矿化前体形成过程中的作用，以及相关的物质运输和转化过程。
②考查矿化相关物质的作用：如钙、磷离子在骨矿化中的作用，以及维生素D、碱性磷酸酶等对骨矿化的调控机制。
③考查对科学研究过程的理解：给出骨矿化前体形成机制的研究过程和结果，要求考生理解研究方法、分析实验数据，并能提出进一步的研究方向或问题。
4.金属间化合物促进抗肿瘤免疫治疗命题方向：
①考查化合物的作用机制：考查金属间化合物纳米药物与葡萄糖氧化酶复合后，如何产生大量活性氧，诱导肿瘤细胞焦亡与双硫死亡，以及如何重新编程肿瘤微环境，增强抗肿瘤免疫反应。
②考查免疫细胞与肿瘤细胞的相互作用：以该研究为背景，考查T细胞等免疫细胞在抗肿瘤免疫中的作用，以及肿瘤微环境对免疫细胞功能的影响。
③考查纳米药物在医学中的应用：考查纳米药物的特点、优势，以及在肿瘤治疗中的应用前景和可能面临的问题。
1.(2024·新课标，2)干旱缺水条件下，植物可通过减小气孔开度减少水分散失。下列叙述错误的是(　　)
A.叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会降低
B.干旱缺水时进入叶肉细胞的CO2会减少
C.植物细胞失水时胞内结合水与自由水比值增大
D.干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输
2.(2024·重庆，2)如表据《中国膳食指南》得到女性3种营养元素每天推荐摄入量，据表推测，下列叙述错误的是(　　)
元素 摄入量 年龄段 钙(mg/d) 铁(mg/d) 碘(μg/d)
0.5～1岁 350 10 115
25～30岁(未孕) 800 18 120
25～30岁(孕中期) 800 25 230
65～75岁 800 10 120
A.以单位体重计，婴儿对碘的需求高于成人
B.与孕前期相比，孕中期女性对氧的需求量升高
C.对25岁与65岁女性，大量元素的推荐摄入量不同
D.即使按推荐量摄入钙，部分女性也会因缺维生素D而缺钙
3.(2024·贵州，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
4.(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
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