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第二章 组成细胞的分子
第一节 细胞中的元素和化合物
【学习目标】
1.通过比较组成玉米和人体的元素及含量，掌握组成细胞的大量元素和微量元素。
2.通过检测生物组织中的糖类、脂质和蛋白质，认识组成细胞的几种化合物。
【基础梳理】
一、组成细胞的元素
1.生物界与非生物界的统一性和差异性
生物界与非生物界的 ：组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能够找到，没有一种化学元素为细胞所特有。
生物界与非生物界的 ：细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同。
2.组成细胞的元素的含量
大量元素：细胞中常见的化学元素中，含量较多的有 等元素。
微量元素：有些元素含量很少，如 等。
组成细胞的元素中， 这四种元素的含量很高，
二、组成细胞的化合物
1.组成细胞的化合物的含量
组成细胞的各种元素大多以 的形式存在，如 等等。
细胞内含量最多的化合物是 ，含量最多的有机化合物是 。
2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
（1）实验原理
糖类中的还原糖，如葡萄糖，与 发生作用，生成 ；
脂肪可以被 染液染成 ；
蛋白质与 发生作用，产生 反应。
（2）实验试剂
斐林试剂：甲液：质量浓度为 的NaOH溶液，乙液：质量浓度为 的CuSO4溶液
苏丹Ⅲ染液：质量浓度为
双缩脲试剂：A液：质量浓度为 的NaOH溶液，B液：质量浓度为 的CuSO4溶液
体积分数为 的酒精溶液，蒸馏水。
（3）实验步骤
还原糖的检测和观察：注入组织样液→注入 → ℃水浴加热→观察颜色变化。
脂肪的检测和观察：取材→切片→制片→观察。
蛋白质的检测和观察：注入组织样液→注入 →注入 →观察颜色变化。
【拓展延伸】
糖类、脂肪和蛋白质的检测实验的注意事项
1.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.需要显微镜——脂肪的检测（切片法）。
3.需要使用酒精——脂肪的检测（切片法），制片时需用体积分数为50%的酒精洗去浮色。
4.混合后加入——斐林试剂；分别加入——双缩脲试剂（先加A液，后加B液，且B液不能过量）。
5.选材——三种成分的检测都是通过观察颜色进行判断的，所以选择的材料颜色要浅，白色或无色最好，否则会影响对实验结果的观察。
【例题】
下列有机物的检测实验中，导致实验失败的操作是（ ）
①脂肪检测实验中，花生子叶染色后，没有用酒精洗去浮色
②蛋白质检测实验中，把双缩脲试剂A液和B液混合后再加到蛋白质样液中
③还原糖检测实验中，需要水浴加热
④检测还原糖可选用西红柿作为实验材料
A.①②④ B.②③④ C.①③④ D.①②③
答案：A
解析：脂肪检测实验中，花生子叶染色后，需要用体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色，否则会导致实验失败，①符合题意；蛋白质检测实验中，应先加入双缩脲试剂A液，然后再加入双缩脲试剂B液，②符合题意；还原糖检测实验中，加入斐林试剂后，在水浴加热条件下可出现砖红色沉淀，③不符合题意；西红柿样液呈红色，用于检测还原糖时会存在颜色干扰，应选择还原糖含量高且接近无色或白色的材料，④符合题意。故选A。
【课堂练习】
1.下列关于下图的分析中，不正确的是（ ）
A.如果该图表示的是组成活细胞的化合物，则A中含有的元素为H、O
B.如果该图表示的是组成活细胞的化合物，则A是蛋白质
C.如果该图表示的是组成活细胞的元素，则A是氧元素
D.如果该图表示的是活细胞中的元素，则其中Mo的含量很少
2.组成人体和玉米细胞的部分元素占细胞干重的百分比（%）如下表所示，下列有关说法错误的是（ ）
元素 C H O N K Ca P Mg S
人体 55.99 7.46 14.62 9.33 1.09 4.67 3.11 0.16 0.78
玉米 43.57 6.24 44.43 1.46 0.92 0.23 0.20 0.18 0.17
A.构成人体和玉米的化学元素的种类基本相同
B.玉米和人体细胞中含量较多的四种元素是C、H、O、N
C.同种元素在人体和玉米的细胞中含量不同
D.组成玉米和人体的化合物在无机自然界中都能找到
3.下列关于元素和化合物的说法中，不合理的是（ ）
A.在组成细胞的元素中，占鲜重比最高的是C，占干重比最高的是O
B.不论是干重还是鲜重，C、H、O、N四种元素的含量都是最多的
C.大量元素和微量元素在细胞中的作用都是不可替代的
D.不同种类的生物，其细胞中的元素种类大致相同
4.下表中待测样品、检测试剂及相应的实验结果搭配有误的一项是（ ）
组别 待测样品 检测试剂 实验结果
① 豆浆 双缩脲试剂 紫色
② 马铃薯汁 碘液 蓝色
③ 葡萄汁 斐林试剂 砖红色沉淀
④ 花生子叶 苏丹Ⅲ染液 红色
A.① B.② C.③ D.④
5.下列关于斐林试剂与双缩脲试剂的叙述错误的是（ ）
A.斐林试剂的实质是新配制的Cu（OH）2
B.双缩脲试剂检测蛋白质的实质是碱性环境中的Cu2+与蛋白质中的肽键发生反应
C.往梨汁样液中加入斐林试剂，会立即出现砖红色沉淀
D.往豆浆中加入双缩脲试剂，可出现紫色反应
6.“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验中，以下操作改进不可行的是（ ）
A.鸡蛋蛋清液容易引起试管挂壁而难以清洗，可用熟蛋白捣碎制成悬液代替
B.在检测还原糖时，可适当提高水浴温度缩短反应时间
C.在检测蛋白质时，将B液换用0.05g/mL的CuSO4溶液增强实验效果
D.在检测脂肪时，可用刀片刮取花生种子后涂抹到装片上以降低徒手切片难度
7.下面是一组探究生物体内主要有机物存在与否的鉴别实验，按表中①②③对应下列各项中的内容，正确的是（ ）
待测物 试剂 颜色 反应条件
蛋白质 双缩脲试剂 ③ ∕
脂肪 ② 橘黄色 ∕
① 斐林试剂 砖红色 水浴加热
A.蔗糖、苏丹Ⅲ染液、紫色
B.蔗糖、苏丹Ⅲ染液、红色
C.还原糖、苏丹Ⅲ染液、紫色
D.果糖、苏丹Ⅳ染液、红色
8.现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶（本质为蛋白质，可催化淀粉水解产生葡萄糖）溶液各一瓶，可用双缩脲试剂、斐林试剂和淀粉溶液将它们鉴别出来。请回答问题。
（1）用一种试剂将上述4种溶液区分为两组，这种试剂是________________，其中发生显色反应的一组是_________和__________溶液，不发生显色反应的一组是__________和_________溶液。
（2）用_____________试剂区分不发生显色反应的一组溶液。
（3）区分发生显色反应一组溶液的方法及鉴定结果是___________________。
【答案以及解析】
1.答案：B
解析：由图可知，A含量最高。如果该图表示的是组成活细胞的化合物，则A表示水，其组成元素是H、O，A正确，B错误。如果该图表示的是组成活细胞的元素，则A是氧元素，C正确。Mo是微量元素，在细胞中含量很少，D正确。
2.答案：D
解析：本题主要考查组成生物体的化学元素。由表中数据可知，构成人体和玉米的化学元素的种类基本相同，A正确；由表中数据可知，玉米和人体细胞中含量较多的四种元素都是C、H、O、N，B正确；同种元素在人体和玉米的细胞中含量不同，如C元素在人体细胞中所占的比重大于玉米，C正确；表中数据未涉及化合物，无法判断组成玉米和人体的化合物在无机自然界中是否都能找到，D错误。
3.答案：A
解析：在组成细胞的元素中，占鲜重比最高的是O，占干重比最高的是C，A错误；不论干重还是鲜重，C、H、O、N四种元素的含量均最多，B正确；大量元素和微量元素均属于必需元素，C正确；不同种类的生物细胞中含有的元素的种类大致相同，D正确。
4.答案：D
解析：豆浆中富含蛋白质，蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应；马铃薯汁中含有淀粉，淀粉与碘液发生蓝色反应；葡萄汁中含有还原性糖，与斐林试剂在水浴加热的条件下产生砖红色沉淀；花生子叶中含有脂肪，脂肪能被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。
5.答案：C
解析：斐林试剂是将NaOH溶液和 CuSO4溶液混合后使用，且现用现配，其实质是新配制的Cu（OH）2，A正确；双缩脲试剂检测蛋白质的实质是碱性环境中的Cu2+与蛋白质中的肽键发生反应，故检测样液中的蛋白质时，先加NaOH溶液，形成碱性环境后再加CuSO4溶液，B正确；梨汁样液中有还原糖，滴加斐林试剂，水浴加热后，才会出现砖红色沉淀，C错误；大豆种子富含蛋白质，在豆浆中加入双缩脲试剂会出现紫色反应，D正确。
6.答案：C
解析：本题考查生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的鉴定。鸡蛋蛋清液容易引起试管挂壁而难以清洗，可用熟蛋白捣碎制成悬液代替，可避免蛋清挂壁难以清洗，A不符合题意；适当提高温度可加速化学反应速率，故在检测还原糖时，可适当提高水浴温度缩短反应时间，B不符合题意；在检测蛋白质时，B液应为0.01g/mL的CuSO4溶液，若用0.05g/mL的CuSO4溶液，较多铜离子的蓝色会遮掩实验出现的紫色，使实验效果不好，C符合题意；在检测脂肪时，需要制成花生种子切片，可用刀片刮取花生种子后涂抹到装片上以降低徒手切片难度，D不符合题意。
7.答案：C
解析：斐林试剂用于鉴定还原糖，在水浴加热的条件下出现砖红色沉淀，如葡萄糖、果糖，而蔗糖不具有还原性；脂肪能被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色；蛋白质可与双缩脲试剂发生紫色反应。
8.答案：（1）双缩脲试剂；稀蛋清；淀粉酶；葡萄糖；淀粉
（2）斐林
（3）将淀粉溶液分别与发生显色反应的两种溶液混合，一段时间后，分别向上述两种混合液加入斐林试剂，50~65 ℃ 温水浴2 min，观察到无颜色变化的溶液是稀蛋清溶液，出现砖红色沉淀的溶液是淀粉酶溶液（思路合理即可）
解析：（1）首先将待检测的物质进行分类，稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶可以分为两类，即蛋白质（稀蛋清和淀粉酶）、糖类（葡萄糖、淀粉）。可通过双缩脲试剂把它们初步区分开。
（2）对于葡萄糖（还原糖）和淀粉（非还原糖），可用斐林试剂来区分。
（3）发生显色反应的物质包括：稀蛋清和淀粉酶，可通过能否将淀粉水解产生还原糖来区分，用斐林试剂检测时，要进行水浴加热。

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