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第2章
组成细胞的分子
第1节 细胞中的元素和化合物
本节聚焦
细胞中常见的元素有哪些？
组成细胞的主要化合物有哪些？
怎样检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质？
教材编写逻辑
组成细胞的元素
组成细胞的化合物
实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
来源
种类
含量
大量元素
微量元素
常见的有20多种
从无机自然界中获取的
种类
含量
构成
存在形式
无机物
有机物
水是活细胞含量最多的化合物、蛋白质是含量最多的有机物
不同生物组织的细胞中各种化合物的含量是有差别的
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等
Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等
水、无机盐等
蛋白质、核酸、糖类、脂质等
问题探讨：组成地壳和组成细胞的部分元素含量(％)表
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
分析数据（横纵对比）
↓
得出结论
↓
推断原因
结论：生物界与非生物界具有统一性和差异性
统一性：
表现：
原因：
差异性：
表现：
原因：
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。
细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同。
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。
细胞是一个有机体，含蛋白质、糖类等有机物
思考·讨论：比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量
元素 玉米 人
碳 43.57 55.99
氢 6.24 7.46
氧 44.43 14.62
氮 1.46 9.33
钾 0.92 1.09
钙 0.24 4.67
磷 0.20 3.11
镁 0.18 0.16
硫 0.17 0.78
玉米和人体细胞部分元素含量(干重，质量分数）
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？
一样，都是C、H、O、N。因为玉米和人都是生物，组成它们的主要成分都是水、糖类、脂类和蛋白质等物质，这些物质含有C、H、O,蛋白质中还含有大量的N元素。
思考·讨论：比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量
元素 玉米 人
碳 43.57 55.99
氢 6.24 7.46
氧 44.43 14.62
氮 1.46 9.33
钾 0.92 1.09
钙 0.24 4.67
磷 0.20 3.11
镁 0.18 0.16
硫 0.17 0.78
玉米和人体细胞部分元素含量(干重，质量分数）
2．细胞中有些元素含量很少，是否意味着它们不重要？
如在玉米细胞中，S只有0.17%,Mg只有0.18%,但很多蛋白质都含有S,叶绿体中的叶绿素分子就含有Mg,如果缺少S或Mg,细胞就不能合成这些蛋白质或叶绿素。
思考·讨论：比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量
元素 玉米 人
碳 43.57 55.99
氢 6.24 7.46
氧 44.43 14.62
氮 1.46 9.33
钾 0.92 1.09
钙 0.24 4.67
磷 0.20 3.11
镁 0.18 0.16
硫 0.17 0.78
玉米和人体细胞部分元素含量(干重，质量分数）
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？
组成玉米细胞中氧元素的含量明显要高于人体细胞，而氮元素的含量明显又低于人体细胞，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要多一些，而人体细胞中的蛋白质的含量要多一些；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。
结论：不同种生物的细胞有统一性和差异性
统一性：
表现：
原因：
差异性：
表现：
原因：
不同种生物的细胞所含元素种类基本相同
不同种生物的细胞中同种元素的含量相差很大
组成不同种细胞的化合物种类基本相同
不同种生物的细胞中同种化合物的含量相差很大
请构建自然界的元素、组成细胞的元素、大量元素、微量元素的关系图。
Ｃ H O N P S K Ca Mg 等
Fe Mn B Zn Mo Cu 等
组成细胞的元素
自然界中的元素
基本元素
大量元素
微量元素
最基本元素
观点辨析
观点一：各种细胞中si含量都是极少的
观点二：无机自然界的化学元素，在细胞中都能找到
观点三：细胞中的化学元素，在无机自然界都能找到
观点四：组成细胞的元素只有教材列举的15种
硅藻、禾本科植物中si含量较高
正常情况下，细胞不会含有重金属和放射性元素
观点辨析
观点五：微量元素含量很低，所以不如大量元素重要。
观点六：细胞内含量很少的元素都是微量元素。
观点七：微量元素是细胞内含量很低但又必不可少的元素。
观点八：细胞中一种元素的功能可用其它元素代替。
Fe属于微量元素，如果人体缺铁，造成血红蛋白减少，患缺铁性贫血。
Pb含量少，但对细胞有毒害作用，不是细胞所需元素。
观点辨析
观点九：活细胞中含量最多的元素是O，因为活细胞中水的含量最多。
观点十：占细胞质量百分比最多的元素是C，所以C是最基本元素。
观点十一：细胞中C、H、O、N四种元素的含量较高，是因为细胞是有机体。
观点十二：细胞中还存在其它化合物，如CO2等。
生物大分子以碳链为基本骨架，所以C是最基本元素。
共同探讨：
检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的实验原理分别为：
①还原糖
②脂肪
③蛋白质
在实验材料的选择上有什么要求？
＋苏丹Ⅲ染液→橘黄色
＋双缩脲试剂→紫色
+斐林试剂 50~65℃水浴加热 砖红色沉淀
必须富含待测成分，且无色或白色。
共同探讨：
检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质实验中，需要用显微镜的是哪个实验？请完成下表。
检测生物组织中脂肪
环节 操作要点 目的
取材 浸泡花生种子 使其变松软便于切片
切片 要尽可能薄 便于制片和显微观察
制片 在花生子叶薄片上滴2~3滴苏丹Ⅲ染液
滴加1~2滴体积分数为50%的酒精溶液
观察 先用低倍镜，再用高倍镜 在低倍镜下更易找到切片最薄处
染色
洗去浮色
共同探讨：完成斐林试剂和双缩脲试剂的比较表
斐林试剂 双缩脲试剂
成分
检测对象 可溶性还原糖(不包括蔗糖） 蛋白质（只要有肽键即可）
用法
颜色变化 蓝色→棕色→砖红色 蓝色→紫色
关系 用斐林试剂乙液和蒸馏水可以配制双缩脲试剂B液
甲液：质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液
乙液：质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液
A液：质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液
B液：质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液
等量混合、现配现用、水浴加热
先A后B、A多（1mL）B少（3~4滴）、无需加热
共同探讨
根据我们初中学过的实验相关知识，你认为教材实验有无可改进之处？
应设置对照实验：
例：检测生物组织中的还原糖时，可以取两支试管并编号①、②；
向两支试管加入等量组织样液（如2ml苹果匀浆）；
向①试管加入1ml新配置的 试剂；向②试管加入 ml蒸馏水；
将两支试管同时放入盛有 ℃温水的大烧杯中，观察颜色变化。
预期结果： 号试管出现砖红色沉淀。
实验组为： 对照组为： 。
如果检测生物组织中的蛋白质，应该如何设计对照实验？
斐林
1
50~65
①
①
②
组成细胞的元素
组成细胞的化合物
实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
来源
种类
含量
大量元素
微量元素
常见的有20多种
从无机自然界中获取的
种类
含量
构成
存在形式
无机物
有机物
水是活细胞含量最多的化合物、蛋白质是含量最多的有机物
不同生物组织的细胞中各种化合物的含量是有差别的
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等
Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等
水、无机盐等
蛋白质、核酸、糖类、脂质等
少而必需
如CO2
重要概念
微量元素：细胞中相对含量较低但又必不可少的元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
细胞中常见的化学元素中，含量较多的有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等元素，称为大量元素
重要结论
生物界与非生物界所含元素种类具有统一性，各元素含量上具有差异性。
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。因此，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。
组成细胞的化学元素，常见的有20多种。
组成细胞的元素中，C、H、O、N这四种元素的含量很高，其原因与组成细胞的化合物有关。
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，等等。
重要原理
糖类中的还原糖，如葡萄糖，与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀。
脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。
蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应。
重要实验技能
利用特殊的颜色反应进行物质鉴定时，所选实验材料为无色或白色的
实验设计的原则之一：对照原则
鉴定生物组织中的脂肪时，实验步骤为：取材→切片→制片→观察。制片时操作顺序为：①滴加苏丹III染液染色，②用吸水纸吸去多余染液，③用体积分数50%的酒精洗去浮色，④用吸水纸洗去多余酒精，⑤滴加蒸馏水，⑥盖上盖玻片。
重要实验技能
双缩脲试剂的用法：先A后B，A多B少，无需加热
斐林试剂的用法：甲乙等量，现配现用，水浴加热
双缩脲试剂A液与斐林试剂甲夜都是质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液；双缩脲试剂B液浓度是斐林试剂乙液浓度的1/5.
用斐林试剂检测还原糖时，颜色变化为蓝变棕再变砖红
用双缩脲试剂检测蛋白质时，要注意B液不能多加，否则溶液变蓝影响观察
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很少，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，但含量又往往有一定差异，这既体现了细胞的统一性，又反映了细胞的多样性。 （ ）
√
×
√
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
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。
使用双缩脲试剂检测蛋白质的原理
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。

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