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细
胞
中
的
无
机
物
第二章：第2节
1
细胞中的水
细胞中的无机物
目 录
2
细胞中的无机盐
运动员饮料的化学成分表
问题·探讨
右侧是某种运动员饮料的化学成分表。请回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题。
喝饮料主要是给身体补充水。水在细胞中起什么作用？
1.
成分 质量浓度/g · L-1
蔗糖 30
其他糖类 10
柠檬酸 10
柠檬香精 0.8
NaCl 1.0
KCl 0.1
NaH2PO4 0.1
KH2PO4 0.1
NaHCO3 0.1
水是细胞结构的重要组成成分;
水是细胞内的良好溶剂，
细胞内的许多化学反应也都需要有水的参与;为细胞提供液体环境中;
运输营养物质和代谢废物。
问题·探讨
右侧是某种运动员饮料的化学成分表。请回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题。
2.
表中哪些成分属于无机盐？为什么要在运动员喝的饮料中添加无机盐？无机盐在细胞的生活中起什么作用？
表中的氯化钠、氯化钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、碳酸氢钠等都属于无机盐,它们在饮料中以离子的形式存在。运动员在运动中会大量出汗，出汗时人体会排出大量无机盐,所以要给他们补充无机盐。无机盐可以调节细胞的生命活动，也是许多有机物的重要组成成分。
运动员饮料的化学成分表
成分 质量浓度/g · L-1
蔗糖 30
其他糖类 10
柠檬酸 10
柠檬香精 0.8
NaCl 1.0
KCl 0.1
NaH2PO4 0.1
KH2PO4 0.1
NaHCO3 0.1
一
细胞中的水
1. 细胞中各种化合物所占比例 化合物 水 无机盐 蛋白质 脂质 糖类 核酸
所占比例% 70-90 1-1.5 7-10 1-2 1-1.5 2. 几种不同生物体水的含量 生物 水母 鱼类 蛙 哺乳动物 藻类 高等植物
水含量% 97 80-85 78 65 90 60-80
比较细胞和生物体内水的含量，你能从表格中得到什么信息？
①细胞中含量最多的化合物是水
②不同生物的含水量不同:水生生物＞陆生生物
提示
提示
1.细胞中水的含量
③同一生物不同生长发育时期含水量不同
幼年＞成年
男性＞女性
提示
1.细胞中水的含量
80%以上
77%
52~58%
60~65%
41~45%
组织 器官 牙齿 骨骼 骨骼肌 心脏
血液
质量分数/% 10 22 76 79 83
④同种生物的不同组织、器官，含水量不同
提示
1.细胞中水的含量
材料一
人和动物血液中含水量约为83%，血细胞就生活门这个液体环境中，水可把营养物质输送到各个细胞，又把细胞产生的代谢废物运输到细胞外
该资料体现了水的什么功能
①为细胞提供液体环境
②运输营养物质和代谢废物
2.分析下面材料,探究水的功能
提示
材料二
细胞内有氧呼吸的过程
③参与细胞内的生物化学反应
该资料体现了水的什么功能
2.分析下面材料,探究水的功能
提示
第一阶段（细胞质基质）
第二阶段（线粒体基质）
第三阶段（线粒体内膜）
2C3H4O3+ 4[H]+少量能量
C6H12O6
酶
2C3H4O3+6H2O
20[H] +6CO2 +少量能量
酶
24[H]+6O2
12H2O+大量能量
酶
材料三
细胞中的物质:如各种离子、氨基
酸、葡萄糖等，只有溶于水中才能
参与细胞中的各种代谢。
④水是细胞内的良好溶剂
该资料体现了水的什么功能
2.分析下面材料,探究水的功能
提示
糖分子
水是良好的溶剂
水分子由2个氢原子和一个氧原子构成，氢原子以共用电子对与氧原子结合。
由于氧具有比氢更强的吸引共用电子的能力，使氧的一端稍带负电荷，氢的一端稍带正电荷。水分子的空间结构及电子的不对称性分布，使得水分子是一个极性分子。这使得带正电荷或负电荷的分子或离子都易与水结合。
水分子属于极性分子，水分子整
体上是呈电中性的，但由于电子
分布不均匀而使得O原子带负电，
H原子带正电。
电荷分布不均匀的分子称为极性分子。
水是极性分子
什么是极性分子？
H原子
H原子
O原子
共用电子对
共用电子对
水对于维持生命系统的稳定性非常重要
一个水分子的氧端和另一个水分子的氢端可以形成氢键。水分子之间靠氢键相互作用在一起。
氢键不稳定，使水在常温下维持液态，具有流动性。氢键的存在使得水具有较高的比热容，水的温度相对不易发生改变。
氢键是由电负性差异所产生的一种特殊的分子间相互作用力(静电力) 。
（2）易形成氢键，具有一定的流动性：
一个水分子可形成 4 个氢键
3.水的结构与性质
H2O分子
（3）高比热容，所以性质稳定，不易受温度影响：
比热容是指使单位质量物体改变单位温度时所吸收或释放的能量。
意味着水的温度相对不容易发生改变
由于氢键的存在，水具有较高的比热容
因此水对维持生命系统的稳定性十分重要
3.水的结构与性质
氢键
水的特性
水是极性分子
水是良好的溶剂
水分子之间可以形成氢键
水具有较高的比热容
心脏和血液的含水量很接近，为何心脏呈固态而血液却呈流动的液态？
血液中水主要以自由水的形式存在；
心脏中水主要以结合水的形式存在。
83%
79%
与蛋白质、多糖等结合，失去流动性、溶解性
结合水：
游离状态，自由流动
（1）水的存在形式
自由水：
4.水在细胞中的存在形式及相互关系
形式 自由水 结合水
概念 细胞中绝大部分的水以的游离的 形式存在，可以自由流动，大约占细胞内全部水分的95.5% 与细胞内其他物质结合的水，大约占细胞内全部水分的4.5%
功能 ①细胞内的良好溶剂 ②参与生物化学反应 ③为细胞提供液体环境 ④运送 营养物质和代谢废物 是细胞结构的重要组成部分
一、细胞中的水
(1)在一定条件下自由水和结合水可相互转化
(2)两者的相对含量和生物组织的代谢速率相关
细胞代谢增强
如:萌发的种子
细胞代谢减弱，抗逆性增强
自由水
结合水
上升
下降
如:冬小麦在冬季来临时，结合水增多，自由水减少，增强抗冻能力。
自由水
结合水
降温
升温
自由水含量越高
结合水含量越高
（2）自由水与结合水的关系
4.水在细胞中的存在形式及相互关系
为什么种子入库之前要经过晾晒？种子萌发需要吸水？
小麦越冬前自由水和结合水的比例会如何变化？
（2）自由水与结合水的关系
自由水
结合水
温度升高
温度降低
上升
细胞新陈代谢增强
如：干种子吸水萌发
下降
细胞新陈代谢减弱,抗逆性增强
如：
晒干的种子，自由水减少，利于储存；
冬小麦在冬季来临时，结合水增多，自由水减少增，植物的抗冻能力增强；
自由水
结合水
4.水在细胞中的存在形式及相互关系
将种子放在阳光下2天
重量减轻
自由水大量散失
观察一下，你有什么发现？
晒干的种子用水浸泡
仍能萌发
失去大部分自由水的种子仍有生理活性
晒干的种子不浸泡
不萌发
自由水少，代谢弱
将干种子在试管中加热
管壁上有水珠
失去的主要是结合水
失去结合水的种子浸泡
种子不能萌发
失去结合水的种子失去生理活性
判断：以下实例中水可以分别主要看作什么形式存在？
　(1) 切西瓜时流出的瓜汁水
　(2) 鸡蛋清里的水
　(3) 新鲜小麦种子晒干时丢失的水
(4) 小麦种子烘干时丢失的水
自由水
自由水
结合水
结合水
水在生产实际中的应用
(1)种子在贮存时需将种子晒干
(2)干种子用水浸泡后仍能萌发
(3)干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠
(4)炒熟的种子浸泡后不萌发
(5)低温环境下减少花卉浇水
减少自由水含量，降低新陈代谢水平，便于储藏
失去大量自由水的种子仍具有活性
干种子已经失去自由水，这时形成的水珠是结合水
失去结合水的细胞，失去生理活性
减少自由水含量，降低新陈代谢水平，提高抗逆能力
课堂检测
【对点练1】2021年“世界水日”的主题为“Valuing Water”（珍惜水、爱护水）。下列有关生物体内水的叙述，错误的是（ ）
A．细胞中的自由水可在细胞中流动，是良好的溶剂
B．水在病变细胞中以结合水和自由水的形式存在
C．沙漠植物细胞内结合水的含量高于自由水
D．越冬植物体内自由水与结合水的比值减小
【对点练2】下列对细胞内自由水的描述，有科学性错误的是(　　)
A.约占细胞内水分的95.5% B.能够流动并能运输物质
C.细胞结构的重要组成成分 D.是各种代谢活动的介质
C
C
总结
归纳
水在细胞中的存在形式：自由水和结合水
自由水
结合水
概念:
在细胞中呈游离状态，可以自由流动；
含量:
多，占所有水的绝大部分
功能
①细胞内良好的溶剂。
②参与细胞内的生化反应。
③为细胞提供液体环境
④运输营养物质和代谢废物
概念:
含量:
少，占细胞水分的4.5%
功能：
细胞结构的重要组成成分
与细胞内蛋白质与多糖等结合，失去流动性
水分子
相互 转化
二
细胞中的无机盐
无机盐
将烘干的骨、小麦种子和植物秸秆等点燃烧尽, 最终都会得到一些灰白色的灰烬 , 请问这些灰烬是什么呢
二. 细胞中的无机盐
1、无机盐在细胞中的存在形式：
——大多以离子形式存在
很少，仅占1％－1.5％
2、含量：
无机盐在细胞中含量很少，它们在细胞中有什么作用呢？

阳离子：
Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+ 等
阴离子：
Cl－、SO42－、PO43－、HCO3－等。
例如:少数以化合物形式存在：如叶绿素中的镁，血红蛋白中的铁
植物体缺Mg会影响光合作用，为什么？
种贫血症叫缺铁性贫血症，为什么缺Fe会导致贫血？
植物体常表现为生长发育不正常，这说明什么 分析为什么植物体缺P会影响其生长发育。
Mg是合成叶绿素分子不可缺少的元素之一，影响光合作用
P是组成细胞的重要元素，细胞膜、细胞核中都含有P元素，也参与了植物体内很多重要的代谢过程，如光合作用、糖类的合成等
Fe是血红素合成所需的元素，血红素是血红蛋白的重要组成部分
思考·讨论
叶绿素
血红蛋白
3.
无机盐的作用：
组成细胞中的化合物
一种叶绿素分子的局部结构
血红素分子的局部结构
一种磷脂分子（局部）
Mg2+参与构成叶绿素分子，Fe2+参与构成血红素分子。
P是组成细胞膜、细胞核的重要成分。
作用1：
维持细胞和生物体的生命活动
名称 生理作用
Mg
Fe
Na+
Ca2+
P
构成叶绿素的元素，缺乏影响光合作用。
构成血红素的元素，缺乏导致缺铁性贫血。
Ca2+ 浓度太低动物出现抽搐等症状
是组成细胞膜、细胞核的重要组分，
也是细胞必不可少的化合物的组分。
人体内Na+ 缺乏引起神经、肌肉的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛，大量出汗排出过多的无机盐后，应多喝淡盐水。
3.
无机盐的作用：
作用2：
细胞渗透压平衡的维持
Na+、Cl_主要维持细胞外液的渗透压，K+主要维持细胞内液的渗透压。
作用3：
3.
无机盐的作用：
维持细胞的酸碱平衡
大家都有这样的体会，进行激烈运动时，会感到腰酸、膝盖酸等。这是因为运动时产生了乳酸，但体液的PH没有因此而降低,还是维持在7.35—7.45之间，为什么呢？
乳酸＋NaHCO3=乳酸钠＋H2CO3
CO2＋H2O
作用4：
3.
无机盐的作用：
课堂检测
1.【对点练1】下列有关无机盐对维持生物体的生命活动作用的叙述，错误的是（ ）
A.血钙浓度过低会引起肌无力
B.部分无机盐参与维持细胞的酸碱平衡
C.无机盐多以离子形式存在，对维持细胞和生物体的生命活动有重要作用
D.植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐
A
课堂检测
【对点练2】苹果含有微量元素锌，而锌是构成与记忆力息息相关的核酸和蛋白质不可缺少的元素，儿童缺锌就会导致大脑发育不良，因此苹果又被称为“记忆之果”。这说明无机盐离子(　　)
A.对维持酸碱平衡有重要作用
B.对维持细胞形态有重要作用
C.对调节细胞内的渗透压有重要作用
D.对维持生物体的生命活动有重要作用
D
构建网络
无机化合物
水：
无机盐：
自由水
结合水
概念:
在细胞中呈游离状态，可自由流动；
含量:
多，占所有水的绝大部分
功能
①细胞内良好的溶剂。
③为细胞提供液体环境
④运输营养物质和代谢废物
概念:
含量:
少，占细胞水分的4.5%
功能：
细胞结构的重要组成成分
与细胞内蛋白质与多糖等结合，失去流动性
相互 转化
维持细胞的酸碱平衡
细胞渗透压平衡的维持
维持细胞和生物体的生命活动
组成细胞中的化合物
②参与细胞内的生化反应。
教材课后习题·概念检测
1.水和无机盐是细胞的重要组成成分判断下列相关表述是否正确.
(1)细胞内的自由水和结合水都是良好的溶剂，都能参与物质运输和化学反应（ ）
(2)同一株植物中，老叶细胞比幼叶细胞中自由水的含量高（ ）
(3)将作物秸秆充分晒干后，其体内剩余的物质主要是无机盐( )
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教材课后习题·拓展应用
1.医用生理盐水是质量分数为0.9%的氯化钠溶液.生理盐水的含义是什么 在什么情况下需要用生理盐水
提示：
质量分数为0.9%的氯化钠溶液的浓度，正是人体细胞所处液体环境中溶质的浓度，所以叫生理盐水。当人体需要补充盐溶液或输人药物时，应输人生理盐水或用生理盐水作为药物的溶剂，以保证人体细胞的生活环境维持在稳定的状态。
教材课后习题·拓展应用
2.目前已经探明，在火星两极地区有固态水，而那里的土壤中含有生命必需的Mg2+、Na+、K+等元素.科学家也曾在火星上发现了流动水的痕迹科学家据此推测，火星上曾经或者现在存在着生命为什么科学家会作出这样的推测呢
提示：
水是生命之源，地球上最早的生命就是起源于水中的。科学家在火星上发现了流动水的痕迹，说明那里可能有自由流动的水。同时，那里的土壤中还含有生命必需的一些元素，所以科学家才会作出这样的推测。

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