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第1节 细胞中的元素和化合物
(一)教学目标
1.说出组成细胞的元素都来自自然界，但各元素相对含量又与无机环境不同。
2.说出组成细胞的大量元素和主要微量元素，说出组成细胞的化合物的主要种类。
3.尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，进行实验操作、观察结果，基于实验简述组成细胞的物质的特殊性。
(二)教学重点和难点
1.教学重点
(1)组成细胞的主要元素和化合物。
(2)检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
2.教学难点
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
生物界和非生物界的统一性和差异性
(1)统一性：从化学元素的种类分析，组成细胞的化学元素，在__________中都能够找到。
(2)差异性：从__________________分析，细胞与无机自然界大不相同。
无机自然界
各种元素的相对含量
不同生物细胞中元素的种类上具有统一性，但是含量上具有差异性。
组成细胞的化学元素，常见的有20多种
元素 玉米细胞 人体细胞
C 43.75% 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%
玉米和人体细胞的部分元素及含量(干重、质量分数)
讨论1.在两者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
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、脂质和蛋白质等物质，这些物质含有C、H、O，蛋白质中还含有大量的N元素。
元素 玉米细胞 人体细胞
C 43.75% 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%
玉米和人体细胞的部分元素及含量(干重、质量分数)
讨论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%，但很多蛋白质都含S，叶绿体中叶绿素分子就含Mg，若缺少S或Mg，细胞就不能合成这些蛋白质或叶绿素。
讨论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。
Fe、Mn 、B、Zn、Mo 、 Cu
微量元素
K、Ca、Mg
P、S、
H、O、N 、
C、
大量元素
主要元素
基本元素
最基本元素
大量和微量元素都是必需元素，原核和真核生物均有。微量元素含量虽少，但非常重要。
铁锰硼锌钼铜
组成细胞的化合物
无机
化合物
有机
化合物
水
无机盐
糖类
脂质
蛋白质
核酸
水＞蛋白质＞脂质＞无机盐=糖类和核酸
组成细胞的元素大多以化合物的形式存在，有些可以以离子的形式存在，如K＋
干重：细胞除去全部自由水后的重量。
鲜重：细胞在自然状态下的质量，是生活状态下的水，如新鲜蔬菜。
占细胞鲜重百分比
占细胞干重百分比
鲜重:O>C>H>N
干重:C>O>N>H
组成人体细胞主要元素的百分比
(1)活细胞/鲜重中含量最多的化合物：
(2)细胞内含量最多的无机化合物：
(3)细胞内含量最多的有机化合物：
(4)占细胞鲜重最多的化合物：
(5)占细胞干重最多的化合物：
(6)氧原子含量最高的化合物：
(7)活细胞/鲜重中原子数量最多的元素：
(8)鲜重中质量分数最高的元素：
(9)干重中质量分数最高的元素：
水
水
蛋白质
水
蛋白质
水
氢
O
C
拓展：部分元素的作用
N: 主要参与构成________和核酸等有机物。
蛋白质
P: 主要参与构成______、ATP、磷脂等有机物。
核酸
Fe: 可参与构成___________，过少会导致缺铁性贫血。
血红蛋白
Mg: 参与构成__________的合成，有利于植物光合作用，缺镁叶片会发黄。
Ca:过少时会出现______现象，易患骨质疏松症；过多则可能引起肌无力。
抽搐
叶绿素
I:参与构成____________的合成，过少会导致大脖子病。
甲状腺激素
梨的果实和叶片的细胞中所含化合物的种类和含量有什么明显的差别？
梨的果实细胞中糖类和水等物质多，不含叶绿素。
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
还原糖 + 斐林试剂→砖红色沉淀
脂肪 + 苏丹Ⅲ（Ⅳ）试剂 →橘黄色（红色）
蛋白质 + 双缩脲试剂→紫色
实验原理：
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
仪器用具
还原糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖
非还原糖：淀粉 、蔗糖
梨匀浆、葡萄匀浆、白萝卜匀浆
鉴定还原糖宜选用苹果汁或梨汁，原因是还原糖量高，组织颜色浅。
西瓜汁虽含有丰富的还原糖，但颜色偏重，影响实验结果的观察。
甘蔗汁主要含蔗糖，蔗糖不具有还原性。
因为苏丹染料易溶于酒精溶液，而不溶于水。
花生种子
浮色：苏丹染料的颜色
豆浆、鲜肝提取液、鸡蛋清稀释液
斐林试剂加NaOH是为了和硫酸铜反应生成氢氧化铜,氢氧化铜可以被还原糖还原为砖红色沉淀（即氧化亚铜）
双缩脲试剂加氢氧化钠是提供碱性环境,碱性环境下铜离子才能和蛋白质发生紫色反应。
斐林试剂 双缩脲试剂
成分异同
鉴定物质
添加顺序
反应条件
反应现象
反应原理
甲液: 0.1g/mLNaOH
乙液: 0.05g/mLCuSO4
A液: 0.1g/mLNaOH
B液: 0.01g/mLCuSO4
还原糖
蛋白质
甲液与乙液等量混合使用，现配现用。
先加较多A液，
再加少量B液。
水浴加热(50-65℃)
碱性环境、常温
Cu(OH)2被还原糖还原成Cu2O砖红色沉淀
肽键化合物在碱性条件下与Cu2+络合，生成紫色络合物
紫色
砖红色沉淀
均为碱性
实验中若干注意问题
(1)唯一需加热—— 鉴定,且必须水浴加热, 否则无砖红色沉淀出现。
(2)非还原糖(如蔗糖)+斐林试剂的现象不是无色而是浅蓝色[Cu(OH)2的本色]。
(3)唯一需要显微镜—— 鉴定,实验中要用 ，其作用是 。
还原糖
脂肪
洗去浮色
(4)若用蛋清作材料,必须充分稀释,防止其粘在试管壁上不易刷洗。
50%的酒精溶液
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。（ ）
√
×
√
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
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
C
B
二、拓展应用
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，能构成一个生命系统吗？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。

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