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第2章 组成细胞的分子
第2节 细胞中的无机物
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本节
聚焦
1.分析水的分子结构，能从结构与功能相适应的视角说明水在细胞中的存在形式；自由水和结合水，赋予了细胞许多特性，在生命活动中具有重要作用。
2．举例说出无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。
第2节
细胞中的无机物
问题探讨P20
左表是某种运动员饮料的化学成分表。回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题。
1.喝运动饮料主要给身体补充水。水在细胞中起什么作用？
提示：
水在细胞中的作用主要表现在以下几个方面。水是细胞结构的重要组成成分；水是细胞内的良好溶剂，许多物质必须溶解在水中，细胞内的许多化学反应也都需要水的参与；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; 通过水在生物体内的流动，可以把营养物质运送到各个细胞，同时，也把各个细胞在代谢中产生的废物运送到排泄器官或者直接排出体外。总之，各种生物体的一切生命活动，都离不开水。
第2节
细胞中的无机物
问题探讨P20
左表是某种运动员饮料的化学成分表。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？
提示：
水表中的氯化钠、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。
我们初中学过，生物体内的水含量非常高。在生活中，也常常听到“水是生命之源”的说法。科学家在寻找地外生命的时候也把星球上有没有液态水作为重要指标。可是你有没有思考过为什么地球上有这么多水？为什么生物体内有这么多的水呢？水为什么对生物体这么重要呢？
——今天我们就来谈谈细胞中的水
一、细胞中的水
第2节
细胞中的无机物
分析左侧“组成细胞的主要化合物及相对含量”图，能得出水的含量具有特点：
一、细胞中的水
(1)含量：
水是活细胞中含量【最多的化合物】。水是构成细胞的重要成分。
提示：
生物体的含水量随着生物种类的不同有所差别，一般为60%-95%，水母的含水量达到97%。
第2节
细胞中的无机物
一、细胞中的水
(1)含量：
水是活细胞中含量【最多的化合物】。
(2)水的理化特性与分子结构：
水分子由2个氢原子和1个氧原子构成，氢原子以【共用电子对】与氧原子结合。由于氧原子具有比氢原子更强的吸引共用电子的能力，使氧原子一端稍带负电荷，氢原子一端稍带正电荷。水分子的空间结构及电子的不对称分布，【水——极性分子】。
由于水分子的极性，带正电荷或负电荷的分子或离子都容易与水结合，因此【水——良好的溶剂】。
Na+
Cl－
第2节
细胞中的无机物
一、细胞中的水
(1)含量：
水是活细胞中含量【最多的化合物】。
(2)水的理化特性与分子结构：
氢键
由于水分子的极性，当1个水分子的氧端(负电性区)靠近另1个水分子的氢端(正电性区)，它们之间的静电吸引作用形成了弱的引力——【氢键】。
氢键
氢键
由于氢键的存在，水具有较高的【比热容】，这就意味着水的温度相对不容易改变，水的这种特性，对于维持生命系统的稳定性十分重要。
氢键易被破坏，也易形成，这样水中的氢键不断地断裂，又不断地形成，使水在常温下能够维持液体的状态，【具有流动性】。
第2节
细胞中的无机物
一、细胞中的水
(1)含量：
水是活细胞中含量【最多的化合物】。
(2)水的理化特性与分子结构：
(3)水的存在形式及作用：
氢键
水的分子结构 水的理化特性
水是【极性分子】 水是良好的溶剂
形成分子间【氢键】 水具有流动性；具有高比热容
第2节
细胞中的无机物
一、细胞中的水
(3)水的存在形式及作用：
形式 自由水 结合水
概念
功能
细胞中绝大部分的水呈
游离状态，可以自由流动
①细胞内良好的溶剂；
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
与细胞内的其他物质相结合的水
细胞结构的重要组成部分。存在形式主要是水与蛋白质、多糖等物质结合，失去流动
大约占细胞内全部水分的95.5%
第2节
细胞中的无机物
一、细胞中的水
(4)水的含量与细胞代谢和抗逆性的关系：
正常情况下，细胞内【自由水比例越大，细胞的代谢就越旺盛】；【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】。
将种子晒干就是减少了其中自由水的量而使其代谢水平降低，便于储藏。
北方冬小麦在冬天来临前，自由水比例逐渐降低，结合水比例逐渐上升，以避免气温下降时自由水过多导致结冰而损害自身。
水在生产实际中的应用
生活中的现象 对此现象的解释
种子在贮存时需将种子晒干
干种子用水浸泡后仍能萌发
低温环境下减少花卉浇水
鲜种子放在阳光下暴晒，重量减轻
干种子放在试管中，用酒精灯加热，试管壁上有水珠
炒熟的种子浸泡后不萌发
减少自由水含量，降低种子的代谢，延长种子寿命
失去自由水的种子仍保持其生理活性
提高花卉对低温的抗性
自由水散失，代谢减弱
种子晒干后，仍含有结合水，用酒精灯加热会失去结合水
失去结合水的细胞失去生理活性
水——归纳总结
细胞结构
自由水
生物化学反应
液体环境
营养物质和代谢废物
相互 转化
①水分子与细胞内的亲水性物质如蛋白质、淀粉、纤维素等以氢键相结合。
②温度升高，水分子的动能增加，会逃脱氢键的束缚成为自由水。
细胞内水的存在形式及变化规律
(1)环境恶化——
自由水含量降低，结合水含量升高。
(2)细胞衰老——
自由水含量降低，结合水含量升高。
(3)生命活动增强——
自由水含量升高，结合水含量降低。
课堂练习
1.水是生命之源，下列关于生物体内水的叙述中错误的是（ ）
A．参与运输营养物质和代谢废物的水是自由水
B．越冬的植物细胞内结合水/自由水的比例上升
C．水既是细胞代谢所需的原料，也是细胞代谢的产物
D．失去自由水的种子不具有萌发的能力
D
课堂练习
2.“绵绵的春雨润醒了小草，润绿了杨树，润开了报春花。”下图是植物在复苏过程中细胞内自由水与结合水相对含量变化的曲线图，其中正确的是(　　)
B
课堂练习
3.下列有关水的特性与水的生理功能相互对应关系的叙述不正确的是（ ）
A．水是极性分子决定其是细胞内良好溶剂，为生物化学反应所必需
B．水分子间弱吸引力氢键决定其具有流动性，是物质运输所必需
C．水具有较高的比热容，为细胞创造舒适的液体环境
D．水在低温下结冰，利于细胞处于休眠状态从而度过不利环境条件
D
课堂练习
4.下列有关水的叙述中，错误的有几项（ ）
①自由水参与运输营养物质和代谢废物
②生物体内的化学反应离不开水
③水是组成细胞的成分之一
④细胞内水的存在形式为结合水和自由水
⑤自由水与结合水的比例与细胞代谢的强弱关系不大
⑥不同细胞内自由水与结合水的比例基本相同
A．1项 B．2项 C．3项 D．4项
B
课堂练习
5.在冬季来临时，随着气温的逐渐降低，植物体内发生了一系列适应低温的变化，如可溶性糖含量增加、细胞代谢减弱等。研究表明，细胞内溶液浓度升高，冰点降低。
(1)结合所学知识及上述信息，解释“霜打的茄子——蔫儿了”。
(2)有些蔬菜富含淀粉，但“霜打”后的蔬菜格外“甜”。请结合所学知识解释其原因。
【提示】当外界温度降低时，茄子中的自由水含量减少，导致表皮皱缩。
【提示】温度降低，蔬菜中的淀粉分解为可溶性糖，增大了细胞液浓度，降低了细胞液的冰点，使细胞不容易冻坏，可溶性糖主要是葡萄糖，所以蔬菜变甜了。
二、细胞中的无机盐
第2节
细胞中的无机物
二、细胞中的无机盐
(1)存在形式和含量：
a.大多数无机盐以【离子】形式存在：
含量较多的阳离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等。
含量较多的阴离子有Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等。
b.无机盐在细胞内【含量很低】，但其作用非常重要，且需要保持一定的量，缺失和过多都可能影响生命活动。
无机盐并不都以离子的形式存在，如骨骼中的钙以CaCO3的形式存在。
(2)生理功能：
第2节
细胞中的无机物
二、细胞中的无机盐
(2)生理功能：
叶绿素分子的结构示意图
血红素分子的结构示意图
1.左下图是叶绿素分子和血红素分子的结构示意图。植物缺Mg会影响光合作用，为什么？
提示：
光合作用的正常进行不能缺少叶绿素，而叶绿素的分子结构中不能缺少的元素之一就是Mg。Mg是叶绿素的组成元素之一，因此，它对于光合作用具有重要意义。缺Mg使叶绿素的形成受到阻碍，进而影响光合作用。
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细胞中的无机物
二、细胞中的无机盐
(2)生理功能：
叶绿素分子的结构示意图
血红素分子的结构示意图
2.有一种贫血症叫缺铁性贫血，为什么缺铁会导致贫血？
提示：
人体内血红蛋白和红细胞的减少都可以导致贫血。血红蛋白的分子结构不能缺少的一种元素就是Fe。缺Fe会导致血红蛋白的合成障碍，从而引起贫血。缺铁性贫血是一种常见的贫血症。
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细胞中的无机物
二、细胞中的无机盐
(2)生理功能：
3.植物缺P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。
提示：
说明了P对于植物正常的生长发育是必不可少的。
P作为植物生长发育所必需的大量元素之一，P是许多重要化合物（如核酸、ATP等）和生物膜等的重要组成成分，也在光合作用和呼吸作用等与能量代谢有关的反应中扮演重要角色。当P供应不足时，核酸的合成会受到影响，并会波及蛋白质的合成，还会影响体内糖类的代谢。
第2节
细胞中的无机物
二、细胞中的无机盐
(2)生理功能：
a.无机盐是细胞内复杂化合物的重要组成成分，也是细胞结构的重要组分。
Mg是构成【叶绿素】的元素。
Fe是构成【血红素】的元素。
P是组成【细胞膜、细胞核】的重要成分，也是细胞必不可少的许多化合物的成分。
第2节
细胞中的无机物
二、细胞中的无机盐
(2)生理功能：
b.许多种无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动都有重要作用。
材料1：
人体内Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛无力等，因此，当大量出汗排出过多的无机盐后，应多喝淡盐水。
材料2：
哺乳动物的血液中必须含有一定量的Ca2+，如果Ca2+的含量太低，动物会出现抽搐等症状。
材料3：
生物体内的某些无机盐离子，如HCO3-，对维持细胞的酸碱平衡非常重要。此外有些无机盐离子对维持生物体渗透压（水盐平衡）非常重要。
无机盐——归纳总结
摄入食盐过多或过少会对人体健康造成怎样的危害？
盐是日常生活中不可缺少的调味品，它的主要成分是NaCl。虽然Na+和Cl-在细胞的代谢中发挥重要的作用，但它们并不是越多越好。世界卫生组织（WHO）推荐每人每天食盐摄入量以5g为宜。据《中国居民营养与慢性病状况报告（2015）》显示，虽然我国居民平均每天烹调用盐量在2012年比2002年下降了1.5g，但还是达到了10.5g，而且中老年群体食盐消费量明显高于青少年群体。摄入盐过多对人类健康的危害很大。例如，有大量证据表明，增加盐的摄入会增加高血压及其他心血管疾病的患病风险；高盐饮食与骨质疏松症、糖尿病等相关。但是，并不是所有的人群都适合低盐饮食，某些疾病患者可能要维持相当水平的盐摄入。
课堂练习
6.(不定项)无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用。下列相关叙述正确的是(　　)
A．蔬菜中的草酸不利于机体对食物中钙的吸收
B．缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降
C．KH2PO4也能为生物体提供能量
D．植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐
ABD
课堂练习
7.下列关于生物体内水和无机盐的叙述，正确的是（ ）
A．长时间剧烈运动会导致血钙浓度上升，引起肌肉抽搐
B．植物在冬季自由水与结合水的比值会下降，从而适应寒冷环境
C．细胞中的无机盐对生命活动具有重要作用，均以离子形式存在
D．新鲜的谷物在晾晒过程中失去的水主要是结合水
B
课堂练习
8.为了确定某种矿质元素是否是植物的必需元素，应采用的方法是(　　)
A．检测正常叶片中该矿质元素的含量
B．分析根系对该矿质元素的吸收过程
C．分析环境条件对该矿质元素吸收的影响
D．观察在完全培养液中去掉该矿质元素前后植株生长发育状况
D
第2节
细胞中的无机物
知识总结
练习与应用P22
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。( )
一、概念检测
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二、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入药物时，应输入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。
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Mg、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。
THANKS
敬请批评指正！

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