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第2节
细胞中的无机物
第2章 组成细胞的分子
>>>2019人教版高中生物学必修1课件
阐明生命现象的规律，必须建立在阐明生物大分子结构的基础上。
---中国科学院院士 邹承鲁
（1）地表3/4是水，最早的生命起源于水。
（2）干燥的种子必须吸足水才能萌发。
（3）人的胚胎也要浸润在羊水中发育。
（4）仙人掌身处如此干旱的环境，它那肥硕的变态茎中仍贮存着大量的水分。
导入
思考：以上种种现象说明什么问题
水是生物生存必不可少的，一切生命活动都离不开水。
细胞中的水
思考：从右侧“组成细胞的主要化合物及相对含量”图中能得出水的含量具有什么特点？
水是活细胞中含量最多的化合物
水的含量
组成细胞的主要化合物及相对含量
几种不同生物体的含水量 生物 水母 藻类 鱼类 蛙 高等植物 哺乳动物
水含量 （质量分数，%） 97 90 80-85 78 60-80 65
细胞中的水
水的含量
【探究1】结合教材P20第1段内容，分析下列表格数据，你能得出什么结论？
不同种类的生物含水量不同，一般为60-95%。通常，水生生物的含水量 ＞ 陆生生物的含水量
同一生物在生长发育的不同时期含水量不同
细胞中的水
水的含量
一般是：幼年＞成年＞老年；幼嫩部分＞老熟部分
【探究1】结合教材P20第1段内容，分析下列图示数据，你能得出什么结论？
人体不同组织或器官中的含水量不同 组织器官 牙齿 骨骼 骨骼肌 心脏 血液
水含量 （质量分数，%） 10 22 76 79 83
细胞中的水
水的含量
同一生物个体不同组织/器官的含水量不同
【探究1】结合教材P20第1段内容，分析下列表格数据，你能得出什么结论？
1、水为什么能成为良好的溶剂？
细胞中的水
水的作用
【探究2】观看视频，结合教材P20-21楷体字内容，思考下列问题：
2、水为什么具有支持生命的独特性质？
空间结构：
电子不对称分布
极性
分子
带电分子或离子
易与水结合
（1）分子极性和氢键 → 水在常温下能够维持液体状态，具有流动性。
（2）氢键 → 水具有较高沸点、熔点、比热容。
一、水是细胞内良好的溶剂：
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；
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，氢的一端稍带正电；
水分子的空间结构及电子的不对称分布，使得水分子成为一个极性分子；
带有正电荷或负电荷的分子（或离子）都容易与水结合，因此，水是良好的溶剂。
细胞中的水
水的作用
二、参与细胞内的许多生物化学反应：
光合作用
细胞中的水
水的作用
细胞呼吸
细胞中的水
水的作用
三、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：
细胞中的水
水的作用
四、在生物体内运送营养物质和排除废物：
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，也把各个细胞在新陈代谢中产生的废物运送到排泄器官或直接排出体外。
某种运动员饮料的化学成分表如下表所示。请回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题：
问题探讨
1、喝饮料主要是给身体补充水，水在细胞中起什么作用？
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
氯化钠 1.0
氯化钾 0.1
磷酸二氢钠 0.1
磷酸二氢钾 0.1
碳酸氢钠 0.1
运动员饮料的化学成分表
（1）水是细胞结构的重要组成成分
（2）水是细胞内的良好溶剂
（3）为细胞提供液体环境
（4）运送营养物质和排除细胞代谢产生的废物
各种生物体的一切生命活动都需要水！
细胞中的水
水的存在形式
【探究3】阅读下面的资料1和2，结合教材P21第一段，思考讨论问题：
资料1：人的心肌含水量约为79％，血液含水量约为83％，二者的含水量相差不多，可在形态上差异很大，前者是固态，后者是液态。
资料2：新鲜的黄豆种子晒干之后易于贮存，干的黄豆种子用水浸泡后可以很快萌发。
1、完成下列表格内容：
存在形式 定义 含量 作用
自由水
特点：易蒸发，可流动。 结合水
79%
为什么心肌与血液的含水量相差无几（79% vs 83%），但两者的形态却截然不同？
细胞中的水
水的存在形式
83%
水的存在形式不同
血液中主要是自由水，心脏中结合水比例相对较高。
细胞中的水
水的存在形式
2、分析资料2，思考讨论：在这个过程中，细胞内的水分是如何变化的？这和细胞的代谢和抗逆性又有什么关系？
代谢越弱
（抗逆性越强）
自由水
————
结合水
代谢越强
（抗逆性越弱）
减小
增大
利于
生长发育
自由水和结合水的含量不是绝对的，在一定条件下可以相互转化。
抗逆性 —— 细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力
便于储藏，抵御干旱、寒冷等不良环境
自由水和结合水的关系
细胞中的水
水的存在形式
1、自由水和结合水在一定条件下存在着动态转化：
环境恶化
细胞衰老
生命活动增强
自由水↓ 结合水↑
自由水↓ 结合水↑
自由水↑ 结合水↓
2、自由水与结合水相互转化的原因：
水分子与细胞内的亲水性物质如蛋白质、淀粉等以氢键相结合成为结合水。
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。
新鲜豆子 晒干的豆子
沙漠植物 热带雨林植物
细胞中的水
联系生活
哪一个新陈代谢旺盛？哪一个自由水含量更多？
自由水含量越高，代谢越旺盛。
谁的抗逆性更强？谁的结合水含量更多？
结合水含量越高，抗逆性相对越强。
（一）以下实例中水主要以什么形式存在？
切西瓜时流出的瓜汁水
新鲜小麦种子晒干时丢失的水
小麦烘烤时丢失的水
（二）为什么烘干的小麦种子浸泡后不能萌发？
细胞中的水
联系生活
小麦种子烘干失去的是结合水，结合水是组成细胞和生物体的重要组成成分。
自由水
自由水
结合水
1、种子在贮存前需晒干。
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。
细胞中的水
联系生活
失去自由水，细胞仍有活性。
失去结合水，细胞失去生理活性。
升高结合水的比例，植物抗逆性增强。
细胞中的水
无机盐
将烘干的谷、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
思考·讨论
思考：少数无机盐在生物体内又是以什么形式存在的呢？
细胞中的无机盐
存在形式
（1）含量较多的阳离子： Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等。
（2）含量较多的阴离子： Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等。
细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。
少数无机盐是以化合物的形式存在于生物体内的，如：动物牙齿和骨骼中的Ca是以磷酸氢钙【Ca10(PO4)6(OH)2】形式存在。
无机盐是细胞中含量很少的无机盐，仅占细胞鲜重的1%~1.5%。
从“组成细胞的主要化合物及相对含量”图中能得出什么结论？
无机盐在细胞中含量很少，是不是对生命活动可有可无呢？
细胞中的无机盐
组成细胞的主要化合物及相对含量
资料1：下图是一种叶绿素分子和血红蛋白的结构示意图
1、植物体缺Mg会影响光合作用，为什么？
思考·讨论
叶绿素 血红蛋白
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。
2、有一种贫血症叫缺铁性贫血症，为什么缺Fe会导致贫血？
思考·讨论
叶绿素 血红蛋白
资料1：下图是一种叶绿素分子和血红蛋白的结构示意图
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。
无机盐的作用：（1）参与细胞内复杂化合物的组成
资料2：植物在缺乏N、P、K等营养物质时会出现各种症状，因此生产过程中常要给植物施肥。玉米在生在过程中缺乏P，植物就会特别矮小，根系发育差，叶片小且暗绿偏紫色。
3、植物体缺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。
思考·讨论
这说明了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，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。因此，缺乏P的植株会由于糖类代谢障碍而出现叶片颜色异常，并且长得矮小、结实率低。
无机盐的作用：（2）维持细胞和生物体正常生命活动
资料3：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？
思考·讨论
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。
无机盐的作用：（3）维持细胞正常形态和生物体内环境渗透压稳定。
资料4：激烈运动后会感到腰酸、膝盖酸的原因是运动时产生了乳酸，但人体血液的pH没有因此而降低，还是维持在7.35~7.45之间。
其调节机理如下：
乳酸 + NaHCO3 → 乳酸钠 + H2CO3
H2CO3 → H2O+CO2
由此，你能得出什么结论
思考·讨论
无机盐的作用：（4）无机盐可以维持细胞的酸碱平衡。
无机盐的作用
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。
维持机体正常的生命活动。
哺乳动物的血液中Ca2+含量太低，会出现抽搐等症状；Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最后引起肌肉酸疼、无力等。
维持细胞的渗透压和酸碱平衡。
哺乳动物的血液中Ca2+含量太低，会出现抽搐等症状；Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最后引起肌肉酸疼、无力等。
细胞中的无机盐
某种运动员饮料的化学成分表如下表所示。请回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题：
问题探讨
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？
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
氯化钠 1.0
氯化钾 0.1
磷酸二氢钠 0.1
磷酸二氢钾 0.1
碳酸氢钠 0.1
运动员饮料的化学成分表
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。
细胞中的无机盐
例子1：患急性肠炎的病人（肚泻）脱水时需要及时补充水分，同时也需要补充体内丢失的无机盐。因此，输入葡萄糖盐水是常见的治疗方法。
例子2：大量出汗会排出过多的无机盐，导致体内的水盐平衡和酸碱平衡失调，这时应多喝淡盐水。
联系生活
归纳·小结
小试牛刀
1、下列关于氢键的说法，正确的是(　　)
A. 在水分子的内部可形成氢键B. 由于氢键的存在，水具有较高的比热容C. 1个水分子最多可通过氢键与另外2个水分子相连D. 氢键的形成与水分子的极性无关
B
解析：在水分子之间可形成氢键，A错误；由于氢键的存在，水具有较高的比热容，B正确；1个水分子最多可通过氢键与另外4个水分子相连，C错误；氢键的形成与水分子的极性有关，D错误。
小试牛刀
2、下列与水分子生理功能相关的叙述，正确的是(　 　)
A. 自由水是细胞中溶解各种物质的良好溶剂
B. 自由水可以把代谢产生的废物运出体外
C. 细胞内自由水比例越大，细胞代谢越旺盛，抵抗寒冷的能力越强
D. 细胞内结合水的存在形式主要是水与蛋白质、多糖、脂质相结合
B
解析：自由水是细胞内的良好溶剂，但其不能溶解各种物质，A错误；自由水可运送营养物质和新陈代谢中产生的废物，B正确；正常情况下，细胞内自由水比例越大，细胞代谢越旺盛，抵抗寒冷的能力越弱，C错误；细胞内结合水的存在形式主要是水与蛋白质、多糖等物质结合，一般不与脂质结合，D错误。
小试牛刀
3、(不定项)如图所示为钙和硼对某种植物花粉粒萌发和花粉管生长的影响。下列结论与结果相符的是( 　　)
A. 钙对花粉管生长速度有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉粒的萌发率
B. 硼对花粉粒萌发率有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉管的生长速度
C. 适宜浓度的硼或钙明显有利于花粉粒萌发或花粉管生长
D. 钙或硼对花粉粒萌发率和花粉管生长速度都有同样的影响
ABC
第2章 第3节
下节课继续学习
细胞中的糖类和脂质

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