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生石花
石头
石头和细胞都是由分子组成的，为什么细胞能表现出生命的特征呢？是因为细胞里含有特殊的生命元素吗？是组成细胞的分子有什么特殊之处吗？
番杏科生石花属多年生肉质草本植物
第2章 组成细胞的分子
《分子与细胞》
研究组成细胞的分子，实际上就是在探索生命的物质基础，帮助我们建立科学的生命观。
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
2.1细胞中的元素和化合物
问题探讨：
1.组成生物体的所有元素中，有没有哪一些元素是生物体所特有的？
没有。
这说明什么？
生物界和非生物界具有统一性。
2.生物体中的元素含量和无机环境中的含量有区别吗？
有，相差很大。
这又说明什么？
生物界和非生物界还具有差异性。
一、生物界与非生物界的关系：
统一性：
差异性：
组成细胞的化学元素在无机环境中都能找到。
细胞与无机环境中的各种化学元素的相对含量差别很大。
思考：组成细胞的元素追根溯源来自无机自然界，为什么细胞内各种元素的比例与无机自然界的大不相同？
生物体是按照生命活动的需要，有选择地从无机自然界获取元素。
二、组成细胞中的元素
玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量（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？
比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量，思考书上的三个问题：
一样，都是C、H、O、N。
与组成细胞的化合物有关，主要成分都是水、糖类、脂质和蛋白质等物质。
水（H、O）
糖类（C、H、O）
脂质（主要是C、H、O）
蛋白质（主要是C、H、O、N）
比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量
（2）细胞中有些元素含量较少，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。
玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量（干重，质量分数）
比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量
（3）比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量，你还能得出啊些结论？
①组成生物体的化学元素种类大体相同；
②C、H、O、N是生物体中元素含量最多的；
③不同生物体内，相同元素含量存在差异；
④同一生物体内，不同元素含量也有差异。
玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量（干重，质量分数）
（4）结合课本16页两个表格，回答以下问题：
①占细胞鲜重最多的四种元素依次是：
②占人体细胞干重最多的四种元素依次是：
③占玉米细胞干重最多的四种元素依次是：
O、C、H、N
C、O、N、H
O、C、H、N
（5）细胞中有些元素含量很少，是否意味着它们不重要？
不是。比如 I（碘元素）。I 在人体中参与合成甲状腺激素，若幼年时期缺 I，可能影响神经系统等的发育，导致出现“呆小症”；成年人缺 I，可能引起甲状腺肿大（俗称“大脖子病”）
结论
元素的统一性和差异性
二、组成细胞的元素
1、种类：
2、来源：
3、分类：
常见的有20多种
从无机自然界有选择地吸收
根据含量
大量元素：
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等
（含量较多，占生物体总重量万分之一以上的必需元素）
微量元素：
Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等
（含量很少，占生物体总重量万分之一以下的必需元素）
巧记方法：“铁猛碰新木桶”
根据作用
最基本元素：
基本元素：
主要元素：
C
C、H、O、N
C、H、O、N、P、S
对于生物体来讲，微量元素是否可有可无呢 生物体内含量在万分之一以下的都能称之为微量元素吗？
大量元素和微量元素都是生物体所必需的（其作用是其它元素不可替代的），但生物体内含有的元素不一定都是必需元素，如Pb。
最基本
大量
微量
判断：
1.生物体内B的含量低于Mg，说明其不重要。
2.生物体内含有的元素，无论含量多少，都是组成生物体所必需的元素。
×
×
思考：
１、为什么说C是够成细胞的基本元素？
A、C在细胞中的含量比较高，占细胞干重的48.4%；
B、C链构成生物大分子的基本骨架，而C可以形成4个化学键，因此可以形成成千上万个C原子的物质。
２、什么是细胞的湿重？什么是细胞的干重？湿重含量最多的元素是什么？干重含量最多的元素是什么？
干﹑鲜细胞对比图
组成人体细胞的主要元素（占细胞鲜重的百分比）
组成人体细胞的主要元素
（占细胞干重的百分比）
鲜重状态 干重状态
含量最多的元素
含量最多的四种元素
O
C>O>N>H
C
O>C>H>N
Q：细胞中原子个数最多的元素是什么元素？
几十年前,新西兰有一个牧场的大片牧草长势很弱,有的甚至发黄枯萎,即使使用了大量的N、P、K肥也无济于事,后来,人们偶然发现牧场内的一小片牧草长得十分茂盛,原来,这一片“绿洲”的附近有一座钼矿,矿工每天上下班总是抄近路走,他们的鞋子个踩过的地方,牧草绿油油的,经过科学家的化验和分析,一公顷牧草只需150克钼就足够了.
通过分析,你能得出什么结论呢
微量元素是生物体不可缺少的必需元素；在生物体中含量很少，但其作用是其它元素不可替代的。
大量元素和微量元素都是生物体所必需的，但生物体内含有的元素不一定都是必需元素。
元素分类 元素 作用 缺乏出现的相关症状
大量元素 Ca 持续神经兴奋等 抽搐、骨质疏松等
Mg 构成叶绿素等 叶片变黄等
微量元素 Fe 构成血红蛋白等 缺铁性贫血
Mn 形成叶绿素等 新叶失绿等
Zn 促进生长发育等 生长缓慢等
Cu 形成红血球的基本物质等 降低人体的免疫能力等
B 促进果实发育等 只开花不结果
Mo 促进骨骼的正常生长等 骨骼畸形、软骨受损等
…… 细胞中约20种元素 元素缺乏与疾病的相关性：
组成细胞的各种
元素又是以什么
形式存在的呢
组成细胞的各种元素大多数以化合物的形式存在
三、组成细胞的化合物
（1）元素存在形式：大多以 的形式存在。
（2）化合物的种类及相对含量：
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
1%～1.5%
70%～90%
1%～1.5%
7%～10%
1%～2%
区别主要看它们的分子组成中是否有碳元素。
如：糖类是有机物，由C、H、O三种元素组成；水是无机物，由H、O二种元素组成。
这不是严格意义上的区别，严格区分参照化学教科书
有机化合物和无机化合物有什么区别？
【活动】根据教材P17图2－1填空。
（1）细胞内含量最多的无机化合物是 。活细胞内含量最多的化合物是 。占细胞鲜重最多的化合物是 。占细胞鲜重50%以上的化合物是 。沙漠植物细胞中含量最多的化合物是 。
（2）细胞内含量最多的有机化合物是 。 细胞内含量仅次于水的化合物是 。 占细胞干重最多的化合物是 。 占细胞干重50%以上的化合物是 。
水
水
水
水
水
蛋白质
蛋白质
蛋白质
蛋白质
【思考】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区别吗？
果实细胞中糖类和水等物质较多，不含叶绿素
（3）不同生物组织的细胞中各种化合物的含量是有差别的。
(4)辨析不同生物材料中富含的有机物成分？
①玉米种子 ②牛奶 ③甘蔗的茎 ④鸡蛋 ⑤花生种子 ⑥甜菜的块根 ⑦蓖麻种子 ⑧大豆种子 ⑨苹果
富含糖类？
富含脂肪？
富含蛋白质？
①③⑥⑨
⑤⑦
②④⑧
（1）组成地壳的元素在细胞中都能找到（　　）
（2）细胞中含量很少的元素都是微量元素（　　）
（3）大量元素和微量元素的划分依据是其发挥生理作用的大小（　　）
（4）沙漠中的仙人掌细胞中含量最多的化合物是水（　　）
【判断正误】
探究实践：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
《教材》P18
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。
原理？
还原糖的鉴定？
脂肪的鉴定？
蛋白质的鉴定？
淀粉的鉴定？
1、实验原理
还原糖 + 斐林试剂→砖红色沉淀
脂肪 + 苏丹Ⅲ→橘黄色
（脂肪+苏丹Ⅳ →红色）
蛋白质 + 双缩脲试剂→紫色
淀粉 + 碘→蓝色
2、目的要求：
尝试用化学试剂检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质。
3、材料用具：
（1）实验材料：苹果汁、花生种子、花生汁、马铃薯片、豆浆、鲜肝液
（2）仪器：
（3）试剂：斐林试剂、苏丹Ⅲ、碘液、双缩脲
4、实验流程(步骤)
（1）还原糖的检测和观察
且必须是可溶性还原糖
属于还原糖的有：单糖、麦芽糖、乳糖
属于非还原糖的有：蔗糖、多糖
斐林试剂是甲液NaOH和乙液CuSO4混合后才可使用，因为其反应原理是还原糖中的醛基被Cu（OH）2氧化，Cu（OH）2被还原成Cu2O
不能用酒精灯直接加热
①还原糖的检测与观察
【实验结果】
【思考】鉴定可溶性还原糖的实验材料是否可选择西瓜、番茄、马铃薯、甘蔗组织样液？
不可以。
西瓜和番茄组织样液本身的颜色对于鉴定时的颜色反应起着掩盖作用，导致实验现象不明显；
深颜色材料，影响观察，对实验结果产生干扰。
呈现蓝色
变成砖红色
棕色
结论：试管A中出现了砖红色沉淀，说明植物组织样液中含有还原糖。
还原糖的检测和观察：
②分析检测试剂斐林试剂
项目 斐林试剂
成分 （甲液）和 （乙液）
使用方法 斐林甲液和乙液等量混匀后立即使用，必须现配现用
鉴定原理 新配制的Cu（OH）2与加入的还原糖在 条件下反应，Cu（OH）2被还原生成 色的Cu2O沉淀
原理实质
使用条件 温度水浴加热
颜色反应 → 棕色 → 砖红色（沉淀）
0.1 g/mL的NaOH溶液
0.05 g/mL的 CuSO4溶液
水浴加热
砖红
50～65 ℃
蓝色
实际使用的是新制的Cu(OH)2
(2)脂肪的检测和观察
取材：花生种子（浸泡３－４h），去皮，将子叶削成薄片
制片：
①选取最薄的薄片移至载玻片中央
②在薄片上滴加苏丹Ⅲ(或苏丹Ⅳ) 染液2 － 3滴，染色２－３min
③滴加体积分数为50%的酒精溶液1—2滴，洗去浮色
(多余的苏丹Ⅲ )
④吸去余液，滴1-2滴蒸馏水，盖上盖玻片，制成临时装片
显微观察：
先在低倍镜下找到已着色的薄片，后用高倍镜观察
现象：
有被染成橘黄色(或红色)的脂肪微粒
徒手切片
苏丹Ⅲ能溶于酒精
关键？
控制时间
原理？
脂肪的检测与观察
脂肪颗粒
结论：圆形小颗粒呈橘黄色，证明有脂肪存在
注意：若要观察被染色的脂肪颗粒，则使用显微镜，但若只要观察溶液颜色变化，则不必使用显微镜。
脂肪的检测结果
稀释10倍以上，否则实验后易黏附在试管壁上
双缩脲试剂是使用时先加A液，再加B液，因为其反应原理是具有两个或以上肽键的化合物在碱性条件下与Cu2+反应生成络合物，所以要先营造一个碱性环境。
(3)蛋白质的检测和观察
蛋白质的检测与观察
蛋白质的检测原理：
铜离子在碱性溶液中与蛋白质的肽键(至少是三肽)反应发生双缩脲
1、用鸡蛋蛋白时，一定要加以稀释，如果稀释不够，与双缩脲试剂发生反应后会粘固在试管内壁上，使反应不彻底，且试管不易洗净。
2、双缩脲使用时，应先加A液造成碱性环境，再加B液。
3、在鉴定实验前，可以留出一部分样液，以便与鉴定样液的颜色变化作对比，以增强说服力。
实验注意事项：
蛋白质的检测结果
斐林试剂与双缩脲试剂的比较
斐林试剂 双缩脲试剂 甲液 乙液 A液 B液
成分 （质量浓度）
鉴定物质 添加顺 序方法 反应条件 反应现象 原理 0.1g/mLNaOH
0.05g/mLCuSO4
0.1g/mLNaOH
0.01g/mLCuSO4
还原糖（葡萄糖、麦芽糖等）
蛋白质
现配现用，甲、乙液等量混合均匀后注入
先加入A液摇匀，后加入B液摇匀
50-650C水浴加热
不加热
砖红色沉淀
紫色
还原性糖+Cu(OH)2→Cu2O (砖红色沉淀)
碱性条件下蛋白质（含两个以上肽键）+Cu2+→紫色络合物
斐林试剂与双缩脲试剂的“一同三不同”
鉴定还原糖时将甲、乙两液等量混匀、现配现用，且需水浴加热；鉴定蛋白质时先加A液1mL摇匀，再加B液4滴，振荡摇匀即可
(4)淀粉的检测
马铃薯匀浆
检测
组织样液2mL
碘液2滴
结论：
组织样液中存在淀粉。
摇匀后变成蓝色
取材：
【核心归纳】
（1）所选材料应富含被检测的有机物，易出现明显的实验现象。
（2）材料本身应为白色或近于白色，不干扰实验结果。
2．三类有机物的检测在操作步骤上的差异
（1）唯一需要加热的——还原糖的检测，若不加热，则无砖红色沉淀出现。
（2）唯一需要显微镜的——花生子叶切片脂肪的检测。
（3）混合后加入的——斐林试剂；分别加入的——双缩脲试剂。
1．实验材料的选择
3．易错警示
（1）易忽略斐林试剂本身的颜色
非还原糖（如蔗糖）＋斐林试剂水浴加热后的现象不是无色，而是蓝色[Cu（OH）2的颜色]。
（2）误认为脂肪的检测必须使用显微镜
若要观察被染色的脂肪颗粒，则使用显微镜，但若只观察溶液颜色变化，则不必使用显微镜，可以在制备的组织样液中加入苏丹Ⅲ染液，观察溶液的颜色变化。
1、在做还原糖、蛋白质鉴定的实验时，为什么要留出一部分样液？
作对照
2、使用双缩脲试剂时为什么B液只能加3～4滴而不能过量？
过量的双缩脲试剂B会与试剂A反应，使溶液呈蓝色，而掩盖生成的紫色。
3、为什么斐林试剂要现配现用，不能放置太久？
时间太长，Cu(OH)2悬浊液就沉淀在试管底部而无法参与反应。
问题探讨:：
　　洋葱在欧美被誉为“蔬菜皇后”，其肥大的鳞茎中含糖类8.5%，每100克含维生素A 5毫克、维生素C 9.3毫克、钙(Ca)45毫克、磷(P)50毫克、铁(Fe)8毫克，以及18种氨基酸，是不可多得的保健食品。那么洋葱肥大的鳞茎中所含有的糖类是淀粉还是可溶性还原糖？生物学兴趣小组的同学以此作为研究课题。请你帮助他们完成下面的实验研究报告。
　　（1）实验目的：
　　探究洋葱肥大的鳞茎中所含的糖是淀粉还是可溶性还原糖。
　　（2）实验原理：淀粉可用______来检测，可溶性还原糖可用______试剂来检测。
　　（3）实验器材：洋葱、所需试剂和仪器等（略）。
　　（4）实验步骤：Ⅰ. 鉴定可溶性还原糖：
　　①制备洋葱组织样液，取样液2 mL注入试管；
②_____________________________________________________________________；
　　③观察颜色变化。
碘液
斐林
加入新制的斐林试剂1 mL混匀，将试管置于50℃～65℃的水浴锅中加热2 min
例题
现象 结论
①若步骤Ⅰ出现____________， 　步骤Ⅱ出现__________。 说明洋葱鳞茎中所含的糖类，
既有还原糖又有淀粉。
②若步骤Ⅰ________________， 步骤Ⅱ____________。 说明洋葱鳞茎中所含的糖类只有还原糖而没有淀粉。
③若________________________， 　_________________。 说明洋葱鳞茎中所含糖类，_____________________。
　　Ⅱ. 鉴定淀粉：①制备洋葱组织样液，取样液2 mL注入试管；②______________；③观察颜色变化。
　　（5）预期实验结果与结论：
加入2滴碘液
砖红色沉淀　
出现砖红色沉淀　
蓝色　
不出现蓝色　
步骤Ⅰ不出现砖红色沉淀 　
没有还原糖只有淀粉
步骤Ⅱ出现蓝色
（1）西瓜、番茄等都含有较多的糖，因此可用于还原糖的鉴定（　　）
（2）甘蔗富含糖，是做还原糖鉴定的理想材料（　　）
（3）非还原糖与斐林试剂混合后经水浴加热后的现象是溶液为无色
（　　）
【判断正误】
小结：
P18：练习与应用
1、（1）√（2）×（3）√
3、C 4、B
拓展应用
1、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、不能。生命系统内部是一个严谨有序的结构，不是物质随意堆砌而成的。
沙场点兵
1、下列关于实验操作步骤的叙述中，正确的是（　　）
A．用于鉴定可溶性还原糖的斐林试剂甲液和乙液，可直接用于
蛋白质的鉴定
B．鉴定可溶性还原糖时，要加入斐林试剂甲液后再加入乙液
C．脂肪的鉴定实验中需用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪颗粒
D．用于鉴定蛋白质的双缩脲试剂A液和B液，要混合均匀，
再加入含样品的试管中，且现配现用
C
除了蛋清和大豆等植物外，蛋白质酶也能与双缩脲试剂发生紫色反应
2、下列健康人的4种液体样本中，能与双缩脲试剂发生紫色反应的是（ ）
①尿液 ②胃液 ③汗液 ④唾液
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
D
3、如图为元素在生物体内的含量分布情况，下列叙述不正确的是（　　）
D
A．Ⅰ在非生物界中都能找到，体现了生物界与非生物界的统一性
B．Ⅱ含量虽少，却是生物体正常生命活动不可缺少的
C．Ⅱ和Ⅲ为生物体的必需元素，一旦缺乏就可能会导致相应的病症
D．P、S、K、Ca、Fe属于大量元素
4、生命的物质基础是组成细胞的元素和化合物，如图中序号代表不同的化合物，面积不同代表含量不同，其中Ⅰ和Ⅱ代表两大类化合物。下列叙述正确的是（多选）（　 　）
A．若Ⅴ和Ⅵ分别代表蛋白质和脂质，则Ⅶ代表核酸
B．细胞干重和鲜重中含量最多的化合物分别是Ⅴ和 Ⅲ
C．医用的生理盐水和糖溶液中的溶质分别属于Ⅳ和Ⅴ
D．上述物质中氧原子含量最高的化合物是 Ⅲ
BD
5．关于生物体内的化学元素的说法中正确的是（　 ）
A．不同生物，组成生物体的化学元素的种类和含量大体相同
B．无机自然界中存在的化学元素在生物体内都可找到　　
C．生物体内的C元素是最基本的元素，含量总是最多的
D．微量元素在生物体内含量很少，却是生物生活所必需的
D
谢谢！

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