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第2单元 组成细胞的分子
第1课时　细胞中的元素和化合物
1.简述组成细胞的主要元素,了解最基本元素——碳。
2.尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质,探讨细胞中主要化合物的种类。
3.说出生物界和非生物界在元素组成上的统一性和差异性。
课程重点: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。
课程难点: 1.构成细胞的最基本元素是碳;2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
教学建议:比较组成地壳和细胞的部分元素的含量,观察组成人体细胞的主要元素(占鲜重和干重的百分比)图,熟记组成细胞的大量元素和微量元素的种类;归纳总结生物界和非生物界之间的统一性和差异性,各种化学元素在生命体系中不是简单的堆积、组合,而是以特殊的、有序的方式结合在一起才出现生命现象,这也是生物界和非生物界的根本区别。明确生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质检测的原理、实验过程和操作步骤。
　　一、组成细胞的元素
1.生物界与无机自然界具有①　统一性　:组成细胞的化学元素在无机自然界都可以找到。
2.生物界与无机自然界存在②　差异性　:组成生物体的化学元素在细胞内的含量与在非生物中的含量明显不同。
3.组成生物体的化学元素有20多种:
大量元素:③　C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg　等。
微量元素:④　Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo　等。
最基本元素:⑤　C　。
主要元素:⑥　C、O、H、N、S、P　。
细胞中含量最多的4种元素:⑦　C、O、H、N　。
二、组成细胞的化合物
1.无机物:包括⑧　水　和⑨　无机盐　。有机物:包括⑩　蛋白质　、　脂质　、　糖类　、　核酸　。
2.在活细胞中含量最多的化合物是　水　(85%~90%);含量最多的有机物是　蛋白质　(7%~10%);占细胞鲜重比例最大的化学元素是　O　;占细胞干重比例最大的化学元素是　C　。
三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的原理
糖类中的还原糖(如葡萄糖、果糖、麦芽糖),与斐林试剂发生作用,生成　砖红色沉淀　。脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成　橘黄色　(或被苏丹Ⅳ染液染成　红色　)。淀粉遇碘变　蓝色　。蛋白质与双缩脲试剂发生作用,产生　紫色反应　。
1.(2015届山东德州高一月考)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非生物界中也都存在,这一事实主要说明了(　　)。
A.生物与非生物没有区别
B.生物来源于非生物
C.生物界与非生物界具有统一性
D.生物界与非生物界具有差异性
【解析】组成生物体的元素在非生物界中也都存在,这一事实主要说明了生物界与非生物界的统一性。
【答案】C
2.(2014年晋江侨声月考)在生物体内含量极少,但对维持生物体正常生命活动必不可少的元素是(　　)。
A.Fe、Mn、Zn、Mg　　　B.Zn、Cu、Mn、Ca
C.B、Mn、Cu、Mo D.Zn、Cu、Mg、Mn
【解析】组成生物体的化学元素虽然大体相同,但是含量不同。根据组成生物体的化学元素在生物体内含量的不同,可分为大量元素和微量元素。其中大量元素有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg,微量元素有Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。在生物体内含量极少,但对维持生物体正常生命活动必不可少的元素是指微量元素。
【答案】C
3.肌肉细胞内含量最多的化合物是(　　)。
A.蛋白质　　B.脂肪　　　C.水　　　　D.核酸
【解析】肌肉细胞内含最多的化合物是水。
【答案】C
4.(2015届哈尔滨高一期中)下图表示人体细胞中四种主要元素占细胞鲜重的百分比,其中表示碳元素的是(　　)。
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
【解析】在细胞的鲜重中,元素含量从高到低依次为O>C>H>N,可见碳元素的含量为第二,联系题目中所给图,可以得出表示碳元素的是乙。
【答案】B
5.(2014年辽宁师大附中高一月考)在“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”的实验中,对实验材料的选择,错误的是(　　)。
A.甘蔗茎、甜菜的块根等都含有较多的糖,且近于白色,因此可以用于还原糖的鉴定
B.花生种子含脂肪多,且子叶肥厚,是用于脂肪鉴定的理想材料
C.大豆种子蛋白质含量高,是进行蛋白质鉴定的理想植物组织材料
D.马铃薯块茎中淀粉含量较高,是进行淀粉鉴定的理想材料
【解析】还原糖的鉴定选材要从含还原糖和颜色两方面考虑;脂肪的鉴定材料要含脂肪丰富;蛋白质的鉴定材料必须含蛋白质,可选鸡蛋和大豆。进行还原糖的检验用的是还原糖,还原糖有葡萄糖、果糖和麦芽糖,而甘蔗茎和甜菜根含有的是蔗糖,蔗糖不是还原糖,A错误。
【答案】A
知识点一:组成细胞的化学元素
1.划分大量元素和微量元素的依据是什么 组成生物体的化学元素主要包括哪些
答案:划分依据是元素在生物体内的含量,即是否达到生物体总重量的万分之一。组成生物体的化学元素包括大量元素和微量元素。大量元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等,微量元素包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
2.请用数学集合描述细胞元素的关系。
答案:
知识总结
本知识点应该掌握组成细胞的化学元素有哪些,怎么分类,有什么作用等。同时要注意以下几点:
1.大量元素和微量元素是根据其含量来划分的,不是根据其生理作用来划分的。
2.碳是最基本元素不是因为干重含量最多,而是因为碳容易构成基本骨架,是大分子物质形成的基础。
例1　科学家在利用无土栽培法培养一些名贵花卉时,培养液中添加了多种必需化学元素。其配方如下:
离子 K+ Na+ Mg2+ Ca2+ N H2P S Zn2+
培养液浓度 (mmol/L) 1 1 0.25 1 2 1 0.25 1
其中花卉根细胞吸收最少的离子是(　　)。
A.Ca2+　　　B.S　　　C.Zn2+　　　D.H2P
【解析】表中数据显示,该培养液含大量元素O、N、P、S、K、Ca、Mg和微量元素Zn,大量元素和微量元素都是生物必需元素,其中微量元素Zn需要量最少,根细胞吸收量也最少。
【答案】C
　 技巧归纳
大量元素和微量元素划分的依据就是看元素占生物总重量是否达到万分之一。所以,一般来说,植物根从土壤中吸收的大量元素的量总是要多于微量元素的量。解题时,不能被培养液中各元素含量所左右,而错误地认为培养液中含量相对最少的元素就是植物生长发育需要量最少的元素;对于微量元素,可以用一句口诀来记忆:新(Zn )铁(Fe)臂(B)阿童(Cu)木(Mo)猛(Mn)。
知识点二:实验——检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的原理分别是什么
答案:还原糖与斐林试剂作用,生成砖红色沉淀;脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色(或被苏丹Ⅳ染液染成红色);蛋白质与双缩脲试剂作用,产生紫色反应。
2.为什么不能用绿色叶片、西瓜、血液等作为还原糖鉴定实验的材料
答案:防止这些实验材料中的色素或颜色物质对实验结果的干扰。
3.斐林试剂和双缩脲试剂在使用方法上有何不同
答案:斐林试剂:甲液和乙液等量混合均匀后,再加入样液;需沸水浴。
双缩脲试剂:先加1 mL A液形成一个碱性环境,再加入4滴B液,让Cu2+在碱性环境下与肽键(样液)反应;不需加热。
4.实验材料的选择应怎样把握 请完成下表内容。
实验名称 材料要求 举例
检测糖类
检测脂肪
检测蛋白质
　　答案:
实验名称 材料要求 举例
检测糖类 还原糖含量高、颜色浅或近于白色 如苹果、梨、白萝卜
检测脂肪 富含脂肪的种子 如花生种子
检测蛋白质 富含蛋白质的生物组织或器官 如大豆、鸡蛋
知识总结
在本实验的学习中,要掌握实验材料、试剂的选择,实验原理、步骤及现象。同时要注意以下几点:
1.在做颜色反应有关的实验时,所选择的材料应该是无色、白色或近乎白色的,若所选的实验材料有颜色,则需要脱色处理。
2.在本知识点的几个有关实验中,只有脂肪的鉴定用到了显微镜,只有还原糖的鉴定需要水浴加热。
例2　现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶(化学本质是蛋白质,可以催化淀粉分解为还原糖)溶液各一瓶,请用双缩脲试剂、斐林试剂和淀粉溶液将它们鉴定出来。
(1)先用一种试剂将上述4种溶液区分为两组,这种试剂是　　　　,其中发生显色反应的一组是　　　　和　　　　溶液,不发生显色反应的一组是　　　　和　　　　溶液。
(2)再用　　　　试剂区分不发生显色反应的一组溶液,出现　　　　的是　　　　,另一种是　　　　。
(3)区分发生显色反应一组溶液的方法及鉴定结果是

　。
【解析】(1)由于稀蛋清和淀粉酶溶液的本质是蛋白质,蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应,而葡萄糖和淀粉不与双缩脲试剂反应,所以可以用双缩脲试剂将4种溶液分为两组;(2)葡萄糖属于还原糖,可与斐林试剂作用产生砖红色沉淀,而淀粉不能,所以可用斐林试剂将淀粉与葡萄糖分开;(3)淀粉可被淀粉酶分解形成还原糖,还原糖可与斐林试剂反应产生砖红色沉淀,而稀蛋清无这一特性,所以可以用淀粉将稀蛋清和淀粉酶区分开。
【答案】(1)双缩脲试剂　稀蛋清　淀粉酶　葡萄糖　淀粉
(2)斐林　砖红色沉淀　葡萄糖溶液　淀粉溶液　(3)将淀粉溶液分别与发生显色反应的两种溶液混合,一段时间后,用斐林试剂分别处理上述两种混合液,观察到无颜色变化的溶液是稀蛋清溶液,出现砖红色沉淀的溶液是淀粉酶溶液
　 技巧归纳
解这类实验题,一般要熟练掌握显色反应的实验原理,然后根据实验原理选择相应的试剂进行检测,通过是否发生反应及产生的颜色变化来区别待测材料的成分。另外分清待测材料的化学本质也是解题的关键。
1.细胞中含量最多的元素和组成生物体的最基本元素分别是(　　)。
A.C,O　　　B.H,C　　　C.O,C　　　D.O,N
【解析】在各种细胞中水的含量都是最多的,而水中含量最多的是氧元素。生物体的各种生物大分子都是在碳原子通过化学键连结成的链或环的基础上形成的,可以说地球上的生命是在碳元素的基础上建立起来的,因此碳元素是最基本的元素。
【答案】C
2.下列有关组成生物体化学元素的叙述,正确的是(　　)。
A.组成生物体和组成无机自然界的化学元素中,碳元素的含量最多
B.人、动物与植物所含的化学元素的种类差异很大
C.组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到
D.不同生物体内各种化学元素的含量比例基本相同
【解析】本题考查生物界与非生物界既有统一性又有差异性的观点。生物体内的元素都是从无机自然界中吸收的,所以组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到。
【答案】C
3.青苹果汁遇碘溶液呈蓝色,熟苹果汁能与斐林试剂发生反应,这说明(　　)。
A.青苹果汁中含淀粉,不含糖类
B.熟苹果汁中含糖类,不含淀粉
C.苹果转熟时,淀粉水解为单糖
D.苹果转熟时,单糖聚合成淀粉
【解析】青苹果中的储存物为淀粉等大分子物质,其中的淀粉可遇碘液变蓝。在苹果成熟过程中,果肉细胞内会发生一系列生化变化,在淀粉酶等的作用下,将淀粉等水解成可溶于水的小分子物质,其中的还原性单糖可与斐林试剂发生反应。
【答案】C
4.(2015年安庆五校期中)下列关于实验操作步骤的叙述正确的是(　　)。
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.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滴
C.鉴定可溶性还原糖时,要加入斐林试剂甲液后再加入乙液
D.用于鉴定蛋白质的甲液和乙液,要混合均匀,再加入含样品的试管中,且现配现用
【解析】斐林试剂和双缩脲试剂浓度不同;脂肪的鉴定需要用显微镜才能看到被苏丹Ⅲ染成橘黄色的脂肪滴;鉴定还原糖时斐林试剂是混匀后再加入;鉴定蛋白质是先加双缩脲试剂A液,再加B液。
【答案】B
5.下列有关图示的分析,不正确的是(　　)。
A.如果该图表示组成活细胞的化合物,则甲中含有的元素为H、O
B.如果该图表示的是组成活细胞的化合物,则甲是蛋白质
C.如果该图表示的是组成活细胞中的元素,则甲是O元素
D.如果该图表示的是组成活细胞中的元素,则其中Mo的含量很少
【解析】本题主要考查对图表、数字的分析和综合判断能力及获取信息的能力,主要考查的知识点是组成生物体的化学元素等基础知识。若该图表示组成活细胞的化合物,则甲为水,而非蛋白质,甲中含有的元素为H、O,故A正确,B错;如果该图表示的是组成活细胞中的元素,则甲是O元素,C正确;活细胞中Mo为微量元素,含量很少,D正确。
【答案】B
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.牛通过吃草从草中获得化合物和元素,那么,牛和草体内的各种化学元素(　　)。
A.种类差异很大,含量大体相同
B.种类和含量差异都很大
C.种类和含量都大体相同
D.种类大体相同,含量差异很大
【解析】牛是动物,草是植物,两者都是生物。组成生物的化学元素种类大体相同,但动植物体中各种化学元素的含量差异很大。
【答案】D
2.生长在沙漠中的仙人掌,在其肉质茎的细胞中含量最多的化合物是(　　)。
A.蛋白质　　B.脂质　　　C.糖类　　　D.水
【解析】正常生活的细胞中,含量最多的化合物是水。
【答案】D
3.保健品黄金搭档组合维生素片中含钙、铁、锌、硒等矿质元素,其中属于组成生物体的大量元素的是(　　)。
A.钙　　　　B.铁　　　　C.锌　　　　D.硒
【解析】生物体的大量元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg。
【答案】A
4.下列与实验有关的叙述错误的是(　　)。
A.用双缩脲试剂检测蛋白质需要加热
B.可溶性还原糖的鉴定,不可用酒精灯直接加热
C.观察花生子叶中的脂肪滴需要使用显微镜
D.使用斐林试剂最好现配现用
【解析】蛋白质的鉴定不需要加热,故A错;鉴定还原糖时不能用酒精灯直接加热,需水浴加热,故B正确;在还原糖、脂肪和蛋白质的鉴定中,观察花生子叶中的脂肪滴需要使用显微镜,故C正确;斐林试剂在使用时需现配现用,故D正确。
【答案】A
5.大量元素和微量元素都是植物生长所必需的,某人在配制无土栽培培养液时使用了NH4NO3、KNO3、CaCl2、MgSO4、微量元素溶液,还应添加的化合物是(　　)。
A.Ca(NO3)2　　B.KCl　　C.KH2PO4　　D.K2SO4
【解析】植物必须的大量元素有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg。培养液中缺乏大量元素P,所以还应添加的是KH2PO4。
【答案】C
6.在使用斐林试剂和双缩脲试剂来鉴定组织中还原糖和蛋白质的实验中,两种试剂的主要区别是(　　)。
A.配制时所用的CuSO4和NaOH溶液浓度都不相同,加入到组织样液的时间顺序也不同
B.配制时所用的CuSO4和NaOH溶液浓度都相同,只是加入到组织样液的时间顺序不同
C.配制时所用的CuSO4溶液浓度不相同,加入到组织样液的时间顺序也不同
D.配制时所用的NaOH溶液浓度不相同,加入到组织样液的时间顺序也不同
【解析】配制两种试剂时所用的NaOH溶液浓度相同,都为0.1 g/mL。CuSO4溶液浓度不相同,配制斐林试剂时所用的CuSO4溶液浓度为0.05 g/mL,而配制双缩脲试剂时所用的CuSO4溶液浓度为0.01 g/mL。斐林试剂的CuSO4溶液和NaOH溶液应混合后使用,而用双缩脲试剂时,先加NaOH溶液,后加CuSO4溶液。
【答案】C
7.在还原性糖、脂肪、蛋白质的鉴定实验中,最佳的一组实验材料是(　　)。
①甘蔗的茎　②玉米种子　③花生种子　④梨　⑤甜菜的块根　⑥豆浆　⑦鸡蛋清
A.④②⑥ B.⑤②⑦ C.①②⑥ D.④③⑥
【解析】甘蔗的茎、甜菜的块根中含量较多的是蔗糖,蔗糖不是还原糖;玉米种子主要含淀粉;鸡蛋清也可做蛋白质鉴定实验,但需要稀释,若稀释度不够,与双缩脲试剂发生反应后会黏固在试管的内壁上,使反应不彻底,并且试管也不容易刷洗干净。
【答案】D
8.(2015年安庆五校期中)下图表示人体细胞中各种化合物或主要元素占细胞鲜重的含量,以下按①②③④顺序排列正确的是(　　)。
A.蛋白质、水、脂质、糖类,C、O、H、N
B.蛋白、水、脂质、糖类,N、H、O、C
C.水、蛋白质、脂质、糖类,H、O、N、C
D.水、蛋白质、糖类、脂质,N、H、C、O
【解析】本题考查组成细胞的元素和化合物,意在考查考生对知识点的识记掌握程度。人体细胞中化合物占细胞鲜重的含量由高到低是水、蛋白质、脂质和糖类,元素含量由高到低是O、C、H、N,故选A。
【答案】A
9.下表是组成地壳和组成细胞的部分元素含量(%)。
O Si C N H
地壳 48.60 26.30 0.087 0.03 0.76
细胞 65.0 极少 18.0 3.0 10.0
请据表回答下列问题:
(1)组成细胞的化学元素在地壳中都普遍存在,没有一种化学元素是细胞特有的,这一事实说明　。
(2)由表中数据可知,同一元素在细胞和地壳中含量相差甚远,这一事实说明　。
(3)由上表中数据可知,组成细胞的化学元素中,C、H、O含量最多,请据下表分析,其原因是:
化合 物 水 无机 盐 蛋白质(C、H、O、N等) 脂质(C、H、O,有的含N、P) 糖类(C、H、O)和核酸(C、H、O、N、P)
质量分 数(%) 85~ 90 1~ 1.5 7~10 1~2 1~1.5
①　。
②　。
【解析】通过分析第一个表可知,生物界与非生物界既有统一性,又有差异性。由第二个表可知,水在化合物中含量最多,占85%~90%,且有机物中都含有C、H、O,所以,组成细胞的化学元素中,C、H、O含量最多。
【答案】(1)生物界与非生物界具有统一性　(2)生物界与非生物界具有差异性　(3)①构成细胞的化合物中含量最多的是水,占85%~90%　②构成细胞的有机物都含有C、H、O三种元素
10.在下列四支试管中分别加入一些物质,甲试管:豆浆,乙试管:氨基酸溶液,丙试管:牛奶和蛋白酶(能将蛋白质分解为多肽),丁试管:人血液中的红细胞和蒸馏水(红细胞在蒸馏水中会吸水涨破释放出血红蛋白)。上述四支试管中加入双缩脲试剂振荡后,有紫色反应的是(　　)。
A.甲、乙 B.甲、乙、丁
C.甲、乙、丙 D.甲、丙、丁
【解析】含肽键的物质如多肽、蛋白质分子能与双缩脲试剂发生紫色反应。乙试管中只有氨基酸,所以乙试管不变紫色;丁试管中血红蛋白能与双缩脲试剂发生紫色反应。
【答案】D
11.分析下表,可推测(　　)。
溶液 双缩脲试剂 碘液 斐林试剂
甲 + - -
乙 - ++ -
甲、乙混合 + + +
　　注:“+”显色,“++”显色更深;“-”不显色
A.甲溶液含有淀粉 B.乙溶液含有还原糖
C.混合溶液不含淀粉 D.混合溶液含有淀粉酶
【解析】双缩脲试剂、碘液、斐林试剂可分别用于检测蛋白质、淀粉和还原糖。据表可以推测,甲含有蛋白质,乙含有淀粉,甲和乙混合能够产生还原糖,证明甲中所含蛋白质可能是淀粉酶,能将乙中淀粉分解成还原性糖。
【答案】D
12.通常情况下,正常人的尿液中没有葡萄糖。当一次食用大量糖时,尿液中是否有葡萄糖存在 下面利用对照的方法来设计实验方案进行鉴定。
第一步:取3支洁净的相同的试管,分别标号1、2、3;其中1、3号试管为实验研究试管。
第二步:分别向3支试管加入相应实验液体。
1号:加2 mL正常人的尿液;
2号:加　　　　　　　　　　　　　　　　;
3号:加　　　　　　　　　　　　　　　　。
第三步:向3支试管内分别加入刚配制好的斐林试剂2 mL。振荡试管,使溶液混合均匀,并将这3支试管放入盛有50~65 ℃温水的大烧杯中加热约2 min。
第四步:观察并分析实验结果。
(1)1号试管现象:　　　　　　　　　　　　;
(2)2号试管现象:　　　　　　　　　　　　;
(3)3号试管若　　　　　　　　　　　　,说明不含葡萄糖;若　　　　　　　　　　　　,说明　　　　　　　　　　　　　　。
【解析】要严格按照对照实验去操作,保证单一变量的前提下,提供各种合适的条件以排除无关变量对实验结果的影响。该探究实验可以用于糖尿病病人的初步检测。
【答案】第二步:2 mL葡萄糖液　2 mL待检尿液　第四步:(1)不出现砖红色沉淀　(2)出现砖红色沉淀　(3)不出现砖红色沉淀　出现砖红色沉淀　该尿液中含有葡萄糖
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