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第2章 组成细胞的分子
第1节细胞中的元素和化合物
元素 地壳 细胞
O 48.60 65.0
Si 26.30 极少*
C 0.087 18.0
N 0.03 3.0
H 0.76 10.0
比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量，思考以下问题：
1、组成细胞的元素能在地壳中找到吗？
2、组成地壳和细胞的主要元素含量差别大吗？
组成地壳和组成细胞的部分元素含量（%）表
*Si在某些植物细胞中含量较多，如硅藻、禾本科植物。
组成细胞的元素都能够在地壳中找到。
两者主要元素含量差别较大。
问题探讨
说明生命和非生命的无机环境既有统一性又有差异性,生命起源于非生命物质。
统一性（种类上）：
组成细胞的化学元素在无机环境中都能找到。
差异性（含量上）：
细胞与无机环境中的各种化学元素的相对含量差别很大。
含量上有区别的原因：生物体会选择性地从无机环境中吸收
一、组成细胞的元素
细胞生命活动所需的物质，归根结底是从_____________中获取的。组成细胞的化学元素，在_______________中都能找到。没有一种化学元素为______特有。但是，细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同。
无机自然界
无机自然界
细胞
在不同生物体中各种元素含量又是怎样的呢？
1、在玉米细胞中和人体细胞中含量较多的四种元素一样吗 分别是哪四种元素？
玉米细胞和人体细胞当中含量较多的四种元素是一样的,分别是C、H、O、N。
组成两者的主要成分是水、糖类、脂类和蛋白质等物质，这些物质都含有C、H、O，蛋白质还含有大量的N元素。所以这四种元素是组成细胞的基本元素。
为什么两个不同的细胞中C H O N的含量都比较多？
元素 玉米细胞 人体细胞
C 43.57 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
思考·讨论（P16）
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一、组成细胞的元素
1.组成细胞的化学元素，常见的有____多种。
2.根据含量的多少分为
20
最基本元素
基本元素
主要元素
大量元素
微量元素
C H O N P S K Ca Mg等 Fe Mn B Zn Mo Cu等
组成细胞的元素
巧记：铁猛碰新木桶
微量元素：含量占生物体总重量万分之一以下的元素。
主要有Fe、Mn、 B、Zn、Cu、Mo等。
大量元素：含量占生物体总重量万分之一以上的元素。
主要有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。
3.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%，但是很多蛋白质都含有S，叶绿体中叶绿素分子就含有Mg，如果缺少S或Mg，细胞就不能合成这些蛋白质或叶绿素了。
铅铅（Pb）、汞（Hg）在细胞中含量也很低，属于微量元素吗？
【资料1】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。
不属于，生物体不需要吸收Pb和Hg，一旦吸收会引起重金属中毒
思考·讨论（P16）
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4、玉米细胞和人体细胞中最基本的元素是什么
玉米细胞和人体细胞中最基本的元素是C。
元素 玉米细胞 人体细胞
C 43.57 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
一、组成细胞的元素
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（2）根据作用分为:
主要元素：C H O N P S
基本元素：C H O N
最基本元素: C（因为：有机物都以碳链为骨架）
一、组成细胞的元素
最基本元素
基本元素
主要元素
大量元素
C H O N P S K Ca Mg
核酸： C H O N P
蛋白质：C H O N S
注意事项：
大量元素和微量元素都是组成生物体的必需元素，但生物体内的元素并不都是必需元素，如汞Hg、铅Pb、镉Cd。
近日，小明的一些症状引起了父母的担忧：感冒频繁，口腔溃疡反复发作，伤口不易愈合，食欲不振，免疫力低下。比起同龄儿童，小明身材偏矮、偏瘦。去医院后，经检查发现血清中锌的浓度过低。
通过分析,你能得出什么结论呢
微量元素(锌)在生物体中含量很少，但是生物体不可缺少的必需元素。
注意：任何元素的功能都不能被其他元素替代。大量元素和微量元素都是生物体生命活动所必需的元素。区分大量元素和微量元素的依据是“含量” 而不是“重要性”
基本元素占人体细胞鲜重比例大小是 ,而占人体细胞干重比例大小是 。
C>O>N>H
N：组成蛋白质、核酸、叶绿素、ATP等物质的组成成分
P：组成ATP、生物膜结构的成分
K：感到肢体麻木
Ca：成年人缺Ca易患骨质疏松，人血液中缺钙容易患抽搐症
Mg：叶绿素的重要组分
Fe：血红蛋白、多种酶的重要组成成分，缺Fe会使人患贫血；
Zn：缺使人发育受影响，导致发育不良;
B：“花而不实”，缺导致开花而不结果实。
一、组成细胞的元素
（3）元素缺乏与疾病相关
二、组成细胞的化合物
1.元素的要存在形式
组成细胞的化合物
无机
化合物
有机
化合物
水
无机盐
蛋白质
脂
质
核
酸
糖
类
70%~90%
1~1.5%
7~10%
1~2%
1~1.5%
二、组成细胞的化合物
2.化合物的种类和含量（阅读教材P17）
(1)细胞内含量最多的化合物 。
(2)细胞内含量最多的无机化合物 。
(3)占细胞鲜重含量最多的化合物 。
(4)细胞内仅次于水的化合物 。
(5)细胞内含量最多的有机化合物 。
(6)占细胞干重含量最多的化合物 。
(7)蛋白质，脂质，糖类含量在细胞中的比例： 。
蛋白质>脂质>糖类
水
水
蛋白质
蛋白质
水
蛋白质
2.不同生物组织的细胞中各种化合物的含量相同吗？
1.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？（P17）
不同细胞 糖类 H2O 叶绿素
梨果实细胞
梨叶片细胞
多
少
多
少
无
多
旁栏知识
①下列种子中含蛋白质最丰富的是 ，
②含淀粉最丰富的是 ，
③ 含脂肪最丰富的是 。（玉米、油菜、大豆）
大豆
玉米
油菜
生活小贴士：不同生物组织的细胞中各种化合物的含量是有差别的日常膳食做到不同食物的合理搭配！
探究·实践
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
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
还原糖＋斐林试剂 砖红色沉淀
脂肪＋苏丹Ⅲ染液 橘黄色
蛋白质＋双缩脲试剂 紫色
如：
1mL现配斐林试剂
蓝色
棕色
砖红色沉淀
50~65℃水浴加热2min
1、还原糖的检测和观察
选材
制备组织匀浆
显色反应
还原糖含量较高、无色或近于无色的植物组织
(匀浆→ 一层纱布过滤 → 取液 )
结论
组织匀浆中含有还原糖
反应不彻底
还原糖+斐林试剂
2mL组织匀浆
无色
砖红色沉淀
水浴加热
甜菜、甘蔗？
草莓？
马铃薯？
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
还原糖有：单糖、麦芽糖、乳糖
非还原糖的有：蔗糖、多糖
实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
实验原理：
还原糖(麦芽糖、葡萄糖、果糖)与斐林试剂在水浴加热的条件下反应，生成砖红色的Cu2O沉淀。
1.还原糖的检测：
实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
取材
切片
制片
观察
结论
花生种子（浸泡3-4h），去掉种皮
用刀片在花生子叶的横断面上平行切下若干薄片
组织样液中有脂肪
在低倍镜下找到花生子叶的最薄处，移至视野中央，然后用高倍镜观察被染成橘黄色的脂肪颗粒
选最薄的切片，用毛笔蘸取放在载玻片中央。
滴：在花生子叶薄片上滴2-3滴苏丹Ⅲ染液，染色3min。
吸：用吸水纸吸去染液。
滴：滴1-2滴体积分数为50%的酒精，洗去浮色。
吸：用吸水纸吸去酒精。
滴：滴1滴蒸馏水，盖上盖玻片，制成临时装片。
2、脂肪的检测与观察
苏丹Ⅲ染液
50%的酒精
实验原理：
脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，在显微镜下可观察到橘黄色脂肪颗粒。
2.脂肪的鉴定：
实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
3.蛋白质的检测和观察
2mL组织样液
1mL双缩脲试剂A液
无色
浅蓝色
4滴双缩脲试剂B液
紫色
选材与制备
显色反应
鲜肝提取液、豆浆或蛋清稀释液
结论
组织样液中含有蛋白质
蛋白质+双缩脲试剂→紫色络合物
实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
实验原理：
两个及以上相邻肽键在碱性环境下与双缩脲试剂中的Cu2+发生反应，生成紫色络合物，因此双缩脲试剂可检测蛋白质和多肽。
3.蛋白质的检测：
实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
思考讨论
1.还原糖检测注意事项
①为什么不能用马铃薯、甜菜和甘蔗做材料？
②为什么材料也不能用西瓜和血液等？
③斐林试剂使用时有什么注意事项？
2.脂肪检测注意事项
①实验过程中50%酒精的作用是？
②有哪两种检测方法？
③该实验要加热吗？跟其他两个相比要额外用到哪种仪器？
非还原性糖
红色，颜色干扰
现配现用，等量混合
洗去浮色
组织样液和临时切片
不需要
显微镜
斐林试剂与双缩脲试剂对比
斐林试剂 双缩脲试剂
试剂组成
鉴定物质
使用方法
反应条件
显色情况
反应原理
甲液: 0.1g/mL NaOH
乙液: 0.05g/mL CuSO4
A液: 0.1g/mL NaOH
B液: 0.01g/mL CuSO4
甲液和乙液混合均匀后方可使用，且现配现用
使用时先加A液1mL,摇匀；
再加B液4滴，摇匀
需水浴加热
不需加热
蓝色→棕色→砖红色沉淀
浅蓝色→紫色
可溶性还原糖
蛋白质
Cu(OH)2被还原糖还原成Cu2O砖红色沉淀。
蛋白质（肽键）在碱性条件下与Cu2+络合，生成紫色络合物。
实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
三大有机物检测的三个误区
(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浅蓝色[Cu(OH)2的颜色]。
(2)易写错“斐”和“脲”字。
“斐林试剂”中的“斐”不可错写成“非”，双缩脲试剂中“脲”不可错写成“尿”。
(3)误认为脂肪的鉴定必需使用显微镜。
若要观察被染色的脂肪颗粒，则使用显微镜，但若只要观察溶液颜色变化，则不必使用显微镜。
实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
（四）淀粉的检测
用试管取2mL待测组织样液，向试管内滴加1～2滴碘液，观察颜色变化。
淀粉 + 碘→蓝色
知识结构
细胞中的元素和化合物
化合物
无机物
有机物
水
无机盐
脂类
糖类
蛋白质
核酸
斐林试剂
检测
碘液
脂肪
蛋白质
还原糖
淀粉
苏丹Ⅲ或Ⅳ染液
双缩脲试剂
C
C、H、O、N
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo
元素
课堂小结
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最少，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，但含量往往有一定的差异，这既体现了细胞的统一性，又反映了细胞的多样性。（ ）
2.将下列试剂与相应的待测样品、相应的实验结果用线连接起来。
苏丹Ⅲ染液 豆浆 砖红色沉淀
斐林试剂 梨汁 橘黄色
双缩脲试剂 花生子叶 紫色
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
√
×
√
C
课后习题
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
5.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？
B
提示：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。
6.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，能构成个生命系统吗？为什么？
提示：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。
课后习题
7.下列关于检测“生物组织中糖类、脂肪、蛋白质”实验操作
步骤的叙述中，正确的是（ ）
A．用于鉴定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．若要鉴定花生种子细胞中是否含有脂肪，一定需要用显微镜
观察
C．鉴定可溶性还原糖时，要加入斐林试剂（甲液和乙液等量混
合均匀再加入）
D．用于双缩脲试剂鉴定蛋白质时，需水浴加热2min才能看到紫色
C

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