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第一章 细胞的分子组成
第一节 水和无机盐是构成细胞的重要无机物
教学目标
01
解释生命是物质的，组成生物体的各种化合物是由化学元素构成的。（生命观念）
03
解释无机盐在细胞和生物体中的重要作用。（生命观念、科学思维、科学探究）
02
分析水的含量、特性与其功能的相关性。（生命观念、科学思维）
新课导入
水母97%
藻类90%
鱼类80—85%
蛙78%
高等植物60—80%
哺乳动物65%
不同的生物体内含水量是不相同的，但水是生物体含量最多的化合物。
水的作用有哪些？
细胞主要是由C、H、O、N、P和S等元素组成
元素 在人体中所占比重（%） 元素 在人体中所占比重（%）
O 65.0 Fe 微量
C 18.5 Zn 微量
H 9.5 Cu 微量
N 3.3 I 微量
Ca 1.5 Mn 微量
P 1.0 B 微量
K 0.4 Cr 微量
S 0.3 Mo 微量
Na 0.2 Co 微量
Cl 0.2 Se 微量
Mg 0.1 F 微量
资料1：细胞是生物体结构和功能的基本单位，细胞是由物质组成的，物质是由元素构成的。组成细胞的化学元素，在地球的无机环境中都能找到，没有一种化学元素是细胞所特有的。
元素 在地壳中所占比重（%） 在细胞中所占比重（%）
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
资料2：C、H、O这三种化学元素，在组成人体的化学成分中与在岩石圈的化学成分中含量上存在很大差异。
细胞主要是由C、H、O、N、P和S等元素组成
这两则资料说明了什么问题？
生物界和非生物界的元素组成 种类一致；
生物界和非生物界的元素组成 含量不同。
细胞主要是由C、H、O、N、P和S等元素组成
96%！
基本元素
地壳中含量元素：氧（46.6%）>硅（27.7%）>铝（8.1%）>铁（5.0%）
差异性
大量元素
微量元素
细胞主要是由C、H、O、N、P和S等元素组成
1.组成细胞的化学元素，常见的有20多种。
2.根据含量
大量元素：
微量元素：
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等
Zn、Fe、B、Cu、Mo、Mn等
（含量较多，占生物体总重量万分之一以上的元素）
（含量很少但生物体生活所必需的一些元素）
注意
大量元素和微量元素都是生物体生命活动所必需的。
细胞主要是由C、H、O、N、P和S等元素组成
P S K Ca Mg
大量元素
Fe Mn B Zn Mo Cu
微量元素
Ｃ H O N
含量较多
自然界的组成元素
组成细胞的元素
1.组成细胞的化学元素在自然界的无机环境中都能找到,没有一种元素是细胞特有的；
2.但元素在细胞中和无机环境中的含量却有区别；
说明生物界和非生物界既有统一性又有差异性,生命起源于非生命物质。
组成人体细胞的主要元素占细胞鲜重或干重的百分比
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
细胞主要是由C、H、O、N、P和S等元素组成
鲜、干重条件下元素的含量
水为生命活动提供了条件
人的胚胎也要浸润在羊水中发育
种子必须吸水才能萌发
沙漠里的仙人掌也贮存着大量水分
一个人不喝水，3天后就会丧失意识
一切生命活动都离不开水，没有水就没有生命。
水为生命活动提供了条件
1.水分子中H、O原子的结合方式和带电情况如何？
2.水分子的氢键是怎样形成的？它具有什么作用？
水分子中氧原子的原子核周围电子较多，使氧略带负电性而氢略带正电性，水成为极性分子，一端略正，一端略负。
水分子中带有部分正电性的氢原子与带有部分负电性的氧原子通过彼此间的相互吸引而形成的一种特殊的分子间作用力。水分子之间的氢键使得水具有调节温度的作用。
水为生命活动提供了条件
水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成，氢原子以共用电子与氧原子结合。由于氧具有比氢更强的吸引共用电子对的能力，使氧的一端稍带负电，氢的一端稍带正电，水也便成了极性分子，即有正电端和负电端。带有正电或负电的分子（或离子）都容易余水结合，因此，水是良好的溶剂。
重要作用——良好溶剂
原因：化学特性——极性分子
水的作用
水为生命活动提供了条件
由于水分子的极性，当一个水分子的氧端（负电性区）靠近另一个水分子的氢端（正电性区）时，它们之间的静电吸引作用就形成一种弱的引力，这种弱的引力成为氢键（不稳定的化学键）。
氢键的破坏或形成要消耗或释放较多的热量。由于分子间氢键的存在，使得细胞内水的温度变化不那么剧烈。
重要作用——缓和温度变化
原因：水分子之间存在氢键
水的作用
水为生命活动提供了条件
水在细胞中的存在形式
自由水：由于氢键的不稳定性，绝大部分的水呈游离状态，可以自由流动。
结合水：一部分水与细胞中的其他物质结合，失去流动性。
（1）刚刚收获的种子一般要放在阳光下暴晒，鲜种子失去的主要是哪种形式的水？种子还有活性吗？
（2）将干种子放在试管中用酒精灯加热，试管壁上有水珠产生，这种情况下，干种子失去的主要是哪种形式的水？种子还有活性吗？
失去的主要是自由水，种子仍保留活性。
失去的主要是结合水，种子丧失活性。
（了解）
血液含水量83%，液体
心肌含水量79%，固体
血液主要以自由水的形式存在，心肌主要以结合水的形式存在。
水的存在形式
（了解）
水为生命活动提供了条件
水为生命活动提供了条件
良好的溶剂
运输各种物质
参与生物体内多种化学反应
缓和细胞内温度变化
细胞的组成成分
水的生理功能
无机盐与细胞活动密切相关
含量：含量极少，约占1％－1.5％
存在形式：多数以离子形式存在
如血浆中含有多种无机盐
包括K+、Na+、 Ca2+、Mg2+等正离子
以及Cl-、HCO3-、H2PO43-等负离子。
无机盐含量很低，是否意味着无机盐不重要？
无机盐与细胞活动密切相关
①维持血浆的正常浓度：即维持血浆渗透压的平衡，如Na+、Cl-对于维持细胞外液的渗透压起着非常重要的作用，K+对维持细胞内液渗透压起着决定作用。
功能
（1）维持生物体的正常生命活动
无机盐与细胞活动密切相关
②维持酸碱平衡：pH的改变直接影响细胞及生物体的生理功能，其平衡主要依赖于一些酸碱缓冲对的作用，如人体血浆中的H2CO3/ NaHCO3 、NaH2PO4/Na2HPO4。
功能
（1）维持生物体的正常生命活动
酸碱平衡的调节
肾
肺
缓冲系统
通过解离、生成调节
H2CO3=H2O+CO2
肾排出固态酸，作用慢而持久，是维持酸碱平衡的主要器官。
肾排出气态酸，慢而调节有限。
无机盐与细胞活动密切相关
③维持神经、肌肉的兴奋性。若哺乳动物血液中的Ca2+含量过低，则会发生抽搐。
功能
（1）维持生物体的正常生命活动
例：钠—钾泵
无机盐与细胞活动密切相关
功能
（2）细胞的重要组成成分之一。
骨细胞的主要成分是磷酸钙。
无机盐与细胞活动密切相关
功能
（3）某些复杂化合物的重要组成成分。
例：Mg2+是叶绿素的必需成分。
例：Fe2+是血红蛋白的必需成分。
无机盐与细胞活动密切相关
Ca2+ CaCO3是骨骼和牙齿的重要成分
肌肉的收缩和血液的凝固
佝偻病（幼年）、软骨病（成年）、骨质疏松症（老年）
Mg2+ 叶绿素的组成成分
缺镁会影响植物的光合作用
Fe2+ 血红蛋白的组成成分
缺铁会导致贫血症
I- 甲状腺激素的组成成分
缺碘会导致呆小症（幼年）和大脖子病（成年）
Na+/K+ 维持细胞的渗透压及神经细胞的兴奋性
Zn2+ 多种酶的激活剂
课堂小结
化合物
微量元素
大量元素
Fe.Mn.Zn.Cu.B.Mo
C.H.O.N.P.S.K.Ca.Mg
无机化合物
有机化合物
水
无机盐
含量
生理作用
作用
存在形式
含量
习题训练
1.水是生命的源泉，节约用水是每个人应尽的责任。下列有关水在生命活动中作用的叙述，错误的是( )A.水是酶促反应的环境
B.参与血液中缓冲体系的形成C.可作为维生素D等物质的溶剂
D.可作为反应物参与生物氧化过程
答案：C
解析：自由水是化学反应的介质，故水是酶促反应的环境，A正确；血液中的缓冲物质溶解在水中才能形成缓冲体系，B正确；维生素D属于脂质，脂质通常不溶于水，C错误；自由水能参与化学反应，故水可作为反应物参与生物氧化过程，D正确。
习题训练
2.下列关于细胞中的水的叙述，错误的是( )
A.水是极性分子，能作为良好的溶剂
B.水有较高的比热容，其温度相对容易发生改变
C.与休眠的种子相比，萌发的种子细胞内水的含量更高
D.氢键不断地断裂和形成，使水在常温下具有流动性
答案：B
解析：水是极性分子，带正电荷或负电荷的分子(或离子)都易与水结合，因此水是良好的溶剂，A正确；由于氢键的存在，使水有较高的比热容，水的温度不易发生改变，B错误；与休眠的种子相比，萌发的种子细胞内自由水的含量更高，代谢更旺盛，C正确；由于水分子之间氢键的作用力比较弱，氢键不断地断裂和形成，使水在常温下能够维持液态，具有流动性，D正确。
习题训练
3.如图为几种生物或生物器官的含水量（以自由水计算）情况，有关说法不正确的是( )
A.大麦种子和花生种子含水量低是因为它们所含亲水性物质较少
B.代谢旺盛的组织、器官含水量较高
C.生物的含水量因生物种类的不同而有所差别
D.不同生物的含水量不同可能与其生存环境有关
答案：A
解析：不同生物或同一生物不同器官含水量不同,与生物的种类、生活环境以及代谢旺盛程度有关。大麦种子、花生种子含水量低,是因为细胞中的自由水被除去,新陈代谢减弱,但亲水性物质没有减少,在外界环境水分充足时,它们能大量吸收水,促进细胞代谢,使种子萌发。
习题训练
4.研究发现用不含Ca2+和K+的生理盐水灌注离体蛙心时，蛙心收缩不能维持；用含有少量Ca2+和K+的生理盐水灌注离体蛙心时，心脏能持续跳动数小时。这说明Ca2+和K+( )
A.是构成细胞某些复杂化合物的重要成分
B.对维持血浆的正常浓度有重要作用
C.对维持生物体正常生命活动有重要作用
D.为蛙心脏的持续跳动直接提供能量
答案：C
解析：A、题干信息中没有体现Ca2+和K+的作用是构成细胞某些复杂化合物的重要成分，A错误；B、题干信息未提及Ca2+和K+对维持血浆的正常浓度有重要作用，B错误；C、该实验说明说明Ca2+和K+对于维持心肌收缩具有重要功能，即无机盐对于维持生物体正常生命活动有重要作用，C正确；D、无机盐不能为生命活动提供能量，D错误。

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