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第2章 组成细胞的分子
第一节 细胞中的元素和化合物
《中国居民膳食指南科学研究报告(2021)》中指出：受社会经济发展水平不平衡、人口老龄化和不健康饮食生活方式等因素的影响，我国仍存在一些亟待解决的营养健康问题。
膳食不平衡问题突出，成为慢性病发生的主要危险因素。高油高盐摄入在我国仍普遍存在，青少年含糖饮料消费逐年上升，全谷物、深色蔬菜、水果、奶类、鱼虾类和大豆类摄入普遍不足。
居民生活方式明显改变，身体活动总量下降，能量摄入和消耗控制失衡，超重肥胖成为重要公共卫生问题，膳食相关慢性病问题日趋严重。
城乡发展不平衡，农村食物结构有待改善。农村居民奶类、水果、水产品等食物的摄入量仍明显低于城市居民，油盐摄入、食物多样化等营养科普教育急需下沉基层。
婴幼儿、孕妇、老年人等重点人群的营养问题应得到特殊的关注。食物浪费问题严重，居民营养素养有待提高。
一日三餐所提供营养必须满足人体生长、发育和各种生理、体力活动需要。
合理饮食可以达到显著减肥目的。
3.制作一个合理的“周进食计划”？
讨论：
1.什么是合理膳食？
食物多样，谷类为主； 吃动平衡，健康体重。
多吃蔬果、奶类、大豆； 适量吃鱼、禽、蛋、瘦肉。
少盐少油，控糖限酒； 杜绝浪费，兴新食尚。
我们食物主要来自植物，植物中元素主要来自环境，
植物中的元素与环境中的元素有哪些异同？
2.合理膳食与细胞内的分子组成有什么联系？
细胞内的分子来源于食物中的营养物质
地壳 元素 细胞
O
Si
C
N
H
48.60
26.30
0.087
0.03
0.76
65.0
极少
18.0
3.0
10.0
(1)组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能找到，没有一种化学元素为细胞所特有。
说明什么？
(2)细胞中的各种元素相对含量与无机自然界大不相同，说明什么？
1.比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量(%)，回答问题：
生物界和非生物界具有统一性。
生物界和非生物界还具有差异性。
(3)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的。
一.组成细胞的元素和化合物
Fe Mn Zn Cu B Mo
微量元素
大量元素
2.比较组成玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重，质量分数)，回答问题：
(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？
都是生物，组成它们的主要成分都是水、糖类、脂质和蛋白质等物质，这些物质含有C、H、O，蛋白质中还含有大量N元素。
(2)玉米细胞中O元素含量明显高于人体细胞，而N元素含量明显低于人体细胞，怎样解释？
不同有机物含量有差别，玉米细胞糖类多一些，人体细胞中蛋白质含量多一些。
(3)细胞中有些元素含量很少，如在玉米细胞中，S只有0.17%，Mg只有0.18%，是否意味着这些元素并不重要？
有些元素含量虽然很少，但是却有重要作用，如很多蛋白质都含有S，叶绿体中的叶绿素分子含有Mg。
一.组成细胞的元素和化合物
近日，小明一些症状引起了父母担忧：
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浓度过低。
能得出什么结论
微量元素(锌)在生物体中含量很少，但是生物体不可缺少必需元素。
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”
铅（Pb）、汞（Hg）在细胞中含量也很低，属于微量元素吗
1.组成细胞的元素
(1)生物界和非生物界的统一性和差异性
①统一性：从化学元素的种类分析，组成细胞的化学元素，在_________
_____中都能够找到。
②差异性：从___________________分析，细胞与无机自然界大不相同。
(2)种类：组成细胞的化学元素，常见的有____多种。
(3)分类
①大量元素(含量较多)：________________________________等。
②微量元素(含量很少)：________________________等。
无机自
然界
各种元素的相对含量
20
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo
一.组成细胞的元素和化合物
Ｃ H O N P S K Ca Mg 等
Fe Mn B Zn Mo Cu 等
组成细胞的元素
自然界中的元素
基本元素
大量元素
微量元素
主要元素
最基本元素
1.组成细胞的元素
一.组成细胞的元素和化合物
含量
干重 = 鲜重-水 = 有机物+无机盐
鲜重
干重
在人体细胞中，鲜重时含量最多的元素是 ；干重时含量最多的元素是 。
O
C
鲜重：O>C>H>N
干重：C>O>N>H
元素缺乏与疾病的相关性
缺Fe：人体患贫血
A
缺Ｉ：人幼年患呆小症、成年患甲状腺肿大（大脖子病）
C
缺B ：花而不实（只开花不结果）
E
缺Zn：影响人体生长发育、大脑发育和性成熟
B
缺Mg ：影响植物叶绿素的合成，影响光合作用的进行
F
缺Ca ：成年人缺钙患骨质疏松症、血钙含量太低会出现抽搐现象，含量过高会导致肌无力
D
一.组成细胞的元素和化合物
2.组成细胞的化合物
水
无机盐
糖 类
蛋白质
脂 质
核 酸
一.组成细胞的元素和化合物
2.组成细胞的化合物
细胞中含量最多的化合物是_____ 。
细胞内含量最多的有机化合物是________。
干重中含量最多的化合物是________
水
蛋白质
蛋白质
分类 种类
无机化合物 水
无机盐
有机化合物 蛋白质
脂质
糖类
核酸
无论植物还是动物，不管在什么环境下
(1)元素存在形式：大多以_______的形式存在。
化合物
(2)种类及相对含量
有机化合物含量在细胞中的比例：_______
蛋白质>脂质>糖类
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
糖类 H2O 叶绿素
梨果实细胞
梨叶片细胞
②下列种子中含蛋白质最丰富的是 ，
含淀粉最丰富的是 ，
含脂肪最丰富的是 。
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距？
思考·讨论
多
多
无
少
少
多
玉米
油菜
大豆
（玉米、油菜、大豆）
1..下列关于组成人体细胞的化学元素的说法，正确的是（　）
A．组成人体细胞的常见的元素有C、H、O、N、P、S共6种，最基本的元素是碳元素
B．人体中的钙元素主要存在于骨骼、牙齿等器官中，属于微量元素
C．人体红细胞中含有较多的铁元素，参与形成血红蛋白，是微量元素
D．人体细胞内含量最多的有机化合物是糖类
C
主要元素
20种
大量元素
蛋白质
2.微量元素在生物体内含量虽然很少，却是维持正常生命活动不可缺少的。可通过下面哪一实例得到证实？（ ）
A．缺Mg时叶片变黄
B．油菜缺B时只开花不结果
C．动物血液中钙盐的含量太低会抽搐
D．缺P会影响核酸的合成
B
Mg、Ca、P是大量元素，B是微量元素
思考：
1.所有细胞中各种化合物的种类和含量都一样吗？
2.根据你的生活经验，说说哪些植物器官的细胞中富含糖类、脂质或蛋白质？
怎样来检测这些化合物呢？
1
2
3
物质鉴定类实验的基本思路
鉴定原理
实验流程
实验选材
要求：颜色浅或接近于浅色，富含某种有机物的材料。
某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应。
淀粉(非还原糖)+碘液
还原糖+斐林试剂
蛋白质+双缩脲试剂
脂肪+苏丹Ⅲ
50℃~65℃
水浴加热2min
砖红色沉淀
橘黄色
紫色
蓝色
甲:斐林试剂(蓝色)
乙:斐林试剂与还原糖反应呈砖红色
甲:双缩脲试剂B液(浅蓝色) ;
乙:双缩脲试剂与蛋白质反应呈紫色.
1.实验原理
二.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
二.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
2.实验选材
蛋清
豆浆
鸡肝
梨
葡萄
白萝卜
二.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
3.实验流程
选材：
还原糖的鉴定
结论
含(还原糖)糖量高、白色或近于白色的植物组织
制浆→过滤（一层纱布）→取液
组织样液含有还原糖。
注入2mL梨组织样液
振荡、混合摇匀
注入1mL刚配制好的斐林试剂
变成砖红色
50-65℃的温水
制备
样液
颜色
反应
蓝色
棕色
砖红色
新制Cu(OH)2
Cu2O(沉淀）
甲液：质量浓度0. 1g/mlNaOH
乙液：质量浓度0. 05g/mlCuSO4
甲、乙液等量
混匀现配现用
【实验结果】
常见还原糖:
葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖
常见非还原糖:
蔗糖、淀粉
还原糖的鉴定注意事项
鉴定可溶性还原糖是否可选择西瓜、番茄、马铃薯、甘蔗组织样液？
实验材料要求：颜色为白色或近白色、富含葡萄糖、果糖或麦芽糖等还原糖的植物组织，以苹果、梨最好。
不行
西瓜和番茄样液：有颜色干扰，导致实验现象不明显。
马铃薯主要含淀粉，甘蔗主要含蔗糖，都为非还原糖
常见的还原糖与非还原糖？
蛋白质的鉴定
取材
制备组织样液
黄豆组织样液（或鸡蛋蛋清稀释液）
蛋清必须稀释，以免实验后黏住试管壁，不易清洗
鸡蛋清
蛋清稀释液
加水稀释
黄 豆
（侵泡1-2d）
豆浆
研磨
滤液
过滤
蛋白质的鉴定
显色反应
现象
摇匀
2mL组
织样液
1mL双缩脲试剂A液
创设碱性环境
4滴双缩脲试剂B液
提供Cu2+
无色
蓝色
紫色
蛋白质中肽键在碱性环境遇到Cu2+会形成紫色络合物
A液：质量浓度0. 1g/mlNaOH，B液：质量浓度0. 01g/mlCuSO4先加A液、再加B液
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。
使用双缩脲试剂时为什么B液只能加3～4滴而不能过量？
【实验结果】
材料 蛋白质检测结果 还原糖检测结果 结论
葡萄糖标准液 有砖红色沉淀
蛋白质标准液 产生紫色反应
梨匀浆 无 有
葡萄匀浆 无 有
白萝卜匀浆 无 有
豆浆 有 无
鲜肝提取液 有 无
鸡蛋清稀释液 有 无
富含还原糖
富含还原糖
富含还原糖
富含蛋白质
富含蛋白质
富含蛋白质
二.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
脂肪的鉴定
方法一：
花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅲ染液→橘黄色
方法二：
切片法
取材：
花生种子(浸泡3～4h），将子叶削成薄片
切片：
用刀片在子叶的横断面上平行切下若干薄片，放入盛有清水的培养皿中待用。
制片
①取最理想的薄片
②在薄片上滴苏丹Ⅲ染液(3min）
③去浮色（用50﹪酒精：染料易溶于有机溶剂）
④ 制成临时装片(滴蒸馏水，盖盖玻片)
不需要用显微镜，直接用肉眼观察。
脂肪的鉴定
现象:
有被染成橘黄色的脂肪微粒
脂肪微粒
显微观察:
先在低倍镜下找到花生子叶的最薄处，移至视野中央后用高倍镜观察
“细胞中脂肪的检测”
选材：
显色反应
淀粉的检测和观察
结论
组织样
液2mL
碘液2滴
组织样液中存在淀粉。
摇匀后变成蓝色
马铃薯匀浆
项目 斐林试剂 双缩脲试剂 成分 甲液 乙液 A液 B液
反应原理 碱性条件下Cu2＋与具有两个或两个以上肽键的化合物发生反应生成紫色络合物 使用方法 等量混匀后(现配现用) 反应条件 反应现象 先加入A液1 mL摇匀，再加B液4滴，
50～65 ℃水浴加热
不需加热
蓝色→棕色→砖红色
浅蓝色→紫色
总结斐林试剂和双缩脲试剂的异同
还原糖+Cu(OH)2
↓Δ
Cu2O(沉淀）
0. 1g/mlNaOH
0. 05g/mlCuSO4
0. 1g/mlNaOH
0. 01g/mlCuSO4
二.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
利用斐林试剂的甲液、乙液和蒸馏水能否检测蛋白质？为什么？　
能。
成分分别相同，只需将斐林试剂的乙液用蒸馏水稀释即可。
二.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
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、H、O、N
C、H、O、N、P、
S、K、Ca、Mg
Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo
元素
大量元素
基本元素
微量元素
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
练习与应用（P18）
练习与应用（P18）
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？
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？
虽然组成细胞元素来自无机环境，但构成细胞主要元素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。
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。
C
5.NaOH溶液和CuSO4溶液可作为斐林试剂(甲液和乙液)检测生物组织中的还原糖，也可作为双缩脲试剂(A液和B液)检测生物组织中的蛋白质。下列有关斐林试剂和双缩脲试剂的叙述，错误的是
A.斐林试剂和双缩脲试剂的使用方法不同
B.甲液和A液的浓度不同，乙液和B液的用量相同
C.还原糖的检测需要加热，蛋白质的检测不需要加热
D.斐林试剂检测还原糖和双缩脲试剂检测蛋白质时反应呈现的颜色不同
√
6.下列关于“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质”实验的操作步骤的叙述中，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，可直接用于蛋白质鉴定
B．利用花生子叶进行脂肪的鉴定需要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摇匀后，再加乙液
D．用于鉴定蛋白质的双缩脉试剂 A 液与 B 液要混合均勺后再加入含样品的试管中，且必须现配现用
B
CuSO4溶液浓度不同，不能直接使用
要将甲液和乙液等量混合均匀后再加入
先加A液，再加B液
7.某生物兴趣小组在野外发现一种组织颜色为白色的不知名野果，该小组把这些野果带回实验室欲鉴定其中是否含有还原糖、脂肪和蛋白质，下列叙述正确的是（ ）
A．对该野果进行脂肪的鉴定实验中，若视野一半清晰，一半模糊则可能是观察材料薄厚不均，观察材料应薄而透明
B．若在该野果的组织样液中加入斐林试剂并水浴加热出现较深的砖红色，说明该野果中含有大量的葡萄糖
C．进行蛋白质的鉴定时可用斐林试剂的甲液和乙液代替双缩脲试剂A液和B液，因为它们的成分相同
D．进行还原糖鉴定实验结束时将剩余的斐林试剂装入棕色瓶，以便长期保存备用
A
只能说明含有还原糖，但不一定是葡萄糖
CuSO4溶液浓度不同
斐林试剂需要现用现配用

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