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细胞中无机物
第3讲
一轮复习
生物界与非生物界的统一性和差异性
细胞生命活动所需的物质，归根结底是从无机自然界中获取的。
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特有。
细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同。
——元素种类上
——元素含量上
统一性
差异性
组成细胞的元素及化合物
组成细胞的元素
1.分类
大量元素
微量元素
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等
Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo等
元素分类是根据生物体内的含量，而不是生理作用。
不要误认为大量元素重要，微量元素不重要，无论大量元素还是微量元素都是必需元素。微量元素虽含量少，但其生理作用却不可替代。
1.分类
大量元素
微量元素
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等
Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo等
①C是生命的核心元素
生物大分子是以碳链为基本骨架的，碳原子在组成生物大分子中具有重要作用。因此，碳是生命的核心元素。
②C、H、O、N四种元素在细胞中含量很高
组成细胞的很多化合物需要由这四种元素构成。
C
H
O
N
胡萝卜素
糖类
脂肪
固醇
叶黄素
氨基酸
氨基酸
氨基酸
+S
+Se
蛋白质
+Mg
核苷酸
核酸
+P
叶绿素
ATP NADH NADPH
组成细胞的很多化合物需要由这四种元素构成。
磷脂
②C、H、O、N四种元素在细胞中含量很高
2.含量
①细胞鲜重中含量最多的元素为：___________
②植物细胞干重中含量最多的元素为：______
③动物细胞干重中含量最多的元素为：______
植物细胞中糖类多，
干重中氧元素含量最多
细胞壁
氧元素
氧元素
碳元素
动物细胞中蛋白质多，
干重中碳元素含量最多
组成细胞的元素
组成细胞的化合物
无机物 水 70%-90%
无机盐 1%-1.5%
有机物 蛋白质 7%-10%
脂质 1%-2%
糖类 1%-1.5%
核酸
水
蛋白质
糖类和核酸
脂质
无机盐
细胞内含量最多的化合物是水，
基于大量不同种类的细胞统计，含量最多的有机物化合物是蛋白质。
知识点4：细胞中的无机物
细胞中的水
1.水的特性
①极性
水分子由2个氢原子和1个氧原子构成，氢原子以共用电子对与氧原子结合。
—
+
+
氧原子具有比氢原子更强的吸引共用电子的能力
氧原子一端稍带负电荷
氢原子一端稍带正电荷
这种电子分布不均匀的分子叫做极性分子
带正电荷或负电荷的分子和离子都容易与水结合
水是良好的溶剂
O
H
H
②水分子之间形成氢键
水分子的极性
水分子之间发生静电吸引作用
形成一种弱的引力
+
+
—
+
—
+
不断断裂
不断形成
水具有较高比热容
水具有
流动性
缓冲温度的变化
氢
键
δ-
δ+
δ-
δ-
δ+
δ-
δ+
δ+
氢键
每个氢键中的氢原子同时属于2个氧原子
每个水分子中的氧原子会形成2个氢键
一个水分子通过4个氢键与另外4个水分子相连
缓冲温度变化
升高相同的温度，水会比其他液体吸收更多的热量，(断开氢键，吸热)
降低相同的温度，水会比其他液体释放更多的热量。(形成氢键，放热)
水对温度变化起较好的缓冲作用
细胞内外都是水溶液环境，
可保持细胞温度相对稳定。
例如：①汗液蒸发对许多哺乳动物散热、维持体温恒定有重要作用；
②植物体通过叶片蒸腾作用能降低叶片温度。
2.水对生物体的作用
水是细胞内良好的溶剂，
许多物质能够在水中溶解。
细胞内许多生化反应都需要水的参与。
如:光反应、有氧呼吸第二阶段及水解反应等。
多细胞生物体的绝大多数细胞必须浸润在以水为基础的液体环境中。
水在生物体内的流动，
运输营养物质和代谢废物。
水具有较高的比热容，水的温度相对不容易发生变化。
液体环境
作为溶剂
参与代谢
运输作用
缓冲温度
3.水在细胞中的存在形式
自由水 结合水 结合水
含义 细胞中绝大部分的水呈游离状态可以自由流动。 细胞中一部分水与细胞内其他物质(蛋白质、多糖)相结合，失去流动性和溶解性。
作用 作为细胞内良好的溶剂，运输物质及参与代谢等，增强细胞代谢。 作为生物体的结构成分，增强植物细胞抗逆性。
①将种子晒干，减少了其中的自由水的量而使代谢水平降低，便于储藏。
②北方冬小麦在冬天来临前，自由水的比例会逐渐降低，而结合水的比例会逐渐上升，以避免气温下降时自由水过多导致结冰而损害自身。
相互转化
结合水
自由水
作为溶剂
参与代谢
运输物质
缓冲温度变化
构成生物体结构成分
增强细胞代谢
增强植物的抗逆性
升温
降温
细胞中的水
N
H
O=C
结合水是形成和维持生物大分子三维空间结构的必要因素。
4.水的跨膜运输方式
自由扩散
协助扩散
生物膜
水通道
水分子
水分子通过半透膜的扩散称为渗透
水分子通过生物膜的渗透有自由扩散也有协助扩散
被动运输
抗利尿激素通过调节肾小管上皮细胞膜上的水通道蛋白的多少来实现重吸收水的多少。
细胞中的无机盐
小麦种子、动物骨头、植物的绿叶燃烧后都会化为灰烬，灰烬中的主要包括铁、镁、钙等无机盐。
生物组织
H2O
有机物
无机盐
燃烧
燃烧
燃烧
水蒸气
CO2、水蒸气、氮氧化物等
空气
灰烬
1. 存在形式
无机盐在细胞中主要以离子形式存在
离子
化合物
阳离子 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等
阴离子 Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等
很多无机盐的在细胞中有离子和化合物两种形式，二者相互转化，但是仍以离子形式为主。如：红细胞中，Fe2+比血红蛋白中的Fe要多。
2. 含量
所有细胞中都含有无机盐，含量很少，仅占细胞鲜重1%~1.5%,但是具有非常重要的作用。
3. 作用
作用1：参与形成细胞中某些有机化合物
Mg2+构成叶绿素
Fe2+构成血红蛋白
I-构成甲状腺激素
PO42-构成ATP、核酸、磷脂等
3. 作用
作用2：参与细胞中某些生命活动
①Na+、K+参与神经和肌肉细胞兴奋的产生以及神经冲动的传导等
Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞兴奋性降低，引起肌肉酸痛、无力等。
②Ca2+参与肌肉收缩、血液凝固等
血液中Ca2+含量太低，会出现抽搐，Ca2+含量太高，会引起肌无力
作用3：维持渗透平衡和酸碱平衡
①Na+、Cl-主要维持细胞外液渗透压(0.9%NaCl)，
K+主要维持细胞内液渗透压
②HCO3-、H2PO4-等主要维持血浆的酸碱平衡
作用1：参与形成细胞中某些有机化合物
作用2：参与细胞中某些生命活动
作用3：维持渗透平衡和酸碱平衡
3. 作用
大量出汗和严重腹泻时应多喝淡盐水
由于肠胃炎而发生严重腹泻时应注射生理盐水
离子形式参与代谢
化合物形式参与代谢
4. 无机盐的跨膜运输
①无机盐不能通过自由扩散运输，需要膜上的转运蛋白参与运输
③植物根细胞从土壤中以主动运输(逆浓度运输)的方式吸收无机盐
④动物细胞膜上以及内质网膜上存在Ca2+泵，通过主动运输(逆浓度运输)分别将Ca2+运出细胞外和将Ca2+运入内质网腔中，以保证细胞质基质中处于低Ca2+环境。
⑤动物细胞膜上以及内质网膜上存在Ca2+通道，通过协助扩散(顺浓运输)将Ca2+运入细胞质基质中，从而引起细胞相应的生理反应。
②无机盐运输时，需要溶解在水中，因此，细胞吸收或排出无机盐的同时也吸收或排出相应的水分。
4. 无机盐的跨膜运输
⑥动物细胞膜上的Na+-K+泵以主动运输(逆浓度运输)的方式排出Na+，吸收K+，以维持细胞外高Na+，细胞内高K+的状态。
⑦神经细胞的细胞膜上有Na+和K+通道，分别以协助扩散(顺浓度运输)的方式将Na+运入细胞和将K+运出细胞。
K+
Na+
ADP+Pi
ATP
K+
Na+

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