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第2节 细胞中的无机物
第二章 组成细胞的分子
学习目标
学习目标
1、说出水在细胞中的存在形式和作用，认同其在生命活动中具有重要作用;
2、举例说出无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。
口渴了,你喝什么？
运动员在运动时怎么补水？
问题探讨
成分 质量浓度（g.L-1）
蔗糖等糖类 40
柠檬酸 10
柠檬香精 0.8
NaCl 1.0
KCl 0.1
NaH2PO4 0.1
KH2PO4 0.1
NaHCO3 0.1
右图是某种运动员饮料的化学成分表。请回忆初中所学知识，结合右表讨论以下问题。
问题探讨
①水是细胞结构的重要组成成分；
②水是细胞内的良好溶剂；
③细胞内的许多化学反应需要有水参与；
④作为大多数细胞生活的环境；
⑤细胞代谢中起运输作用。
总之，生物体的一切生命活动都离不开水。
成分 质量浓度（g.L-1）
蔗糖等糖类 40
柠檬酸 10
柠檬香精 0.8
NaCl 1.0
KCl 0.1
NaH2PO4 0.1
KH2PO4 0.1
NaHCO3 0.1
右图是某种运动员饮料的化学成分表。请回忆初中所学知识，结合右表讨论以下问题。
问题探讨
无机盐可以调节细胞的生命活动，也是许多有机物的重要组成成分。
运动员在剧烈运动过程中会大量出汗，出汗时人体会排出大量无机盐，所以要给他们补充无机盐。
一、细胞中的水
水是构成细胞的重要成分，也是活细胞中含量最多的化合物
一、细胞中的水
水母 97%
藻类 90%
鱼类 80—85%
蛙 78%
高等植物60-80%
哺乳动物65%
不同种生物含水量不同
水生生物含水量>陆生生物含水量
（一）生物体含水量特点
一、细胞中的水
人体的几种不同年龄阶段水的含量
年龄阶段 胎儿 婴儿 成年 壮年 老年
所占比例（%） 95 75 65 60 50
同一生物不同生长发育时期含水量不同
幼年＞成年
男性＞女性
同种生物的不同组织、 器官，含水量不同
（一）生物体含水量特点
一、细胞中的水
（二）水在细胞中的存在形式
自由水
（占细胞内全部水的95.5%）
结合水
（占细胞内全部水的4.5%）
特点：易蒸发、不受束缚、可流动
特点：不易散失、含量较稳定、 失去流动性和溶解性
以游离的形式存在，可以自由流动
与细胞内其他化合物（蛋白质、多糖等物质）相结合的水
重量
减轻
________大量散失
晒干的种子用水浸泡
仍能
萌发
失去大部分________的种子仍保持其生理活性
自由水
自由水
_______少，代谢弱
晒干的种子不浸泡
不萌发
自由水
①种子萌发时，吸收水分，自由水增多，代谢增强。
②晒干的种子，自由水减少，代谢减弱，利于储存。
一、细胞中的水
（二）水在细胞中的存在形式
将晒干的种子放在试管中，用酒精灯加热
管壁上有水珠
失去的主要是________
结合水
失去________的种子浸泡
不萌发
失去________的种子失去生理活性
结合水
结合水
③晒干的种子，经过加热，失去结合水，细胞的结构被破坏，不能萌发。
（二）水在细胞中的存在形式
一、细胞中的水
（二）水在细胞中的存在形式
1、自由水和结合水的功能
结合水
自由水
是细胞结构的重要组成成分。
a.细胞内良好的溶剂：许多物质溶解在水中
b.参与细胞内许多生物化学反应（光合作用、呼吸作用）
c.运输营养物质和代谢废物（如血液运输氧气和二氧化碳）
d.为细胞提供液体环境（如血细胞生活在血浆中）
一、细胞中的水
（二）水在细胞中的存在形式
水的结构特性
阅读课本P20-21楷体字部分，尝试画出水分子的结构，然后小组讨论完成下列问题：
（1）结合水的组成及特性，水分子中H、O原子的结合方式和带电情况，尝试解释水为什么能成为良好的溶剂。
（2）结合氢键的形成及特点，说明水分子为什么具有流动性？
（3）水的哪一特性，对于维持生命系统的稳定性十分重要？
水的结构特性
水分子由2个氢原子和一个氧原子构成，氢原子以共用电子对与氧原子结合。
由于氧具有比氢更强的吸引共用电子的能力，使氧的一端稍带负电荷，氢的一端稍带正电荷。水分子的空间结构及电子的不对称性分布，使得水分子是一个极性分子。
带有正电荷或负电荷的分子(或离子）都容易与水结合，因此水是良好的溶剂。
(1)水是极性分子——水是良好的溶剂
(1)水是极性分子——水是良好的溶剂
清水中加入NaCl颗粒
NaCl颗粒被溶解
（运输溶解在水中的养料和废物）
水的结构特性
带有正电荷或负电荷的分子(或离子）都容易与水结合，因此水是良好的溶剂。
一个水分子的氧端和另一个水分子的氢端由于静电吸引作用可以形成氢键。水分子之间靠氢键相互作用在一起。
氢键不稳定，易被破坏，又容易形成。这样氢键虽然只能维持极短时间，但由于其不断地断裂和不断地形成，使得水在常温下能够维持液体状态，具有流动性。
（2）氢键易断又易形成——流动性
水的结构特性
由于氢键的存在，水具有较高的比热容，这就意味着水的温度相对不容易发生改变，水的这种特性，有利于维持生命系统的稳定性。
（3）高比热容，所以性质稳定，不易受温度影响
比热容：指单位质量的某种物质升高（或下降）单位温度所吸收（或放出）的热量。
水的结构特性
一、细胞中的水
（二）水在细胞中的存在形式
自由水
新鲜鸡蛋和变质鸡蛋中的水分分别主要以什么状态存在？这说明两者之间的关系是怎么样的？
结合水
结合水和自由水可以相互转化
2、自由水和结合水的关系
（1）在一定条件下可以互相转换
自由水
结合水
降低温度
升高温度
思考：低温时自由水转化成结合水这对植物生存有什么意义？
防止冻害，以适应不良环境；
结合水比例越高，抗寒能力越强。
2、自由水和结合水的关系
（2）两者的相对含量(自由水/结合水)影响生物组织的细胞代谢速率
→细胞代谢增强,抗逆性减弱
→细胞代谢减弱，抗逆性增强
自由水
结合水
上升
下降
（抗逆性：动植物适应不良条件的能力，如抗旱、抗寒、抗热等）
自由水的比例高——
代谢活跃，生长快，但抗逆性弱
2、自由水和结合水的关系
生活中的现象 对此现象的解释
种子在贮存时需将种子晒干
干种子用水浸泡后仍能萌发
低温环境下减少花卉浇水
干种子放在试管中加热有水珠
炒熟的种子浸泡后不萌发
减少自由水含量，降低种子的代谢，
延长种子寿命
失去自由水的种子仍保持其生理活性
提高花卉对低温的抗性
种子晒干后，仍含有结合水，
用酒精灯加热会失去结合水
失去结合水的细胞失去生理活性
早上起来喝一杯水
清晨第一杯水的好处
1.补充水分
2.预防便秘
3.调节肠胃
4.使大脑清醒
白开水是最没负担的水
150-200毫升为宜
喝水时机：刷牙后早饭前
清晨喝水必须是空腹喝，也就是在刷牙后、早餐前。
与生活的联系
当堂检测
（1）生物种类不同，含水量不同，如陆生生物含水量多于水生生物（　）
（2）生物的含水量与生长发育阶段有关，幼嫩组织的细胞中含水量高（　）
（3）晒干的种子不含自由水（　　）
×
√
×
C
当堂检测
B
当堂检测
B
当堂检测
烧掉一块木头后，会得到一些灰白色的灰烬，这些灰烬是什么
无机盐
二、细胞中的无机盐
1.含量
仅占细胞鲜重的1％ ~ 1.5％
2.存在形式
------离子的形式（大多数）
阳离子： Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等
阴离子： Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等
——少数无机盐以化合物的形式存在
牙齿、骨骼的组成成分是碳酸钙，以化合物形式存在。
3.无机盐的功能
讨论1：植物体缺Mg为什么会影响光合作用？
光合作用不能缺少叶绿素，而叶绿素的分子结构中不能缺少的元素之一就是镁。镁是叶绿素的组成元素之一，因此，缺镁时叶绿素的形成受到阻碍，从而影响光合作用。
缺Mg2+
无法合成叶绿素
叶肉细胞不能进行光合作用
3.无机盐的功能
讨论2：有一种贫血症叫缺铁性贫血症，为什么缺Fe会导致贫血？
人类贫血症中有缺少红细胞和缺少血红蛋白两种类型，它们都可导致贫血。而血红蛋白的分子结构不能缺少的一种元素就是铁，所以缺铁会导致血红蛋白的合成障碍，引起贫血。
功能一：构成某些复杂化合物的重要成分
3.无机盐的功能
植物体缺P常表现为生长发育不正常，这说明无机盐会影响生物体的生命活动。
P是核酸、磷脂、ATP的重要成分之一，缺P会影响蛋白质的合成，抑制细胞的分裂，进而影响植物的生长发育。
讨论3：植物体缺P常表现为生长发育不正常，这说明什么？分析为什么植物体缺P会影响其生长发育。
3.无机盐的功能
血钙不足→抽搐
血钙过高→肌无力
功能二：维持细胞和生物体的生命活动
0.9%的NaCl溶液和细胞所处液体环境是等渗溶液
3.无机盐的功能
9%
0.09%
功能三：维持细胞的渗透压平衡
（维持细胞正常的形态）
3.无机盐的功能
乳酸 + NaHCO3 = 乳酸钠 + H2CO3
CO2 + H2O
功能四：维持细胞的酸碱平衡
3.无机盐的功能
组成细胞中某些复杂的化合物
维持细胞和生物体的生命活动
Mg2+→叶绿素
Fe2+→血红蛋白
维持细胞的渗透压
Na+ 、K+ 、Cl- 等
血钙过高→肌无力
血钙过低→抽搐
无机盐生理作用
不完全归纳法
维持细胞的酸碱平衡
HPO42-、
HCO3-等
3.无机盐的功能
部分常见无机盐的作用
Mg2＋ ━━
Ca2＋ ━━
Fe2＋ ━━
I- ━━
N- ━━
P- ━━
Na＋、
K＋
B- ━━
叶绿素成分
维持生命活动，牙齿和骨骼的重要成分
血红蛋白的成分
维持细胞外液的渗透压，缺乏Na+会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等
甲状腺激素成分
蛋白质、核酸等的成分
核酸、磷脂等的成分
促进花粉萌发和花粉管伸长
A
当堂检测
B
当堂检测
B
当堂检测
设计实验探究某无机盐X是否是植物所必需的
（1）材料:
生长状态相同、长势良好的植物若干，全营养培养液，缺X的培养液，无机盐X。
（2）实验设计:
对照组
实验组
设计实验探究某无机盐X是否是植物必需的无机盐
（以Mg元素为例）
生长状况相同的正常同种植物分两组
甲组：缺Mg的完全培养液
乙组：完全培养液
植物正常生长
出现缺乏症
加入Mg元素再培养
缺乏症消失
Mg为植物生长的必需元素
植物正常生长
Mg为植物生长的非必需元素
实验组中加入Mg的目的是二次对照，使实验组前后对照，以增强说服力。
每组放入的植物不能是一株，因为一株植物存在偶然性。
（1）空白对照
对照组：
实验组：
植物+完全培养液
植物+缺X培养液
（2）自身对照
对照组：
实验组：
缺X培养液(加入X之前)
加入无机盐X后
设计实验探究某无机盐X是否是植物必需的无机盐
D
当堂检测
（1）水的存在形式有自由水和结合水两种，自由水和结合水在一定情况下可以相互转换。结合水与自由水的比值_____（较高/较低）时，细胞的新陈代谢较强。
（2）无机盐在机体中绝大多数以_____形式存在，种子在晒干的过程中无机盐的相对含量将会______（填“升高”或“降低”或“不变”）。人体血液中Fe2+的含量过低时，会导致_____。
较低
离子
升高
贫血
当堂检测
（3）为验证Mg为植物生长的必须元素，某同学进行了实验。甲组：正常植物＋完全培养液，乙组：正常植物＋缺Mg培养液。一段时间后观察两组的生长情况。
③另一同学认为上述实验尚有可疑之处，其处理方式是往培养一段时间后的乙组加入适量的含Mg的化合物，观察乙组加入Mg前后的生长状况与甲组的对比情况。其实验结果观察到最有可能的是乙组叶片_________。该同学设置这一实验步骤的目的是____________。
当堂检测
二次对照，增强实验结果的说服力
由黄变绿
细胞中的无机物
水
无机盐
自由水
结合水
①良好的溶剂
②参与生化反应 ③为细胞提供液体环境 ④运输养料和废物
细胞结构的重要组成成分
自由水比值高：代谢旺盛
结合水比值高：代谢缓慢，抗逆性强
相互 转化
比值关系
功能
功能
存在形式
离子或化合物
细胞和生物体的重要组成成分
维持细胞和生物体的生命活动
功能
维持细胞形态和酸碱平衡
本节小结

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