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第二节 细胞中的无机物
第二章 组成细胞的分子
人教版 必修一
课前导入
市面上有各式各样的饮品，你平常口渴会喝什么呢？
运动员在运动时怎么补水？
运动饮料含有什么成分呢？
运动饮料，一般是有针对性的补充能量的饮料，含有水、糖、电解质、维生素、无机盐等人体内需要的成分。
一、细胞中的水
1、水的含量
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。
组成细胞的主要化合物及相对含量
组成细胞的主要化合物 水 蛋白质 脂质 无机盐 糖类和核酸
所占比例（%） 70%-90% 7%-10% 1%-2% 1%-1.5% 1%-1.5%
一、细胞中的水
1、水的含量
几种不同生物体内水的含量
生物 水母 藻类 鱼类 蛙 高等植物 哺乳动物
水含量（质量分数，%） 97% 90% 80%-85% 78% 60%-80% 65%
高等植物是适应于陆地大气环境中生活的植物。是相对于低等植物而言，是苔藓植物、蕨类植物和种子植物的合称。
生物体的含水量随着生物种类的不同有所差别。
（水生生物的含水量>陆生生物的含水量）
一、细胞中的水
1、水的含量
同种生物在生长发育的不同时期时期含水量不同。
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
水含量（质量分数，%） 95% 75% 65% 60% 50%
一、细胞中的水
1、水的含量
同种生物个体不同的组织、器官中的含水量不同。
人体中几种不同器官或组织中水的含量
组织器官 血液 心肌 骨骼肌 骨骼 牙齿
水含量（质量分数，%） 83% 79% 76% 22% 10%
一、细胞中的水
2、水的作用
水是细胞内良好的溶剂，许多种物质能够在水中溶解
观看视频，结合课本楷体字内容，小组合作讨论以下问题：
（1）水为什么能成为细胞内良好的溶剂呢？
物资 比热容c/[J·(kg·℃)-1]
水 4.2×103
酒精 2.4×103
煤油 2.1×103
冰 2.1×103
色拉油 1.97×103
水是极性分子，带电荷的分子（或离子）容易与之结合。
水分子之间形成氢键，氢键不断断裂和形成，保证水分子具有流动性。
氢键断裂需要消耗能量，故水分子具有较大的比热容，水可以保持稳定性。
结构决定功能
极性分子溶于水是因为它们与水分子形成氢键
非极性分子在水中聚在一起是因为水分子之间形成了氢键
一、细胞中的水
2、水的作用
水是细胞内良好的溶剂，许多种物质能够在水中溶解
观看视频，结合课本楷体字内容，小组合作讨论以下问题：
（2）水为什么具有支持生命的独特性质？
结构决定功能
①分子极性→形成氢键→氢键不断地断裂和形成→水在常温下能够维持液体状态，具有流动性
②氢键→水具有较高的比热容→水的温度相对不容易发生改变→维持生命系统的稳定性
一、细胞中的水
2、水的作用
水参与细胞内的许多生物化学反应
细胞呼吸
光合作用
一、细胞中的水
2、水的作用
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。
细胞内环境：血浆、组织液、淋巴液等
血液中的红细胞
一、细胞中的水
2、水的作用
在生物体内运送营养物质和排除废物
血液与组织细胞之间的物质交换
尿的生成和排出
问题探讨
右侧是某种运动员饮料化学成分表。请回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题。
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水为细胞提供液体环境；
④水运送营养物质和排除细胞代谢产生的废物。
讨论：喝饮料主要是给身体补充水。水在细胞中起什么作用？
运动员饮料的化学成分表
生物体的一切生命活动都离不开水
一、细胞中的水
2、水的存在形式
水在自然界中以三种形式存在：
水在细胞中以两种形式存在：
固态、液态和气态
自由水和结合水
自由水：绝大部分的水呈游离状态，可以自由流动，叫做自由水。
结合水：一部分水与细胞内的其他物质相结合，叫做结合水。
一、细胞中的水
2、水的存在形式
(1)取少量晒干的小麦种子进行实验，小麦种子经浸泡处理后可以正常萌发，而未经浸泡处理的小麦种子不会萌发；
(2)将种子放在试管内用酒精灯高温加热一段时间后，试管内壁上出现水珠，取出小麦种子继续浸泡处理不萌发；
①“为什么晒干的小麦种子无法萌发，而浸泡处理的小麦种子却可以萌发 ”“
②“为什么晒干的小麦种子经加热后还会产生水 ”
小组讨论下列事实并回答相应问题：
因为晒干的种子失去了自由水，所以代谢弱，不利于萌发，在种子浸泡后吸收了大量水，多为自由水，有利于代谢进行，所以可以萌发。
晒干的小麦种子中含有结合水，种子加热时，高温破坏了细胞结构，导致结合水被释放，因此在试管壁上出现的水珠主要为结合水。
一、细胞中的水
2、水的存在形式
(3)北方的植物在越冬时,细胞内自由水含量降低,结合水含量上升；
(4)种子储存需要的条件之一是通风、干燥。
③ 自由水转变为结合水的意义是什么？
小组讨论下列事实并回答相应问题：
④种子细胞中含水量与代谢水平之间有什么关系？
自由水含量高时代谢旺盛，但抗逆性弱；结合水含量高时，细胞抗逆性增强。北方植物越冬时自由水转变成结合水，降低了细胞代谢强度，增强了抗寒等抗逆性，有利于度过不良环境。
细胞含水量多，代谢速度快；含水量少，代谢速度慢。
抗逆性——细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力
细胞代谢的生化反应大多需要在水环境中进行。自由水作为溶剂，参与物质运输和反应过程。当细胞含水量高时，自由水比例增加，物质溶解及酶活性更易发挥，代谢加快；
反之，含水量低时（如休眠种子），自由水减少，代谢减缓。结合水主要维持结构，对代谢影响较小。因此，细胞代谢速度与自由水含量呈正相关。
一、细胞中的水
2、水的存在形式
形式 状态 含量 与代谢速度的关系 与抗逆性的关系 作用
自由水 游离状态，具有流动性和溶解性 95%以上 正比 反比 1.细胞内良好的溶剂；
2.参与细胞内的生物化学反应；
3.为细胞提供液体环境；
4.运送营养物质和代谢废物
结合水 水与蛋白质多糖等物质结合 约4.5% 反比 正比 细胞结构的重要组成部分
根据上述回答，结合课本21页相关内容，完成下表。
一、细胞中的水
2、水的存在形式
自由水和结合水可以互相转化吗？你能列举出生活中常见的例子吗？
冲泡藕粉时，向藕粉中加入的是自由水，加入后制成了糊状物质，其中含有与淀粉分子结合的结合水；
冲好的藕粉，经过加热后，能产生水蒸气，即自由水。
生鸡蛋的蛋清中含有大量与蛋白质分子结合的结合水，鸡蛋变质时，不会含有胶体状的鸡蛋清，此时流出的水是液态的自由水。
自由水→结合水
结合水→自由水
结合水→自由水
一、细胞中的水
水是生命之源
世界水日——3月22日
节约用水
赓续文明
二、细胞中的无机盐
点燃种子，其燃尽时可见到一些灰白色的灰烬，这些灰烬是什么呢？
无机盐
二、细胞中的无机盐
细胞中大多数无机盐以________的形式存在
含量较多的阳离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等
含量较多的阴离子：Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等
离子
主要存在形式
细胞中少量无机盐以化合物的形式存在
次要存在形式
化合态的无机盐是细胞和生物体的重要组成成分，有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的组成成分。
如Mg2+是构成叶绿素的成分；
Fe2+是构成血红蛋白的成分；
I-是构成甲状腺激素的成分。
叶绿素分子结构示意图
血红蛋白分子结构示意图
甲状腺激素结构示意图
1、无机盐的存在形式
二、细胞中的无机盐
组成细胞的主要化合物及相对含量
与水不同，无机盐是细胞中含量很少的无机物，仅占细胞鲜重的1%~1.5%
无机盐在细胞中含量很少，是不是对生命活动可有可无呢？它们在细胞中又有什么作用呢？
2、无机盐的含量
二、细胞中的无机盐
3、无机盐的作用
根据以下资料，思考并讨论无机盐的作用
资料1：下图是一种叶绿素分子和血红素分子局部结构简图
一种叶绿素分子
（局部）
血红素分子
（局部）
（1）植物体缺Mg会影响光合作用，为什么？
光合作用的正常进行，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Mg，Mg是叶绿素的组成元素之一，因此它对于光合作用具有重要意义。
缺Mg使叶绿素的形成受到阻碍，进而影响光合作用。
二、细胞中的无机盐
3、无机盐的作用
资料1：下图是一种叶绿素分子和血红素分子局部结构简图
根据以下资料，思考并讨论无机盐的作用
一种叶绿素分子
（局部）
血红素分子
（局部）
（2）有一种贫血症叫缺铁性贫血症，为什么缺铁会导致贫血？
人体内血红蛋白和红细胞的减少都可以导致贫血。
血红蛋白的分子结构不能缺少的一种元素就是Fe，缺Fe会导致血红蛋白的合成障碍，从而引起贫血。
缺铁性贫血是一种常见的贫血症。
参与细胞内复杂化合物的组成
二、细胞中的无机盐
3、无机盐的作用
资料2：N、P、K等营养物质时会出现各种症状，因此生产过程中常要给植物施肥。玉米在生产过程中缺乏P，植物就会特别矮小，根系发育差，叶片小且呈暗绿偏紫色。
根据以下资料，思考并讨论无机盐的作用
（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磷会影响其生长发育。
这说明了P对于植物正常的生长发育是必不可少的。P作为植物生长发育所必需的大量元素之一，是许多重要化合物（如核酸、ATP等）和生物膜的重要组成成分，也在光合作用和呼吸作用等与能量代谢有关的反应中扮演重要角色。
当P供应不足时，核酸的合成会受到影响，并会波及蛋白质的合成，还会影响体内糖类的代谢。因此，缺乏P的植株会由于糖类代谢障碍而出现叶片颜色异常，并且长得矮小、结实率低。
维持细胞和生物体正常生命活动
二、细胞中的无机盐
3、无机盐的作用
资料3：生理盐水是指与哺乳动物血液和淋巴等渗的无机盐溶液，常用的是质量分数为0.9%的氯化钠溶液。人体的红细胞在生理盐水中会保持原有的形态，如果放到高浓度盐溶液中就会皱缩，如果放到清水里就会吸水膨胀。
根据以下资料，思考并讨论无机盐的作用
调节人体的渗透压
维持细胞的正常形态
静脉注射盐水袋
红细胞的失水皱缩和吸水膨胀
二、细胞中的无机盐
3、无机盐的作用
资料4：短跑过程中肌肉细胞产生的乳酸不断堆积，会改变体液的酸碱度，让机体产生酸痛感，人体血液中存在H2CO3/NaHCO3和NaH2PO4/Na2HPO4等酸碱缓冲物质可以中和这些变化。
根据以下资料，思考并讨论无机盐的作用
维持细胞的酸碱平衡相对稳定
调节机理：
乳酸+NaHCO3 乳酸钠+H2CO3
H2CO3 H2O+CO2
二、细胞中的无机盐
3、无机盐的作用
无机盐是细胞内复杂化合物的重要组成成分，也是细胞结构的重要组分
Mg是构成叶绿素的元素；Fe是构成血红素的元素；P是组成细胞膜、细胞核的重要成分，也是细胞必不可少的许多化合物的成分。
维持细胞和生物体正常的生命活动
人体内Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等；哺乳动物的血液中如果Ca2+含量太低，动物会出现抽搐等症状。
维持细胞的渗透压和酸碱平衡
动物的体液具有正常的pH值，如人的血浆pH值为7.35~7.45，在酸碱平衡的维持中，无机盐直接参与了缓冲对的构成。这些缓冲对对于调节体液的酸碱平衡很有效。
问题探讨
右侧是某种运动员化学成分表。请回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题。
①表中的氯化钠、氯化钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、碳酸氢钠等都属于无机盐，它们在饮料中以离子的形式存在。
②运动员在运动中会大量出汗，出汗时人体会排出大量无机盐，所以要给他们补充无机盐。
③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。
讨论：表中哪些成分属于无机盐？为什么要在运动员喝的饮料中添加无机盐？无机盐在细胞的生活中起什么作用？
运动员饮料的化学成分表
提供能量
调味
补充缺失的无机盐
二、细胞中的无机盐
4、人体对部分无机盐的需求
无机盐 功能 每日需要量 缺乏引起的疾病
Fe 组成血红蛋白、细胞色素、含铁酶类 0.3~29mg 缺铁性贫血
Ca 促进牙齿、骨骼生长，调节神经肌肉的敏感性 0.2g~1.2g 佝偻病、骨质疏松
P 构成骨骼、肌肉等，促进酶活性，构成ATP 0.1~0.72g 厌食、肌无力
Na 体液的主要组成部分，调节体液渗透压 0.17~1.6g Addison病
K 使生长正常，保持肌肉功能正常，维持离子浓度，调节体液渗透压 2g~4g 心率异常
I 形成甲状腺激素的成分 0.085~0.24mg 甲状腺肿
Mg 与酶活性有关，保持肌肉功能正常 0.02~0.37g 惊厥
Cu 促进正常生长 0.3~1.4mg 贫血症；卷毛综合征
Zn 若干跟消化有关的酶的结构中心 2.0~12.5mg` 侏儒、生殖腺功能受影响
课堂小结
细胞中的无机物
细胞中的水
自由水
存在形式
结合水
相互转化
（约占细胞全部水的95.5%）
细胞内良好的溶剂
参与生物化学反应
为细胞提供液体环境
运送营养物质和代谢废物
（约占细胞全部水的4.5%）
细胞结构的重要组成部分
细胞中的无机盐
（占细胞鲜重的70%~90%）
（占细胞鲜重的1%~1.5%）
存在形式
离子
化合物
（大多数）
（少数）
维持正常的生命活动
维持细胞的渗透压和酸碱平衡
构成细胞中某些复杂化合物的重要组成成分
小试牛刀
1、下列关于水能成为良好溶剂及具有支持生命的独特性质的原因的叙述，错误的是（ ）
【解析】
A、正确；
B、正确；
C、错误。氢键的存在使水有较高的比热容，使其温度相对不易发生改变，有利于维持生命系统的稳定；
D、正确。当细胞内自由水和结合水的比值升高时，代谢增强，当细胞内自由水和结合水的比值下降时，代谢减弱，但抗逆性增强。
C
A.水分子是极性分子，易与带正电荷或负电荷的分子（或离子）结合，因此水是良好的溶剂
B.水分子之间易形成氢键，氢键易断裂和形成，使水在常温下呈液态，具有流动性
C.氢键的存在使水有较低的比热容，使其温度相对不易发生改变，有利于维持生命系统的稳定
D.细胞内自由水和结合水的比值时刻处于动态变化中，这与细胞代谢强度和所处的环境有关
小试牛刀
2、水和无机盐是生物体不可缺少的成分，对维持生物体的正常生命活动具有重要作用。下列叙述错误的是（ ）
【解析】
A、脂肪不是亲水性物质，水不与脂肪结合，A错误；
B、植物代谢活动越旺盛，组织中的含水量越多，自由水与结合水的比值就越大，B正确；
C、无机盐常以离子形式存在，自由水是良好的溶剂，参与生命活动的无机盐常常需要溶解在水中才能发挥其应有的生理功能，C正确；
D、急性腹泻患者丢失了大量水和无机盐，输入含特定无机盐的生理盐水可能恢复机体的水盐平衡，D正确。
A
A.与细胞内的蛋白质、脂肪等物质相结合的水会失去流动性
B.植物组织中的含水量及水的存在状态是植物代谢活动的重要生理指标
C.参与生命活动的无机盐常常需要溶解在水中才能发挥其应有的生理功能
D.急性腹泻患者输入含特定无机盐的生理盐水可能恢复机体的水盐平衡
小试牛刀
3、下列关于无机盐的叙述，错误的是（ ）
【解析】
A、铁是血红素的重要组成元素，缺铁会导致贫血，A正确；
B、细胞膜的组成元素是C、H、O、N、P，缺磷会影响其合成，B正确；
C、细胞中的无机盐大多以离子形式存在，少数以化合物形式存在，C错误；
D、碘是甲状腺激素的成分，食用加碘盐可有效防治地方性甲状肿，D正确。
C
A.人体缺铁性贫血是因为体内缺少铁，血红蛋白不能合成
B.细胞中缺乏磷会影响核酸等物质的合成
C.细胞中的无机盐大多数以化合物形式存在，如碳酸钙是构成人体骨骼、牙齿的主要成分
D.碘是合成人体甲状腺激素的原料，所以常在食盐中加碘
课后作业
1、查找生活中有关水和无机盐作用的事例
2、完成课本练习与应用部分的习题

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