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第1节 细胞中的元素和化合物
第2章 组成细胞的分子
学 习 目 标
过水结构与功能的分析，形成结构与功能相适应的生命观念。
生命观念
科学思维科学探究
社会责任
归纳概括水与细胞代谢的关系，通过探究无机盐的功能的技能训练培养科学探究能力。
通过学习无机盐与人体健康的关系，关注人体健康。
课堂导入
火星上到底有没有液态水的存在？如果有，就可能存在生命吗？
问题探讨
地表3/4是水，最早的生命起源于海洋。
人的胚胎要浸润在羊水中才能发育。
现代医学研究表明,人在饥饿状态下的生命极限最多20天，而缺水只能活3天。
问题探讨
肥硕的变态茎中仍贮存着大量的水分。
生 命 离 不 开 水 ！
目录
02 细胞中的无机盐
01 细胞中的水
（一）水的含量
一、细胞中的水
70-90%
7-10%
1-1.5%
1-1.5%
1-2%
细胞中含量最多的化合物是水。
（一）水的含量
一、细胞中的水
80-85%
鱼类
高等植物
60-80%
哺乳动物
65%
97%
水母
90%
藻类
78%
蛙
结论1
水生生物 > 陆生生物
低等生物 > 高等生物
【资料1】不同生物体内的含水量
不同种类生物的含水量不同。
结论2
同种生物不同生长发育期含水量不同
（一）水的含量
一、细胞中的水
幼年个体 >成年个体 > 老年个体
【资料2】同种生物不同生长发育期含水量
胎儿90% 婴儿75% 成年60~65% 老年50%
结论3
组织器官 牙齿 骨骼 骨骼肌 心脏 血液
质量分数/% 10 22 76 79 83
同个生物的不同组织、器官,含水量不同
（一）水的含量
一、细胞中的水
代谢旺盛的组织或器官中含水量较多
【资料3】同种生物的不同组织、器官的含水量
心脏（含水量79%）和血液的含水量（含水量83%）很接近为何心脏呈坚韧的形态而血液却呈流动的液态？
水的存在形式不同：
水在血液中主要以自由水的形式存在，水在心肌中主要以结合水的形式存在。
问题探讨
（二)水在细胞中的存在形式
一、细胞中的水
自由水
结合水
（占细胞内全部水的95.5%）
（占细胞内全部水的4.5%）
绝大多数水以游离的形式存在，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
（二)水在细胞中的存在形式
一、细胞中的水
自由水
结合水
可以自由流动，容易蒸发散失
失去流动性和溶解性，不易蒸发散失
（二)水在细胞中的存在形式
一、细胞中的水
药物溶解溶解在胃液中
人的胚胎需要浸润在羊水中发育
（二)水在细胞中的存在形式
一、细胞中的水
血液运输营养物质和代谢废物
形式 自由水 结合水
含义
含量
特点
功能
细胞中呈游离状态可以自由流动的水
细胞中与其他物质结合的水
95.5%
4.5%
（二)水在细胞中的存在形式
一、细胞中的水
可自由流动、易蒸发散失
失去流动性和溶解性、
不易蒸发散失
①充当良好溶剂
②提供液体环境
③参与生化反应
④运输营养物质和代谢废物
细胞结构的重要组成成分
思考：水为什么能成为细胞内良好的溶剂？它又为什么具有支持生命的
独特性质？
这是由水的分子结构决定的
学科交叉
学科交叉
共用电子对
共用电子对
负电荷
正电荷
①水分子的空间结构及电子的不对称分布，使水分子成为一个极性分子。带正电荷或负电荷的分子(或离子)都容易与水结合，
水是良好溶剂
学科交叉
②氢键比较弱，易被破坏，只能维持极短时间，这样氢键不断地断裂，又不断地形成，使水在常温下能够维持液体状态，
水具有流动性
氢键形成示意图
学科交叉
③由于氢键的存在，水具有较高的比热容，水的温度相对不容易发生改变。
对于维持生命系统的稳定系十分重要
氢键形成示意图
1. 切西瓜时流出的瓜汁水；
2. 新鲜小麦种子晒干时丢失的水；
3. 小麦烘烤时丢失的水；
4. 鸡蛋清里的水；
5. 臭鸡蛋清里的水。
以下实例中水主要以什么形式存在？
自由水
自由水
结合水
结合水
自由水
练习
（三)自由水和结合水的关系
一、细胞中的水
哪一个新陈代谢旺盛？
1.自由水与结合水的比值与细胞或生物体的代谢强度和抗逆性有关。
→细胞的代谢越旺盛，抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力减弱
→细胞的代谢减慢，抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力越强
自由水
结合水
比值小
比值大
哪个抗逆性更强呢
（三)自由水和结合水的关系
一、细胞中的水
2.自由水与结合水在一定条件下可相互转化：
结合水
自由水
自由水
结合水
自由水
结合水
温度降低
温度升高
思考讨论
思考：低温时自由水转化成结合水对植物生存有什么意义？
避免气温下降时自由水过多冻结而损害自身
1.雨水，是二十四节气的第二个节气，通常预示着降雨开始，雨量渐增。俗话说“春雨贵如油”，适宜的降水对农作物的生长很重要。下列关于水的叙述，错误的是（ ）
A．细胞内结合水的存在形式主要是水与蛋白质、多糖等物质结合
B．细胞中的自由水是细胞结构的重要组成成分
C．与萌发种子相比，休眠种子中自由水与结合水的比值更小
D．玉米等种子收获后需经风干处理后再储藏，主要是减少自由水的含量
B
练习
2．水分子中氢原子以共用电子对与氧原子结合。氧具有比氢更强的吸引共用电子对的能力，这使得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分布，使得水分子成为一个极性分子。水分子间也可相互吸引，它们之间的静电吸引作用会形成一种弱的引力，这种弱的引力称为氢键，氢键易于形成和断裂。下列说法错误的是（ ）
A．带有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
B．氢键的存在，使水具有较高的比热容，因此，水能维持生命系统的稳定性
C．结合水与细胞中的蛋白质、多糖、脂肪等物质相结合，使其失去了流动性和溶解性
D．细胞中自由水与结合水的含量比处于动态变化中，其大小与细胞的新陈代谢能力有关
C
练习
3.生物体内水的含量与其生存能力的强弱有重要关系，两条曲线代表代谢强度或抗逆性。 下列说法错误的是（　　）
A．若图中①代表代谢强度，则②代表抗逆性
B．越冬作物通过增加灌溉可对②进行加强
C．种子萌发前吸收水分可使①增强
D．除改变水的含量外，增加细胞中蛋白质的含量也能使②增强
B
练习
【1】细胞中的水
重量减轻
将种子放在阳光下2天
________大量散失
自由水
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
（四)水的实际应用
一、细胞中的水
【1】细胞中的水
仍能萌发
晒干的种子用水浸泡
失去自由水的种子仍保持其生理活性
加热后的种子用水浸泡
不能萌发
失去结合水的种子丧失其生理活性
（四)水的实际应用
一、细胞中的水
细胞中的水
含量
①不同的生物体内水含量不同。水生生物>陆生生物，低等生物>高等生物
②生物体不同的生长发育阶段水含量不同。 幼儿时期>成年时期＞老年时期
③同一生物不同器官水含量不同。 如心肌含水约79%，血液含水约82%
生理功能
转化关系
相互转化：
自由水 结合水
降温
升温
含量关系
①（自由水/结合水）比值高：新陈代谢旺盛，抗逆性弱
②（自由水/结合水）比值低：新陈代谢缓慢，抗逆性强
实际运用
结合水：
自由水
细胞结构的重要组成成分
①细胞内的良好溶剂
②提供液体环境
③参与生化反应
④运输营养物质和代谢废物
水分子是极性分子，易与带电荷的分子或离子结合。
水分子间的氢键不稳定，使水在常温下保持液态；
氢键使水具有较高比热容，使水的温度不易改变。
①烘干种子时，部分结合水转化为自由水散失，不能再萌发。
②晒干种子时，散失自由水避免因低温结冰而冻伤，可以再萌发。
③萌发种子时，部分结合水转化为自由水。
存在形式：自由水与结合水
小结
目录
02 细胞中的无机盐
01 细胞中的水
观看视频
问题探讨
表中哪些成分是无机盐？
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？
成分 质量浓度/（g · L-1）
蔗糖 30
其他糖类 10
柠檬酸 10
柠檬香精 0.8
氯化钠 1.0
氯化钾 0.1
磷酸二氢钠 0.1
磷酸二氢钾 0.1
碳酸氢钠 0.1
运动员饮料的化学成分表
喝运动饮料可以给身体补充什么？
补充运动损失的：水、无机盐、能量
问题探讨
1.无机盐的存在形式
细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。
含量较多的阳离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+ 等；
含量较多的阴离子有Cl-、SO42-、PO43-、HCO3- 等。
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%。
2.无机盐的含量
二、细胞中的无机盐
火星上到底有没有液态水的存在？如果有，就可能存在生命吗？
二、细胞中的无机盐
1.无机盐的存在形式
细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。
含量较多的阳离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+ 等；
含量较多的阴离子有Cl-、SO42-、PO43-、HCO3- 等。
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%。
2.无机盐的含量
随堂检测
【资料1】下图是一种叶绿素分子和血红蛋白分子的局部结构简图。
由材料可以看出，无机盐是 。
某些复杂化合物的重要组成成分
问题探讨
【资料2】某些无机盐缺乏的病症
该材料说明：无机盐对___________________________________有着重要的意义。
维持细胞和生物体的正常生命活动
[缺Na+]
肌肉酸痛无力
[血液缺Ca+]
抽搐
问题探讨
【资料3】人体代谢过程中产生的一些代谢物质会改变体液的酸碱度，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。
该材料说明：无机盐对于维持人体内环境的__________相对稳定
具有重要作用。
酸碱平衡
问题探讨
【资料4】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。
该材料说明：
无机盐能调节人体的________，
维持细胞的___________。
渗透压
正常形态
问题探讨
① 有些无机盐是细胞和生物体中某些复杂化合物的重要组成成分
② 维持细胞和生物体的生命活动
③ 维持细胞和生物体的酸碱平衡
④ 维持细胞和生物体的渗透压碱平衡
二、细胞中的无机盐
3.无机盐的作用
细胞中的无机盐
存在形式：
细胞中大多数无机盐以离子形式存在，少数以化合物形式存在
生理功能
④维持细胞和生物体的渗透压平衡
缓冲对：NaHCO3/H2CO3
缓冲对：NaH2PO4/Na2HPO4
Mg2+：叶绿素
Fe2+：血红蛋白
I- ：甲状腺激素
血Ca：过低抽搐；过高肌无力
缺Na：兴奋性降低导致肌肉酸痛无力
缺B：油菜花而不实
细胞外液：Na+、CI-
细胞内液：K+
生理盐水：质量分数为0.9%的NaCl
小结
①细胞和生物体中某些复杂化合物的重要组成成分
②维持细胞和生物体的生命活动
③维持细胞和生物体的酸碱平衡
【元素缺乏与疾病的相关性】
①缺Fe：人体患贫血；果树患黄叶病
②缺Ca：成年人缺钙患骨质疏松症；人血液中缺钙会出现抽搐现象
③缺I：人幼年患呆小症；成年患甲状腺肿大（大脖子病）
④缺Mg：影响植物叶绿素的合成，影响光合作用的进行
拓展知识
拓展知识
“焦边”是由缺钾引起的植物叶片边缘出现枯黄色的现象。请完善实验步骤探究小麦“焦边”是由缺钾导致的。准备以下材料用具：若干株长势基本相同的小麦幼苗、浓度相同的完全培养液、缺钾培养液等。
(1)实验步骤：
①取两只广口瓶，编号为甲、乙。
②在甲瓶加入100 mL的完全培养液，向乙瓶中加入__________________；
③将_____________________________________分别栽种在甲、乙瓶中；
并在相同且适宜的条件下培养；
④一段时间后，观察________________________________。
100 mL缺钾培养液
长势基本相同的小麦幼苗随机均分为两组
小麦叶片是否出现“焦边”现象
练习
(分组编号)
(紧扣自变量处理)
（观察因变量指标）
（控制无关变量）
(2)实验结果与结论：
①若甲瓶的小麦幼苗正常生长，_________________________________，
则说明小麦叶片“焦边”是由缺钾引起的；
②若_____________________________________，则说明小麦叶片“焦边”不是由缺钾引起的。
(3)通过实验证实“焦边”是由缺钾导致的，为增强实验的说服力，在上述实验的基础上应如何改进？
_______________________________________________________________________。
乙瓶的小麦叶片出现“焦边”现象
甲、乙瓶中的小麦均未出现“焦边”现象
可以在缺钾培养液中加入钾，培养一段时间后观察植物叶片生长是否恢复正常
练习
练习与应用
1.水和无机盐是细胞的重要组成成分。判断下列相关表述是否正确 。
(1)细胞内的自由水和结合水都是良好的溶剂，都能参与物质运输和化学反应。
（ ）
(2)同一株植物中，老叶细胞比幼叶细胞中自由水的含量高。（ ）
(3)将作物秸秆充分晒干后，其体内剩余的物质主要是无机盐。（ ）
一、概念检测
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练习与应用
1.医用生理盐水是质量分数为0.9%的氯化钠溶液。生理盐水的含义是什么
在什么情况下需要用生理盐水
二、拓展应用
质量分数为0.9%的氯化钠溶液的浓度，正是人体细胞所处液
体环境中溶质的浓度，所以叫生理盐水。当人体需要补充盐
溶液或输入药物时，应输入生理盐水或用生理盐水作为药物
的溶剂，以保证人体细胞的生活环境维持在稳定的状态。
练习与应用
2.目前已经探明，在火星两极地区有固态水，而那里的土壤中含有生命必需的Mg 、Na 、K 等元素。科学家也曾在火星上发现了流动水的痕迹。科学家据此推测，火星上曾经或者现在存在着生命。为什么科学家会作出这样的推测呢
二、拓展应用
水是生命之源，地球上最早的生命就是起源于水中的。科学家在火星上发现了流动水的痕迹，说明那里可能有自由流动的水。同时，那里的土壤中还含有生命必需的一些元素，所以科学家才会作出这样的推测。

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