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第二章组成细胞的分子
第2节 细胞中的元素和化合物
1.生命观念
2.科学思维
3.科学探究
4.社会责任
教学目标
通过分析组成细胞的元素来源和含量，认同“生物界与非生物界具有统一性和差异性”，建立生命物质性的观念；理解碳元素是构成细胞最基本元素的原因。
通过“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”的实验，掌握实验原理、方法和操作步骤；学会依据实验目的正确选择实验材料，并规范使用仪器和试剂。。
通过分析组成细胞的元素含量数据、化合物含量图表等，运用归纳与概括的方法，总结组成细胞的主要元素和化合物的种类及特点；通过比较斐林试剂与双缩脲试剂的异同，培养比较与辨析的思维能力。
基于对细胞物质组成的理解，形成健康的生活方式和饮食习惯，倡导合理膳食，提高公众健康意识。
教学目标
(1)理解碳元素是构成细胞的基本元素的内在原因。
1.教学重点
2.教学难点
(1)组成细胞的主要元素和化合物的种类及含量。
(2)检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的实验原理、方法及操作步骤。
(2)对检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质实验的原理、现象进行深入分析和解释，以及实验操作过程中的细节把控和误差分析。
一、组成细胞中的元素
1.1 元素种类
二、组成细胞的化合物
2.2 细胞中元素含量特点
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
实验1 糖类的检测和观察
实验2 蛋白质的检测和观察
当堂训练
小结
2.1 化合物种类
2.3 氨基酸的结构特点
三、目录 CONTENTS
1.2 元素含量
1.3 元素的特点
实验3 脂肪的检测和观察
阐明生命现象的规律，必须建立在阐明生物大分子结构的基础上。
—中国科学院院士邹承鲁
问题探讨
生石花
石头
3.从微观的角度来看，细胞和石生花都是由分子组成，为什么细胞能表现出生命的特征呢？
1.石头和石生花，哪种是生物？
2.石头和石生花都是由细胞构成的吗？
石生花
石生花是，石头不是。生物体是由细胞构成的。
思考
问题探讨
比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量，你能提出什么问题？就自己提出的问题与其他同学交流。
*Si在某些植物细胞中含量较多，如硅藻、禾本科植物。
元素 地壳 细胞
O 48.60 65.0
Si 26.30 极少*
C 0.087 18.0
N 0.03 3.0
H 0.76 10.0
组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能够找到，没有一种化学元素为细胞所特有。
——生物界与非生物界具有统一性
细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同。
——生物界与非生物界具有差异性
结论：生物界与非生物界具有统一性和差异性，生命起源于非生命物质。
组成地壳和组成细胞的部分元素含量(％)表
一、组成细胞中的元素
思考与讨论
元素 玉米细胞 人体细胞
C 43.75 55.99
H 6.24 7.46
O 44.43 14.62
N 1.46 9.33
K 0.92 1.09
Ca 0.23 4.67
P 0.20 3.11
Mg 0.18 0.16
S 0.17 0.78
比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量(干重，质量分数)
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？
一样，都是C、H、O、N。
两种细胞组成成分都是水、糖类、脂类和蛋白质等物质，这些物质含有C、H、O，蛋白质中还含有大量的N元素。
2.基于以下几点分析，能得出什么结论？
(1)不同生物体内化学元素的种类____________。
(2)不同生物体内同种化学元素含量__________。
(3)同一生物体内不同化学元素含量__________。
大体相同
差异很大
差异很大
植物细胞
动物细胞
一、组成细胞中的元素
思考与讨论
元素 玉米细胞 人体细胞
C 43.75 55.99
H 6.24 7.46
O 44.43 14.62
N 1.46 9.33
K 0.92 1.09
Ca 0.23 4.67
P 0.20 3.11
Mg 0.18 0.16
S 0.17 0.78
比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量(干重，质量分数)
组成生物体的化学元素种类 ，但不同的生物体内，各种化学元素的含量 。
基本相同
存在差异
说明生物界不同生物之间既有 ，又有 。
结论
统一性
差异性
一、组成细胞中的元素
组成细胞中的化学元素，常见的有20多种，其中有些含量多，有些含量少。
1.1 元素种类
元素
有选择地从无机自然界中吸收
来源
分类
依据
含量
大量元素:
C、H、O、N、P、S、K、 Ca、Mg等
Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等
微量元素:
谐音记忆：她请杨丹琳留凯贾美哥
谐音记忆：
铁猛碰新木桶
花而不实
大多以化合物的形式存在
存在形式
一、组成细胞中的元素
大量元素:
含量占生物总质量万分之一以上。
微量元素:
含量占生物总质量万分之一以下。
最基本元素
基本元素
主要元素
9 种
6 种
Zn、Fe、B、Cu、Mo、Mn等
C H O N P S K Ca Mg
1.2元素含量
一、组成细胞中的元素
小含量，大作用。
缺铁
贫血
缺碘
甲状腺
大脖子病
1.3 元素的特点
二、组成细胞的化合物
组成细胞的各种元素大多数以 形式存在，如水、蛋白质、核酸、糖类、脂质等。
化合物
细胞中的主要化合物
无机化合物物
有机
化合物
水
无机盐
含量最多的化合物，占70%~90%。
占1%~1.5%。
糖类和核酸
脂质
蛋白质
含量最多的有机化合物，
占7%~10%。
占1%~2%。
占1%~1.5%。
2.1 化合物种类
二、组成细胞的化合物
1.细胞内含量最多的化合物是 ，含量最多的有机化合物是 。
2.干重情况下，含量最多的化合物是 。
水
蛋白质
蛋白质
图2-1组成细胞的
主要化合物及相对含量
思考
二、组成细胞的化合物
基本元素
元素占人体鲜重百分比
元素占人体干重百分比
鲜重细胞中元素含量由多到少的顺序是 。
干重细胞中元素含量由多到少的顺序是 。
O>C>H>N
C>O>N>H
注
意
鲜重时，含量最多的元素？数量最多的元素？
活细胞中氧的含量最多，但氢原子的数量最多。
C、H、O、N为基本元素
2.2 细胞中元素含量特点
1.下列关于细胞中元素的叙述，正确的是（ ）
A. 细胞中常见的元素根据其作用大小分为大量元素和微量元素
B. 组成生物体和组成无机自然界的化学元素中，碳元素的含量最多
C. 组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到，没有一种是生物体特有的
D. 不同生物体内各种化学元素的种类和含量比例基本相同
当堂训练
含量
氧元素在细胞鲜重中含量最多
种类大体相同，但含量相差很大。
当堂训练
2.细胞中含量最多的有机化合物和占细胞干重比例最大的
化学元素分别是（ ）
A. 水、氧元素
B. 蛋白质、碳元素
C. 蛋白质、氧元素
D. 核酸、碳元素
当堂训练
3.在生物体内含量较少，但对维持生物体正常生命活动必不可少的元素是（ ）
A．Fe、Mn、Zn、Mg B．Zn、Cu、B、Mn C．Zn、Cu、Mn、Ca D．Mg、Mn、Cu、Mo
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
1.目的要求
尝试用化学试剂检测生物组织中的糖类、脂肪或蛋白质。
2.实验原理
某些化学试剂能使生物组织中的相关化合物产生特定的颜色反应。
具有还原性的糖，包括葡萄糖、果糖和麦芽糖等。
(1)实验原理: 还原糖+ 斐林试剂 砖红色沉淀
50-65℃
水浴加热
(2)选材：含糖量高、白色或近于白色的植物组织（苹果、梨最好）。
实验1 糖类的检测和观察
成份：甲液：0.1g/mLNaOH；
乙液：0.05g/mLCuSO4
制备：甲液和乙液等量混合均匀，现配现用。
反应本质：
还原糖将Cu2+还原，生成砖红色的Cu2O
生物组织中的糖类检测实验(视频)
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
3.实验步骤
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
3.实验步骤
选材：含糖量高、白色或近于白色的植物组织
制备样液：制浆→过滤（一层纱布）→取液
颜色反应：
结论：组织样液含有可溶性还原糖
注入2mL苹果组织样液
注入1mL刚配制好的斐林试剂
变成砖红色
50-650C的温水
振荡、混合摇匀呈现蓝色
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
1.目的要求
尝试用化学试剂检测生物组织中的糖类、脂肪或蛋白质。
2.实验原理
某些化学试剂能使生物组织中的相关化合物产生特定的颜色反应。
(1)实验原理:
在碱性条件下，肽键与双缩脲试剂中Cu2+作用，产生紫色络合物。
(2)选材：蛋白质含量高的的生物组织（大豆、鸡蛋清稀释液、新鲜肝脏等）。
实验2 蛋白质的检测和观察
成份：甲液0.1g/mLNaOH，
乙液0.05g/mLCuSO4
使用原则：先加甲液，后加乙液；现配现用。
肽键(来自蛋白质)+Cu (来自CuSO )+OH (来自NaOH) → 紫色络合物
实验2 蛋白质的检测和观察
实验2 蛋白质的检测实验(视频)
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
3.实验步骤
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
3.实验步骤
选材：蛋白质含量高的生物组织
制备样液：黄豆滤液或鸡蛋清滤液
颜色反应：
结论：组织样液含有蛋白质
组织样液2mL
双缩脲试剂甲液1mL
双缩脲试剂乙液4滴
摇匀后变成紫色
斐林试剂与双缩脲试剂对比
斐林试剂 双缩脲试剂
不同点 检测对象
试剂组成
使用方法
反应条件
结果
相同点 甲液:0.1g/mLNaOH
乙液:0.05g/mLCuSO4
A液:0.1g/mLNaOH
B液:0.01g/mLCuSO4
甲液和乙液混合均匀后方可使用，且现配现用
使用时先加A液再加B液
需水浴加热
不需加热
产生砖红色沉淀
产生紫色反应
都含有NaOH溶液、CuSO4溶液两种成分，且所用NaOH溶液质量浓度都是0.1g/mL。
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
肽键（蛋白质、多肽）
醛基（还原糖）
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
1.目的要求
尝试用化学试剂检测生物组织中的糖类、脂肪或蛋白质。
2.实验原理
某些化学试剂能使生物组织中的相关化合物产生特定的颜色反应。
(1)实验原理: 脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。
(2)选材：富含脂肪且色浅 (花生种子)
实验3 脂肪的检测和观察
实验3 脂肪的检测实验(视频)
3.实验步骤
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
苏丹III
酒精
3.实验步骤
花生子叶切片越薄越好，便于透光观察。
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
酒精作用：洗去浮色
注意 观察细胞中(如观察组织中的小油滴)的脂肪颗粒需要借助显微镜，但检测脂肪的存在不一定需要显微镜。
【易错提醒】物质鉴定实验中的易错问题
1.三类有机物检测在操作步骤上的“三个唯一”
（1）唯一需要加热——还原糖检测，且必须50～65 ℃水浴加热，一般不能用酒精灯直接加热。若不加热，则无砖红色沉淀出现。
（2）唯一需要显微镜——脂肪检测。
（3）唯一使用酒精——脂肪检测，用体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色。
三、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
【易错提醒】物质鉴定实验中的易错问题
二、探究与实践 检测生物组织中的糖类、脂肪与蛋白质
2.实验中应注意的4个要点
（1）三个实验中都不宜选取有颜色的材料，否则会干扰实验结果的颜色观察。
（2）由于苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染液易溶于酒精，故可用体积分数为50%的酒精洗去浮色。
（3）蛋白质鉴定中，若用大豆作材料，必须提前浸泡；若用蛋清作材料，必须稀释，防止其黏在试管上不易刷洗。
（4）物质鉴定实验一般可预留部分样液做对照实验，若需进一步设立对照实验，对照组应加入成分已知的物质，如验证唾液淀粉酶是蛋白质，对照组可加入稀释的鸡蛋清溶液。
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
C、H、O、N
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo
最基本元素
主要元素
大量元素
微量元素
小结
当堂训练
1.下列关于“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验的叙述，正确的是（ ）
A. 检测还原糖时，应将斐林试剂的甲液和乙液混合均匀后再加入样液，并需要沸水浴加热
B. 检测蛋白质时，双缩脲试剂的A液和B液需要等量先后加入，且不需要加热
C. 检测脂肪时，必须使用显微镜才能观察到橘黄色颗粒
D. 选择检测还原糖的实验材料时，应选择白色或近于白色的组织，如西瓜汁
B液只需加3-4滴
检测脂肪可制成临时切片显微观察，也可向组织样液中直接加入苏丹Ⅲ染液观察颜色变化
西瓜汁自身的红色会严重干扰砖红色沉淀的观察
2.下列关于生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质鉴定实验的叙述，正确的是( )
A. 可溶性还原糖、蛋白质的鉴定，可用酒精灯直接加热
B. 脂肪鉴定中，50%的酒精用于溶解组织中的脂肪
C. 苏丹Ⅲ染液可将脂肪颗粒染成橘黄色
D. 常用番茄、苹果等作为鉴定植物组织内还原糖的实验材料
当堂训练
可溶性还原糖的鉴定需要水浴加热，不能用酒精灯直接加热，而蛋白质的鉴定不需要加热
脂肪鉴定实验中50%的酒精主要作用是洗去浮色
番茄有颜色，会干扰实验结果的颜色观察，不能作为检测还原糖的实验材料
当堂训练
3. 下列有关无机盐的叙述，错误的是（ ）
A. 无机盐在细胞中大多以离子形式存在
B. 无机盐可为生命活动提供能量
C. 血液中钙离子含量过低会引起抽搐
D. 镁是构成叶绿素的重要元素
无机盐不能为生命活动提供能量，其主要功能是构成复杂化合物、维持细胞和生物体的生命活动、维持细胞的酸碱平衡和渗透压平衡。
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