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第2章 组成细胞的分子
第1节　细胞中的元素和化合物
课时目标 1.通过比较细胞与地壳、不同细胞的元素种类与含量，认同生命的物质性。(生命观念)
2．通过图表分析与概念图建构，认识组成细胞的元素及化合物。(科学思维)
3．通过检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，掌握检测相关物质的实验原理、方法和操作注意事项。(科学探究)
4．认同合理膳食对人体健康的重要性。(社会责任)
一、组成细胞的元素
1．生物界和非生物界的统一性和差异性
2．组成细胞的元素的种类
(1)种类：细胞中常见的化学元素有______多种。
(2)分类
①大量元素(含量较多)：____________________________________等。
②微量元素(含量很少)：_______________________________等。
(3)细胞中含量最多的4种元素：_________________。
20
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo
C、H、O、N
二、组成细胞的化合物
1．种类
2．含量
(1)占细胞鲜重最多的化合物：___。
(2)占细胞鲜重最多的有机化合物：_________。
(3)占细胞干重最多的化合物：_________。
水
蛋白质
蛋白质
斐林试剂
砖红色
苏丹 Ⅲ 染液
橘黄
双缩脲试剂
紫
2．实验流程
(1)还原糖的检测和观察
(2)脂肪的检测和观察
(3)蛋白质的检测和观察
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
1．人体中含量最多的化学元素是氧。(　　　)
2．微量元素虽然含量少，但它们既参与细胞结构组成，也参与细胞的代谢调节。(　　　)
3．梨的果实和叶片的细胞中含量最多的化合物相同。(　　　)
4．细胞中Zn的含量很少，作用也很小。(　　　)
提示：Zn是微量元素，细胞中含量很少，但作用很大。
√
√
√
×
5．细胞中的无机物主要包括水、无机盐和脂质。 (　　　)
提示：无机物包括水和无机盐，脂质属于有机物。
6．非还原糖与斐林试剂混合后经水浴加热后的现象是溶液为无色。(　　　)
提示：由于斐林试剂本身为蓝色，因此非还原糖与斐林试剂混合后经水浴加热后的现象是溶液呈蓝色。
7．鉴定待测样液中的蛋白质时，先加NaOH溶液，振荡后再加CuSO4溶液。(　　　)
×
×
√
◆助学巧记
1．微量元素
2．大量元素：洋(O)探(C)亲(H)，但(N)留(S)人(P)，盖(Ca)美(Mg)家(K)。
◆名师点睛
1．组成细胞的元素的比例与无机自然界不相同的原因：细胞会根据自身的需要来吸收外界环境中的各种元素，这是由细胞自身的调节作用决定的。
2．关于生物体内元素和化合物含量的易错点
(1)提醒：分析含量之“最”时，要看清楚是干重还是鲜重，是化合物还是有机化合物。
(2)举例说明
①在细胞的鲜重中，含量最多的元素是O，最多的化合物是水，最多的有机化合物是蛋白质。
②在细胞的干重中，含量最多的元素是C，最多的化合物(有机化合物)是蛋白质。
◆思维启迪
1．俗话说：“五谷杂粮身体壮，青菜萝卜保健康。”结合本节内容，思考在饮食方面如何才能使自己体内的营养元素达到平衡。
提示：不同食物中营养物质的种类和含量有很大差别，我们在日常的膳食中要做到不同食物的合理搭配。
2．若提供0.1 g/mL的NaOH溶液、0.05 g/mL的CuSO4溶液和蒸馏水，能进行蛋白质的检测吗？方法是什么？
提示：能。检测蛋白质时需用蒸馏水将0.05 g/mL的CuSO4溶液稀释为0.01 g/mL的CuSO4溶液。
◆视野拓展
苏丹 Ⅲ 染液
苏丹 Ⅲ 是弱酸性染料，呈红色粉末状，易溶于脂肪和酒精(溶解度为0.15%)。适合用于生物脂肪材料的鉴定，可在光学显微镜下看到被染成橘黄色的脂肪颗粒。
“接天莲叶无穷碧，映日荷花别样红”“小荷才露尖尖角，早有蜻蜓立上头”。宋朝诗人杨万里用脍炙人口的诗句描述了夏日美景。
任务一__细胞中的元素和化合物
[问题探究]
1．组成荷花的元素在无机自然界中都可以找到，没有一种元素是荷花特有的，这一事实主要说明了___________________________________ __________________________。
答案：生物界和非生物界具有统一性
2．在天然的湖水中，含有Cu、K、Ca、Zn、P、Mg、Fe等人体必需元素，其中属于大量元素的有__________________________________ ______________________。
答案：K、Ca、P、Mg
3．在莲叶中，含量最高的四种元素是________，若将莲叶晒干制成茶包，晒干后莲叶细胞中含量最多的有机物是________。
答案：C、H、O、N　蛋白质
1．元素的统一性和差异性
2．组成细胞的元素的主要作用
(1)维持生命活动：如K＋可保持心肌正常兴奋性，B(硼)可促进花粉的萌发和花粉管的伸长。
(2)组成化合物：如糖类、脂质和蛋白质中都含有C、H、O等元素。
3．判断元素与化合物的五个“明确”
生物体内元素和化合物的易错提醒
(1)生物体内含量很少的元素不一定是微量元素。生物体内还有一些元素(如Pb)虽然含量少，但又不是生物体所必需的，这些元素不属于微量元素。
(2)大量元素和微量元素的划分依据是元素的含量，一般以元素含量占生物总质量万分之一的比率为标准，而不是生理作用。
1．(2024·梧州高一检测)瘦肉和小麦种子中，含量(干重)最丰富的依次是 (　　)
A．脂肪、蛋白质 B．蛋白质、脂肪
C．糖类、蛋白质 D．蛋白质、糖类
D
解析：
瘦肉(干重)中最丰富的物质是蛋白质，小麦干种子中主要成分是糖类，D正确。
2．古人有“白云峰下两旗(一说枪)新，腻绿长鲜谷雨春”之句赞美茶的鲜美。下列关于西湖龙井的说法，错误的是 (　　)
A．茶叶细胞和人体细胞所含元素种类大致相同但含量差异很大
B．采摘的新鲜茶叶细胞中含量最高的化合物和有机物分别是水和蛋白质
C．采摘的新鲜茶叶细胞中C、O、Ca、Fe四种元素的含量很高
D．采摘的新鲜茶叶细胞中既含有大量元素，也含有微量元素
C
解析：
不同细胞中的元素种类大致相同，含量差异较大，A正确；采摘的新鲜茶叶细胞中含量最高的化合物是水，含量最高的有机物是蛋白质，B正确；C、H、O、N是基本元素，采摘的新鲜茶叶细胞中C、H、O、N四种元素的含量很高，Fe是微量元素，含量较少，C错误；采摘的新鲜茶叶细胞中既含有大量元素，也含有微量元素，如茶叶中含有C、H、O、N等大量元素，也含有Fe、B等微量元素，D正确。
3．下图为在生物体内的元素含量关系图，下列表述不正确的是 (　　)
A. Ⅰ 在非生物界中都能找到，体现了生物界与非生物界的统一性
B. Ⅱ 含量虽少，但对于生物体正常生命活动不可缺少
C. Ⅱ 和 Ⅲ 均为必需元素，一旦缺乏就可能会导致相应的病症产生
D．P、S、K、Ca、Zn都属于大量元素
D
解析：
组成生物体的各种化学元素，在非生物界中都能找到，没有一种化学元素是细胞所特有的，这体现了生物界与非生物界具有统一性，A正确；微量元素含量虽少，但却是生物体正常生命活动不可缺少的，B正确；大量元素和微量元素均为必需元素，一旦缺乏可能会导致相应的病症产生，C正确；Zn属于微量元素，D错误。
任务二__检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
糖尿病病人的尿液含有葡萄糖；肾炎病人因肾小球部位通透性增加，尿液中会有蛋白质。检测病人的尿液可帮助医生确定病情。
[问题探究]
1．检测某患者是否患有糖尿病或是肾炎的原理相同吗？试简要说明检测原理。
答案：不相同。检测糖尿病的原理：葡萄糖与斐林试剂在水浴加热条件下发生反应，生成砖红色沉淀。检测肾炎的原理：蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应。
2．在检测某患者是否患有糖尿病或肾炎时，设计了下列操作步骤：
(1)取甲、乙、丙、丁四支试管，甲、乙分别加入2 mL该患者的尿液，丙加入已知的葡萄糖溶液2 mL，丁加入蛋白质样液2 mL；
(2)甲、丙试管中加入刚配制的斐林试剂，并水浴加热，观察现象；
(3)乙、丁试管中加入双缩脲试剂，摇匀，观察现象。
根据上述实验步骤，如何确定该患者是否患有糖尿病或者肾炎，请预测结果并进行阐述。
答案：①若甲、丙试管中出现砖红色沉淀，说明该患者的尿液中含有葡萄糖，则该患者可能患糖尿病；②若乙、丁试管中出现紫色，说明该患者的尿液中含有蛋白质，则该患者可能患肾炎；③若甲、乙试管中颜色无明显变化，丙、丁试管中颜色发生相应变化，说明该患者的尿液中不含蛋白质和葡萄糖，该患者不患糖尿病和肾炎。
1．有机物检测实验操作提醒及目的
操作提醒 操作目的
检测还原糖实验中进行水浴加热时，试管底部不要触及烧杯底部 防止受热不均匀
检测脂肪时，洗去浮色的时间不宜过长 避免脂肪溶解在酒精中，使橘黄色消失
操作提醒 操作目的
检测蛋白质时，将鸡蛋清稀释到一定程度 防止其与双缩脲试剂反应后，粘在试管内壁上，导致反应不彻底，试管不易洗刷
检测还原糖和蛋白质时，加入试剂之前，留出一部分样液 便于与检测后的样液颜色进行比对
2.三类有机物的检测在操作步骤上的“三个唯一”
(1)唯一需要加热——检测还原糖，且必须水浴加热，不能用酒精灯直接加热。
(2)唯一需要使用显微镜——检测脂肪。
(3)唯一使用酒精——检测脂肪，用体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色。
3．斐林试剂与双缩脲试剂的异同
项目 斐林试剂 双缩脲试剂
不同点 CuSO4溶液浓度 0.05 g/mL 0.01 g/mL
检测物质 还原糖 蛋白质
使用方法 甲、乙两液等量混合均匀使用 先加入A液，再加入B液
反应条件 50～65 ℃水浴加热 不需要加热
反应现象 蓝色→棕色→砖红色 蓝色→紫色
相同点 含有NaOH和CuSO4两种成分，且NaOH的质量浓度都是0.1 g/mL
检测生物组织中的有机物的特别说明
(1)易忽略斐林试剂本身的颜色
非还原糖(如蔗糖)与斐林试剂水浴加热后的现象不是无色，而是蓝色[Cu(OH)2的颜色]。
(2)误认为脂肪的检测必须使用显微镜
若要观察被染色的脂肪颗粒，则使用显微镜，但若只观察溶液颜色变化，则不必使用显微镜，可以在制备的组织样液中加入苏丹 Ⅲ 染液，观察溶液的颜色变化。
1．(2024·桂林高一检测)嫩肉粉的配方中含有木瓜蛋白酶、葡萄糖、味精及食盐等。某课外活动兴趣小组要对市场上售卖的嫩肉粉设计实验进行检测，检测其中是否含有蛋白酶和葡萄糖。你认为应该选择的试剂是 (　　)
A．碘液、双缩脲试剂
B．双缩脲试剂、斐林试剂
C．苏丹 Ⅲ 染液、斐林试剂
D．苏丹 Ⅲ 染液、双缩脲试剂
B
解析：
蛋白质用双缩脲试剂检验，还原糖用斐林试剂检验，B正确。
2．(2024·昆明高一检测)“接天莲叶无穷碧，映日荷花别样红。”荷花凋落，莲蓬上便结出了莲子，莲子有镇静、强心、抗衰老等多种作用，营养十分丰富。现欲对新鲜莲子的成分进行鉴定，下列相关操作正确的是 (　　)
A．莲子去芯，制成匀浆；取2 mL匀浆，先加1 mL 0.1 g/mL的NaOH溶液，再滴加4滴0.05 g/mL的CuSO4溶液，若出现砖红色沉淀，则说明莲子中含有还原糖
B
B．将子叶切成薄片，滴2～3滴苏丹 Ⅲ 染液染色3 min，用酒精洗去浮色后镜检，若出现橘黄色颗粒，则说明莲子中含有脂肪
C．莲子去芯，制成匀浆；取2 mL匀浆，同时加入等量0.1 g/mL的NaOH溶液和0.05 g/mL的CuSO4溶液，若出现紫色反应，则说明莲子中含有蛋白质
D．实验结束后，将剩余的斐林试剂装入棕色瓶长期备用
解析：
使用斐林试剂鉴定还原糖时，使用方法是将0.1 g/mL的NaOH溶液和0.05 g/mL的CuSO4溶液等量混匀后加入待测溶液中，还需要水浴加热，A错误；将子叶切成薄片，滴2～3滴苏丹 Ⅲ 染液染色3 min，用酒精洗去浮色后镜检，若出现橘黄色颗粒，则说明莲子中含有脂肪，B正确；使用双缩脲试剂鉴定蛋白质时，先加入0.1 g/mL的NaOH溶液1 mL，摇匀，再加入0.01 g/mL的CuSO4溶液4滴，再摇匀观察，C错误；斐林试剂需要现配现用，不能装入棕色瓶长期备用，D错误。
香蕉果实成熟过程中，果实中的储藏物不断代谢转化，香蕉逐渐变甜。下图1中 Ⅰ 、 Ⅱ 两条曲线分别表示香蕉果实成熟过程中两种物质含量的变化趋势。取成熟到第X天和第Y天的等量香蕉果肉，分别加等量的蒸馏水制成提取液。然后在a、b试管中各加入5 mL第X天的提取液，在c、d试管中各加入5 mL第Y天的提取液，如下图2。
检测香蕉成熟过程中有机物的变化——实验探究
设计1：考查对实验结果的分析能力
(1)在a、c试管中各加入等量碘液后，a试管中溶液呈________色，与a试管相比，c试管中溶液的颜色更________。图1中表示a、c两试管中被检测的物质含量变化趋势的曲线是__________。
(2)在b、d试管中各加入等量斐林试剂，水浴加热后，b试管中出现砖红色沉淀，与b试管相比，d试管中溶液的颜色更________，两试管中被检测的物质是________，图1中表示这种物质含量变化趋势的曲线是________。
设计2：考查知识迁移能力
(3)如果要检测提取液中是否含有蛋白质，所用的试剂是________，如果要检测提取液中是否含有脂肪，所用的试剂是____________。
答案：(1)蓝　浅　 Ⅰ 　
(2)深　还原糖(葡萄糖)　 Ⅱ 　
(3)双缩脲试剂　苏丹 Ⅲ 染液
解析：
(1)香蕉果实在成熟过程中逐渐变甜，是因为淀粉转化成了还原糖(葡萄糖)。由于a、c两试管中滴加的是碘液，故检测的是淀粉，两支试管中溶液都呈蓝色，由题意分析可知，c试管中淀粉的含量比a试管少，故溶液的颜色更浅。图1中表示淀粉含量变化趋势的曲线是 Ⅰ 。(2)斐林试剂用于检测还原糖，由题意分析可知，d试管中还原糖含量多，所以与b试管相比，d试管中溶液的颜色更深。图1中表示还原糖含量变化趋势的曲线是 Ⅱ 。(3)蛋白质可与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应。脂肪可用苏丹 Ⅲ 染液鉴定，染色后呈橘黄色。
1．在生物体内含量极少，但对于维持生物体的正常生命活动必不可少的元素有 (　　)
A．Zn、Cu、B、Mn B．Zn、Cu、S、Ca
C．Fe、Mn、Zn、Mg D．K、Mn、Cu、Mo
A
解析：
Zn、Cu、B、Mn均属于微量元素，A正确；S、Ca属于大量元素，B错误；Mg属于大量元素，C错误；K属于大量元素，D错误。
2．人们经常食用肉类、蔬菜等食物，消化吸收后，其中的成分大多被转化为人体自身的一部分，其根本原因是 (　　)
A．组成生物体细胞的基本元素是氧元素
B．组成生物体细胞的化学元素在无机自然界中都能找到
C．不同生物细胞内，组成它们的化学元素的种类大体相同
D.不同生物细胞内，组成它们的化学元素的含量大体相同
C
解析：
组成生物体细胞的基本元素是C、H、O、N，A错误；不同生物细胞成分的相互转化，说明在不同生物细胞内，组成它们的化学元素的种类大体相同，而不是生物界与无机自然界的组成元素大体相同，B错误、C正确；不同生物细胞内，组成它们的化学元素的含量存在较大差异，D错误。
3．(2024·咸阳高一检测)碘缺乏是目前已知的导致人类智力障碍的原因之一，食物中缺乏碘会造成一定的心理紧张，导致精神状态不良，经常食用含碘的食物有助于消除紧张、帮助睡眠。下列说法正确的是 (　　)
A．碘是人体生长发育所必需的大量元素
B．组成人体的碘元素在无机自然界中找不到
C．只要有了碘，人的身体就能正常生长发育
D．碘对人体的作用是其他元素不可替代的
D
解析：
碘是合成甲状腺激素的主要元素，是人体必需的一种微量元素，A错误；组成生物体的元素在无机环境中都能找得到，组成生物体的碘元素来源于无机自然界，B错误；人体生长发育需要多种元素参与，缺少任何一种元素都不能正常生长，有碘但缺其他元素也可能影响正常生长发育，C错误；碘是人体必需的微量元素，其作用是其他任何元素都不能代替的，D正确。
4．(2024·泸州高一检测)为了探究某款奶茶中的营养成分，某同学利用不同试剂进行逐一检测，观察到的颜色如下表，据此推知这款奶茶含有的营养成分是 (　　)
C
所用试剂 碘液 斐林试剂 双缩脲试剂 苏丹 Ⅲ 染液
试管颜色 蓝色 砖红色 浅蓝色 棕红色
A ．蛋白质、脂肪 B．还原糖、蛋白质
C．淀粉、还原糖 D．还原糖、脂肪
解析：
蛋白质会与双缩脲试剂产生紫色的显色反应，而表格中奶茶加入双缩脲试剂呈现浅蓝色，说明没有蛋白质，脂肪可被苏丹 Ⅲ 染液染成橘黄色，而表格中奶茶加入苏丹 Ⅲ 染液呈现棕红色，说明没有脂肪，A、B、D错误；淀粉遇碘液显蓝色，斐林试剂可用于鉴定还原糖，在水浴加热的条件下，溶液的颜色变为砖红色，据表格分析可知，奶茶中含有淀粉和还原糖，C正确。
5．(2024·南宁高一检测)广西物产丰富，“玉林的番薯，贵港的藕”充分体现了当地的特色，其中覃塘莲藕成为贵港市特产，被评为全国农产品地理性标志。下列关于“覃塘莲藕”的说法，正确的是 (　　)
A．莲藕细胞中含量最多的有机化合物是H2O
B．莲藕细胞中含量最多的元素是H
C．莲藕中含有丰富的Ca、P、Fe等微量元素
D．组成莲藕细胞的元素和番薯细胞的元素种类差别不大
D
解析：
细胞中含量最多的有机化合物是蛋白质，含量最多的化合物是水，A错误；活细胞中含量最多的元素是O，不是H，B错误；Ca、P是大量元素，C错误；不同生物体中的元素种类差别不大，D正确。
6．请分析表格中的内容，回答有关问题。
组别 实验材料 实验条件 观察内容
A 浸泡过的花生种子 苏丹 Ⅲ 染液、50%酒精溶液 脂肪的检测和鉴定
B 鸡蛋清 试剂 蛋白质的检测和鉴定
C 马铃薯 碘液 淀粉的检测和鉴定
(1)A组实验中酒精的作用是______________，在显微镜的视野中可以观察到被染成______色的脂肪颗粒。
(2)B组实验中选用的试剂是__________________________，该试剂的使用方法是______________________。
(3)炸薯条是常见的快餐食品。马铃薯富含淀粉，若马铃薯块茎中还原糖含量过高，可能导致油炸过程中产生有害物质。为准确检测还原糖含量，研究人员采用不同方法制备了马铃薯提取液，如下表所示：
方法 提取液颜色 提取液澄清度 还原糖浸出程度
1 浅红褐色 不澄清 不充分
2 深红褐色 澄清 充分
3 浅黄色 澄清 充分
请回答问题：
①马铃薯提取液中含有葡萄糖等还原糖，这些还原糖能与________试剂发生反应，生成____________，需要____________条件。
②据表分析，三种马铃薯提取液制备方法中，方法________最符合检测还原糖的要求，原因是_____________________________________。
答案：(1)洗去浮色　橘黄
(2)双缩脲试剂　先加A液再加入B液
(3)①斐林　砖红色沉淀　水浴加热　②3　方法3得到的提取液颜色为浅黄色，颜色干扰小；还原糖浸出充分
解析：
(1)检测脂肪需要使用苏丹 Ⅲ 染液染色，使用50%酒精洗去浮色以后在显微镜下观察，可以看到橘黄色的脂肪颗粒。(2)双缩脲试剂由A液(质量浓度为0.1 g/mL的氢氧化钠溶液)和B液(质量浓度为0.01 g/mL的硫酸铜溶液)组成，用于鉴定蛋白质，使用时要先加A液再加入B液，产生紫色反应。(3)①马铃薯提取液中含有葡萄糖等还原糖，还原糖能与斐林试剂在水浴加热的条件下发生反应，生成砖红色沉淀。②据表分析，三种马铃薯提取液制备方法中，方法3最符合检测还原糖的要求，原因是方法3得到的提取液颜色为浅黄色，颜色干扰小；还原糖浸出充分。

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