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第2章 组成细胞的分子
第一节 细胞中的元素和化合物、 细胞中的无机物
【高考目标定位】
1、水和无机盐的作用
2、检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质
【考纲知识梳理】21世纪教育网21世纪教育网
一、组成细胞的元素
细胞中常见的化学元素有20多种，是生物体有选择地从无机自然界中获取的。
1、元素的种类
（1）根据含量可划分为大量元素与微量元素：
①大量元素：C、H、O、N、P、K、Ca和Mg
②微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B和Mo
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（2）按元素在生物体内的作用可分为：
①最基本的元素是C。
②组成人体细胞的主要元素，如C、H、O、N、P、S。
2、元素的存在形式：大多以化合物的形式存在。
3、元素的主要作用：
①调节机体生命活动：如K＋、Na＋、Ca2＋、HCO3－等。
②参与重要化合物的组成：如I是合成甲状腺激素的原料等。
③影响机体的重要生命活动：如B可促进花粉管的萌发，从而促进植物受精，油菜缺B会“花而不实”。
二、组成细胞的化合物
1、无机物
（1）水
①细胞中的含量
生物体内含水超过50%，是各种化合物中含量最多的；不同生物，体内含水量不同；同一生物，不同器官含水量不同。
②水的存在形式及功能
形式 定义 含量 功能
自由水 细胞中游离态，可以自由游动 95%以上 细胞内良好的溶剂；各种化学反应的介质；运送养料与废物
结合水 细胞中与其他化合物结合 约4.5% 细胞的构成成分
自由水与结合水在一定条件下可以相互转化，如受温度的影响，高温时结合水可转化为自由水。[来源:21世纪教育网]
③水与其他知识的联系
水与代谢、抗逆性和稳态的调节密切相关，注重相互联系。
（2）无机盐
①存在形式：绝大多数以离子的形式存在，少部分是细胞内化合物的组成成分。
②生理功能：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；维持细胞的渗透压和酸碱平衡。
③常见无机盐离子的功能
I：甲状腺激素的主要成分，缺乏时患地方性甲状腺肿；
Fe：血红蛋白的主要成分，缺乏时患贫血；
Mg:叶绿素的组成成分；
2、有机物：糖类、脂质、蛋白质和核酸
三、生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的检测原理
利用某些化学试剂与生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应。
1、还原糖与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀。
2、淀粉遇碘变蓝。
3、脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，或被苏丹Ⅳ染液染成红色。
4、蛋白质与双缩脲试剂作用产生紫色。
【要点名师精解】
一、组成细胞的化学元素
1、种类与含量
（1）大量元素：含量占生物体总量万分之一以上
O（氧） C（碳）H（氢）N（氮）S（硫）P（磷 Ca（钙） Mg（镁）K（钾）
（2）微量元素：生物生活所必需，但需要量却很少
①Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu；
⑶相关小结：
①半微量元素：Fe；
②最基本的元素：C；
③基本元素：C、H、O、N；
④主要元素： C、H、O、N、P、S（97%）；
⑤组成蛋白质的元素：C、H、O、N；
⑥组成核酸的元素：C、H、O、N、P
2、统一性与差异性
（1）统一性：组成生物体的化学元素，在无机自然界都可以找到，没有以一种是生物界所特有的
（2）差异性：组成生物体的化学元素，在生物体内和无机自然界中的含量相差很大
【例1】下列有关组成生物体化学元素的论述中，正确的是 （ ）
A.组成生物体和组成无机自然界的化学元素中碳元素含量最多
B.人、动物和植物所含的化学元素的种类差异很大
C.组成生物体的化学元素在无机自然界都可以找到
D.不同生物体内各种化学元素的含量比例基本相似
【解析】组成生物体的化学元素没有一种是生物特有的，在无机自然界中均可以找到，它们大都属于原子序数较低的元素，但从元素含量看，生物与无机自然界中的差异较大，各生物体之间的差异也较大，如组成生物体的元素中，O元素含量最多，而C、H、N三种元素在组成人体的化学成分中质量分数共占73% 左右，这三种元素在组成岩石圈的化学成分中，质量分数还不到1%，按干重计算，Ca元素在人体细胞中质量分数为4.67% 而在玉米中仅为0.23%，然而从元素种类看，各种生物体中所含的元素种类却大致相同。
【答案】C
二、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1、利用某些化学试剂与生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应。
（1）还原糖与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀。
（2）淀粉遇碘变蓝。
（3）脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，或被苏丹Ⅳ染液染成红色。
（4）蛋白质与双缩脲试剂作用产生紫色。
2、实验流程归纳：
（1）选材→制备组织样液→显色反应。
（2）脂肪的检测还可利用显微镜观察法，实验流程为：取材→切片→制片→观察。
3、实验材料的选择：21世纪教育网
（1）可溶性还原糖的鉴定实验中，最理想的实验材料是还原糖含量较高的生物组织（或器官），而且组织的颜色较浅，易于观察。可选用苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜等。
（2）脂肪的鉴定实验中，实验材料最好选富含脂肪的生物组织，若利用显微镜观察，则最好选择花生种子。如果是新鲜花生种子，可不必浸泡，浸泡效果反而不好，如果是干种子，需浸泡3h～4h最适宜切片（浸泡时间短，不容易切片；浸泡时间过长，组织太软，切下的薄片不易成形）。
（3）蛋白质的鉴定实验，最好选用富含蛋白质的生物组织。植物材料常用大豆，且浸泡1d～2d，适于研磨，动物材料常用鸡卵清蛋白。
4、实验操作中的注意事项
（1）在鉴定可溶性还原糖的实验中，加热试管中的溶液时，应该用试管夹夹住试管上部，放入盛50℃～65℃温水的大烧杯中加热。注意试管底部不要接触烧杯底部；斐林试剂不稳定易变性，应现配现用。
（2）还原糖、蛋白质的鉴定实验中，在加相应试剂鉴定之前，要留出一部分组织样液，以便与鉴定后的样液颜色作对比，增强实验的说明力。
（3）在蛋白质的鉴定实验中，如果用蛋清稀释液作为实验材料，一定要稀释到一定程度，否则，与双缩脲试剂发生反应后会粘在试管的内壁上，使反应不彻底，试管也不易洗刷干净。
【例2】生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质三种有机物的鉴定实验中，以下操作错误的是 （ ）
A.只有脂肪的鉴定需要使用显微镜 21世纪教育网
B.用双缩脲试剂检测蛋白质不需要加热
C.使用斐林试剂和双缩脲试剂最好是现配现用
D.可溶性还原糖的鉴定，可用酒精灯直接加热产生砖红色沉淀
【解析】生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质的鉴定，是根据与某种试剂产生的特定的颜色反应进行的。在题目给出的选项中，还原糖的鉴定需要加斐林试剂，同时还要水浴加热，而非直接加热产生砖红色沉淀。
【答案】 D
三、细胞内水的存在形式、含量与代谢强度
　　1．细胞内的水分为自由水和结合水，结合水比自由水更难离开细胞。细胞外的水也可分为自由水和结合水，如血浆中的水绝大多数为自由水，肌肉中的水绝大多数为结合水。
2．自由水的含量制约细胞代谢强度，自由水含量高，细胞代谢旺盛，因而种子要萌发必须吸收足量的水。
【例3】下列关对生物体内水的描述，错误的是（ ）
A.幼小的生物体内自由水与结合水的比值越大时，代谢越活跃
B.自由水是良好的容剂，是各种代谢活动的介质
C.结合水是组成细胞结构的一部分，约占细胞内全部水分的4.5%
D.心肌坚韧、血液液态，但含水量相差无几，原因是心肌内全是结合水
【解析】结合水在细胞中与其他化合物相结合，含量较为稳定一般维持在4.5%左右；自由水在细胞中游离存在，自由游动，是细胞内良好的溶剂，各种化学反应的介质，运送养料与废物；细胞内自由水越多，细胞代谢越旺盛；不同器官含水量有所不同，血液主要含有自由水故呈现液态，心肌内主要含结合水故较为坚韧。
【答案】D
【知识归纳】
①自由水与代谢密切相关，自由水越多代谢越旺盛；
②自由水与结合水含量不是一成不变的，二者是动态变化，受一些环境因素的影响；
③升高温度时结合水向自由水转化，降低温度自由水转化为结合水；
【感悟高考真题】
(2009·上海高考) 下列有机化合物中，只含有C、H、O三种元素的是
A. 氨基酸 B. 核苷酸
C. 脱氧核糖 D. 磷脂
【解析】氨基酸由主要由C、H、O和N四种元素组成，核苷酸由C、H、O、N和P组成，脱氧核糖是一种戊碳糖只由C、H和O组成，磷脂由C、H、O、N和P组成。
【答案】C
（2009·广东高考A）对下表中所列待测物质的检测，所选用的试剂及预期结果都正确的是
待测物质 检测试剂 预期显色结果21世纪教育网
① DNA 甲基绿 红色
② 脂肪 苏丹Ⅲ 橘黄色
③ 淀粉 斐林试剂 蓝色
④ 蛋白质 双缩脲试剂 紫色
A． ①③ B． ② ③ C． ①④ D． ②④
【解析】DNA遇甲基绿呈现绿色，斐林试剂是鉴定还原糖的，淀粉不属于还原糖，而且斐林试剂遇还原糖水浴热后呈现砖红色沉淀。所以选D项。
【答案】D
（2008·广东高考）双缩脲试剂可以鉴定蛋白质，是由于蛋白质有（ ）
A．肽键 B．氨基酸 C．羧基 D．氨基
【解析】鉴定生物组织中的蛋白质时，常使用双缩脲试剂。其反应实质是在碱性环境下的铜离子与双缩脲试剂发生的紫色反应。而蛋白质分子中含有很多与双缩脲（H2NOC-NH-CONH2）结构相似的肽键，所以蛋白质都能与双缩脲试剂发生颜色反应。
【答案】A
（2008·全国理综）回答下列小题：
香蕉果实成熟过程中，果实中的贮藏物不断代谢转化，香蕉逐渐变甜。图A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5 mL第X天的提取液，在c、d试管中各加5 mL第Y天的提取液，如图B所示。
请回答：
（1）在a、c试管中各加入等量碘液后，a管呈蓝色，与a管相比c管的颜色更 ，两管中被检测的物质是 ，图A中表示这种物质含量变化趋势的曲线是 。
（2）在b、d试管中各加入等量的斐林试剂，煮沸后，b管呈砖红色，与b管相比d管的颜色更 ，两管中被检测的物质是 ，图A中表示这种物质含量变化趋势的曲线是 。
（3）已知乙烯利能增加细胞内乙烯的含量。如果在第X天喷施乙烯利，从第X天开始曲线Ⅰ将呈现出 （加快、减慢）下降的趋势，曲线Ⅱ将呈现出 （加 快、减慢）上升的趋势。
【解析】果实在成熟过程中它的储能物质（如淀粉和脂肪）会分解，还原糖含量会增加，可利用检验还原糖的方法加以验证；果实在自然成熟过程中有乙烯的形成，而且越接近果实成熟，乙烯含量也就越大，一旦果实成熟了，乙烯的含量又重新下降。果实本身生成的乙烯具有促进果实成熟的作用，与有机物的转化有密切关系。
【答案】 （1）浅 淀粉 Ⅰ （2）深 还原糖 Ⅱ （3）加快 加快
(2008·江苏高考)下列各组物质中，由相同种类元素组成的是（ ）
A．胆固醇、脂肪酸、脂肪酶 B．淀粉、半乳糖、糖原
C．氨基酸、核苷酸、丙酮酸 D．性激素、生长激素、胰岛素
【解析】考查化合物的元素组成.A选项中胆固醇属于脂类，主要含C、H、O三种元素，而脂肪酶本质属于蛋白质，至少含有C、H、O、N四种元素；B选项中三种物质均为糖类，含有C、H、O三种相同的元素C选项中氨基酸至少含有C、H、O、N四种元素，而核苷酸含有C、H、O、N、P五种元素；D选项中性激素属于脂类，主要含C、H、O三种元素，而胰岛素本质属于蛋白质，至少含有C、H、O、N四种元素，因此选B。
【答案】B
【考点精题精练】
一、选择题
1. 下列有关组成生物体的化学元素的说法正确的是
A．马铃薯植株缺K，将会造成其产量下降
B．Mg是叶绿体中色素分子必不可少的组成元素
C．由Fe参与组成的血红蛋白，是内环境的成分之一
D．P是组成磷脂、ATP、NADPH及核糖等多种化合物的组成元素
2. 组成生物的化学元素在生物体中起重要作用。下列关于几种元素与光合作用关系的叙述中，正确的是（ B ）
A、C是组成糖类的基本元素，在光合作用中C元素从CO2先后经C3、C5形成(CH2O)
B、N是叶绿素的组成元素之一，没有N植物就不能进行光合作用
C、O是构成有机物的基本元素之一，光合作用制造的有机物中的氧来自于水
D、P是构成ATP的必需元素，光合作用中光反应和暗反应过程均有ATP的合成
3. 人体中水的含量约占65%，下列选项中能正确说明水对人体重要性的是（ C ）
①水和糖类、蛋白质、脂肪一样，为人体提供能量；②没有水，人体内大部分化学反应就根本不会发生；③水的比热小，有利于维持体温；④体内营养物质的运输离不开水
A、①② B、②③ C、②④ D、③④
4. 青苹果遇碘液显蓝色，熟苹果汁能与斐林试剂反应，产生砖红色沉淀，这说明（ C ）
A、青苹果中含淀粉不含糖类 B、熟苹果中只含糖类不含淀粉
C、苹果转熟时淀粉水解为还原糖 D、苹果转熟时单聚糖合成淀粉
5. 现提供新配制的斐林试剂甲液（0.1g/mLNaOH溶液）、乙液（0.05g/mLCuSO4溶液）、蒸馏水，则充分利用上述试剂及必需的实验用具，能鉴别出下列哪些物质（ C ）
①葡萄糖 ②蔗糖 ③胰蛋白酶 ④DNA
A、只有① B、①和② C、①和③ D、②、③和④
6. 在鉴定还原糖的实验中，加入斐林试剂时，必须要（ B ）
A、先加入斐林试剂甲液，后加入乙液 B、将斐林试剂的甲液和乙液等量混匀后再加
C、先加入斐林试剂乙液，后加入甲液 D、以上A、B、C三项操作方法都正确
7. 构成细胞的有机化合物及其组成元素如下表：
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请据表推断，下列叙述中正确的是
A．玉米细胞核中不含甲类化合物 B．甘蔗细胞膜中不含乙类化合物
C．细菌细胞质中不含丙类化合物 D．酵母菌线粒体中不含丁类化合物
8. 下列物质在元素组成上最相似的一组是
A．糖元、胰岛素、性激素 B．纤维素、性激素、生长激素
C．淀粉、淀粉酶、糖元 D．ATP、DNA、RNA
9. “黄金搭档”含多种维生素及钙、铁、锌、硒等矿物质，因具有能改善人体代谢和免疫功能、保障青少年体格和智力正常发育等保健功能而受到广大消费者的青睐。下面能正确体现其保健作用的叙述是( )
A.人体对钙、铁、锌、硒等无机盐的吸收与水关系不大
B.补铁将有助于对缺铁性贫血及镰刀型细胞贫血症的治疗
C.血钙过低的成年人会患骨质疏松症、肌无力等疾病
D.维生素不是能源物质，但对生物体的新陈代谢起调节作用
10. 右图表示细胞中各种化合物或主要元素占细胞鲜重的含量，以下按①②③④顺序排列，正确的是（ D ）
A．水、蛋白质、糖类、脂质；N、H、O、C
B．蛋白质、糖类、脂质、水；O、C、N、H
C．水、蛋白质、脂质、糖类；H、O、C、N
D．蛋白质、水、脂质、糖类；C、O、H、N
11. 下列物质中，不含矿质元素的是( C )
A、蛋白质和水 B、蛋白质和糖类 C、糖类和水 D、脂肪和核酸
12. 下列有关水的说法不正确的是（ B ）
A、水是光合作用的反应物，是的供体
B、当人体缺水时，血浆渗透压会降低，从而产生渴觉
C、核糖体中进行的化学反应有水生成21世纪教育网
D、休眠或越冬的植物体内自由水与结合水的比值会下降
13. 下列有关矿质元素与光合作用关系的叙述，不正确的是 C
A．Mg是叶绿素的成分，缺Mg不能合成叶绿素，也就不能进行光合作用
B．N是构成叶绿素、蛋白质、核酸等的成分，N素供应不足会使光合作用下降
C．K+、Fe2+对光合作用没有影响，但能影响到植物的其它代谢
D．P对光合作用的影响是非常广泛的，如影响到能量转移过程
14. 科学工作者研究了钙和硼对某种植物花粉萌发和花粉管生长的影响，结果如下图所示。下列结论与结果不相符的是 （　A　）
A．钙和硼对花粉萌发和花粉管生长都有同样的影响
B．适宜浓度的硼或钙明显有利于花粉萌发或花粉管生长
C．钙对花粉管生长有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉的萌发
D．硼对于花粉萌发有明显影响，而一定范围内几乎不影响花粉管生长
15. 苹果含有元素Zn。Zn是形成与记忆力息息相关的蛋白质不可缺少的元素，儿童缺Zn，就会导致大脑发育不完善。因此，苹果又被称为记忆之果，这说明无机盐离子（ D ）21世纪教育网
A．对维持酸碱平衡有重要作用 B．对维持细胞形态有重要作用
C．对调节细胞渗透作用有重要作用 D．对维持生物体生命活动有重要作用
无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，对于维持生物体的生命活动起着非常重要的作用，如P是组成ATP、膜结构等的重要成分；Ca是组成骨骼、牙齿的成分；Mg是叶绿素的成分；Fe是血红蛋白的成分。
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