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第2章

细胞中的元素和化合物

[最新考纲]

1．水和无机盐的作用(Ⅰ)。

2.实验：检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质。

考点一

细胞中的元素和化合物

1．组成细胞的元素

2．元素与化合物的含量

(1)在组成细胞的元素中，占鲜重百分比最高的是O；占干重百分比最高的是C。

(2)在组成细胞的化合物中，占鲜重百分比最高的是水，有机物百分比最高的是蛋白质。占干重百分比最高的是蛋白质。

3．元素的生理功能

(1)维持机体正常的生命活动：如K可保持心肌正常兴奋性，微量元素B能促进花粉的萌发和花粉管的伸长等。

(2)组成细胞的化合物：

＋

[思考辨析]

(1) 在人体活细胞中氢原子的数目最多(√ ) (2)细胞中的一种元素的作用能被其他元素替代(× ) (3)细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要(× ) (4)主动运输机制有助于维持细胞内元素组成的相对稳定(√) (5)水是细胞中含量最多的化合物(√) [例1]关于生物体内有机化合物所含元素的叙述，错误的是(

) A．叶绿素含有镁元素

B．血红蛋白含有铁元素

C．脱氧核糖含有磷元素

D．胰岛素含有碳元素

[信息提取]

(1)由题目可提取信息“有机化合物所含元素”；(2)在大脑中提取“不同的有机化合物的特殊元素组成”。

[解题思路]

脱氧核糖属于单糖，只含C、H、O元素，无P元素；叶绿素由C、H、O、

N、Mg元素组成；血红蛋白由C、H、O、N、Fe元素组成；胰岛素是由C、H、O、N元素组成。故选C。

[答案]

C 1．下列哪一组结构或物质的元素组成可能不相同(

) A．细菌体内的基因与细胞膜

B．蓝藻细胞内的核糖体与细菌的细胞壁

C．骨骼肌细胞内的线粒体与染色体

D．植物细胞的细胞壁与动物细胞中的糖原

解析：基因是有遗传效应的DNA片段，所以其元素组成至少含有C、H、O、N、P，细胞膜主要是由磷脂与蛋白质构成、元素组成也是至少含有C、H、O、N、P；核糖体是由蛋白质与RNA构成的(至少含有C、H、O、N、P)，细菌的细胞壁主要由多肽与多糖构成(至少含有C、H、O、N)，所以二者的元素组成可能不同；染色体主要是由蛋白质与DNA构成的，线粒体中也含有蛋白质和DNA；植物细胞壁的主要成分是纤维素，与糖原都属于多糖。

答案：B [技法提炼]

化合物种类的判断方法

(1)根据特征元素推断化合物：

(2)从化合物的元素组成分析代谢产物：

①糖类、脂质和蛋白质都含有C、H、O，故其代谢产物都有CO2和H2O；

②蛋白质中还有N，其代谢产物中还含有尿素。

(3)从化合物的元素含量上分析氧化分解释放能量的多少：脂肪的含氢量多于糖类，因此等质量的脂肪彻底氧化分解时所消耗的O2比糖类多，释放的能量也多于糖类。

2．下列有关组成生物体化学元素的叙述，正确的是(

) A．微量元素在生物体内含量很少，所以人体不存在微量元素缺乏症

B．人、动物与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中都可以找到

D．不同生物体内各种化学元素的含量基本相同

解析：微量元素在生物体内含量很少，但是作用不可替代，当人体长期不摄入某种微量元素时，可能会引起缺乏症，A错误；不同生物所含元素种类大致相同，含量差别很大，B、D错误；组成生物体的元素都可以在无机自然界中找到，C正确。

答案：C [归纳提升]

1.生物界与非生物界在元素种类和含量上的关系

2．几种重要化合物的组成元素

化合物

组成元素

糖类

C、H、O

考点二

细胞中的水和无机盐

1．水

(1)存在形式：自由水和结合水。

(2)生理作用：①细胞结构的组成成分；②良好的溶剂；③运输营养物质和新陈代谢产生的废物；④维持细胞的正常形态；⑤代谢的原料(如光合作和细胞呼吸) 脂质

脂肪、固醇

磷脂

蛋白质

核酸

ATP 叶绿素

血红蛋白

C、H、O C、H、O、C、H、O、C、H、O、C、HO、C、H、O、C、H、O、N、P N(P、S等) N、P N、P N、Mg N、Fe

2．无机盐

(1)在细胞中的存在形式：主要是离子。

(2)生理作用

①是某些复杂化合物的组成成分，如Mg2参与叶绿素合成；

Fe2参与血红蛋白合成。

＋＋②维持细胞和生物体的生命活动。

[疑点初探]

疑点1：细胞中产生水的结构有哪些？

细胞质基质、线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核、高尔基体等。

疑点2：Na、K对细胞内外渗透压大小所起的作用一样吗？

Na主要维持细胞外液的渗透压，K主要维持细胞内液的渗透压。

[例2]生物体的生命活动离不开水。下列关于水的叙述，错误的是(

) A．在最基本生命系统中，H2O有自由水和结合水两种存在形式

＋＋＋＋

B．由氨基酸形成多肽链时，生成物H2O中的氢来自氨基和羧基

C．有氧呼吸时，生成物H2O中的氢来自线粒体中丙酮酸的分解

D．H2O在光下分解，产生的[H]将固定的CO2还原成(CH2O) [信息提取]

(1)从题目中提取信息“与水有关”；

(2)在大脑中提取①水的存在形式。②水的生成和分解。

[解题思路]

细胞中水的存在形式有自由水和结合水两种，A正确；氨基酸之间脱水缩合过程中生成物H2O中的氢一个来自－NH2，一个来自－COOH，B正确；有氧呼吸生成物H2O中的氢来自第一阶段葡萄糖的分解以及第二阶段丙酮酸的分解，C错误；光反应阶段，H2O的光解产生的[H]用于暗反应C3的还原，D正确。

[答案]

C 3．水是生命之源，从2015年起福建将用5年时间完成金省万星安全生态水系建设。“生态治水”由此正式取代“工程治水”下列关于生物体与水分的关系，叙述正确的是(

) A．贮藏中的种子不含水分，以保持休眠状态

B．水从根系向地上部分的运输与细胞壁无关

C．适应高渗环境的动物可排出体内多余的盐

D．缺水时，动物体的正反馈调节能促使机体减少水的散失

解析：贮藏的种子中含有结合水和少量的自由水，A错误；细胞壁可控制细胞过度吸水，B错误；生活在高渗环境中的动物可排出多余的盐分，C正确；动物体内水平衡的调节为负反馈调节，D错误。

答案：C [归纳提升]

细胞中的水

(1)生物体内水的综合关系图

(2)水的存在形式与新陈代谢、生物抗逆性的关系

自由水和结合水在一定条件下可相互转化：

自由水代谢缓慢代谢旺盛结合水

细胞中自由水/结合水的比值越大，生物新陈代谢越旺盛，该生物的抗逆性(如抗寒性、抗旱性)越差；反之，该比值越小，生物新陈代谢越缓慢，其抗逆性则越强

(3)细胞中的水：结合水、自由水。

同一生物体中不同发育阶段水的含量不同：幼儿期＞成年期＞老年期。

代谢旺盛的部位含水较多：幼嫩部分＞成熟部分＞衰老部分。细胞中水份维持细胞形态，保证正常代谢。

水是细胞中含量最多的化合物。

．．

存在形式

含量

功能

自由水

以游离形式存在，可自由流动

含95%以上

细胞内良好的溶液，参与生物体内化学反应，运送营养物质和代谢废物

结合水

在细胞中与蛋白质及结合在一起

约含4.5% 组成细胞结构的重要成分，与生物的抗逆性有关。

自由水和结合水的相互转化

结合水比例上长，代谢减缓，抗逆性增强自由水结合水

自由水比例上升，代谢旺盛4．下列关于无机盐的叙述中正确的是(

) A．细胞中的无机盐主要以化合物的形式存在

B．人体内环境的渗透压主要来源于Na、Cl

C．细胞合成ATP、核酸、核糖等物质时均需要磷酸盐

D．贫血症患者的病因是由于体内缺少Fe2

＋＋－解析：细胞中的无机盐主要以离子的形式存在，A错误。人体内环境的渗透压90%以上来源于Na、Cl，B正确；核糖仅由C、H、O三种元素组成，不含P元素，C错误；镰刀型细胞贫血症的病因是基因突变，而不是缺铁，D错误。

答案：B [归纳提升]

细胞中的无机盐

(1)无机盐的存在形式及功能

＋－

(2)生物体内无机盐生理功能的实验验证

①对照组

植物＋完全培养液→正常生长

考点三

检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质(实验) 1．实验原理：

(1)还原糖＋斐林试剂→水浴加热→砖红色沉淀

苏丹Ⅲ→橘黄色(2)脂肪＋



苏丹Ⅳ→红色

(3)蛋白质＋双缩脲试剂→紫色

2．实验步骤：

[疑点初探]

疑点1：选择实验材料应该依据什么标准？

①被检测物质含量丰富；②材料接近无色；③易取材，易操作等。

疑点2：鉴定还原糖时使用的斐林试剂为何要现配现用？

因为斐林试剂很不稳定，容易产生蓝色的Cu(OH)2沉淀，所以应将甲液和乙液分别配制，使用时现配现用。

5．油菜种子成熟过程中部分有机物的变化如图所示。将不同成熟阶段的种子匀浆后检测，结果正确的是(

)

选项

A B C D 取样时间

第10天

第20天

第30天

第40天

检测试剂

斐林试剂

双缩脲试剂

苏丹Ⅲ试剂

碘液

检测结果

不显色

不显色

橘黄色

蓝色

解析：据图可知，第10天时，由可溶性糖，因此加入斐林试剂，水浴加热后能出现砖红色沉淀，故A错；种子萌发过程中，可溶性糖转化成淀粉，相应的酶存在于细胞内，催化淀粉合成的酶的化学本质是蛋白质，依次加入双缩脲试剂后，能出现紫色反应，故B错；第30天时，脂肪的含量降低至0，加入苏丹Ⅲ试剂后，会出现橘黄色颗粒，故C正确；第40天时，淀粉的含量较高，因此加入碘液后，不会出现蓝色，故D错。

答案：C [归纳提升]

9种常用的检测试剂

常用的试剂或指示物

碘液

Ca(OH)2溶液

斐林试剂/班氏试剂

双缩脲试剂

苏丹Ⅲ/Ⅳ染液

溴麝香草酚蓝水溶液

浓硫酸中的重铬酸钾

甲基绿－吡罗红染色剂

二苯胺

作用

检测、鉴定淀粉

检测、鉴定CO2

检测、鉴定还原糖

检测、鉴定蛋白质

检测、鉴定脂肪

检测、鉴定CO2

检测、鉴定酒精

检测DNA、RNA的分布

鉴定DNA(沸水浴) 现象

淀粉遇碘变蓝

CO2使Ca(OH) 溶液变混浊2

砖红色沉淀

紫色

橘黄色/红色

与CO2反应变黄色

灰绿色

DNA呈绿色、RNA呈红色

蓝色

6．下列是有关检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验的叙述，其中正确的是(

) ①斐林试剂的甲液和乙液与双缩脲试剂的成分是相同的

②双缩脲试剂的A液与斐林试剂甲液的成分是相同的、B液与乙液的成分不相同

③斐林试剂与双缩脲试剂的使用方法是一样的，都要现配现用

④还原糖检验中的颜色变化是：浅蓝色→棕色→砖红色，其中的砖红色是Cu2O

⑤制作花生临时切片时，洗去浮色用的是体积分数为50%的酒精

⑥观察花生临时切片，看到的是一片橘红色，而不是橘黄色的脂肪颗粒

⑦双缩脲试剂的使用方法是先加A液后加B液，加完之后立刻加热，出现的颜色是紫色

A．①②⑥⑦

B．②③⑦

C．①⑤⑥

D．①④⑤

解析：斐林试剂的甲液与双缩脲试剂的A液成分相同，乙液与B液成分也相同，但斐林试剂与双缩脲试剂的使用方法不同，因为①正确，②③错误。还原糖检测时，颜色由浅蓝色先变棕色，再变砖红色，④正确。用花生临时切片观察脂肪时，要用体积分数为50%的酒精洗去浮色，可以看到橘黄色的脂肪颗粒，⑤正确，⑥错误。使用双缩脲试剂不需要加热，⑦错误。

答案：D [疑点辨析]

双缩脲试剂与斐林试剂的比较

比较项目

使用方法

不同

点

浓度

乙液CuSO4溶液浓度为0.05 g/mL 反应条件

颜色

斐林试剂

甲液和乙液混合均匀后方可使用，且现配现用

需水浴加热

砖红色

双缩脲试剂

使用时先加A液，再加B液

不需加热

紫色

B液CuSO4溶液浓度为0.01 g/mL 相同点

都含有NaOH、CuSO4两种成分，且所用NaOH溶液浓度都是0.1 g/mL 课堂小结：

提示：①统一

②差异

③C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg

④Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo

⑤水

⑥无机盐

1.大量元素、微量元素都是生物必需的元素，对于维持生物体的生命活动都起着非常重要的作用。

2.占细胞鲜重含量最多的元素是氧，占细胞干重含量最多的元素是碳。

3.占细胞鲜重最多的化合物是水，占细胞干重最多的化合物是蛋白质。

4.水不仅是细胞代谢所需的原料，也是细胞代谢的产物，如有氧呼吸、光合作用、蛋白质和DNA的合成等过程中都有水的生成。

5.“一”些无机盐是细胞内复杂化合物的重要组成成分，许多种无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有非常重要的作用。

随堂演练

1．下列有关生物体内化学元素的叙述中，错误的是(

) A．同一生物体不同组织细胞内化学元素种类和含量大体相同

B．C、H、O、N是组成生物体内酶所必需的元素

C．蛋白质中的S元素存在于氨基酸的R基中

D．核酸中的N存在于碱基中，蛋白质中的N主要存在于肽键中

解析：同一生物体不同组织细胞中所含的元素种类大体相同，但含量存在差异，A错误。

答案：A 2．下列有关细胞中元素和化合物的叙述，正确的是(

) A．C是构成细胞的基本元素，在人体活细胞中含量最多

B．脂肪分子中含H比糖类多，是主要的能源物质

C．氨基酸脱水缩合产生水，水中的氧来自氨基酸的羧基

D．RNA和DNA主要组成元素的种类不同，碱基种类不完全相同

解析：人体活细胞中含量最多的元素是O，A错误；糖类是主要的能源物质，B错误；RNA和DNA都是由C、H、O、N、P组成的，D错误。

答案：C 3．研究发现，砷(As)可以富集在植物体内，转化为毒性很强的金属有机物，影响水稻的株高、根长和干重；加P(与As原子结构相似)处理后水稻茎叶和根中P含量增加、As含量相对减少，水稻生长加快，干重增加。对此现象不合理的解释是(

) A．As在水稻细胞内富集，由细胞膜的结构特点决定

B．As进入水稻细胞，导致有关酶失去活性，影响细胞代谢

C．P影响As的吸收，与细胞膜上的载体种类和数量有关

D．P是构成磷脂、核酸和ATP的重要元素，能促进水稻生长发育

解析：本题以元素为中心，考查元素的功能。As在水稻细胞内富集，是由细胞膜的功能特点——选择透过性决定的；As可能是有关酶的抑制剂，与酶结合后使酶的空间结构发生改变，导致酶失活，而影响细胞的代谢过程；P与As的载体种类相同，而P更易与载体结合从而抑制细胞对As的吸收；磷脂、核酸和ATP的组成元素中都含P，而这些化合物是水稻正常生长发育所必需的，可见P能促进水稻的生长发育。

答案：A 4．下列关于植物体内水分的叙述，错误的是(

) A．植物体内的水分参与营养物质的运输

B．水是构成叶肉细胞的重要化合物之一

C．自由水可作为细胞内化学反应的反应物

D．同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同

解析：植物体内营养物质的运输需要水分的参与，A项正确。叶肉细胞中的水分有两种存在方式，一种是自由水，另外一种构成叶肉细胞的组合——结合水，B项正确。在光合作用过程中自由水可作为细胞内化学反应的反应物存在，C项正确。同种植物萌发种子的含水量高于休眠种子的含水量，D项错误。

答案：D 5．不同植物种子中所含营养成分有差异，如豆类作物中蛋白质含量越高，玉米种子中淀粉含量较高，花生种子中脂肪含量相对较多。某玉米新品种中的蛋白质含量高于普通玉米，请用所学的方法设计实验加以验证。

实验原理：

___________________________________________________________________ 材料用品：新鲜的普通玉米子粒、新鲜的新品种玉米子粒、研钵、试管、漏斗、纱布、吸管、清水、双缩脲试剂A液、双缩脲试剂B液、量筒。

方法步骤：

(1)将两种玉米子粒分别进行________，制备组织样液。

(2)取A、B两支试管，向A中加入新品种玉米组织样液2 mL，B中加入普通玉米组织样液2 mL。

(3)向A、B两支试管中分别加入2 mL____________，摇匀，再分别加入3滴________________，摇匀。

(4)观察_______________________________________________________________。

预期的结果：

_____________________________________________________________________。

答案：实验原理：蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应，蛋白质含量越高颜色越深

(1)研磨

(3)双缩脲试剂A

双缩脲试剂B (4)颜色变化并比较紫色的深浅

预期结果：新品种玉米子粒组织样液(A试管)紫色较深