資源簡介

2.2細胞中的無機物
【教學目標】
1.通過分析水的分子結構，能從結構與功能相適應的視角說明水在細胞中的存在形式和作用。
2.認同水在生命活動中具有重要作用。
3.通過分析資料、思考與討論，能舉例說出無機鹽在細胞中的存在形式和主要作用。
【重點難點】
1.重點：
（1）水的存在形式及功能。
（2）細胞中無機鹽的作用。
2.難點：
（1）水的存在形式及功能。
（2）細胞中無機鹽的作用。
【新課導入】
學生對于水的認識比較豐富，許多概念來自生活中的經驗，但是站在活細胞的角度去看，學生的認識還有需要補充、糾正和待完善的地方。因此教師在教學時可以從學生熟悉的事實切入，吸引學生的注意力。教師可以查找有關資料，如一個人在極限狀況下，可以堅持20 d以上不進食，但是缺水不能超過1 d；地球表面約3/4的部分是水；細胞內含量最多的化合物是水；許多國家的科學家都在為尋找火星上的水而努力工作，既有成效又有爭議。這些事實說明水對于生命的重要性。究竟水在細胞和生物體中具有什么樣的功能呢？由此引入新課的學習。同時利用課本上的問題探討，將學生帶到對水的內容的學習中。
【新課講解】
（一）細胞中的水
教師：對絕大多數生物來說，沒有水就不能存活。地球上如果沒有水，也就沒有生命。最早的生命也是在水中誕生的。水在細胞中含量是最多的。在不同種類的生物體中，水的含量差別較大，生物體中水的含量為60％～95％。如，幼嫩植物體中水的含量約為70％，動物體中水的含量約為80％左右。水是活細胞中含量最多的化合物，水有什么作用呢？
1.水是細胞內生化反應的良好溶劑：水分子具有極性，是自然界中能溶解物質最多的良好溶劑。（水的介電常數是溶液中最高的，這就意味著按單位容計算，沒有任何溶劑能比水溶解更多的種類和數量的溶質，所以水成為最理想的生物溶劑）動植物體內的各種生理生化過程，如礦質元素的吸收、運輸,氣體交換，光合產物的合成、轉化和運輸以及信號物質的傳導等都需以水作為介質。
2.為細胞提供一個水環境，便于進行各種生命活動。
3.水作為反應物參與細胞內一些反應，如水是光合作用的原料。在呼吸作用以及許多有機物質的合成和分解過程中都有水分子參與。沒有水，這些重要的生化過程都不能進行。
4.運輸營養和廢物，水在生物體內的流動（如血液），可以把其中溶解的營養物質運輸到各個細胞，同時又把細胞代謝產生的廢物運送到排泄器官或者直接運輸到體外。
教師：以上這些作用都是自由水的，水在細胞中以兩種形式存在。一部分水與細胞內的其他物質相結合，叫做結合水。結合水是細胞結構的重要組成成分，大約占細胞內全部水分的4.5％。細胞中絕大部分的水以游離的形式存在，可以自由流動，叫做自由水。結合水是在生物體內或細胞內與蛋白質、多糖等物質以氫鍵的形式相結合形成水膠體（親水力蛋白質強于淀粉，淀粉強于纖維素），失去流動性，含量比較穩定，不易散失。結合水是細胞結構的重要組成成分，不能溶解其他物質，不參與代謝作用。結合水賦予各種組織、器官一定形狀、硬度和彈性，因此某些組織器官的含水量雖多（如人的心肌含水79％），仍呈現堅韌的形態。自由水和結合水在一定條件下可以相互轉化，當生命活動旺盛時，結合水向自由水轉化，反之，當生命活動緩慢時，自由水向結合水轉化。自由水含量少時生命活動緩慢，有利于保存，例如種子要曬干來保存。反之為了使種子萌發，要先將種子浸泡在水中一段時間，讓種子吸水，增加自由水的含量。
（二）細胞中的無機鹽
提問：初中我們做實驗，將骨和小麥的種子燒盡，最終都會得到一些灰白色的灰燼，請問這些灰燼是什么呢？
學生：是無機鹽。
課件展示無機鹽在細胞中的存在形式：細胞中大多數無機鹽以離子的形式存在，含量較多的陽離子有：Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋等。陰離子有Cl-、SO42-、PO43-、HCO3- 等。
提問：細胞中無機鹽的含量雖少，比水遠遠要少，只占1%~1.5%，那無機鹽在生物體內有什么作用呢？
思考：為什么缺鐵會導致貧血呢？
學生：血紅蛋白是一種紅色含鐵的蛋白質，是紅細胞的主要成分，功能是運輸氧氣和一部分二氧化碳。血紅蛋白中的鐵是二價鐵離子，對人來說，小腸也只吸收二價鐵離子，對三價鐵離子是不吸收的。沒有Fe2＋就不能合成血紅蛋白，人就會患缺鐵性貧血。
思考：植物體缺鎂會影響光合作用，為什么？
學生：葉綠素是綠色植物進行光合作用的色素，它能吸收光能用于光合作用。絕大多數植物葉片的顏色是綠色的，這是葉綠素顯現的顏色。沒有Mg2＋就不能合成葉綠素，植物的葉片就會發黃，影響到光合作用的正常進行。
思考：為什么現在許多食鹽都是加碘鹽呢？
學生：人缺碘會引起大脖子病（甲狀腺腫大），如果幼年時缺碘，造成甲狀腺素合成不足，繼而還會引起大腦發育落后，出現呆小癥。調查顯示，我國普遍缺碘，因此要求在食鹽中加碘來補充碘的不足。
思考：你還能想到人體缺哪些無機鹽會引起疾病嗎？
學生：缺鈣會引起佝僂病。血鈣太低還可能會引起抽搐。
思考：為什么老年人容易骨折而青少年的骨容易變形？
學生：骨是由有機物和無機物構成，骨的有機物使骨具有韌性，而使骨具有硬度，骨整體的彈性和硬度也就是由這兩種化學成分的比例而決定。骨中有機物與無機物的比率會隨著年齡的改變而發生變化，成年人的骨含有2/3的無機物和1/3的有機物，這樣的比率使骨有最大的堅固性。根據力學測定，每平方厘米的股骨能承受170至220千克的抗壓（縮）強度（軸向）。由于兒童的骨是有機成分大而無機成分小，故硬度差，但韌性及可塑性大。雖然不易骨折，但卻容易彎曲變形。因此，兒童應特別注意良好的坐立姿勢。反之，老年人骨中的無機物隨年日而增多，有機物卻相對地減少，所以骨較脆而易折斷，而且不易愈合。因此，老年人不宜從事太過劇烈和幅度大的活動。
思考：初中提過無機鹽對植物有哪些作用呢？
學生1：含氮的無機鹽促進細胞分裂和生長，使枝葉繁茂。
學生2：含磷的無機鹽促進幼苗發育和花開放，果實種子提早成熟。
學生3：含鉀的無機鹽使植物莖稈健壯，促進淀粉的形成。
教師：從大家的討論我們也可以看出，無機鹽對生物體來說也是具有重要作用的，下面我們來歸納一下：
（1）組成細胞中的化合物：例Mg2＋是葉綠素分子必需的成分，Fe2＋是血紅蛋白的主要成分。碳酸鈣是動物和人體的骨和牙齒中的重要成分。
（2）維持細胞和生物體的生命活動：例哺乳動物的血液中必須含有一定量的鈣鹽，如果血液中鈣鹽的含量太低，這種動物就會出現抽搐。
（3）維持生物體內的平衡：滲透壓的平衡：細胞內外無機鹽的含量是維持原生質滲透壓的重要因素。
※酸度平衡（即pH平衡）：pH調節著細胞的一切生命活動，它的改變影響著原生質組成物的所有特性以及在細胞內發生的一切反應。例如：各種蛋白質對于pH的改變異常敏感，人體血漿pH降低0.5個單位，立即發生酸中毒。無機離子如HPO42- /H2PO4- 和H2CO3/HCO3- 等組成重要的緩沖體系來調節并維持pH平衡。
※離子平衡：動物細胞內外的Na＋、K＋、Ca2＋的比例是相對穩定的。細胞膜外Na＋高、K＋低，細胞膜內K＋高、Na＋低。K＋、Na＋這兩種離子在細胞膜內外分布的濃度差，是使細胞可以保持反應性能的重要條件。此外，在細胞膜外Na＋多Ca2＋少時，神經細胞會失去穩定性，對于外來刺激會過于敏感等等。
【板書設計】
第2節 細胞中的無機物
一、細胞中的水
（一）存在形式結合水和自由水
（二）作用
1.細胞內的良好溶劑；
2.參與許多生化反應；
3.多細胞生物體的絕大多數細胞的生活環境；
4.有助于物質運輸。
二、細胞中的無機鹽
（一）存在形式大多數呈離子態。
（二）作用
1.無機鹽是細胞中某些復雜化合物的重要組成成分；
2.對維持細胞和生物體正常生命活動有重要作用。無機鹽能夠維持細胞正常的滲透壓，維持細胞內酸堿平衡，維持細胞正常形態和功能。

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