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第2章 組成細(xì)胞的分子
第1節(jié) 細(xì)胞中的元素和化合物
【素養(yǎng)導(dǎo)引】
1.生命觀念:基于生命的物質(zhì)觀,形成生命與自然界統(tǒng)一的生命觀念。
2.科學(xué)思維:基于大量元素和微量元素的學(xué)習(xí),培養(yǎng)比較與分析的科學(xué)思維。
3.科學(xué)探究:通過檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì),掌握檢測相關(guān)物質(zhì)的實驗原理、方法和操作注意事項。
4.社會責(zé)任:認(rèn)同合理膳食對人體健康的重要性。
一、組成細(xì)胞的元素
1.元素組成的統(tǒng)一性與差異性:
(1)生物體與無機(jī)自然界統(tǒng)一性的表現(xiàn):組成細(xì)胞的元素,在無機(jī)自然界中都能夠找到,沒有一種化學(xué)元素為細(xì)胞所特有。
(2)生物體與無機(jī)自然界差異性的表現(xiàn):細(xì)胞中各種元素的相對含量與無機(jī)自然界的大不相同。
2.組成細(xì)胞的元素的種類:
(1)種類:細(xì)胞中常見的化學(xué)元素有20多種。
(3)細(xì)胞中含量最多的4種元素:C、H、O、N。
二、組成細(xì)胞的化合物
1.種類:
2.含量:
(1)占細(xì)胞鮮重最多的化合物:水。
(2)占細(xì)胞鮮重最多的有機(jī)化合物:蛋白質(zhì)。
(3)占細(xì)胞干重最多的化合物:蛋白質(zhì)。
[思考]　活細(xì)胞中含量最多的元素是O,請從化合物的角度分析原因是什么。
提示:活細(xì)胞中含量最多的化合物是水,O在水中含量高。
三、檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)
1.實驗原理:
(1)還原糖的檢測:
還原糖+斐林試劑產(chǎn)生磚紅色沉淀
(2)脂肪的檢測:
脂肪+蘇丹Ⅲ染液→產(chǎn)生橘黃色
(3)蛋白質(zhì)的檢測:
蛋白質(zhì)+雙縮脲試劑→產(chǎn)生紫色反應(yīng)
2.實驗流程:
(1)還原糖的檢測和觀察:
組織樣液→加入斐林試劑→50~65 ℃溫水浴加熱→觀察顏色變化。
(2)脂肪的檢測和觀察:
選材→制作臨時裝片→加入蘇丹Ⅲ染液染色→體積分?jǐn)?shù)為50%的酒精溶液洗去浮色→鏡檢,觀察顏色變化。
(3)蛋白質(zhì)的檢測和觀察:
組織樣液→加入雙縮脲試劑A液→搖勻→加入雙縮脲試劑B液→搖勻→觀察顏色變化
[思考]　檢測生物組織中的淀粉、還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)的實驗均為顯色反應(yīng),在選擇實驗材料時應(yīng)注意哪些問題
提示:一是要富含待檢測的化合物,二是要顏色較淺(無色或白色最佳)。
鋅元素存在于眾多的酶系中,是核酸、蛋白質(zhì)、糖類的合成和維生素A利用的必需物質(zhì)。具有促進(jìn)生長發(fā)育、改善味覺的作用。結(jié)合所學(xué)知識判斷:
1.鋅元素的作用很大,屬于生命活動必需的元素。 (√)
2.由于鋅元素的重要作用,其在體內(nèi)含量很高。 (×)
分析:鋅元素在細(xì)胞中屬于微量元素,含量很少。
3.地殼中也含有鋅元素,這體現(xiàn)了細(xì)胞與自然界的統(tǒng)一性。 (√)
學(xué)習(xí)任務(wù)一:細(xì)胞中的元素和化合物
1.組成細(xì)胞的元素:
(1)不同生物體的細(xì)胞中,元素的種類大體相同,但各元素的含量相差較大。
(2)大量元素和微量元素劃分的依據(jù)是含量的多少,而不是生理作用,含量少的作用也很重要。
(3)大量元素和微量元素都是必需元素,而生物體內(nèi)含有的元素不一定是生物體所必需的元素,如Pb。
2.組成細(xì)胞的化合物的提醒說明:
(1)細(xì)胞內(nèi)含量最多的化合物:水。
(2)細(xì)胞內(nèi)含量最多的無機(jī)化合物:水。
(3)占細(xì)胞鮮重最多的化合物:水。
(4)細(xì)胞內(nèi)含量最多的有機(jī)化合物:蛋白質(zhì)。
(5)占細(xì)胞干重最多的化合物:蛋白質(zhì)。
　　　　　　　【拓展歸納】
判斷元素與化合物分子的五個“明確”
【學(xué)習(xí)加點料】
1.思維易錯:Fe在細(xì)胞中屬于微量元素,能否說明其生理作用比大量元素小 舉例說明。
提示:不能。劃分大量元素和微量元素的依據(jù)是元素含量,而不是生理作用的大小,如人體缺Fe會造成缺鐵性貧血。
2.教材開發(fā):俗話說“五谷雜糧身體壯,青菜蘿卜保健康”。結(jié)合本節(jié)內(nèi)容思考在飲食方面怎樣才能使自己體內(nèi)的營養(yǎng)元素達(dá)到平衡。
提示:不同食物中營養(yǎng)物質(zhì)的種類和含量有很大差別,我們在日常的膳食中要做到不同食物的合理搭配。
　(2022·珠海高一檢測)茶葉生產(chǎn)在中國已有3 000多年的歷史,其中信陽毛尖以“細(xì)、圓、光、直、多白毫、香高、味濃、湯色綠”的獨特風(fēng)格,盛名傳播國內(nèi)外。下列關(guān)于茶葉的說法,錯誤的是 (　　)
A.采摘的新鮮茶葉①的細(xì)胞中含量最高的化合物是H2O
B.茶葉和人體所含元素種類大致相同,但含量有差異
C.制好的成品茶②的化學(xué)元素含量依次是C>O>N>H
D.新鮮茶葉的細(xì)胞內(nèi)含量最多的有機(jī)物中通常含有微量元素③Fe或S
[解題思維]
提取關(guān)鍵點 ①新鮮茶葉;②成品茶;③微量元素
轉(zhuǎn)化知識點 細(xì)胞鮮重時,含量最多的化合物和有機(jī)物、細(xì)胞干重時元素的含量
排除障礙點 成品茶失去水,含量最多的化合物是蛋白質(zhì),元素含量是C>O>N>H
【解析】選D。根據(jù)細(xì)胞鮮重中水的含量最多,故采摘的新鮮茶葉的細(xì)胞中含量最高的化合物是H2O,A正確;不同生物體內(nèi)的元素種類大體相同,但含量上有差異,故茶葉和人體所含元素種類大致相同,但含量有差異,B正確;制好的成品茶相當(dāng)于細(xì)胞干重中化學(xué)元素含量的排序,即化學(xué)元素含量依次是C>O>N>H,C正確;新鮮茶葉的細(xì)胞內(nèi)含量最多的有機(jī)物是蛋白質(zhì),其中通常含有元素Fe或S,Fe是微量元素,但S是大量元素,D錯誤。
[借題發(fā)揮]　茶葉中包含一種在其他生物中沒有的氨基酸——茶氨酸。該實例說明了組成不同生物體的化合物的種類有何特點
提示:不同生物體中化合物的種類不完全相同。
1.在生物體內(nèi)含量極少,但對于維持生物體的正常生命活動必不可少的元素有
(　　)
A.Zn、Cu、B、Mn
B.Zn、Cu、S、Ca
C.Fe、Mn、Zn、Mg
D.K、Mn、Cu、Mo
【解析】選A。Zn、Cu、B、Mn均屬于微量元素,A正確;S、Ca屬于大量元素,B錯誤;Mg屬于大量元素,C錯誤;K屬于大量元素,D錯誤。
2.如圖表示細(xì)胞中各種化合物或主要元素在細(xì)胞鮮重中的相對含量,以下按①②③④順序排列,正確的是 (　　)
A.水、蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì);N、H、O、C
B.水、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類;O、C、H、N
C.蛋白質(zhì)、水、脂質(zhì)、糖類;O、C、H、N
D.蛋白質(zhì)、水、脂質(zhì)、糖類;C、O、H、N
【解析】選D。活細(xì)胞中化合物含量由多到少依次是水、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類,分別對應(yīng)柱形圖中的②①③④;活細(xì)胞中元素含量由多到少依次是O、C、H、N,分別對應(yīng)柱形圖中的②①③④,故選D。
學(xué)習(xí)任務(wù)二:檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)
1.實驗操作提醒及目的:
實驗操作提醒 操作目的
還原糖檢測水浴加熱時,試管底部不要觸及燒杯底部 防止受熱不均勻
脂肪檢測時,洗去浮色時間不宜過長 避免脂肪溶解在酒精中,使橘黃色消失
蛋白質(zhì)檢測時,將雞蛋清稀釋到一定程度 防止與雙縮脲試劑反應(yīng)后,粘在試管內(nèi)壁上,反應(yīng)不徹底,試管不易洗刷
還原糖和蛋白質(zhì)檢測時,加入試劑之前,留出一部分樣液 便于與檢測后的樣液顏色進(jìn)行比對
2.三類有機(jī)物檢測在操作步驟上的“三個唯一”:
(1)唯一需要加熱——還原糖檢測,且必須水浴加熱,不能用酒精燈直接加熱。
(2)唯一需要使用顯微鏡——脂肪檢測。
(3)唯一使用酒精——脂肪檢測,用體積分?jǐn)?shù)為50%的酒精溶液洗去浮色。
3.斐林試劑與雙縮脲試劑的異同:
項　目 斐林試劑 雙縮脲試劑
不同點 CuSO4溶液濃度 0.05 g/mL 0.01 g/mL
檢測物質(zhì) 還原糖 蛋白質(zhì)
使用方法 甲、乙兩液等量混合均勻使用 先加入A液,再加入B液
反應(yīng)條件 50~65 ℃水浴加熱 不需要加熱
反應(yīng)現(xiàn)象 藍(lán)色→棕色→磚紅色 淺藍(lán)色→紫色
相同點 含有NaOH和CuSO4兩種成分,且NaOH的質(zhì)量濃度都是0.1 g/mL
　　　　　　　【拓展歸納】斐林試劑和雙縮脲試劑的反應(yīng)機(jī)理
(1)用斐林試劑檢測還原糖的實驗:因加入的斐林試劑中含Cu2+,故溶液變成淺藍(lán)色,加熱后,部分Cu(OH)2被還原為磚紅色的Cu2O,因二者混合故呈現(xiàn)棕色,隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行,Cu(OH)2被全部還原為Cu2O,故而出現(xiàn)磚紅色沉淀。
(2)用雙縮脲試劑檢測蛋白質(zhì)的實驗:加入雙縮脲試劑A液,使溶液呈堿性,溶液為無色;后滴加雙縮脲試劑B液,Cu2+在堿性環(huán)境中與蛋白質(zhì)的肽鍵發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),生成紫色絡(luò)合物。
【學(xué)習(xí)加點料】
1.思維易錯:在提供0.1 g/mL的NaOH溶液、0.05 g/mL的CuSO4溶液和蒸餾水的條件下,只能檢測還原糖嗎 為什么
提示:不是。還能檢測蛋白質(zhì),檢測蛋白質(zhì)時需用蒸餾水將0.05 g/mL的CuSO4溶液稀釋為0.01 g/mL的CuSO4溶液。
2.思維易錯:檢測還原糖時,若無色的待測溶液中無還原糖,加入斐林試劑后溶液顏色還是無色的嗎 為什么
提示:不是。由于加入了Cu2+,溶液呈藍(lán)色。
下列關(guān)于檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實驗的敘述,正確的是 (　　)
A.常用番茄、蘋果等組織樣液作為檢測植物組織內(nèi)還原糖的實驗材料①
B.脂肪的檢測中觀察花生子葉切片細(xì)胞間不可能出現(xiàn)橘黃色脂肪顆粒
C.脂肪的檢測中體積分?jǐn)?shù)為50%的酒精溶液②是為了溶解組織中的脂肪
D.蛋白質(zhì)的檢測③中加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1 g/mL的NaOH溶液可為反應(yīng)提供堿性環(huán)境
[解題思維]
提取關(guān)鍵點 ①還原糖鑒定的材料,②50%的酒精溶液,③蛋白質(zhì)檢測
轉(zhuǎn)化知識點 實驗材料的選擇,實驗試劑的作用,實驗的操作過程
排除障礙點 蘇丹Ⅲ能溶解于50%的酒精溶液,可用于洗去浮色
【解析】選D。番茄的紅色會影響實驗結(jié)果的觀察,故檢測還原糖時不能選擇番茄作為實驗材料,A錯誤;切片時,被破壞的子葉細(xì)胞會釋放出少量脂肪,細(xì)胞間會出現(xiàn)橘黃色脂肪顆粒,B錯誤;檢測生物組織中脂肪的實驗中,體積分?jǐn)?shù)為50%的酒精溶液的主要作用是洗去浮色,C錯誤;蛋白質(zhì)檢測實驗中,先加入雙縮脲試劑A液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1 g/mL的NaOH溶液),提供一個堿性環(huán)境,再加入雙縮脲試劑B液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01 g/mL的CuSO4溶液),能生成紫色的絡(luò)合物,D正確。
[借題發(fā)揮]　某同學(xué)在檢測蛋白質(zhì)時,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1 g/mL的NaOH溶液
1 mL后,再加入雙縮脲試劑B液,如果沒有觀察到紫色反應(yīng),可能的原因是什么
提示:可能加入的雙縮脲試劑B液過量,CuSO4在堿性溶液中生成大量的藍(lán)色Cu(OH)2絮狀沉淀,會遮蔽實驗中所產(chǎn)生的紫色,影響觀察結(jié)果。
1.關(guān)于“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”實驗的敘述,正確的是 (　　)
A.斐林試劑和雙縮脲試劑的成分和濃度相同,使用方法不同
B.鑒定花生種子中是否含有脂肪,必須用顯微鏡才能觀察到結(jié)果
C.鑒定可溶性還原糖時,向待測液中加入斐林試劑后,即可觀察到磚紅色沉淀
D.淀粉的檢測,可向2 mL組織樣液中直接滴加2滴碘液,搖勻后觀察顏色變化
【解析】選D。斐林試劑和雙縮脲試劑均由NaOH和CuSO4溶液組成,但CuSO4溶液的濃度不同,斐林試劑與雙縮脲試劑的用法不同,A錯誤;花生種子中脂肪的鑒定有兩種方法,方法一是切片制片,需要用顯微鏡觀察,方法二是用花生勻漿進(jìn)行鑒定,不需用顯微鏡觀察,B錯誤;鑒定可溶性還原糖時,加入斐林試劑后需要水浴加熱2分鐘后才會有顏色反應(yīng),C錯誤;鑒定淀粉時,直接滴加碘液就會有顏色反應(yīng),D正確。
2.(2022·遂寧高一檢測)面皮是人們熱愛的食物之一。傳統(tǒng)面皮的做法是將面團(tuán)用紗布包裹起來,在清水中搓洗,洗出的白漿和紗布包裹的黏稠物質(zhì)可以分別蒸出面皮和面筋。某同學(xué)擬鑒定洗出的白漿和紗布包裹的黏稠物質(zhì),應(yīng)分別選用的試劑是 (　　)
A.斐林試劑、蘇丹Ⅲ染液
B.蘇丹Ⅲ染液、碘液
C.碘液、雙縮脲試劑
D.雙縮脲試劑、斐林試劑
【解析】選C。洗出的白漿是淀粉溶液,遇碘變藍(lán)色;紗布包裹的黏稠物質(zhì)是植物蛋白,與雙縮脲試劑反應(yīng)呈紫色。故選C。
　閱讀短文,回答有關(guān)問題。
　　幾十年前,新西蘭有一個牧場的大片牧草長勢很弱,有的甚至發(fā)黃枯萎,即使使用了大量的N、P、K肥也無濟(jì)于事。后來,人們偶然發(fā)現(xiàn)牧場內(nèi)的一小片牧草長得十分茂盛。原來,這一片“綠洲”的附近有一座鉬礦,礦工每天上下班總是抄近路走,他們的鞋子踩過的地方,牧草都是綠油油的。經(jīng)過科學(xué)家的化驗和分析發(fā)現(xiàn)一公頃牧草只需150克鉬就足夠了。
探究:
(1)從含量上分析,N、P、K元素屬于________________元素,鉬元素屬于________________元素。
(2)牧草中含量最多的化合物是________________,含量最多的有機(jī)物是________________,鉬元素在細(xì)胞中主要以________________形式存在。
(3)研究表明該處土壤中與牧草細(xì)胞中含量最多的元素都是O元素,由此能否說明生物界與自然界的統(tǒng)一性 為什么
【解析】(1)C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg在細(xì)胞中屬于大量元素。由題意可知,鉬元素的需求量非常低,推測屬于微量元素。
(2)活細(xì)胞中含量最多的化合物是水,含量最多的有機(jī)物是蛋白質(zhì),鉬元素在細(xì)胞中主要以化合物的形式存在。
(3)生物界與自然界的統(tǒng)一性體現(xiàn)在組成細(xì)胞的化學(xué)元素,在無機(jī)自然界中都能找到,沒有一種化學(xué)元素為細(xì)胞特有。
答案:(1)大量　微量
(2)水　蛋白質(zhì)　化合物
(3)不能。生物界與自然界的統(tǒng)一性的含義是組成細(xì)胞的化學(xué)元素,在無機(jī)自然界中都能找到,沒有一種化學(xué)元素為細(xì)胞特有。
情境載體 情境類型為生活、學(xué)習(xí)和實踐情境,突出與生活的聯(lián)系
關(guān)鍵能力↓信息轉(zhuǎn)化 ①微量元素含量少,但作用重要
②生物界和自然界的統(tǒng)一性與差異性中,統(tǒng)一性指元素種類,差異性指元素含量③細(xì)胞中化合物的含量,水最多,蛋白質(zhì)是含量最多的有機(jī)物
學(xué)科素養(yǎng) 培養(yǎng)生命觀念中的物質(zhì)與能量觀、科學(xué)思維中的分析與比較等素養(yǎng)
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