第1節(jié)　細胞中的元素和化合物
一、組成細胞的元素1．生物界與非生物界的統(tǒng)一性和差異性(1)統(tǒng)一性：組成生物體的各種元素在______________中都能找到。(2)差異性：細胞中各種元素的____________與無機環(huán)境的大不相同。
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等　
Fe、Mn、Zn、Cu、B、M等　
三、檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)
加蘇丹Ⅲ(或蘇丹Ⅳ)　
(1)組成生物體的每一種元素都可以在非生物界中找到。(　　)(2)Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、M等是組成細胞的微量元素。(　　)(3)組成細胞的元素中C、O、H、N四種元素的含量最多。(　　)(4)在人體活細胞中氫原子的數(shù)目最多。(　　)
(5)活細胞中含量最多的有機化合物是蛋白質(zhì)。(　　)(6)鑒定待測樣液中的蛋白質(zhì)時，先加NaOH溶液，振蕩后加入CuSO4溶液。(　　)(7)還原糖和蛋白質(zhì)的檢測都需要水浴加熱。(　　)(8)在利用花生子葉進行脂肪鑒定時，染色后要用體積分數(shù)為50%的酒精溶液洗去浮色，便于觀察實驗結(jié)果。(　　)
思考：1．就人體細胞而言，干重與鮮重中含量占前四位的元素分別是什么？ 出現(xiàn)這種差異的原因是什么？提示：干重：C>O>N>H　鮮重O>C>H>N，因為鮮重中“H2O”含量最多，故可導(dǎo)致鮮重中“O、H”比例上升。
2．檢測生物組織中的還原糖時，老硬的樹皮和多汁的果實都適合作為實驗材料嗎？西瓜和梨哪個更適合作為實驗材料？說出你的理由。提示：老硬的樹皮和多汁的果實中還原糖的量不同，一般選擇多汁的果實進行檢測。梨更適合作實驗材料。因為西瓜中的紅色會影響實驗結(jié)果的觀察，所以梨是最好的實驗材料。
3．鑒定還原糖時使用的斐林試劑為何要現(xiàn)配現(xiàn)用？提示：因為斐林試劑很不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生藍色的Cu(OH)2沉淀，所以應(yīng)將甲液和乙液分別保存，使用時現(xiàn)配現(xiàn)用。4．鑒定蛋白質(zhì)時，加入試劑B后，如果沒有產(chǎn)生紫色反應(yīng)，可能的原因是什么？提示：可能加入的雙縮脲試劑B過量，CuSO4在堿性溶液中生成大量的藍色Cu(OH)2絮狀沉淀，會遮蓋實驗中所產(chǎn)生的紫色，影響觀察結(jié)果。
1．元素種類(1)C占人體細胞干重的55.99%，C原子本身的化學性質(zhì)使它能夠通過化學鍵連接成鏈或環(huán)，從而形成各種生物大分子?？梢哉f，地球上的生命是在C的基礎(chǔ)上建立的，因此C是組成細胞的最基本的元素。
(2)無論細胞干重還是細胞鮮重，C、H、O、N都是細胞中含量最多的四種元素，因此被稱為基本元素。(3)C、H、O、N、P、S這六種元素約占人體細胞總質(zhì)量的97%，是細胞中的主要元素。(4)不同生物體內(nèi)所含化學元素的種類基本相同，但含量是不同的；同一生物體內(nèi)不同元素的含量一般不相同。
特別提醒：細胞鮮重和細胞干重(1)細胞鮮重：細胞在自然生活狀態(tài)下的質(zhì)量。細胞鮮重中含量最多的化合物是水。(2)細胞干重：細胞除去水后的質(zhì)量。細胞干重中含量最多的化合物是蛋白質(zhì)。(3)C、H、O、N四種元素在人體細胞中的含量：在細胞鮮重中，O>C>H>N；在細胞干重中，C>O>N>H。造成這種差異的主要原因是水的含量不同。
2．大量元素和微量元素大量元素：含量占生物體總質(zhì)量萬分之一以上的元素，包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。微量元素：含量占生物體總質(zhì)量萬分之一以下的元素，如Fe、Mn、B、M、Cu、Zn等。
知識貼士微量元素和大量元素諧音記憶法(1)微量元素：鐵(Fe)猛(Mn)碰(B)新(Zn)木(M)桶(Cu)。(2)大量元素：他(C)請(H)楊(O)丹(N)留(S)人(P)蓋(Ca)美(Mg)家(K)。
拓展組成細胞的元素如下圖所示。
特別提醒：(1)大量元素和微量元素是依據(jù)自然界中生物的整體情況來劃分的，具體到某一種生物中元素的含量可能有差別。(2)大量元素和微量元素都是組成生物體的必需元素，但生物體內(nèi)含有的元素不一定都是必需元素，如人體內(nèi)可能含Pb。(3)微量元素在生物體內(nèi)含量很少，但生理作用并不小。
　　　　　下列關(guān)于組成生物體化學元素的敘述，正確的是(　　)A．在組成生物體與組成無機自然界的化學元素中，C的含量均為最高B．人、動物和植物所含的化學元素種類差異很大C．組成生物體的化學元素在無機自然界中都可以找到D．不同的生物體內(nèi)各種化學元素的含量基本相似解析：元素C在生物界中含量較高，而在非生物界中含量較少。人、動物和植物所含的化學元素種類差異不大，但各種化學元素的含量不同。
1．下列有關(guān)組成生物體的化學元素的敘述，正確的是(　　)A．組成生物體的化學元素，根據(jù)其含量不同可分為大量元素和微量元素兩大類B．鋅元素在人體生長發(fā)育過程中起著非常重要的作用，這說明鋅元素是人體內(nèi)的大量元素C．微量元素在生物體內(nèi)含量很少，所以它們不重要D．原核生物細胞內(nèi)含微量元素，真核生物細胞內(nèi)不含微量元素
解析：組成生物體的化學元素根據(jù)其含量不同可分為大量元素(占生物體總量的萬分之一以上)和微量元素(占生物體總量的萬分之一以下)兩大類，A正確；鋅元素在人體內(nèi)含量很少，故為微量元素，B錯誤；微量元素在生物體內(nèi)含量很少，卻是維持生物體正常生命活動不可缺少的，若缺乏，會出現(xiàn)微量元素缺乏癥，如缺鋅、缺碘都會出現(xiàn)相應(yīng)的病癥，C錯誤；原核生物和真核生物的細胞內(nèi)均既有大量元素，也有微量元素，D錯誤。
拓展(1)細胞內(nèi)含量最多的化合物是水，含量最多的有機化合物是蛋白質(zhì)；在細胞干重中，含量最多的化合物是蛋白質(zhì)。(2)有機化合物和無機化合物的區(qū)別：有機化合物是指除了CO2、碳酸鹽及碳酸以外的含碳化合物。區(qū)分有機化合物和無機化合物主要看化合物的分子組成中是否有碳元素，如糖類是有機化合物，由C、H、O三種元素組成。
　　　　　(2021·學軍中學期末)如圖表示細胞中各種化合物占細胞鮮重的含量，按①②③④順序排列正確的是(　　)A．水、蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)B．蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)、水C．水、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類D．蛋白質(zhì)、水、脂質(zhì)、糖類解析：組成活細胞的化合物中，水的含量最多，因此，占細胞鮮重的化合物中最多的是水，其次是蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類。
2．在螞蟻森林種樹界面上，小伙伴們可以認領(lǐng)梭梭樹、沙柳、樟子松、胡楊等，用實際行動踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，為建設(shè)美麗中國奉獻自己的一份力量。梭梭樹、沙柳、樟子松、胡楊均是干旱地區(qū)生命力極其頑強的樹木，它們發(fā)達的根系可以從深層土壤中吸收水分，這幾種樹的細胞中含量最多的有機物是 (　　)A．水　　　　　　B．蛋白質(zhì)C．脂質(zhì) D．無機鹽解析：活細胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有機物是蛋白質(zhì)。
實驗：檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)
2．鑒定實驗材料的選擇(1)還原糖的鑒定實驗中選材的原則①選用還原糖含量較高的生物組織(或器官)?？蛇x用蘋果、梨、白色甘藍葉、白蘿卜等；不能選用甜菜、甘蔗，因為它們所含的蔗糖是一種非還原糖；馬鈴薯因淀粉較多，也不宜作實驗材料。②盡量避免產(chǎn)生顏色干擾。要選顏色較淺或近于白色的生物組織，不能選西瓜、綠色葉片等作實驗材料。(2)脂肪的鑒定實驗中，實驗材料最好選用富含脂肪的種子。(3)蛋白質(zhì)的鑒定實驗中，最好選用富含蛋白質(zhì)的生物組織。植物材料常用的是大豆，動物材料常用的是雞蛋的蛋清。
3．實驗步驟及現(xiàn)象(1)還原糖的鑒定①實驗步驟②實驗現(xiàn)象：在進行水浴加熱時，試管中溶液的顏色變化是藍色→棕色→磚紅色沉淀。
特別提醒：(1)顏色變化：斐林試劑的甲液(質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的NaOH溶液)與乙液(質(zhì)量濃度為0.05 g/mL的CuSO4溶液)混勻后，立即生成淺藍色的Cu(OH)2膠體，Cu(OH)2與還原糖在加熱的條件下，先變成棕色，最后生成磚紅色的Cu2O沉淀。(2)加熱：對試管中的溶液進行水浴加熱時，試管底部不要觸及燒杯底部。
特別提醒：盡可能地切成薄片，否則顯微鏡下看到的細胞重疊，不易觀察。
4．實驗注意事項：(1)實驗操作中的注意點。①還原糖檢測時，使用水浴加熱，試管底部不要觸及燒杯底部，以防受熱不均勻。②脂肪檢測時，染色時間不宜過長，否則脂肪會溶解在酒精中，使橘黃色消失。
③蛋白質(zhì)檢測時，雙縮脲試劑的加入順序：先加A液，再加B液，而且B液不能過量。目的是先制造堿性環(huán)境。若先加B液或B液過量，會生成Cu(OH)2，干擾顏色反應(yīng)。④在蛋白質(zhì)檢測實驗中，需要對雞蛋清稀釋到一定程度，否則與雙縮脲試劑發(fā)生反應(yīng)后，會黏在試管的內(nèi)壁上，反應(yīng)不徹底，試管也不易刷洗。⑤還原糖、蛋白質(zhì)的檢測實驗中，在加入相應(yīng)試劑檢測之前，要留出一部分組織樣液，以便與檢測后的樣液顏色進行對比。
(2)有機物檢測在操作步驟上的差異。①加熱——還原糖的檢測需要加熱，且為水浴加熱。②顯微鏡——若用花生種子切片為材料檢測脂肪需要使用顯微鏡。③試劑滴加順序——先等量混合后再滴加的是斐林試劑，分別滴加的是雙縮脲試劑。
　　　　　(2021·金華一中高一檢測)下列有關(guān)生物體中化合物的檢測實驗，對應(yīng)不正確的是(　　)
解析：淀粉遇碘變藍色；脂肪能被蘇丹Ⅳ染液染成紅色(或被蘇丹Ⅲ染液染成橘黃色)；蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng)；還原糖(如葡萄糖、果糖)與斐林試劑水浴加熱，生成磚紅色沉淀。在以上顏色反應(yīng)中，只有還原糖的鑒定實驗需要水浴加熱。
3．(2021·福建龍巖漳平一中月考)將剛剛萌發(fā)、帶有小芽的大麥種子充分研磨后，過濾得到組織樣液。在組織樣液中加入下列試劑后振蕩均勻，有關(guān)實驗現(xiàn)象及結(jié)論的敘述，正確的是(　　)A．加入蘇丹Ⅲ染液，溶液呈紅色，證明發(fā)芽的大麥種子中含有脂肪B．加入斐林試劑并水浴加熱，溶液呈磚紅色，說明發(fā)芽的大麥種子中含有麥芽糖C．加入碘液，溶液呈藍色，說明發(fā)芽的大麥種子中含有淀粉D．加入雙縮脲試劑，溶液呈藍色，說明發(fā)芽的大麥種子中含有蛋白質(zhì)
解析：蘇丹Ⅲ染液能將脂肪染成橘黃色，而不是紅色，A項錯誤；加入斐林試劑并水浴加熱，溶液呈磚紅色，說明發(fā)芽的大麥種子中含有還原糖，但不一定是麥芽糖，B項錯誤；淀粉遇碘液變藍，因此加入碘液，溶液呈藍色，說明發(fā)芽的大麥種子中含有淀粉，C項正確；要想觀察組織樣液中是否有蛋白質(zhì)，可采用雙縮脲試劑檢測，呈紫色反應(yīng)，D項錯誤。
斐林試劑和雙縮脲試劑的異同
　　　　　(2020·宿州期中)下列關(guān)于檢測“生物組織中糖類、脂肪、蛋白質(zhì)”實驗操作步驟的敘述中，正確的是(　　)A．用于鑒定還原糖的斐林試劑甲液和乙液，可直接用于蛋白質(zhì)的鑒定B．若要鑒定花生種子細胞中是否含有脂肪，用肉眼即可觀察C．鑒定可溶性還原糖時，斐林試劑的甲液和乙液應(yīng)等量混合均勻后再加入D．用于雙縮脲試劑鑒定蛋白質(zhì)時，需水浴加熱2 min才能看到紫色
解析：斐林試劑的成分雖然和雙縮脲試劑相同，但是濃度、用法、用量都不同，不能直接用于蛋白質(zhì)的鑒定，A項錯誤；檢測花生種子細胞中是否含脂肪，染色后需用顯微鏡觀察，B項錯誤；鑒定可溶性還原糖時，斐林試劑的甲液和乙液應(yīng)等量混合均勻后再加入，C項正確；用雙縮脲試劑鑒定蛋白質(zhì)，不需要水浴加熱，D項錯誤。
思考·討論?P161．提示：組成玉米細胞和人體細胞中含量較多的四種元素都一樣，這是因為組成玉米細胞和人體細胞所含的化合物大體相同。2．提示：細胞中的微量元素含量很少，但卻是生命活動不可缺少的。3．提示：組成玉米細胞和人體細胞中的元素種類大體相同，相對含量不同，說明不同生物體之間既有統(tǒng)一性，也有差異性。
旁欄思考?P17梨的果實和葉片的細胞中所含化合物的種類基本相同，梨的果實細胞中含果糖等還原糖較多，葉片的細胞中含淀粉較多。探究·實踐?P181．略　2．略3．生物材料中有機化合物的種類、含量不同。因此，我們應(yīng)該選擇多種多樣的食物，保證獲得全面的營養(yǎng)。
練習與應(yīng)用?P18一、概念檢測1．(1)√(2)×　提示：細胞中的大量元素和微量元素作用一樣重要。(3)√
3．C　人體細胞內(nèi)含量最多的有機化合物是蛋白質(zhì)。4．B　組成生物體的化學元素在非生物界都可以找到，沒有一種化學元素是生物界所特有的，這說明了生物界與非生物界具有統(tǒng)一性。

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