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第2讲细胞中的元素和化合物细胞中的无机物[考纲要求]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(1)来源：生物体有选择地从无机自然界中获得。(2)存在形式：大多以化合物的形式存在。(3)种类大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。(4)最基本元素是C，对生命的意义是构成生命大分子的基本骨架。2．生物界的统一性和差异性(1)统一性：不同种生物的元素种类大体相同。(2)差异性：不同种生物的元素含量相差很大。3．组成细胞的化合物(1)种类无机化合物：水和无机盐有机化合物：糖类、脂质、蛋白质、核酸等(2)含量排序：在细胞鲜重中前四位的依次是水、蛋白质、脂质、糖类；在细胞干重中前三位的依次是蛋白质、脂质、糖类。[思维诊断](1)在人体活细胞中氢原子的数目最多(2013·重庆，1A)(√)(2)细胞中的一种元素的作用能被其他元素替代(2012·江苏，1A)(×)(3)细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要(2012·江苏，1D)(×)(4)主动运输机制有助于维持细胞内元素组成的相对稳定(2012·江苏，1C)(√)(5)细胞中的脱氧核苷酸和脂肪酸都不含有氮元素(2012·江苏，1B)(×)(6)纤维素和尿素、脂肪酸和磷脂、三磷酸腺苷和核糖核酸、胆固醇和血红蛋白四组均含有相同的元素(高考重组题)(×)题组一辨别细胞的元素含量、分类及作用1．下列有关组成生物体细胞化学元素的叙述中，错误的是()A．组成生物的最基本元素是CB．H7N9病毒和桃树共有的元素是C、H、O、N、PC．占人体细胞干重百分比最多的元素是OD．Cu、Mn、Mo、B都是组成生物体的微量元素答案C解析H7N9病毒由蛋白质和RNA组成，其组成元素为C、H、O、N、P；占人体细胞干重百分比最多的元素是C。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能找到D．不同生物体内各种化学元素的含量基本相同答案C解析大量元素与微量元素都是生物体的必需元素，缺乏其中任何一种都会表现出相应的缺乏症，A项错误；各种生物以及生物界与非生物界的元素组成具有统一性，即组成各种生物的元素种类大致相同，组成生物体的元素没有一种是生物特有的，都来自于非生物界，B项错误，C项正确；生物界与非生物界的元素组成具有差异性，即各种化学元素的含量差别较大，D项错误。判断元素与化合物分子的四个“明确”题组二利用表、图分析细胞中的元素与化合物3．下表是两种生物干重中有关元素的质量分数(%)。根据下表，有人得出下面结论，其中正确的是()元素CHONPS生物甲43.576.2444.431.460.200.17生物乙55.997.4614.629.333.110.78A.如果它们分别是动物和植物，则甲是动物，乙是植物B．等质量的组织中，甲所含的热量少于乙C．两者体细胞中，乙的染色体(质)比甲多D．两者的含水量比较，可推测甲比乙多答案B解析动物和植物干重相比较，植物含糖类较多，动物含脂肪、蛋白质较多，由于脂肪的元素构成特点是含C、H较多而含O少，蛋白质的特征元素是N，故植物体中含O较多，动物体中含H、N元素较多，另外动物含Ca、P元素也比植物多。题中甲为植物，乙为动物，A项错误；等质量的脂肪和糖类相比较，脂肪含热量较多，生物甲含糖量高，生物乙含脂肪多，B项正确；生物干重中有关元素的含量不能作为判断其含水量和染色体(质)多少的依据，C、D项均错误。4．如图1是细胞中化合物含量的扇形图，图2是有活性的细胞中元素含量的柱形图，下列说法不正确的是()A．若图1表示细胞鲜重，则A、B化合物依次是H2O、蛋白质B．若图2表示组成人体细胞的元素含量，则a、b、c依次是O、C、HC．地壳与活细胞中含量最多的元素都是a，由此说明生物界与非生物界具有统一性D．若图1表示细胞完全脱水后的化合物含量，则A化合物具有多样性，其必含的元素为C、H、O、N答案C解析走出元素与化合物的3个误区(1)易混淆元素与化合物的干重与鲜重①在组成细胞的元素中，占鲜重百分比：OCHN；占干重百分比：CONH。②在组成细胞的化合物中，占鲜重百分比：水蛋白质脂质糖类；占干重百分比中，蛋白质最多。(2)误以为生物体内大量元素重要，微量元素不重要大量元素、微量元素是根据元素的含量划分的。无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，对于维护生物体的生命活动都起着非常重要的作用。(3)误以为细胞内含量最多的元素是C活细胞内含量最多的元素是O，而不是C；组成细胞干重最多的元素是C。考点二细胞中的水和无机盐1．细胞中的水(1)存在形式：自由水和结合水。(3)自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系自由水/结合水比值高⇒代谢旺盛，但抗逆性差比值低⇒代谢强度降低，但抗寒、抗旱、抗热等抗逆性强2．无机盐的存在形式及功能[深度思考](1)细胞中产生水的结构有哪些？提示细胞质基质、线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核、高尔基体等。(2)Na＋、K＋对细胞内外渗透压大小所起的作用一样吗？提示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。题组一聚焦细胞中的水1．(2014·四川，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)答案C解析A项，水在最基本的生命系统中有两种存在形式：自由水和结合水。B项，在氨基酸脱水缩合形成多肽链的过程中，生成物H2O中的两个氢原子分别来自两个氨基酸中的氨基和羧基。C项，有氧呼吸第三阶段，O2与第一阶段葡萄糖分解产生的[H]和第二阶段丙酮酸分解产生的[H]结合形成H2O，同时释放出大量能量。D项，光合作用的光反应阶段发生在叶绿体类囊体薄膜上，H2O在光下被分解成O2和[H]，[H]用于叶绿体基质中的暗反应，将固定的CO2还原成(CH2O)。2．下列有关水与生命活动的说法，不正确的是()A．细胞发生癌变其自由水含量较正常的细胞低B．正在萌发的种子中结合水与自由水的比值下降C．在线粒体、叶绿体和核糖体中进行的化学反应都有水生成D．自由水和结合水在一定的条件下可以相互转化答案A解析癌细胞能够无限增殖，细胞内代谢比正常细胞旺盛，因此自由水含量较正常细胞高，故A项错误。衍射法归纳细胞中的水题组二无机盐的功能分析及实验验证3．生长在含盐量高、干旱土壤中的盐生植物，通过在液泡中贮存大量的Na＋而促进细胞吸收水分，该现象说明液泡内Na＋参与()A．调节渗透压B．组成体内化合物C．维持正常pHD．提供能量答案A解析液泡内的各种矿质离子、酸、碱等能够参与调节细胞液的渗透压，盐生植物液泡中贮存大量的Na＋，增大了细胞液的渗透压，吸水能力增强，A项正确。4．为了确定某种矿质元素是否是植物的必需元素，应采用的方法是()A．检测正常叶片中该矿质元素的含量B．分析根系对该矿质元素的吸收过程C．分析环境条件对该矿质元素吸收的影响D．观察在完全培养液中去掉该矿质元素前后植株生长发育状况答案D解析判断元素是否是必需元素通常用溶液培养法。在人工配制的完全培养液中，除去某种矿质元素，然后观察植物的生长发育情况：如果植物的生长发育仍正常，说明该元素不是植物所必需的；如果植物的生长发育不正常(出现特定的缺乏症状)，且只有补充了该种元素(其他元素无效)后，植物的生长发育又恢复正常(症状消失)，说明该元素是植物生长必需的矿质元素。检验某种矿质元素生理功能的实验方案实验组：正常植物＋缺X培养液共同培养一段时间后，表现出相应的症状，再加入X后，症状消失。对照组：正常植物＋完全培养液共同培养一段时间后，植物正常生长。实验相关说明：(1)实验中应保证实验材料的统一性，即材料的种类、生长状况等相同。(2)实验组加入X的目的是二次对照，使实验组前后对照，以增强说服力。(3)该方案也可用于检测某种矿质元素是否是植物正常生长的必需元素。考点三(实验)检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质1．实验原理(1)还原糖＋斐林试剂――→50～65℃温水浴砖红色沉淀(2)脂肪＋苏丹Ⅲ染液→橘黄色苏丹Ⅳ染液→红色(3)蛋白质＋双缩脲试剂→紫色2．实验步骤还原糖的鉴定步骤选材→制备组织样液→加斐林试剂→水浴加热→显色脂肪的鉴定步骤选材→制片→加苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染液染色→漂洗→镜检蛋白质的鉴定步骤选材→制备组织样液→加双缩脲试剂A→摇匀→加双缩脲试剂B→观察颜色[深度思考](1)上述实验选材的标准是什么？提示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。(2)蔗糖溶液中加入斐林试剂后呈现什么颜色？提示蔗糖属于非还原糖，不与斐林试剂发生反应。观察到的现象不是无色，而是浅蓝色[Cu(OH)2的颜色]。(3)鉴定还原糖时使用的斐林试剂为何要现配现用？提示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。(4)在还原糖、脂肪和蛋白质的检测实验中，加相应试剂检测之前，为什么要留出一部分组织样液？提示留出一部分组织样液的目的是与检测后的样液颜色作对比，以增强实验的说服力。题组一糖类、脂肪与蛋白质检测原理的分析1．(2014·广东，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()选项取样时间检测试剂检测结果A第10天斐林试剂不显色B第20天双缩脲试剂不显色C第30天苏丹Ⅲ试剂橘黄色D第40天碘液蓝色答案C解析分析曲线可知，油菜种子在成熟过程中，可溶性糖和淀粉不断转化为脂肪储存起来。A项，第10天时仍然存在较多的可溶性糖，可溶性糖中的还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下会出现砖红色沉淀。B项，蛋白质是生物体生命活动的体现者，在整个种子成熟过程中都能检测到蛋白质的存在。C项，在第30天时，脂肪含量较高，脂肪与苏丹Ⅲ试剂发生反应呈现橘黄色。D项，在第40天时，淀粉已经消耗殆尽，用碘液检测不会发生显色反应。2．分析下表，可推测()溶液双缩脲试剂碘液斐林试剂甲＋－－乙－＋＋－甲和乙混合＋＋＋注：“＋”表示显色，“＋＋”表示显色更深，“－”表示不显色。A．甲溶液含有淀粉B．乙溶液含有还原糖C．混合溶液不含淀粉D．混合溶液含有淀粉酶答案D解析双缩脲试剂、碘液、斐林试剂分别用于检测蛋白质、淀粉和还原糖。据表可以推测，甲含有蛋白质，乙含有淀粉，甲和乙混合能够产生还原糖，证明混合液中含有淀粉酶，将淀粉分解成葡萄糖。题组二糖类、脂肪与蛋白质的检测方法的比较3．下列关于实验操作步骤的叙述中，正确的是()A．用于鉴定还原糖的斐林试剂甲液和乙液混合后要节约使用，以备下次再用B．脂肪的鉴定需要用显微镜才能看到被染色的脂肪颗粒C．用于鉴定蛋白质的双缩脲试剂A液与B液与斐林试剂甲液和乙液浓度可以相同D．在鉴定脂肪的实验中，苏丹Ⅳ将脂肪染成橘黄色，苏丹Ⅲ染液将脂肪染成红色答案B解析斐林试剂需现配现用，不能留到下次再用；双缩脲试剂和斐林试剂的成分相同，但成分的浓度不同；脂肪鉴定中，苏丹Ⅲ将脂肪染成橘黄色，而苏丹Ⅳ将脂肪染成红色；脂肪鉴定中需要借助于显微镜才能观察到被染色的脂肪颗粒。4．现提供可配制斐林试剂的溶液：甲液(0.1g/mLNaOH溶液)、乙液(0.05g/mLCuSO4溶液)以及蒸馏水，如果充分利用上述试剂及必需的实验用具，可灵活性地鉴别出下列哪些物质()①葡萄糖②蔗糖③胃蛋白酶④RNAA．只有①B．①和②C．①和③D．②、③和④答案C解析由于本题还提供了蒸馏水，因此0.05g/mLCuSO4溶液可用蒸馏水稀释至0.01g/mL，以作为双缩脲试剂的组成成分。葡萄糖为还原糖，可用斐