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1专题1-2细胞中的元素和化合物细胞中的无机物【考情分析】1.说出细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素构成，它们以碳链为骨架形成复杂的生物大分子2.指出水大约占细胞重量的2/3，以自由水和结合水的形式存在，赋予了细胞许多特性，在生命活动中具有重要作用3.举例说出无机盐在细胞内含量虽少，但与生命活动密切相关4.实验：检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质【核心素养分析】1.生命观念：大量元素与微量元素。2.科学思维：水和无机盐的存在形式与作用。3.社会责任：注重饮食，养成良好的生活习惯。4.科学探究：检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质。【重点知识梳理】知识点一组成细胞的元素和化合物1．种类(1)含量：①大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。②微量元素：生物生活必需但需要量却很少的元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。(2)作用：①最基本元素：C。②基本元素：C、H、O、N。【归纳总结】各种化合物的组成元素21.从化合物的元素组成分析代谢产物：糖类、脂质和蛋白质都含有C、H、O，故其代谢终产物都有CO2和H2O；蛋白质中还有N，其代谢终产物中还含有尿素。2．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．组成细胞的化合物(1)种类：水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质和核酸。(2)含量：①鲜重含量最多的化合物：水。②鲜重含量最多的有机物蛋白质。③占细胞干重最多的化合物：蛋白质。【特别提醒】走出元素与化合物的三个误区1．误区一：易混淆元素与化合物的干重和鲜重。(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，但在占干重百分比中，蛋白质最多。2．误区二：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。3．误区三：易混淆“数量”和“含量”。人体活细胞中氧的含量最多，但氢原子的数量最多。知识点二、细胞中的无机物1．细胞中的水(1)存在形式：自由水和结合水。(2)功能：①结合水是细胞结构的重要组成成分。②自由水是细胞内的良好溶剂；参与细胞内的许多生物化学反应；为细胞提供液体环境；运送营养物质和代谢废物。2．细胞中的无机盐(1)存在形式：主要以离子形式存在。(2)功能：①细胞的重要组成成分；3②维持细胞和生物体的生命活动；③维持细胞内的酸碱平衡。【整合提升】无机盐在细胞中的功能1．某些复杂化合物的组成成分无机盐参与形成的化合物N(NO－3)蛋白质、ATP(ADP)、叶绿素、核酸(DNA或RNA)P(PO3－4)ATP(ADP)、磷脂、核酸(DNA或RNA)Mg2＋叶绿素S(SO2－4)某些蛋白质Fe2＋动物血红蛋白I－甲状腺激素2.维持细胞和生物体的正常生命活动。例如，哺乳动物血液中Ca2＋含量过低就会出现抽搐，I－缺乏易患地方性甲状腺肿，Fe2＋缺乏易患贫血等，缺乏N、Mg和P元素，植物的光合作用将会受到影响。3．维持生物体内的平衡。体内平衡使细胞能有稳定的结构和功能，是生物维持正常的代谢和生理活动的必要条件。(1)渗透压的平衡：Na＋、Cl－对细胞外液渗透压起重要作用，K＋则对细胞内液渗透压起决定作用。(2)酸碱平衡(即pH平衡)：pH调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着生物大分子的功能特性以及在细胞内发生的一切反应：如人血浆中的HCO－3、HPO2－4等。(3)离子平衡：动物细胞内外Na＋/K＋/Ca2＋的比例是相对稳定的。细胞膜外Na＋高、K＋低，细胞膜内K＋高、Na＋低。K＋、Na＋这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差，是使细胞保持反应性能的重要条件。知识点三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(1)还原糖的检测4(2)脂肪的检测方法一：花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅳ染液→红色方法二(3)蛋白质的检测【误区警示】走出误区(1)三类有机物检测在操作步骤上的“三个唯一”①唯一需要加热——还原糖检测，且必须水浴加热，不能用酒精灯直接加热。若不加热，则无砖红色沉淀出现。②唯一需要显微镜——脂肪检测。5③唯一使用酒精——脂肪的鉴定，实验用体积分数为50%的酒精洗去浮色。(2)实验中的三个注意点①三个实验中都不宜选取有颜色的材料，否则会干扰观察实验结果的颜色变化。②脂肪鉴定的过程中滴加1～2滴体积分数为50%的酒精的目的是洗去浮色，原因是苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染液易溶于酒精。③物质鉴定实验一般不设立对照实验，若需设立对照实验，对照组应加入成分已知的物质，如验证唾液淀粉酶是蛋白质，对照组可加入稀释的鸡蛋清。【典型题分析】核心考点一、考查考查组成细胞和生物体的化学元素例1．(2020·安徽皖南八校联考)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．每种大量元素在不同的生物体内的含量都是相同的C．组成生物体的化学元素根据其含量不同分为大量元素和微量元素两大类D．组成生物体的大量元素中，碳元素是最基本的元素，在细胞鲜重中含量总是最多的【答案】C【解析】微量元素在生物体内含量很少，却是维持正常生命活动不可缺少的，若缺乏，则会出现微量元素缺乏症，如缺锌、缺碘都会出现相应的病症。每种元素在不同的生物体内的含量是不相同的，如氧元素在玉米和人的细胞中占细胞干重的质量分数分别为44.43%和14.62%。生物体内的碳元素是最基本的元素，但在细胞鲜重中，氧元素的含量是最多的。【变式探究】(2020·江西南昌三中模拟)下表是组成人体细胞中的部分元素含量，下图是人体细胞中化合物含量的柱形图，下列说法正确的是()元素abc含量65%18%10%A．若表格表示元素占细胞鲜重的百分比含量，则表中含量最多的元素a是碳元素B．若图表示细胞鲜重化合物含量，则甲化合物是蛋白质C．若表格表示元素占细胞干重的百分比含量，则b是细胞中数量最多的元素6D．若图表示细胞完全脱水后化合物含量，则甲化合物具有多样性【答案】D【解析】细胞鲜重中元素含量前三位从多到少依次为O、C、H，化合物含量前两位从多到少依次为水和蛋白质，故若表格表示元素占细胞鲜重的百分比含量，则表格中a为氧元素，若图表示细胞鲜重化合物含量，则甲为水，A、B错误；若表格表示元素占细胞干重的百分比含量，则b是氧元素，C错误；细胞完全脱水后蛋白质含量最多，蛋白质具有多样性，D正确。核心考点二考查细胞内化合物的组成元素例2．(2020·河北正定中学模拟)下列各组化合物中，由相同元素组成的是()A．叶绿素、类胡萝卜素B．胰岛素、性激素C．脂肪、核苷酸D．纤维素、丙酮酸【答案】D【解析】叶绿素中含有镁元素，与类胡萝卜素的元素组成不完全相同，A错误；性激素只含有C、H、O，胰岛素含有C、H、O、N、S，B错误；脂肪只含有C、H、O，核苷酸含有C、H、O、N、P，C错误；纤维素和丙酮酸都只含有C、H、O，D正确。【变式探究】(2020·河南开封二中模拟)如图是构成细胞的某些化合物的元素组成情况。下列对①②③所表示的物质及其所能表现的生理功能推测，错误的是()A．①可能是叶绿素，能吸收光能进行光合作用B．②可能是血红蛋白，有运输氧的作用C．③可能是磷脂，是细胞膜的主要成分D．①②③必为同一类物质【答案】D【解析】叶绿素中含有Mg，所以①可能是叶绿素，能吸收光能进行光合作用，A项正确；血红蛋白中含有Fe，所以②可能是血红蛋白，有运输氧的作用，B项正确；磷脂含有的元素是C、H、O、N、P，所以③可能是磷脂，是细胞膜的主要成分，C项正确；①②③可能为不同类物质，D项错误。核心考点三考查水的存在形式、作用及与代谢的关系例3．(2019·海南高考)植物细胞中水和矿质元素离子会表现出某些特点。下列叙述错误的是()A．根细胞中的K＋不能以自由扩散的方式进入土壤溶液中7B．矿质元素离子在细胞内积累可引起外界溶液中的水进入细胞C．根细胞吸收的矿质元素能够以离子的形式贮存在液泡中D．叶肉细胞中参与光合作用光反应阶段的水分子属于结合水【答案】D【解析】根细胞中的K＋不能以自由扩散的方式进入土壤溶液中，因为K＋跨膜运输需要载体，自由扩散不需要载体，A正确；矿质元素离子在细胞内积累会引起细胞液浓度增大，进而发生吸水，故会引起外界溶液中的水进入细胞，B正确；细胞内无机盐大多以离子形式存在，根细胞吸收的矿质元素能够以离子的形式贮存在液泡中，C正确；叶肉细胞中参与光合作用光反应阶段的水分子属于自由水，可以分解成氧气和[H]，D错误。故选D。【变式探究】(2020·山西省大同模拟)下列关于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细胞的低B．正在萌发的种子中结合水与自由水的比值降低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】细胞发生癌变，细胞代谢增强，细胞内自由水的含量较正常细胞多，A错误；正在萌发的种子中自由水的含量增多，自由水与结合水的比值升高，有利于种子的萌发，B正确；线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，水在线粒体内膜上生成，叶绿体是细胞的养料制造车间，有机物的合成过程中有水生成，核糖体通过脱水缩合形成多肽，C正确；细胞中的自由水和结合水在一定条件下可以相互转化，这也是细胞对环境适应的一种表现，D正确。核心考点四考查无机盐的作用例4．(2019·高考全国卷Ⅲ)氮元素是植物生长的必需元素，合理施用氮肥可提高农作物的产量。回答下列问题。(1)植物细胞内，在核糖体上合成的含氮有机物是________，在细胞核中合成的含氮有机物是________，叶绿体中含氮的光合色素是________。(2)农作物吸收氮元素的主要形式有铵态氮(NH＋4)和硝态氮(NO－3)。已知作物甲对同一种营养液(以硝酸铵为唯一氮源)中NH＋4和NO－3的吸收具有偏好性(NH＋4和NO－3同时存在时，对一种离子的吸收量大于另一种)。请设计实验对这种偏好性进行验证，要求简要写出实验思路、预期结果和结论。【答案】(1)蛋白质核酸叶绿素(2)实验思路：配制营养液(以硝酸铵为唯一氮源)，用该营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液8中NH＋4和NO－3的剩余量。预期结果和结论：若营养液中NO－3的剩余量小于NH＋4的剩余量，则说明作物甲偏好吸收NO－3；若营养液中NH＋4的剩余量小于NO－3的剩余量，则说明作物甲偏好吸收NH＋4。【解析】(1)植物细胞内的含氮有机物有蛋白质、磷脂、ATP、核酸等，其中在核糖体上合成的为蛋白质，在细胞核中合成的是核酸，植物叶绿体中的光合色素有叶绿素和类胡萝卜素，其中含氮的光合色素是叶绿素。(2)本实验的目的是验证作物甲对营养液中NH＋4和NO－3的吸收具有偏好性，因变量是作物甲对二者的吸收量，因此可将生理状态相同的若干作物甲培养在适宜浓度的以硝酸铵为唯一氮源的营养液中，在适宜条件下培养一段时间，并测定实验后营养液中NH＋4和NO－3的剩余量，最后进行比较，如果实验后营养液中NH＋4的剩余量小于NO－3的剩余量，可说明作物甲对营养液中NH＋4的吸收具有偏好性；反之，则说明作物甲对营养液中NO－3的吸收具有偏好性。【变式探究】(2017·高考海南卷)无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用。下列相关叙述错误的是()A．蔬菜中的草酸不利于机体对食物中钙的吸收B．缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降C．和ATP一样，KH2PO4也能为生物体提供能量D．植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐【答案】C【解析】草酸与食物中的钙结合形成沉淀物不利于钙的吸收，A正确。铁是血红蛋白的组成成分，血红蛋白的主要作用是运输氧，缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降，B正确。