必修21细胞中的元素和化合物.ppt

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1、建华实验学校建华实验学校 陈化清陈化清本章包括5节：细胞中的元素和化合物、生命活动的主要承担者蛋白质、遗传信息的携带者核酸、细胞中的糖类和脂质、细胞中的无机物，另外还有一个“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验。在这几部分内容中，“生命活动的主要承担者蛋白质”是本章的重点内容，也是高考的热点知识。“遗传信息的携带者核酸”也是本章的重点，它主要是为后面章节“遗传和变异”的内容学习打基础。本章重点掌握DNA和RNA的结构和功能，以及核酸能够成为遗传信息携带者的原因。对遗传信息多样性的结构基础的探讨，我们可以从对蛋白质结构多样性的探讨迁移过来。本章内容概述本章介绍的这几节内容并不是彼此孤立的，而

2、是有着内在联系的。生物体内的任何一种化合物都是由特定的化学元素组成的。本章安排的实验，则可以鉴定生物组织中某些化合物的存在。本章介绍了组成细胞的蛋白质、核酸、糖类、脂质等有机物的结构和功能，以及水和无机盐的作用，为学生学习后续内容，即细胞这个基本生命系统的结构、物质的输入和输出、能量的供应和利用，以及系统的发生、发展和衰亡的过程打基础。知识结构预览1构成细胞的基本元素是碳。2蛋白质结构多样性的原因。3观察DNA和RNA在细胞中的分布。4结合水的概念和无机盐的作用。学习重点难点本章介绍了组成细胞的化学元素和化合物的种类、含量及其生理功能。组成细胞的化学元素，大都以化合物的形式存在，所以本章的重点

3、内容是关于糖类、脂质、蛋白质和核酸的结构和功能，尤其是蛋白质和核酸这两种生物大分子化合物，它们分别是生命的主要承担者和控制者。本章内容从分子水平阐述了生命的组成，这些分子组成的细胞是生物体的结构和完成各项生命活动的基础，所以这部分知识是学习本模块后面几章内容的基础。学习方法建议本章内容并不是彼此孤立的，而是有着内在的联系，组成生物体的每一种化合物都是由特定的化学元素组成的，因此只有了解组成生物体细胞的化学元素，才能更好地理解组成生物体的化合物。由于识记性和理解性的内容较多，而且基础性比较强，所以在学习时，一方面要加强记忆，另一方面要注意理解。可以采用比较法，将组成细胞的各种化合物，从组成元素、

4、种类、结构(或组成)、功能等方面进行列表比较记忆。高考中本章的考查常以选择题形式出现，考试热点为各种化合物的生理功能及蛋白质的组成。第第1节节 细胞中的元素和化合物细胞中的元素和化合物1知识与技能(1)知道组成细胞的主要元素；知道为什么碳元素是构成细胞的基本元素。(2)学会检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的方法。2过程与方法(1)通过对C元素的分析，说明有机化合物形成的可能性及必然性，初步培养学生跨学科综合分析问题的能力。(2)通过对组成细胞中的元素的百分比的分析，通过对不同化合物的质量分数的学习，培养学生理解、思考和分析问题的能力。学习目标建议3情感态度与价值观(1)认同生命的物质性。(2

5、)认同生物界在物质组成上的统一性。一、组成细胞的元素种类：细胞中常见的化学元素有_多种。大量元素：细胞中有些化学元素的含量较多，如C、_等，称为大量元素。微 量 元 素：细 胞 中 有 些 化 学 元 素 含 量 很 少，如_等，被称为微量元素。主要元素：组成细胞的元素中_这六种元素的含量最多。基本元素：_是构成细胞的基本元素。最基本元素：_是构成细胞的最基本的元素。知识清单二、组成细胞的化合物组成细胞的化合物分为_和_两 大 类，前 者 包 括_和_，后者包括_、_、_、_。占细胞鲜重最多的化合物是_，占细胞干重最多的化合物是_。难点1 组成细胞的元素组成细胞的化学元素可归纳如下图：最基本元

6、素、基本元素、主要元素、大量元素、微量元素。难点互动说明：1.“基本元素”与组成细胞的“主要元素”二者的区别：基本元素是指构成任何生物体都必需的元素，包括结构最简单的朊病毒也不例外，也包含有C、H、O、N四种元素；“主要元素”则是指细胞中作用重要，而相对含量又较高的元素：C、H、O、N、P、S，它们大约占细胞总量的97%，所以，“主要元素”中包含了“基本元素”，但二者又不完全等同；细胞的化学元素中又以O含量最多。2“大量元素”和“微量元素”的区别是以各种元素在生物体内的含量而定的。含量占生物体总量万分之一以上的就称为大量元素，以下的就称为微量元素。特别提示：生物界和非生物界的统一性和差异性1生

7、物界和非生物界在元素组成上具有统一性，构成生物体的化学元素，没有一种是生物界特有的。在无机自然界中都可找到，强调元素的种类。2生物界和非生物界在元素的含量上具有差异性，如C、H、N三种元素在人体内的质量分数约为73%左右，但在岩石圈中，其质量分数还不到1%，强调含量。3统一性和差异性的区别(1)统一性具体是指在化学元素的种类和组成上，生物体的元素并没有特异性，二者之间的元素是可以通过化合物进行物质循环的。(2)差异性重点讲述的是各种化学元素在生物界和非生物界中的含量的差异，从哲学的角度来看，这也反映了生物界与非生物界间的对立与统一。例1下图所示是组成细胞的主要元素及其比例。根据下图所示信息完成

8、下列问题。(1)构成细胞的基本元素有_。(2)组 成 生 物 体 的 最 基 本 元 素 占 原 生 质 总 量 的_。(3)S元素主要存在于有机化合物的种类是_。(4)O元素在原生质总量中所占比例最大，为什么不是最基本元素？答案：(1)C、H、O、N(2)18%(3)蛋白质(4)O元素虽然占65%，但由于组成细胞中含量占85%90%的是H2O，H2O中的O元素的质量分数很高，若去掉H2O，在干重中，C所占比例最大，所以C是最基本元素，而O不是。解析：本题图为组成人体细胞的主要元素(占细胞鲜重的百分比)，答题时要注意仔细观察教材的两幅图。在鲜重中O占65%，C占18%，H占 10%。在 干 重

9、 中 C占 55.99%，O占14.62%，N占9.33%，H占7.46%。变式训练1下列几项中，在生物体内含量较少，但是对于维持生物体的正常生命活动必不可少的元素是()AFe、Mn、Zn、MgBZn、Cu、Mn、KCN、S、Cu、Mo DZn、Cu、B、Mn答案：D解析：按题意，在生物体内含量较少，但是必不可少的元素应该是微量元素。组成生物体的大量元素是指：C、H、O、N、S、P、K、Ca、Mg等。微量元素是指：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等，因此正确的选项应该是D。难点2 组成细胞的化合物1细胞中化合物的种类：无机化合物：水和无机盐有机化合物：糖类、脂质、蛋白质和核酸2细胞中化合物的含

10、量(1)含量最多的化合物是：水(2)含量仅次于水的化合物是：蛋白质(3)有机化合物中含量最多的是：蛋白质(4)占干重含量最多的化合物是：蛋白质特别提示：了解各种植物中各种化合物的含量后，便于从植物组织中获得糖类、脂肪和蛋白质来检测有机化合物的存在。为实验选材打下基础。例2生长在沙漠中的仙人掌，在其肉质茎的细胞中含量最多的化合物是()A蛋白质B脂质C糖类 D水答案：D解析：题目中的“生长在沙漠中的仙人掌”是一干扰因素，不能被其迷惑。正常生活的细胞中，含量最多的化合物是水。变式训练2过度肥胖者的脂肪组织中占细胞重量50%以上的物质是()A蛋白质B脂肪C糖类 D水答案：D解析：只要是活的细胞，无论它

11、是哪种类型，其含量最多的化合物一定是水，蛋白质占细胞干重的50%以上，但在鲜活的细胞中只约占7%10%，脂肪在脂肪组织中尽管含量比在其他组织高，但也不会超过50%，其中水分仍然要比脂肪多。题目“过度肥胖者的脂肪组织”这一前提条件是一个干扰因素。解此类题时，要善于透过现象看本质，不要被假象迷惑。难点3 实验：检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质1生物组织中的主要有机分子的鉴别鉴定对象还原糖淀粉脂肪蛋白质试剂斐林试剂(或班氏试剂)碘液苏丹染液(或苏丹染液)双缩脲试剂水浴加热 需无无无颜色砖红色沉淀蓝色橘黄色(或红色)紫色生物材料含糖量高的白色或近白色的植物组织、尿液马铃薯匀浆花生种子、花生种子匀浆

12、豆浆、牛奶、鸡蛋清、蛋白质类酶、鲜肝提取液关于对照设置及加热：实验的结论常根据特定的颜色反应来确定；有时候可不设置对照实验，若需设立，应增设一组，加入已知的待测物质，如验证唾液淀粉酶是蛋白质，对照组可加入稀释的鸡蛋清；注意选择合适的试剂，并注意试剂使用的特殊要求，如是否需要加热。2操作过程及方法(1)还原糖的检测：检测过程：2mL组织样液1mL刚配制的斐林试剂5065水浴加热观察颜色变化。结果：浅蓝色棕色砖红色沉淀，说明有还原糖存在。(2)脂肪的检测：检测过程：结果：视野中有橘黄色颗粒，说明有脂肪存在。(3)蛋白质的检测：检测过程：2mL组织样液1mL双缩脲试剂A液4滴双缩脲试剂B液观察颜色变

13、化。结果：无色紫色，说明有蛋白质存在。(4)淀粉的检测：检测过程：2mL组织样液2滴碘液观察颜色变化。结果：无色蓝色，说明有淀粉存在。3关于颜色变化的原因(1)还原糖的鉴定原理：生物组织中普遍存在的糖种类较多，常见的有葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖。前三种糖的分子内都含有游离的具有还原性的半缩醛羟基，因此叫做还原糖；蔗糖的分子内没有游离的半缩醛羟基，因此叫做非还原性糖，不具有还原性。实际上本实验中，用斐林试剂只能检验生物组织中还原糖存在与否，而不能鉴定非还原糖。特别提示：斐林试剂由质量浓度为0.1g/mL的氢氧化钠溶液和质量浓度为0.05g/mL的硫酸铜溶液配制而成，两者混合后，立即生成淡蓝色的C

14、u(OH)2沉淀。Cu(OH)2与加入的葡萄糖在加热的条件下，能够生成砖红色的Cu2O沉淀，而葡萄糖本身氧化成葡萄糖酸。其反应式如下：CH2OH(CHOH)4CHO2Cu(OH)2CH2OH(CHOH)4COOHCu2O2H2O用斐林试剂鉴定还原糖时，溶液的颜色变化过程为：浅蓝色棕色砖红色(沉淀)。(2)脂肪的鉴定原理：鉴定生物组织中是否含有脂肪时，可用苏丹染液或苏丹染液。因为苏丹染液可将脂肪染成橘黄色，苏丹染液可将脂肪染成红色。(3)蛋白质的鉴定原理：鉴定生物组织中是否含有蛋白质时，常用双缩脲法，使用的是双缩脲试剂。双缩脲试剂的成分是质量浓度为0.1g/mL的氢氧化钠溶液和质量浓度为0.01

15、g/mL的硫酸铜溶液，在碱性溶液(NaOH)中，双缩脲(H2NOCNHCONH2)能与Cu2作用，形成紫色或紫红色的络合物，这个反应叫做双缩脲反应。由于蛋白质分子中含有很多与双缩脲结构相似的肽键，因此，蛋白质都可与双缩脲试剂发生颜色反应，从而用来鉴定蛋白质的存在。4斐林试剂与双缩脲试剂的使用(1)斐林试剂与双缩脲试剂的不同点斐林试剂与双缩脲试剂都由NaOH和CuSO4组成，但二者有如下三点不同：溶液浓度不同。斐林试剂中NaOH的浓度为0.1g/mL，CuSO4的浓度为0.05g/mL；双缩脲试剂中NaOH的浓度为0.1g/mL，CuSO4的浓度为0.01g/mL。使用原理不同。斐林试剂实质是新

16、配制的Cu(OH)2溶液；双缩脲试剂实质是在碱性环境下的Cu2。使用方法不同。使用斐林试剂时，先把NaOH溶液和CuSO4溶液混合，然后立即使用。使用双缩脲试剂时，先加入NaOH溶液，然后再加入CuSO4溶液。(2)斐林试剂很不稳定，故应将组成斐林试剂的甲液(0.1g/mL的NaOH溶液)和乙液(0.05g/mL的CuSO4溶液)分别配制、储存，使用时，再临时配制，将2mL乙液滴入2mL甲液中，配完后立即使用。(3)双缩脲试剂的使用，应先加试剂A(0.1g/mL的NaOH溶液)，造成碱性的反应环境，再加试剂B(0.01g/mL的CuSO4溶液)。5实验注意问题(1)在鉴定可溶性糖的实验中，对试

17、管中的溶液进行加热时，试管底部不要触及烧杯底部，另外，试管口不要朝向实验者，以免沸腾的溶液冲出试管，造成烫伤。(2)在蛋白质的鉴定实验中，若用蛋清作实验材料，必须稀释，以免实验后黏住试管，不易洗刷。(3)在鉴定脂肪的实验中，若用花生种子作实验材料，必须提前浸泡3h4h，浸泡时间短了，不容易切片，浸泡时间过长，则组织太软，切下的薄片不易成形，而且染色时间不宜过长。例3不同的有机物与某些物质反应有特殊的显色反应，实验中常以此来鉴定不同的有机物，肾小球肾炎病人常伴随水肿，其尿液()A与二苯胺反应呈蓝色B与斐林试剂反应呈砖红色C与苏丹反应呈橘黄色D与双缩脲试剂反应呈紫色答案：D解析：肾小球肾炎病人，肾

18、小球毛细血管壁的通透性增大，大分子蛋白质也滤出到原尿中。血浆蛋白减少，血浆渗透压下降，引起组织水肿。而尿液中含有蛋白质，可用双缩脲试剂鉴定。变式训练3用斐林试剂鉴定还原糖的实验中，教材要求必须将斐林试剂的甲液和乙液混合均匀后使用，切勿分别使用，但在实验过程中，实验者设想按照不同的使用顺序先后使用甲液和乙液及混合后使用。实验猜想：用斐林试剂鉴定还原糖与其甲液、乙液使用顺序、是否混合用无关。实验设计：为探究以上猜想，实验按表格的思路设计：试管第1次加入物第2次加入物第3次加入物加热颜色变化1号2mL苹果汁0.5mL0.05g/mL的CuSO40.5mL0.1g/mL的NaOH加热2号2mL苹果汁A

19、B加热3号2mL苹果汁C加热请回答下列问题：(1)2、3号试管中应加入的物质是：A_，B_，C_。(2)1、2、3号试管的设计主要体现了什么样的实验设计思想？(3)1号和2号试管相比，实验变量是_。(4)理论预测及相关结论：当出现什么样的实验现象时，实验猜想是正确的？当出现什么样的实验现象时，实验猜想是错误的？答案：(1)0.5mL0.1g/mL的NaOH溶液0.5mL0 05g/mL的 CuSO4溶 液 0.5mL0.1g/mL的NaOH溶液和0.5mL0.05g/mL的CuSO4溶液的混合液(2)主要体现了对照实验的设计思想。(3)0.5mL0.05g/mL的CuSO4溶液与0.5mL0.

20、1g/mL的NaOH溶液的加入顺序(4)若1、2、3三支试管均出现砖红色沉淀现象，说明实验猜想是正确的。若1、2、3三支试管不全出现砖红色沉淀现象，说明实验猜想是错误的。解析：题干中给出的信息是对教材中斐林试剂甲液和乙液使用方法的质疑，首先提出假说，然后用实验去验证假说的正确与否。在实验步骤的设计中，1号试管和2号试管对照，验证斐林试剂中甲液和乙液的使用顺序对实验的影响，3号试管用的是混合后的甲液和乙液，即新的斐林试剂。从1、2、3号试管的设计中可以看出设计思想是对照实验的设计。在最后的实验结果中，若1、2、3三支试管均出现砖红色沉淀现象，说明实验猜想是正确的；若1、2、3三支试管不全出现砖红

21、色沉淀现象，说明实验猜想是错误的。实验的改进与拓展1银镜反应检验还原糖葡萄糖中含有醛基(CHO)，因此它具有还原性，是一种还原糖。葡萄糖能与吐伦试剂(硝酸银加过量的氨水生成的银氨溶液)发生银镜反应，即葡萄糖可以将银离子还原为金属银。AgNO32NH3H2OAg(NH3)2OHHNO3H2O知识拓展2Ag(NH3)2OHC5H6(OH)5CHO2Ag 吐伦试剂 葡萄糖 银镜C5H6(OH)5COOH4NH3H2O 葡萄糖酸上述反应是检验葡萄糖的常用方法。2检测生物组织中的脂肪已知脂肪植物油的预测：取一表面皿或培养皿，加入少量清水，滴入12滴植物油使之浮于水面呈较大的圆滴状。然后在水中加入几滴苏丹

22、(苏丹用量多少视水多少而定，如果水多可多加几滴，油滴染色会更深些)，轻轻摇动表面皿，可见苏丹进入油滴。十几分钟后，观察油滴被染成橘黄色，水呈淡红色。说明脂肪能够被苏丹染成橘黄色。检测生物组织中的脂肪：取花生(或蓖麻、大豆)种子，剥去种皮，放在一张白纸上，用解剖刀背压榨。拨去压碎的种子，拿起纸，对着光线仔细观察，如纸上有透明发亮点。然后用你选择的鉴定试剂滴于透明发亮处和纸上的另一处(任选一处，但要与透明发亮处离开)。观察并比较两处颜色。透明发亮处被染成橘黄色，证明它是脂肪物质，说明生物种子中含有脂肪物质。3蛋白质含量的测定与纯度鉴定测定蛋白质混合物中某一特定蛋白质的含量通常要用具有高度特异性的生

23、物学方法。如具有酶或激素性质的蛋白质，可以利用它们的酶活性或激素活性来测定含量；利用抗体抗原反应，也可测定某一特定的蛋白质含量。这些生物学方法的测定与总蛋白质测定配合起来，可以用来研究蛋白质分离过程中某一特定蛋白质的提纯程度。蛋白质制品纯度的鉴定通常采用物理化学的方法，例如电泳分析、沉降分析、扩散分析等。例生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质三种有机物的鉴定实验中，以下操作错误的是()A可溶性还原糖的鉴定，可用酒精灯直接加热产生砖红色沉淀B脂肪的鉴定实验中需使用50%的酒精溶液洗去浮色C用双缩脲试剂检测蛋白质不需要加热D使用斐林试剂和双缩脲试剂最好是现配现用答案：A解析：本题考查了实验“生物组织中还

24、原糖、脂肪和蛋白质的鉴定”。还原糖的鉴定中，加入斐林试剂后，用酒精灯水浴加热煮沸2min左右，在加热过程中仔细观察试管中溶液产生的砖红色沉淀。脂肪的鉴定用苏丹染液或苏丹染液，呈现橘黄色或红色。由于苏丹或苏丹可以溶解于酒精，所以用50%的酒精溶液洗去浮色。蛋白质的鉴定用双缩脲试剂，呈现紫色。斐林试剂和双缩脲试剂使用时都必须现配现用。横向比较三个实验，只有脂肪的鉴定需要使用显微镜，只有还原糖的鉴定需要加热。变式训练 下列健康人的4种液体样本中，能与双缩脲试剂发生紫色颜色反应的是()尿液胃液汗液唾液ABC D答案：D解析：双缩脲试剂是用于鉴定蛋白质的试剂，可与蛋白质发生紫色反应。胃液中含有胃蛋白酶，

25、唾液中含有唾液淀粉酶，它们都属于蛋白质。1组成玉米和人体的最基本元素是()A氢元素B氧元素C氮元素 D碳元素答案：D随堂练习2在组成人体细胞的化学元素中，占细胞干重百分比最多的元素是()AO BHCN DC答案：D3关于物体的组成元素的说法中，正确的是()A糖类、脂质和蛋白质都含有C、H、O元素B糖类、脂质和蛋白质都含有相同比例的C、H、O元素C小麦体内的化学元素与自然界中的化学元素在种类和数量上基本相同D小麦体内的化学元素与玉米体内的化学元素在种类和数量上基本相同答案：A解析：糖类、脂质和蛋白质都含有的相同元素是C、H、O，但比例不尽相同，如糖类中CHO121，但脂质中H就比糖类中的多得多。

26、4下列哪一实例能够证明微量元素是生命活动所必需的()AMg是叶绿素的组成成分B油菜缺少硼时只开花不结果C哺乳动物血液中Ca盐含量太低，会抽搐D缺P会影响ATP的形成答案：B5检测苹果中是否有还原性糖，可以选用的试剂是()A碘液 B苏丹染液C双缩脲试剂 D斐林试剂答案：D解析：本题考查检测生物组织中有机物的实验原理。碘液用于鉴定淀粉，苏丹染液用于鉴定脂肪，双缩脲试剂用于鉴定蛋白质，斐林试剂用于鉴定还原性糖。6根据生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定实验，回答问题：(1)其实验原理是依据生物组织中的有机物与某些化学试剂所产生的_反应，鉴定生物组织中某种有机物的存在。(2)鉴定成熟梨果肉内存在还原糖

27、所用的试剂是_，该试剂与细胞内可溶性糖中的还原糖如_发生作用，形成_色沉淀，该沉淀物是_。(3)鉴定花生子叶中存在脂肪，所用试剂是_，脂肪被该试剂染成_色。染色后要用体积分数为50%的酒 精 洗 去 浮 色，用 酒 精 冲 洗 的 原 因 是_(4)鉴定蛋清中存在蛋白质时，为何要充分稀释？_。(5)做鉴定细胞内脂肪的实验时，实验材料滴加试剂后的时间不能过长，否则将观察不到脂肪滴，其原因是_。答案：(1)特定的颜色(2)斐林试剂 葡萄糖、果糖 砖红Cu2O(3)苏丹染液橘黄苏丹染液易溶于酒精中(4)如果蛋清稀释不够，与双缩脲试剂发生反应后会粘固在试管的内壁上，不容易彻底反应，试管也不容易清洗(5)苏丹染液中的酒精会溶解脂肪解析：本题运用还原糖、脂肪、蛋白质检测的实验原理和注意事项等知识解答。