备战高考生物一轮复习第2讲 细胞中的元素及无机化合物 讲义.docx
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备战高考生物一轮复习第2讲细胞中的元素及无机化合物讲义
第02讲 细胞中的元素及无机化合物
【最新考纲】 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 组成细胞的元素和化合物
1.元素的种类与含量
组成生物体的化学元素常见的有20多种,各种元素的归属范围归纳如下:
2.来源和存在形式
(1)来源:
生物体有选择地从无机自然界获得。
(2)存在形式:
大多数以化合物的形式存在。
3.研究意义
4.元素的生理功能
(1)维持机体正常的生命活动:
如K+可保持心肌正常兴奋性,微量元素B能促进花粉的萌发和花粉管的伸长等。
(2)组成细胞的化合物
助学巧记 ①记忆微量元素可利用口诀:
铁锰碰新木桶(Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu)。
②大量元素:
洋人探亲,丹留人盖美家,即C(探)、O(洋)、H(亲)、N(丹)、S(留)、P(人)、Ca(盖)、Mg(美)、K(家)。
诊断辨析
(1)Ca、Mg、Fe、Mn、Cu是组成细胞的微量元素。
( × )
(2)细胞中的一种元素的作用能被其他元素替代。
( × )
(3)细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要。
( × )
(4)因为C是占细胞干重中最多的元素,所以其是最基本的元素。
( × )
(5)在占干重百分比中,因为脂质中脂肪是储能物质,所以脂质最多。
( × )
热图解读
图1是组成人体细胞的主要元素及其比例,图2是细胞中几种化合物的含量。
请据图思考下列问题:
(1)如果图1表示的是活细胞中的元素含量比例,则甲~丁依次为______、______、______、______。
(2)若按干重计,图2中②为________,其标志性元素是图1中的________(填“甲”“乙”“丙”或“丁”),按鲜重计②应为________(此时①为________)。
(3)图1所示元素在非生物界中________(填“一定能”“一定不能”或“不一定能”)找到。
(4)C、H、N三种元素在人体的化学成分中,质量分数共占73%左右(占细胞干重的百分比),而在岩石圈的化学成分中,质量分数不到1%,这一事实说明生物界与非生物界具有________。
提示
(1)O H C N
(2)蛋白质 丁 水 蛋白质 (3)一定能 (4)差异性
考向一 细胞中的元素含量、种类及作用
1.我们如何找到回家的路?
荣获2014年诺贝尔生理学或医学奖的三位科学家发现大脑里的神经细胞——“位置细胞”和“网格细胞”起到了重要作用。
下列叙述中正确的是( )
A.“位置细胞”鲜重中质量百分比最高的元素是C
B.“网格细胞”干重中质量百分比最高的元素是O
C.上述两种细胞鲜重中原子数量最多的元素均是H
D.P和S分别是“位置细胞”中的大量元素和微量元素
解析 “位置细胞”鲜重中质量百分比最高的元素是O,A错误;“网格细胞”干重中质量百分比最高的元素是C,B错误;上述两种细胞鲜重中原子数量最多的元素均是H,C正确;P和S均属于大量元素,D错误。
答案 C
2.如图为原生质的组成成分,如果该图表示的是原生质的各种化学元素,则A应该是什么?
如果该图为原生质的化合物,则A应该是什么?
如果该图是已经完全脱水后的原生质的化合物,则A应该是什么( )
①碳 ②氧 ③水 ④无机盐 ⑤葡萄糖 ⑥蛋白质
A.①③⑥ B.②④⑥ C.②③⑥ D.①④⑤
解析 占细胞鲜重最多的元素是氧元素,其次是碳元素;占细胞鲜重最多的化合物是水,其次是蛋白质;占细胞干重最多的化合物是蛋白质。
答案 C
易错提醒
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:
O>C>H>N;占干重百分比:
C>O>N>H。
(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。
考向二 根据元素推断化合物的种类及作用
3.下图是构成细胞的某些化合物的元素组成情况。
则对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
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正确;①②③为不同类物质,D错误。
答案 D
4.如图表示不同化学元素所组成的化合物,以下说法错误的是( )
A.若①为某种大分子的组成单位,则①最可能是氨基酸
B.若②是细胞中重要的储能物质,则②是脂肪
C.若③为能储存遗传信息的大分子物质,则③一定是DNA
D.若④主要是在动物肝脏和肌肉中合成的储能物质,则④是糖原
解析 由图示可知,①的组成元素为C、H、O、N,若①为某种大分子的组成单位,则①最可能是蛋白质的基本组成单位——氨基酸;②的组成元素只有C、H、O三种,可能是糖类或脂肪,若②是细胞中重要的储能物质,则②是脂肪;③的组成元素为C、H、O、N、P,若③是能储存遗传信息的大分子物质,则其可能是DNA或RNA;④只含C、H、O三种元素,主要是在动物肝脏和肌肉中合成的储能物质,则④是肝糖原和肌糖原。
答案 C
整合提升
各种化合物的组成元素
化合物
糖类
脂质
蛋白质
核酸
ATP
叶绿素
类胡萝卜素
脂肪、
固醇
磷脂
胡萝
卜素
叶黄素
组成元素
C、H、O
C、H、O
C、H、O、N、P
C、H、O、N(P、S等)
C、H、O、N、P
C、H、O、N、P
C、H、O、N、
Mg
C、H
C、H、
O
1.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。
考点二 细胞中的水和无机盐
1.细胞中的水
(1)细胞中水的存在形式和功能
(2)自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系
自由水/结合水
2.无机盐的存在形式及功能(巧记一、一、二)
诊断辨析
(1)生物体内的水就是细胞内的水。
( × )
(2)同种植物的萌发种子和休眠种子内含水量相同。
( × )
(3)晒干的种子细胞内不含有水分,导致细胞代谢停止,有利于种子长时间储存。
( × )
(4)水影响光合作用强度的主要原因是水影响气孔的开闭。
( √ )
(5)细胞中的无机盐大多数以化合物的形式存在,如CaCO3构成骨骼、牙齿等。
( × )
(6)Mg参与构成叶绿体中的各种色素。
( × )
热图解读
根据冬小麦在不同时期含水量和呼吸速率变化关系图,归纳总结自由水/结合水与代谢和抗逆性的关系:
提示 正 温度下降 下降
考向一 水和无机盐的存在形式与功能
1.2016年密苏里大学的研究人员发现了HIV衣壳蛋白之间有水分子结构,这些数以千计的水分子有助于稳定病毒的衣壳蛋白以便病毒侵染细胞。
上述材料可以说明( )
A.结合水是细胞的重要组成成分
B.水可以控制生物的性状
C.水是病毒生命活动不可缺少的物质
D.该病毒的增殖过程中没有水的生成
解析 病毒无细胞结构;控制生物性状的物质是核酸;分析材料可知,水是病毒生命活动不可缺少的物质;病毒增殖过程有衣壳蛋白的合成,蛋白质合成过程中有水产生。
答案 C
2.下列关于无机盐的叙述中,正确的是( )
A.运动员饮料中含钾、钠离子较多,主要与补充因大量出汗带走的钾、钠离子有关
B.叶绿素分子含镁、血红蛋白含铁,说明无机盐在细胞内主要是以化合物的形式存在
C.细胞合成ATP、DNA、激素、核糖等物质时均需要磷酸盐
D.给水中毒患者注射质量分数为1.8%的盐水,是为了升高细胞内液的渗透压
解析 运动员饮料中含钾、钠离子较多,主要与补充因大量出汗带走的钾、钠离子有关,A正确;叶绿素分子含镁、血红蛋白含铁,说明无机盐是细胞中某些复杂化合物的重要组成成分,而无机盐在细胞内主要以离子形式存在,B错误;核糖只含有C、H、O,不含P元素,C错误;给水中毒患者注射质量分数为1.8%的盐水,目的是为了升高细胞外液的渗透压,D错误。
答案 A
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
)
蛋白质、ATP(ADP)、叶绿素、核酸(DNA或RNA)
P(PO
)
ATP(ADP)、磷脂、核酸(DNA或RNA)
Mg2+
叶绿素
S(SO
)
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
、HPO
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。
考向二 以图文形式考查水和无机盐的作用
3.某科研小组将选自同一海滩的长势相同、生长良好的互花米草幼苗平均分成5组,每天分别以0h、3h、6h、12h和24h进行水淹处理。
处理50d后,测定植株自由水与结合水含量,并计算二者的比值(曲线甲),测定K+吸收速率(曲线乙)。
下列有关分析判断中,错误的是( )
A.实验中应该用互花米草采样地点的海水进行水淹处理
B.互花米草在水淹时间为3h/d的环境下抗逆性最强
C.互花米草在水淹时间为6h/d的环境下,代谢活动最旺盛
D.互花米草以主动运输方式吸收K+
解析 互花米草为一种滩涂草本盐沼植物,实验用水应该采用此植物实际生活环境中的海水,A正确;自由水与结合水的比值越小,植物的代谢活动越弱,抗逆性越强,结合坐标曲线甲可知水淹时间为3h/d时,抗逆性最强,B正确;水淹时间为0h/d时,自由水与结合水比值最大,故此时代谢活动最旺盛,C错误;随着水淹时间变长,吸收K+速率减弱,而随着水淹时间变长,细胞呼吸强度减弱,能量供应减少,分析得知,互花米草以主动运输方式吸收K+,D正确。
答案 C
4.图1表示甲、乙两种无机盐离子处于不同浓度时与作物产量的关系;图2表示不同浓度的钙对某种植物花粉萌发和花粉管生长的影响。
下列相关描述错误的是( )
A.同一种作物对甲、乙两种无机盐离子的需求量不同
B.乙的浓度为d时,对提高产量最有利
C.适宜浓度的钙有利于花粉管的生长
D.在一定范围内,钙的浓度对花粉萌发率无影响
解析 分析题图1可知,当甲的浓度为a时,而乙的浓度在c~d范围内时,作物的产量相对较高,所以A项正确、B项错误;分析题图2可知,钙离子浓度对花粉管的生长有影响,适宜浓度的钙有利于花粉管的生长,C项正确;从花粉萌发率看,钙离子浓度对其没有影响,D项正确。
答案 B
高考热考教材实验 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
砖红色沉淀
(2)脂肪+
(3)蛋白质+双缩脲试剂―→紫色
2.实验步骤
(1)还原糖的检测
选材:
含糖量较高、白色或近于白色的植物组织
制备组织样液:
制浆→一层纱布过滤→取滤液
颜色反应:
结论:
组织样液中含有还原糖
(2)脂肪的检测
方法一:
花生种子匀浆+3滴苏丹Ⅲ染液→橘黄色
方法二
取材:
花生种子(浸泡,去掉种皮),将子叶切成薄片
制片
观察:
先在低倍显微镜下寻找已着色颗粒,再用高倍显微镜观察
结论:
圆形小颗粒呈橘黄色,证明有脂肪存在
(3)蛋白质的检测
选材与制备:
蛋清稀释液或豆浆滤液
颜色反应:
结论:
组织样液中存在蛋白质
整合提升
1.区分斐林试剂与双缩脲试剂的“一同三不同”
2.三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。
(3)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。
3.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。
深度思考
1.鉴定蛋白质时,加入双缩脲试剂B时,如果没有产生紫色反应,可能的原因是什么?
提示 可能加入的双缩脲试剂B过量,CuSO4在碱性溶液中生成大量的蓝色Cu(OH)2絮状沉淀,会遮蔽实验中所产生的紫色,影响观察结果。
2.蛋白质变性后还能和双缩脲试剂产生紫色反应吗?
提示 能。
蛋白质变性破坏空间结构,肽键不被破坏。
3.脂肪鉴定实验中为什么用50%的酒精洗去浮色,而不用清水?
提示 因为苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ易溶于有机溶剂酒精中,而不溶于清水中。
考向 有关实验过程的考查
1.下图为鉴定蛋白质的流程图,其中甲、乙、丙、丁的含义分别是( )
A.黄豆浆、双缩脲、1mL、4滴
B.花生种子研磨液、双缩脲、4滴、1mL
C.黄豆浆、双缩脲、4滴、1mL
D.花生种子研磨液、斐林试剂、1mL、4滴
解析 鉴定蛋白质既可以用蛋清稀释液,也可以用黄豆浆滤液;鉴定蛋白质所用的试剂是双缩脲试剂,先加A液1mL,再加B液4滴,故答案选A。
答案 A
2.在生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定实验中,关于实验材料的选择的叙述,错误的是( )
A.甘蔗茎的薄壁组织、甜菜的块根等,都含有较多的糖,且近于白色,因此可以用于还原糖的鉴定
B.花生种子含脂肪多,且子叶肥厚,是用于脂肪鉴定的理想材料
C.大豆种子蛋白质含量高,是进行蛋白质鉴定的理想植物材料
D.鸡蛋清含蛋白质多,是进行蛋白质鉴定的动物材料
解析 甘蔗茎中所含的蔗糖是非还原糖,不可用于进行还原糖的鉴定,A错误;花生种子含脂肪多,且子叶肥厚,是用于脂肪鉴定的理想材料,B正确;大豆种子蛋白质含量高,是进行蛋白质鉴定的理想植物材料,C正确;鸡蛋清含蛋白质多,是进行蛋白质鉴定的动物材料,D正确。
答案 A
3.下列关于实验操作步骤的叙述,正确的是( )
A.用于鉴定还原糖的斐林试剂中的甲液和乙液,可直接用于蛋白质的鉴定
B.脂肪的鉴定实验中需要用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪颗粒
C.鉴定还原糖时,要加入斐林试剂甲液摇匀后,再加入乙液
D.用于鉴定蛋白质的双缩脲试剂A液与B液要混合均匀后再加入含样品的试管中
解析 斐林试剂甲液与双缩脲试剂A液相同,但斐林试剂乙液与双缩脲试剂B液的浓度不相同,因此斐林试剂甲液和乙液不可直接用于蛋白质鉴定,A错误;脂肪鉴定实验中,需要借助显微镜才能观察到被染成橘黄色的脂肪颗粒,B正确;用斐林试剂鉴定还原糖时,要将甲液和乙液等量混合均匀后再使用,C错误;用双缩脲试剂鉴定蛋白质时,要先加A液,后加B液,D错误。
答案 B
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【答题术语】
1.生物体内元素的存在形式:
大多以化合物的形式存在。
2.细胞中产生水的细胞结构有线粒体、叶绿体、核糖体和细胞核等。
3.休眠或越冬的植物体内自由水与结合水的比值下降,正在萌发的种子中自由水和结合水的比值则上升。
4.哺乳动物的血钙过多,会出现肌无力症状,由此说明无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有重要作用。
5.还原糖遇斐林试剂可生成砖红色沉淀,脂肪可被苏丹Ⅲ(或苏丹Ⅳ)染液染成橘黄色(或红色),而蛋白质遇双缩脲试剂呈紫色。
【误区警示】
1.误认为脂肪的鉴定必须使用显微镜
若要观察被染色的脂肪颗粒,则使用显微镜,但若要通过溶液颜色变化确定,则不必使用显微镜。
2.动物、植物干重相比,由于植物含糖类较多,动物含脂肪、蛋白质较多,故植物体中含氧元素较多,动物体中含氮、氢元素较多,另外动物含Ca、P元素也比植物多。
3.还原糖的种类
核糖和脱氧核糖是单糖,两者都具有醛基,所以都是还原糖。
常见的还原糖还有葡萄糖和麦芽糖,而蔗糖和淀粉是非还原糖。
果糖在斐林试剂的碱性情况下,可以变构出现醛基,从而生成砖红色沉淀,在生物学上也属于还原糖。
教学资源备选
1.高中实验中常用的检测试剂(药品)及其组成、作用和检测原理
试剂(药品)
试剂组成、作用及检测原理
斐林试剂
甲液:
质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液,乙液:
质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液;用于鉴定还原糖,需现配现用和水浴加热;还原糖与斐林试剂反应,生成砖红色沉淀
班氏试剂
班氏试剂由A液(CuSO4溶液)、B液(柠檬酸钠和Na2CO3溶液)配制而成。
作用及检测原理与斐林试剂相似,所不同的是班氏试剂可长期使用
苏丹Ⅲ染液
用于鉴定脂肪,脂肪与苏丹Ⅲ染液相遇会发生特殊的颜色反应,结果呈橘黄色
苏丹Ⅳ染液
用于鉴定脂肪,脂肪与苏丹Ⅳ染液会发生颜色反应,结果呈红色
双缩脲试剂
A液(质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液)+B液(质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液);用于鉴定蛋白质或多肽,蛋白质或多肽与双缩脲试剂发生作用,可以产生紫色反应
碘液
用于鉴定淀粉;淀粉遇碘液变蓝
甲基绿和吡罗红
在观察细胞中DNA和RNA的分布的实验中,用吡罗红甲基绿混合染色剂染色,甲基绿使DNA呈现绿色,吡罗红使DNA呈现红色
健那绿染液
健那绿染液是专一性染线粒体的活细胞染料,可以使活细胞中的线粒体呈现蓝绿色,而细胞质接近无色
澄清的石灰水
用于检测CO2;CO2能使澄清的石灰水变混浊
溴麝香草酚蓝水溶液
用于检测CO2;CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
重铬酸钾溶液
用于检测酒精;橙色的重铬酸钾溶液,在酸性条件下与酒精发生反应,变成灰绿色
二苯胺试剂
用来鉴定DNA;在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺试剂会呈蓝色
2.酒精在高中生物实验中的作用
实验
试剂
作用
脂肪的鉴定
体积分数为50%的酒精
用于洗去浮色
绿叶中色素的提取和分离
无水乙醇
作为溶剂,用于溶解和提取色素
观察植物细胞的有丝分裂
体积分数为95%的酒精和质量分数为15%的盐酸的混合液(1∶1)
作为解离液,使植物细胞分离开
土壤中小动物类群丰富度的研究
体积分数为70%的酒精
用于杀死、保存土壤小动物,防止腐烂
DNA的粗提取与鉴定
冷却的体积分数为95%的酒精
溶解杂质,析出DNA
植物组织培养
体积分数为70%的酒精
用于外植体和操作人员的消毒
低温诱导植物染色体数目的变化
体积分数为95%的酒精
洗去卡诺氏液、配合盐作为解离液
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