2013届高考生物一轮复习讲义：细胞中的元素和化合物（学案）

2013届高考生物一轮复习讲义：细胞中的元素和化合物（学案）

第 2 讲　细胞中的元素和化合物　 细胞中的无机物及糖类、脂质 知识点一　组成细胞的元素 组成细胞的元素{ 依据含量分 （万分之一）{大量元素：①　　　　　　　　等 ②　　　　：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo等 依据作用分{最基本元素：③ 基本元素：④ ⑤　　元素：C、H、O、N、P、S 存在形式：大多数以⑥　　　　的形式存在 作用{组成⑦　　　　进而构成细胞，如蛋白质、核酸 影响生物体的⑧　　　　，如B影响花粉萌发 研究意义{生物界和非生物界具有⑨　　　　（种类上） 生物界和非生物界具有⑩　　　　（含量上） 知识点二　生物组织中糖类、脂肪和蛋白质检测 鉴定物质 试剂 颜色变化 注意事项 还原糖 ⑪________ 砖红色沉淀 现配现用，⑫________加 热 淀粉 碘液 ⑬________ 若检验有色组织或器官， 如绿叶，则需⑭________ 脱色处理 ⑮________ ⑯________脂肪 苏丹Ⅳ染液 ⑰________ 做切片观察脂肪颗粒需⑱ ________ 蛋白质 ⑲________ 紫色 CuSO4 溶液 4 滴，不能过量 知识点三　细胞中的糖类和脂质 糖类种类及功能 {单糖{六碳糖（C6H12O6）：葡萄糖：细胞中的重要能源物质；还有果糖、半乳糖等 五碳糖{核糖（C5H10O5）：RNA组成成分 脱氧核糖（C5H10O4）：⑳　　　　组成成分 二糖{植物{○21 　　　　― ― →水解 2分子葡萄糖 ○22 　　　　― ― →水解 1分子果糖＋1分子葡萄糖 动物：乳糖 ― ― →水解 1分子○23 　　　　＋1分子葡萄糖 多糖{植物：淀粉（植物细胞○24 　　　　物质）、纤维素（植物○25 　　　　的成分） 动物：○26 　　　——动物细胞储能物质（如肝糖原和肌糖原） 知识点四　细胞中的无机物 , 判断正误 1．碳是最基本元素不是因为干重含量最多(　　)。 2．在生物体内常见的元素约有 20 种，没有一种元素是生物体特有的(　　)。 3．微量元素含量虽少，但其生理作用不可替代，缺乏时动植物及微生物会出现特定缺素症 (　　)。 4．组成细胞的元素以化合物的形式存在(　　)。 5．占细胞鲜重最多的化合物是水，占细胞干重最多的化合物是蛋白质(　　)。 6．所有糖都有甜味(　　)。 7．所有糖类及脂质都能做能源物质(　　)。 8．水和无机盐不必消化就能吸收(　　)。 9．所有有机物都需要经过消化才能被吸收(　　)。 连一连 检测物质　 试剂 　　颜色变化 ①苹果汁 a.苏丹Ⅲ 染液 Ⅰ.砖红色 沉淀 ②马铃薯汁 b．斐林试剂 Ⅱ.橘黄色 ③花生子叶 c.双缩脲 试剂 Ⅲ.蓝色 ④鸡蛋清 d．碘液 Ⅳ.紫色 1．细胞中的糖类、脂肪、蛋白质都含有大量的化学能，都可以氧化分解为生命活动供能， 产物中都有 CO2、H2O。 2．三大能源物质的供能顺序依次为：糖类、脂肪、蛋白质，这是由它们的生理功能所决定 的。 3．主要的储能物质：脂肪，含能量高；其他储能物质还有动物细胞中的糖原、植物细胞中 的淀粉。 4．直接能源物质：ATP。  ,组成生物体的化学元素和无机盐 Error! 1．细胞中的化学元素 细胞中元素含量分析 (1)细胞鲜重中含量前四位的元素(O、C、H、N)与细胞干重含量前四位的元素(C、O、N、H) 排序不同，这是因为细胞内自由水的含量不同。 (2)不同生物体内各种化学元素的含量差异较大，同一生物体内不同元素的含量也相差很大， 但“C”却是所有生物体的最基本的元素。 (3)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。 2．生物界与非生物界的统一性和差异性 (1)统一性是从化学元素的种类来分析的：组成生物体的化学元素没有一种是生物体所特有 的。 (2)差异性是从化学元素的含量来分析的：组成生物体的化学元素与无机环境中的相应元素 的含量有一定的差别。 ——生物界的统一性(科内综合) 　(1)从化学元素角度分析：组成生物体的化学元素种类大体相同。 (2)从分子水平角度分析：生物都以核酸作为遗传物质，遗传信息的传递与表达遵循“中心 法则”，共用一套密码子。 (3)从结构角度分析：除病毒外，生物体都是由细胞组成的。 (4)从能量角度分析：生物体共用 ATP 作为直接能源物质。 3．细胞中无机盐的存在形式及其功能 (1)细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。 (2)无机盐的生理功能 ①复杂化合物的组成成分{Mg2＋——叶绿素 Fe2＋——血红蛋白 PO——ATP、核酸 ②维持正常的生命活动。 ③维持酸碱平衡(如 HCO－3 /H2CO3、H2PO－4 /HPO2－4 )和渗透压平衡(K＋、Na＋、Cl－……)。 ★　理综试卷对本考点的考查多与其他知识综合在一起，考查内容多为识记层次，选择题、 非选择题均有。 【典例 1】►Ⅰ.(2010·全国Ⅱ，(1))请回答下列问题。 氮、磷、镁 3 种元素中，构成生命活动所需直接能源物质的元素是________，构成细胞膜的 元素是________。缺镁时植物叶片发黄，其原因是_____________________________________。 Ⅱ.(2011·上海生命科学卷)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，该现象说明液泡内的 Na＋参与(　　)。 A．调节渗透压 B．组成体内化合物 C．维持正常 pH D．提供能量 　(1)部分元素参与形成的化合物 元素 参与形成的物质及结构 N 蛋白质、ATP、ADP、NADPH、NADH、叶绿素、DNA、RNA、磷脂等 P ATP、ADP、NADPH、NADH、DNA、RNA、磷脂等 Mg 叶绿素的组成成分 S 甲硫氨酸、半胱氨酸等含硫氨基酸的组成成分；蛋白质的特征元素 (2)部分无机盐离子的具体功能分析 无机盐 功 能 含量异常 I－ 甲状腺激素的组成成分 缺乏时患地方性甲状腺肿 Fe2＋ 血红蛋白的组成成分 缺乏时患贫血 Ca2＋ 降低神经系统的兴奋性 血钙过低时，会出现抽搐现象；血钙过 高时，会患肌无力 B 促进花粉的萌发和花粉管的伸长 油菜缺硼时，会出现“花而不实” K＋ 促进植物体内淀粉的运输；动物细胞内 液渗透压的维持 缺乏时植物抗逆能力减弱，易受病害侵 袭 Na＋ 维持细胞外液的渗透压 缺乏会导致细胞外液渗透压下降 【训练 1】►在高等植物细胞中有两种大量元素，淀粉中不含有，但核酸中含有。关于这两 种元素的叙述中，错误的是(　　)。 A．这两种元素是生物膜、染色体的重要组成元素 B．这两种元素是组成 ATP 分子不可缺少的 C．这两种元素是构成蛋白质不可缺少的 D．这两种大量元素也是动物生活必需的  ,细胞中的水及其在生产实践中的应用Error! 1．水的含量、分类及生理作用 含 量 概 念 生理作用 结合水 4.5% 与其他物质结合在一起 细胞结构的组成成分 自由水 95.5% 能够自由流动、以游离状态存在 良好溶剂、运输作用、反应场所、 原料 2.影响细胞含水量的因素 (1)生物种类：水生生物含水量>陆生生物含水量。 (2)生长发育阶段：幼儿>成年；幼嫩部分>成熟部分。 (3)组织器官种类与代谢程度：如牙齿<骨骼<血液。 3．水的存在形式与新陈代谢、生物抗逆性的关系 自由水和结合水在一定条件下可相互转化： 自由水代谢缓慢 代谢旺盛 结合水 细胞中自由水/结合水的比值越大，生物新陈代谢越旺盛，该生物的抗逆性(如抗寒性、抗旱 性)越差；反之，该比值越小，生物新陈代谢越缓慢，其抗逆性则越强。 4．在生产实际中的应用 (1)种子的贮存：晒干种子是为减少自由水含量，降低种子的代谢，延长种子寿命。 (2)低温环境下减少花卉浇水，可提高花卉对低温的抗性。 特别关注　①自由水主要存在于细胞液、细胞质基质及某些细胞器基质中；结合水与细胞中 某些物质结合在一起存在。 ②晒干的种子细胞中仍含有水分，主要是结合水，自由水极少。 ③自由水、结合水的作用都非常大，不能认为自由水作用大，其实两种水在不同时期的作用 各有所侧重。 5．科内综合：图解生物体内水的变化 本考点多年没在理综高考试卷及单科试卷中出现，是典型的冷考点，涉及水的多为大分子(如 蛋白质)的合成与水解。 【典例 2】►(易错题)近日，美国国家航空航天局的科学家首次证实，月球上存在大量的水， 这是航天史上仅次于火星生命探测的重大发现。月球上的冰态水可供未来的定居者饮用，而 且为建立月球基地提供可能。下列有关水对生命活动影响的叙述中，正确的是(　　)。 A．细菌必须在有水的环境中才能繁殖 B．当人体缺水时，下丘脑会产生渴觉 C．生活在干燥米中的“米虫”，获得水分的主要来源是消化淀粉 D．在休眠的种子内自由水与结合水的比值较高，有利于提高种子的新陈代谢，以适应不利 的环境条件  ,糖类、脂质的种类和作用 Error! 1．糖类功能的全面分析 (1)糖类是生物体的主要能源物质 ①糖类是生物体进行生命活动的主要能源物质(70%)。 ②淀粉和糖原分别是植物、动物细胞内的储能物质，而纤维素为结构物质，非储能物质。 (2)糖类是细胞和生物体的重要结构成分 ①五碳糖是构成核酸的主要成分。 ②纤维素和果胶是植物细胞壁的主要成分。 ③细菌的细胞壁主要由肽聚糖组成。 (3)糖类是细胞通讯、识别作用的基础，也是细胞膜的成分 在细胞膜上糖类常与蛋白质结合在一起构成糖蛋白，糖蛋白在细胞与细胞之间的相互识别、 信息传递过程中起着非常重要的作用。 2．脂质的类别与功能 种　类 生理功能 脂　肪 ① 储存能量、氧化分解释放能量 ②维持体温恒定 类脂 磷脂 是构成动物细胞膜、线粒体膜、叶绿体 膜等膜结构的重要成分 胆固醇 是构成动物细胞膜的重要成分，代谢失 调会引起心血管方面的疾病 性激素 促进性器官的发育和两性生殖细胞的形 成，激发并维持雌、雄性动物的第二性 征 维生素 D 促进人体对钙、磷的吸收和利用 固 醇 类 醛固酮 保 Na＋排 K＋ ——脂肪氧化分解特点 　相对于糖类、蛋白质分子，脂肪分子中 C、H 的比例高，而 O 比例小。故在氧化分解时， 单位质量的脂肪较糖类、蛋白质消耗的氧气多，产生的水多，产生的能量也多。 3．糖类和脂质的比较 项目　 名称　 糖　类 脂　质 化学组成和种 类 合成 部位 叶绿体、内质网、高尔基体、肝 脏和肌肉 主要是内质网 区 别 生理 作用 ①主要的能源物质 ②构成细胞结构，如糖被、细胞 壁 ③核酸的组成成分 ①生物体的储能物质，如脂肪 ②生物膜的重要组成成分，如磷 脂 ③调节新陈代谢和生殖，如性激 素 联　 系 糖类 大量 少量 脂肪 ★　近几年糖类、脂质知识的考查多出现在单科试卷，理综试题少有涉及，考查时涉及种类、 成分、功能等识记内容多，也可综合考查有机物之间的相互转化。 【典例 3】►(2011·四川理综，4)如图表示油菜种子在成熟过程中种子质量和有机物相对含量 的变化趋势，下列相关叙述不正确的是(　　)。 A．大量糖类输入并参与代谢，导致种子质量不断增加 B．细胞代谢利用大量糖类，导致淀粉含量降低 C．糖类不断转化为脂质，导致脂质含量持续增加 D．糖类不转化为蛋白质，导致含氮物质含量不变 题后反思　植物体内三大类营养物质的转化教材从来没有涉及，本题是否超纲呢？答案是否 定的。事实上命题专家的意图是考查学生在全新题境中分析曲线信息作出准确判断的能力！ 由图知在油菜种子成熟过程中，可溶性糖和淀粉不断地转化为粗脂肪而贮存起来，这一过程 在人和动物体内也能进行，当糖类供应充足时，糖类可以大量转化为脂肪，但脂肪并不能大 量转化为糖类，所以发胖容易、减肥难。 【训练 2】►甲物质的分子式为 C12H22O11，乙物质的分子式为 C57H110O6。如这两种物质作为 生物体内的能源物质，则在相同条件下，质量相等的甲、乙两种物质被彻底分解时，甲物质 比乙物质(　　)。 A．耗氧少，产生能量少 B．耗氧多，产生能量多 C．耗氧多，产生能量少 D．耗氧少，产生能量多 【训练 3】►(2010·山东威海上学期质检)下列有关糖类和脂质的叙述，不正确的是(　　) A．脂质中的磷脂是构成细胞膜的重要物质，所有细胞都含有磷脂 B．植物细胞中的多糖主要是淀粉和纤维素，动物细胞中的多糖主要是乳糖和糖原 C．固醇类物质在细胞的营养、调节和代谢中具有重要功能 D．葡萄糖、核糖、脱氧核糖是动植物细胞共有的 检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质 Error! 1．实验原理及步骤 2．实验注意问题 (1)还原糖鉴定的实验材料要求 ①浅色：不能用绿色叶片、西瓜、血液等材料，防止颜色的干扰。 ②还原糖含量高：不能用马铃薯(富含淀粉)、甘蔗、甜菜(富含蔗糖)。 (2)唯一需要加热——还原糖鉴定，且必需水浴加热，不能用酒精灯直接加热。若不加热则 无砖红色沉淀出现。 (3)非还原糖(如蔗糖)＋斐林试剂 ― ― →水浴 加热 现象不是无色而是浅蓝色[Cu(OH)2 的颜色]。 (4)唯一需要显微镜——脂肪鉴定，实验用 50%酒精的作用——洗掉浮色。 (5)记准混合后加入——斐林试剂，且现配现用；分别加入——双缩脲试剂(先加 A 液，后加 B 液，且 B 液不能过量)。两者成分相同，但 CuSO4 溶液的浓度不同，所以不能混用。 (6)若用大豆做材料，必须提前浸泡；若用蛋清作材料，必须稀释，防止其粘在试管壁上不 易涮洗；且该实验应预留部分组织样液做对比。 (7)易写错别字提示：“斐林试剂”中的“斐”不可错写成“非”，双缩脲试剂中“脲”不可 错写成“尿”。 ——斐林试剂与双缩脲试剂的比较分析 比较项目 斐林试剂 双缩脲试剂 使用方法 甲液和乙液混合均匀后方可使 用，且现配现用 使用时先加 A 液再加 B 液 呈色反应 条件 需水浴加热 不需加热即可反应 反应原理 还原糖中的醛基被 Cu(OH)2 氧化， Cu(OH)2 被还原为 Cu2O 具有两个以上肽键的化合物在碱性条件 下与 Cu2＋反应生成络合物 颜色 砖红色 紫色 不同 点 不 同 点 浓度 乙 液 CuSO4 溶 液 浓 度 为 0.05 g/mL B 液 CuSO4 溶液浓度为 0.01 g/mL 相同点 都含有 NaOH、CuSO4 两种成分，且所用 NaOH 溶液浓度都是 0.1 g/mL ★★★　本考点是历年的命题热点，命题的原则是“回归教材”而“高于教材”，考查时往 往与其他实验结合或与食品、药品成分鉴定、疾病(如糖尿病、肾炎等)诊断结合。 【典例】►某同学有喝牛奶的习惯，在学习了细胞的化合物知识后，他想知道牛奶中有无蛋 白质和还原糖。下面是其未设计完的实验，请帮助他完成实验设计。 【实验目的】 探究某品牌牛奶中有无蛋白质和还原糖。 【实验原理】 利用颜色反应检测牛奶中有无蛋白质和还原糖。 【材料用具】 略 【实验步骤】 请补充表格中 a、b、c、d 处内容： 探究 目的 探究牛奶中有无还原糖 探究牛奶中有无蛋白质 试管 步骤 A B C D E F 第一步 2 mL 牛奶 2 mL 蒸馏水 2 mL 葡萄糖 样液 2 mL 牛奶 2 mL 蒸馏水 2 mL __a__ 样液 第二步 2 mL 斐 林试剂 2 mL 斐 林试剂 2 mL 斐 林试剂 2 mL NaOH 溶液 __b__ 2 mL NaOH 溶液 第三步 __c__ 水浴 加热 水浴 加热 __d__ 3～4 滴 CuSO4 溶液 3～4 滴 CuSO4 溶液 结 果 ？ ？ (1)a.________；b.________；c.________；d.________。 (2)请预测 A、D 两个试管的现象及其结论： A：________________________________________________________________________。 D：________________________________________________________________________。 (3)分析该实验设计： 试管 A 和________构成对照实验，对照组为________，目的是________________。 【训练 1】►(2012·南昌调研)鉴定可溶性还原糖、蛋白质、脂肪，观察 DNA、RNA 在细胞中 的分布，所用实验材料均较合理的一组是(　　)。 A．韭菜叶、豆浆、大豆、洋葱鳞片叶内表皮 B．梨、鸡蛋清、花生子叶、人口腔上皮细胞 C．苹果、花生子叶、大豆、洋葱鳞片叶外表皮 D．番茄、豆浆、花生子叶、人口腔上皮细胞 【训练 2】►(经典易错题)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，可直接用于蛋白质的鉴定 B．脂肪的鉴定实验中可能需要用显微镜才能看到被染成橘黄色的脂肪滴 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，且 必须现用现配  ,组成细胞的化学元素和无机物　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(2011·江苏卷)研究发现，砷( As)可以富集在植物体内，转化为毒性很强的金属有机物， 影响水稻的株高、根长和干重；加 P(与 As 原子结构相似)处理后水稻茎叶和根中 P 含量增 加、As 含量相对减少，水稻生长加快，干重增加。对此现象合理的解释是(多选)(　　)。 A．As 在水稻细胞内富集，由细胞膜的结构特点决定 B．As 进入水稻细胞，导致有关酶失去活性，影响细胞代谢 C．P 影响 As 的吸收，与细胞膜上的载体种类和数量有关 D．P 是构成磷脂、核酸和 ATP 的重要元素，能促进水稻生长发育 2．(2008·江苏生物)下列各组物质中，由相同种类元素组成的是(　　)。 A．胆固醇、脂肪酸、脂肪酶 B．淀粉、半乳糖、糖原 C．氨基酸、核苷酸、丙酮酸 D．性激素、生长激素、胰岛素  ,糖类、脂质相关知识的考查 3.判断正误 (1)(2011·海南生物卷－A)动物细胞膜含有糖脂和糖蛋白(　　)。 (2)(2009·江苏－D)脂肪和生长激素是生物体内的能源物质(　　)。 (3)(2009·福建理综－D)胆固醇是构成细胞膜的重要成分，在人体内参与血液中脂质的运输 (　　)。 (4)(2007·广东－D)与精子形成相关的雄激素属于脂质(　　)。 (5)(2009·浙江理综－A)蛋白质、纤维素、蔗糖、PVC、淀粉都是高分子化合物(　　)。 (6)(2009·江苏－C)蔗糖和乳糖水解的产物都是葡萄糖(　　)。 4．(2010·海南卷)下列关于糖的叙述，正确的是(　　)。 A．葡萄糖和果糖分子均有还原性 B．葡萄糖和麦芽糖可被水解 C．构成纤维素的单体是葡萄糖和果糖 D．乳糖可以被小肠上皮细胞直接吸收 5．(2009·广东生物，21)脂质具有的生物学功能是(多选)(　　)。 A．构成生物膜 B．调节生理代谢 C．储存能量 D．携带遗传信息  ,物质鉴定类实验考查不同省份年年不同角度轮流抽测 6．(2011·山东卷)只有在保持细胞活性的条件下，才能显示细胞中某物质或结构的实验是 (　　)。 A．苏丹Ⅲ染色观察花生种子子叶细胞中的脂肪 B．龙胆紫染色观察洋葱根尖分生区细胞的有丝分裂 C．健那绿(詹纳斯绿 B)染色观察动物细胞的线粒体 D．甲基绿、派洛宁(吡罗红)染色观察动物细胞中的 DNA 和 RNA 7．(2007·海南生物，15)现有无标签的稀蛋清、葡萄糖、淀粉和淀粉酶溶液各一瓶，可用双 缩脲试剂、斐林试剂和淀粉溶液将它们鉴定出来。请回答问题。 (1)用一种试剂将上述 4 种溶液区分为两组，这种试剂是________，其中发生显色反应的一 组是________和________溶液，不发生显色反应的一组是________和________溶液。 (2)用________试剂区分不发生显色反应的一组溶液。 (3)区分发生显色反应一组溶液的方法及鉴定结果是____________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 考向借鉴——他山之石 8．(2011·上海单科，29)HDL 将外周组织中多余的胆固醇运送到肝细胞进行加工。下列表述 正确的是(　　)。 A．HDL 的外层是磷脂双分子层 B．HDL 进入肝细胞无需直接穿过磷脂双分子层，但需 ATP 供能 C．胆固醇以 HDL 的形式存在，血液中 HDL 过高会引起动脉粥样硬化 D．HDL 进入肝细胞后被内质网小囊泡消化，血胆固醇含量降低 9．(2010·台湾，19)下列有关脂质之叙述，何者错误？(　　)。 A．脂肪酸为细胞能量来源之一 B．动物性脂肪含饱和脂肪酸之量较高 C．脂肪具有保持体温及减缓内脏受撞击之功能 D．多食用含不饱和脂肪酸之脂肪，将会提高患冠状动脉心脏病的几率