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1、第二章細胞的化學組成第二章細胞的化學組成第二章細胞的化學組成第二章細胞的化學組成第一節(jié)第一節(jié)細胞中的原子和分子細胞中的原子和分子學習導航學習導航1.了解分子、原子的結構以及離子鍵、共價了解分子、原子的結構以及離子鍵、共價鍵和氫鍵在形成化合物過程中的作用鍵和氫鍵在形成化合物過程中的作用. 2. 水以及無機鹽在生物體中的作用水以及無機鹽在生物體中的作用. (重點重點)3. 學會分析自由水和結合水的動態(tài)比例和判學會分析自由水和結合水的動態(tài)比例和判斷元素缺乏癥的方法斷元素缺乏癥的方法. (重難點重難點)新知初探新知初探思維啟動思維啟動一、組成細胞的原子和分子一、組成細胞的原子和分子1. 組成細胞的化學

2、元素組成細胞的化學元素(1)不同種類生物體內所含的元素不同種類生物體內所含的元素_基基本相同本相同, 但每種元素的但每種元素的_卻有多有少卻有多有少. (2)生物體缺乏必需的元素可能導致疾病生物體缺乏必需的元素可能導致疾病, 如如缺缺_可使人患克山病可使人患克山病. 種類種類含量含量硒硒(3)組成生物體的化學元素在無機自然界中組成生物體的化學元素在無機自然界中都存在都存在, 這體現(xiàn)了無機界與生物界具有這體現(xiàn)了無機界與生物界具有_. 2. 組成細胞的原子和分子組成細胞的原子和分子(1)原子原子: _是物質的基本單元是物質的基本單元, 它由它由_和核外電子構成和核外電子構成, 原子核由原子核由_和

3、質子構成和質子構成, 每一種元素的原子每一種元素的原子核中都帶有固定數量的質子核中都帶有固定數量的質子. 統(tǒng)一性統(tǒng)一性原子原子原子核原子核中子中子在一個正常的原子中在一個正常的原子中, _與核與核外電子數相等外電子數相等, 因此因此, 整體上看原子是呈電中整體上看原子是呈電中性的性的. (2)組成細胞的分子組成細胞的分子: 分子是保持物質化學性分子是保持物質化學性質的一種微粒質的一種微粒, 分子一般是由兩個或兩個以分子一般是由兩個或兩個以上的上的_構成的構成的. 化合物的化學組成通化合物的化學組成通常以化學式表示常以化學式表示. _在決定生物大在決定生物大分子的三維結構上起著重要作用分子的三維

4、結構上起著重要作用. 核內質子數核內質子數原子原子氫鍵氫鍵二、細胞中的水二、細胞中的水1. 含量含量在活細胞中在活細胞中, _是含量最多的物質是含量最多的物質. 約占約占細胞總質量的細胞總質量的60%90%. 2. 存在形式存在形式水分子以自由水和水分子以自由水和_兩種形式存兩種形式存在于細胞中在于細胞中. 水水結合水結合水3. 功能功能(1)自由水是良好的自由水是良好的_; 各種生物化各種生物化學反應的介質學反應的介質; 可直接參與細胞內的各種代可直接參與細胞內的各種代謝謝, 如光合作用、細胞呼吸等如光合作用、細胞呼吸等; 運輸營養(yǎng)物質運輸營養(yǎng)物質和運走代謝廢物和運走代謝廢物; 生物體的溫度

5、調節(jié)劑生物體的溫度調節(jié)劑. (2)結合水是結合水是_的重要成分的重要成分, 與細胞的抗逆性有關與細胞的抗逆性有關. 溶劑溶劑組成細胞結構組成細胞結構判一判判一判(1)參與運輸營養(yǎng)物質和代謝廢物的水為自參與運輸營養(yǎng)物質和代謝廢物的水為自由水由水()(2)生物體內化學反應離不開水生物體內化學反應離不開水()(3)水是細胞結構的組成成分之一水是細胞結構的組成成分之一()(4)人體細胞內水的存在形式為結合水和自人體細胞內水的存在形式為結合水和自由水由水()(5)自由水與結合水的比例與新陳代謝的強弱自由水與結合水的比例與新陳代謝的強弱關系不大關系不大()(6)不同細胞內自由水與結合水的比例相差不不同細胞

6、內自由水與結合水的比例相差不大大()三、細胞中的無機鹽三、細胞中的無機鹽1. 存在形式存在形式: 常以常以_形式存在形式存在. 2. 含量含量: 約占細胞總質量的約占細胞總質量的1.5%. 例如例如, 人體人體中中Ca的含量約占體重的的含量約占體重的1.5%. 離子離子3. 功能功能作用作用舉例舉例維持細胞的維持細胞的_如如: K2HPO4和和KH2PO4能維能維持細胞酸堿平衡持細胞酸堿平衡合成有機物的原料合成有機物的原料如如: P合成核苷酸合成核苷酸Mg合合成成_合成某些特殊生理合成某些特殊生理功能物質的原料功能物質的原料如如: Fe合成血紅蛋白合成血紅蛋白I合成合成_酸堿平衡酸堿平衡葉綠素

7、葉綠素甲狀腺激素甲狀腺激素4.含量異常時的病癥含量異常時的病癥(1)缺少缺少Ca2時時, 動物會出現(xiàn)肌肉抽搐現(xiàn)象動物會出現(xiàn)肌肉抽搐現(xiàn)象, 番茄果實頂端呈番茄果實頂端呈_. (2)Ca2過多時過多時, 動物會出現(xiàn)肌肉乏力現(xiàn)象動物會出現(xiàn)肌肉乏力現(xiàn)象等等. (3)缺少缺少_時時, 番茄植株的老葉尖端番茄植株的老葉尖端和邊緣會失綠直至干枯壞死和邊緣會失綠直至干枯壞死. 暗綠色或灰白色暗綠色或灰白色K想一想想一想人患急性腸胃炎人患急性腸胃炎, 醫(yī)生用醫(yī)生用0.9%的生理鹽水靜的生理鹽水靜脈注射脈注射. 為什么不注射蒸餾水為什么不注射蒸餾水? 提示提示: 注射蒸餾水會使人體細胞過度吸水而注射蒸餾水會使人體

8、細胞過度吸水而漲破漲破, 導致細胞死亡導致細胞死亡, 影響細胞和人體的生命影響細胞和人體的生命活動活動. 生理鹽水與人體內細胞所生活的環(huán)境生理鹽水與人體內細胞所生活的環(huán)境中的溶液濃度大致一樣中的溶液濃度大致一樣, 注射它保證了細胞注射它保證了細胞正常的形態(tài)和生命活動正常的形態(tài)和生命活動. 要點突破要點突破講練互動講練互動要點一要點一組成細胞的原子和分子組成細胞的原子和分子1. 原子原子物質的基本單元物質的基本單元2. 原子的質量數質子數中子數原子的質量數質子數中子數. 3. 分子的形成分子的形成: 原子通過一定的化學鍵結合原子通過一定的化學鍵結合(1)離子鍵離子鍵: 是指陰、陽離子通過靜電作用

9、所是指陰、陽離子通過靜電作用所形成的化學鍵形成的化學鍵. 離子鍵構成離子化合物離子鍵構成離子化合物, 如如NaCl. (2)共價鍵共價鍵: 是指原子間通過共用電子對所形是指原子間通過共用電子對所形成的化學鍵成的化學鍵. 共價鍵可以形成單質也可以形共價鍵可以形成單質也可以形成化合物成化合物, 如如O2和和CO2. (3)氫鍵的形成氫鍵的形成氫原子與電負性很大、半徑很小的原子氫原子與電負性很大、半徑很小的原子x(F, O, N)以共價鍵形成以共價鍵形成Hx分子分子, 這個氫原子還這個氫原子還可以吸引另一個分子上具有弧對電子、電負可以吸引另一個分子上具有弧對電子、電負性大、半徑小的原子性大、半徑小的

10、原子y, 形成具有形成具有xHy形形式的物質式的物質. 這時氫原子與這時氫原子與y原子之間的定向吸原子之間的定向吸引力叫做氫鍵引力叫做氫鍵(Hy表示表示). 特別提醒特別提醒 (1)水分子的形成以及水分子之水分子的形成以及水分子之間的作用力間的作用力(2)生物上常見的三大元素化學鍵的形成生物上常見的三大元素化學鍵的形成C原子最外層有四個價電子原子最外層有四個價電子, 常形成四個共常形成四個共價鍵價鍵. H原子最外層有一個價電子原子最外層有一個價電子, 常形成一個共常形成一個共價鍵價鍵. O原子最外層有六個價電子原子最外層有六個價電子, 常形成兩個共常形成兩個共價鍵價鍵. 下面有關分子和原子的說

11、法不正下面有關分子和原子的說法不正確的是確的是()A. 分子是由原子組成的分子是由原子組成的, 是組成細胞的物是組成細胞的物質單位質單位B. 一個水分子中有一個共價鍵一個水分子中有一個共價鍵C. 構成水的氫原子和氧原子通過共用它們構成水的氫原子和氧原子通過共用它們的最外層電子而結合在一起的最外層電子而結合在一起D. 水分子的性質與構成它們的氫、氧原子相水分子的性質與構成它們的氫、氧原子相應單質的性質完全不同應單質的性質完全不同【思路點撥思路點撥】本題考查的是原子和分子的本題考查的是原子和分子的知識知識. 解答本題的關鍵是明確分子的組成和解答本題的關鍵是明確分子的組成和性質性質. 【解析解析】分

12、子由原子組成分子由原子組成, 分子與組成它分子與組成它的原子相應單質的性質完全不同的原子相應單質的性質完全不同. 氫與氧原氫與氧原子通過共用最外層電子結合在一起子通過共用最外層電子結合在一起. 一個水一個水分子中含有兩個共價鍵分子中含有兩個共價鍵. 【答案答案】B【探規(guī)尋律探規(guī)尋律】 (1)認為化合物的性質是組成認為化合物的性質是組成元素性質的疊加元素性質的疊加. (2)認為化學鍵是一種具體的物質認為化學鍵是一種具體的物質, 把原子固把原子固定在一起定在一起. 其實化學鍵是直接相鄰的原子間其實化學鍵是直接相鄰的原子間強烈的相互作用強烈的相互作用. 變式訓練變式訓練 1. 下列關于原子和分子的說

13、法下列關于原子和分子的說法中中, 錯誤的是錯誤的是()A. 分子是保持物質化學性質的一種微粒分子是保持物質化學性質的一種微粒B. 原子之間一般通過化學鍵形成分子原子之間一般通過化學鍵形成分子C. 分子都是由兩個或兩個以上的原子構成的分子都是由兩個或兩個以上的原子構成的D. 原子是物質的基本單元原子是物質的基本單元解析解析: 選選C. 分子一般是由兩個或兩個以上分子一般是由兩個或兩個以上的原子構成的的原子構成的, 但稀有氣體和單質金屬等但稀有氣體和單質金屬等以單原子狀態(tài)存在的分子除外以單原子狀態(tài)存在的分子除外. 要點二要點二生物體內的水分生物體內的水分1. 細胞內水分的存在形式及功能細胞內水分的

14、存在形式及功能形式形式自由水自由水結合水結合水定義定義在細胞內可以在細胞內可以自由流動自由流動在細胞內通過氫鍵等與在細胞內通過氫鍵等與蛋白質、糖類和核酸等蛋白質、糖類和核酸等物質結合在一起物質結合在一起含量含量約占細胞全部約占細胞全部水分的水分的95.5%約占細胞全部水分的約占細胞全部水分的4.5%形式形式自由水自由水結合水結合水功能功能細胞內的良好溶劑細胞內的良好溶劑; 細胞內各細胞內各種生物化學反應的介質種生物化學反應的介質; 直接直接參與細胞內的各種化學反應參與細胞內的各種化學反應; 運輸營養(yǎng)物質和代謝廢物運輸營養(yǎng)物質和代謝廢物; 調調節(jié)生物體溫節(jié)生物體溫組成細組成細胞結構胞結構的重要的

15、重要成分成分形式形式自由水自由水結合水結合水與代與代謝的謝的關系關系在代謝旺盛的細胞中在代謝旺盛的細胞中, 自由水的含量一般較自由水的含量一般較多多結合水含量結合水含量高高, 抗逆性增抗逆性增強強聯(lián)系聯(lián)系在一定條件下可以相互轉化在一定條件下可以相互轉化, 如血液如血液凝固時凝固時, 部分自由水變成結合水部分自由水變成結合水【名師點睛名師點睛】自由水主要影響細胞的新陳自由水主要影響細胞的新陳代謝代謝, 而結合水會對生物體的生命活動造成而結合水會對生物體的生命活動造成嚴重影響嚴重影響. 如曬干的種子如曬干的種子, 失去的是自由水失去的是自由水, 但用水浸泡后仍能萌發(fā)但用水浸泡后仍能萌發(fā); 但若將干

16、種子放在但若將干種子放在試管中加熱試管中加熱, 試管壁上出現(xiàn)水珠試管壁上出現(xiàn)水珠, 失去的水是失去的水是結合水結合水, 用水浸泡后種子將不能萌發(fā)用水浸泡后種子將不能萌發(fā). 2. 水在細胞中的含量水在細胞中的含量(1)在活細胞中在活細胞中, 水的含量約占細胞總質量的水的含量約占細胞總質量的60%90%是各種化學成分中含量最多的是各種化學成分中含量最多的. (2)不同種生物不同種生物, 體內含水量不同體內含水量不同. 水生生物體水生生物體內的含水量比陸生生物多內的含水量比陸生生物多. (3)同一生物同一生物, 不同器官含水量不同不同器官含水量不同. 代謝旺盛代謝旺盛的器官組織含水量較高的器官組織含

17、水量較高. (4)同一生物不同的生長發(fā)育階段水的含量不同一生物不同的生長發(fā)育階段水的含量不同同. 幼兒時期成年時期幼兒時期成年時期; 幼嫩部分成熟部幼嫩部分成熟部分分. 3. 水在生產實踐中的應用水在生產實踐中的應用(1)種子儲存前種子儲存前, 曬干是為了減少自由水含量曬干是為了減少自由水含量, 降低種子的代謝速率降低種子的代謝速率, 以延長儲存時間以延長儲存時間. (2)越冬作物減少灌溉越冬作物減少灌溉, 使自由水相對含量變使自由水相對含量變小小, 可提高作物對低溫的抗性可提高作物對低溫的抗性. 特別提醒特別提醒 水對生命活動的影響水對生命活動的影響(1)對代謝的影響對代謝的影響: 自由水含

18、量高自由水含量高代謝強度代謝強度強強. (2)對抗性的影響對抗性的影響: 結合水含量高結合水含量高抗寒、抗抗寒、抗旱性強旱性強. 水是生命的源泉水是生命的源泉, 人體中水的人體中水的含量約占含量約占65%. 下列有關水的敘述下列有關水的敘述, 錯誤的錯誤的是是()A. 參與運輸營養(yǎng)物質和代謝廢物的水為自參與運輸營養(yǎng)物質和代謝廢物的水為自由水由水B. 結合水是構成細胞結構的組成成分之一結合水是構成細胞結構的組成成分之一C. 心肌中含水量約為心肌中含水量約為79%, 具有很強的韌性具有很強的韌性; 而血液中含水量約為而血液中含水量約為82%, 卻是流動狀態(tài)卻是流動狀態(tài), 原原因是前者只含結合水因是

19、前者只含結合水, 后者只含自由水后者只含自由水D. 自由水與結合水的比例影響新陳代謝的強自由水與結合水的比例影響新陳代謝的強弱弱【思路點撥思路點撥】由題干獲得的信息是由題干獲得的信息是: 人體中人體中含有約含有約65%的水的水; 本題考查水的存在形式與功本題考查水的存在形式與功能能. 【解析解析】細胞內的水分為自由水和結合水細胞內的水分為自由水和結合水兩種形式兩種形式. 自由水能夠自由流動自由水能夠自由流動, 是良好的溶是良好的溶劑劑, 可以運輸營養(yǎng)物質和代謝廢物可以運輸營養(yǎng)物質和代謝廢物. 結合水是結合水是細胞結構的重要組成成分細胞結構的重要組成成分. 細胞內自由水與細胞內自由水與結合水的相

20、對含量既能影響到細胞的形態(tài)結合水的相對含量既能影響到細胞的形態(tài), 又能影響到新陳代謝的強弱又能影響到新陳代謝的強弱. 心肌和血液中既有自由水又有結合水心肌和血液中既有自由水又有結合水, 心肌心肌較血液中結合水的相對含量高較血液中結合水的相對含量高, 而自由水的而自由水的相對含量低相對含量低. 【答案答案】C變式訓練變式訓練 2. 人體中水的含量約占人體中水的含量約占60%90%, 下列選項中能正確說明水對人體重要下列選項中能正確說明水對人體重要性的是性的是()水和糖類、脂肪、蛋白質一樣水和糖類、脂肪、蛋白質一樣, 為人體提為人體提供能量供能量沒有水沒有水, 人體內大部分化學反應根本就不人體內大

21、部分化學反應根本就不會發(fā)生會發(fā)生水的比熱小水的比熱小, 有利于維持體溫有利于維持體溫體內營養(yǎng)物質的運輸離不開水體內營養(yǎng)物質的運輸離不開水A. B. C. D. 解析解析: 選選C. 本題考查生物體中水的生理作本題考查生物體中水的生理作用用, 解答本題時應先明確生物體中自由水解答本題時應先明確生物體中自由水和結合水的生理功能和結合水的生理功能, 再逐個對選項進行再逐個對選項進行分析判斷分析判斷. 水在人體內不能水在人體內不能 提供能量提供能量, 錯誤錯誤; 細胞內的許多化學反應必須有水參加細胞內的許多化學反應必須有水參加, 沒有沒有水水, 這些化學反應將不會發(fā)生這些化學反應將不會發(fā)生, 正確正確

22、; 水的水的比熱比較大比熱比較大, 對體溫在環(huán)境溫度變化較大時對體溫在環(huán)境溫度變化較大時仍保持相對穩(wěn)定有重要作用仍保持相對穩(wěn)定有重要作用, 錯誤錯誤; 水在生水在生物體內的流動物體內的流動, 可把營養(yǎng)物質運送到各個細可把營養(yǎng)物質運送到各個細胞胞, 沒有水沒有水, 營養(yǎng)物質的運輸難以完成營養(yǎng)物質的運輸難以完成, 正正確確. 要點三要點三細胞中的無機鹽細胞中的無機鹽1. 存在形式存在形式2. 生理作用生理作用(1)細胞內復雜化合物的重要組成成分細胞內復雜化合物的重要組成成分(2)維持細胞和生物體的生命活動維持細胞和生物體的生命活動若人體若人體pH降低降低0.5個單位個單位, 會立即引發(fā)酸中毒會立即

23、引發(fā)酸中毒 (3)生理鹽水同人體體液濃度相同生理鹽水同人體體液濃度相同, 所以輸入所以輸入人體內不會影響細胞中水的相對含量人體內不會影響細胞中水的相對含量, 能保持能保持細胞的正常形態(tài)細胞的正常形態(tài). 鐵是血紅蛋白的重要組成成分鐵是血紅蛋白的重要組成成分, 血紅血紅蛋白是紅細胞的主要成分蛋白是紅細胞的主要成分. 當人或哺乳動物當人或哺乳動物體內含鐵量減少時體內含鐵量減少時, 紅細胞運輸氧的功能減紅細胞運輸氧的功能減弱弱, 且含鐵量過低時且含鐵量過低時, 人和動物則表現(xiàn)為貧人和動物則表現(xiàn)為貧血血, 同時會出現(xiàn)一系列的癥狀同時會出現(xiàn)一系列的癥狀, 如貧血的人如貧血的人面色蒼白面色蒼白, 容易疲勞容

24、易疲勞, 并有心慌并有心慌 氣短、氣短、 惡惡心、頭痛、眩暈等癥狀心、頭痛、眩暈等癥狀. 這一事實說明鐵的這一事實說明鐵的作用為作用為()A. 細胞中某些化合物的重要組成成分細胞中某些化合物的重要組成成分B. 維持生物體的生命活動維持生物體的生命活動C. 維持細胞的正常生理活動維持細胞的正常生理活動D. 以上三項都是以上三項都是【解析解析】據題中所提供的信息可知據題中所提供的信息可知: 鐵是鐵是血紅蛋白的組成成分血紅蛋白的組成成分, 故故A項正確項正確; 缺鐵會導缺鐵會導致貧血及一系列癥狀出現(xiàn)致貧血及一系列癥狀出現(xiàn), 所以鐵能維持生所以鐵能維持生物體的生命活動物體的生命活動, B項正確項正確;

25、 紅細胞中血紅蛋白含量過少紅細胞中血紅蛋白含量過少, 會使紅細胞運會使紅細胞運輸氧的功能減弱輸氧的功能減弱, 因此鐵還能維持細胞的正因此鐵還能維持細胞的正常生理活動常生理活動, C項正確項正確. 解題思路最好按照解題思路最好按照“鐵鐵血紅蛋白血紅蛋白紅細胞紅細胞氧氣氧氣生理活生理活動動”進行進行. 【答案答案】D變式訓練變式訓練 3. (原創(chuàng)原創(chuàng))在在2011年年10月月18日至日至11月月2日舉行的中國首屆綠色運動會上日舉行的中國首屆綠色運動會上, 有部有部分運動員因下肢發(fā)生抽搐而停止比賽分運動員因下肢發(fā)生抽搐而停止比賽, 這是這是由于隨著大量排汗而向外排出了過量的由于隨著大量排汗而向外排出

26、了過量的()A. 水水 B. 鈣離子鈣離子C. 鈉離子鈉離子 D. 尿素尿素解析解析: 選選B. 在運動員排出的汗液中在運動員排出的汗液中, 含有水、含有水、鈣離子、鈉鹽、尿素等成分鈣離子、鈉鹽、尿素等成分. 人體的血液中人體的血液中必須含有一定量的鈣離子必須含有一定量的鈣離子, 如果人體中鈣離如果人體中鈣離子的含量太低子的含量太低, 肌肉就會發(fā)生抽搐肌肉就會發(fā)生抽搐 , 說說 明鈣明鈣離子能影響人體的生命活動離子能影響人體的生命活動. 對細胞中水的含量與代謝的關系辨析不清對細胞中水的含量與代謝的關系辨析不清【例題例題】植物在冬季來臨時植物在冬季來臨時, 隨著氣溫的隨著氣溫的逐漸降低逐漸降低,

27、 體內發(fā)生了一系列適應低溫的生體內發(fā)生了一系列適應低溫的生理變化理變化, 抗寒能力逐漸增強抗寒能力逐漸增強. 如圖為冬小麥在如圖為冬小麥在不同時期含水量和呼吸速率變化關系圖不同時期含水量和呼吸速率變化關系圖. 請請據圖推斷以下有關說法正確的是據圖推斷以下有關說法正確的是() A. 冬季來臨冬季來臨, 自由水明顯減少是呼吸速率下自由水明顯減少是呼吸速率下降的主要原因降的主要原因B. 結合水與自由水含量的比值結合水與自由水含量的比值, 與植物的抗與植物的抗寒能力呈現(xiàn)明顯的負相關寒能力呈現(xiàn)明顯的負相關C. 隨著氣溫和土壤溫度的下降隨著氣溫和土壤溫度的下降, 根系的吸水根系的吸水量減少量減少, 組織中

28、的含水量上升組織中的含水量上升D. 隨溫度的緩慢降低隨溫度的緩慢降低, 植物的呼吸作用逐漸植物的呼吸作用逐漸減弱減弱, 有利于減少有機物的消耗有利于減少有機物的消耗【解析解析】從圖中可以看出從圖中可以看出, 影響呼吸作用影響呼吸作用的外界因素主要是溫度的外界因素主要是溫度(橫坐標的月份隱含的橫坐標的月份隱含的信息信息), 隨著溫度降低隨著溫度降低, 呼吸作用減弱呼吸作用減弱, 有機物有機物消耗減少消耗減少, 自由水含量減少自由水含量減少. 當然結合水與自當然結合水與自由水含量的比值也影響呼吸作用由水含量的比值也影響呼吸作用, 比值升高比值升高, 呼吸速率減慢呼吸速率減慢, 消耗的有機物減消耗的有機物減少少, 使細胞內可溶性糖濃度增大使細胞內可溶性糖濃度增大, 導致結冰導致結冰點降低點降低, 抗寒能力增強抗寒能力增強. 【答案答案】D【糾錯筆記糾錯筆記】(1)水的含量與細胞代謝和抗水的含量與細胞代謝和抗性的關系性的關系: (2)圖示圖示: