人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第二章 组成细胞的分子第1节 细胞中的元素和化合物学案设计

2.1 细胞中的元素和化合物导学案

【学习目标】

1．结合材料分析，列举组成细胞的化学元素的种类并依据含量对元素进行分类。(重点)

2．通过细胞鲜重中各类化合物含量的比较分析，了解细胞中主要化合物的种类及含量。

3．通过实验分析，尝试设计检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的实验。(难点)

【自主预习】

生物体总是有选择地从无机自然界获取各种物质来组成自身，分析下面材料，探究相关知识。

1．组成细胞的元素种类

材料一　细胞中常见的化学元素有20多种，这些元素在无机自然界都能找到，下面表1为地壳和人体中含量较多的元素的比较表，表2为人体和玉米所含元素占细胞干重的质量分数(%)。

表1

表2

(1)由表1可以看出：组成生物体内的任何一种元素都可以在无机自然界找到，说明生物界和非生物界具有统一性。同一种元素在人体细胞中的含量和地壳中含量不同，这体现了生物界和非生物界的差异性。

(2)由表2可得出结论：不同生物体内所含元素种类基本相同；不同生物体内每种化学元素的含量不同；同一生物体内不同化学元素的含量不同，其中C、H、O、N四种元素所占比例较大。通常我们把含量占万分之一以上的元素称作大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等，含量在万分之一以下的元素称作微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。

材料二　几十年前，新西兰有一个牧场的大片牧草长势很弱，有的甚至发黄枯萎，即使使用了大量的N、P、K肥也无济于事，后来，人们偶然发现牧场内的一小片牧草长得十分茂盛，原来，这一片“绿洲”的附近有一座钼矿，矿工每天上下班总是抄近路走，他们的鞋子踩过的地方，牧草绿油油的，经过科学家的化验和分析，一公顷牧草只需150克钼就足够了。

(3)由材料二分析，钼等微量元素虽然含量少，但是对生物体具有重要的作用，不可缺少。

2．如图为组成人体细胞的主要元素占鲜重和干重的比例图，据图分析回答问题。

组成人体细胞的主要元素(占细胞鲜重的百分比)

组成人体细胞的主要元素(占细胞干重的百分比)

(1)在鲜重条件下细胞中含量最多的元素是O，其次是C、H、N；在干重条件下，细胞中含量最多的元素是C，则说明C是构成细胞的最基本元素。

(2)无论在鲜重还是干重条件下，组成细胞的元素中都有并且含量最多的是C、H、O、N、P、S六种，因此把它们称作组成细胞的主要元素。C、H、O、N四种元素是构成化合物和细胞结构的基本元素。

(3)是不是生物体内含有的元素不是大量元素就是微量元素？

答案：无论是大量元素还是微量元素，都是生物体必需的元素，对于维持生物体的生命活动起着非常重要的作用。如果不是生物体必需的元素，不管含量高低，都不是大量元素或者微量元素。

组成细胞的元素大多以化合物的形式存在，下图表示细胞中主要化合物的含量，结合该图分析：

1．由上图可知，鲜细胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有机化合物是蛋白质，含量最多的无机化合物是水。水是生命之源，缺少了水生命活动就无法进行。

2．如果是在干细胞中，含量最多的化合物是蛋白质，含量最多的有机化合物是蛋白质。蛋白质是组成生物体的重要物质，在生命活动中起重要作用。

3．有机化合物和无机化合物有什么区别？

答案：有机化合物和无机化合物的区别主要看它们的分子组成中是否有碳元素，如糖类是有机化合物，由碳、氢、氧三种元素组成；水是无机化合物，由氢、氧两种元素组成。

4．根据已经掌握的知识分析，不同生物材料中富含有机物的成分不同，请把下面的生物材料进行分类：富含糖类______；富含脂肪______；富含蛋白质______。

①玉米种子　②牛奶　③甘蔗的茎　④鸡蛋　⑤花生种子　⑥甜菜的根　⑦蓖麻种子　⑧大豆种子　⑨苹果

答案：①③⑥⑨　⑤⑦　②④⑧

不同生物组织中化合物的种类和数量有一定的差别，我们可以利用某些特殊的显色反应进行检测，请结合教材实验进行分析：

1．实验原理

(1)还原糖(葡萄糖、麦芽糖、果糖等)＋斐林试剂―→砖红色沉淀

(2)脂肪＋苏丹Ⅲ(Ⅳ)染液―→橘黄(红)色沉淀

(3)蛋白质＋双缩脲试剂―→紫色沉淀

2．实验材料的选择

本实验是显色反应，因此选择实验材料时有两个要求：一是要富含待检测的化合物；二是要颜色较浅(无色或白色最佳)。根据此要求，对提供的材料进行选择和分类：

①苹果　②花生种子　③豆汁　④梨　⑤鸡蛋清　⑥甘蔗汁　⑦玉米种子　⑧芝麻种子　⑨西瓜汁

(1)适合还原糖检测的有①④；

(2)适合脂肪检测的有②；

(3)适合蛋白质检测的有③⑤。

3．完成下面的实验步骤

(1)还原糖的检测和观察

(2)脂肪的检测和观察(以花生为例)

方法一：花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅲ染液―→橘黄色

方法二：制作子叶临时切片，用显微镜观察子叶细胞的着色情况(以花生为例)。

(3)蛋白质的检测和观察

4．实验讨论

(1)比较斐林试剂和双缩脲试剂。

(2)还原糖和蛋白质鉴定中出现的颜色变化及原因。

①用斐林试剂鉴定还原糖的实验：因加入的斐林试剂中含Cu2＋，故溶液变成浅蓝色，加热后，部分Cu2＋被还原为砖红色的Cu2O，因二者混合故呈现棕色，随着反应的继续进行，Cu(OH)2被全部还原为Cu2O，故而出现砖红色的沉淀。

②用双缩脲试剂鉴定蛋白质的实验：加入双缩脲试剂A液，溶液为无色；加入双缩脲试剂B液，因含有Cu(OH)2，故呈现浅蓝色，振荡均匀后，由于反应的进行，出现紫色的络合物。

5．实践应用

(1)糖尿病患者尿液中含有葡萄糖，肾炎患者尿液中一般含有蛋白质，这两种疾病可以分别用斐林试剂和双缩脲试剂来检测。

(2)脱脂淡奶粉中不含糖类和脂肪，受到老年人的喜爱，要检验某种脱脂淡奶粉是否合格，可能用到哪些试剂？

答案：符合要求的脱脂淡奶粉应该无糖和脂肪，因此要用到斐林试剂和苏丹Ⅲ(Ⅳ)染液；同时还应该含有丰富的蛋白质，要用双缩脲试剂来检测

【互动探究】

1．连一连

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

答案：①—b—Ⅰ　②—d—Ⅲ　③—a—Ⅱ　④—c—Ⅳ

【课堂练习】

1．中国第25次南极科考队在南极进行了为期5个月的科学考察，科考队在南极发现了大量奇异的新物种，那么在它们体内最基本的化学元素和含量最多的化学元素是(　　)

A．C和O B．O和C

C．C和N D．O和H

答案：A

2．如图，胡杨生活在西北干旱地区，水母生活在水中。这两种生物的细胞中含量最多的化合物分别是(　　)

A．蛋白质　水 B．水　蛋白质

C．蛋白质　蛋白质 D．水　水

答案：D

3．近几年有关奶粉安全的事件频发，奶粉的抽检也越发的重要。如果要鉴定某品牌的脱脂淡奶粉是否为伪劣产品，不需要使用的化学试剂是(　　)

A．双缩脲试剂 B．斐林试剂

C．苏丹Ⅲ染液 D．红墨水

答案：D

4．根据“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质”实验，回答下列问题：

(1)鉴定成熟苹果果肉中是否存在还原糖所用的试剂是________，该试剂与细胞内还原糖发生作用，形成________沉淀。

(2)鉴定花生子叶细胞中脂肪的实验中，能将脂肪染成橘黄色的染液是________，用其染色时，要用酒精来冲洗浮色，这是因为_______________。

(3)本实验注意事项：

①斐林试剂极不稳定，其甲液和乙液需________，使用时再临时混合均匀用于实验。

②双缩脲试剂的使用，应先加________，造成碱性环境，再加________。

③在还原糖的鉴定中，对试管中溶液加热时，试管底部不要触及________，试管口不要朝向________，以免溶液沸腾时冲出试管造成烫伤。

④蛋白质的鉴定样品液浓度不能________，以免实验后粘住试管壁，不易刷洗。

答案：(1)斐林试剂　砖红色　(2)苏丹Ⅲ染液　苏丹Ⅲ能溶解在酒精中　(3)①分别配制、储存　②质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液　质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液　③烧杯底部　实验者或他人　④太大