第2章　组成细胞的分子
第1节　细胞中的元素和化合物
一、组成细胞的元素
1.生物界与非生物界的统一性和差异性
(1)

(2)差异性:细胞与非生物相比,各种_____的相对含量大不相
同。
化学元素
无机自然界
元素
2.元素的种类和含量
(1)种类:

(2)含量:
①占人体细胞鲜重最多的元素是__。
②占人体细胞干重最多的元素是__。
C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo
C
O
二、组成细胞的化合物
1.种类

2.含量
(1)细胞中含量最多的化合物:___。
(2)细胞中含量最多的有机物:_______。
无机盐
糖类
蛋白质
水
蛋白质
三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1.原理
生物组织中某些有机化合物能与某些化学试剂产生特定的____
反应。
2.鉴定方法(连线)
颜色
【思考辨析】
1.判断正误
(1)Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等是组成细胞的微量元
素。( )
【分析】Ca、Mg是大量元素。
(2)组成细胞的元素都以化合物形式存在。( )
【分析】组成细胞的元素大多以化合物形式存在。
(3)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。( )
(4)还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下发生紫色反应。( )
【分析】还原糖与斐林试剂在加热条件下产生砖红色沉淀。
×
×
√
×
2.问题思考
(1)微量元素在人体中含量极少,是否可有可无?请举例说明。
提示：不是,微量元素虽含量少,但作用非常重要。例如,人缺Fe会患缺铁性贫血。
(2)甘蔗的含糖量较高,能否用斐林试剂检测?
提示：不能,因为甘蔗中的主要成分是蔗糖,蔗糖是非还原糖。
一、组成细胞的元素和化合物
1.组成细胞的元素的种类和含量

(1)大量元素和微量元素划分的依据是含量的多少,而不是生理作用。
(2)生物体内含有的元素不一定是生物体所必需的元素,如Pb。
(3)主要元素占人体细胞鲜重比例是O>C>H>N>P>S,而占人体细胞干重比例是C>O>N>H>P>S。
2.生物界与非生物界的统一性和差异性
3.组成细胞元素的主要作用
(1)维持生命活动:如K+可保持心肌正常兴奋性,硼(B)可促进花粉的萌发和花粉管的伸长。
(2)组成化合物:如糖类、脂质和蛋白质中都含有C、H、O等元素。
【学而后思】
(1)组成生物体的元素追根溯源来自无机环境,为什么细胞内各种元素的比例与无机环境大不相同?
提示：生物体是按照生命活动的需要,有选择地从无机自然界中获取元素的。
(2)为什么占人体细胞鲜重最多的元素是O,而占干重最多的是C?
提示：在鲜重情况下,组成细胞最多的化合物是H2O,而干重情况下所含的成分主要是有机物。
【典例训练1】下图1是人体细胞中化合物含量的扇形图,图2是有活性的人体细胞中元素含量的柱形图,下列说法不正确的是
　(　　)
A.若图1表示细胞鲜重,则A、B化合物依次是H2O、蛋白质
B.若图2表示组成人体细胞的元素含量(占细胞鲜重的百分比),则a、b、c依次是O、C、H
C.地壳与活细胞中含量最多的元素都是a,因此说明生物界与非生物界具有统一性
D.若图1表示细胞完全脱水后的化合物含量,则A化合物是蛋白质
【解题关键】解答本题的关键是明确组成细胞的化学元素的含量及生物界与非生物界的统一性和差异性。
【解析】选C。占细胞鲜重最多的化合物是H2O,其次是蛋白质,选项A正确;占细胞鲜重最多的元素是O,其次是C、H等,选项B正确;生物界与非生物界的统一性体现在元素的种类上,而不是含量上,选项C错误;占细胞干重最多的化合物是蛋白质,选项D正确。
【互动探究】若图2表示组成人体细胞的主要元素占细胞干重的百分比,则a、b、c依次是哪些元素?
提示：C、O、N。
【方法规律】大量元素与微量元素的记忆技巧
(1)大量元素的记忆口诀:洋(O)人(P)探(C)亲(H),丹(N)留(S)人(P)盖(Ca)镁(Mg)家(K)。
(2)微量元素记忆口诀:铁(Fe)锰(Mn)碰(B)新(Zn)木(Mo)桶(Cu)。
【变式训练】C、H、N这三种化学元素在组成人体的化学成分中,质量分数共占73%(占细胞干重)左右,而这三种元素在岩石圈中,其质量分数还不到1%。这个事实说明　(　　)
A.生物界与非生物界具有统一性
B.生物界与非生物界具有差异性
C.元素在自然界中都可以找到
D.生物界具有特殊性
【解析】选B。组成生物体的元素都是生物有选择地从无机自然界获取的,因此,组成细胞的化学元素在无机自然界中都能找到,这说明生物界和非生物界具有统一性。但组成生物体和非生物体的化学元素的种类和含量又有所不同,这说明生物界和非生物界又具有差异性,本题强调的是元素含量的不同。
二、生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的检测
1.实验材料的选取
(1)选取原则:
①材料本身应无色或白色,以避免对实验结果产生干扰。
②富含还原糖、脂肪或蛋白质等相关物质,以使实验现象明显。
(2)材料处理:研磨→过滤→组织样液
2.实验原理
还原糖 +斐林试剂 砖红色沉淀
(葡萄糖、果糖、麦芽糖)
(2)淀粉+碘液 蓝色
苏丹Ⅲ染液 橘黄色
苏丹Ⅳ染液 红色
(4)蛋白质+双缩脲试剂 紫色
(3)脂肪+
3.实验流程
(1)还原糖的检测和观察：
　

(制浆→一层纱布过滤→取液)
　

　

组织样液中含有还原糖
选材
还原糖含量较高、白色或近于白色的植物组织
制备组织样液
显色反应
结论
(2)淀粉的检测和观察:
马铃薯匀浆
　

　


马铃薯匀浆样液中含有淀粉
取材
检测
结论
(3)脂肪的检测和观察:
方法一:花生种子匀浆+3滴苏丹Ⅲ染液→橘黄色
方法二:
花生种子(浸泡过的),将子叶削成薄片
①取最理想的花生子叶薄片
②染色：在薄片上滴2～3滴苏丹Ⅲ染液，染色3 min
③去浮色：用体积分数为50%的酒精溶液
④制成临时装片
取材
制片
在低倍显微镜下找到已着色的圆形小颗粒,然后换高倍
显微镜观察
　
花生种子中含有脂肪
观察
结论
(4)蛋白质的检测和观察：
大豆组织研磨液或蛋清稀释液

组织样液中含有蛋白质
选材与制备
显色反应
结论
4.斐林试剂与双缩脲试剂的比较
【警示钟】
有机化合物鉴定中有关试剂的几个误区
(1)易写错别字提示：“斐林试剂”中的“斐”不可错写为“翡”,双缩脲试剂中的“脲”不可错写为“尿”。
(2)斐林试剂只能检测具有还原性的糖类,而一些非还原性的糖类,如蔗糖、淀粉等,无法用斐林试剂进行检测。
(3)一切蛋白质或二肽以上的多肽都能与双缩脲试剂发生反应,但与双缩脲试剂发生反应的物质不一定都是蛋白质或多肽。
【学而后思】
(1)若要用斐林试剂检测蛋白质,应如何处理?
提示：将斐林试剂的乙液CuSO4溶液稀释为0.01 g/mL。
(2)检测生物组织中有机物的实验中,需加热操作的实验有哪些?需使用显微镜观察的实验有哪些?
提示：需加热的实验有检测生物组织中的还原糖;需使用显微镜观察的实验有检测生物组织中的脂肪。
【典例训练2】(2012·广东高考)分析下表,可推测　(　　)

注:“+”显色,“++”显色更深;“-”不显色
A.甲溶液含有淀粉　　　　 B.乙溶液含有还原糖
C.混合溶液不含淀粉 D.混合溶液含有淀粉酶
【解题关键】解答本题的思路为:
甲+双缩脲试剂 甲是蛋白质
乙+碘液 乙是淀粉
产生还原糖
甲是淀粉酶
证明
证明
+斐林试剂
【解析】选D。双缩脲试剂、碘液、斐林试剂分别检测蛋白质、淀粉和还原糖。据表可以推测，甲含有蛋白质，乙含有淀粉，甲和乙混合能够产生还原糖，证明甲中含有淀粉酶，将淀粉分解产生还原糖。
【变式训练】生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质三种有机物的检测实验中，以下操作错误的是( )
A.可溶性还原糖的检测，可用酒精灯直接加热产生砖红色沉淀B.只有脂肪的检测需要使用显微镜
C.用双缩脲试剂检测蛋白质不需要加热
D.斐林试剂和双缩脲试剂最好是现配现用
【解析】选A。在还原糖的检测实验中，应用水浴加热，而不能直接用酒精灯加热。脂肪的鉴定需要用显微镜观察脂肪颗粒。
斐林试剂和双缩脲试剂比较类题目
【案例】斐林试剂的甲液是质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液,乙液是质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液。双缩脲试剂的A液是质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液,B液是质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液。某同学在“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”的实验中,产生了一些疑问,在征得老师同意后,他利用课外时间进行了探究。下列是其探究实验的部分操作:
请分析回答下列问题:
(1)该同学试图通过上述实验解决哪两个问题?
①___________________________________________________;
②__________________________________________________。
(2)上述试管中,作为对照的是__________________________。
(3)要使上述试管中的溶液发生显色反应,还必须做_________处理。
(4)要提高该实验结果的可信度,还应该__________________。
【审题——抓准信息·快速推断】
【答题——规范答案·警示失误】
(1)①斐林试剂的甲液和乙液是否必须混合后才能加入组织样液中(或答加入斐林试剂甲液和乙液的顺序是否可以改变)
②双缩脲试剂是否可用于可溶性还原糖的鉴定
错答：只答一条。
错因：分析不全面，顾及前5支试管的异同忽略第6支试管,或看到6号试管与前面5支试管的区别,忽略前5支试管之间的差别。
(2)1号试管
(3)加热(或答水浴加热)
(4)在相同的条件下重复该实验
1.(基础理论辨析题)下列说法与组成细胞的元素相符的有
(　　);与组成细胞的化合物相符的有(　　)
A.C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg属于大量元素
B.组成生物体的元素在种类上具有统一性,在含量上具有差异性
C.人体细胞中含量最多的化合物是水
D.蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应
E.细胞中元素的主要功能之一是组成化合物
F.葡萄糖、麦芽糖都是还原糖,能与斐林试剂水浴加热条件下反应生成砖红色沉淀
【解析】选A、B、E;C、D、F。C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg属于大量元素;统一性表现在元素的种类上,差异性表现在元素的含量上;细胞中的元素主要以化合物的形式存在;组成活的正常细胞的化合物中含量最多的是水;蛋白质与双缩脲试剂能发生紫色反应;葡萄糖、果糖和麦芽糖都是还原糖。
2.(2013·长沙高一检测)牛通过吃草获得化合物和元素,那么,牛和草体内的各种化学元素　(　　)
A.种类差异很大,含量大体相同
B.种类和含量差异都很大
C.种类和含量都是大体相同的
D.种类大体相同,含量差异很大
【解析】选D。不同生物体的细胞内元素种类大体相同,含量相差较大。
3.肌肉非常发达的人,其体内肌肉细胞含量最多的化合物是
　(　　)
A.糖类　　　B.水　　　　C.脂类　　　D.肌肉蛋白
【解析】选B。细胞内含量最多的化合物是水,含量最多的有机化合物是蛋白质,该种关系适用于所有活的正常的细胞。肌肉非常发达的人的肌肉蛋白要多于其他人,但相对于自身的化合物来说,仍然是肌肉蛋白的含量少于水的含量。
4.(2013·兖州高一检测)如图是由4个椭圆所构成的元素概念的关系图,其中④为最大椭圆,③②①依次减小。试判断符合这种关系的是　(　　)

A.①大量元素、②主要元素、③基本元素、④最基本元素
B.①基本元素、②最基本元素、③大量元素、④主要元素
C.①最基本元素、②基本元素、③主要元素、④大量元素
D.①主要元素、②大量元素、③最基本元素、④基本元素
【解析】选C。大量元素通常有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg,其中C、H、O、N、P、S为主要元素,而C、H、O、N为基本元素,C为最基本的元素。
5.下列关于实验操作步骤的叙述中,正确的是　(　　)
A.用于鉴定可溶性还原糖的斐林试剂甲液和乙液,在改变操作方法后也可用于蛋白质的鉴定
B.脂肪的鉴定需要用显微镜才能看到花生子叶切片上被染成橘黄色的脂肪颗粒
C.鉴定可溶性还原糖时,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液和B液要混合均匀后,再加入含样品的试管中,且必须现配现用
【解析】选B。检测可溶性还原糖的斐林试剂与检测蛋白质的双缩脲试剂除了使用方法上的区别外,还有组成物质浓度上的区别,A项错误;脂肪鉴定若用切片法则必须用显微镜观察,才能看到染色的脂肪颗粒,B项正确;斐林试剂要先等量混合均匀后再加入到含样品的试管中,双缩脲试剂要先加A液1 mL到含样品的试管中,摇匀,再加B液4滴到含样品的试管中,摇匀,C、D项错误。
6.在欧美,洋葱被誉为“蔬菜皇后”。对西方人来说“一日不见洋葱,整天情绪不佳”。医学研究表明,洋葱营养价值极高,其肥大的鳞片叶中含糖约8.5%,每100克鳞片叶含维生素C 9.3毫克、钙40毫克、磷50毫克、铁8毫克以及18种氨基酸,是不可多得的保健食品。洋葱肥大的鳞片叶中所含的糖是淀粉,还是可溶性还原糖,或者二者均含有?某生物学兴趣小组的同学以此作为研究课题。请你帮忙完成下面的实验研究报告。
(1)实验目的:探究洋葱肥大的鳞片叶中所含的糖是淀粉,还是可溶性还原糖,或者二者均含有。
(2)实验原理:淀粉可用　　　　来检测,可溶性还原糖可用
　　　　试剂来检测。
(3)实验器材:洋葱,所需试剂和仪器等(略)。
(4)实验步骤:
①制备洋葱组织样液,取A、B两支试管,各加入2 mL组织样液。
②往A试管中加入　　　　　　　　　,摇匀,放入盛有50℃～65℃温水的大烧杯中加热约2 min。观察试管中的颜色变化。
③往B试管中加入　　　　,观察试管中的颜色变化。
(5)可能出现的实验现象及分析:
①若观察到A试管有砖红色沉淀,B试管没有蓝色出现,说明
____________________________________________________。
②__________________________________________________,
说明洋葱肥大的鳞片叶中所含的糖没有可溶性还原糖而只含淀粉。
③__________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
【解析】淀粉可用碘液来检测,还原糖可以用斐林试剂水浴加热是否有砖红色沉淀生成来鉴定;欲鉴定洋葱肥大的鳞片叶所含的糖类的种类,可取含等量洋葱组织样液的A、B两支试管,然后分别加入斐林试剂(并水浴加热)和碘液用来检测是否存在还原糖、淀粉。如果A试管有砖红色沉淀,B试管没有蓝色出现,则洋葱只有可溶性还原糖而不含淀粉;如果A试管无砖红色沉淀,B试管有蓝色出现,则洋葱只有淀粉而不含可溶性还原糖;如果A试管有砖红色沉淀,B试管有蓝色出现,则洋葱有可溶性还原糖和淀粉。
答案：(2)碘液　斐林
(4)②1 mL现配的斐林试剂　③2滴碘液
(5)①洋葱肥大的鳞片叶中所含的糖只有可溶性还原糖而不含淀粉
②若观察到A试管无砖红色沉淀,B试管有蓝色出现
③若观察到A试管有砖红色沉淀,B试管有蓝色出现,说明洋葱肥大的鳞片叶中所含的糖既有可溶性还原糖又有淀粉