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專題1.2 細胞中的元素和化合物 細胞中的無機物 1．近年高考中，生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)檢測的考查最為突出，多以選擇題的形式直接考查對染色原理、過程及結(jié)果的識記；化合物的元素組成和水、無機鹽的作用多以選擇題的形式，結(jié)合代謝、重要化合物及生產(chǎn)生活實際，考查對水、Na＋、K＋、酶、激素、抗體、色素、核酸等的理解記憶。 2．對本講內(nèi)容的復(fù)習要注意以下幾點： (1)通過比較，識記不同化合物的組成元素，聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)的元素循環(huán)(物質(zhì)循環(huán))理解生物體與無機自然界元素組成的統(tǒng)一性和差異性。 (2)聯(lián)系代謝、抗性和生產(chǎn)實際理解自由水和結(jié)合水的生理作用，通過實例識記無機鹽的作用。 (3)牢記物質(zhì)鑒定的試劑和顯色反應(yīng)，注意不同試劑的使用方法和不同物質(zhì)鑒定的條件。 一、組成細胞的元素和化合物 1．種類 (1)含量： ①大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。 ②微量元素：生物生活必需但需要量卻很少的元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。 (2)作用： ①最基本元素：C。 ②基本元素：C、H、O、N。 2．組成細胞的化合物 (1)種類：水、無機鹽、糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸。 (2)含量： ①鮮重含量最多的化合物：水。 ②鮮重含量最多的有機物蛋白質(zhì)。 ③占細胞干重最多的化合物：蛋白質(zhì)。 二、細胞中的無機物 1．細胞中的水 (1)存在形式：自由水和結(jié)合水。 (2)功能：①結(jié)合水是細胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分。 ②自由水是細胞內(nèi)的良好溶劑；參與細胞內(nèi)的許多生物化學反應(yīng)；為細胞提供液體環(huán)境；運送營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物。 2．細胞中的無機鹽 (1)存在形式：主要以離子形式存在。 (2)功能： ①細胞的重要組成成分； ②維持細胞和生物體的生命活動； ③維持細胞內(nèi)的酸堿平衡。 高頻考點一 元素的種類和功能 例1．一種植物和一種哺乳動物體內(nèi)細胞的某些化學元素含量(占細胞干重的質(zhì)量分數(shù)%)如下表所示，下列有關(guān)敘述正確的是( ) 元素 C H O N P Ca S 植物(%) 43.57 6.24 44.43 1.46 0.20 0.23 0.17 動物(%) 55.99 7.46 14.62 9.33 3.11 4.67 0.78 A．碳元素的含量說明有機物是干重的主要成分 B．這兩種生物體內(nèi)所含的化學元素的種類差異很大 C．N、S含量說明動物組織含蛋白質(zhì)較多，若該動物血鈣高則會發(fā)生肌肉抽搐 D．經(jīng)測定該植物某有機物含C、H、O、N、S，此化合物可能是RNA 答案 A 【變式探究】下圖所示是組成人體細胞的主要元素及其比例。下列相關(guān)敘述中，錯誤的是( ) A．圖中所示為細胞鮮重中元素的比重 B．因為O元素含量最多，所以O(shè)元素是構(gòu)成有機物的最基本元素 C．細胞失去大部分水分后，C元素比例最大 D．圖中含有的元素在非生物界也可以找到 答案 B 解析 題圖中O元素所占比例最大，所以表示細胞鮮重中元素所占的比例，A正確；O元素含量最多是因為細胞中水分含量最多，不能說明O元素是構(gòu)成有機物的最基本元素，B錯誤；細胞失去大部分水分后，C元素比重最大，C正確；圖中含有的元素在非生物界也可以找到，這體現(xiàn)了生物界與非生物界的統(tǒng)一性，D正確。 【感悟提升】 1.三種?？荚? (1)最基本的元素(或核心元素)為“C”(干重最多)。 (2)含量最多的元素為“O”(鮮重最多)。 (3)數(shù)目最多的元素為“H”。 2．生物界與非生物界間及各種生物彼此之間就化學元素“種類”來看具有統(tǒng)一性，就元素“含量”來看卻具有差異性。 3．判斷元素與化合物的四個“明確” 高頻考點二 根據(jù)元素判斷化合物 例2．如圖為不同化學元素組成的化合物示意圖，以下說法不正確的是( ) A．若①為某種具有催化作用的化合物，則①的初步水解產(chǎn)物為多肽，徹底水解產(chǎn)物為氨基酸 B．若②大量積累于人和動物皮下和內(nèi)臟器官周圍，則②為脂肪 C．若③為構(gòu)成細胞膜基本骨架的分子，則③為磷脂 D．若④在低血糖時直接分解以補充血糖，則④可能是肌糖原和肝糖原 答案 D 【變式探究】下列化合物中，含化學元素種類最多的一組是( ) ①胰島素 ②乳糖 ③核苷酸 ④磷脂 ⑤[H] ⑥脂肪 ⑦RNA ⑧抗體 ⑨纖維素 ⑩ATP A．①②⑥⑦⑧ B．④⑤⑥⑧⑨ C．②⑤⑥⑦⑩ D．③④⑤⑦⑩ 答案 D 解析 ①胰島素是蛋白質(zhì)，其組成元素有C、H、O、N、S；②乳糖屬于糖類，其組成元素有C、H、O；③核苷酸是組成核酸的基本組成單位，其組成元素有C、H、O、N、P；④磷脂屬于脂質(zhì)，其組成元素有C、H、O、N、P；⑤[H]組成元素有C、H、O、N、P；⑥脂肪屬于脂質(zhì)，其組成元素有C、H、O；⑦RNA屬于核酸，其組成元素有C、H、O、N、P；⑧抗體是蛋白質(zhì)，其組成元素有C、H、O、N、S；⑨纖維素屬于糖類，其組成元素有C、H、O；⑩ATP組成元素有C、H、O、N、P；所以，選項D中含化學元素種類最多，都有C、H、O、 N、P五種元素。 【感悟提升】1.據(jù)特征元素推測化合物的種類 2．從化合物的元素組成分析代謝終產(chǎn)物：糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)都含有C、H、O，故其代謝終產(chǎn)物都有CO2和H2O；蛋白質(zhì)中還有N，其代謝終產(chǎn)物中還含有尿素。 3．從化合物的元素組成分析氧化分解釋放能量的多少：脂肪的碳、氫比例高于糖類，因此等質(zhì)量的脂肪氧化分解時消耗氧氣和釋放能量都多于糖類。 高頻考點三 水和無機鹽的存在形式與功能 例3．研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥在秋冬受低溫襲擊時，呼吸速率先升高后降低；持續(xù)的冷害使根生長遲緩，吸收能力下降，但細胞內(nèi)可溶性糖的含量有明顯的提高。下列有關(guān)水對生命活動影響的敘述，合理的是( ) A．冷害初期呼吸作用增強，不利于抵御寒冷 B．持續(xù)低溫使線粒體內(nèi)氧化酶活性減弱，影響可溶性糖合成淀粉 C．低溫使細胞內(nèi)結(jié)合水含量降低，自由水含量增加，以適應(yīng)低溫環(huán)境 D．在休眠的植物體內(nèi)自由水與結(jié)合水的比值降低，有利于降低植物的細胞代謝 答案 D 解析 冷害初期呼吸作用增強，產(chǎn)熱增加，有利于抵御寒冷，A不合理；持續(xù)低溫使線粒體內(nèi)氧化酶活性減弱，導(dǎo)致葡萄糖(可溶性還原糖)氧化分解減少，細胞內(nèi)可溶性還原糖含量增加，可溶性糖合成淀粉需要的是淀粉合成酶，而不是線粒體內(nèi)的氧化酶，B不合理；低溫使細胞內(nèi)結(jié)合水含量上升，自由水含量減少，C不合理；休眠的植物體內(nèi)自由水與結(jié)合水的比值降低，代謝減慢，D合理。 【變式探究】下列關(guān)于無機鹽在生物體內(nèi)所起作用的敘述，錯誤的是 ( ) A．合成DNA、RNA、脂肪等物質(zhì)時，都需要磷酸鹽作原料 B．根瘤菌的固氮酶中含有鉬、鐵，說明某些金屬元素可以成為一些復(fù)雜化合物的構(gòu)成元素 C．觀察人的口腔上皮細胞時要用濃度為0.9%的生理鹽水，這說明無機鹽在維持細胞的形態(tài)和功能中有重要作用 D．人缺碘會患大脖子病，是因為碘是合成甲狀腺激素的重要原料 答案 A 解析 脂肪的組成元素只有C、H、O，因此合成時不需要磷酸鹽，A錯誤；固氮酶中含有鉬、鐵，說明某些無機鹽離子參與構(gòu)成細胞中一些復(fù)雜化合物，B正確；0.9%的生理鹽水與細胞內(nèi)液滲透壓相同，細胞的形態(tài)沒有變化，說明無機鹽在維持細胞的形態(tài)和功能中有重要作用，C正確；碘是合成甲狀腺激素的重要原料，D正確。 【感悟提升】 (1)細胞內(nèi)自由水/結(jié)合水比例升高，則代謝旺盛；反之代謝緩慢，如衰老細胞與癌變細胞相比，前者該比例下降，后者該比例升高。 (2)秋冬季節(jié)，蒸騰作用弱，吸水減少，結(jié)合水含量相對升高有利于植物抗寒性提高。 (3)種子晾曬過程中，喪失的主要是自由水，此時細胞仍具活力，種子烘烤過程中可導(dǎo)致結(jié)合水喪失，此時種子喪失活性。 高頻考點四 無機鹽的功能分析及實驗驗證 例4．某農(nóng)場在田間試驗時發(fā)現(xiàn)，小麥產(chǎn)量總是比鄰近的地塊低，技術(shù)員懷疑該農(nóng)田可能缺乏某種元素?，F(xiàn)將該農(nóng)田分成面積相等的5塊樣地，分別編為1～5號進行試驗。除施肥不同外，其他條件相同，結(jié)果如圖所示。分析判斷該農(nóng)田最可能缺乏的元素是( ) A．K B．N C．P D．S 答案 A 【變式探究】無機鹽能維持生物體正常的生命活動。下面列出了若干確定無機鹽X是否是植物必需的實驗方案，其中正確的設(shè)計是( ) ①以土壤為基質(zhì)盆栽，澆缺少無機鹽X的“完全培養(yǎng)液” ②以沙土為基質(zhì)盆栽，澆缺少無機鹽X的“完全培養(yǎng)液” ③只用缺少無機鹽X的“完全培養(yǎng)液”，不用基質(zhì) ④以土壤為基質(zhì)盆栽，澆蒸餾水 ⑤以沙土為基質(zhì)盆栽，澆完全培養(yǎng)液 ⑥不用基質(zhì)，只用完全培養(yǎng)液 ⑦不用基質(zhì)，只用含無機鹽X的培養(yǎng)液 ⑧不用基質(zhì)，只用蒸餾水 A．以③為實驗組，⑥為對照組 B．以④為實驗組，①為對照組 C．以②為實驗組，⑤為對照組 D．以⑦為實驗組，⑧為對照組 答案 A 解析 本實驗的自變量是植物生活的環(huán)境是否含有該無機鹽。植物正常生長需要多種無機鹽，缺少無機鹽或只用含無機鹽X的培養(yǎng)液培養(yǎng)植物，植物均不能正常生長，不能作為對照組；土壤、沙土中都可能含有這種無機鹽，也不能作為對照組。因此對照組應(yīng)該用完全培養(yǎng)液，而實驗組為缺少無機鹽X的“完全培養(yǎng)液”，通過觀察植物的生長狀況來確定實驗結(jié)論。 【感悟提升】探究無機鹽對植物生長的作用 (1)無機鹽吸收的主要方式：主動運輸。 (2)無機鹽生理功能的驗證 ①對照組 植物＋完全培養(yǎng)液→正常生長 ②實驗組 1．[2017全國卷Ⅰ]下列關(guān)于細胞結(jié)構(gòu)與成分的敘述，錯誤的是( ) A．細胞膜的完整性可用臺盼藍染色法進行檢測 B．檢測氨基酸的含量可用雙縮脲試劑進行顯色 C．若要觀察處于細胞分裂中期的染色體可用醋酸洋紅液染色 D．斐林試劑是含有Cu2＋的堿性溶液，可被葡萄糖還原成磚紅色 答案 B 解析 臺盼藍是細胞活性染料，常用于檢測細胞膜的完整性與細胞的存活率，是組織和細胞培養(yǎng)中最常用的細胞活性鑒定染色劑，A正確；雙縮脲試劑的作用原理是Cu2＋在堿性條件下與肽鍵發(fā)生反應(yīng)生成紫色絡(luò)合物，因為氨基酸中沒有肽鍵，故不會與雙縮脲試劑發(fā)生反應(yīng)，也就不能用雙縮脲試劑檢測氨基酸的含量，B錯誤；染色體可被堿性染料染成深色，常用的堿性染料為龍膽紫溶液或醋酸洋紅液，C正確；斐林試劑的甲液是質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的NaOH溶液，乙液是質(zhì)量濃度為0.05 g/mL的CuSO4溶液，應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用，可溶性還原糖中含有的醛基或酮基具有弱還原性，在水浴加熱的條件下可與氫氧化銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)，把Cu2＋還原成磚紅色的Cu2O(氧化亞銅)沉淀，D正確。 2．[2017海南高考]無機鹽對于維持生物體的生命活動具有重要作用。下列相關(guān)敘述錯誤的是( ) A．蔬菜中的草酸不利于機體對食物中鈣的吸收 B．缺鐵會導(dǎo)致哺乳動物血液運輸O2的能力下降 C．和ATP一樣，KH2PO4也能為生物體提供能量 D．植物秸稈燃燒產(chǎn)生的灰燼中含有豐富的無機鹽 答案 C 1.（2016?北京卷.1）將與生物學有關(guān)的內(nèi)容依次填入下圖各框中，其中包含關(guān)系錯誤的選項是 框號 選項 1 2 3 4 5 A 組成細胞的化合物 有機物 無機物 水 無機鹽 B 人體細胞的染色體 常染色體 性染色體 X染色體 Y染色體 C 物質(zhì)跨膜運輸 主動運輸 被動運輸 自由擴散 協(xié)助（易化）擴散 D 有絲分裂 分裂期 分裂間期 染色單體分離 同源染色體分離 【答案】D 【解析】組成細胞的化合物包括無機化合物和有機化合物，其中無機化合物包括水和無機鹽，有機化合物包括糖類、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸；A正確。人為XY型性別決定類型，人體染色體組成包括常染色體和性染色體，其中性染色體包括X染色體和Y染色體；B正確。物質(zhì)跨膜運輸包括主動運輸和被動運輸，其中被動運輸包括自由擴散和協(xié)助擴散；C正確。有絲分裂分為兩個階段：有絲分裂間期和分裂期，有絲分裂過程中沒有同源染色體的分離，但在有絲分裂后期姐妹染色單體分離；D錯誤。答案選D。 2.【2014四川高考】生物體的生命活動離不開水。下列關(guān)于水的敘述，錯誤的是( ) A. 在最基本生命系統(tǒng)中，H2O有自由水和結(jié)合水兩種存在形式 B. 由氨基酸形成多肽鏈時，生成物H2O中的氫來自氨基和羧基 C. 有氧呼吸時，生成物H2O中的氫來自線粒體中丙酮酸的分解 D. H2O在光下分解，產(chǎn)生的[H]將固定的CO2還原成(CH2O) 【解析】細胞中水的存在形式有自由水和結(jié)合水兩種，A正確；氨基酸之間脫水縮合過程中生成物H2O中的氫一個來自—NH2，一個來自—COOH，B正確；有氧呼吸生成物H2O中的氫來自第一階段葡萄糖的分解以及第二階段丙酮酸和水的分解，C錯誤；光反應(yīng)階段，H2O的光解產(chǎn)生的[H]用于暗反應(yīng)C3的還原，D正確。 【答案】C 3.【2014廣東高考】油菜種子成熟過程中部分有機物的變化如下圖所示。將不同成熟階段的種子勻漿后檢測，結(jié)果正確的是( ) 選項 取樣時間 檢測試劑 檢測結(jié)果 A 第10天 斐林試劑 不顯色 B 第20天 雙縮脲試劑 不顯色 C 第30天 蘇丹Ⅲ試劑 橘黃色 D 第40天 碘液 藍色 【解析】本題考查有機物的鑒定及從坐標曲線中獲取信息的能力。第10天有可溶性糖的存在，可溶性糖中的葡萄糖、麥芽糖是還原性糖，用斐林試劑鑒定會有磚紅色沉淀，A項錯誤。細胞中含有蛋白質(zhì)，各種有機物的轉(zhuǎn)化也離不開蛋白質(zhì)類酶的催化，用雙縮脲試劑檢測會產(chǎn)生紫色反應(yīng)，B項錯誤。第30天脂肪含量較高，蘇丹Ⅲ檢測呈橘黃色，C項正確。第40天淀粉含量為0，碘液檢測不顯藍色，D項錯誤。 【答案】C 4.【2013江蘇高考】下列關(guān)于生物體與水分的關(guān)系，敘述正確的是( ) A. 貯藏中的種子不含水分，以保持休眠狀態(tài) B. 水從根系向地上部分的運輸與細胞壁無關(guān) C. 適應(yīng)高滲環(huán)境的動物可排出體內(nèi)多余的鹽 D. 缺水時，動物體的正反饋調(diào)節(jié)能促使機體減少水的散失 【答案】C