高中生物-第一节-细胞中的原子和分子知识导航-苏教版.doc

第二章 细胞的化学组成
第一节 细胞中的原子和分子
思维激活
我们知道，我们的身体都是由元素组成的，而我们吃的食物也都是由元素组成的，那么这两部分元素相同吗?它们之间能交流吗?你再想一下，如果能交流，又是以何种形式交流的呢?这说明了什么生物思想?

人体和玉米细胞中元素的含量比较
提示:
(1)这两部分元素基本上是相同的。(2)这两部分元素是能够交流的，它们的交流主要以化合物的形式进行的。(3)这说明了生物界和非生物界在物质组成上具有统一性。
自主整理
1.组成细胞的元素和原子
（1）元素：组成细胞的原子和分子在组成生物体的元素中，碳、氢、氧、氮、磷、钙等元素占全部元素的98%。不同生物体内所含的元素种类基本相同，但是每种元素的含量却有多有少。
（2）原子：原子是物质的基本单位，它由原子核和核外电子构成，原子核一般由中子和质子构成，每一种元素的原子核中都带有固定数量的质子。在一个正常的原子中，核内质子数与核外电子数相等，因此，整体上看原子是呈电中性的。
2.组成细胞的分子
分子是保持物质化学性质的一种微粒，分子一般是由两个或两个以上的原子构成。化合物的化学组成通常以化学式表示。
3．细胞中的水分子
（1）水分子的含量：在活细胞中，水是含量最多的物质，约占细胞总质量的60%—90%。
（2）水分子的存在形式：水以结合水和自由水两种方式存在于细胞中。在代谢旺盛的细胞中，自由水的含量一般较多；休眠的种子、越冬的植物、生活在干旱和盐渍条件下的植物，体内结合水的含量相对增多，使植物的抗逆性增强，以适应不良的环境条件。
（3）水分子的功能：自由水是良好的溶剂，许多生命活动需要的离子、分子都溶解于其中；细胞中几乎所有的生物化学反应都是以水为介质或水直接作为反应物参与的；各种物质只有溶解在水中，才能被吸收和运输；而细胞的代谢废物的排出体外也要借助于水。自由水参与细胞中的各种代谢活动，结合水是组成细胞结构的重要成分。
（4）水的特性：水具有比较大的比热和汽化热等特性，使得水成为生物体的温度调节剂。
4．细胞中的无机盐
（1）含量：在活细胞中，无机盐约占细胞总质量的1.5%。
（2）存在形式：细胞中的无机盐常以离子的形式存在。
（3）功能：构成细胞的复杂化合物；参与细胞的各项生命活动。
高手笔记
1.组成生物体的化学元素种类基本相同，含量有差异。
2.组成生物体的化学元素在无机自然界都能找到，但是含量差异很大，体现了生物界和非生物界的统一性和差异性。
3.相对原子质量等于原子核的质子数和中子数之和。
4.水在活细胞中含量是最多的。
名师解惑
1.原子是怎样通过化学键形成分子的？
剖析：原子之间主要通过化学键相互作用，主要包括离子键、共价键和氢键三种形式。
离子键 一个原子获得电子或失去电子后变成带电荷的粒子，称为离子。最外层具有1、2、3个电子的原子，有失去这些电子的倾向。失去电子后，核内带正电荷的质子多于核外的电子数，结果这些原子带正电荷（阳离子）。最外层具有5、6、7个电子的原子，有从其他原子获得电子的倾向，获取电子后，这些原子带负电荷（阴离子）。当一个原子将电子给予另一个原子，二者之间靠阴、阳离子的静电作用而形成的化学键叫做离子键。如NaCl中的Na失去一个电子（Na+），Cl夺取一个电子（Cl—），Na+与Cl—离子之间由于正、负电荷的相互作用而形成离子键。
共价键 通过原子之间共用电子对形成的化学键叫共价键。如一个氢气分子（H2）是由两个氢原子结合在一起形成的。当两个氢原子接近时，每个原子的电子都受到对方原子核的吸引，这时每个电子实际上受到两个核的正电荷的吸引，即两个原子共用他们之间的一对电子。每个氢原子都使用对方原子的1个电子，使自己的电子层填满而具有稳定的结构。
氢键 当氢原子与氧原子或氮原子以共价键结合时，氢原子呈部分正电荷。这种氢原子往往与其他带有部分负电荷的氧原子或氮原子间相互吸引而形成氢键。氢键可形成于不同分子之间，也可形成于同一分子（大分子）之内。氢键属于一种弱键，易于形成，易于断裂，并有特定的键长与键角，在决定大分子的三维结构上起着重要作用，是生命系统中十分重要的键。
2.下图是水分子的结构示意图，如何理解水在生物体中的重要生理作用？

剖析：水由一个氧原子和两个氢原子以共价键形成“V”结构。氧原子除用两个电子分别同两个氢原子的电子配对形成两个共价键外，氧的最外层的另四个电子形成两对未成键的孤对电子。成键后的氢原子因其共用电子对偏向于电负性较强的氧原子一方，故水分子氧端带部分负电荷，氢端带部分正电荷，所以水分子是极性分子。由于水分子的极性，使水成为一种具有多种用途的溶剂。在生物体内，大部分无机物和一些有机物都能溶于水。水是物质扩散的介质，也是酶活动的介质。细胞内的各种代谢过程，如营养物质的吸收、代谢废物的排出以及所有的生化反应等，都必须在水溶液中进行。
结合水是吸附和结合在有机固体物质上的水，主要依靠氢键与蛋白质的极性基相结合形成亲水胶体。多糖、磷脂也以亲水胶体形式存在。这部分水不能蒸发、不能离析，失去了流动性和溶解性，是生物体的构成物。
3.如何理解组成生物体的化学元素的分类、地位、作用？
剖析：见下图：

4.如何理解生物界与非生物界的统一性和差异性？
剖析：组成生物体的20多种化学元素具有非常重要的作用，那么这些化学元素是从哪里来的呢？我们知道生物体时刻在与外界发生生物交换，生物体只有不断地从外界环境吸收自身所需的营养物质，并同化成自身的组成物质，才能不断由小到大，表现出生命现象，这就说明生物体的组成元素是从无机环境中吸收来的。从另一方面来分析，组成生物体的20多种化学元素，在无机自然界都能找到，没有一种是生物界所特有的。这个事实说明：生物界和非生物界具有统一性。
但各种组成元素在细胞中所占的百分含量比例与非生物界——无机自然界中所占的比例有着很大的差别。如组成细胞的主要元素与地壳中所含元素的百分比有着明显的区别(见下表)。上述事实说明：生物界与非生物界又具有差异性。
元素及含量
C
H
O
N
P
S
地壳(%)
0.087
0.76
48.6
0.03
0.118
0.052
细胞(%)
18
10
65
3
1.4
0.3
讲练互动
【例题1】生活在沙漠中的仙人掌和生活在海洋中的鲨鱼，组成它们的元素是（ ）
A.完全相同 B.完全不同 C.大体相同 D.无法确定
解析：组成生物体的元素包括大量元素和微量元素，大量元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg，微量元素包括Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni等。
答案：C
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组成生物体的元素种类基本相同，但是含量不同。
变式训练
1．牛通过吃草，从草中获得化合物和元素，那么，牛和草在化学元素的种类以及相同化学元素的含量上分别是（ ）
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 D.种类大体相同，含量差异很大
解析：不同生物所含化学元素的种类基本相同，但是含量有差异。
答案：D
【例题2】下列关于原子和分子的说法中，错误的是（ ）
A.原子和分子都是保持物质化学性质的一种微粒
B.原子之间一般通过化学键形成分子
C.分子都是由两个或两个以上的原子构成的
D.原子和分子共同组成生命的物质基础
解析：分子一般是由两个或两个以上的原子构成的，但除稀有气体和单质金属等以单原子状态存在的分子以外。
答案：C
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注重基本概念的识记和理解是提高生物科学素养的基础。理解生物科学的基本概念、原理和规律，不仅要知道它们的含义，还要知道它们之间的前因后果以及相关知识的内在联系。本题主要考查有关原子、分子的一些基本概念，只要搞清了它们之间的区别和内在联系，这类问题就迎刃而解。
变式训练
2．下列关于原子和分子的说法中，正确的是（ ）
A.物质的基本单位是原子而非分子 B.组成生命的物质基础是分子而非原子
C.分子必须由两个以上的原子构成 D.原子之间一般通过离子键形成分子
解析：组成物质的基本单位是原子而不是分子，分子可以由两个以上的原子构成，也可以由原子构成单质。原子之间可以通过共价键连接，也可以通过离子键连接。
答案：A
【例题3】在组成生物体的元素中，根据含量的多少，可分为大量元素和微量元素，其中微量元素在生物体的生命活动中的作用，是否可以忽略？请根据下表来回答。
一项“硒与克山病发病相关性”研究的记录
组别
不补硒组
补硒组
年度
1974
1975
1974
1975
观察人数
3 985
5 445
4 510
6 767
发病人数
54
52
10
7
解析：从上表可知，人体缺硒，就会引发克山病，而一旦给予补充，此病症即可以解除，说明硒是人体内的必需元素，虽然正常情况下在人体内含量很少，却是维持正常生命活动不可缺少的，更不能由其他元素代替。
答案：微量元素虽然在生物体中的含量很少，但对于生物体完成各项生命活动来说是不可缺少的，不可以忽略。
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善于分析书本中的表格和图解，从中获得的知识可以帮助我们更好地理解书本的知识点，同时也提高自己分析问题的能力。在分析表格时，常用的方法是比较法。
变式训练
3．微量元素在生物体内虽然很少，却是维持正常生命活动不可缺少的，可以通过下面哪一实例得到证明（ ）
A.Mg是叶绿素的组成成分 B.油菜缺少B时只开花不结果
C.动物血液Ca盐含量太低时会抽搐 D.缺P会影响ATP的合成
答案：B
体验探究
【问题】华北某地区经常出现苹果小叶病，有人认为是土壤缺锌引起的，有人认为是土壤缺镁引起的。现有如下材料，请你完成下列实验，证实上面的猜测哪个正确。
材料用具：三株长势相同的苹果幼苗、蒸馏水、含有植物必需元素的各种化合物。
实验原理：任何一种必需元素在植物体内都有一定的作用，一旦缺乏，就会表现出相应的症状，根据全素培养液和相应缺锌、缺镁的培养对苹果生长发育的比较，判断小叶病的病因。
导思:要研究某种元素是否是植物的必需元素，应该设计对照实验，实验应该设计全素培养液和缺素培养液进行对照，实验还应该遵循单一变量原则、对照原则、平行重复原则和等量原则。
探究:（1）首先配制全素培养液和相应的缺锌培养液和缺镁培养液，分别放入三个培养缸并编号为A、B、C。
（2）将三株长势相同的幼苗分别栽培在上述三种培养液中。
（3）放在适宜的条件下培养一段时间，观察苹果幼苗的生长发育状况。
结果预测和分析：
（1）A缸内的苹果幼苗正常生长。
（2）若B缸内苹果幼苗表现出小叶病，而C缸没有，则说明苹果小叶病是由缺锌引起的；若C缸内苹果幼苗表现出小叶病，而B缸没有，则说明苹果小叶病是由缺镁引起的；若B、C两缸内的幼苗都表现为小叶病，则说明苹果小叶病与缺镁和缺锌有关；若B、C两缸内幼苗都不表现为小叶病，则说明苹果小叶病与缺镁和缺锌无关。

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用心 爱心 专心