高中生物 章节知识要点 细胞中的无机物素材 新人教版必修1.doc

［教材优化全析］一、细胞中的水1.水在细胞中的存在形式水是细胞中含量最多的化合物。

水在细胞中有两种存在形式：自由水和结合水。

自由水是细胞中能自由流动以游离形式存在的水。

结合水是细胞中与其他物质结合的水，结合水约占细胞内全部水分的4.5%。

知识拓展：自由水填充在有机固体颗粒之间，可流动、易蒸发，加压可析离，是可以参与物质代谢的水。

如刚收获的鲜小麦在阳光下晒一会儿，大量的自由水很快散失到空气中，这样的种子仍有生命活性，当条件适宜时，它将萌发成幼苗。

全析提示自由水约占细胞水分的95.5%。

结合水是吸附和结合在有机固体物质上的水，是主要依靠氢键与蛋白质的极性基（羧基和氨基）相结合形成的水胶体。

多糖、磷脂也以亲水胶体形式存在。

这部分水不蒸发，不能析离，失去了流动性和溶解性，是生物体的构成物。

结合水必须获得更多的能量脱离某些化合物的结合变成自由水，然后再散失到空气中。

失去结合水的细胞不再具有生命活性。

将晒干的种子放在一洁净的试管中加热，试管壁上出现的小滴主要就是结合水。

失去结合水的种子将不再萌发。

2.水在细胞中的作用。

（1）水是组成生物体细胞的主要成分。

细胞的各种化合物中水占70%。

不同生物体中的含水量也不同，同一生物体的不同组织或器官含水量不同。

思维拓展水分子中氧的一端带负电，氢的一端带正电。

水分子带负电的氧可以与带正电的氨基相结合形成氢键，带正电的氢可以与带负电的羧基相结合形成氢键。

表1 细胞中各种化合物所占比例此表说明构成细胞的各种化合物中水的含量最多。

此表说明生物体的含水量与生物的生活环境密切相关。

此表说明代谢旺盛的组织器官含水量较多。

组织器官的含水量与水的存在形式相关。

分子都溶解在其中；细胞中所有的生物化学反应都是在水中进行的；各种物质只有溶解在水中，才能被细胞吸收并运输；而细胞的代谢废物排出体外也要借助于水。

自由水参与细胞中各种代谢作用，如光合作用、呼吸作用、有机物的合成和分解过程等。

结合水是组成细胞结构的重要成分。

休眠的种子、越冬的植物、生活在干旱和盐渍条件下的植物，体内结合水含量相对增加，使植物抗逆性增强，以适应不良的环境条件。

（3）一般情况下，代谢活跃时，生物体内的含水量较多，含全析提示自由水和结合水之间可以相互转化。

生物体代谢水平与自由水和结合水的相对比例有关。

水量降低，则生命活动不活跃或进入休眠。

当自由水比例增加时，生物体的代谢活跃，生长迅速；而当自由水向结合水转化较多时，代谢就会下降，抗寒、抗热、抗旱的性能提高。

拓展提升：生命活动中的很多分子都是极性分子，易溶于水。

没有极性的分子不溶于水，如磷脂分子，它是生物膜的主要成分，由于它的疏水性，膜才能存在而不被溶解。

一个水分子中带负电的氧与另一个水分子中带正电的氢可以相互吸引形成氢键。

氢键脆弱，容易断裂，也易重新形成，因此水分子总是以不稳定的氢键连成一片。

水的这一特性使水有了较强的内聚力和表面张力。

水分子的极性使它可以和多种极性分子结合，这就是水的附着力。

在活细胞中，水可以附着在纤维素、淀粉和蛋白质等多种分子上，形成结合水。

思维拓展水是良好溶剂与水是极性分子有关。

内聚力可以使水在植物的根、茎、叶的导管中形成连续的水柱，从而可从根部一直升到参天大树的树梢。

水的比热较大。

因此，水吸收或散失一定热量时，温度变化相对较小。

这就使细胞的温度保持相对稳定，从而使生物体的各项生理活动和代谢速率能够保持稳定。

水使植物细胞保持充盈状态，使植物的茎叶舒展挺拔，有利于各种生理活动的顺利进行；生物体内的很多化学反应都是以水为反应原料。

所有的水解反应也都需要水，水能溶解许多化学物质，所以有利于物质在生物体内运输。

全析提示比热是指1 g物质升高1℃需要的热量。

水的蒸发热也比较高，这对生命活动有利。

二、细胞中的无机盐1.细胞中无机盐的存在形式细胞中大多数无机盐以离子形式存在。

如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cl－、-24SO、PO43－、HCO3－等。

少量的无机盐与其他化合物结合。

如Fe是构成血红蛋白和细胞色素的成分，Mg是构成叶绿素的成分，I是构成甲状腺素的成分等。

水是光合作用的原料。

生物体的一切生命活动都离不开水，水是生命的第一要素。

2.无机盐在细胞中的作用（1）无机盐是构成细胞某些复杂化合物的重要组成成分。

如PO43－是合成磷酸、核苷酸等的原料。

（2）无机盐能够维持细胞正常的渗透压、维持细胞内的酸碱平衡、维持细胞的正常形态和功能，对于维持细胞和生物体正常生命活动有重要作用。

拓展提升：1.有些无机盐参与并调节生物体的代谢活动。

有的无机盐离子是酶、激素或维生素的重要成分。

如含锌的酶最多，已知有70多种酶的活动与锌有关；钴是维生素B12的必要成分等。

要点提炼哺乳动物血液中Ca2+过低会出现抽搐等症状。

2.无机盐维持生物体内的平衡。

体内平衡是使细胞能有稳定的结构和功能，它是生物能维持正常的代谢和生理活动的必要条件。

体内平衡中有三个主要方面与无机盐含量的稳定密切相关。

第一，渗透压平衡：细胞内外无机盐的含量是维持原生质渗透压的重要因素。

第二，pH平衡（即酸碱平衡）：pH调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着原生质组成物的所有特性以及在细胞内发生的一切反应。

例如，各种蛋白质对于pH的改变异常敏感，细胞内一定比例的无机盐离子是生物体进行正常生命活动的必需条件。

人体血浆pH降低0.5个单位，立即发生酸中毒。

无机盐离子如HPO42－/H2PO4－和H2CO3/HCO3－等组成重要的缓冲体系来调节并维持pH平衡。

第三，离子平衡：动物细胞内外的Na+/K+/Ca2+的比例是相对稳定的，细胞膜外［Na+］高、［K+］低，细胞膜内则与此相反。

Na+、K+这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差，是使细胞可以保持反应性能的重要条件。

此外，在细胞膜外Na+多、Ca2+少时，神经细胞会失去稳定性，对于外来刺激会过于敏感。

问题解析：提示：人如果饮水过少，尿量就会减少，身体细胞代谢产生的废物不能及时排出，造成中毒。

食物的消化和吸收都需要水参与；植物的光合作用需要水作原料；植物根吸收的水大部分用于蒸腾作用，如果植物吸水过少，而蒸腾作用过强，就会造成植物缺水萎蔫死亡。

思考与讨论问题提示：从叶绿素分子和血红蛋白分子局部结构简图可以看出：Mg是叶绿素的组成元素，Fe是血红蛋白的组成元素。

如果人缺Fe，人体细胞就不能合成血红蛋白，就会造成缺铁性贫血症；如果植物体缺Mg，植物细胞就不能合成叶绿素，植物就不能进行光合作用。

血红蛋白的作用是运输氧。

碘是人体细胞合成甲状腺素的原料，如果某地区饮食中缺碘，甲状腺激素不能合成，甲状腺就会代偿性的增升和肿大，称为大脖子病，又叫地方性甲状腺肿，患者脖子粗大影响正常呼吸。

因此推广食盐加碘的综合防治地方性甲状腺肿的措施，对预防该病非常有效。

不同种类的细胞中各种化合物的种类没有太大的差别，一般都含有水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸这六大类化合物，但不同种类的细胞各种化合物的含量比例差别较大。

（参见前面的表2）技能训练——设计实验问题提示：科学地设计实验方案应注意：1.实验方案要完整。

一个比较完整的实验设计方案，一般包括以下内容：（1）实验题目（2）假设。

即对可见现象提出的一种可检测的解释。

（3）预期。

即在检测一个假设之前，先提出实验的预期结果。

如果预期没有实现，则说明假设不成立；如果预期得到实现，则假设成立。

（4）实验。

根据实验的目的和提出的假设，来具体设计实验的方法步骤。

（5）观察和收集数据。

在实验方案中要事先设计定时观察的内容和观察的次数，同时应按要求进行观察，并将观察到的现象和结果如实记录下来。

有的实验还需要采集数据。

（6）分析。

对实验记录下来的现象、结果、数据进行整理、叶绿素在光合作用中起到吸收、传递和转化光能的作用。

分析。

有的可以用图表表示出来。

（7）推论。

即根据实验事实进行推论，得出结论的过程。

（8）交流。

即写出书面实验报告。

2.在实验的方法步骤设计中，必须遵循对照的原则。

对照常用方法有以下几种。

（1）空白对照：不给对照组任何处理因素。

（2）条件对照：虽然给对照组施以部分实验因素，但不是所有研究的处理因素。

（3）自身对照：对照和实验都在同一研究对象上进行。

（4）相互对照、不单设对照组，而是几个实验组相互对照。

3.在实验中要注意“变量”的控制，一般只确认一个变量，即对实验结果有影响的变量。

实验目的：探究植物生长发育需要镁。

材料、用具：小麦幼苗、完全营养液、缺镁营养液、200 mL 广口瓶两只、量筒等。

实验原理：镁是合成植物叶绿素的重要成分，植物缺镁叶绿素不能合成，植物叶失绿变黄。

实验步骤：（1）取两只广口瓶，编号甲、乙。

完全营养液是含有植物生长发育所需所有元素的溶液。

（2）在甲和乙中分别加入100 mL完全营养液和缺镁营养液。

条件对照。

（3）在甲和乙中分别栽入长势、大小数目相同的小麦幼苗并置于相同的环境条件下培养。

（4）一段时间后，观察甲、乙中小麦幼苗的叶色变化。

实验结果：一段时间后，甲中小麦幼苗的叶色为绿色，乙中小麦幼苗的叶色为黄色。

实验结论：植物生长发育需要镁。

培养时注意不断搅拌营养液，或者不断向营养液中通气。