一、組成細胞的元素
細胞中常見的化學元素有20多種，是生物體有選擇地從無機自然界中獲取的。
1．元素的分類
(1)按元素在生物體內(nèi)的含量可分為
①大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。
②微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、 Mo等。
(2)按元素在生物體內(nèi)的作用可分為
①最基本的元素：C。
②主要元素：如C、H、O、N、P、S。
2．元素的含量特點
(1)占細胞鮮重最多的元素是O。
(2)占細胞干重最多的元素是C。
(3)細胞中含量最多的四種元素是C、H、O、N。
3．元素的存在形式
大多以化合物的形式存在。
[互動探究] 為什么碳是最基本的元素？
[提示] 碳原子本身的化學性質(zhì)使它能夠通過化學鍵連接成鏈或環(huán)，從而形成各種生物大分子，使地球上的生命建立在碳元素的基礎上。
二、組成細胞的化合物
組成細胞的化合物分為無機化合物和有機化合物，前者中水的含量是最多的，后者中含量最多的是蛋白質(zhì)。
[互動探究] 組成細胞的化學元素的存在形式有哪些？有機物與無機物在元素組成上有什么區(qū)別？
[提示] 組成細 胞的化學元素，絕大多數(shù)構成細胞的兩種化合物，少數(shù)以離子的形式存在，如細胞中的K＋、H2PO－4、HCO－3等。組成有機物的分子中都有碳元素，如糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等都含有C、H、O等元素；無機物如水只由 H和O兩種元素構成。
要點歸納
1．組成生物體的化學元素種類與 含量
組成生物體的化學元素常見的主要有20多種，其組成、分類及含量如圖所示：
其中主要元素：指含量占原生質(zhì)總量97%以上的元素。[來源:]
大量元素：指含量占生物體總重量的萬分之一以上的元素。
微量元素：指生物體生活所必需的，含量雖少但作用非常重要的元素。
2．礦質(zhì)元素：指除了C、H、O以外，主要由根系從土壤中吸收的元素。
化學元素的存在形式和功能
(1)化學元素的存在形式
化學元素在生物體內(nèi)的存在形式：組成生物體的各種化學元素，在生物體內(nèi)主要以無機鹽離子或化合態(tài)形式存在，生物體獲得各種元素的方式主要以主動運輸為主。
(2)生物體內(nèi)化學元素的功能
①生物體的化學元素組成多種多樣的化合物，這些化合物和化學元素是生物體生命活動的物質(zhì)基礎。
②化學元素能夠影響生物體的生命活動。
感悟拓展
1．組成生物體的化學元素在不同的生物體內(nèi)種類大體相同；不同的生物體內(nèi)各種化學元素的含量一般相差很大。
2．元素分類是根據(jù)生物體內(nèi)的含量，而不是生理作用，微量元素雖含量少，但其生理作用卻不可替代，如Zn是DN A聚合酶和RNA聚合酶的輸助因子，缺Zn將導致DNA復制和RNA合成不能正常進行。
3．碳原子本身的化學性質(zhì)，使它能夠通過化學鍵連接成鏈或環(huán)，從而形成各種生物大分子，正是由于碳原子在組成生物大分子中的重要作用，科學家才說“碳是生命的核心元素”，“沒有碳，就沒有生命”，與在生物體內(nèi)的含量無關。
4．生物體內(nèi)鮮重最多的元素為O，干重最多的為C，植物因糖類多，蛋白質(zhì)少，故干重中O較 多，而動物相反，故干重中C、N比例高，且Ca、P等元素因骨骼、牙齒中大量積累而較多。
5．從化合物的元素組成上分析代謝產(chǎn)物
糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的組成元素中都有C、H、O，可推知其代謝產(chǎn)物中都 有CO2和H2O；蛋白質(zhì)中還含N，故其代謝產(chǎn)物中含有尿素。
6．從化合物的元素含量上分析其氧化分解時釋放的能量多少：
脂肪分子中氧的含量遠少于糖類，而碳和氫的含量則比糖類多，因此等質(zhì)量的脂肪徹底氧化分解時所消耗的氧氣比糖類多，釋放的能量也多于糖類。
7．化合物的特殊元素組成在同位素標記法中的應用
噬菌體的蛋白質(zhì)中含S，而DNA中含P，因此可分別用同位素標記S和P以證明DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。
8．組成生物體的化學元素的重要作用
(1)組成化合物
①與光合作用有關的含N化合物：葉綠素、ATP、NADP＋、酶等。
9．生物的統(tǒng)一性和差異性
(1)統(tǒng)一性
①從元素角度：組成生物體的各化學元素種類大體相同。
②從分子水平：DNA的空間結構和基本單位相同；共用一套遺傳密碼。
③從結構角度：除病毒外，生物體都由細胞組成。
④從能量角度：都以ATP為直接能源。
(2)差異性
從元素角度看，組成生物體的各化學元素的含量有很大差異。
典例導悟
例1．組成甲型H1N1病毒、瘋牛病病毒和桃樹的共有元素是( )
A．C、H、O B． C、H、O、S
C．C、H、O、N D．C、H、O、P
解析 一般地，所有生物的遺傳物質(zhì)都是核酸，都有P元素，但瘋牛病病原體的成分僅含有蛋白質(zhì)，因此上述生命并不都含有P元素，但它們都含有蛋白質(zhì)，所以共有元素為C、H、O、N。
答案 C
生物界在基本組成上的高度一致性表現(xiàn)在( )
①組成生物體的化學元素基本一致�、诟鞣N生物的核酸都相同�、蹣嫵珊怂岬膲A基都相同�、芨鞣N生物的蛋白質(zhì)都相同�、輼嫵傻鞍踪|(zhì)的氨基酸都相同
A．①②④ B．①③⑤
C．②④⑤ D．①②③
答案 B
解析 生命起源于無機環(huán)境，構成細胞的幾十種元素，沒有一種是生命物質(zhì)所特有的，而生物不斷地進化和發(fā)展，彼此之間都有著一定的聯(lián)系。這種聯(lián)系從物質(zhì)組成上，表現(xiàn)在組成生物體的化學元素基本一致，組成核酸的堿基是相同的，組成蛋白質(zhì)的氨基酸都是20種左右。不同的生物之所以不同，是由組成它們的核酸和蛋白質(zhì)的差異決定的。
自主梳理
1．細胞中的水
(1)存在形式：自由水和結合水。
(2)功能：①是細胞結構的重要組成成分，②是細胞內(nèi)的良好溶劑，運送營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物，③參與許 多生物化學反應，④為細胞提供液體環(huán)境。
2．細胞中的無機鹽
(1)存在形式：絕大多數(shù)以離子的形式存在，少部分是細胞內(nèi)復雜化合物的組成成分。
(2)功能：維持細胞和生物體的生命活動；維持細胞的酸堿平衡等。
要點歸納
1．細胞中的無機物??水
(1)水的含量、分類及生理作用
含量概念生理作用
結合水4.5%與其它物質(zhì)結合在一起細胞組成成分
自由水95.5%能夠自由流動、以游離狀態(tài)存在良好溶劑運輸作用反應場所原料
(2)不同生物含水量特點
①是細胞和生物體中含量最多的物質(zhì)(如精肉中的水，沙漠植物中的水)。
②含水量：水生>陸生、幼年>成年>老年、代謝旺盛>代謝緩慢、幼嫩細胞>衰老細胞。[來源:]
2．生物體中的無機物??無機鹽[
(1)無機鹽的含量及存在形式
含量：很少，約占細胞鮮重的1%～1.5%。
存在形式：大多數(shù)無機鹽以離子的形式存在于細胞中，少數(shù)以化合物的形式存在于細胞中。
(2)無機鹽的生理作用
①有些無機鹽是細胞內(nèi)某些復雜化合物的重要組成部分。
②有許多種無機鹽的離子對于維持生物體的生命活動有重要作用。
③生物體內(nèi)的無機鹽離子，必須保持一定的比例，這對維持細胞內(nèi)的滲透壓和酸堿平衡非常重要，這是生物進行正常生命活動的必要條件。
感悟拓展
1．水的存在形式與器官形態(tài)的關系
心肌和血液總的含水量差不多，但心肌呈固態(tài)，血液呈液態(tài)，原因是二者自由水和結合水的比例不同。
2．水的存在形式與代謝的關系[
若細胞內(nèi)自由水比例升高，則代謝旺盛，反之代謝緩慢。
3．水的存在形式與抗寒性的關系
秋冬季節(jié)，蒸騰作用減弱，吸水減少，結合水相對含量升高，因結合水不易結冰和蒸騰，從而使植物抗寒性加強。
4．水的存在形式與溫度的關系
在活細胞內(nèi)，受溫度的影響，自由水 和結合水可相互轉(zhuǎn)化，具體轉(zhuǎn)化如下：
即升高溫度時，自由水增多，反之，結合水增多。
5．種子與水的關系
(1)種子曬干時減少的為自由水，但仍能保持生命活性，仍能萌發(fā)；試管加熱或炒熟則喪失結合水，種子死亡不萌發(fā)；種子萌發(fā)吸水主要是增多自由水，代謝加強，呼吸作用加快。
(2)不同種子親水能力不同，大豆(主要含蛋白質(zhì))>小麥、玉米、大米(主要含淀粉)>花生(主要含脂肪)。
6．無機鹽的生理作用
碳酸鈣是骨骼的主要成分；Mg2＋是葉綠素的組成成分，是ATP酶的激活劑；Fe2＋是血紅蛋白的組成成分；Cl－是唾液 淀粉酶的激活劑；HCl可以激活胃蛋白酶原；血細胞只有在0.9%的生理鹽水中才能維持正常形態(tài)和生理功能。
7．注意相應生理作用中的代表實例及其對應關系
碳酸鈣中Ca、葉綠素中的Mg、血紅蛋白中的F e、甲狀腺激素中的I都是生物體組成的代表實例；血鈣含量、Zn2＋等主要考 查維持生命活動；Na＋、Cl－考查維持滲透壓；HCO－3、H2PO－4等則考查維持酸堿平衡。
典例導悟
例2．英國醫(yī)生塞達尼?任格在對離體蛙心進行的 實驗中發(fā)現(xiàn)，用不含鈣的生理鹽水灌注蛙心，收縮不能維持，用含有少量鈣和鉀的鈉鹽溶液灌注時，蛙心可持續(xù)跳動數(shù)小時。實驗說明鈣鹽( )
A．對維持細胞的形態(tài)有著重要作用B．是細胞中某些復雜化合物的重要組成部分
C．為蛙心的持續(xù)跳動提供能量 D．對維持生物體的生命活動有重要作用
解析 無機鹽的生理功能包括某些化合物的重要組成成分，維護酸堿平衡及維持生物體正常生命活動。從題干信息可看出，鈣鹽對維持生物體的生命活動有重要作用。
答案 D
構成纖維素、RNA、超氧化物歧化酶(SOD)的化學成分中，共有的化學元素是( )
A．C、H、O B．C、H、O、N
C．C、H、O、N、P D．C、H、O、N、P、S
答案 A
解析 纖維素屬于多糖，只含有C、H、O；超氧化物歧化酶屬于蛋白質(zhì)，肯定含有C、H、O、N；RNA屬于核酸，含有C、H、O、N、P，所以共有的化學元素是C、H、O。
命題熱點1 考查大量元素和微量元素的易錯點
【例1】科學家在利用無土栽培法培養(yǎng)一些名貴花卉時，培養(yǎng)液中添加了多種必需化學元素。其配方如下：
離子培養(yǎng)液濃度/mol?L－1
K＋1
Na＋1
Mg2＋0.25
Ca2＋1
NO－3
2
H2PO－4
1
SO2－3
0.25
Zn2＋1
其中花卉根細胞吸收最少的離子是( )
A．Ca2＋ B．SO2－3 C．Zn2＋ D．H2PO－4
答案 C
命題熱點2 水的生理作用
【例2】人體中水的含量約占65%，下列選項中能正確說明水對人體重要性的是( )
①水同糖類、脂肪、蛋白質(zhì)一樣為人體提供能量
②沒有水人體內(nèi)大部分化學反應就根本不會發(fā)生
③水的比熱小，有利于維持體溫
④體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的運輸離不開水
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
本文來自：逍遙右腦記憶 http://m.douzifanli.com/gaosan/71701.html
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