一、组成细胞的元素
细胞中常见的化学元素有20多种，是生物体有选择地从无机自然界中获取的。
1．元素的分类
(1)按元素在生物体内的含量可分为
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)按元素在生物体内的作用可分为
①最基本的元素：C。
②主要元素：如C、H、O、N、P、S。
2．元素的含量特点
(1)占细胞鲜重最多的元素是O。
(2)占细胞干重最多的元素是C。
(3)细胞中含量最多的四种元素是C、H、O、N。
3．元素的存在形式
大多以化合物的形式存在。
[互动探究] 为什么碳是最基本的元素？
[提示] 碳原子本身的化学性质使它能够通过化学键连接成链或环，从而形成各种生物大分子，使地球上的生命建立在碳元素的基础上。
二、组成细胞的化合物
组成细胞的化合物分为无机化合物和有机化合物，前者中水的含量是最多的，后者中含量最多的是蛋白质。
[互动探究] 组成细胞的化学元素的存在形式有哪些？有机物与无机物在元素组成上有什么区别？
[提示] 组成细 胞的化学元素，绝大多数构成细胞的两种化合物，少数以离子的形式存在，如细胞中的K＋、H2PO－4、HCO－3等。组成有机物的分子中都有碳元素，如糖类、脂质和蛋白质等都含有C、H、O等元素；无机物如水只由 H和O两种元素构成。
要点归纳
1．组成生物体的化学元素种类与 含量
组成生物体的化学元素常见的主要有20多种，其组成、分类及含量如图所示：
其中主要元素：指含量占原生质总量97%以上的元素。[来源:]
大量元素：指含量占生物体总重量的万分之一以上的元素。
微量元素：指生物体生活所必需的，含量虽少但作用非常重要的元素。
2．矿质元素：指除了C、H、O以外，主要由根系从土壤中吸收的元素。
化学元素的存在形式和功能
(1)化学元素的存在形式
化学元素在生物体内的存在形式：组成生物体的各种化学元素，在生物体内主要以无机盐离子或化合态形式存在，生物体获得各种元素的方式主要以主动运输为主。
(2)生物体内化学元素的功能
①生物体的化学元素组成多种多样的化合物，这些化合物和化学元素是生物体生命活动的物质基础。
②化学元素能够影响生物体的生命活动。
感悟拓展
1．组成生物体的化学元素在不同的生物体内种类大体相同；不同的生物体内各种化学元素的含量一般相差很大。
2．元素分类是根据生物体内的含量，而不是生理作用，微量元素虽含量少，但其生理作用却不可替代，如Zn是DN A聚合酶和RNA聚合酶的输助因子，缺Zn将导致DNA复制和RNA合成不能正常进行。
3．碳原子本身的化学性质，使它能够通过化学键连接成链或环，从而形成各种生物大分子，正是由于碳原子在组成生物大分子中的重要作用，科学家才说“碳是生命的核心元素”，“没有碳，就没有生命”，与在生物体内的含量无关。
4．生物体内鲜重最多的元素为O，干重最多的为C，植物因糖类多，蛋白质少，故干重中O较 多，而动物相反，故干重中C、N比例高，且Ca、P等元素因骨骼、牙齿中大量积累而较多。
5．从化合物的元素组成上分析代谢产物
糖类、脂质和蛋白质的组成元素中都有C、H、O，可推知其代谢产物中都 有CO2和H2O；蛋白质中还含N，故其代谢产物中含有尿素。
6．从化合物的元素含量上分析其氧化分解时释放的能量多少：
脂肪分子中氧的含量远少于糖类，而碳和氢的含量则比糖类多，因此等质量的脂肪彻底氧化分解时所消耗的氧气比糖类多，释放的能量也多于糖类。
7．化合物的特殊元素组成在同位素标记法中的应用
噬菌体的蛋白质中含S，而DNA中含P，因此可分别用同位素标记S和P以证明DNA是噬菌体的遗传物质。
8．组成生物体的化学元素的重要作用
(1)组成化合物
①与光合作用有关的含N化合物：叶绿素、ATP、NADP＋、酶等。
9．生物的统一性和差异性
(1)统一性
①从元素角度：组成生物体的各化学元素种类大体相同。
②从分子水平：DNA的空间结构和基本单位相同；共用一套遗传密码。
③从结构角度：除病毒外，生物体都由细胞组成。
④从能量角度：都以ATP为直接能源。
(2)差异性
从元素角度看，组成生物体的各化学元素的含量有很大差异。
典例导悟
例1．组成甲型H1N1病毒、疯牛病病毒和桃树的共有元素是( )
A．C、H、O B． C、H、O、S
C．C、H、O、N D．C、H、O、P
解析 一般地，所有生物的遗传物质都是核酸，都有P元素，但疯牛病病原体的成分仅含有蛋白质，因此上述生命并不都含有P元素，但它们都含有蛋白质，所以共有元素为C、H、O、N。
答案 C
生物界在基本组成上的高度一致性表现在( )
①组成生物体的化学元素基本一致 ②各种生物的核酸都相同 ③构成核酸的碱基都相同 ④各种生物的蛋白质都相同 ⑤构成蛋白质的氨基酸都相同
A．①②④ B．①③⑤
C．②④⑤ D．①②③
答案 B
解析 生命起源于无机环境，构成细胞的几十种元素，没有一种是生命物质所特有的，而生物不断地进化和发展，彼此之间都有着一定的联系。这种联系从物质组成上，表现在组成生物体的化学元素基本一致，组成核酸的碱基是相同的，组成蛋白质的氨基酸都是20种左右。不同的生物之所以不同，是由组成它们的核酸和蛋白质的差异决定的。
自主梳理
1．细胞中的水
(1)存在形式：自由水和结合水。
(2)功能：①是细胞结构的重要组成成分，②是细胞内的良好溶剂，运送营养物质和代谢废物，③参与许 多生物化学反应，④为细胞提供液体环境。
2．细胞中的无机盐
(1)存在形式：绝大多数以离子的形式存在，少部分是细胞内复杂化合物的组成成分。
(2)功能：维持细胞和生物体的生命活动；维持细胞的酸碱平衡等。
要点归纳
1．细胞中的无机物??水
(1)水的含量、分类及生理作用
含量概念生理作用
结合水4.5%与其它物质结合在一起细胞组成成分
自由水95.5%能够自由流动、以游离状态存在良好溶剂运输作用反应场所原料
(2)不同生物含水量特点
①是细胞和生物体中含量最多的物质(如精肉中的水，沙漠植物中的水)。
②含水量：水生>陆生、幼年>成年>老年、代谢旺盛>代谢缓慢、幼嫩细胞>衰老细胞。[来源:]
2．生物体中的无机物??无机盐[
(1)无机盐的含量及存在形式
含量：很少，约占细胞鲜重的1%～1.5%。
存在形式：大多数无机盐以离子的形式存在于细胞中，少数以化合物的形式存在于细胞中。
(2)无机盐的生理作用
①有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成部分。
②有许多种无机盐的离子对于维持生物体的生命活动有重要作用。
③生物体内的无机盐离子，必须保持一定的比例，这对维持细胞内的渗透压和酸碱平衡非常重要，这是生物进行正常生命活动的必要条件。
感悟拓展
1．水的存在形式与器官形态的关系
心肌和血液总的含水量差不多，但心肌呈固态，血液呈液态，原因是二者自由水和结合水的比例不同。
2．水的存在形式与代谢的关系[
若细胞内自由水比例升高，则代谢旺盛，反之代谢缓慢。
3．水的存在形式与抗寒性的关系
秋冬季节，蒸腾作用减弱，吸水减少，结合水相对含量升高，因结合水不易结冰和蒸腾，从而使植物抗寒性加强。
4．水的存在形式与温度的关系
在活细胞内，受温度的影响，自由水 和结合水可相互转化，具体转化如下：
即升高温度时，自由水增多，反之，结合水增多。
5．种子与水的关系
(1)种子晒干时减少的为自由水，但仍能保持生命活性，仍能萌发；试管加热或炒熟则丧失结合水，种子死亡不萌发；种子萌发吸水主要是增多自由水，代谢加强，呼吸作用加快。
(2)不同种子亲水能力不同，大豆(主要含蛋白质)>小麦、玉米、大米(主要含淀粉)>花生(主要含脂肪)。
6．无机盐的生理作用
碳酸钙是骨骼的主要成分；Mg2＋是叶绿素的组成成分，是ATP酶的激活剂；Fe2＋是血红蛋白的组成成分；Cl－是唾液 淀粉酶的激活剂；HCl可以激活胃蛋白酶原；血细胞只有在0.9%的生理盐水中才能维持正常形态和生理功能。
7．注意相应生理作用中的代表实例及其对应关系
碳酸钙中Ca、叶绿素中的Mg、血红蛋白中的F e、甲状腺激素中的I都是生物体组成的代表实例；血钙含量、Zn2＋等主要考 查维持生命活动；Na＋、Cl－考查维持渗透压；HCO－3、H2PO－4等则考查维持酸碱平衡。
典例导悟
例2．英国医生塞达尼?任格在对离体蛙心进行的 实验中发现，用不含钙的生理盐水灌注蛙心，收缩不能维持，用含有少量钙和钾的钠盐溶液灌注时，蛙心可持续跳动数小时。实验说明钙盐( )
A．对维持细胞的形态有着重要作用B．是细胞中某些复杂化合物的重要组成部分
C．为蛙心的持续跳动提供能量 D．对维持生物体的生命活动有重要作用
解析 无机盐的生理功能包括某些化合物的重要组成成分，维护酸碱平衡及维持生物体正常生命活动。从题干信息可看出，钙盐对维持生物体的生命活动有重要作用。
答案 D
构成纤维素、RNA、超氧化物歧化酶(SOD)的化学成分中，共有的化学元素是( )
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 纤维素属于多糖，只含有C、H、O；超氧化物歧化酶属于蛋白质，肯定含有C、H、O、N；RNA属于核酸，含有C、H、O、N、P，所以共有的化学元素是C、H、O。
命题热点1 考查大量元素和微量元素的易错点
【例1】科学家在利用无土栽培法培养一些名贵花卉时，培养液中添加了多种必需化学元素。其配方如下：
离子培养液浓度/mol?L－1
K＋1
Na＋1
Mg2＋0.25
Ca2＋1
NO－3
2
H2PO－4
1
SO2－3
0.25
Zn2＋1
其中花卉根细胞吸收最少的离子是( )
A．Ca2＋ B．SO2－3 C．Zn2＋ D．H2PO－4
答案 C
命题热点2 水的生理作用
【例2】人体中水的含量约占65%，下列选项中能正确说明水对人体重要性的是( )
①水同糖类、脂肪、蛋白质一样为人体提供能量
②没有水人体内大部分化学反应就根本不会发生
③水的比热小，有利于维持体温
④体内营养物质的运输离不开水
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
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