# 生物步步高2.细胞中的无机物、糖类和脂质

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## 细胞中的元素和化合物、无机物

- 组成细胞的元素和化合物
- 组成细胞的元素
- 来源：有选择地从无机自然界获取。
- 含量
- 大量元素：**C H O N P S K Ca Mg**
- 微量元素：**Fe Mn B Zn Mo Cu**
- 作用
- 最基本元素：**C**
- 基本元素：**C H O N**(干重、鲜重都最多)
- 存在形式：大多以化合物形式存在。
- 生物界和非生物界在元素种类和含量上的关系
- 种类上的**统一**性：组成生物体的元素在无机自然界都能找到。
- 含量上的**差异**性：组成元素在含量上差异很大。
- 组成细胞的化合物
- 无机物：
- **水**：鲜重含量最多。
- **无机盐**：占 1% ~ 1.5%
- 有机物
- C H O: 糖类
- C H O N(S): 蛋白质，干重含量最多
- C H O N P: 核酸
- C H O(有的含 N P): 脂质
- 正确区分人体细胞鲜重干重中元素和化合物的含量
- 鲜重排序
- 元素：**O>C>H>N**
- 化合物：**水>蛋白质**
- 干重排序
- 元素：**C>O>N>H**
- 化合物：最多的是**蛋白质**
- 人体活细胞中氧含量最多，但**氢**原子数量最多。
- 细胞中的水和无机盐
- 细胞中的水
- 存在形式和功能
- 结合水：细胞结构的重要组成部分。
- 自由水：
- 细胞内的良好溶剂。
- 参与许多**生物化学反应**。
- 为细胞提供**液体环境**。
- 运送营养物质和代谢废物。
- 自由水/结合水与代谢、抗逆性的关系
- 自由水多，结合水少：代谢旺盛，抗逆性差，如癌细胞、萌发种子、分生组织细胞。
- 自由水少，结合水多：代谢弱，抗逆性强，如干种子、越冬植物、细菌芽孢。
- 细胞中的无机盐
- 存在形式：主要是**离子**形式。
- 吸收方式：主要是**主动**运输。
- 作用：
- 组成**复杂化合物**：如 $Mg^{2+}$ 于叶绿素，$Fe^{2+}$ 于血红蛋白。
- 维持细胞和生命体的**生命活动**：
- 哺乳动物血钙过高，则**肌无力**，血钙过低，则**抽搐**。
- 维持细胞和生物体正常的渗透压、酸碱平衡。

病人脱水需要及时补充**水分**和**无机盐**，因此输入**葡萄糖盐水**是常见的治疗方法。

大量出汗会排出过多的无机盐，导致**水盐平衡和酸碱平衡**失调，此时应该多喝**淡盐水**。

### 细胞中的水

- 水

- 调节：抗利尿激素
- 吸收：渗透作用
- 利用：
- 多糖、蛋白质、脂肪、核酸的水解。
- 光反应中水的光解。
- 有氧呼吸第二阶段。
- ATP 的水解。
- 产生：
- 暗反应。
- 有氧呼吸第三阶段。
- 氨基酸脱水缩合。
- 多糖的合成。
- DNA 的复制。
- ADP 形成 ATP.
- 存在形式：自由水(促进代谢)，结合水(增强抗逆)

### 常考无机盐功能归纳整理

- 无机盐
- $\ce{N}$: 蛋白质、ATP、$\ce{NADP+}$、叶绿素、核苷酸等。
- $\ce{P}$: ATP、$\ce{NADP+}$、核苷酸、磷脂等。
- $\ce{Mg^{2+}}$: 叶绿素(与**光**反应有关)
- $\ce{I-}$: 甲状腺激素(幼年时缺乏引发“**呆小症**”)
- $\ce{Cl-}$: 与钠离子共同维持细胞**外**液渗透压。
- $\ce{Fe^{2+}}$: 血红蛋白。
- $\ce{S}$: 甲硫氨酸等组成部分。
- $\ce{Na+}$: 维持细胞外液渗透压，动作电位形成。
- $\ce{K+}$: 维持细胞**内**液渗透压，静息电位的维持和恢复。
- $\ce{Ca^{2+}}$: 调节**肌肉收缩**。
- 验证某种矿质元素的生理功能
- 实验设计
- 对照组：植物 + 完全培养液 = 正常生长
- 实验组：植物 + **只缺X的完全** 培养液
- 正常生长：X 不是必需元素
- 生长不正常：加入 **X** 后生长正常，X 是必需元素。
- 实验成功关键
- 保证实验材料统一性，即材料的种类、生长状况应当一致等。
- 实验组加入 X 的目的是**二次对照**，使实验组前后对照，增强说服力。

判断：和 ATP 一样，$\ce{KH2PO4}$ 也能为生物体提供能量。
错误，无机盐不能提供能量。

植物细胞内，核糖体上合成的含氮有机物是**蛋白质**，细胞核中合成的含氮有机物是**核酸**，叶绿体中含氮的光合色素是**叶绿素**。

## 糖类、脂质的种类和作用

- 细胞中的糖类
- 种类：
- 单糖：不能水解。
- 二糖：可水解为两分子单糖。
- 多糖：可水解为多个单糖。
- 分布：
- 共有：葡萄糖、核糖、脱氧核糖。（全都是**单**糖）
- 植物特有：果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素。
- 动物特有：半乳糖、乳糖、糖原。
- 功能：
- 结构物质：核糖、脱氧核糖、纤维素、几丁质。
- 储能物质：**淀粉**（植物），**糖原**（动物）
- 主要能源物质：**葡萄糖**是主要的能源物质。
- 细胞中的脂质
- 脂肪：
- 元素组成：C H O
- 作用：细胞内良好的**储能**物质，**保温**、**缓冲**和**减压**
- 磷脂：
- 元素组成：**C H O N P**
- 作用：构成**生物膜**的重要成分。
- 固醇：
- 元素组成：**C H O**
- 作用：
- **胆固醇**：构成**动物细胞膜**的重要成分，在人体内参与**血液中的脂质运输**。
- 性激素：促进人和动物的**生殖器官发育**以及**生殖细胞形成**。
- **维生素 D**：促进人和动物肠道对**钙**和**磷**的吸收。

构成淀粉、糖原和纤维素的基本单位都是**葡萄糖分子**，但是**葡萄糖的连接方式**不同。

判断：磷脂是所有细胞必不可少的脂质。
正确。

判断：胆固醇是构成所有细胞膜的重要成分。
错误，注意只有**动物**才有胆固醇。

胆固醇在许多**动物**性食物中含量丰富，饮食中如果过多摄入，会在血管壁上形成沉积，造成**血管堵塞**，危及生命。因此，饮食中要注意限制高胆固醇类食品，如**动物内脏**、**蛋黄**等的过量摄入。

判断：细胞中的糖类物质都是能源物质。
错误，例如纤维素。

乳糖水解产物？
半乳糖和葡萄糖。

淀粉水解的最终产物？
葡萄糖。注意不是氧化分解。

麦芽糖水解产物？
葡萄糖。

蔗糖水解产物？
果糖和葡萄糖。

糖原水解最终产物？
葡萄糖。

纤维素水解最终产物？
葡萄糖。

判断：脂肪酸和磷脂含有的元素种类相同。
错误，磷脂为 C H O N P，脂肪酸只有 C H O.

磷脂分子组成？
甘油、脂肪酸和磷酸。

呼吸熵指物质氧化分解时释放 $\ce{CO_2}$ 与消耗 $\ce{O_2}$ 的比值，糖类的呼吸熵为 1，而脂肪呼吸熵小于 1 的原因是？
脂肪中 C H 元素含量更高，O 含量低，氧化分解时释放的能量更多，需要更多的氧气。

哺乳动物体内含有胆固醇并非有害无益的原因？
胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输。

葡萄糖可以静脉注射进入人体细胞，蔗糖不行的原因？
葡萄糖属于单糖，可以直接进入细胞，因此可以静脉注射。
蔗糖属于二糖，必须经过消化作用分解成两分子单糖后才能进入细胞，因此不能静脉注射。

判断：脂质在哺乳动物精子形成中具有重要作用。
正确。性激素为类固醇，属于脂质。

判断：脂质都能被苏丹 III 染液染成橘黄色。
错误，只有脂肪可以。

- 糖类和脂质主要合成场所
- 糖类：
- 葡萄糖、淀粉：**叶绿体**。
- 纤维素：**高尔基体**。
- 糖原：主要是**肝脏**、**肌肉**。
- 脂质：主要是**内质网**。

| 种子类型 | 非油料作物种子(如小麦) | 油料作物种子(如大豆) |
| ---------- | -------------------------- | ------------------------------ |
| 种子形成时 | 可溶性糖(还原糖)转变为淀粉 | 糖类转为脂肪 |
| 种子萌发时 | 淀粉转变为可溶性糖 | 脂肪转为甘油、脂肪酸再转为糖类 |

非油料作物种子：形成时，**可溶性糖**转变为**淀粉**；萌发时，**淀粉**转变为**可溶性糖**。
油料作物种子：形成时，**糖类**转化为**脂肪**；萌发时，**脂肪**转为甘油、脂肪酸，最终转为**糖类**。

种子萌发时，吸收水分导致**鲜**重增加，非油料作物种子由于只进行细胞呼吸导致干重**减少**，油料作物种子萌发初期干重有所**增加**（因为**脂肪**转化为**糖类**过程中增加了**氧**元素），然后再减少。

哺乳动物成熟红细胞能利用葡萄糖吗？
能，进行无氧呼吸。

判断：脂质中只有磷脂是构成细胞膜的成分。
错误，例如胆固醇。

判断：摄入过多胆固醇会增加动脉硬化风险。
正确。

判断：氨基酸是水溶性小分子，只能在转运蛋白协助下进出细胞。
错误，有些氨基酸可以作为神经递质，通过胞吐的方式运出细胞。

判断：植物没有脂肪。
错误，脂肪存在于动植物细胞的脂肪细胞中。

判断：构成生物体的细胞膜上存在磷脂、脂肪等脂类物质。
错误，存在**磷脂**、**胆固醇**等脂类物质，但不含**脂肪**。

乳糖是还原糖吗？
是。二糖除了蔗糖外都是还原糖。

麦芽糖是还原糖吗？
是。二糖除了蔗糖外都是还原糖。

蔗糖是还原糖吗？
不是。二糖除了蔗糖外都是还原糖。

单糖都是还原糖吗？
正确。

铁是血红蛋白的重要组成部分，这说明无机盐有什么作用？
构成细胞内某些复杂化合物。

某同学踢足球时，随汗液流失了大量的钙盐，可能会发生**抽搐**现象，这说明无机盐有**维持细胞和生物体生命活动**的作用。

淀粉酶将淀粉水解成什么？
葡萄糖和麦芽糖。#TODO# #存疑#

淀粉酶可以水解糖原吗？
可以，淀粉酶是能水解淀粉和糖原的酶的总称。#TODO# #存疑#

## 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

- 检测原理
- 糖类的检测
- 还原糖 + **斐林试剂**，50~65 度**温水浴加热**，产生**砖红色沉淀**。
- 淀粉 + 碘液，溶液呈**蓝色**。
- 脂肪的检测：
- 苏丹 III 染液：**橘黄色**
- 苏丹 IV 染液：**红色**
- 蛋白质检测：蛋白质 + **双缩脲试剂**：**紫**色
- 实验步骤
- 还原糖的检测
- 取材：还原糖含量高、颜色为**白色**或近于**白色**的植物组织。
- 制备组织样液：制浆、纱布过滤、取滤液。
- 颜色反应：加入**刚配置**的斐林试剂，进行**水浴**加热。
- 结论：组织样液中含有可溶性还原糖。
- 脂肪的检测
- 方法一：花生种子匀浆 + 3 滴苏丹 III 染液，产生橘黄色。
- 方法二：
- 取材：花生种子（浸泡），去除种皮，将子叶切成薄片。
- 制片：
- 选取最理想的薄片，进行染色。
- 用**50%酒精溶液**洗去浮色，制成临时装片。
- 观察：在**低**倍镜下寻找到已着色的圆形小颗粒，然后用**高**倍镜观察。
- 结论：花生种子中有脂肪存在。
- 蛋白质检测：
- 选材与制备：蛋清稀释液或豆浆滤液
- 颜色反应：加入双缩脲试剂 **A 液** 1mL，摇匀。再阿如双缩脲试剂 **B 液** 4 滴，摇匀后变成**紫色**。
- 结论：组织样液中含有蛋白质
- 斐林试剂与双缩脲试剂的一同三不同
- 成分相同：都含有 $\ce{NaOH}$ 和 $\ce{CuSO4}$ 两种成分，且 $\ce{NaOH}$ 溶液的质量浓度都为 0.1g/mL
- 原理不同：
- 鉴定还原糖为新制氢氧化铜和还原糖加热发生氧化还原反应，生成 $\ce{Cu_2O}$ 沉淀。
- 鉴定蛋白质时为碱性环境下，铜离子和**肽键**发生反应生成紫色物质。
- 使用方法不同：
- 鉴定还原糖时将甲、乙两液摇匀后立即使用。
- 鉴定蛋白质时先加 A 液 1 mL，摇匀后再加 B 液 4 滴。
- $\ce{CuSO4}$ 浓度不同：
- 斐林试剂中：0.05g/mL
- 双缩脲试剂中：0.01g/mL

斐林试剂成分及浓度？
甲液：$\ce{NaOH}$ 0.1g/mL
乙液：$\ce{CuSO4}$ 0.05g/mL

斐林试剂使用方法？
现配现用，A 液与 B 液混合摇匀后加入待测溶液。

双缩脲试剂成分及浓度？
A 液：$\ce{NaOH}$ 0.1g/mL
B 液：$\ce{CuSO4}$ 0.01g/mL

双缩脲试剂使用方法？
向待测溶液中先加入 A 液 1 mL，摇匀后再加入 4 滴 B 液，摇匀震荡。

斐林试剂现配现用的原因？
斐林试剂很不稳定，容易产生蓝色的 $\ce{Cu(OH)2}$ 沉淀，所以要甲液乙液分别保存，现配现用。

判断：还原糖检测实验中，待测组织样液不含还原糖，加入斐林试剂水浴加热后呈现无色。
错误，呈现浅蓝色，即 $\ce{Cu(OH)2}$ 的颜色。

检测蛋白质时，加入过量的双缩脲试剂 B 液后，没有明显的紫色，可能原因是？
加入 $\ce{CuSO4}$ 过量，碱性溶液中生成大量 $\ce{Cu(OH)2}$ 蓝色絮状沉淀，遮蔽实验中产生的紫色，影响观察。

蛋白质检测中，若用大豆为材料，必须？
提前浸泡。

蛋白质检测中，若用蛋清为材料，必须如何操作？为什么？
稀释，防止黏在试管上不易刷洗。

脂肪检测中加入 1~2 滴 50% 酒精溶液的目的是？原理是？
洗去浮色，苏丹 III 和苏丹 IV 溶液易溶于酒精。

判断：脂肪的检测可以不需要显微镜。
正确，方法一 花生种子匀浆法，直接加入苏丹 III 染液即可显现橘黄色，无需显微镜。

切片法检验脂肪存在时需要用显微镜吗？
需要。

蛋白质检测需要加热吗？
不需要。

还原糖检测需要加热吗？
需要。

还原糖检测中，使用苹果比使用植物叶片好吗？
好。苹果中还原糖含量高。

细胞中绝大部分的水以**游离**的形式存在，可以自由流动，叫自由水。

生物界与非生物界在元素**种类**上具有**统一性**，而在元素**含量**上具有**差异性**。

生物体内主要的能源物质？
糖类。

细胞内良好的储能物质？
脂肪。

植物细胞的主要储能物质？
淀粉。

动物细胞的主要储能物质？
糖原。

脂质包括？
脂肪、磷脂、固醇。

固醇类物质包括？
胆固醇、性激素、维生素 D

判断：$\ce{Mg^{2+}}$ 是类胡萝卜素的必要成分。
错误，是叶绿素的必要成分。

双缩脲试剂检测蛋白质时，检测的结构是什么？
肽键。

台酚蓝染色法检测什么？
细胞死活。死去的细胞的细胞膜失去对台酚蓝的选择透过性，可以被染色。

染色观察染色体，可用什么试剂？
碱性染料醋酸洋红液、龙胆紫溶液、改良苯酚品红染液。

判断：蛋白质与足量蛋白酶混合液中，加入双缩脲试剂，不会发生颜色反应。
错误，蛋白酶的化学本质是蛋白质，也会与双缩脲反应显现紫色。

判断：鉴定蛋白质实验可以用黄豆浆滤液。
正确，可以用蛋清稀释液，也可以用黄豆浆滤液。

判断：鉴定蛋白质实验可以用花生种子研磨液。
错误，花生种子研磨液用于鉴定脂肪。