第 2 课时 组成生物体的化学元素和无机化合物 第 2 课时 组成生物体的化学元素和无机化合物 组成生物体的化学元素的种类和作用 基础梳理 常见种类：主要有 种 20 大量元素： 等 C、H、O、N、S、P、K、Mg、Ca 组成生物体的化学元素 依据含 量分 ：Fe、Mn、B、Zn、Cu、 Mo等 微量元素 种类 最基本元素：  C 依据作用分 基本元素： C、H、O、N 主要元素 ：C、H、O、N、P、S 组成多种多样的化合物： 是血红蛋白成分， 是牙齿、骨骼成分 影响生物体生命活动:缺 影响花粉萌发 Fe 作用 Ca B 生物界与非生物界的差异性：元素在生物体和自然界 中的 差别较大 含量

归纳总结 1.细胞中元素的种类 （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）大量元素和微量元素依含量而分，高于 1/10 000 为 大量元素。 （3）微量元素尽管在生物体内含量少，但它是必需元素。

（4）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。 （5）生物体内鲜重最多的元素为O，干重最多的元素为 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。 2.细胞中元素的作用 （1）组成化合物

与光合作用有关 元素 参与形成的物质及结构 N 蛋白质、ATP、NADP+叶绿素、核苷酸等 P ATP、NADP+、核苷酸、磷脂；动物体内牙齿、骨骼成分 Mg 叶绿素的组成成分 其他元素 S 是甲硫氨酸、半胱氨酸等含硫氨基酸的组成成分；是蛋白质的特征元素。 Fe 动物血红蛋白 1 甲状腺激素等 （2）影响生命活动 ①Ca可调节肌肉收缩和血液凝固，血钙过高会造成肌 无力，血钙过低会引起抽搐。

②K可维持人体细胞内液的渗透压、心肌舒张和保持心肌 合成和运输。 ③B可促进植物花粉的萌发和花管的伸长，植物缺B会造成 “花而不实”。 拓展延伸 1.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。 2.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。

3.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。 4.Na+与K+能参与可兴奋细胞（如肌细胞、腺细胞、神经 细胞等）的兴奋性变化。例如，神经细胞受到刺激之后 膜内外的电位变化；维持人体细胞外液渗透压。 5.Zn是某些酶的组成成分，也是酶的活化中心。例如，在 催化吲哚和丝氨酸合成色氨酸的酶中含有Zn，没有Zn就 不能合成色氨酸。缺Zn会引起苹果、桃等植物的“小叶 症” 和“丛叶症”（叶子变小，节间缩短）。

对应训练 1.（易错题）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+ Mg+ 0.25 Ca2+ NO3- 2 H2PO4- SO32- Zn2+ 其中花卉根细胞吸收最少的离子是 （ ）

解析 根据组成生物体的化学元素在生物体内的含量不 同,分成大量元素和微量元素。大量元素包括C、H、O、 N、P、S、K、Ca、Mg等；微量元素包括Fe、Mn、Cu、 Zn、B、Mo等。由于植物体内含有大量的Ca、S、P等元 素，这些元素只能靠根从培养液中吸取，而培养液能 为花卉提供Ca、S、P的离子分别是Ca2+、SO32-、H2PO4-， 因此花卉对这些离子的吸收量较大。而Zn属于微量元 素，因此花卉对Zn2+的吸收量较少。 2.研究甲状腺功能时应选用的放射性同位素是 （ ） A.14C B.13I C.15N D.90Sr 解析 甲状腺分泌的甲状腺激素能促进生长发育，而甲 状腺激素是酪氨酸的衍生物，酪氨酸含C、H、O、N等元 素，故误选A、C。但是，C、N等元素是所有氨基酸和蛋 白质共有的元素，只有I是甲状腺激素特有的元素。 答案 C B

生物界和非生物界统一性和差异性 归纳总结 生物界与非生物界的统一性和差异性

深化拓展 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 ①DNA的空间结构和基本组成单位相同； ②共用一套遗传密码。 （3）从结构角度：除病毒等少数种类外，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。

对应训练 3.下列有关组成生物体化学元素的论述中,正确的是（ ） A.组成生物体和组成无机自然界的化学元素中，碳元素 的含量最高 B.人、动物与植物所含有的化学元素的种类差异很大 C.组成生物体的化学元素在无机自然界都可以找到 D.不同生物体内各种化学元素的含量比例基本相似 解析 组成生物体的化学元素自然界中都可以找到，没 有一 种是生物界所特有的；组成生物体的化学元素在 生物体内和在无机自然界中的含量相差很大，而且不同 种的生物之间各元素的含量也不相同。 C

4.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 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。 B

组成生物体的无机物——水 基础梳理 1.水的存在形式 （1）自由水：以 形式存在，可以自由流动。 （2）结合水：与细胞内的其他物质 ，约占细胞内 全部水分的 。 2.水的生理作用 （1）结合水：是 的重要组成成分。 （2）自由水 ①是细胞内的 。 ②参与生物体的 。 ③运输 和代谢废物。 ④为细胞提供液体环境。 游离 相结合 4.5% 细胞结构 良好溶剂 化学反应 营养物质

归纳总结 1.水的存在 （1）生态环境中的水：大气、土壤、水体等非生物环境 中都含有水。 （2）生物体内的水 自由水 结合水 ①细胞内的水 多细胞植物的细胞间隙的液体 血浆 ②细胞间的水 多细胞动物内环境 组织液 淋巴

2.生物体内水的作用

3.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。 4.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。 5.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： 自由水 结合水  即升高温度时，自由水增多，反之，结合水增多。

实践联系 1.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。 2.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）。

对应训练 5.（2008年黄冈模拟）水在生物体及细胞的生命活动中具 有非常重要的生理功能,下列有关叙述正确的是 ( ） A.不同种生物细胞的自由水和结合水的比值相同，它们 的代谢强度也相同 B.水分过多与水分过少对生物新陈代谢活动的影响相同 C.线粒体、核糖体、中心体等在其活动中都可以产生水 D.糖类、蛋白质、脂质在其彻底氧化分解过程中都产生 水 解析 自由水与结合水的比值的不同能反映细胞的代谢 活动强弱情况，但这一般是指同种生物同一器官、组织 的细胞，不同种生物细胞的代谢强弱是不能简单地从自 由水与结合水的比值上判断；水分的多与少，对生物新 陈代谢都有影响，但影响的方式、程度是不相同的，对 不同种生物的影响也是不同的；中心体活动不产生水； 三大营养物质氧化分解都有水产生。 D

6. (2008年石家庄质检下)列有关水的叙述中,错误的是 （ ） ①参与运输营养物质和代谢废物的水为自由水 ②生物 体内的化学反应离不开水③水是细胞结构的组成成分 之一④人体细胞内水的存在形式为结合水和自由水 ⑤自由水与结合水的比例与新陈代谢的强弱关系不大 ⑥不同细胞内自由水与结合水的比例相差不大 A.①④⑤ B.①④⑤⑥ C.⑤⑥ D.②③④⑤⑥ 解析 本题综合考查生物体内水分的存在形式、自由水 和结合水的生理作用、不同细胞内水存在的差异性等。 生物体细胞内的水以两种形式存在，即自由水、结合 水。结合水是细胞结构的重要组成成分；自由水在细胞 中以游离形式存在，可以自由流动，是细胞内的良好溶 剂，运输各种营养物质和代谢废物，为生物体内的生化 反应提供介质，许多生化反应必须有水的参与。不同生 活环境、生活状态下的细胞含水量是不同的。细胞内自 由水与结合水比例越大,其新陈代谢越旺盛,反之越弱。 C

组成生物体的无机物——无机物  1.存在形式：主要以 存在。 2.生理功能 （1）细胞内某些 的组成成分。 （2）维持生物体的 。 （3）维持细胞的 。 （4）维持细胞的渗透压。 基础梳理 离子状态 复杂化合物 生命活动 酸碱平衡

归纳总结 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。 误区警示 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Fe、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；HCO3-、 H2PO4-等则考查维持酸碱平衡。

对应训练 7.（2008年潍坊质检）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， 其收缩不能维持；用含有少量钙和钾的生理盐水灌注 时，蛙心可持续跳动数小时。实验说明钙盐和钾盐 （ ） 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。 D

8.某种品牌的乳酸亚铁口服液可以有效治疗人类缺铁性贫 血症，这是因为其中的Fe2+进入人体后能 ( ) A.调节血液的酸碱平衡 B.调节血液的渗透压 C.参与构成红细胞中的血红蛋白 D.促使更多红细胞的产生 解析 在人体内Fe2+是血红蛋白的组成成分。缺少Fe2+会 使血红蛋白不能合成，引起红细胞运输氧的能力降低， 导致机体氧供应不足，这一病症称之为缺铁性贫血。 C

组成生物体的化学元素 例1 细胞中含有N元素的生物大分子是 ( ) B A.核苷酸和糖元 B.胰岛素和核酸 C.氨基酸和胰高血糖素D.血红蛋白和纤维素 解析 生物大分子指的是作为生物体内主要活性成分的分子量上万或更多的有机化合物。常见的生物大分子包括蛋白质、核酸、脂质、糖类。其中，蛋白质如胰岛素和核酸中都含有N元素。

发散类比 生物体内主要化合物的构成元素 糖类——C、H、O；脂质——C、H、O（N、P）；蛋白质——C、H、O、N（S、P）；核酸——C、H、O、N、P；另外，叶绿素中含有N、Mg；甲状腺激素中含有Ⅰ，血红蛋白中含有Fe。 脂肪中C、H元素的含量较糖类高，因此，等质量的脂肪彻底氧化分解所消耗的氧气较多，同时释放的能量产生的 H2O也很。多含有P的有机物：DNA、RNA、ATP、ADP、NADP+（辅酶Ⅱ）、NADPH（还原型辅酶Ⅱ）、磷脂、磷酸肌酸等。

细胞中水的存在形式和功能 植物在冬季来临过程中，随着气温的逐渐降低，体内发生了一系列适应低温的生理生化变化，抗寒力逐渐增强。下图为冬小麦在不同时期含水量和呼吸速率变化关系图。请根据图推断以下有关说法中，错误的是 （ ） 例2

A.冬季来临过程中，自由水明显减少是呼吸速率下降的主要原因 B.结合水与自由水含量的比值，与植物的抗寒性呈现明显的正相关 C.随着气温和土壤温度的下降，根系的吸水量减少，组织的含水量下降 D.随温度的缓慢降低，植物的呼吸作用逐渐减弱，有利于减少有机物的消耗 解析 从横坐标分析，9～12月温度降低，而细胞中含水量 曲线呈逐渐下降趋势。植物吸水的主要动力是蒸腾作用， 随着温度降低，植物的蒸腾作用减弱，使植物体的水分减 少，加上温度降低，使新陈代谢减弱，自由水与结合水的 比例减小，植物的抗逆性增强。但呼吸速率下降的主要原 因是由于温度过低导致酶活性降低。 答案 A

知识拓展 水与其它生理活动的联系 生理过程 相关知识链接 光合作用 作原料，在光反应阶段被分解产生［H］和O2，发生在叶绿体基粒囊体膜上；产物有水，在暗反应阶段的叶绿体基质中产生 有氧呼吸 作原料，在第二阶段提供［H］，第三阶段［H］与O2结合生成水 ATP与ADP转化 在合成酶作用下产生ATP，同时产生水，而ATP在水解酶作用下，需消耗水 与蛋白质、糖元、脂肪、核酸的关系 合成大分子时都伴随水的产生，而大分子变成小分子时都需要水解

1.将菜豆植株的顶端切除后，在切口处涂以生长素，结果 发现，这样可以激活有机物的运输系统，光合作用产物 向涂有生长素的部位积累。科学家由此推测生长素影响 了某种离子的跨膜运输。这种离子最可能是 （ ） A.PO43- B.K+ C.Na+ D.Ca2+ 解析 本题考查各种矿质元素的生理作用,属于识记水 平。K+能促进光合作用产物——有机物的运输。 2.水在生物体内是一种良好的溶剂，是各种化学反应的介 质。下列有关水的说法不正确的是 （ ） A.在有氧呼吸过程中，水既是反应物又是生成物 B.当人体缺水时，血浆渗透压会升高，从而在下丘脑产 生渴觉 C.温度适当升高会使细胞内自由水与结合水的比值上升 D.越冬的植物体内自由水和结合水比值下降 解析 渴觉的中枢在大脑皮层，不在下丘脑。 B B

3.A 4.C 5.微量元素在生物体内虽然很少，却是维持生命活动不可 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.动物血液钙盐含量太低，会抽搐 D.缺N会影响酶的合成 解析 A、C、D选项中所列元素为大量元素，而B属于生 物体内的微量元素。 6.C 7.下图表示一个动物细胞内外不同离子的相对浓度，离子 的浓度差是靠主动运输的方式维持的。由图分析可知进 入 细胞内的物质有 （ ） B

A.K+和Mg2+ B.K+和Na+ C.Na+和Cl- D.Mg2+和Cl- 解析 由图分析可知：细胞外的Na+和Cl-较细胞内要高，表明这两种离子是由细胞内通过主动运输到达细胞外的。而细胞内的K+和Mg2+较细胞外要高，表明这两种离子是由细胞外通过主动运输到达细胞内的。 8.B 答案 A

9.（2008年哈尔滨模拟）下列哪组最可能是叶绿体和染色 体共有的组成元素 （ ） A.C、H、O、N、P B.C、H、O、N 体共有的组成元素 （ ） A.C、H、O、N、P B.C、H、O、N C.C、H、O、N、Mg D.C、H、O、N、P、S、K、Ca 10.D 11.D 12.C 13.B 14.D 15.B 16.（1）氢 水 蛋白质 （2）①自由 呼吸 ②大 ③减少 增多 细胞进行呼吸，消耗有机物，产生许 多代谢中间产物 （3）糖类 细胞壁 （4）蛋白质 含S、核酸含P 17.（2）②放在等量的完全营养液甲中培养 ③小麦幼苗 的生长状况 （3）小麦幼苗不能正常生长 小麦幼 苗 正常生长 （4）在缺镍的完全营养液乙中加入一定 量的含镍的无机盐 一段时间后小麦恢复正常生长 A 返回