25细胞中的无机物学案

第5节细胞中的无机物

高中生物知识梳理与疑难导析

知识梳理

（1）水在细胞的各种化学成分中含量_____________________。生物体的含水量因生物种类不同而_____________________，一般为_____________________。生物体在不同生长发育期，含水量_____________________。

（2）水在细胞内以_______________种形式存在:________________和______________。_________________是细胞结构的重要组成成分，________________是细胞内的良好溶剂。

细胞中的大多数无机盐以_______________形式存在。许多无机盐对于_____________和生物体的生命活动有重要作用。

_____________________化合物构成的生命系统。

疑难突破

1.“结合水是参与细胞结构的一种结构成分。自由水是指在细胞中能自由流动的水。实际上结合水和自由水之间没有明确的界限，二者之间是可以相互转化的。”应该怎样解释以上观点?

剖析：结合水中的一部分紧密挤满在纤维状蛋白与球状蛋白之间，呈现非常整齐的状态。水分子的这种整齐状态的形成与破坏，与原生质物理性质的改变有密切关系，也与细胞的功能联系在一起。还有一部分水分子被原生质中的亲水性物质（如蛋白质）吸附束缚而不易流动，形成一层很厚的水层，这部分水也属于结合水，距亲水性物质越近，吸附力就越强；反之，则越弱。当吸附力大于水分子的自由能时，水分子就被吸附在亲水性物质的周围，不能移动而成结合水。当吸附力小于水分子的自由能时，水分子能摆脱束缚而成为自由水。所以结合水的绝对含量还要受温度的影响，温度高，水分子自由能高，结合水的绝对含量就低；反之则高。

2.无机盐尽管含量很少，但对生物体有多方面的作用，同样是生命活动所必需的。无机盐在细胞中有哪些作用?

剖析：关于无机盐在细胞中的作用，教材讲得比较少，在学习时注意补充以下几点。 (1)参与调节生物体的代谢活动。有些无机离子是酶、激素或维生素的重要成分。例如，铁参与组成血红蛋白、细胞色素等，参与氧的运输和呼吸作用中的电子传递过程等。

(2)维持生物体内的平衡。体内平衡是使细胞具有稳定的结构和功能，使生物能维持正常的代谢和生理活动的必要条件。有关体内平衡的内容很复杂，情况多变。其中的3个主要方面与无机盐含量的稳定密切相关。

①渗透压平衡：细胞内外的无机盐的含量是维持细胞渗透压的重要因素。

②酸度平衡：pH调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着细胞组成物的所有特性以及在细胞内发生的一切反应。

③离子平衡：动物细胞内外的Na+、K+、Ca2+的比例是相对稳定的。

问题探究

问题：哺乳动物的血液中必须含有一定量的钙离子,如果钙离子的含量太低,会出现抽搐等症状。

为什么很多老年人晚上睡觉时常有抽搐现象？应该怎样预防呢?

探究：钙离子在降低神经系统的兴奋性过程中是必需的，当血钙过低时就会使神经系统

过于敏感，不能维持骨骼肌的正常收缩和舒张，从而出现肌肉抽搐。适时补钙就能得到缓解。典题精讲

例1酷暑季节，室外作业的工人应多喝（）

思路解析：汗液的主要成分是水，还含有无机盐（如氯化钠）和尿素等物质。酷暑季节，室外作业的工人出汗多，水、无机盐被排出，造成体内水、无机盐的含量减少。失水过多，会造成脱水，危及生命。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，这是生物体进行生命活动必要的条件。出汗后，除了补充水分外，还应补充无机盐，应喝盐汽水。

答案：A

例2某生物学小组为了研究阳光对大豆发芽的影响而在两个花盆里种了大豆，并设计了如下实验。在这一实验设计中，应该改正的错误是( )

花盆阳光温度水

Ⅰ阳光20℃充足

Ⅱ暗室20℃不充足

思路解析：本题是实验分析题，主要考查学生对相关基础知识的掌握程度和对实验方法、原则的理解程度。一般的实验设计都遵循单因子变量原则和对照原则。这个实验要研究的是阳光对大豆发芽的影响，因此阳光应该为变量。根据单因子变量原则，其他因素都应该设为常量，所以本题的答案为D，这样既保证了变量单一，又使大豆不会因为缺水而影响发芽。而如果两个花盆都浇水不足，两个花盆中的大豆就会因为缺水而发芽不良，也会导致实验的失败。因此在考虑单因子变量原则时，还要尽量使常量能够满足实验成功的条件。

答案：D

知识导学

水由一个氧原子和两个氢原子以共价键形成“V”结构（图2-5-1）。氧原子除用两个电子分别同两个氢原子的电子配对形成两个共价键外，氧的最外层的另四个电子形成两对未成键的孤对电子。成键后的氢原子因其共用电子对偏向于电负性较强的氧原子一方，故水分子氧端带部分负电荷，氢端带部分正电荷，所以水分子是极性分子。

图2-5-1

疑难导析

水在生物体和细胞内的存在状态是本节课的重点之一。自由水和结合水的含量取决于细胞的代谢强弱。不同的组织器官、不同的细胞、不同生物、同一生物的不同发育阶段自由水的量和结合水的量都不相同。一般情况下，温度略升高，自由水含量将升高，反之则自由水含量降低。

生物体内水含量的多少及其存在状态的改变，也影响着新陈代谢的进行。一般情况下，生物体内的含水量在70%以上时代谢活跃；含水量降低，则代谢不活跃或进入休眠状态。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，代谢强度就会下降，抗寒、抗热、抗旱的性能提高。

对于无机盐的功能可用具体的实例来理解和记忆。以下是常见的与化学元素有关的实例：

①Fe——是血红蛋白的必需元素，缺铁会引起人的贫血。

②I——是甲状腺激素的组成元素，碘缺乏能引起甲状腺激素的合成，常使婴幼儿出现呆小症及成年人中引起大脖子病。

③Ca——是骨骼、牙齿的重要组分，长期缺钙的幼儿易患佝偻病，在成年人中易引起骨软化病，在老年人中易引起骨质疏松。

④Zn——缺乏时会引起苹果、桃等植物的“小叶症”和“丛叶症”（叶子变小，节间缩短）；儿童缺锌生长发育停滞，性成熟产生障碍，伤口愈合能力差。

⑤B——能促进花粉的萌发和花粉管的伸长，缺B常导致植物“花而不实”。

⑥Mg——叶绿素的组成成分，植物体缺Mg会影响光合作用。

问题导思

学习是为了应用，在学习中要努力积累分析问题、解决问题的方法。对于老年人的这种抽搐现象，必须结合无机盐在细胞中的生理作用。如钙离子对于降低神经系统的兴奋性的作用，与钙离子维持渗透压平衡和离子平衡具有什么关系？

典题导考

绿色通道：生物知识的学习应密切联系生活实际，应注意训练自己应用生物学基础知识分析和解决一些日常生活中的有关现实问题的能力。

典题变式：卷柏干枯后，如得到充足的水仍能成活，其原因是（）

A.失去自由水

B.虽失去结合水，但有特殊酶

C.此生物有特殊的结构

答案：A

绿色通道：生物学是一门实验科学，科学地设计实验方案是我们应当具有的一项基本技能。教材中要求我们设计实验证明某一种或某几种无机盐是某植物生长发育所必需的，今后的学习中类似的课题将会更多，这就需要我们在对教材实验的学习过程中认真体会设计实验的基本程序和原则。如：对照原则、等量原则、单一变量原则等等。

典题变式：将用溶液培养的黄瓜从光下移到黑暗处，黄瓜对水的吸收量减少了，而同一时间对K＋的吸收量增多了，这一现象不能说明 ( )

＋的吸收量不同

答案：C