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第1课 细胞中的元素、化合物和细胞中的无机物

普查讲1 细胞中的元素、化合物和细胞中的无机物

1．细胞中的化学元素

a．细胞中化学元素的种类及功能

(1)(2019汇编，6分)下列关于细胞中化学元素的说法正确的是(　　)

A．细胞中一种元素的作用能被其他元素替代

B．细胞中的微量元素因含量极少而不如大量元素重要

C．在人体活细胞中氢原子的数目最多

D．无论鲜重还是干重，组成细胞的元素中C的含量最多，在光合作用中C元素可以从CO2经C3形成(CH2O)

E．人与大肠杆菌所含有的化学元素种类和含量基本相同

F．某口服液广告声称“含有丰富的N、P、Zn等微量元素”

答案：C

解析：细胞中的化学元素有多种，各种化学元素的功能不同，具有不可替代性，故A项错误。细胞中的大量元素和微量元素是指含量的多少而不是作用的大小，它们都是细胞中的必需元素，每种元素都有其作用，具有不可替代性，故B项错误。人体活细胞中的有机物和水中都含有氢原子，且水含量最多，故含有的氢原子数目最多，故C项正确。占细胞鲜重含量最多的元素是O，占细胞干重含量最多的元素是C，在光合作用中C元素可以从CO2经C3形成(CH2O)，故D项错误。不同生物所含有的化学元素种类基本相同，但含量存在差异，这是生物间的统一性和差异性，故E项错误。N、P是大量元素，不是微量元素，故F项错误。

(2)(经典题，6分)如图1是细胞中3种化合物含量的扇形图，图2是活细胞中元素含量的柱形图，下列说法中不正确的是(　　)

/

A．若图1表示细胞鲜重，则A、B、C分别是水、蛋白质、脂质；图2中a、b、c三种元素依次表示C、H、O

B．若图1表示细胞鲜重，则B化合物具有多样性，其元素组成必含图2中的a、b、c

C．若图1表示细胞鲜重，则A中不含图2中的b

D．若图1表示人体细胞完全脱水后化合物含量的扇形图，则此时含量最多的元素为图2中的b

答案：A

解析：细胞鲜重中化合物含量由多到少的排列顺序为：水＞蛋白质＞脂质＞其他，元素含量由多到少的排列顺序为：O＞C＞H＞其他。若图1表示细胞鲜重，则A、B、C三种化合物分别是水、蛋白质、脂质，图2是活细胞中元素的含量，所以a、b、c三种元素分别是O、C、H，故A项错误，符合题意。若图1表示细胞鲜重，则B(蛋白质)化合物具有多样性，组成蛋白质的元素一定有C、H、O、N，所以其必含有a(O)、b(C)、c(H)，故B项正确，不符合题意。若图1表示细胞鲜重，则A(水)中不含图2中的b(C)，故C项正确，不符合题意。细胞干重中含量最多的元素是C，因此若图1表示人体细胞完全脱水后化合物含量的扇形图，则此时含量最多的元素为图2中的b(C)，故D项正确，不符合题意。

b．有机物的化学元素组成

(3)(多选)(2019汇编，6分)下列有关细胞中化学元素和化合物的叙述正确的是(　　)

A．脂肪酸和磷脂含有相同的元素组成

B．某有机物的元素组成是C、H、O、N、S、Fe，则该有机物最可能是蛋白质

C．蛋白质分子的N多数存在于氨基中

D．淀粉、脂肪、蛋白质和核酸都含C、H、O、N这4种元素(2015**_*

E．用同位素标记某种元素，希望被标记的元素只被组合到蛋白质中而不被组合到核酸中，可以选择35S

答案：BE

解析：脂肪酸只含有C、H、O三种元素，而磷脂含有C、H、O、N、P五种元素，它们含有的元素组成不同，故A项错误。蛋白质的组成元素主要是C、H、O、N，有些蛋白质还含有S和Fe等，如血红蛋白，所以该有机物最可能是蛋白质，故B项正确。氨基酸分子的N元素主要存在于氨基中，还有一部分存在于R基中，而蛋白质是氨基酸脱水缩合而成的，故其N元素主要存在于肽键中，故C项错误。淀粉和脂肪只含有C、H、O三种元素，蛋白质含有C、H、O、N等元素，而核酸含有C、H、O、N、P，它们都含有的是C、H、O三种元素，故D项错误。大多数蛋白质中含有S元素，而核酸中不含有S元素，因此用同位素标记某种元素，希望被标记的元素只被组合到蛋白质中而不被组合到核酸中，应选择35S，故E项正确。

2．细胞中水的存在形式和生理功能

(4)(2019改编，8分)水在植物的生命活动中具有重要作用。风干种子只有吸收足够的水才能进行旺盛的代谢活动，使胚生长。小麦种子萌发过程中吸水量随时间变化的趋势如图所示。回答下列问题：

/

①植物细胞中的水通常以结合水和自由水两种形式存在，风干种子细胞中的水主要以________的形式存在。经阶段Ⅰ吸水后，种子中的水主要以________的形式存在。(2016**_*

②在阶段Ⅱ，种子吸水速率________(填“大于”“小于”或“等于”)阶段Ⅰ，呼吸速率________(填“大于”“小于”或“等于”)阶段Ⅰ。(2016**_*

③下列有关水的叙述正确的有(　　)(多选)

A．细胞内结合水/自由水的比值，种子萌发时比休眠时某某(2015**_*

B．水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量(2017**_*

C．氨基酸之间脱水缩合生成的H2O中，氢来自于氨基和羧基(2016**_*

D．***结合水含量多于自由水

E．水是构成叶肉细胞的重要化合物之一

F．有氧呼吸时，生成物H2O中的氢来自线粒体中丙酮酸的分解

(4)答案：①结合水(1分)　自由水(1分)　②小于(1分)　大于(1分)　③CE(4分)

解析：①风干种子失去了大部分自由水，细胞中的水主要以结合水的形式存在。经阶段Ⅰ吸水后，种子中的水主要是以自由水的形式存在。

②在阶段Ⅱ，种子吸水量变化不大，吸水速率小于阶段Ⅰ，但自由水含量增加，代谢增强，呼吸速率大于阶段Ⅰ。

③种子萌发时细胞代谢旺盛，自由水含量多，细胞内结合水/自由水的值比休眠时某某，故A项错误。在叶绿体中，利用光能将水分解产生氧气，而不是ATP，故B项错误。氨基酸之间脱水缩合反应发生于一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间，生成的H2O中氢来自于氨基和羧基，故C项正确。洋葱根尖分生区细胞代谢旺盛，自由水含量多于结合水，故D项错误。水是构成细胞的重要化合物之一，因此为构成叶肉细胞的重要化合物之一，故E项正确。有氧呼吸时，生成的水中的氢既可来自葡萄糖(和丙酮酸)的分解，也可来自水，故F项错误。

3．细胞中无机盐的存在形式及功能

(5)(多选)(2019汇编，6分)无机盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用。下列相关叙述正确的是(　　)

A．蔬菜中的草酸不利于机体对食物中钙的吸收(2017**_*

B．缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降(2017**_*

C．和ATP一样，KH2PO4也能为生物体提供能量(2017**_*

D．植物秸秆燃烧产生的灰烬中含有丰富的无机盐(2017**_*

E．植物缺乏N和Mg，将导致叶绿素不能合成，叶片颜色变黄

F．骨骼和牙齿中的钙主要以离子形式存在

G．分析根系对矿质元素的吸收过程可以确定某种矿质元素是否是植物的必需元素

答案：ABDE

解析：草酸可与食物中的钙结合形成不溶性的草酸钙，不利于机体对钙的吸收，故A项正确。铁是血红蛋白的组成成分，血红蛋白的主要作用是运输O2，缺铁会导致哺乳动物血液运输O2的能力下降，故B项正确。在生物体中，无机盐是细胞的结构成分、参与并维持生物体的代谢活动、维持生物体内的酸碱平衡、维持细胞的渗透压，但不能提供能量，故C项错误。燃烧过程中有机物被分解，剩下的是无机物，故含有丰富的无机盐，故D项正确。Mg是植物叶绿素合成的必需元素，而N元素是催化叶绿素合成的酶的成分，两者缺乏将导致叶绿素不能合成，叶片颜色变黄，故E项正确。无机盐在生物体内主要以离子形式存在，而骨骼和牙齿中的钙是以化合物形式存在的，故F项错误。为了确定某种矿质元素是否是植物的必需元素，应该观察含全部营养的培养液中去掉该矿质元素前后植株生长发育的状况，故G项错误。

随堂普查练1

1．(2018江苏常州一模，2分)科学家在加利福尼亚东部的莫诺湖里发现了一种被称作GFAJ－1的独特细菌，这种细菌能利用剧毒化合物砒霜中的砷来替代磷元素构筑生命分子，进行一些关键的生化反应(在元素周期表中砷与磷同族)，根据上述材料进行预测，下列说法错误的是(　　)

A．GFAJ－1细菌体内含量较多的六种元素可能是碳、氢、氧、氮、砷、硫

B．砷对多数生物有毒可能是因为砷能够替代磷参与生化反应，制造混乱

C．砷元素存在于GFAJ－1细菌的细胞膜以及脱氧核糖、ATP、DNA和RNA等物质中

D．该发现使人类对生命起源的认识发生了重大改变，拓宽了思路

答案：C

解析：细胞内含量较多的元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫，同时根据题干可知，GFAJ－1细菌可以利用砷元素代替磷元素，说明该细菌体内含量较多的元素是碳、氢、氧、氮、砷、硫，故A项正确，不符合题意。由题意可知，在元素周期表中砷与磷同族，说明两者化学性质相似，因此对多数生物来说，砷之所以有毒，可能是因为砷能够替代磷参与生化反应，制造混乱，故B项正确，不符合题意。砷元素存在于GFAJ－1细菌的细胞膜以及ATP、DNA和RNA等物质中，而脱氧核糖只含有碳、氢、氧三种元素，故C项错误， 符合题意。由题干信息可知，该发现使人类对生命起源的认识发生了重大改变，拓宽了在地球极端环境乃至外星球寻找生命的思路，故D项正确，不符合题意。

2．(2019改编，6分)下列关于组成生物的元素和化合物的说法，不正确的是(　　)

A．微量元素在生物体内不可缺少，如叶绿素的组成离不开Mg元素

B．生物界和非生物界在元素种类上具有统一性

C．细胞中的无机盐多以离子形式存在

D．细胞中的各种有机物间均可找到共同的化学元素

答案：A

解析：Mg是大量元素，不是微量元素，故A项错误，符合题意。生物界与非生物界在元素种类上具有统一性，在含量上具有差异性，故B项正确，不符合题意。细胞中的无机盐多以离子形式存在，少数以化合物形式存在，故C项正确，不符合题意。细胞中的各种有机物间可以找到共有的化学元素，比如C，故D项正确，不符合题意。

3．(经典题，6分)下列化合物中，由相同元素组成的是(　　)

A．纤维素、生长激素、脂肪酸 B．ADP、tRNA、质粒

C．甘油、丙酮酸、核苷酸 D．抗体、酶、生长素

答案：B

解析：纤维素是多糖的一种，脂肪酸是由C、H、O三种元素组成的一类化合物，构成纤维素和脂肪酸的元素均为C、H、O，而人体生长激素的化学本质是蛋白质，其元素组成是C、H、O、N、S，故A项错误。ADP的中文名是二磷酸腺苷(其中A代表腺苷，D是两个的意思，P代表磷酸基团)，tRNA是RNA中的一种，质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子，构成ADP、tRNA、质粒的元素均为C、H、O、N、P，故B项正确。甘油是丙三醇的俗称，丙酮酸分子式为CH3COCOOH，甘油和丙酮酸的组成元素均为C、H、O，而核苷酸是构成核酸的基本单位，其元素组成是C、H、O、N、P，故C项错误。抗体的化学本质是蛋白质，其基本元素组成是C、H、O、N，酶的化学本质是蛋白质或RNA，其基本元素组成是C、H、O、N等或C、H、O、N、P，生长素的化学名是吲哚乙酸(英文简称为IAA，化学式是C10H9NO2)，其元素组成是C、H、O、N，故D项错误。

4．(2019改编，6分)下列有关组成细胞的元素和化合物的叙述，错误的是(　　)

A．细胞中常见的元素有C、H、O、N等20多种，其中C是最基本的元素

B．蛋白质是细胞和生物体功能的重要体现者

C．脂质分子中氧的含量远远少于糖类，而氢的含量更多

D．与等质量的蛋白质相比，核酸中P含量较高，细胞中大多数P组成了ATP

答案：D

解析：细胞中常见的元素有20多种，碳链是生物大分子的基本骨架，所以C是最基本的元素，故A项正确，不符合题意。由于蛋白质具有参与细胞和生物体的组成、运输、催化、免疫、调节等功能，因此蛋白质是生命活动的体现者，故B项正确，不符合题意。脂质分子中氧的含量远远少于糖类，而氢的含量更多，故C项正确，不符合题意。蛋白质的主要组成元素为C、H、O、N，核酸的组成元素为C、H、O、N、P，核酸中P含量高，细胞中大多数P组成核酸、磷脂等含磷的化合物，而ATP在细胞内含量少，因此存在于ATP中的P也较少，故D项错误，符合题意。

5．(2018河南郑州一模，6分)如图为对刚收获的种子所做的一系列处理，据图分析下列有关说法正确的是(　　)

/

A．①和②均能够萌发形成幼苗

B．③在生物体内主要以化合物的形式存在

C．④和⑤是同一种物质，但在细胞中的存在形式和含量不同

D．点燃后产生的CO2中的C全部来自种子中的糖类

答案：C

解析：结合水与细胞中的其他物质结合，是细胞结构的组成成分，自由水(占大多数)以游离的形式存在，可以自由流动。种子晒干的过程失去的是自由水，①可以萌发形成幼苗；种子烘干的过程，失去的是结合水，因此②不能萌发形成幼苗，故A项错误。③为无机盐，在生物体内主要以离子的形式存在，故B项错误。④为自由水，⑤为结合水，因此④和⑤是同一种物质，但是在细胞中的存在形式和含量不同，故C项正确。点燃后产生的CO2中的C来自于种子中的糖类、脂质、蛋白质等有机物，故D项错误。

6．(经典题，6分)英国医生塞达尼·任某某在对离体的蛙心进行灌注实验时发现，用不含钙和钾的生理盐水灌注时，蛙心的收缩过程不能维持；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。该实验说明钙盐和钾盐(　　)

A．是细胞中某些重要化合物的组成成分

B．对维持生物体的生命活动有重要作用

C．对维持细胞的形态有重要作用

D．为蛙心的持续跳动提供能量

答案：B

解析：细胞中的无机盐主要以离子形式存在，有的无机盐是某些复杂化合物的组成成分，许多种无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用，有的无机盐还参与维持酸碱平衡和渗透压。由题意知，钙和钾对于维持离体蛙心跳具有重要作用，这说明钙盐和钾盐对于维持生物体的生命活动具有重要作用，故B项正确。

课后提分练1　细胞中的元素、化合物和细胞中的无机物

A组(巩固提升)

1．(2019改编，6分)下列哪些物质所含有的元素种类完全相同，且能同时存在于后面的细胞中(　　)

A．葡萄糖　麦芽糖　小肠绒毛上皮细胞 B．DNA　磷脂　鸡血细胞

C．RNA聚合酶　RNA　口腔上皮细胞 D．脂肪　糖原　花生子叶

答案：B

解析：葡萄糖和麦芽糖所含元素种类相同，但麦芽糖是植物细胞所特有的，不存在于小肠绒毛上皮细胞中，故A项错误。DNA和磷脂都含有C、H、O、N、P五种元素，且在鸡血细胞中都会存在，故B项正确。RNA聚合酶是蛋白质，一定含有C、H、O、N，可能含有S元素，而RNA一定含有C、H、O、N、P，它们的元素组成不完全相同，故C项错误。脂肪和糖原都含有C、H、O三种元素，但糖原是动物细胞特有的多糖，不存在于花生子叶中，故D项错误。

2．(经典题，6分)下列哪一实例能证明微量元素是生命活动所必需的(　　)

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．哺乳动物血液Ca含量太低，会抽搐 D．缺P会影响ATP的合成

答案：B

解析：组成细胞的元素根据含量不同分为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、B、Zn、Mo、Cu等。Mg、Ca和P都是大量元素；B是微量元素，油菜缺少B时只开花不结果，说明微量元素是生命活动所必需的元素，故B项正确。

3．(2018全国Ⅱ，6分)有些作物的种子入库前需要经过风干处理。与风干前相比，下列说法错误的是(　　)

A．风干种子中有机物的消耗减慢

B．风干种子上微生物不易生长繁殖

C．风干种子中细胞呼吸作用的强度高

D．风干种子中结合水与自由水的比值大

答案：C

解析：种子在风干过程中，自由水含量减少，使得细胞代谢减弱，种子中有机物的消耗减慢，故A项正确，不符合题意。水含量减少导致种子表面的微生物(如细菌)无法获得满足自身生长繁殖所需的水，不易生长繁殖，故B项正确，不符合题意。水是有氧呼吸的反应物，风干种子因为自由水含量减少，导致细胞呼吸的强度降低，故C项错误，符合题意。细胞中的水有自由水和结合水，种子风干时，自由水含量减少，因此结合水与自由水的比值增大，故D项正确，不符合题意。

4．(2019改编，6分)一种植物和一种哺乳动物体内细胞中的某些化学元素含量(占细胞干重的质量分数：%)如表所示，下列有关叙述正确的是(　　)

元素

C

H

O

N

P

Ca

S



植物

43.57

6.24

44.43

1.46

0.20

0.23

0.17



动物

56.99

7.46

14.62

9.33

3.11

4.67

0.78



A.C元素的含量说明有机物是干物质的主要成分

B．据表推测该植物和动物体内的细胞中不存在微量元素

C．N、S含量说明动物组织含蛋白质较多，若该动物血钙过高则会发生肌肉抽搐

D．经测定该植物中某有机物含C、H、O、N、S，则该化合物可能携带氨基酸进入核糖体

答案：A

解析：无论是植物细胞还是动物细胞的干重，含量最多的都是C元素，原因是细胞干重中蛋白质和糖类所占比例较大，所以C元素的含量说明有机物是干物质的主要成分，故A项正确。微量元素虽然在生物体内含量低，但是是生物体生命活动所必需的，表格中只体现了该植物和哺乳动物体内细胞中的某些化学元素，不是全部，故B项错误。动物血钙过高会导致肌无力，血钙过低会导致肌肉抽搐，故C项错误。含C、H、O、N、S的有机物是蛋白质，而携带氨基酸进入核糖体的物质是tRNA，不是蛋白质，故D项错误。

B组(冲刺满分)

5．(2019改编，6分)Cd2＋对植物细胞的核仁有毒害作用，而Ca2＋则有缓解Cd2＋毒害的作用。Ca2＋竞争细胞膜上Cd2＋的吸收位点并通过稳定膜结构维持细胞内外离子平衡；Ca2＋还可以通过Ca结合蛋白调节靶细胞的活动，如影响DNA合成、修复及转录等过程。下列说法错误的是(　　)

A．Ca结合蛋白可通过核孔进入细胞核中发挥作用

B．Ca2＋和Cd2＋一定不是通过细胞膜上同一通道进入细胞中的

C．无机盐离子对维持生物体的生命活动具有重要作用

D．Cd2＋进入植物根尖细胞后可能影响核糖体的形成

答案：B

解析：由题干信息可知，Ca2＋通过Ca结合蛋白可调节

靶细胞的活动，如影响DNA合成、修复及转录等，说明Ca结合蛋白可通过核孔进入细胞核中发挥作用，故A项正确，不符合题意。由题意知，Ca2＋可能通过竞争细胞膜上Cd2＋的吸收位点，抑制Cd2＋的吸收，因此Ca2＋和Cd2＋可能通过细胞膜上同一通道进入细胞中，故B项错误，符合题意。由Ca2＋的作用可以推测，无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用，故C项正确，不符合题意。核仁与核糖体的形成有关，Cd2＋破坏核仁，因此可能影响核糖体的形成，故D项正确，不符合题意。

6．(2019改编，6分)干种子的萌发过程需要大量酶的参与，现研究发现酶的来源有两条途径，一是由干燥种子中的酶活化而来，二是萌发时重新合成。种子萌发时新的RNA在吸水后12 h开始合成，而蛋白质合成在种子吸水后15～20 min便可开始。下列有关叙述错误的是(　　)

A．有些酶、RNA可以在干种 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 ____________。

答案：(1)C、H、O、N(1分)　Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo(1分)　(2)a、b、d(2分)　不显著(2分)　负相关(2分)　正相关(2分)　增加N含量(2分)　(3)鸡粪有机物中的C，经微生物分解形成二氧化碳，再以二氧化碳的形式被植物进行光合作用所利用(2分)

解析：(1)生物体中的基本元素有C、H、O、N，微量元素有 Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo。

(2)①叶绿素的组成元素有C、H、O、N、Mg，ATP的组成元素有C、H、O、N、P，纤维素的组成元素有C、H、O，淀粉酶的组成元素有C、H、O、N。因此，含N元素的化合物是a、b、d。

②图1、图2结果表明，鸡粪添加量对土壤C含量影响不显著，仍保持在一定的水平上。碳磷比和鸡粪添加量之间无显著相关性，而碳氮比同鸡粪添加量之间呈极显著负相关关系，氮磷比同鸡粪添加量之间具有极显著的正相关关系。鸡粪添加可以通过增加N含量提高土壤肥力，对退化草地的恢复具有积极意义。

(3)鸡粪中的C元素可再次被植物所利用，其过程为鸡粪有机物中的C经微生物分解形成二氧化碳，再以二氧化碳的形式被植物进行光合作用所利用。

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