专题02 细胞中的无机物、糖类和脂质（串讲）-备战2024年高考生物一轮复习精讲精练（新高考专用）

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1、组成细胞的元素
大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。
微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、M等。
基本元素：C、H、O、N。
最基本元素：C。
细胞中的元素大多以化合物的形式存在。
生物界和非生物界在元素种类和含量上的统一性：组成生物体的元素在无机自然界都能找到。
生物界和非生物界在元素种类和含量上的差异性：元素的含量相差很大。
组成细胞的化合物：无机物（水和无机盐），有机物（糖类、蛋白质、核酸、脂质）。
4、人体活细胞中氧的含量最多，但氢原子的数量最多。
5、细胞中的水的存在形式：自由水和结合水。结合水是细胞结构的重要组成成分。自由水是细胞的良好溶剂，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。自由水和结合水是可以相互转化的，当自由水占比升高时，代谢旺盛但抗逆性差，当结合水比值升高时代谢强度弱但抗逆性增强。
6、细胞中的无机盐主要以离子形式存在，无机盐以离子形式被吸收，主要的吸收方式是主动运输。细胞中的无机盐可以组成复杂的化合物，例如镁离子可以构成叶绿素，铁离子构成血红素。无机盐可维持细胞和生物体的生命活动，对于维持细胞和生物体的渗透压、酸碱平衡也非常重要。
1、患急性肠炎的病人脱水时需要及时补充水分，同时也需要补充体内丢失的无机盐，因此，常见的治疗方法是输入葡萄糖盐水。
2、大量出汗会排出过多的无机盐，导致体内的水盐平衡和酸碱平衡失调，这时应多喝淡盐水。
验证某种矿质元素的生理功能
(1)实验设计
①对照组：植物＋完全培养液→正常生长。
②实验组：植物+缺乏某种矿质元素的完全培养液→若正常生长则该元素不是必需元素；若不能正常生长则需要进一步实验，加入该元素后植物能正常生长则该元素是必需元素。
(2)实验成功关键：保证单一变量。实验中应保证实验材料的统一性，即材料的种类、生长状况应一致等。实验组加入X的目的是二次对照，使实验组前后对照，以增强说服力。
判断化合物的元素组成，需要明确化合物的化学本质。
糖类、固醇和脂肪的元素组成：C、H、O，蛋白质的元素组成C、H、O、N（S），核酸、磷脂、ATP的元素组成：C、H、O、N、P。
典例1.下列关于生物体内水分的叙述，错误的是( )
A．植物体内含有较多自由水，可作为多种生物化学反应的反应物
B．细胞内的结合水向自由水转化时，细胞的抗寒性得到增强
C．种子储存前晒干是为了减少自由水含量，降低种子代谢速率
D．细胞内核糖体合成蛋白质时生成水，水中的氢来自氨基和羧基
【答案】B
【解析】结合水减少时，抗逆性降低，B错误。
典例2.设计实验探究X是否属于植物生长所必需的无机盐，某同学的构思大致如下：本实验中采用甲组、乙组之间的空白对照；以及乙组中实验前(无X)与实验后(有X)之间的自身对照。下列叙述正确的是( )
A．对照组是甲组、乙组实验后
B．控制此实验的无关变量只需选一些相同的植物
C．此实验如果是无土栽培，则实验前营养液要灭菌
D．为防止外界影响，此实验需在黑暗密闭条件下进行
【答案】C
【解析】该实验中对照组是甲组、乙组实验前，A项错误；此实验的无关变量有植物的种类、生长状况和培养条件等，B项错误；由于培养的是植物，故此实验需在光照条件下进行，D项错误。
考点二 糖类、脂质的种类和作用
细胞中的糖类
根据是否水解及水解产物可以分为单糖（不能水解）、二糖（可以水解为两分子单糖）和多糖（可水解为多个单糖）。
（1）糖类的元素组成是C、H、O。
（2）蔗糖可水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖可水解为两分子葡萄糖，乳糖可水解为半乳糖和葡萄糖。
（3）淀粉、糖原和纤维素的基本单位都是葡萄糖，但是葡萄糖的连接方式不同。其中只有植物才有的多糖是淀粉和纤维素,动物特有的是糖原。
2．细胞中的脂质
（1）细胞中的脂质可以分为脂肪、磷脂和固醇三类。
（2）脂肪的元素组成是C、H、O，作用是细胞内良好的储能物质、保温、缓冲和减压。
（3）磷脂的元素组成是C、H、O、N、P，作用是构成生物膜的重要成分。
（4）固醇的元素组成是C、H、O固醇可以分为胆固醇、性激素、维生素D三类，胆固醇的作用是构成动物细胞膜的重要成分，在人体内参与血液中脂质的运输。

1、糖类的种类、存在及作用
2、糖类和脂质的比较
3、磷脂是所有细胞必不可少的脂质。
4、胆固醇在许多动物性食物中含量丰富。饮食中如果过多地摄入胆固醇，会在血管壁上形成沉积，造成血管堵塞，危及生命。因此，膳食中要注意限制高胆固醇类食物(如动物内脏、蛋黄等)的过量摄入。要注意的是哺乳动物体内胆固醇并非有害无益，原因是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。
1、脂肪和糖类均由C、H、O三种元素组成，但脂肪中“C”“H”含量高，而“O”含量低，故脂肪氧化分解释放的能量多，需要O2多，产生的H2O多。
2、葡萄糖可以通过静脉注射进入人体细胞，而蔗糖不可以的原因是葡萄糖属于单糖，可以直接进入细胞，因此可以口服也可以静脉注射；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，因此不能直接静脉注射。
3、区分多糖的“水解”与“氧化分解”
多糖和二糖水解的终产物是其单体，如淀粉水解的终产物是葡萄糖，蔗糖水解的终产物是葡萄糖和果糖；糖氧化分解的终产物是CO2和H2O，即糖参与有氧呼吸后的最终产物。
4、种子形成和萌发过程中糖类和脂质的变化
种子形成时，光合作用产物的输入导致其干重增加。种子萌发时，吸收水分导致其鲜重增加，非油料作物的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(是因为脂肪转化为糖类的过程中增加了氧元素)，然后再减少。
典例1.分析组成糖类和脂肪的主要元素的质量分数,判断下列结论错误的是( )
A.质量相同的脂肪和糖类彻底氧化分解时,糖类耗氧少
B.质量相同的脂肪和糖类彻底氧化分解时,脂肪产生的能量多
C.脂肪、糖类在体内代谢的终产物均是CO2和H2O
D.脂肪是生物体进行生命活动的主要能源物质
【答案】D
【解析】相同质量的脂肪和糖类,脂肪中C、H的含量较糖类高,因此质量相同的脂肪和糖类彻底氧化分解时,糖类耗氧少,脂肪产生的能量多,A、B正确;脂肪、糖类彻底氧化分解的终产物均是CO2和H2O,C正确;糖类是生物体进行生命活动的主要能源物质,脂肪是细胞内良好的储能物质,D错误。
典例2.（2021吉林长春质量监测）下列有关脂质的叙述,错误的是( )
A.有些脂质的组成元素是C、H、O、N、P
B.胆固醇能参与血液中糖类物质的运输
C.有些脂质可作为生物体内的储能物质
D.有些脂质能作为信号分子起调节作用
【答案】B
【解析】脂质包括脂肪、磷脂和固醇,磷脂与ATP、核酸都由C、H、O、N、P五种元素组成,A项正确;胆固醇不仅是动物细胞膜的组成成分,在人体内还参与血液中脂质的运输,其不参与血液中糖类物质的运输,B项错误;脂肪是生物体内的储能物质,C项正确;性激素属于固醇类物质,其可以作为信号分子参与生命活动的调节,D项正确。
考点三 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1、检测原理
①糖类的检测
还原糖＋斐林试剂→砖红色沉淀。
淀粉＋碘液→蓝色。
②脂肪的检测：脂肪＋苏丹Ⅲ→橘黄色
③蛋白质的检测：蛋白质＋双缩脲试剂→紫色。
（2）实验步骤
①还原糖的检测
②脂肪的检测
方法一：花生种子匀浆＋3滴苏丹Ⅲ染液→橘黄色
方法二
③蛋白质的检测
选材与制备：蛋清稀释液或豆浆滤液
↓
颜色反应：
↓
结论：组织样液中含有蛋白质
2.注意事项：
（1）非还原糖(如蔗糖)如果与斐林试剂混合，水浴加热后的现象不是无色，而是浅蓝色（Cu(OH)2的颜色）。
（2）脂肪鉴定现象观察
①若要观察被染色的脂肪颗粒，则需使用显微镜。
②若要观察溶液颜色变化，则不必使用显微镜。
（3）蛋白质鉴定
①若用大豆作材料，必须提前浸泡。
②若用蛋清液作材料，必须稀释，防止其黏在试管壁上不易刷洗。
区分斐林试剂与双缩脲试剂的“一同三不同”
（1）鉴定还原糖时使用的斐林试剂要现配现用的原因：斐林试剂很不稳定，容易产生蓝色的Cu(OH)2沉淀，所以应将甲液和乙液分别保存，使用时现配现用。
（2）鉴定蛋白质时，加入过量的双缩脲试剂B液后，如果没有产生明显的紫色反应，可能的原因：加入的双缩脲试剂B液过量，CuSO4在碱性溶液中生成大量的蓝色Cu(OH)2絮状沉淀，会遮蔽实验中所产生的紫色，影响观察结果。
（3）斐林试剂甲液和双缩脲试剂A液完全相同，将斐林试剂乙液用蒸馏水稀释5倍后便成为双缩脲试剂B液，可用于蛋白质的鉴定。
2．实验成功的3个关键点
三类有机物检测在操作步骤上的“三个唯一”
（1）唯一需要加热——还原糖检测，且必须水浴加热，一般不能用酒精灯直接加热。若不加热，则无砖红色沉淀出现。
（2）唯一需要显微镜——脂肪检测。
（3）唯一使用酒精——脂肪检测，用体积分数为50%的酒精溶液洗去浮色。
典例1.(2021湖北武汉部分学校质量检测）关于还原糖、淀粉、脂肪和蛋白质的鉴定实验,下列叙述正确的是( )
A.在葡萄糖溶液中加入双缩脲试剂,溶液由蓝色变成砖红色
B.在小麦种子匀浆中滴加碘液,需经水浴加热才有蓝色反应
C.花生子叶经苏丹Ⅲ染色,显微镜下可见橘黄色颗粒
D.在大豆种子匀浆中加入斐林试剂,溶液由蓝色变成紫色
【答案】C
【解析】在葡萄糖溶液中加入斐林试剂,水浴加热,溶液从蓝色变为砖红色,A错误;小麦种子匀浆富含淀粉,加入碘液后不需水浴加热就变为蓝色,B错误;苏丹Ⅲ能将脂肪染成橘黄色,花生子叶中含有脂肪,经苏丹Ⅲ染色后,在显微镜下可以看到橘黄色的脂肪颗粒,C正确;大豆种子匀浆富含蛋白质,加入双缩脲试剂后,溶液由蓝色变为紫色,D错误。
典例2.（2021山西运城开学考）下列对相关实验操作及实验结果的叙述正确的是( )
A.用苏丹Ⅲ染液对花生种子匀浆染色后,需用50%的酒精洗去浮色
B.向待测样液中滴加斐林试剂,未立即观察到砖红色沉淀说明其不含还原糖
C.用NaCl溶液处理蛋白质样液后再添加双缩脲试剂,依然会出现紫色反应
D.用菠菜叶观察叶绿体时需要取表皮细胞做成装片
【答案】C
【解析】将苏丹Ⅲ染液加入花生种子匀浆后,不需要洗去浮色,用花生种子切片做实验时需要洗去浮色,A错误;用斐林试剂检测还原糖时需要水浴加热后才能观察到砖红色沉淀,B错误;用NaCl溶液处理蛋白质不会破坏蛋白质中的肽键,因此添加双缩脲试剂,依然会出现紫色反应,C正确;用菠菜叶观察叶绿体时需要取稍带叶肉的表皮细胞做成装片,D错误。
1、结合水与细胞内的其他物质相结合。细胞中绝大部分的水是自由水，以游离的形式存在，可以自由流动。
2、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。占细胞鲜重含量最多的元素是氧，占细胞干重含量最多的元素是碳。占细胞鲜重最多的化合物是水，占细胞干重最多的化合物是蛋白质。
3、一些无机盐是细胞内复杂化合物的重要组成成分，许多种无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动有重要的作用。生物体内的无机盐离子对维持细胞的酸碱平衡、渗透压平衡非常重要。
4、糖类是主要的能源物质。脂肪是细胞内良好的储能物质。
5、淀粉和糖原分别是植物细胞和动物细胞的主要储能物质，纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，构成它们的基本单位都是葡萄糖。
6、脂质包括脂肪、磷脂和固醇等。
7、磷脂是构成生物膜的重要成分；固醇类物质包括胆固醇、性激素和维生素D等。
8、还原糖遇斐林试剂加热可生成砖红色沉淀，脂肪可被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，而蛋白质遇双缩脲试剂呈紫色。
1.(2020·山东省邹城市第一中学月考)美国宇航局科学家在加利福尼亚州东部的莫诺湖里发现了一种被称作GFAJ-1的独特细菌，这种细菌能利用某剧毒化合物中的砷来代替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，砷排在磷下方，两者属于同族，化学性质相似)。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．砷元素存在于GFAJ-1细菌细胞膜以及糖类、DNA和RNA等物质中
C．砷对多数生物有毒可能是因为砷能够代替磷参与生化反应，制造混乱
D．该发现将使人类对生命的认识发生重大改变，拓宽了在地球极端环境乃至外星球寻找生命的思路
【答案】B
【解析】 砷元素存在于GFAJ-1细菌细胞膜以及ATP、DNA和RNA等物质中，糖类只含有C、H、O三种元素，故砷元素不可能在糖类中出现，故B错误。
2.(2020·河北正定中学联考)如图甲是有活性的细胞中元素含量的柱形图，图乙是细胞中化合物含量的扇形图，下列说法正确的是( )
A．若甲表示组成人体细胞的元素含量，则a、b、c依次是O、H、C
B．若乙表示细胞干重中的化合物含量，则A化合物是蛋白质
C．若乙表示细胞鲜重中的化合物含量，则A、B化合物依次是蛋白质和水
D．地壳与活细胞中含量最多的元素都是a，因此说明生物界与非生物界具有统一性
【答案】B
【解析】若甲表示组成人体细胞的元素含量，则a、b、c依次是O、C、H，A错误；若乙表示细胞鲜重中的化合物含量，则A化合物为水，B化合物为蛋白质，C错误；生物界与非生物界的统一性表现在元素的种类上，而不是元素的含量上，D错误。
3.(2020·山东，16改编)棉花纤维由纤维细胞形成。蔗糖经膜蛋白SUT转运进入纤维细胞后逐渐积累，在纤维细胞的加厚期被大量水解后参与纤维素的合成。研究人员用普通棉花品系培育了SUT表达水平高的品系F，检测两品系植株开花后纤维细胞中的蔗糖含量，结果如图所示。下列说法正确的是( )
A．纤维素的基本组成单位是葡萄糖和果糖
B．曲线乙表示品系F纤维细胞中的蔗糖含量
C．15～18天曲线乙下降的主要原因是蔗糖被水解后参与纤维素的合成
D．提高SUT的表达水平会使纤维细胞加厚期延后
【答案】C
【解析】纤维素是多糖，其基本组成单位是葡萄糖，A项错误；品系F的SUT表达水平高，蔗糖经膜蛋白SUT转运进入纤维细胞的量较大，因此曲线甲表示品系F植株的纤维细胞中蔗糖含量，B项错误；蔗糖进入纤维细胞内，会在纤维细胞的加厚期被大量水解后参与纤维素的合成，则15～18天曲线乙下降的主要原因是蔗糖被水解后参与纤维素的合成，C项正确；从曲线图中可以看出，提高SUT的表达水平会使纤维细胞的加厚期提前，D项错误。
4.（2020·江苏·统考高考真题）下列关于细胞中生物大分子的叙述，错误的是( )
A.碳链是各种生物大分子的结构基础
B.糖类、脂质、蛋白质和核酸等有机物都是生物大分子
C.细胞利用种类较少的小分子脱水合成种类繁多的生物大分子
D.细胞中生物大分子的合成需要酶来催化
【答案】B
【解析】A、生物大分子都是以碳链为基本骨架，A正确；
B、糖类中的单糖、二糖和脂质不属于生物大分子，B错误；
C、细胞中利用种类较少的小分子（单体）脱水缩合成种类繁多的生物大分子（多聚体），如许多氨基酸分子脱水缩合后通过肽键相连形成蛋白质，C正确；
D、生物大分子的合成过程一般需要酶催化，D正确。
故选B。
5.(2021山东枣庄质量检测）下列对生物学实验的相关叙述,正确的是( )
A.鉴定蛋白质时,应把双缩脲试剂A液和B液混合均匀后再加入组织样液
B.甘蔗是一种糖分含量很高的植物,是还原糖鉴定实验的理想材料
C.在观察植物细胞质壁分离和复原时,蔗糖溶液浓度越高实验效果越好
D.在研究Mg是否植物必需矿质元素时,可用完全培养液和只缺Mg的“完全培养液”进行对照实验
【答案】D
【解析】双缩脲试剂使用时需要先加入A液,摇匀之后再加入B液,A错误;甘蔗中的糖类主要是蔗糖,蔗糖不是还原糖,B错误;在观察植物细胞质壁分离和复原时,蔗糖溶液浓度过高可能会导致细胞失水过多而死亡,C错误;在研究Mg是否植物必需矿质元素时,可用完全培养液和只缺Mg的“完全培养液”进行对照实验,D正确。
6.(2019·全国Ⅲ，29)氮元素是植物生长的必需元素，合理施用氮肥可提高农作物的产量。回答下列问题：
(1)植物细胞内，在核糖体上合成的含氮有机物是 ，在细胞核中合成的含氮有机物是 ，叶绿体中含氮的光合色素是 。
(2)农作物吸收氮元素的主要形式有铵态氮(NHeq \\al(＋,4))和硝态氮(NOeq \\al(－,3))。已知作物甲对同一种营养液(以硝酸铵为唯一氮源)中NHeq \\al(＋,4)和NOeq \\al(－,3)的吸收具有偏好性(NHeq \\al(＋,4)和NOeq \\al(－,3)同时存在时，对一种离子的吸收量大于另一种)。请设计实验对这种偏好性进行验证，要求简要写出实验思路、预期结果和结论。
【答案】(1)蛋白质 核酸 叶绿素
(2)实验思路：配制营养液(以硝酸铵为唯一氮源)，用该营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中NHeq \\al(＋,4)和NOeq \\al(－,3)剩余量。
预期结果和结论：若营养液中NOeq \\al(－,3)剩余量小于NHeq \\al(＋,4)剩余量，则说明作物甲偏好吸收NOeq \\al(－,3)；若营养液中NHeq \\al(＋,4)剩余量小于NOeq \\al(－,3)剩余量，则说明作物甲偏好吸收NHeq \\al(＋,4)。
【解析】(1)植物细胞内的含氮有机物有蛋白质、磷脂、ATP、核酸等，其中在核糖体上合成的为蛋白质，在细胞核中合成的是DNA和RNA，植物叶绿体中的光合色素有叶绿素和类胡萝卜素，其中含氮的光合色素是叶绿素。(2)本实验的目的是验证作物甲对硝酸铵中的NHeq \\al(＋,4)和NOeq \\al(－,3)的吸收具有偏好性，因变量是作物甲对二者的吸收量，因此可将生理状态相同的若干作物甲培养在适宜浓度的以硝酸铵为唯一氮源的营养液中，在适宜条件下培养一段时间，并测定实验后营养液中的NHeq \\al(＋,4)和NOeq \\al(－,3)的浓度，最后进行比较，如果实验后营养液中的NHeq \\al(＋,4)的浓度低于NOeq \\al(－,3)，可说明作物甲对硝酸铵中的NHeq \\al(＋,4)的吸收具有偏好性；反之，则说明作物甲对硝酸铵中的NOeq \\al(－,3)的吸收具有偏好性。
考点分布
重点难点
备考指南
单糖、二糖、多糖
脂质分类
糖类和脂质的元素组成及区别
检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质
水和无机盐的作用
1.实验：检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质
2.糖类、脂质的种类和作用(Ⅱ)
3.水和无机盐的作用(Ⅰ)
明确单糖的种类，二糖的组成单位，多糖的组成单位和作用。
熟记脂质的作用和分类。
掌握糖类和各种脂质的元素组成。
掌握检测检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质的方法和具体操作。
掌握水的存在形式及作用。
明确无机盐作用及缺乏症
分类
概念
种类
分子式
分布
主要功能
单糖
不能水
解的糖
五碳糖
核糖
C5H10O5
动植物
细胞
组成核酸
的物质
脱氧
核糖
C5H10O4
六碳糖
葡萄糖
C6H12O6
细胞中的重要
能源物质
果糖
植物细胞
组成其他复
杂化合物
半乳糖
动物细胞
二糖
水解后能够生成两分子单糖的糖
蔗糖
C12H22O11
植物细胞
麦芽糖
乳糖
动物细胞
多糖
水解后能够生成许多单糖的糖
淀粉
(C6H10O5)n
植物细胞
植物细胞中重
要的储能物质
纤维素
植物细胞壁的
主要组成成分
糖原
动物细胞
动物细胞中重
要的储能物质
比较项目
糖类
脂质
区别
元素组成
C、H、O
C、H、O、(N、P)
种类
单糖、二糖、多糖等
脂肪、磷脂、固醇等
合成部位
淀粉：叶绿体
纤维素：高尔基体
糖原：主要是肝脏、肌肉
主要是内质网
生理作用
①主要的能源物质；②构成细胞结构，如糖被、细胞壁；③核酸的组成成分，如核糖、脱氧核糖
①生物体的储能物质，如脂肪；
②构成细胞膜的重要成分，如磷脂；
③调节新陈代谢和生殖，如性激素
相同质量的物质分解情况
耗O2少，产H2O少，释放能量少
耗O2多，产H2O多，释放能量多
联系
糖类脂肪
种子类型
变化
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)→淀粉
糖类→脂肪
种子萌发时
淀粉→可溶性糖(还原糖)
脂肪→甘油、脂肪酸→糖类
选材
(1)上述实验中都不宜选取有颜色的材料，否则会干扰实验结果的颜色变化。
(2)蛋白质检测中，若用大豆作材料，必须提前浸泡；若用蛋清作材料，必须稀释，防止其黏在试管上不易刷洗；且该实验应预留部分组织样液作对比
设置
对照
物质检测实验一般不设立对照实验，若需设立对照实验，对照组应加入成分已知的物质，如验证唾液淀粉酶是蛋白质，对照组可加入稀释的鸡蛋清
实验
试剂
脂肪检测的过程中滴加1～2滴体积分数为50%的酒精溶液的目的是洗去浮色，原理是苏丹Ⅲ染液易溶于酒精