高中生物競賽入門——第一講《水和鹽》

1、第四單元 生命的物質(zhì)基礎,第一節(jié) 元素組成各種細胞形態(tài)各異、功能不同，但化學組成卻基本相似。*C、H、N、O、P、S、Ca約占細胞總重量的99.35%。 C、H、N、O四種元素占96%，是構成各種化合物的主要成分。*其他元素含量很少，甚至以痕量存在，但仍為細胞中不可缺少。如：Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Mg等是酶的輔 助因子。,*另有一些僅偶然存在于細胞中，作用不詳，有些可能對生命活動有一定意義。*C有特別重要的作用

2、。C原子比較小，有4個外層電子，能和別的原子形成4個強共價鍵。尤為重要的是，C原子互相鍵接成鏈或環(huán)，從而生成各種大分子。所以地球上的生命就是在C元素的基礎上建立起來的。,組成細胞的元素及其相對含量（%）,*含量最高的4種必需元素? 碳C 18.0 氫H 10.0 氮N 3.0 氧O 65.0*其他必需元素? 磷P 1.1 硫S 0.25 鈣Ca 2.0 鉀

3、K 0.35 鈉Na0.15 氯 Cl 0.15 鎂Mg 0.05 鐵Fe 0.004 碘I 0.0004痕量： 錳Mn 鈷Co 銅Cu 鋅Zn 硒Se 鎳Ni*偶然存在的元素?（均為痕量存在） 釩V 鉬Mo 鋰Li 氟F 溴Br 硅Si 砷A

4、s 錫Sn 鋇Ba,人體的元素組成,元素的不平衡可造成生物生長與發(fā)育障礙,1）缺硒：引發(fā)克山病，大骨節(jié)??；2）鐵積累：血色沉著病（hemochromatosis）， 由鐵質(zhì)代謝異常引起，體內(nèi)保留了大量的鐵 質(zhì),最終造成肝硬化，糖尿病及心臟受損；3) 鉛: 在兒童體內(nèi)積累可影響大腦發(fā)育.4) 缺鎂：植物葉綠體發(fā)育受阻；5）多鋁：紅壤含有很高的鋁元素，可使植物中毒。6)

5、缺鈣,缺磷: 身體發(fā)育不良, 個子矮小.,第二節(jié) 分子組成,不同生物的細胞，其分子組成大體相同。一、水和無機鹽1、水 ：原始生命誕生于原始海洋。水是生命的介質(zhì)，沒有水就沒有生命。 生物離不開水，是因為水的特性符合生物生存的需要。,Ⅰ）水是極性分子 水分子中氧質(zhì)子有很強的吸引電子的力量，它和氫形成了有極性的共價鍵，電子為氧所吸引，水分子中氧的一端帶負電，氫的一端帶正電。

6、 （如右圖）,生命活動中的水溶劑,生化反應與代謝中的水分子,1) 光合作用中能量的轉(zhuǎn)移涉及水分子的光解.2) 細胞呼吸涉及水分子的形成.3) 水分子參與有機化合物的水解反應.4) 生物大分子聚合反應涉及水分子的生成.,由于水分子是極性分子，所以每個水分子帶負電的氧都和它周圍的另一些水分子帶正電的氫相吸引而形成氫鍵。這種氫鍵很脆弱，很快就破開，每一氫鍵只能保持10-10~10-11S，但形成也很快

7、?？偨Y果是水總是以不穩(wěn)定的氫鍵連成一片。此特性使水具有較強的內(nèi)聚力和表面能力。,由于內(nèi)聚力，水可在根、莖、葉的導管中形成連續(xù)的水柱，故：從部根上升至植物頂端。 由于較高的表面能力，所以水黽等昆蟲能在水面行走。 由于水分子的極性，它可與多種極性分子和極性表面結合，此即水的附著力。在活細胞中，水可附著于纖維素、淀粉和蛋白質(zhì)等多種分子上，對正常代謝具有重要意義。,水分子的內(nèi)聚力和粘著力,植物的生長需要靠水的運輸,Ⅱ）水的比熱（為 1）

8、較大（1g水上升1℃需4.184J熱，而空氣只需1.046J） 這就使細胞的溫度和代謝速率得以保持穩(wěn)定。水生生物也因此而免遭水溫劇烈變化的沖擊。,Ⅲ）水的蒸發(fā)熱較大（100 ℃時， 1g液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)需要2259.36J。這對生物的活動有利） 出汗，利于維持體溫。蒸騰作用使植物保持低體溫。 水的高比熱和高蒸發(fā)熱都是由于水分子間存在氫鍵之故。提高水溫和水的汽化都必須打開氫鍵，使分子能自由活動，而打開氫鍵則是需能的

9、。,Ⅳ）固態(tài)水比液態(tài)水的密度低 水溫降低，分子運動變慢，分子間距縮小，密度增大。4 ℃時分子間距最小，運動最慢，各水分子幾乎都能與另外4個水分子形成氫鍵（如右圖）。,水溫再下降，各水分子彼此又稍稍離開以保持最大數(shù)量氫鍵存在。水溫降至0 ℃，水分子互以氫鍵相連而結冰，體積略大于同體積液態(tài)水，密度低于液態(tài)水。 這一特性對水生生物至為重要。另外，結冰時散熱，冰融時吸熱，此過程有緩沖水溫變化的作用，也對生物有利。,Ⅴ）水是最好的溶

10、劑 這也與水分子的極性有關。生命系統(tǒng)中很多分子都是電解質(zhì)或是極性分子，如糖類分子，它們都溶于水，所以水是生命系統(tǒng)中各化學反應的理想介質(zhì)。沒有極性的分子，如脂類分子不溶于水，它們是生物膜的主要成分，由于它們的疏水性，膜才能存在而不被溶解。,水的pH值與緩沖液,1) 常溫(250C)下純粹水每10-7個分子中只有一個水分子解離為H+和OH－.2) 大多數(shù)生物的體液pH值在pH 6—pH 8之間, 人體血液的pH值

11、接近7.4, 如果血液pH降至7以下或高于7.8, 只能存活幾分種.3) 生物可利用緩沖液調(diào)節(jié)體內(nèi)pH值的變化, 以保證生化反應的正常進行.4) 人體血液和其它生物體液的緩沖液之一為碳酸 (H2CO3), H2CO3 = HCO3－ + H+.5) 酸雨對生物會造成毀滅性災害.,水的結冰與人體低溫保存,1) 有人設想采取低溫辦法將不治之癥的患者低溫保存,待將來科技發(fā)達之后再使之復蘇治療, 以此延長壽命.2)

12、另一些人設想, 為了知道200百年后的世界是何模樣, 現(xiàn)在可用低溫將活體保存, 200年后再使身體恢復到正常體溫, 繼續(xù)生活.3) 您認為這有可能嗎?,附：水的電離 水的一部分分子可解離成 H+和OH- ： H2O ? H+ + OH-此種寫法是為了方便，實際上水并不能解離為游離的H+，而是水分子中的一個氫質(zhì)子脫離其外周而跳到另一個水分子上去，結果2個水分子產(chǎn)生一個帶正電的H3O+和一個帶負電的OH- ：

13、 H2O + H2O ? H3O+ + OH- 純水25℃時：〔H3O+〕=〔H+〕=〔OH-〕 =1.0Ⅹ10-7 mol/L（pH： 以mol/L為單位的氫離子濃度的負對數(shù)）,2、無機鹽： 細胞中的無機鹽一般以離子狀態(tài)存在，如Na+、K+、Ca2+、Mg2+ 、Cl - 、HPO42-、HCO3- 等。,功能：①對細胞的滲透壓和pH起重要的調(diào)節(jié)作用。 ②有些離子

14、是酶的活化因子和調(diào)節(jié)因子，如Mg2+ 和Ca2+等。③有些離子是合成有機物的原料，如PO43-是合成磷脂、核苷酸等的原料、Fe2+是合成Hb的原料。,生物生存環(huán)境的pH范圍為3～8.5,但對一種生物來說,其生命活動的適宜pH范圍要窄得多。細胞中的各種離子有一定的緩沖能力，可在一定程度上使細胞內(nèi)的pH保持恒定，這對于維持正常的生命活動是很重要的。,人體各種體液的正常pH值 胃液0.9～1.5 陰道分泌物3.8 尿液