資源簡介

/ 讓教學更有效 高效備課 | 生物學科
第二節 細胞中的無機物
教學目標
1．科學探究
結合生活體驗，探究水的功能。
2．生命觀念
闡述“水的分子結構決定其性質”；認同水在生命活動中的重要作用。
3．科學思維
比較和分析自由水和結合水；概括歸納無機鹽在生命活動中的作用。
4．社會責任
認識無機鹽與人體健康的關系，提升社會責任感；養成節水環保意識的宣傳，鑒別并自覺抵制不良生活習慣。
教學重點和難點
1．教學重點
水和無機鹽在細胞中的作用。
2．教學難點
（1）結合水的概念． （2）無機鹽的作用。
教學內容
引入：大量出汗后需要補充哪些營養物質？說說你所了解的生命活動和水的關系
一、細胞中的水
1.生物體內含水量
分析表1不同種生物的相對含水量，思考：通過數據你能找到什么規律？
1. 幾種不同生物體水的含量
生物 水母 魚類 蛙 哺乳動物 藻類 高等植物
相對含水量 97% 80-85% 78% 65% 90% 60-80%
分析表2人體中幾種不同器官或組織中水的含量
2. 人體中幾種不同器官或組織中水的含量
組織器官 牙齒 骨骼 骨骼肌 心肌 血液
所占比例% 10 22 76 79 83
水在構成生物體的化合物中含量第一；不同種生物含水量不同；水生生物含水量比陸生生物高。
2.閱讀教材20-21頁相關內容，理解水分子結構決定其特性
思考1： 為什么水具有支持生命的獨特性質？嘗試總結水分子結構與特性的關系。
（1）水是極性分子，水分子之間形成氫鍵
思考2：每個水分子最多同時可以和4個水分子形成氫鍵。大家想一想這種由靜電作用形成的弱的引力穩定嗎？常溫下水是呈液態的，這又是為什么呢？
思考3： 為什么水是細胞內良好的溶劑？
大家一定見過這樣的現象：把冰糖放入清水中，一段時間后冰糖會溶解在水中。日常生活中我們經常用水溶解各種各樣的溶質分子。為什么水是良好的溶劑呢？正是因為水是極性分子很容易與其他極性分子間形成氫鍵。比如蔗糖分子中的羥基也是由氫原子和氧原子以共用電子對相結合構成的。氫端稍帶正電荷。可以和水分子稍帶負電荷的氧端形成氫鍵。溶質分子不斷地與周圍的水分子之間通過氫鍵相互作用，于是在水中逐漸擴散均勻，成溶解狀態。細胞中的大多數無機鹽、以及帶有氨基、羧基、羥基的有機化合物中的這些極性基團均可與水結合，所以水也是細胞內的良好溶劑。細胞內的許多生化反應也都需要水的參與，一方面水是反應物或生成物，更多情況下水是反應的介質，反應物溶解在水中呈離子狀態，反應得以順利進行。
思考4：為什么水能起到物質運輸的作用？
首先水是良好的溶劑，加之水在常溫下的流動性，使水成為生物體內物質運輸的介質。水在植物體內能夠克服重力勢能自下向上運輸，是因為植物的導管相當于毛細管，水分子通過氫鍵相互拖引，加之水分子在葉片大量蒸發產生了巨大的蒸騰拉力，在運輸的過程中，水分子還能通過氫鍵與管壁中纖維素的極性基團相互吸引，從而上升相當的高度。
思考5：為什么水能維持生命系統的穩態？
我們來看這張圖，在水域生態系統十米深的靜水層，冬夏季節的水溫變化很小。為什么水溫能維持相對穩定，不隨氣溫大幅度變化呢？這還得從氫鍵說起，環境溫度升高，氫鍵斷裂吸收大量的能量；環境溫度降低時，氫鍵形成，釋放大量的熱，具有較多的氫鍵是水的比熱容和蒸發熱較大的原因之一。水的高比熱容使水的溫度相對不容易發生變化，以水為介質的生命系統就可以維持在相對穩定的狀態。從而使細胞內的生物化學反應可以正常進行。 而高蒸發熱則可以使生物體借助水分蒸發散熱，達到調節體溫的目的。
3.水在細胞中的存在形式
自由水：游離狀態，自由流動
結合水：與蛋白質、多糖等結合，失去流動性、溶解性
在我們剛才分析的糖溶液中水就有兩種存在形式：游離狀態的，可以自由流動的水分子；另外一些水分子則與蔗糖分子的極性基團通過氫鍵相聯，失去了流動性和溶解性。細胞內也有一部分水分子被蛋白質、多糖、磷脂等親水性物質通過氫鍵吸附。這種靜電引力比水分子間的要更穩定一些。這部分水就是細胞內的結合水。結合水對于保持生物大分子的空間結構有著重要的作用，是細胞的重要組成成分。在干旱情況下植物會通過代謝增加可溶性糖的含量吸附更多的自由水成為結合水，增強植物的保水能力。結合水在不同生物的細胞中廣泛存在，如人體的心肌細胞、軟骨細胞含水量都接近血液，但結合水的占比高使前兩者具有堅韌的形態。結合水因為失去了流動性和溶解性不參與代謝。結合水占比升高的時候植物抗逆性增強，但細胞代謝強度下降。待度過不良環境條件后，植物的含水量又會有怎樣的變化呢？
思考6：1.為什么種子入庫之前要經過晾曬？ 種子萌發需要吸水？2.小麥越冬前自由水和結合水的比例會如何變化 ？
細胞內的水與細胞代謝密切相關。現在你能理解種子入庫之前需要晾曬；而休眠的種子萌發需要吸水了嗎？小麥越冬前自由水和結合水的比例會如何變化呢？另外，據對人和動物的研究發現，人和動物的年齡愈大，細胞中的結合水愈少，生病時，結合水也有變化。自由水和結合水的區分不是絕對的，兩者在一定條件下可以相互轉化。如血液凝固時，自由水就變成了結合水。烘烤干種子會在試管壁上凝結成水滴就是干種子中的結合水受熱形成的自由水在蒸發。
4.細胞中的水
1. 含量
（1）細胞含量最多的化合物
（2）不同生物體水的含量不同
（3）同一生物同一時期不同組織、器官含量不同；同一生物不同生理時期含量也不同
2.水的存在形式和功能
結合水：細胞的重要組成成分
自由水：（1）是細胞內良好的溶劑；(2)運送養料和代謝廢物；（3）參與細胞內的生化反應， 大多數生化反應需要水的參與；（4）調節體溫
3.自由水越多新陳代謝的速度越快，結合水越多植物的抗性超強。
二、細胞中的無機鹽
1.比較運動員飲料與普通飲料成分的主要差異，思考下列問題：
（1）找出運動員飲料與普通飲料成分的主要差異，想一想這些成分屬于人體所需的哪類營養物質？（2）為什么要補充這些營養物質呢？
2.舉例說明無機鹽的存在形式和主要作用，完成活動單上的表格。
無機鹽 含量 存在形式 功能
僅占細胞鮮重的 少數為化合物 骨骼中骨鹽的主要成分是Ca3(PO4)2 組成細胞中某些 是細胞膜、細胞核的重要成分 是血紅素的成分 是葉綠素的成分 維持細胞和生物體的 缺乏導致植物生長不良 維持人體吸收水的能力 維持神經、肌肉興奮性 某些無機鹽離子維持 平衡
多數為 形式 含量較多的陽離子 等，含量較多的陰離子 等
3.無機鹽在生物體內的存在形式
化合態和離子態（大多數）
4.分析離子態無機鹽在生物體的作用
問題1：如何維持內環境水分平衡？
問題2：運動場上抽筋與無機鹽有關嗎？
形成肌細胞動作電位的主要離子流
問題3：細胞代謝產物會改變內環境pH嗎（上右圖）？
各種蛋白質對于pH的改變異常敏感，人體血漿pH降低0.5個單位，立即發生酸中毒。
5.無機鹽的作用
（1） 組成細胞中某些復雜的化合物（2） 維持細胞和生物體的生命活動
（3）維持細胞的酸堿平衡 （4） 維持細胞的滲透壓平衡

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