第五章 细胞的能量供应和利用

第一节 降低反应活化能的酶

一、细胞代谢与酶

1、细胞代谢的概念：细胞内每时每刻进行着许多化学反应，统称为细胞代谢.

2、活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。

3、酶在细胞代谢中的作用：降低化学反应的活化能

4、使化学反应加快的方法：

加热：通过提高分子的能量来加快反应速度;

加催化剂：通过降低化学反应的活化能来加快反应速度;同无机催化相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能，因而催化效率更高。

5、酶的本质：

关于酶的本质的探索：

巴斯德之前，人们认为：发酵是纯化学反应，与生命活动无关

巴斯德的观点：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用

李比希的观点：引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用;

毕希纳的观点：酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样;

萨姆纳提取酶，并证明酶是蛋白质;

切郝、奥特曼发现：少数RNA也具有生物催化功能;

6、酶的概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。

5、酶的特性：专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应

高效性：酶的催化效率是无机催化剂的107-1013 倍

酶的作用条件较温和：酶在最适宜的温度和PH条件下，活性最高。

二、影响酶促反应的因素(难点)

1、 底物浓度(反应物浓度);酶浓度

2、 PH值：过酸、过碱使酶失活

3、 温度：高温使酶失活。低温降低酶的活性，在适宜温度下酶活性可以恢复。

三、实验

1、 比较过氧化氢酶在不同条件下的分解

实验结论：酶具有催化作用，并且催化效率要比无机催化剂Fe3+高得多

控制变量法：变量、自变量(实验中人为控制改变的变量)、因变量(随自变量而变化的变量)、无关变量的定义。

对照实验：除一个因素外，其余因素都保持不变的实验。

2、 影响酶活性的条件(要求用控制变量法，自己设计实验)

建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究PH对酶活性的影响。

第二节 细胞的能量“通货”——ATP

一、什么是ATP?

是细胞内的一种高能磷酸化合物，中文名称叫做三磷酸腺苷

二、结构简式：A-P~P~P A代表腺苷 P代表磷酸基团 ～代表高能磷酸键

三、ATP和ADP之间的相互转化

ADP + Pi+ 能量——> ATP

ATP ——> ADP + Pi+ 能量

ADP转化为ATP所需能量来源：

动物和人：呼吸作用

绿色植物：呼吸作用、光合作用

四、ATP的利用：

ATP— 是新陈代谢所需能量的直接来源，ATP中的能量能转化成机械能、电能，光能等各种能量;

吸能反应总是与ATP水解的反应相联系,由ATP水解提供能量

放能反应总是与ATP的合成相联系,释放的能量贮存在ATP中

第三节 ATP 的主要来源——细胞呼吸

1、概念：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。

2、有氧呼吸：主要场所：线粒体

总反应式：C6H12O6 +6O2 ——> 6CO2 +6H2O +大量能量

第一阶段：细胞质基质 C6H12O6 ——> 2丙酮酸+少量[H]+少量能量

第二阶段：线粒体基质 2丙酮酸+6H2O ——> 6CO2+大量[H] +少量能量

第三阶段：线粒体内膜 24[H]+6O2 ——> 12H2O+大量能量

有氧呼吸的概念：细胞在氧的参与下，通过酶的的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。

3、无氧呼吸：细胞质基质

无氧呼吸的概念：细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，产生洒精和CO2或乳酸，同时释放出少量能量的过程。

大部分植物，酵母菌的无氧呼吸：C6H12O6 ——> 2C2H5OH+2CO2+少量能量

动物，人和乳酸菌的无氧呼吸：C6H12O6 ——> 2乳酸+少量能量

(马铃薯块茎，甜菜的块根、玉米胚的无氧呼吸也是产生乳酸)

反应场所：细胞质基质

注意：微生物的无氧呼吸也叫发酵，生成乳酸的叫乳酸发酵，生成酒精的叫酒精发酵

讨论：

①有氧呼吸及无氧呼吸的能量去路

有氧呼吸：所释放的能量一部分用于生成ATP，大部分以热能形式散失了。

无氧呼吸：能量小部分用于生成ATP，大部分储存于乳酸或酒精中

② 有氧呼吸过程中氧气的去路：氧气用于和[H]生成水

4、有氧呼吸与无氧呼吸的比较：

5、探究酵母菌细胞呼吸的方式

CO2的检测方法：

(1)CO2使澄清石灰水变浑浊

(2)CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄

酒精的检测方法：

橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色。

6、影响呼吸作用的因素

温度、含水量、O2的浓度、CO2的浓度

第四节 能量之源——光与光合作用

一、 捕获光能的色素

二、

叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。

白光下光合作用最强，其次是红光和蓝紫光，绿光下最弱。

三、 实验——绿叶中色素的提取和分离

1 实验原理：叶绿体中的色素可以溶解在无水乙醇中，可以用来提取色素。

绿叶中的色素都能溶解在层析液中，且他们在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，绿叶中的色素随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。

2 方法步骤中需要注意的问题：(步骤要记准确)

(1) 研磨时加入二氧化硅和碳酸钙的作用是什么?

二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中的色素被破坏。

(2) 实验为何要在通风的条件下进行?为何要用培养皿盖住小烧杯?用棉塞塞紧试管口?

因为层析液中的丙酮是一种有挥发性的有毒物质。

(3) 滤纸上的滤液细线为什么不能触及层析液?

防止细线中的色素被层析液溶解

(4) 滤纸条上有几条不同颜色的色带?其排序怎样?宽窄如何?

有四条色带，自上而下依次是橙黄色的胡萝卜素，黄色的叶黄素，蓝绿色的叶绿素a，黄绿色的叶绿素b。最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素。

四、 捕获光能的结构——叶绿体

结构：外膜，内膜，基质，基粒(由类囊体构成)

与光合作用有关的酶分布于基粒的类囊体及基质中。

光合作用色素分布于类囊体的薄膜上。

　四、光合作用的原理

1、光合作用的探究历程：

①、1771年，英国科学家普利斯特利证明植物可以更新空气;1779年，荷兰科学家英格豪斯证明：只有植物的绿叶在阳光下才能更新空气

②、1864年，德国科学家萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生淀粉;

③、1880年，德国科学家恩吉尔曼证明叶绿体是进行光合作用的场所，并从叶绿体放出氧;

④、20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究证明光合作用释放的氧气全部来自水。

⑤、20世纪40年代美国科学家卡尔文采用同位素标记法研究探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径

2、光合作用的过程： (熟练掌握课本P103下方的图)

总反应式：CO2+H2O ——> (CH2O)+O2

其中，(CH2O)表示糖类。

根据是否需要光能，可将其分为光反应和暗反应两个阶段。

光反应阶段：必须有光才能进行

场所：类囊体薄膜上

物质变化：水的光解：H2O ——> O2+2[H]

ATP形成：ADP+Pi+光能 ——> ATP

能量变化：光能转化为ATP中活跃的化学能

暗反应阶段：有光无光都能进行

场所：叶绿体基质

物质变化：CO2的固定：CO2+C5 ——> 2C3

C3的还原：2C3+[H]+ATP ——> (CH2O)+C5+ADP+Pi

能量变化：ATP中活跃的化学能转化为(CH2O)中稳定的化学能

联系：

光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供合成ATP的原料ADP和Pi

光合作用过程图

①是H2O ②是O2 ③[H] ④是ATP ⑤是ADP 和Pi ⑥是C3 ⑦是CO2

⑧是C5 ⑨是(CH2O)

五、影响光合作用的因素及在生产实践中的应用

(1)光对光合作用的影响

①光的波长：

叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光。

②光照强度：

植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增加，但光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增加

③光照时间

光照时间长，光合作用时间长，有利于植物的生长发育。

(2)温度

温度低，光合速率低。随着温度升高，光合速率加快，温度过高时会影响酶的活性，光合速率降低。

生产上白天升温，增强光合作用，晚上降低室温，抑制呼吸作用，以积累有机物。

(3)CO2浓度

在一定范围内，植物光合作用强度随着CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度不再增加。

生产上使田间通风良好，供应充足的CO2

(4)水分的供应

当植物叶片缺水时，气孔会关闭，减少水分的散失，同时影响CO2进入叶内，暗

反应受阻，光合作用下降。

生产上应适时灌溉，保证植物生长所需要的水分。

六、化能合成作用

1、概念：自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。

如：硝化细菌

2、自养生物：能够利用光能或其他能量，把CO2、 H2O转变成有机物来维持自身的生命活动的生物。例如：绿色植物、硝化细菌

3、异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动的生物。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。

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