人教版生物必修一第5章细胞的能量供应和利用.docx

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人教版生物必修一第5章细胞的能量供应和利用

第5章细胞的能量供应和利用

学习要点：

1、在理解相关实验的基础上，掌握酶的作用、本质和特性，同时，掌握控制变量和对照在生物实验中的应用。

2、掌握直接供能的有机物——ATP在生命活动中的重要作用。

3、重点理解、记忆和掌握细胞呼吸和光合作用两大反应的相关的一系列知识，初步构建起细胞的能量供应和利用机制。

本章书在高考中的地位非常重要，每一节都很可能会考，尤其是光合作用和细胞呼吸几乎必考（大题为主），第一节经常和实验探究结合考，第二节以选择题为主。

第1节降低化学反应活化能的酶

1、酶在细胞代谢中的作用

细胞代谢：

细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应的统称。

（1）比较过氧化氢在不同条件下的分解的实验

1实验材料：

新鲜的肝脏研磨液

肝脏：

有较多的过氧化氢酶

新鲜：

科学实验原则

研磨液：

有利于过氧化氢酶的释放和增大底物与酶的接触面积

2方法步骤：

取4支试管，编号1/2/3/4，都加入等量过氧化氢溶液。

1号：

空白对照

2号：

水浴加热

3号：

加入无机催化剂FeCl3

4号：

加入研磨液（过氧化氢酶）

注意：

1、2组是通过观察气泡冒出速率比较分解速率

3、4组是用卫生香燃烧的猛烈程度比较分解速率

3实验结论:

过氧化氢在不同条件下的分解速率不同，在酶的作用下其分解速率最快。

4各条件使反应加快的本质

加热：

为过氧化氢分子提供能量

Fe3+:

降低活化能

酶：

显著降低活化能

5变量——实验过程中可以变化的因素

自变量：

人为改变的变量

因变量：

随着自变量而变化的变化的变量，一般是观察指标

无关变量：

可以对实验结果造成影响的一些可变因素，如溶液的体积，试管的大小等

6对照实验

遵循原则：

对照原则（对照组、空白组）

单一变量原则

等量原则

（2）酶的催化作用

1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称之。

2酶的催化作用特点

加快反应速率，本身不被消耗

缩短到达平衡的时间，不改变平衡点

同无机催化剂相比，酶能显著降低活化能

2、酶的本质和特性

（1）酶的本质

酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中大多数酶是蛋白质，少数是RNA。

来源：

活细胞

功能：

催化

化学成分：

有机物

（2）酶的特性

1高效性

2专一性——一种酶只能催化一种或一类化学反应

3作用条件较温和

酶在最适温度和最适PH等条件下，酶活性（催化效率）越高。

温度过高、过酸或过碱酶会失活，低温酶活性低，恢复至最适温度过程活性会恢复。

注意：

酶的作用条件要温和的原因：

绝大多数酶是蛋白质，高温、强酸、强碱等剧烈条件会破坏蛋白质结构

同时，无机催化剂就往往需要高温、强酸、强碱等剧烈条件才有较好的催化效果。

第2节细胞的能量通货——ATP

细胞中的糖类、脂肪等有机物都储存着能量，但是直接给细胞提供能量的是另一种有机物——ATP。

1、ATP具有高能磷酸键

ATP全称三磷酸腺苷，结构式为Ａ—Ｐ～Ｐ～Ｐ

Ａ指腺苷（腺嘌呤＋核糖）

Ｐ指磷酸基团（断裂时会释放大量能量）

～指高能磷酸键

Ａ—Ｐ指腺嘌呤核糖核苷酸

ATP是一种高能磷酸化合物，特点是可水解，在细胞中含量少

2、ATP和ＡＤＰ的转化

ATP化学性质不稳定，在酶的催化作用下，远离Ａ的那个～容易水解，释放大量能量，同时ATP转化为ＡＤＰ（二磷酸腺苷）。

在酶的作用下，ＡＤＰ也可以接受能量，和一个ｐｉ结合重新形成ATP。

ATP→ADP+pi+能量（此处释放的能量用于各种生命活动）

ADP+pi+能量→ATP（此处的能量来自呼吸作用或光合作用）

注意：

非可逆反应（酶和能量不同）

耗能越多，转化越快

动态平衡，不短发生

ＡＴＰ、ＡＤＰ相互转化的能量机制，是生物界的共性。

拓展：

ＡＤＰ在水解掉一个～后叫ＡＭＰ，即一磷酸腺苷，是构成ＲＮＡ的基本单位之一。

3、ＡＴＰ的利用

ＡＴＰ可用于细胞的主动运输，生物发电发光，大脑思考，肌肉收缩，吸能反应等需要用到能量的地方。

注意：

吸能反应一般与ＡＴＰ水解相联系

　　　放能反应一般与ＡＴＰ合成相联系

第3节ＡＴＰ的主要来源　细胞呼吸

1、细胞呼吸

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的过程称之呼吸作用，也叫细胞呼吸。

原料：

体内糖类、脂质、蛋白质等有机物

场所：

在细胞内

产物：

二氧化碳等

实质：

有机物氧化分解放能

2、通过对比实验探究细胞的呼吸方式

实验生物：

酵母菌（单细胞真菌，属于兼性厌氧菌，即可进行有氧呼吸和无氧呼吸）

实验装置：

课本９２页

产物检测：

检测二氧化碳：

澄清石灰水变浑浊或溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄　

检测酒精：

酸性条件下橙色的重铬酸钾变成灰绿色

实验结论：

有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量二氧化碳和水

　　　　　无氧条件下则产生酒精和少量二氧化碳

3、有氧呼吸（绝大多数生物细胞呼吸的主要方式）

（1）线粒体

线粒体是有氧呼吸的主要场所（注意是“主要”）。

线粒体有双层膜结构，内膜折叠成嵴，使内膜表面积大大增加。

线粒体内膜和线粒体基质上含有许多与有氧呼吸相关的酶。

（2）有氧呼吸的化学反应式

有氧呼吸最常利用的是葡萄糖，反应式为：

（3）有氧呼吸的三个过程

注意点：

1第一、第二阶段不需要氧的参与，第三阶段需要氧的参与

2反应需要水的参与，同时又水的生成

3葡萄糖在细胞质基质分解，线粒体不能分解葡萄糖，能分解丙酮酸

（4）有氧呼吸概念及特点

有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。

有氧呼吸特点：

条件较温和，逐步放能，能量有部分储存在ＡＴＰ中

拓展：

细胞内，１ｍｏｌ葡萄糖彻底氧化分解后释放能量２８７０ＫＪ，但只有１１６１ＫＪ能量储存在ＡＴＰ中，其余皆以热能的形式散失。

因此，有氧呼吸的能量转化效率大约是４０％。

4、无氧呼吸

（1）能进行无氧呼吸的细胞

酵母菌、真菌和细菌、植物器官的细胞、动物骨骼肌细胞等

（2）无氧呼吸的两个过程

注意点：

①两个阶段需要不同的酶，但都发生在细胞质基质。

②第一阶段和有氧呼吸相同，丙酮酸被催化分解为酒精和二氧化碳，或

着转化为乳酸。

③无氧呼吸只在第一阶段释放出少量能量。

④氧气抑制，产物一般有害

⑤产生乳酸：

动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌

产生酒精：

大多数植物、酵母菌

（3）无氧呼吸概念及特点

无氧呼吸是指细胞在无氧条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，产生二氧化碳和酒精或乳酸，释放少量能量，生成少量ATP的过程。

5、细胞呼吸原理的应用（了解）

课本95、96页

第4节能量之源光和光合作用

光合作用：

将光能转换成细胞能利用的化学能称之。

1、捕获光能的色素

（1）实验：

绿叶中色素的提取和分离

①原理

提取原理：

绿叶中的色素能溶解在无水乙醇中

分离原理：

不同色素在层析液中的溶解度不同

注意：

提取是研磨法，分离是纸层析法

②试剂

无水乙醇（或95%的酒精加入无水碳酸钙除去水分）

二氧化硅：

有利于充分研磨，不加会使色素带颜色变浅

碳酸钙：

防止研磨中色素被破坏，不加滤液会变褐色

③操作要点

迅速、充分的研磨：

防止色素被氧化破坏

滤纸条剪去两角：

否则会产生弧形色素带

均匀画细线：

使色素带清晰分明

不能让细线触及层析液：

否则色素会直接溶解到层析液

色素带粗细：

胡萝卜素最细，叶绿素a最粗

（2）色素——吸收和转化光能（色素吸收光能不需要酶参与）

绿叶中（色素分布在叶绿体或液泡中）色素有四种：

胡黄ab向前走

2、叶绿体的结构

光镜下：

椭球形或球形

电镜下：

双层膜，内部有基粒，基粒之间是基质（基粒含酶和ＤＮＡ）

基粒：

囊状结构堆积而成，这些囊状结构称之类囊体，类囊体的薄膜上分布着色素，也有酶

基粒和类囊体，极大的扩展了受光面积。

3、叶绿体的功能

叶绿体是真核生物进行光合作用的场所。

它内部巨大的膜（类囊体薄膜）

表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素因子，还有许多进行光合作用必

须的的酶。

注意：

并非只有叶绿体的细胞才能进行光合作用。

4、光合作用及其探索

（1）光合作用概念

绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物（糖类、蛋白质、脂肪等），并且释放出氧气的过程。

（2）探索历程

①萨克斯的实验

暗处理（饥饿处理）:

消耗原有有机物

单一变量：

一般遮光，一半曝光

因变量检测：

碘蒸气处理

结论：

光合作用产物除了水之外还有淀粉

②同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水（鲁宾、卡门）

③卡尔门探明碳途径，即卡尔门循环

5、光合作用过程

（1）总反应

（2）光反应和暗反应

（3）光合作用图解

注意点：

①能量转化：

光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能

②光反应：

第一阶段的反应，有光才能进行，在类囊体薄膜中进行

（详细见103页文字介绍）

③暗反应：

第二阶段的反应，有无光都能进行，在叶绿体基质中进行

（详细见104页文字介绍，注意二氧化碳的固定和C3的还原）

④总光合速率=呼吸速率+净光合速率

总光合作用：

产生的有机物、固定的二氧化碳、产生的氧气

呼吸速率：

呼吸作用速率，黑暗中可测

净光合作用：

吸收二氧化碳量、氧气释放量、积累的有机物

6、光合作用的环境影响因素（主要考在实验探究题重点在于理解，能根据

题意和所给的图表等回答问题）

二氧化碳浓度、水、矿质、光强、光质、温度等，各自应用于农业生产

等的相关应用

7、化能合成作用

动物、真菌和大多数细菌不能光合作用合成有机物，属于异养生物。

少数细菌（如硝化细菌、硫细菌）不能进行光合作用，但能利用无机物氧化时释放的能量来制造有机物，称之化能合成作用，这些细菌也是自养生物。

注意：

光合作用和化能合成作用都能把无机物合成有机物，但利用的能量不同。

拓展：

自养和异养生物根本区别：

能否把有机物合成有机物

课后巩固小练习

1、如图为某酶在不同温度下生成物的量和时间的关系，从图中不能获得的信息是（　　）

A.酶反应的最适温度范围

B.酶因热而失活

C.酶反应生成物量与时间的关系

D.酶反应速度和酶量的关系

2、下列关于过氧化氢的叙述中，正确的是（）。

A．在没有催化剂时过氧化氢不会分解成水和氧气B．过氧化氢和水一样无色无味，对细胞无害C．Fe3+和过氧化氢酶都能加速过氧化氢的分解D．从最终结果看，在有催化剂存在时，过氧化氢分解反应会进行得更彻底

3、下列有关酶的叙述正确的结论有（　　）

①产生酶的细胞可能有分泌功能  ②部分从食物中获得，部分在体内转化③酶的基本单位是氨基酸或核糖核苷酸④酶是生物催化剂⑤生长激素与呼吸酶可来自于同一个细胞⑥能降低化学反应的活化能

A.3个B.4个C.5个D.6个

4、酶可以加速化学反应的进行，原因是（　　）

A.酶可以提供能量B.酶可以直接参与反应

C.酶可以显著降低活化能D.反应前后性质不变

5、在生物的生命活动中，能产生ATP的细胞结构有（　　）

A.细胞核、高尔基体、叶绿体B.线粒体、高尔基体、细胞质基质

C.细胞质基质、线粒体、叶绿体D.细胞核、线粒体、核糖体

6、下列有关ATP的叙述，正确的是（　　）

A.线粒体是蓝藻细胞产生ATP的主要场所

B.光合作用产物中的化学能全部来自ATP

C.ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成

D.细胞连续分裂时，伴随着ATP与ADP的相互转化

7、ATP为细胞的直接能源物质，下图1为ATP的结构，图2为ATP与ADP相

互转化的关系式，以下说法正确的是（　　）

A.图1的A代表腺苷，b、c为高能磷酸键

B.图1中的五碳糖为脱氧核糖，ATP脱去两个磷酸后的产物为DNA的基本单位

C.图2中的反应向右进行时，常伴随着放能反应的进行

D.酶1和酶2的作用机理相同，但作用结果不同，所以图2不是可逆反应

8、人体在进行剧烈运动时，处于暂时缺氧状态下的骨骼肌，可以通过无氧呼吸获得能量，此时葡萄糖分解成为（　　）

A.酒精B.酒精和二氧化碳C.乳酸D.乳酸和二氧化碳

9、下列叙述符合生物学原理的是（　　）

A.水稻根部主要进行厌氧呼吸，所以能长期适应缺氧环境

B.快速登山时，人体的能量主要来自有机物分解产生二氧化碳的过程

C.蔬菜在低氧、干燥、低温的环境中，可延长保鲜时间

D.淀粉经发酵可产生酒精，是通过乳酸菌的厌氧呼吸实现的

10、下列5支试管中分别含有不同化学物质和活性酵母菌细胞制备物．在适宜温度条件下，会产生CO2的试管有（　　）

①葡萄糖+已破裂的细胞  ②葡萄糖+线粒体  ③丙酮酸+线粒体 ④葡萄糖+细胞质基质（隔绝空气）  ⑤丙酮酸+细胞质基质（隔绝空气）

A.①③④⑤B.①②④⑤C.①③④D.②③④

11、

如图是不完整的细胞呼吸示意图，下列说法中不正确的是（　　）

A.图中方格内的物质名称可能是丙酮酸

B.有氧呼吸的途径是A、C、D

C.其中产能最多的是C阶段，产[H]的阶段是A和C

D.图中A和B发生的场所是细胞质基质，E可能表示的物质是酒精和二氧化碳

12、下列实验中科学家的使用手段或技术显著不同于其他的是（　　）

A.科学家对分泌蛋白的合成和分泌的研究

B.鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水

C.恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所

D.卡尔文探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径

13、某同学在做叶绿体色素的提取和分离的实验中，观察到的色素带颜色较浅，其可能原因有（　　）

①无水乙醇加入量太多 ②未加CaCO3　③未加SiO2④使用放置了两天的菠菜叶　 ⑤只画了一次滤液细线

A.2种B.3种C.4种D.5种

14、下列有关细胞中“不一定”的说法正确的是（　　）

①光合作用不一定在叶绿体中进行；

②有氧呼吸不一定在线粒体中进行，有H2O生成不一定不是无氧呼吸，产生CO2不一定不是无氧呼吸产生乳酸的过程；

③没有细胞结构的生物不一定不是原核生物；

④以RNA为遗传物质的生物不一定不是原核生物；

⑤所有生物的蛋白质不一定是在核糖体上合成；

⑥有中心体的生物不一定不是高等植物．

A.①B.②④⑥C.④⑤D.③⑤⑥

15、如图为某植物在夏季某一晴天的光合作用变化示意图．下列判断错误的是（　　）

A.d点时的光合作用强度比c点时弱

B.de段光合作用强度上升的主要因素是光照强度逐渐增强

C.光合作用开始的时间在a点，而不是b点

D.植物从b点后开始积累有机物，到f点时有机物积累最多

16、下列关于硝化细菌的叙述，正确的是（　　）

A.没有线粒体，所以不能进行有氧呼吸

B.能够将土壤中的氨氧化成亚硝酸或硝酸，所以硝化细菌是自养生物

C.去除植物细胞壁的酶也可以用于去除硝化细菌的细胞壁

D.虽然不能进行光合作用，但仍能将二氧化碳和水合成糖类

17、

光合作用受温度、光照强度等因素的影响，某研究小组以黑藻叶片为实验材料进行了相关的实验探究．

Ⅰ．该小组为了探究温度对光合作用的影响，设计了以下实验：

将生长旺盛的黑藻叶片分成等量的若干组，先在不同温度下分别暗处理1小时，测其重量变化；后立刻再光照1小时（光强度相同），再测其重量变化，分析作答：

（1）若实验测知黑藻叶片在20℃：

条件下暗处理1小时后有机物重量与暗处理前相比减少了2mg，再光照1小时后有机物重量与暗处理前相比增加了4mg，则该温度条件下黑藻的真光合速率为______mg/小时．

（2）该实验除了通过测定有机物合成量，还可以通过测定______或______来计箅真光合速率．

Ⅱ．研究小组进一步用如图所示装置探究光照强度对黑藻光合作用的影响．请据图分析作答：

（3）为防止光照引起瓶内气体的物理性膨胀对实验结果造成的误差，对照组瓶内应如何放

置？

___________________________________________________________________________

（4）若光源为同功率的灯泡，可通过________________________________来控制自变量．

（5）当光照强度为O时，预测瓶内______ （填气体）将减少，红色液滴将向______移动；光照增强时，预测瓶内______ （填气体）将增加，红色液滴将向______移动．

1-5DCCCC6-10DDCCC11-16CCBABD

16、I 

（1）8 mg/小时

（2）CO2的吸收量  O2的释放量 

II．（3）应放置同等数量的黑藻死叶片及等量CO2缓冲液（4）调节灯泡与装置之间的距离 （5）O2   向左  O2 向右