新人教版高中生物必修1《细胞的能量供应和利用复习》知识点整理Word下载.docx

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一、知识结构

　　　　细胞代谢：

细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应

酶的作用

　　　　　　　　　具有催化作用

　　　　　　　　　活化能：

分子从常态转变为易发生化学反应的活跃态所需要的能量

　　　　　　　　　同无机催化剂相比，催化效率更高，原因：

酶降低活化能的作用更显著。

酶的本质

　　　　　　　　　绝大多数酶是蛋白质

　　　　　　　　　少数种类的酶是RNA

　　　　控制变量的概念：

实验过程中可以变化的因素

变量类型

　　　　　　　　　自变量：

人为改变的因素

　　　　　　　　　因变量：

随着自变量的变化而变化的因素

　　　　　　　　　无关变量：

自变量外，实验过程中存在的其他一些对实验结果造成影响的可变因素

　　　　酶的概念：

活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质

酶的特性

高效性

　　　　　　　　　其催化效率是无机催化剂的107~1013倍

　　　　　　　　　意义：

使细胞代谢快速而高效的进行

专一性

　　　　　　　　　每一种酶只能催化一种或是一类化学反应

使细胞代谢能有条不紊的进行

　　　　　需要适宜的反应的条件：

如适宜的温度、pH等条件

二、要点精析

【要点一】酶的化学本质

1、美国科学家萨姆纳也认为酶是蛋白质。

在1926年的一天清晨惊喜地发现．在用丙酮作溶剂的提取液中出现了结晶．这说明提取物达到了一定的纯度。

这种结晶溶于水后能够催化尿素分解成氨和二氧化碳。

然后他又用多种方法证明脲酶是蛋白质。

后来，科学家又相继获得胃蛋白酶、胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这此酶都是蛋白质。

20世纪80年代．美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化功能。

【画龙点睛】酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。

其中，绝大多数酶是蛋白质。

少数的酶是RNA。

2、生物体的细胞中每时每到都进行着许多化学反应，这些化学反应都是些极其复杂的生化反应，在实验室条件下模拟这些反应．如果没有酶的参与，改用无机催化剂替代，即使在高温、高压下其反应速率比细胞内也要缓慢得多。

酶是怎样起催化作用的呢？

（1）活化能：

在一个化学反应体系中．反应开始时，反应物（S）分子的平均能量水平较低．为“常态”。

在反应的任何瞬间，反应物中都有部分分子具有了比常态更高些的能量，高出的这部分能量称为活化能，使这些分子进入“活化态”（过渡态）．这时就能形成或打破一些化学键，形成新的物质——产物（P）。

即S变为P。

这些具有较高能量处于活化态的分子称为活化分子；

反应物中这种活化分子愈多．反应速率就愈大。

活化能的定义是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。

（2）酶的催化机理：

催化剂，包括酶在内．能降低化学反应的活化能，如图所示．由于在催化反应中．只需较少的能量就可使反应物进人“活化态”，所以和非催化反应相比．活化分子的数量太大增加．从而加快了反应速率。

同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，例如．H2O2的分解．当没有催

化剂时需活化能l8000卡/克分子，用胶志钯作催化剂时．只需活化能11170卡/克分子，而当用过氧化氢酶催化时．活化能下降到2000/克分子。

所以．酶的催化效率更高。

【画龙点睛】酶对生物化学反应具有催化作用的根本原因在于酶可以降低活化一个反应所需要的能量，即使是一个放能反应，在它放出能量之前，也存着化学反应启动的能量障碍因为新的化学键形成之前存在着必须首先断开键，这就是“能障”。

用于克服能障、启动反应进行所需要的能量就是“活化能”，而酶恰好可以降低化学反应所需要的活化能。

【要点二】酶催化作用的特点

生物体内的各种化学反应，几乎都是在酶的催化下完成的。

酶作为生物催化剂，与一般无机催化剂既有共同之处，也有其独特的特点。

1、酶具有一般催化剂的特性。

【画龙点睛】

（1）能显著降低反应的活化能．提高反应速率缩短到达平衡所用的时间,但不改变反应的方向和平衡常数。

（2）反应前后，酶的性质和数量不变。

2、酶具有一般催化剂所不具备的特性。

（1）高效性，指催化效率很高．使得反应速率很快；

（2）专一性，任何酶只作用于一种或几种相关的化合物，这就是酶对底物的专一性；

（3）酶的作用条件较温和，一般催化剂在一定条件下会因中毒而失去催化能力，而酶较其他催化剂更加脆弱，更易失去活性。

强酸、强碱、或温度过高会使酶的空间结构遭到破坏而完全失去活性。

所以酶作用一般都要求比较温和的条件，如常温、常压、接近中性的酸碱度等。

【画龙点睛】0℃左右的低温虽然使酶的活性明显降低，但能使酶的空间结构保持稳定，在适宜的温度下酶的活性可以恢复。

但在高温下酶的空间结构遭到破坏而失去活性。

（4）多样性，指生物体内具有种类繁多的酶。

【要点四】影响酶的作用的因素

酶促反应受到多种因素的影响，这些因素既包括酶的浓度等内部因素，也包括温度、pH等外部因素。

1、温度对酶促反应的影响：

酶促反应在一定温度范围内反应速度随温度的升高而加快；

但当温度升高到定限度时，有适宜的温度下可以恢复。

在一定条件下．每一种酶在某一定温度时活力最大这个温度称为这种酶的最适温度。

【画龙点睛】温度对酶促反应的影响可以如右图所示。

2、pH对酶促反应的影响：

每一种酶只能在一定限度的pH范围内才表现活性，超过这个范围．酶就会失去活性。

（过酸或碱会使酶的分子结构遭到破坏而失去活性），在一定条件下，每种酶在某一定pH的活力最大这个pH称为这种酶的最适pH

【画龙点睛】pH对酶促反应的影响如图所示。

3、酶浓度对酶促反应的影响：

在底物充足．其他条件固定的条件下应应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时．酶促反应速率与酶浓度成正比。

【画龙点睛】酶浓度对酶促反应的影响如图所示。

4、底物浓度对酶促反应的影响：

在底物浓度较低时，反应速率随底物浓度增加而加快，反应速率与底物浓度近乎成正比，在底物浓度较高时．底物浓度增加，反应速率也随之加快，但不显著；

当底物浓度很大且达到一定限度时，反应速率达到一个最大值此时即使冉增加底物浓度，反应速率也几乎不再改变。

【画龙点睛】底物浓度对酶促反应的影响如图所示。

【要点五】在探究影响酶活性的条件实验中的注意事项

1、制备的可溶性淀粉液定要冷却后才能使用，如果用刚煮沸的可溶性淀粉溶液进行实验，就会因温度过高而破坏淀粉酶的活肚。

2、淀粉酶的来源不同．其最适温度也不定相同，在保温时必须加以考虑。

市售的淀粉酶的最适温度一般在60℃左右，唾液淀粉酶的最适温度在37℃。

3、在探究温度对酶活性影响时．对照组加人等量的反应物如2mL可溶性淀粉后要先放人不同环境5min使反应物达到所处不同环境的温度．然后再加新鲜酶液．摇匀维持5min否则若加入酶后再放入不同温度的环境中．由于酶的高效性．在升温或降温的过程中已把反应物给分斛了．会造成错觉。

4、关于pH对酶活性影响实验中．操作时必须先将酶置于不同环境条件下（加清水、加氢氧化钠、加盐酸）．然后再加入反应物如可溶性淀粉液。

不能在加入酶后，先加入反应物，再加入盐酸或氢氧化钠，这样可以防止反应物在酶的作用下水解，方可证实环境过酸和过碱对酶活性的影响。

如果改变顺序则会影响效果。

此实验中要注意保持酶在最适温度下发挥作用．排除温度对酶活性的影响．变量只有pH的不同。

【画龙点睛】设计对照实验时，很重要的一点是遵循“单一变量”原则，至于让哪个因素成为变量，要根据实验目的而定。

细胞的能量通货――ATP

ATP分子中具有高能磷酸键

　　　　　　　　ATP是三磷酸腺苷的英文名称的缩写，结构简式为A－P~P~P，其中A代表腺苷，P代表磷酸，~代表高能磷酸键。

ATP水解指ATP分子中高能磷酸键的水解。

释放能量多达30.54kj/mol。

所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物

酶1

酶2

ATP与ADP可以想到转化

　　　　　　　　1、ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解，形成ADP和Pi，同时释放能量，同样ADP可以接受能量与Pi结合，重新形成ATP；

这种相互转化时刻不停发生并且处于动态平衡之中，反应式：

ADP　＋　Pi　＋能量　　ATP

2、动物、真菌和大多数细菌产生ATP的过程是呼吸作用

　　　　　　　　绿色植物产生ATP的过程则是呼吸作用和光合作用

ATP的利用

　　　　　　　　细胞绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供的，吸能反应总与ATP的水解反应相联系，放能反应总与ATP的合成相联系。

即能量ATP通过吸能反应和放能反应之间循环流通。

因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”

【要点一】ATP的结构

　ATP是生物体内一种重要的高能磷酸化合物．是生命活动的直接能源．ATP的这种功能是与ATP的结构密切相关的。

【画龙点睛】ATP（三磷酸腺苷）是腺嘌呤核苷的衍生物．可以看成是含三个磷酸根的腺嘌呤核苷酸，其构式如图所示。

ATP的结构简式：

A－P～P～P。

其中A代表腺苷，T代表三个，P表示磷酸．所以称之为三磷酸腺苷。

对于所有的细胞来说，几乎都是用ATP作为直接能源的．凡是不能单独由酶催化的化学反应，几乎都要由ATP供给能量，使化学反应能够顺利进行。

【要点二】ATP和ADP的相互转化

　ADP是二磷酸腺苷的英文名称缩写，分子式可简写成A－P～P。

从分子简式中可以看出．ADP比ATP少了一个磷酸基团和个高能磷酸键。

ATP的化学性质不稳定。

在有关酶的催化作用下ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解．于是远离A的那个P就脱离开来．形成游离的Pi（磷酸）．同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP．这个过程通常称为ATP的水解。

ATP水解时释放出的能量，可直接用于各项生命活动．如细胞分裂、根细胞通过主动运输从土壤中吸收矿质元和肌肉收缩等。

ATP是新陈代谢所需能量的直接来源，也可以说ATP是生物新陈代谢中的直接能源物质。

在有关酶的催化作用下．ADP可“接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP。

对细胞的正常生活来说．ATP与ADP的这种相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。

【画龙点睛】ATP与ADP的相互转变可能下列反应式表示

ADP　＋　Pi　＋能量　　ATP

有人认为．ATP与ADP的相互转变关系是一种可逆反应．理由是存在可逆符号“　　　”。

根据化学中讲到的可逆反应特点：

无论正逆反应都能在同一条件下同时进行可知，可知上述反应不是可逆反应，原因是：

①从反应条件上看：

ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶属于水解酶．而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶，由酶的专一性可知上述反应的条件是不相同的。

②从ATP合成与分解的场所上看：

ATP合成的场所所有细胞质基质、线粒体和叶绿体；

而ATP分解的场所有细胞膜（供主动运输消耗的能量）、叶绿体基质（将ATP中的能量释放出来．储存在合成的有机物中）、细胞核（DNA复制和RNA合成所消耗的能量）等。

因此，其合成与分解的场所不尽相同。

显然上述反应并不是同时进行的。

③从能量上看：

ATP，水解的能量是储存在高能磷酸键内的化学能，释放出来后供各种生命活动利用．不能再由Pi和ADP形成ATP而储存；

而合成ATP的能量主要是有机物中的化学能和太阳能，因此，反应的能量来源是不同的；

反应中的能量流向是不可逆的。

　　综上所述，ATP和ADP的相互转化是不可逆的。

体内的过程应判断为“物质是可逆的．能量是不可逆的，且酶也是不相同的”。

【要点三】ATP中能量的利用

生物体内能量的转化和传递过程，ATP是一种关键的物质。

ATP是生物体内直接提供可利用能量的物质，是细胞内能量转换的“中转站”。

各种形式的能量转换都是以ATP为中心环节的。

生物体内由于有各种酶作为生物催化剂，同时又有细胞中生物膜系统的存在．因此ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。

【画龙点睛】这些能量形式主要有以下几种：

1、机械能。

生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动都在做功．所消耗的就是ATP水解释放出的能。

例如．纤毛和鞭毛的摆动、肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等。

2、电能。

生物体内神经系统传导冲动和某些生物能够产生电流．所消耗的就是电能。

电能也是由ATP所提供的能量转换而来的。

3、渗透能。

如细胞的主动运输逆浓度梯度做功消耗的能量．叫做渗透能．渗透能也是来自ATP。

4、化学能。

生物体内物质的合成需要化学能．小分子物质合成大分子物质时．必须有直接或间接的能量供应。

另外．物质在分解的开始阶段．也需要化学能来活化能量较高的物质。

在生物体的物质代谢中．可以说到处都需要由ATP转换的化学能来做功。

5、光能。

如萤火虫用于发光的能量仍然直接来源于ATP．

6、热能。

生物体内的热能．来源于有机物的氧化分解。

大部分的热能通过各种途径向外界环境散发，只有小部分热能用于维持细胞或恒温动物的体温。

通常情况下．热能的形式往往是细胞能量转换和传递过程中的副产品。

【要点四】生物体生命活动与能源物质、主要能源物质、储存能源物质、直接能源物质和最终能量来源的关系

细胞内的生命活动有很多是需要消耗能量的，源源不断的能量供应是生命活动得以顺利进行的前提条件之一。

【画龙点睛】糖类，脂质和蛋白质等有机物中含有大量的能量，都可作为能源物质氧化分解释放能量，供生命活动的需要。

其中糖类是细胞和生物体的主要能源物质，脂肪是生物体内储存能量的主要物质。

但是这此有机物中的能量不能直接用于各项生命活动，它们在细胞中被逐步氧化分解释放出来，其中一少部分能量用于合成直接能源物质ATP后才能供细胞各项生命活动利用，大部分能量以热能的形式散失掉了。

糖类等有机物中的能量几乎全部来自绿色植物通过光合作用固定的太阳能，所以太阳能是细胞和生物体生命活动的最终能量来源。

　　　　概念：

指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生，释放能量并生成ATP的过程

　　　　　　　　　　　　场所：

细胞质基质和线粒体

　　　　　　　　　　　　条件：

需要氧气

有氧呼吸

　　　　　　　　　　　　反应式：

　　　　　　　　　　　　　　　第一阶段：

C6H12O6———→2丙酮酸　＋　4[H]＋　能量（少）

　　　　　　　　　　　第一阶段场所：

细胞质基质

过程：

　第二阶段：

2丙酮酸＋6H2O——→　6CO2＋20[H]+ 

能量（少）

　　　　　　　　　　　　　　　第二阶段场所：

线粒体

第三阶段：

24[H]＋6O2　——→12H2O＋能量（大）

方式

第三阶段场所：

不需要氧气

2C2H5OH+CO2+能量（少）

2C3H6O3+能量（少）

第一阶段场所：

细胞质基质　　

无氧呼吸

　　　　　　　　　　　　第二阶段：

　2丙酮酸——→

细胞质基质

产物为：

酒精和CO2

类型：

　　　　　　　　　　　　　　　反应式：

C6H12O6——→2C2H5OH　＋　CO2　＋　能量（少）

　　　　　　　　　　　　　　　产物为：

乳酸

C6H12O6——→2C3H6O3　＋　能量（少）

发酵：

　　　　　　　　　　　　　　　酒精发酵：

微生物产生酒精的无氧呼吸

　　　　　　　　　　　　　　　乳酸发酵：

微生物产生乳酸的无氧呼吸

【要点一】有氧呼吸和无氧呼吸的比较

第一阶段

C6H12O6—→2丙酮酸＋4[H]＋能量（少）

场所：

C6H12O6—→2丙酮酸＋4[H]＋能量（少）

第二阶段

2丙酮酸＋6H2O—→6CO2＋20[H]+能量少

2丙酮酸—→

第三阶段

24[H]＋6O2—→12H2O＋能量（大）

总反应式

C6H12O6＋6O2＋6H2O—→6CO2＋12H2O＋能量

C6H12O6—→2C2H5OH＋CO2＋能量（少）

C6H12O6—→2C3H6O3　＋　能量（少）

释放能量

释放大量能量（合成38个ATP）

释放少量能量（合成2个ATP）

（1）有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段完全相同。

（2）有氧呼吸的第二阶段和第三阶段都在线粒体中进行，第二阶段有水参与，第三阶段有水生成，第三阶段产生能量最多。

无氧呼吸全过程均在细胞质基质中进行。

（3）无氧呼吸由丙酮酸转变成酒精或乳酸的过程必须在缺氧的条件下，有[H]作还原剂。

（4）高等动物无氧呼吸的产物是乳酸；

高等植物无氧呼吸的产物主要是酒精和CO2某些器官的无氧呼吸的产物是乳酸．如最米胚和马铃薯的块茎。

（5）由于无氧呼吸一方面释放出的能量少，另一方面产生的酒精或乳酸对原生质有毒害作用．所以不论植物还是动物都不能长时间地进行无氧呼吸。

（6）有氧呼吸较无氧呼吸释放的能量多，能量的利用率，前者为l16l╱2870=40.5％，后者为61.08╱196.65＝3l％。

【要点二】探究酵母菌细胞呼吸的方式

酵母菌是种单细胞真菌．在有氧和无氧的条件下都能生存．属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。

通过定性测定酵母菌在有氧和无氧的条件下细胞呼吸的产物来确定酵母菌细胞呼吸的方式。

CO2可使使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。

根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。

橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇（俗称酒精）发生化学反应．变成灰绿色，从而检测酒精的产生。

【画龙点睛】微生物在进行无氧呼吸时，有的产生酒精，如：

酵母菌；

有的产生乳酸．如：

乳酸菌。

高等植物在水淹的情况下，可以进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳．酒精对植物有毒害作用，这是长期水淹容易造成植物死亡的原因之一。

有些植物组织进行无氧呼吸时也能产生乳酸，如：

马铃薯块茎、甜菜块根等。

应特别往意的是．高等动物和人在进行无氧呼吸时．只能产生乳酸。

【要点三】影响细胞呼吸的因素

1、内因――遗传因索（决定呼吸酶的种类和数量）

不同的植物呼吸速率不同；

同一植物不同发育时期呼吸速率不同；

同植物不同器官呼吸速率不同，阴生植物大于阳生植物，幼苗期大于成熟期，生殖器官大于营养器官。

2外因――环境因素

（1]温度

温度之所以能影响呼吸速率主要是影响呼吸酶的活性。

在最低点与最适点之间，呼吸速率总是随温度的升高而加快。

超过最适点，呼吸速率则会随着温度的升高而下降。

如图所示：

【画龙点睛】一般说来，接近0℃时，植物的细胞呼吸进和得很慢，但有些植物的最低温度可以低于－10℃。

细胞呼吸的最适温度一般在25℃～35℃之间。

细胞呼吸的最高温度一般在35℃～45℃之间，最高温度在短时间内．可使呼吸速率较最适温度的要高．但时间较长后，细胞呼吸就急剧下降，这主要是由于在高温下．蛋白质和酶容易变性失活。

（2）O2浓度：

O2浓度为零时．无氧呼吸最强．有氧呼吸速率为零。

随O2浓度的增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强．当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大．有氧呼啦不再加强（受呼吸酶数量的影响）。

如右图所示：

【画龙点睛】短时间的无氧呼吸和局部的无氧呼吸（如透气不良的果实内部）对生物的伤害并不大．但无氧呼吸时间过长，生物体就会受到伤害。

其原因主要有三个方面：

①植物的无氧呼吸产生的酒精使细胞质的蛋白质变性．从而引起酒精中毒。

动物体无氧呼吸产生的乳酸过多，则会引起血液中pH的变化。

②因为无氧呼呼对能量的利用率很低．生物要维持正常的生理需要．就要消耗过多的有机物．这样．生物体内的养料就耗损过多；

③没有丙酮酸氧化过程．许多由这个过程中间产物形成的物质就无法继续完成。

如作物因水涝灾害死亡．主要原因就在此。

（3）二氧化碳

二氧化碳是细胞呼吸的最终产物．当外界环境中的二氧化碳浓度增加时，呼吸速率便会减慢。

这个原理可用于贮藏水果和蔬菜。

（4）含水量

在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。

细胞内自由水的含量越高呼吸速率越大。

3、在实际中的应用

（1）中耕松士、合理灌溉、带土移栽等都是为了保证根细胞正常的呼吸。

（2）粮油种子的贮藏必须干燥、低温，目的是为了降低呼吸作用，减少有机物的消耗。

（3）果实、蔬菜的保鲜措施中，低温、增加空气中CO2的浓度等．目的是通过减弱细胞呼吸，延缓老化。

（4）在农业生产中，为了使有机物向着人们需要的器官积累，常把下部变黄的、已无光合能力、仍然消耗养分的枝叶去掉．使光合作用的产物更多地转运到有经济价值的器官中去。

【要点四】光合作用与细胞呼吸的比较

从反应式看，光合作用与呼吸作用看似是两个简单的逆转，其实它们是两个截然不同的生理过程

项目

光合作用

区别

生物

绿色植物

大部分生物

细胞

叶肉细胞

所有活细胞

场所

叶绿体

线粒体、细胞质基质

条件

光、色素、酶

氧气、酶

物质变化

无机物→有机物

H2O＋CO2→C6H12O6

有机物→无机物

C6H12O6　→H2O＋CO2　

能量变化

光能→ATP→有机物中化学能

有机物中化学能→ATP+热能

联系

1光合作用为呼吸作用提供物质基础——有机物和氧气。

②呼吸作用为光合作用提供能量和CO2

【画龙点睛】绿色植物在有光、无光时都要进行细胞呼吸。

细胞呼吸强度与温度有关，与光无关。

绿色植物在光下同时进行光合作用和细胞呼吸。

比较光合作用和细胞呼吸强度大小可分为三种情况：

（1）当光合作用强度大于细胞呼吸强度时，表现为植物从外界吸收CO2放出O2即环境中CO2减少．O2增加，植物光合作用利用的CO2量是植物从外界吸收的CO2量与细胞呼吸放出的CO2的量的和．光合作用产生的O2量是植物释放到外