第五章细胞的能量供应和利用知识点.docx
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第五章细胞的能量供应和利用知识点
第五章
细胞的能量供应和利用
第一节
降低化学反应活化能的酶
一、相关概念：
1、细胞代谢：
细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应，统称为细胞代谢。
3、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。
、酶在细胞代谢中的作用（实验：
比较过氧化氢在不同条件下的分解）
一）实验过程：
试管编号
实验设置
试验现象
结果分析
对照组
1号
（2mLH2O2）
不处理
无明显气泡放出
H2O2的自然分解非
常缓慢
实验组
2号
（2mLH2O2）
水浴加热（90℃）
有明显气泡放出、
有助燃性
加热能促进H2O2的分解
3号
（2mLH2O2）
加入质量分数为
3.5%的FeCl3溶液2滴
有较多气泡放出、
助燃性强
Fe3+能促进H2O2的
分解
4号
（2mLH2O2）
加入质量分数味
20%的肝脏研磨液2滴
有大量气泡放出、助燃性更强
H2O2酶也有催化
H2O2分解的作用，且
效率更高
（二）注意事项：
1要求用新鲜的肝脏，因为新鲜的肝脏中H2O2酶的含量及活性较高；
2要经过研磨，这样能使肝脏细胞破裂，酶分子充分释放出来；
3试管中插入点燃但没有火焰的卫生香时，不要插入气泡中，以免卫生香熄灭；
4注意安全，H2O2具有一定的腐蚀性，不要溅到皮肤上，如果不慎溅到皮肤上要及时用用清水冲洗。
（三）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，
◎酶的作用：
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
（四）控制变量法：
1、变量：
实验过程中可以变化的因素称为变量。
2、自变量：
人为改变的变量称做自变量。
3、因变量：
随着自变量的变化而变化的变量称做因变量。
4、无关变量：
除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。
5、对照实验：
除一个因素外，其余因素都保持不变的实验称为对照实验。
对照实验一般要设置对照组和实验组，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。
三、酶的本质
1、关于酶本质的探索
时间
发现者
实验过程现象
实验结论
酶的
发现
1773年
（意）斯帕兰札尼
将装有肉块的小金属笼子让鹰吞下，一
段时间后取出，发现笼内的肉块小时
胃具有化学消化作用
1857年
（法）巴斯德、1897年（德）李比希、毕希纳
糖类通过酵母菌发酵产社工酒精，并从细胞中提取出酶
细胞提取液中含有酶
1926年
（美）萨姆纳
从刀豆种子种提取了脲酶结晶，并证实是蛋白质
酶是一类具有催化作
用的蛋白质
20世纪30年代
许多科学家
相继提取出多种酶的蛋白质结晶
20世纪8年代
（美）切赫、奥特曼
发现少数RNA也具有生物催化功能
2、酶的本质：
酶是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。
注：
①由活细胞产生（与核糖体有关）
②催化性质：
A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提高化学反应速度。
B.反应前后酶的性质和数量没有变化。
③成分：
绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
3、酶化学本质的验证试验
1证明某种酶是蛋白质：
实验组：
待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应
对照组：
已知蛋白液+双缩脲试剂→出现紫色反应②证明某种酶是RNA：
实验组：
待测酶液+吡罗红染液→是否呈现红色对照组：
已知RNA溶液+吡罗红染液→出现红色
四、酶的特性①酶具有高效性：
催化效率很高，使反应速度很快②酶具有专一性：
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
③酶的作用条件比较温和。
（温度和pH值）酶的最适温度：
动物35℃—40℃；植物40℃—50℃；细菌和真菌70℃。
注：
过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
0℃左右，酶的活性很低，但
酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。
低温0℃—4℃下保存酶。
五、影响酶促反应的因素
1、底物浓度2、酶浓度3、PH值：
过酸、过碱使酶失活
4、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。
影响因素
酶浓度
底物浓度
温度
V
V
V
图例
酶浓度
底物浓度S
温度
解析
在底物足够，其他因素固定的条件下，酶促反应的速度与酶浓度成正比。
在S在一定范围内，V随S增加而加快，近乎成正比；当S很大且达到一定限度时，V也达到一个最大值，此时即使再增加S，反应几乎不再改变。
在一定温度范围内V随T的升高而加快在一定条件下，每一种酶在某一温度时活力最大，称最适温度；当温度升高到一定限度时，V反而随温度的升高而降低。
第二节细胞的能量“通货”——ATP
◎生命活动的主要能源物质：
糖类◎主要储能物质：
脂肪
◎植物细胞内储能物质：
淀粉◎动物细胞内储能物质：
糖原◎直接能源物质：
ATP◎最终能量来源：
太阳能
一、ATP（细胞内的一种高能磷酸化合物，中文名称叫做三磷酸腺苷）
1、组成元素：
C、H、O、N、P
2、结构简式：
A—P～P～PA代表腺苷（腺嘌呤+核糖）P代表磷酸基团T是三的意思—普通化学键（水解时是释放的能量13.8KJ/mol）～代表高能磷酸键（水解时是释放的能量多达30.54kJ∕mol）
二、ATP和ADP之间的相互转化
A—P～P（二磷酸腺苷）+Pi+能量（30.5kJ/mol）
主动运输；用于生物发电、发光；肌肉收缩；用于生物合成；用于大脑思考
（物质可逆，能量和酶不可逆）
◎ADP中文名称叫二磷酸腺苷，结构简式A—P～P，Pi表示磷酸，远离A的那个高能磷酸键断裂（1molATP
水解释放30.54KJ能量）
◎ATP在细胞内含量很少，但在细胞内的转化速度很快，用掉多少马上形成多少。
◎ATP与ADP的这种转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。
◎意义：
能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通，ATP是细胞里的能量流通的能量“通货”
◎生物界的共性：
细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制。
ATP的过程。
细胞呼吸：
由于呼吸作用是在细胞内进行的，因此也叫细胞呼吸。
细胞呼吸是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物，释放出能量并生成
、细胞呼吸的方式
1、实验：
探究酵母菌细胞呼吸的方式
1）实验原理：
①酵母菌是一种单细胞真菌（真核生物），在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧，便于探究细胞呼吸方式。
②CO2可使石灰水变混浊，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
③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。
2）实验过程：
①制备酵母液：
取两份新鲜酵母，每份10g，分别放入两个编好号的500mL广口瓶或锥形瓶中，再向瓶中分别加入200mL质量分数为5％的葡萄糖溶液，制成酵母发酵液，简称酵母液。
2
实验装置
装置1：
装置3：
同装置1或装置2，但要将酵母液换成葡萄糖液。
实验注意事项：
1）空气持续通入保证了O2的充足供应，而进入锥形瓶的空气先通过盛有NaOH溶液的锥形瓶，洗除空气
中的CO2，保证最后通入澄清石灰水的CO2是由于酵母菌有氧呼吸产生的。
2）探究酵母菌无氧呼吸实验中，先将盛有酵母菌的锥形瓶静置一段时间，让其先进行有氧呼吸将锥形
瓶内的O2消耗尽，再连通装置，检测其无氧呼吸产物。
3检测
、使用石灰水（或Ba（OH）2溶液）检测CO2的生成
ⅱ、使用溴麝香草酚蓝溶液检测CO2的生成ⅲ、使用重铬酸钾检测酒精生成
3）实验结论：
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行呼吸细胞呼吸；在有氧条件下酵母菌通过细胞呼吸产生大量的
二氧化碳和谁；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生少量的二氧化碳和酒精。
2、对比实验：
设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关
系，这样的实验叫做对比实验。
3、细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。
有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。
4、有氧呼吸：
指细胞在有氧的参与下，通过多种酶的催化作用下，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放出大量能量，生成ATP的过程。
总反应式：
C6H12O6+6H2O+6O2酶6CO2+12H2O+能量（38ATP）
有氧呼吸
场所
反应式
第一阶段
细胞质基质
C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+少量能量（2ATP）
第二阶段
线粒体基质
2丙酮酸+6H2O→6CO2+20[H]+少量能量（2ATP）
第三阶段
线粒体内膜
24[H]+6O2→12H2O+大量能量（34ATP）
◎有氧呼吸过程中O2的去路：
O2用于和[H]生成H2O
5、无氧呼吸：
一般是指细胞在无氧的条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物（酒精、CO2或乳酸），同时释放出少量能量的过程。
酶
总反应式：
C6H12O62C3H6O3（乳酸）+少量能量（2ATP）
酶
C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量（2ATP）
无氧呼吸
场所
反应式
第一阶段
细胞质基质
C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+少量能量（2ATP）
第二阶段
细胞质基质
2丙酮酸→2C3H6O3（乳酸）
2丙酮酸→2C2H5OH（酒精）+2CO2
◎无氧呼吸产生酒精的：
酵母菌细胞和大多数植物细胞等
◎无氧呼吸产生乳酸的：
乳酸菌细胞、哺乳动物成熟红细胞、骨骼肌细胞、马铃薯块茎
◎发酵：
微生物（如：
酵母菌、乳酸菌）的无氧呼吸。
产生酒精的叫酒精发酵；产生乳酸的叫乳酸发酵。
6、有氧呼吸和无氧呼吸的比较
有氧呼吸
无氧呼吸
不同点
场所
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
条件
氧气、酶
酶
物质变化
葡萄糖彻底分解，产生CO2和H2O
葡萄糖分解不彻底，生成酒精和CO2或乳酸
能量变化
释放大量能量（1161kJ被利用，其余以热能散失），形成大量ATP（38ATP）
释放少量能量（61.08KJ），形成少量ATP
（2ATP），大部分储存于乳酸或酒精中
相同点
联系
从葡萄糖到丙酮酸阶段相同，以后不同（第一阶段相同）
实质
分解有机物，释放能量，产生ATP
意义
为生命活动提供能量
二、影响细胞呼吸作用的因素
1、内部因素——遗传因素（决定酶的种类和数量）
2、外界因素（环境因素）
1）温度
2）O2的浓度
植物在O2浓度为0时只进行无氧呼吸，大多数植物无氧呼吸的产物是酒精和CO2；O2浓度在0~10%时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；在O2浓度5%时，呼吸作用最弱；在O2浓度超过10%时，只进行有氧呼吸。
有氧环境对无氧呼吸起抑制作用，抑制作用随氧浓度的增加而增强，直至无氧呼吸完全停止在一定氧浓度范围内，有氧呼吸的强度随氧浓度的增加而增强。
温度以影响酶的活性影响呼吸速率。
在最低点与最适点之间，呼吸酶活性低，呼吸作用受抑制，呼吸速率随温度的升高而加快。
超过最适点，呼吸酶活性降低甚至变性失活，呼吸作用受到抑制，呼吸速率则会随着温度的增高而下降。
1、作物栽培时，要有适当措施保证根的正常呼吸，如疏松土壤等。
2、粮油种子贮藏时，要风干、降温，降低氧气含量，则能抑制呼吸作用，减少有机物消耗。
3、水果、蔬菜保鲜时，要低温或降低氧气含量及增加二氧化碳浓度，抑制呼吸作用。
4、包扎伤口，选用透气消毒纱布，抑制细菌无氧呼吸。
5、酵母菌酿酒：
选通气，后密封。
先让酵母菌有氧呼吸，大量繁殖，再无氧呼吸产生酒精。
6、稻田定期排水：
抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。
7、提倡慢跑：
防止剧烈运动，肌细胞无氧呼吸产生乳酸。
8、破伤风杆菌感染伤口：
须及时清洗伤口，以防无氧呼吸
第四节能量之源——光与光合作用
、捕获光能的色素
1、实验：
绿叶中色素的提取和分离
实验原理：
提取原理：
色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中：
分离原理：
溶解度高的随层析液在滤纸上扩散的速度快，反之则慢。
实验材料：
新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶），无水乙醇，层析液（由20份在60～90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成。
93号汽油也可代用），二氧化硅和碳酸钙。
实验用具：
干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，
量筒（10ml），天平。
观察结果：
滤纸条上出现四条宽度、颜色不同的彩带（如下图）
◎相邻色素带最近：
叶绿素a和叶绿素b；◎相邻色素带最远：
胡萝卜素和叶黄素。
1/4）叶黄素（黄色）
◎因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光配反射出来，所以叶片呈现绿色。
二、叶绿体的结构（外膜、内膜、基粒、基质）
1、叶绿体只存在于植物的绿色细胞中。
扁平的椭球形或球形，双层膜（透明的，有利于光照的透过）。
2、叶绿体内部由多个类囊体堆叠成基粒，基粒上有色素，吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
每个基粒由2-100个类囊体组成，增大叶绿体内的膜面积，扩大色素酶附着面，扩大了受光面积，有利于提高光能的利用率。
3、基粒与基粒之间充满了基质，基质和基粒中含有与光合作用有关的酶，是光合作用的场所。
三、光合作用的原理
1、光合作用：
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，并释放出氧气的过程。
1场所：
绿色植物的叶绿体中②能量来源：
光能③反应物：
二氧化碳和水
4产物：
无机物和氧气⑤实质：
合成有机物，储存能量。
2、光合作用的探究历程：
发现者
时间
结论
普利斯特利
1771年
植物可以更新空气
英格豪斯
1779年
只有在光照下只有绿叶才可以更新空气
1785年
明确了光下释放的是O2吸收的是CO2
梅耶
1845年
光合作用把光能转换成化学能储存起来
萨克斯
1864年
植物叶片光合作用产生了淀粉
恩格尔曼
1880年
氧气是叶绿体释放出来的、叶绿体是光合作用的场所
鲁宾和卡门
1939年
光合作用释放的O2全部来自于H2O
卡尔文
20世纪40年代
探明了CO2转化成有机物的途径即卡尔文循环
四、光合作用的过程
光能
（CH2O）+O2或6CO2+12H2O
叶绿体注意：
光合作用释放的氧气全部来自水
◎根据是否需要光能，可将其分为光反应和暗反应两个阶段。
1、光反应阶段：
必须有光才能进行
条件：
光、色素、酶、水
场所：
叶绿体的类囊体薄膜上
光能水的光解：
H2O[H]+O2
物质变化酶
ATP的合成：
ADP+Pi+光能ATP
能量变化：
光能转化为ATP中活跃的化学能。
2、暗反应阶段：
有光无光都能进行条件：
酶、CO2、[H]、ATP
场所：
叶绿体基质
CO2的固定：
物质变化
ATP
能量变化：
ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能。
3、联系：
光反应阶段与暗反应阶段既有区别又紧密联系，是缺一不可的整体，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，没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。
4、光合作用的意义
1制造有机物，实现物质转变，将CO2和H2O合成有机物，转化并储存太阳能；②调节大气中的O2和
CO2含量保持相对稳定；③生物生命活动所需能量的最终来源；
注：
光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。
五、影响光合作用的因素◎光合作用的强度：
是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
◎光合速率：
是光合作用强度的指标，它是指单位时间内单位面积的叶片合成有机物的速率。
影响因素包括植物自身内部的因素，如处在不同生育期等，以及多种外部因素。
1、单因子对光合作用速率影响的分析
（1）光照强度（如图所示）
曲线分析：
①A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表明此时的呼吸强度。
2AB段表明光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐
渐减少，有一部分用于光合作用；
3到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=细胞呼吸强度，称B点为光补偿点（植物白天的光照强度在光补偿点以上，植物才能正常生长）。
4BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点不再加强了，称C点为光饱和点。
应用：
阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。
间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。
◎有光计算
①真光合作用速率=净光合作用速率+细胞呼吸作用速率
2光合作用制造的有机物=光合作用积累的有机物+细胞呼吸消耗的有机物解析：
制造的就是生产的总量，其中一部分被储存起来，就是积累的，另一部分被呼吸消耗。
3光合作用利用CO2的量=从外界吸收的CO2的量+细胞呼吸释放的CO2的量
解析：
光合作用利用CO2的量有两个来源，一个是外界吸收的，另一个是自身呼吸放出的，二者都被光合作用利用。
（2）光照面积（如图所示）
曲线分析：
①OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用叶面积的饱和点。
随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照强度在光补偿点以下。
②OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用不再增加，但叶片随叶面积的不
断增加呼吸量（OC段）不断增加，所以干物质积累量不断降低（BC段）。
应用：
适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。
封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。
3）CO2浓度、含水量和矿质元素（如图所示）
曲线分析：
①CO2和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。
在一定范围内，CO2、水和矿质元素越多，光合作用速率越快，但到A点时，即CO2、水、矿质元素达到饱和时，就不再增加了。
②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。
应用：
“正其行，通其风”；温室内充CO2，即提高CO2浓度；适时灌溉，保证植物生长所需要的水分；
合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，增加光合作用速率。
（4）温度（如图所示）
曲线分析：
光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。
一般植物在10～35℃下正常进行光合作用，其中AB段（10～35℃）随温度的升高而逐渐加强，B点（35℃）以上光合酶活性下降，光合作用开始下降，50％左右光合作用完全停止。
应用：
冬天温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。
白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用：
晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累。
5）光的波长
叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光。
因此白光下光合作用最强，其次是红光和蓝紫光，绿光下最弱。
6）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、多因子对光合作用速率影响的分析（如图所示）
曲线分析：
P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
应用：
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同
时适当充加CO2，进一步提高光合速率。
当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速
率。
总之，可根据具体情况，通过增加光照强度，调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的六、光合作用原理的应用（农业生产以及温室中提高农作物产量的方法）
1、控制光照强度的强弱
2、控制温度的高低
3、适当的增加作物环境中CO2的浓度
4、延长光合作用的时间。
5、增加光合作用的面积合理密植，间作套种
6、温室大棚用无色透明玻璃
7、温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温
8、温室栽培多施有机肥或放置干冰，提高CO2浓度
七、化能合成作用
◎进行光合作用和化能合成作用的生物都是自养型生物：
如绿色植物、光合细菌、化能合成性细菌。
◎只能利用环境中现成的有机物来维持自身生命活动的生物是异养型生物：
动物、人、大多数细菌、真菌
化能合成作用：
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。
（例如：
硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌）
硝化细菌：
不能利用光能，但能将土壤中的NH3氧化成HNO2，进而将HNO2氧化成HNO3。
硝化细菌能
利用这两个化学反应中释放出来的化学能，将CO2和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。
八、比较光合作用和细胞呼吸作用
光合作用
呼吸作用
反应场所
绿色植物（在叶绿体中进行）
所有生物（主要在线粒体中进行）
反应条件
光、色素、酶等
酶（时刻进行）
物质转变
无机物CO2和H2O合成有机物（CH2O）
分解有机物产生CO2和H2O
能量转变
把光能转变成化学能储存在有机物中
释放有机物的能量，部分转移ATP
实质
合成有机物、储存能量
分解有机物、释放能量、产生ATP
联系
有机物、氧气
光合作用呼吸作用能量、二氧化碳
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