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1、 第五章细胞的能量供应和利用 一、 酶——减少反应活化能 ◎ 细胞代谢：细胞内每时每刻进行着许多化学反应.统称为细胞代谢。 ◎ 活化能：分子从常态转变为轻易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。 2．定义 ：酶是活细胞产生的具备催化作用的有机物，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） ③成份：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。 ②催化性质： A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提升化学反应速度。 B.反应前后酶的性质和数量没有变化。 特性：专一性、
2、高效性、多样性 ③影响酶活性的条件：温度、PH值 酶的催化作用需要适宜的温度、pH值等，过酸、过碱、高温都会破坏酶分子结构。低温也会影响酶的活性，但不破坏酶的分子结构。 图例 V 酶浓度 V 底物浓度S V 温度 解析 在底物足够，其他原因固定的条件下，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很大且达成一定程度时，V也达成一个最大值，此时虽然再增加S，反应几乎不再变化。 在一定温度范围内V随T的升高而加快在一定条件下，每一个酶在某一温度时活力最大，称最适温度；当温度
3、升高到一定程度时，V反而随温度的升高而减少。 二、ATP（三磷酸腺苷） ◎ ATP是生物体细胞内普遍存在的一个高能磷酸化合物，是生物体进行各项生命活动的直接能源，它的水解与合成存在着能量的释放与贮存。 1．结构简式 A — P ～ P ～ P 2．ATP与ADP的转化 ◎ ATP ADP + Pi + 能量 （物质可逆.能量不可逆.酶不相同） 直接能源物质 ATP 重要能源物质 糖类 生物体内重要储能物质 脂肪 动物细胞内的储能物质 糖原 植物细胞内
4、的储能物质 淀粉 能量的最后起源 太阳能 三、ATP的重要起源——细胞呼吸 ◎呼吸是通过呼吸运动吸进氧气，排出二氧化碳的过程。 ◎细胞呼吸是指有机物在细胞内通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。分为： 1.有氧呼吸： ⑴ 概念：指细胞在有氧的参加下.通过多个酶的催化作用.把葡萄糖等有机物彻底氧化分解.产生二氧化碳和水.释放大量能量.生成大量ATP的过程。 ⑵ 场所：细胞质基质和线粒体（重要场所线粒体） ⑶ 有氧呼吸全过程图解： 酶 ⑷ 有氧呼吸总反应式： C6H12O6 + 6H
5、2O + 6O2 6CO2+ 12H2O + 能量 ⑸ 有氧呼吸中原子的转移： ⑹ 有氧呼吸的意义：有氧呼吸是大多数生物尤其是人和高等动植物取得能量的重要途径。 2.无氧呼吸： ⑴ 概念：指细胞在无氧条件下.通过多个酶的催化作用.把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物乳酸或酒精.释放少许能量.生成少许ATP的过程。 ⑵ 场所：细胞质基质 ⑶ 无氧呼吸总反应式： ⑷ 微生物的无氧呼吸也能够称为发酵。大多数植物、酵母菌无氧呼吸产生酒精。高等动物、乳酸菌、高
6、等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根等）的无氧呼吸产生乳酸。 ⑸ 无氧呼吸的意义：① 高等植物在水淹的情况下.能够进行短暂的无氧呼吸.将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳.释放出能量以适应缺氧环境条件。（酒精会毒害根细胞.产生烂根现象） ② 人在激烈运动时.需要在相对较短的时间内消耗大量的能量.肌肉细胞则以无氧呼吸的方式将葡萄糖分解为乳酸.释放出一定能量.满足人体的需要。 3.有氧呼吸及无氧呼吸的能量去路： ⑴ 有氧呼吸所释放的能量一部分用于生成ATP.但大部分以热能的形式散失了。 ⑵ 无氧呼吸所释放的能量小部分用于生成ATP.大部分储存于乳酸或酒精中。 有氧呼吸 无氧呼吸 概
7、念 指细胞在氧的参加下，通过多个酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生 CO2 和H2O释放能量，生成许多ATP的过程 指细胞在无氧的参加下，通过多个酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少许能量的过程。 过程 ① C6H12O6 → 2丙酮酸 +4 [H] + 少能 酶 ② 2丙酮酸+ 6H2O → 6CO2 +20 [H]+ 少能 ③ 24[H] + 6O2 → 12H2O + 大量能量 ① C6H12O6 → 2丙酮酸 + 4[H] + 少能 → 2C3H6O3 乳酸 ② 2丙酮酸 → 2C2H5OH +
8、2CO2 反应式 C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2 + 12H2O +大量能量 酶 酶 C6H12O6 → 2C3H6O3 + 少许能量 → 2C2H5OH + 2CO2 + 少能 不 同点 场所 ①细胞质基质②线基质③线内膜 一直在细胞质基质 条件 除①外，需分子氧、酶 不需分子氧、需酶 产物 CO2 、H2O 酒精和CO2或乳酸 能量 大量、合成38ATP（1161KJ） 少许、合成2ATP(61.08KJ) 相 同点 联系 从葡萄糖分解成丙酮酸
9、阶段相同，以后阶段不一样 实质 分解有机物，释放能量，合成ATP 意义 为生物体的各项生命活动提供能量 四、影响细胞呼吸作用的原因 1、内部原因——遗传原因（决定酶的种类和数量） 2、环境原因 （1）温度 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。超出最适点，呼吸酶活性减少甚至变性失活，呼吸作用受到抑制，呼吸速率则会伴随温度的增高而下降。 （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
10、5%时，呼吸作用最弱；在O2浓度超出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。 呼吸强度 呼吸强度 （3）CO2浓度 从化学平衡角度分析，CO2浓度增加，呼吸速率下降。 （4）含水量 在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而增强， CO2浓度 随含水量的减少而减弱 含水量% 五、光合作用 （1）发觉 （2）场所 双层膜 叶绿体 基质 ：DNA，多个酶、核糖体等 基粒 多个类囊体（片层）堆叠而成
11、 胡萝卜素（橙黄色）1/3 类胡萝卜素 叶黄素（黄色） 2/3 吸蓝紫光 色素 （1/4） 叶绿素A（蓝绿色）3/4 叶绿素（3/4 叶绿素B（黄绿色）1/4 吸红橙和蓝紫光 3.注意事项： a试剂的作用：无水乙醇：提取色素 层析液：分离色素 二氧化硅：使研磨充足
12、 碳酸钙：预防色素被破坏 b搜集到试管中的滤液.用棉塞塞严管口的目标：预防无水乙醇挥发。 c将定性滤纸剪去两角的目标：预防两边的色素在滤纸条上扩散过快、不均匀.便于观测试验成果。 d分离色素时.不能让滤液细线触及层析液的原因是：因为色素会溶解于层析液中.从而导致试验效果极差.甚至失败。 （3）光合作用：光合作用是指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能量的有机物.并且释放氧气的过程。 光合作用的全过程： 1光反应： ①条件：有光 ②场所：叶绿体的类囊体薄膜上 ③过程：① 水的光解： ② ATP的合成：
13、 ④能量变化：光能→ATP中活跃的化学能 2暗反应： ①条件：有光和无光 ②场所：叶绿体基质 ③过程：① CO2的固定： ② C3的还原： ④能量变化：ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 光反应和暗反应的比较： 光反应 暗反应 条件 光、、H2O、色素、酶 CO2、[H]、ATP、C5、酶 时间 短促 较迟缓 场所 类囊体的薄膜上 叶绿体的基质 过程 ① 水的光解 2H2O → 4[H] + O2 ② ATP的合成：ADP + Pi + 光能 → ATP ① CO2的固定：CO2 + C5 →
14、2C3 ② C3/ CO2的还原： 2C3 + [H] →（CH2O） 实质 光能 叶绿体 光能 → 化学能，释放O2 同化CO2，形成（CH2O） 总式 CO2 + H2O ——→ （CH2O）+ O2 光能 叶绿体 或 CO2 + 12H2O ——→（CH2O）+ 6O2 + 6H2O 物变 无机物CO2、H2O → 有机物（CH2O） 能变 光能 → ATP中活跃的化学能 → 有机物中稳定的化学能 ◎ 光合作用的实质 通过光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学
15、能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。 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调整大气中的O2和CO2含量保持相对稳定； ③生物生命活动所需能量的最后起源； 注：光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。 5、影响光合作用速率的原因及其在生产上的应用 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。影响原因包括植物自身内部的原因，如处在不一样生育期等，以及多个外部原因。 (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：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释
16、放CO2量表白此时的呼吸强度。 AB段表白光照强度加强，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；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2所有用于光合作用，即光合作用强度=细胞呼吸强度，称B点为光赔偿点(植物白天的光照强度在光赔偿点以上，植物才能正常生长)。BC段表白伴随光照强度不停加强，光合作用强度不停加强，到C点以上不再加强了，称C点为光饱和点。 应用：阴生植物的光赔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，林带树种的配备，冬季温室栽培防止高温等都与光赔偿点有关。 ②光照面积(如图所示) 曲线分析：OA段表白随叶面积的不停增大，光合作用实际
17、量不停增大，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，原因是有诸多叶被遮挡，光照强度在光赔偿点如下。OB段表白干物质量随光合作用增加而增加，而因为A点以后光合作用不再增加，但叶片随叶面积的不停增加呼吸量(OC段)不停增加，因此干物质积累量不停减少(BC段)。 应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，防止徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光赔偿点如下，白白消耗有机物，导致无须要的浪费。 ② CO2浓度、含水量和矿质元素(如图所示) 曲线分析：CO2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
18、到A点时，即CO2、水、矿质元素达成饱和时，就不再增加了。 应用：“正其行，通其风”，温室内充CO2，即提升CO2浓度，增加产量的措施.合理施肥可促进叶片面积增大，提升酶的合成速 率，增加光合作用速率。 ③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升温度；夏天，温室栽培可适当减少温
19、度。白天调到光合作用最适温度，以提升光合作用：晚上适 当减少温室温度，以减少细胞呼吸，确保有机物的积累。 (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，限制光合速率的原因应为横坐标所示的因子，伴随因子的不停加强，光合速率不停提升。当到Q点时，横坐标所示的原因，不再是影响光合速率的因子，要想提升光合速率，可采取适当提升图示中的其他因子的措施。 应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提升温度，增加光合酶的活性，提升光合速率，也可同时适当充加CO2，深入提升光合速率。当温度适宜时，可适当
20、增加光照强度和CO2浓度以提升光合速率。总之，可依照详细情况，通过增加光照强度，调整温度或增加CO2浓度来充足提升光合速率，以达成增产的目标 6、总结:光合作用在现实生活中 延长光照时间 如：补充人工光照、多季种植 增加光照面积 如：合理密植、套种 光照强弱的控制：阳生植物（强光）.阴生植物（弱光） 增强光合作用效率 适当提升CO2浓度：施农家肥 适当提升白天温度（减少夜间温度） 必需矿质元素的供应：施化肥
21、 7、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 CO2吸取 D B 真光合作用=净光合作用+呼吸作用 净光合作用 O A C 呼吸作用 光照强度 E CO2释放 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光合作用利用二氧化碳的量=从外界吸取的二氧化碳的量+细胞呼吸释放的二氧化碳的量 解析：光合作用利用CO2的量有两个起源，一个是外
22、界吸取的，另一个是自身呼吸放出的，二者都被光合作用利用。 六、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（重要在线粒体中进行） 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 能量、二氧化碳 光合作用
23、 呼吸作用 五、化能合成作用 自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有色素，不能进行光合作用，不过能够利用体外环境中某些无机物氧化时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。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。下图为硝化细菌的化能合成作用 ◎ 进行光合作用和化能合成作用的生物都是自养型生物；而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。 如：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。
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