高中生物必修一第五章细胞的能量供应和利用

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

◎ 新陈细胞代谢：活细胞内全部有序化学反应的总称。

◎ 活化能：分子从常态转变成容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。

1． 酶的探索 ：

①巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。

②巴斯德：发酵与活细胞有关；发酵是整个细胞。

③利比希：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。

④比希纳：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。

⑤萨姆纳：从刀豆种子提纯出来的脲酶是一种蛋白质。

⑥许多酶是蛋白质。

⑦切赫与奥特曼：少数RNA具有生物催化功能。

2、酶的概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。

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、酶的特性：专一性，高效性，作用条件较温和

①高效性：催化效率很高，使反应速度很快。

② 专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

③ 需要合适的条件（温度和pH值） → 温和性 → 易变性→特异性 。

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。

二、影响酶促反应的因素（难点）

1、 酶浓度

2、 底物浓度

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。

图例

V

酶浓度

V

底物浓度S

V

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。

三、实验

1、 比较过氧化氢酶在不同条件下的分解（过程见课本P79）

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、因变量、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

ATP（三磷酸腺苷）

◎ ATP是生物体细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，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

腺苷 普通化学键 高能磷酸键 磷酸基团

（30.54

KJ/mol）

2．ATP与ADP的转化

◎ ATP ADP

+ Pi + 能量

ATP

放能

呼吸作用 每一个细胞的生命活动

（线粒体 吸能

细胞质） Pi

Pi

ADP

糖类—主要能源物质 热能——散失

太阳光能 脂肪—主要储能物质 氧化分解

（直接能源） 蛋白质—能源物质之一 化学能——ATP

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”。

第三节ATP 的主要来源——细胞呼吸

一、ATP的主要来源——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。

有氧呼吸 无氧呼吸

概念 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 CO2 和H2O释放能量，生成许多ATP的过程 指细胞在无氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。

过程 ① C6H12O6 → 2丙酮酸 +4 [H] + 少能

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 + 2CO2

反应式

C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2 + 12H2O +大量能量

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 少量能量

→ 2C2H5OH + 2CO2 + 少能

不

同点 场所： ①细胞质基质 ②线粒体基质

③线粒体内膜 始终在细胞质基质

条件：只有③需O2 、都需要酶 不需O2 、需酶

产物：CO2 、H2O 酒精（C2H5OH）和CO2 或 乳酸 （C3H6O3）

能量：大量、合成38mol ATP（1161KJ） 少量、合成2mol ATP(61.08KJ)

相

同点 联系 ：从葡萄糖分解成丙酮酸阶段相同，以后阶段不同

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

乳酸菌、酵母菌等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 水解酶 动态平衡 合成酶 合成酶

水解酶

酶 酶 酶 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：氧气和[H]生成H2O

四、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、外部因素——环境因素

（1）温度

（2）O2的浓度

（3）CO2浓度 （4）含水量

从化学平衡角度分析，CO2浓度增加， 在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而增强，

呼吸速率下降。 随含水量的减少而减弱。

第四节 能量之源——光与光合作用

一、◎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着能量的有机物，并释放出氧气的过程。

方程式：

CO2+ H2180 光能 （CH2O）+18O2 注意：光合作用释放的O2全部来自H2O。

1．发现

18世纪中期，人们认为只有土壤中水分构建植物，未考虑空气作用

1771年，英国普利斯特利实验证实植物生长可以更新空气，未发现光的作用

1779年，荷兰英格豪斯多次实验验证，只有阳光照射下，只有绿叶更新空气，但

未知释放该气体的成分。

1785年，明确放出气体为O2，吸收的是CO2

1845年，德国梅耶发现光能转化成化学能

1864年，萨克斯证实光合作用产物除O2外，还有淀粉

1939年，美国鲁宾卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的O2来自水。

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。

呼吸强度 呼吸强度

CO2浓度 含水量% 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。

光合作用的探究历程 叶绿体 2、场所

双层膜

叶绿体 基质 ：DNA，多种酶等

基粒 ：多个类囊体（片层）堆叠而成

叶绿素a（蓝绿色） 3/4

叶绿素（3/4） 主要吸收红光和蓝紫光

叶绿体中色素 叶绿素b（黄绿色） 1/4

（类囊体薄膜） 胡萝卜素（橙黄色）1/3

类胡萝卜素（1/4） 主要吸收蓝紫光

叶黄素（黄色） 2/3

色素：包括叶绿素3/4 和 类胡萝卜素 1/4 色素分布图：

色素提取实验：乙醇（丙酮）提取色素；

1 实验原理：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：（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。

3.光合作用过程：光反应 + 暗反应 = 光合作用

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[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP+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。

光反应 暗反应

条件 光、、H2O、色素、酶 CO2、[H]、ATP、C5、酶

时间 短促 较缓慢

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 → 2C3

② C3/ CO2的还原： 2C3 + [H] →（CH2O）

实质

光能 → 化学能，释放O2

同化CO2，形成（CH2O）

总式

CO2 + H2O ——→ （CH2O）+ O2

或 CO2 + 12H2O ——→（CH2O）+ 6O2 + 6H2O

光能

叶绿体

光能

叶绿体