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给和利用

第一节降低反响活化能的酶

一、细胞代谢与酶

◎ 新陈细胞代谢：活细胞内全部有序化学反响的总称.

◎ 活化能：分子从常态转变成容易发生化学反响的活泼状态所需要的能量.

1. 酶的探索：

①巴斯德之前：发酵是纯化学反响,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月尿酶是一种蛋白质.

⑥许多酶是蛋白质.

⑦切赫与奥特曼：少数 RNAM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响的活化能,提升化学反响速度.

B.反响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,使反响速度很快.

②专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反响.

③ 需要适宜的条件 〔温度和pH值〕 一 温和性 一 易变性一特异性 .

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、影响酶促反响的因素〔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.

1、比拟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

限制变量法：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〔要求用限制变量法,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.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 很大且到达一定限度时, V也 到达一个最大值,此时即使再 增加S,反响几乎不再改变. 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〞 一一 ATP

ATP 〔三磷酸腺昔〕

◎ 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

腺普 普通化学键高能磷酸键 磷酸基团

(30.54

2. ATP与ADP的转化

c 合成矗

◎ ATP ADP

< ------------

水解酶 KJ/mol )

+ Pi + 能量

呼吸作用

〔线粒体

细胞质〕 放能

每一个细胞的生命活动

Pi ' J

ADP

p 糖类一主要能源物质］

太阳光能一►, 脂肪一主要储能物质卜 ----------------- ► 氧化分解

〔直接能源〕〔蛋白质一能源物质之一 J 热能一一散失

化学能一一ATP

意义：能量通过ATP分子在吸能反响和放能反响之间循环流通, ATP是细胞里的能量流通的能量“通货〞

第三节ATP的主要来源一一细胞呼吸

-、ATP的主要来源的一细胞呼吸

◎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

有氧呼吸 无氧呼吸

概 念 指细胞在氧的参与卜,通过多种酶的催化作用,把 葡萄糖等有机物彻底氧化分解,广生 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

②2内酮酸+ 6H20 - 6CO2 +20 [H]+少能

③ 24[H] + 6O 2 - 12H2O + 大量能量 ① C6H12O6 - 2丙酮酸+ 4[H] +少能 j - 2c3H6O3 乳酸 ② 2 内酮酸 一 2c2H50H + 2CO 2 L

反 应

式 酶

C6H12O6+6H 2O+6O 2 - 6CO2 + 12H2O + 大量能量 C6H12O6 V 广酶

一 2c3H6O3 +少量能量

酶_ _ _ ,… L — 2c2H50H + 2CO 2 + 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 /、需O2、需酶

产物：CO2、H2O 酒精〔C2H5OH〕和 CO2 或 乳酸 〔C3H6.3〕

能量：±>、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 吸能 水解酶 动态平衡

ATP的过程.

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

第四节能量之源一一光与光合作用

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： 、区

CQ+ H2180 泉： (CH20) +1802 注意：光合作用释放的 02全部来自H20.

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,荷兰英格豪斯屡次实验验证,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 02,吸收的是002

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 02外,还有淀粉

1939年,美国鲁宾卡门利用同位素标记法证实光合作用释放的 02来自水. 1有氧呼吸及无氧呼吸的能量去路

［有氧呼吸：所释放的能量一局部用于生成 ATP,大局部以热能形式散失了.

［无氧呼吸：能量小局部用于生成 ATP,大局部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H20

四、影响细胞呼吸作用的因素

1-内部因素一一遗传因素(决定酶的种类和数量)

2-外部因素一一环境因素

(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, 呼吸速率那么 会随着温度的增高而下降.

2) .2的浓度

5 IQ 20 2S 3. O,

■的玦庭与#■光■ 植物在02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 002； 02浓度在0〜10%时,既 进行有氧呼吸又进彳T无氧呼吸；在 02浓度5%时,呼吸

作用最弱；在02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.

(3) 00 2浓度 (4)含水量

从化学平衡角度分析, 002浓度增加, 呼吸速率下降. 在一定范围内,呼吸作用强度随含水量的增加而增强, 随含水量的减少而减弱.

光合作用的探究历程 无—常央点

C0 2浓度 含水量% 呼吸强度 2、场所

「双层膜

叶绿体J 基质 ：DNA多种酶等

L基粒：多个类囊体〔片层〕堆叠而成

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别离开. 2方法步骤中需要注意的问题： 〔1〕研磨时参加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,碳酸钙可预防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？由于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 ？预防细线中的色

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

光反响 暗反响

条件: 光、、色素、酶 CO、[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 2H2.一 4[H] + 02

② ATP的合成：ADP + Pi + 光 能 一 ATP ① CO的固定：CO + Q - 2G3

② G/ CO的复原：2G + [H] 一 (CHO)

实质 光能一化竽能,释放Q 同化CO,形成〔CHQ

总式 尤旺

CO + H20 叶绿体一 (CHO) + 02

或 CO + 12H2O匕 -------- > (CHO) + 6Q + 6H2.

叶绿体

物变 无机物CO、H20 一 有机物〔CHO〕

能变 光能 一 ATP中活泼的化学能一有机物中稳定的化学能 联系：光反响阶段与暗反响阶段既有区别又紧密联系,是缺一不可的整体,光反响为暗反响提供 为光反响提供 ADP+Pi,没有光反响,暗反响无法进行,没有暗反响,有机物无法合成.

◎ 光合作用的实质

通过光反响把光能转变成活泼的化学能,通过暗反响把二氧化碳和水合成有机物,同时把活泼的化学能转变成 叶绿素〔3/4 〕 叶绿素a 〔蓝绿色〕 3/4

主要吸收红光和蓝紫光

叶绿体中色素

〔类囊体薄色素：包括叶绿素3/4 叶绿素b 〔黄绿色〕 1/4

胡萝卜素〔橙黄色〕 1/3

I类胡萝卜素〔1/4 〕＜

L叶黄素〔黄色〕

和类胡萝卜素1/4色素分布图: 主要吸收蓝紫光

2/3 iijwirnij

⑪L-叶晕UM：蓝燥色

[H]和ATP,暗反响 色的叶黄素,蓝绿色的叶绿素 a,黄绿色的叶绿素bo最宽的是叶绿素 a,最窄的是胡萝卜素

3.光合作用过程：光反响 + 暗反响=光合作用