第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

一、

酶——減少反應(yīng)活化能

◎

細(xì)胞代謝：細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng).統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。◎

活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩p易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量稱為活化能。2．定義

：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具備催化作用的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。

注：

①由活細(xì)胞產(chǎn)生（與核糖體有關(guān)）

③成份：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。②催化性質(zhì)：A.比無機(jī)催化劑更能減低化學(xué)反應(yīng)的活化能，提升化學(xué)反應(yīng)速度。

B.反應(yīng)前后酶的性質(zhì)和數(shù)量沒有變化。

特性：專一性、高效性、多樣性③影響酶活性的條件：溫度、PH值酶的催化作用需要適宜的溫度、pH值等，過酸、過堿、高溫都會破壞酶分子結(jié)構(gòu)。低溫也會影響酶的活性，但不破壞酶的分子結(jié)構(gòu)。圖例

V酶濃度V底物濃度SV溫度解析

在底物足夠，其他原因固定的條件下，酶促反應(yīng)的速度與酶濃度成正比。

在S在一定范圍內(nèi)，V隨S增加而加快，近乎成正比；當(dāng)S很大且達(dá)成一定程度時(shí)，V也達(dá)成一個(gè)最大值，此時(shí)雖然再增加S，反應(yīng)幾乎不再變化。

在一定溫度范圍內(nèi)V隨T的升高而加快在一定條件下，每一個(gè)酶在某一溫度時(shí)活力最大，稱最適溫度；當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，V反而隨溫度的升高而減少。二、ATP（三磷酸腺苷）

◎

ATP是生物體細(xì)胞內(nèi)普遍存在的一個(gè)高能磷酸化合物，是生物體進(jìn)行各項(xiàng)生命活動的直接能源，它的水解與合成存在著能量的釋放與貯存。

1．結(jié)構(gòu)簡式

A

—

P

～

P

～

P

2．ATP與ADP的轉(zhuǎn)化

◎

ATP

ADP

+

Pi

+

能量

（物質(zhì)可逆.能量不可逆.酶不相同）直接能源物質(zhì)ATP重要能源物質(zhì)糖類生物體內(nèi)重要儲能物質(zhì)脂肪動物細(xì)胞內(nèi)的儲能物質(zhì)糖原植物細(xì)胞內(nèi)的儲能物質(zhì)淀粉能量的最后起源太陽能三、ATP的重要起源——細(xì)胞呼吸

◎呼吸是通過呼吸運(yùn)動吸進(jìn)氧氣，排出二氧化碳的過程。

◎細(xì)胞呼吸是指有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)通過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過程。分為：1.有氧呼吸：⑴概念：指細(xì)胞在有氧的參加下.通過多個(gè)酶的催化作用.把葡萄糖等有機(jī)物徹底氧化分解.產(chǎn)生二氧化碳和水.釋放大量能量.生成大量ATP的過程。⑵場所：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體（重要場所線粒體）⑶有氧呼吸全過程圖解：酶⑷有氧呼吸總反應(yīng)式：酶C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量⑸有氧呼吸中原子的轉(zhuǎn)移：⑹有氧呼吸的意義：有氧呼吸是大多數(shù)生物尤其是人和高等動植物取得能量的重要途徑。2.無氧呼吸：⑴概念：指細(xì)胞在無氧條件下.通過多個(gè)酶的催化作用.把葡萄糖等有機(jī)物分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物乳酸或酒精.釋放少許能量.生成少許ATP的過程。⑵場所：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)⑶無氧呼吸總反應(yīng)式：⑷微生物的無氧呼吸也能夠稱為發(fā)酵。大多數(shù)植物、酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生酒精。高等動物、乳酸菌、高等植物的某些器官（馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等）的無氧呼吸產(chǎn)生乳酸。⑸無氧呼吸的意義：①高等植物在水淹的情況下.能夠進(jìn)行短暫的無氧呼吸.將葡萄糖分解為酒精和二氧化碳.釋放出能量以適應(yīng)缺氧環(huán)境條件。（酒精會毒害根細(xì)胞.產(chǎn)生爛根現(xiàn)象）②人在激烈運(yùn)動時(shí).需要在相對較短的時(shí)間內(nèi)消耗大量的能量.肌肉細(xì)胞則以無氧呼吸的方式將葡萄糖分解為乳酸.釋放出一定能量.滿足人體的需要。3.有氧呼吸及無氧呼吸的能量去路：⑴有氧呼吸所釋放的能量一部分用于生成ATP.但大部分以熱能的形式散失了。⑵無氧呼吸所釋放的能量小部分用于生成ATP.大部分儲存于乳酸或酒精中。有氧呼吸無氧呼吸

概念指細(xì)胞在氧的參加下，通過多個(gè)酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生

CO2

和H2O釋放能量，生成許多ATP的過程指細(xì)胞在無氧的參加下，通過多個(gè)酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物分解成不徹底的氧化產(chǎn)物，同時(shí)釋放出少許能量的過程。

過程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

+

大量能量酶C6H12O6

→

2丙酮酸

+

4[H]

+

少能

→

2C3H6O3

乳酸②

2丙酮酸

→

2C2H5OH

+

2CO2

反應(yīng)式C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2

+

12H2O

+大量能量酶酶酶C6H12O6

→

2C3H6O3

+

少許能量酶

→

2C2H5OH

+

2CO2

+

少能不同點(diǎn)場所

①細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)②線基質(zhì)③線內(nèi)膜

一直在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)條件

除①外，需分子氧、酶

不需分子氧、需酶

產(chǎn)物

CO2

、H2O酒精和CO2或乳酸

能量

大量、合成38ATP（1161KJ）少許、合成2ATP(61.08KJ)

相同點(diǎn)聯(lián)系

從葡萄糖分解成丙酮酸階段相同，以后階段不一樣

實(shí)質(zhì)

分解有機(jī)物，釋放能量，合成ATP

意義

為生物體的各項(xiàng)生命活動提供能量四、影響細(xì)胞呼吸作用的原因1、內(nèi)部原因——遺傳原因（決定酶的種類和數(shù)量）2、環(huán)境原因（1）溫度溫度以影響酶的活性影響呼吸速率。在最低點(diǎn)與最適點(diǎn)之間，呼吸酶活性低，呼吸作用受抑制，溫度以影響酶的活性影響呼吸速率。在最低點(diǎn)與最適點(diǎn)之間，呼吸酶活性低，呼吸作用受抑制，呼吸速率隨溫度的升高而加快。超出最適點(diǎn)，呼吸酶活性減少甚至變性失活，呼吸作用受到抑制，呼吸速率則會伴隨溫度的增高而下降。（2）O2的濃度植物在O2濃度為0時(shí)只進(jìn)行無氧呼吸，大多數(shù)植物無氧呼吸的產(chǎn)物是酒精和CO2植物在O2濃度為0時(shí)只進(jìn)行無氧呼吸，大多數(shù)植物無氧呼吸的產(chǎn)物是酒精和CO2；O2濃度在0~10%時(shí)，既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行無氧呼吸；在O2濃度5%時(shí)，呼吸作用最弱；在O2濃度超出10%時(shí)，只進(jìn)行有氧呼吸。有氧環(huán)境對無氧呼吸起抑制作用，抑制作用隨氧濃度的增加而增強(qiáng)，直至無氧呼吸完全停止在一定氧濃度范圍內(nèi)，有氧呼吸的強(qiáng)度隨氧濃度的增加而增強(qiáng)。呼吸強(qiáng)度呼吸強(qiáng)度（3）CO2濃度呼吸強(qiáng)度呼吸強(qiáng)度從化學(xué)平衡角度分析，CO2濃度增加，呼吸速率下降。（4）含水量在一定范圍內(nèi)，呼吸作用強(qiáng)度隨含水量的增加而增強(qiáng)，CO2CO2濃度含水量%含水量%五、光合作用

（1）發(fā)覺

（2）場所雙層膜

葉綠體

基質(zhì)

：DNA，多個(gè)酶、核糖體等

基粒

多個(gè)類囊體（片層）堆疊而成

胡蘿卜素（橙黃色）1/3

類胡蘿卜素

葉黃素（黃色）

2/3

吸藍(lán)紫光

色素

（1/4）葉綠素A（藍(lán)綠色）3/4

葉綠素（3/4葉綠素B（黃綠色）1/4

吸紅橙和藍(lán)紫光

3.注意事項(xiàng)：a試劑的作用：無水乙醇：提取色素層析液：分離色素二氧化硅：使研磨充足碳酸鈣：預(yù)防色素被破壞b搜集到試管中的濾液.用棉塞塞嚴(yán)管口的目標(biāo)：預(yù)防無水乙醇揮發(fā)。c將定性濾紙剪去兩角的目標(biāo)：預(yù)防兩邊的色素在濾紙條上擴(kuò)散過快、不均勻.便于觀測試驗(yàn)成果。d分離色素時(shí).不能讓濾液細(xì)線觸及層析液的原因是：因?yàn)樯貢芙庥趯游鲆褐?從而導(dǎo)致試驗(yàn)效果極差.甚至失敗。（3）光合作用：光合作用是指綠色植物通過葉綠體.利用光能.把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存能量的有機(jī)物.并且釋放氧氣的過程。光合作用的全過程：1光反應(yīng)：①條件：有光②場所：葉綠體的類囊體薄膜上③過程：①水的光解：②ATP的合成：④能量變化：光能→ATP中活躍的化學(xué)能2暗反應(yīng)：①條件：有光和無光②場所：葉綠體基質(zhì)③過程：①CO2的固定：②C3的還原：④能量變化：ATP中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能

光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較：光反應(yīng)

暗反應(yīng)

條件光、、H2O、色素、酶CO2、[H]、ATP、C5、酶

時(shí)間

短促

較遲緩

場所

類囊體的薄膜上

葉綠體的基質(zhì)

過程水的光解

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的還原：

2C3

+

[H]

→（CH2O）實(shí)質(zhì)光能葉綠體光能葉綠體

同化CO2，形成（CH2O）

總式CO2

+

H2O

——→

（CH2O）+

O2

光能葉綠體或

CO2

+

12H2O

——→（CH2O）光能葉綠體物變

無機(jī)物CO2、H2O

→

有機(jī)物（CH2O）能變光能

→

ATP中活躍的化學(xué)能

→

有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能

◎

光合作用的實(shí)質(zhì)

通過光反應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變成活躍的化學(xué)能，通過暗反應(yīng)把二氧化碳和水合成有機(jī)物，同時(shí)把活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的化學(xué)能貯存在有機(jī)物中。

4、光合作用的意義①制造有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)變，將CO2和H2O合成有機(jī)物，轉(zhuǎn)化并儲存太陽能；②調(diào)整大氣中的O2和CO2含量保持相對穩(wěn)定；③生物生命活動所需能量的最后起源；注：光合作用是生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝。5、影響光合作用速率的原因及其在生產(chǎn)上的應(yīng)用光合速率是光合作用強(qiáng)度的指標(biāo)，它是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積的葉片合成有機(jī)物的速率。影響原因包括植物自身內(nèi)部的原因，如處在不一樣生育期等，以及多個(gè)外部原因。(1)單因子對光合作用速率影響的分析①光照強(qiáng)度(如圖所示)曲線分析：A點(diǎn)光照強(qiáng)度為0，此時(shí)只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放CO2量表白此時(shí)的呼吸強(qiáng)度。AB段表白光照強(qiáng)度加強(qiáng)，光合作用逐漸加強(qiáng)，CO2的釋放量逐漸減少，有一部分用于光合作用；而到B點(diǎn)時(shí)，細(xì)胞呼吸釋放的CO2所有用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度=細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，稱B點(diǎn)為光賠償點(diǎn)(植物白天的光照強(qiáng)度在光賠償點(diǎn)以上，植物才能正常生長)。BC段表白伴隨光照強(qiáng)度不停加強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不停加強(qiáng)，到C點(diǎn)以上不再加強(qiáng)了，稱C點(diǎn)為光飽和點(diǎn)。應(yīng)用：陰生植物的光賠償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)比較低，如上圖虛線所示。間作套種時(shí)農(nóng)作物的種類搭配，林帶樹種的配備，冬季溫室栽培防止高溫等都與光賠償點(diǎn)有關(guān)。②光照面積(如圖所示)曲線分析：OA段表白隨葉面積的不停增大，光合作用實(shí)際量不停增大，A點(diǎn)為光合作用葉面積的飽和點(diǎn)。隨葉面積的增大，光合作用不再增加，原因是有諸多葉被遮擋，光照強(qiáng)度在光賠償點(diǎn)如下。OB段表白干物質(zhì)量隨光合作用增加而增加，而因?yàn)锳點(diǎn)以后光合作用不再增加，但葉片隨葉面積的不停增加呼吸量(OC段)不停增加，因此干物質(zhì)積累量不停減少(BC段)。應(yīng)用：適當(dāng)間苗、修剪，合理施肥、澆水，防止徒長。封行過早，使中下層葉子所受的光照往往在光賠償點(diǎn)如下，白白消耗有機(jī)物，導(dǎo)致無須要的浪費(fèi)。CO2濃度、含水量和礦質(zhì)元素(如圖所示)曲線分析：CO2和水是光合作用的原料，礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。在一定范圍內(nèi)，CO2、水和礦質(zhì)元素越多，光合作用速率越快，但到A點(diǎn)時(shí)，即CO2、水、礦質(zhì)元素達(dá)成飽和時(shí)，就不再增加了。應(yīng)用：“正其行，通其風(fēng)”，溫室內(nèi)充CO2，即提升CO2濃度，增加產(chǎn)量的措施.合理施肥可促進(jìn)葉片面積增大，提升酶的合成速率，增加光合作用速率。③溫度(如圖所示)曲線分析：光合作用是在酶催化下進(jìn)行的，溫度直接影響酶的活性。一般植物在10～35℃下正常進(jìn)行光合作用，其中AB段(10～35℃)隨溫度的升高而逐漸加強(qiáng)，B點(diǎn)(35℃)以上光合酶活性下降，光合作用開始下降，應(yīng)用：冬天溫室栽培可適當(dāng)提升溫度；夏天，溫室栽培可適當(dāng)減少溫度。白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提升光合作用：晚上適當(dāng)減少溫室溫度，以減少細(xì)胞呼吸，確保有機(jī)物的積累。(2)多因子對光合作用速率影響的分析（如圖所示）曲線分析：P點(diǎn)時(shí)，限制光合速率的原因應(yīng)為橫坐標(biāo)所示的因子，伴隨因子的不停加強(qiáng)，光合速率不停提升。當(dāng)?shù)絈點(diǎn)時(shí)，橫坐標(biāo)所示的原因，不再是影響光合速率的因子，要想提升光合速率，可采取適當(dāng)提升圖示中的其他因子的措施。應(yīng)用：溫室栽培時(shí)，在一定光照強(qiáng)度下，白天適當(dāng)提升溫度，增加光合酶的活性，提升光合速率，也可同時(shí)適當(dāng)充加CO2，深入提升光合速率。當(dāng)溫度適宜時(shí)，可適當(dāng)增加光照強(qiáng)度和CO2濃度以提升光合速率?？傊梢勒赵敿?xì)情況，通過增加光照強(qiáng)度，調(diào)整溫度或增加CO2濃度來充足提升光合速率，以達(dá)成增產(chǎn)的目標(biāo)6、總結(jié):光合作用在現(xiàn)實(shí)生活中延長光照時(shí)間如：補(bǔ)充人工光照、多季種植增加光照面積如：合理密植、套種光照強(qiáng)弱的控制：陽生植物（強(qiáng)光）.陰生植物（弱光）增強(qiáng)光合作用效率適當(dāng)提升CO2濃度：施農(nóng)家肥適當(dāng)提升白天溫度（減少夜間溫度）必需礦質(zhì)元素的供應(yīng)：施化肥7、計(jì)算真光合作用速率=凈光合作用速率+細(xì)胞呼吸作用速率CO2吸取DBDB真光合作用=凈光合作用+呼吸作用真光合作用=凈光合作用+呼吸作用凈光合作用凈光合作用OACOAC呼吸作用光照強(qiáng)度呼吸作用EECO2釋放②光合作用制造的有機(jī)物=光合作用積累的有機(jī)物+細(xì)胞呼吸消耗的有機(jī)物解析：制造的就是生產(chǎn)的總量，其中一部分被儲存起來，就