第 5講 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用一、酶（1）酶的本質(zhì)、特性和作用（A）【酶的本質(zhì)】：酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化活性的有機(jī)物，其中大部分是蛋白質(zhì)、少量是RNA【酶的特性】：1、酶具有高效性 2、酶具有專一性3、酶的作用條件比較溫和【小結(jié)】驗(yàn)證酶的高效性一般用酶與無(wú)機(jī)催化劑進(jìn)行比較；驗(yàn)證酶的專一性可采用底物相 同酶不同或酶相同底物不同的思路進(jìn)行。（2）影響酶活性的因素（B）溫度和 PH 值偏高或偏低，酶活性都會(huì)明顯降低。在最適宜的溫度和 PH 值條件下，酶的活 性最高。 過(guò)酸、過(guò)堿或溫度過(guò)高，酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，能使蛋白質(zhì)變性失活，不可恢復(fù)。 低溫使酶活性降低，但酶的空間結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，在適宜的溫度條件下酶的活性可以恢復(fù)。 酶的濃度和底物濃度也會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速度，但是不影響酶的活性。二、解釋 ATP 在能量代謝中的作用1、（了解）說(shuō)出 ATP 的分子特點(diǎn)元素組成：ATP 由 C 、H、O、N、P 五種元素組成 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：ATP 中文名稱叫三磷酸腺苷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式 AP PP，其中 A 代表腺苷，P 代表磷酸基團(tuán)，代表高能磷 酸鍵。水解時(shí)遠(yuǎn)離 A 的磷酸鍵線斷裂作用：新陳代謝所需能量的直接來(lái)源，ATP 在細(xì)胞內(nèi)含量很少，但在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化速度很快。2、（理解）ATP 和 ADP 相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程和意義：ATP 與 ADP 的相互轉(zhuǎn)化 ATP 酶 ADP + Pi + 能量（1molATP 水解釋放 30.54KJ 能量）10ADP+Pi+能量酶ATP這個(gè)過(guò)程儲(chǔ)存能量ATP酶ADP+Pi+能量這個(gè)過(guò)程釋放能量方向從左到右時(shí)能量代表釋放的能量，用于一切生命活動(dòng)。方向從右到左時(shí)能量代表轉(zhuǎn)移的能量，動(dòng)物中為呼吸作用轉(zhuǎn)移的能量。植物中來(lái)自光合作 用和呼吸作用。注：在 ATP 和 ADP 轉(zhuǎn)化過(guò)程中物質(zhì)是可逆，能量是不可逆的意義：能量通過(guò) ATP 分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間循環(huán)流通，ATP 是細(xì)胞里的能量流通的能量通貨3、（理解）說(shuō)明 ATP 的利用ATP 的水解過(guò)程中釋放出能量，這些能量被各項(xiàng)吸能反應(yīng)所用，如肌肉收縮、細(xì)胞分裂、主 動(dòng)運(yùn)輸?shù)?，所?ATP 的水解總伴隨著吸能反應(yīng)。 放能反應(yīng)在進(jìn)行的過(guò)程中釋放出能量，可為 ATP 的合成提供能量，故 ATP 的合成總伴隨著 放能反應(yīng)的進(jìn)行。三、說(shuō)明細(xì)胞呼吸及其原理的應(yīng)用1、（理解）概述細(xì)胞呼吸的概念 細(xì)胞呼吸是指在酶的催化作用下，把糖類等有機(jī)物氧化分解，產(chǎn)生 CO2 等物質(zhì)，同時(shí)釋放 出能量的過(guò)程。2、（了解）說(shuō)出細(xì)胞呼吸的方式 細(xì)胞呼吸分為有氧呼吸和無(wú)氧呼吸。 有氧呼吸是指細(xì)胞在氧氣的參與下，通過(guò)酶的催化作用，把糖類等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn) 生出二氧化碳和水，同時(shí)釋放出能量，生成許多 ATP 的過(guò)程。 無(wú)氧呼吸指在指在無(wú)氧條件下通過(guò)酶的催化作用，細(xì)胞把糖類等有機(jī)物不徹底氧化分解，同 時(shí)釋放少量能量生成少量 ATP 的過(guò)程。3、（理解）闡述有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的過(guò)程及異同點(diǎn)（1）有氧呼吸的過(guò)程第一階段、C6H12O62 丙酮酸2ATP4H（在細(xì)胞質(zhì)中） 第二階段、丙酮酸6H2O6CO220H2ATP（線粒體基質(zhì)中） 第三階段、24H6O212H2O34ATP（線粒體內(nèi)膜中）（2）無(wú)氧呼吸的過(guò)程C6H12O62 丙酮酸2ATP4H（在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中）2 丙酮酸2 酒精2CO2能量（細(xì)胞質(zhì)）或 2 丙酮酸2乳酸能量（細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)）（3）有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的異同：項(xiàng)目有氧呼吸無(wú)氧呼吸區(qū)別進(jìn)行部位第一步在細(xì)胞質(zhì)中，然后在線粒體始終在細(xì)胞質(zhì)中是否需 O2需氧不需氧最終產(chǎn)物CO2H2O不徹底氧化物酒精或乳酸可 利 用 能（ 儲(chǔ) 存ATP 中）1161KJ61.08KJ聯(lián)系把 C6H12O6-2 丙酮酸這一步相同，都在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行4、說(shuō)明細(xì)胞呼吸的意義為生命活動(dòng)提供能量為其他化合物的合成提供原料5、舉例說(shuō)明光合作用原理在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用（1）影響呼吸速率的外界因素：溫度：溫度通過(guò)影響細(xì)胞內(nèi)與呼吸作用有關(guān)的酶的活性來(lái)影響細(xì)胞的呼吸作用。 溫度過(guò)低或過(guò)高都會(huì)影響細(xì)胞正常的呼吸作用。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越低，細(xì)胞呼吸越 弱；溫度越高，細(xì)胞呼吸越強(qiáng)。氧氣：氧氣充足，則無(wú)氧呼吸將受抑制；氧氣不足，則有氧呼吸將會(huì)減弱或受抑制。水分：一般來(lái)說(shuō)，細(xì)胞水分充足，呼吸作用將增強(qiáng)。但陸生植物根部如長(zhǎng)時(shí)間受水浸沒(méi)， 根部缺氧，進(jìn)行無(wú)氧呼吸，產(chǎn)生過(guò)多酒精，可使根部細(xì)胞壞死。CO2：環(huán)境 CO2 濃度提高，將抑制細(xì)胞呼吸，可用此原理來(lái)貯藏水果和蔬菜。（2）呼吸作用在生產(chǎn)上的應(yīng)用：作物栽培時(shí)，要有適當(dāng)措施保證根的正常呼吸，如疏松土壤等。糧油種子貯藏時(shí)，要風(fēng)干、降溫，降低氧氣含量，則能抑制呼吸作用，減少有機(jī)物消耗。水果、蔬菜保鮮時(shí)，要低溫或降低氧氣含量及增加二氧化碳濃度，抑制呼吸作用。 四、說(shuō)明光合作用以及對(duì)它的認(rèn)識(shí)過(guò)程1、光合作用的認(rèn)識(shí)過(guò)程（1）1771 年，英國(guó)科學(xué)家普利斯特利證明植物可以更新空氣實(shí)驗(yàn)；（2）1864 年，德國(guó)科學(xué)家薩克斯證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生淀粉的實(shí)驗(yàn)；（3）1880 年，德國(guó)科學(xué)家恩吉爾曼證明葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，并從葉綠體放出氧 的實(shí)驗(yàn)；（4）20 世紀(jì) 30 年代美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門(mén)采用同位素標(biāo)記法研究證明光合作用釋放的氧氣全部來(lái)自水的實(shí)驗(yàn)。（5）恩格爾曼實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是：氧氣是葉綠體釋放出來(lái)的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用 的場(chǎng)所。2、葉綠體中色素的種類、作用（1）種類：包括葉綠素 a、葉綠素 b 占 3/4 和 類胡蘿卜素（葉黃素、胡 蘿卜素） 1/4（2）色素提取實(shí)驗(yàn)：無(wú)水乙醇提取色素； 二氧化硅使研磨更充分；碳酸鈣防止色素受到破壞（3）作用：葉綠素 a 和葉綠素 b 主要吸收藍(lán)紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光。3、闡述光合作用的過(guò)程（1）光反應(yīng)階段 場(chǎng)所：葉綠體囊狀結(jié)構(gòu)（類囊體）薄膜上進(jìn)行 條件：必須有光，色素、化合作用的酶步驟：水的光解，水在光下分解成氧氣和還原氫 H2O2H + 1/2 O2ATP 生成，ADP 與 Pi 接受光能變成 ATP能量變化：光能變?yōu)?ATP 活躍的化學(xué)能（2）暗反應(yīng)階段 場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì) 條件：有光或無(wú)光均可進(jìn)行，二氧化碳，能量、酶 步驟：二氧化碳的固定，二氧化碳與五碳化合物結(jié)合生成兩個(gè)三碳化合物二氧化碳的還原，三碳化合物接受還原氫、酶、ATP 生成有機(jī)物 能量變化：ATP 活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成化合物中穩(wěn)定的化學(xué)能（3）總結(jié)項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)區(qū)別條件需要葉綠素、光、酶不需要葉綠素和光，需要多種酶場(chǎng)所葉綠體內(nèi)囊體的薄膜上葉綠體的基質(zhì)中物 質(zhì) 變化（1）水的光解2H2O4H+O2(2)ATP 的形成ADP+Pi+能量ATP（1）CO2 固定 CO2C52C3 (2) C3 的還原2C3（C H2O）+ C5能 量 變化葉綠素把光能轉(zhuǎn)化為 ATP 中活躍的化學(xué) 能ATP 中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成（CH2O）中穩(wěn)定的化學(xué)能實(shí)質(zhì)把二氧化碳和水轉(zhuǎn)變成有機(jī)物，同時(shí)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存在有機(jī)物中聯(lián)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供H、ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供 ADP+Pi，沒(méi)有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無(wú)法進(jìn) 行，沒(méi)有暗反應(yīng)，有機(jī)物無(wú)法合成。4、舉例說(shuō)明光合作用原理的應(yīng)用意義：制造有機(jī)物轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存太陽(yáng)能使大氣中的 CO2 和 O2 保持相對(duì)穩(wěn)定。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及溫室中提高農(nóng)作物產(chǎn)量的方法控制光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱控制溫度的高低適當(dāng)?shù)脑黾幼魑锃h(huán)境中二氧化碳的濃度 五、研究影響光合作用速率的環(huán)境因素1、影響光合作用的因素CO2 濃度 、溫度 、光照強(qiáng)度對(duì)光合作用都有影響，其中光照為最關(guān)鍵因素因素圖像關(guān)鍵點(diǎn)的含義在生產(chǎn)上的應(yīng)用單因 子 影 響光照 強(qiáng) 度A 點(diǎn)光照強(qiáng)度為 0，此時(shí)只進(jìn)行呼吸作用，釋放 CO2 的 量，表明此時(shí)的呼吸強(qiáng)度。 AB 段表明隨光照強(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； B 點(diǎn)時(shí)， 呼吸作用釋放的 CO2 全部用 于光合作用，即光合作用強(qiáng) 度=呼吸作用強(qiáng)度，稱 B 點(diǎn) 為光補(bǔ)償點(diǎn)(植物白天光照 強(qiáng)度應(yīng)在光補(bǔ)償點(diǎn)以上，植 物才能正常生長(zhǎng))。BC 段表 明隨著光照強(qiáng)度不斷加強(qiáng)， 光合作用強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，到 C 點(diǎn)以上不再加強(qiáng)了。C 點(diǎn) 為光合作用的飽和點(diǎn)。(1)適當(dāng)提高光照強(qiáng)度(2)延長(zhǎng)光合作用時(shí) 間(例：輪作) (3)對(duì)溫室大棚用無(wú) 色透明玻璃 (4)若要降低光合作用則用有色玻 璃。如用紅色玻 璃，則透紅光吸 收其他波長(zhǎng)的 光，光合能力較 白光弱。但較其 他單色光強(qiáng)。光合 面 積物A 光合作用實(shí)際量 質(zhì) ·的·B 干物質(zhì)量量C·呼吸量O2468 葉面積指數(shù)OA 段表明隨葉面積的不斷增大，光合作用實(shí)際量不斷 增大，A 點(diǎn)為光合作用面積 的飽和點(diǎn)，隨葉面積的增大， 光合作用不再增強(qiáng)，原因是 有很多葉被遮擋在光補(bǔ)償點(diǎn) 以下。OB 段干物質(zhì)量隨光 合作用增強(qiáng)而增加，而由于 A 點(diǎn)以后光合作用量不再增 加，而葉片隨葉面積的不斷 增加 OC 段呼吸量不斷增 加，所以干物質(zhì)積累量不斷 降低如 BC 段。植物的葉面 積指數(shù)不能超過(guò) C 點(diǎn)，若超 過(guò) C 點(diǎn)，植物將入不敷出， 無(wú)法生活下去。適當(dāng)間苗、修剪，合理施肥、澆水， 避免陡長(zhǎng)，封行過(guò) 早，使中下層葉子 所受的光照往往在 光補(bǔ)償點(diǎn)以下，白 白消耗有機(jī)物，造 成不必要的浪費(fèi)。 溫室栽培植物時(shí)， 可增加光合作用面 積，合理密植是增 加光合作用面積的 一項(xiàng)重要措施。二氧 化 碳 濃CO2 是光合作用的原料，在一定范圍內(nèi)，CO2 越多，光 合作用速率越大，但到 A 點(diǎn) 時(shí)，即 CO2 達(dá)到飽和時(shí)，就 不再增加了溫室栽培植物時(shí)適當(dāng)提高室內(nèi) CO2 的 濃度，如釋放一定 量的干冰或多施有 機(jī)肥，使根部吸收度的 CO2 增多。大田生產(chǎn)正其行，通其 風(fēng)，即為提高 CO2 濃度、增加產(chǎn)量溫度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 1035下 正常進(jìn)行光合作用，其中AB 段(1035)，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(kāi)始下降，4050光合作用幾乎完 全停止(1)適時(shí)播種(2)溫室栽培植物 時(shí)，白天適當(dāng)提 高溫度，晚上適 當(dāng)降溫(3)植物午休現(xiàn)象 的原因之一葉齡OA 段為幼葉，隨幼葉的不斷生長(zhǎng)，葉面積不斷增大， 葉內(nèi)葉綠體不斷增多，葉綠 素含量不斷增加，光合作用 速率不斷增加。AB 段為壯 葉，葉片的面積、葉綠體和 葉綠素都處于穩(wěn)定狀態(tài)，光 合速率也基本穩(wěn)定。BC 段 為老葉，隨葉齡的增加，葉 片內(nèi)葉綠素被破壞，光合速 率也隨之下降農(nóng)作物、果樹(shù)管理后期適當(dāng)摘除老 葉、殘葉及莖葉蔬 菜及時(shí)換新葉，都 是根據(jù)其原理。又 可降低其呼吸作用 消耗有機(jī)物礦質(zhì) 元 素礦質(zhì)元素是光合作用的產(chǎn)物葡萄糖進(jìn)一步合成許多有機(jī)物時(shí)所必需的物質(zhì)。如缺少 N，就影響蛋白質(zhì)(酶)的合成； 缺少 P 就會(huì)影響 ATP 的合成；缺少 Mg 就會(huì)影響葉綠素的 合成合理施肥可促進(jìn)葉片面積增大，提高 酶的合成率，提高 光合作用速率多因 子 影 響圖像含義P 點(diǎn)時(shí)，限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨其因子的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高。當(dāng)?shù)?Q 點(diǎn)時(shí)，橫坐標(biāo)所表示的因子，不再是影響光合速率的 因子，要想提高光合速率，可采取適當(dāng)提高圖示的其他因子應(yīng)溫室栽培時(shí)，在一定光照強(qiáng)度下，白天適當(dāng)提高溫度，增加光合酶的活性，提高用光合速率，也可同時(shí)適當(dāng)充加 CO2，進(jìn)一步提高光合速率。當(dāng)溫度適宜時(shí)，可適當(dāng)增加光照強(qiáng)度和 CO2 濃度以提高光合作用速率?？傊?，可根據(jù)具體情況，通過(guò) 增加光照強(qiáng)度，調(diào)節(jié)或增加 CO2 濃度來(lái)充分提高光合效率，以達(dá)到增產(chǎn)的目的2.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及溫室中提高農(nóng)作物產(chǎn)量的方法（B）延長(zhǎng)光照時(shí)間如：補(bǔ)充人工光照、多季種植（輪作）增加光照面積如：合理密植、套種（間作） 光照強(qiáng)弱的控制：陽(yáng)生植物（強(qiáng)光），陰生植物（弱光）增強(qiáng)光合作用效率適當(dāng)提高CO2濃度：施農(nóng)家肥、使用CO2發(fā)生器 適當(dāng)提高白天溫度（降低夜間溫度）；必需礦質(zhì)元素的供應(yīng)六、生物的代謝類型1.自養(yǎng)生物：可將 CO2、H2O 等無(wú)機(jī)物合成葡萄糖等有機(jī)物，如綠色植物，硝化細(xì)菌（化能 合成）2.異養(yǎng)生物：不能將 CO2、H2O 等無(wú)機(jī)物合成葡萄糖等有機(jī)物，只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī) 物來(lái)維持自身生命活動(dòng)，如許多動(dòng)物。