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1、 第 5講 細胞的能量供應和利用 一、酶 （1）酶的本質、特性和作用（A） 【酶的本質】：酶是由活細胞產生的具有催化活性的有機物，其中大部分是蛋白質、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】驗證酶的高效性一般用酶與無機催化劑進行比較；驗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，酶活性都會明顯降低。在最適宜的溫度和 PH 值條件下，酶的活 性最高。 過酸、過堿或溫度過高，酶的空間結構遭到破壞，能使蛋白質變性失

2、活，不可恢復。 低溫使酶活性降低，但酶的空間結構保持穩(wěn)定，在適宜的溫度條件下酶的活性可以恢復。 酶的濃度和底物濃度也會影響化學反應速度，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）說出 ATP 的分子特點 元素組成：ATP 由 C 、H、O、N、P 五種元素組成 結構特點：ATP 中文名稱叫三磷酸腺苷，結構簡式 A—P～ P～P，其中 A 代表腺苷，P 代表磷酸基團，～代表高能磷 酸鍵。水解時遠離 A 的磷酸鍵線斷裂 作用：新陳代謝所需能量的直接來源，ATP 在細胞內含量很少，但在細胞內的轉化速度很快。 2、（理解）ATP 和 ADP 相互轉

3、化的過程和意義： ATP 與 ADP 的相互轉化 ATP 酶 ADP + Pi + 能量（1molATP 水解釋放 30.54KJ 能量） 10 ADP+Pi+能量 酶 ATP 這個過程儲存能量 ATP 酶 ADP+Pi+能量 這個過程釋放能量 方向從左到右時能量代表釋放的能量，用于一切生命活動。 方向從右到左時能量代表轉移的能量，動物中為呼吸作用轉移的能量。植物中來自光合作 用和呼吸作用。 注：在 ATP 和 ADP 轉化過程中物質是可逆，能量是不可逆的 意義：能量通過 ATP 分子在吸能反應和放能反應之間循

4、環(huán)流通，ATP 是細胞里的能量流通 的能量―通貨‖ 3、（理解）說明 ATP 的利用 ATP 的水解過程中釋放出能量，這些能量被各項吸能反應所用，如肌肉收縮、細胞分裂、主 動運輸?shù)?，所?ATP 的水解總伴隨著吸能反應。 放能反應在進行的過程中釋放出能量，可為 ATP 的合成提供能量，故 ATP 的合成總伴隨著 放能反應的進行。 三、說明細胞呼吸及其原理的應用 1、（理解）概述細胞呼吸的概念 細胞呼吸是指在酶的催化作用下，把糖類等有機物氧化分解，產生 CO2 等物質，同時釋放 出能量的過程。 2、（了解）說出細胞呼吸的方式 細胞呼吸分為有氧呼吸和無氧呼吸。 有氧呼吸

5、是指細胞在氧氣的參與下，通過酶的催化作用，把糖類等有機物徹底氧化分解，產 生出二氧化碳和水，同時釋放出能量，生成許多 ATP 的過程。 無氧呼吸指在指在無氧條件下通過酶的催化作用，細胞把糖類等有機物不徹底氧化分解，同 時釋放少量能量生成少量 ATP 的過程。 3、（理解）闡述有氧呼吸和無氧呼吸的過程及異同點 （1）有氧呼吸的過程 第一階段、C6H12O6→2 丙酮酸＋2ATP＋4［H］（在細胞質中） 第二階段、丙酮酸＋6H2O→6CO2＋20［H］＋2ATP（線粒體基質中） 第三階段、24［H］＋6O2→12H2O＋34ATP（線粒體內膜中） （2）無氧呼吸的過程 ①C6

6、H12O6→2 丙酮酸＋2ATP＋4［H］（在細胞質基質中） ②2 丙酮酸→2 酒精＋2CO2＋能量（細胞質）或 2 丙酮酸→2 乳酸＋能量（細胞質基質） （3）有氧呼吸與無氧呼吸的異同： 項目 有氧呼吸 無氧呼吸 區(qū)別 進行部位 第一步在細胞質中，然 后在線粒體 始終在細胞質中 是否需 O2 需氧 不需氧 最終產物 CO2＋H2O 不徹底氧化物酒精或乳酸 可 利 用 能 （ 儲 存 ATP 中） 1161KJ 61.08KJ 聯(lián)系 把 C6H12O6----2 丙酮酸這一步相同

7、，都在細胞質基質中進行 4、說明細胞呼吸的意義 ⑴為生命活動提供能量 ⑵為其他化合物的合成提供原料 5、舉例說明光合作用原理在生產和生活中的應用 （1）影響呼吸速率的外界因素： ①溫度：溫度通過影響細胞內與呼吸作用有關的酶的活性來影響細胞的呼吸作用。 溫度過低或過高都會影響細胞正常的呼吸作用。在一定溫度范圍內，溫度越低，細胞呼吸越 弱；溫度越高，細胞呼吸越強。 ②氧氣：氧氣充足，則無氧呼吸將受抑制；氧氣不足，則有氧呼吸將會減弱或受抑制。 ③水分：一般來說，細胞水分充足，呼吸作用將增強。但陸生植物根部如長時間受水浸沒， 根部缺氧，進行無氧呼吸，產生過多酒精，可使

8、根部細胞壞死。 ④CO2：環(huán)境 CO2 濃度提高，將抑制細胞呼吸，可用此原理來貯藏水果和蔬菜。 （2）呼吸作用在生產上的應用： ①作物栽培時，要有適當措施保證根的正常呼吸，如疏松土壤等。 ②糧油種子貯藏時，要風干、降溫，降低氧氣含量，則能抑制呼吸作用，減少有機物消耗。 ③水果、蔬菜保鮮時，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、說明光合作用以及對它的認識過程 1、光合作用的認識過程 （1）1771 年，英國科學家普利斯特利證明植物可以更新空氣實驗； （2）1864 年，德國科學家薩克斯證明了綠色葉片在光合作用中產生淀粉的實驗；

9、（3）1880 年，德國科學家恩吉爾曼證明葉綠體是進行光合作用的場所，并從葉綠體放出氧 的實驗； （4）20 世紀 30 年代美國科學家魯賓和卡門采用同位素標記法研究證明光合作用釋放的氧 氣全部來自水的實驗。 （5）恩格爾曼實驗的結論是：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用 的場所。 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 ① 蘿卜素） 1/4 ② （2）色素提取實驗：無水乙醇提取色素； 二氧化硅使研磨更充分；碳

10、酸 ③ 鈣防止色素受到破壞 ④ （3）作用：葉綠素 a 和葉綠素 b 主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫 光。 3、闡述光合作用的過程 （1）光反應階段 場所：葉綠體囊狀結構（類囊體）薄膜上進行 條件：必須有光，色素、化合作用的酶 步驟： ①水的光解，水在光下分解成氧氣和還原氫 H2O—→2[H] + 1/2 O2 ②ATP 生成，ADP 與 Pi 接受光能變成 ATP 能量變化：光能變?yōu)?ATP 活躍的化學能 （2）暗反應階段 場所：葉綠體基質 條件：有光或無光均可進行，二氧化碳，能量、酶 步驟： ①二氧化

11、碳的固定，二氧化碳與五碳化合物結合生成兩個三碳化合物 ②二氧化碳的還原，三碳化合物接受還原氫、酶、ATP 生成有機物 能量變化：ATP 活躍的化學能轉變成化合物中穩(wěn)定的化學能 （3）總結 項目 光反應 暗反應 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 所 葉綠體內囊體的薄膜上 葉綠體的基質中 物 質 變 化 （1）水的光解 2H2O 4[H]+O2 (2)ATP 的形成 ADP+Pi+能量 ATP （1）CO2 固定 CO2＋C5 2C3 (2) C3 的還原 2C3 （C H2O）+ C5 能

12、 量 變 化 葉綠素把光能轉化為 ATP 中活躍的化學 能 ATP 中活躍的化學能轉化成 （CH2O）中穩(wěn)定的化學能 實 質 把二氧化碳和水轉變成有機物，同時把光能轉變?yōu)榛瘜W能儲存在有機物中 聯(lián)系 光反應為暗反應提供[H]、ATP，暗反應為光反應提供 ADP+Pi，沒有光反應，暗反應無法進 行，沒有暗反應，有機物無法合成。 4、舉例說明光合作用原理的應用 ⑴意義：①制造有機物②轉化并儲存太陽能③使大氣中的 CO2 和 O2 保持相對穩(wěn)定。 ⑵農業(yè)生產以及溫室中提高農作物產量的方法 ①控制光照強度的強弱 ②控制溫度的高低 ③適當?shù)脑黾幼魑锃h(huán)境中二氧

13、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 、光照強度對光合作用都有影響，其中光照為最關鍵因素 因素 圖像 關鍵點的含義 在生產上的應用 單 因 子 影 響 光 照 強 度 A 點光照強度為 0，此時只 進行呼吸作用，釋放 CO2 的 量，表明此時的呼吸強度。 AB 段表明隨光照強度加 強，光合作用逐漸加強，CO2 的釋放量逐漸減少，有一部 分用于光合作用； B 點時， 呼吸作用釋放的 CO2 全部用 于光合作用，即光合作用強 度=

14、呼吸作用強度，稱 B 點 為光補償點(植物白天光照 強度應在光補償點以上，植 物才能正常生長)。BC 段表 明隨著光照強度不斷加強， 光合作用強度不斷加強，到 C 點以上不再加強了。C 點 為光合作用的飽和點。 (1)適當提高光照強 度 (2)延長光合作用時 間(例：輪作) (3)對溫室大棚用無 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 收其他波長的 光，光合能力較 白光弱。但較其 他單色光強。 光 合 面 積 物 A 光合作用實際量 質 · 的 ·B 干物質量 量 C · 呼吸量 O 2 4 6 8 葉面積指數(shù) OA

15、 段表明隨葉面積的不斷 增大，光合作用實際量不斷 增大，A 點為光合作用面積 的飽和點，隨葉面積的增大， 光合作用不再增強，原因是 有很多葉被遮擋在光補償點 以下。OB 段干物質量隨光 合作用增強而增加，而由于 A 點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，所以干物質積累量不斷 降低如 BC 段。植物的葉面 積指數(shù)不能超過 C 點，若超 過 C 點，植物將入不敷出， 無法生活下去。 適當間苗、修剪， 合理施肥、澆水， 避免陡長，封行過 早，使中下層葉子 所受的光照往往在 光補償點以下，白 白消耗有機物，造 成不必要的浪費。 溫室栽培植物時， 可增加

16、光合作用面 積，合理密植是增 加光合作用面積的 一項重要措施。 二 氧 化 碳 濃 CO2 是光合作用的原料，在 一定范圍內，CO2 越多，光 合作用速率越大，但到 A 點 時，即 CO2 達到飽和時，就 不再增加了 溫室栽培植物時適 當提高室內 CO2 的 濃度，如釋放一定 量的干冰或多施有 機肥，使根部吸收 度 的 CO2 增多。大田 生產―正其行，通其 風‖，即為提高 CO2 濃度、增加產量 溫 度 光合作用是在酶催化下進行 的，溫度直接影響酶的活性。 一般植

17、物在 10℃～35℃下 正常進行光合作用，其中 AB 段(10℃～35℃)，隨溫度 的升高而逐漸加強，B 點 (35℃)以上光合酶活性下 降，光合作用開始下降， 40℃～50℃光合作用幾乎完 全停止 (1)適時播種 (2)溫室栽培植物 時，白天適當提 高溫度，晚上適 當降溫 (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，葉面積不斷增大， 葉內葉綠體不斷增多，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)，

18、光 合速率也基本穩(wěn)定。BC 段 為老葉，隨葉齡的增加，葉 片內葉綠素被破壞，光合速 率也隨之下降 農作物、果樹管理 后期適當摘除老 葉、殘葉及莖葉蔬 菜及時換新葉，都 是根據(jù)其原理。又 可降低其呼吸作用 消耗有機物 礦 質 元 素 礦質元素是光合作用的產物——葡萄糖進一步合成許多有 機物時所必需的物質。如缺少 N，就影響蛋白質(酶)的合成； 缺少 P 就會影響 ATP 的合成；缺少 Mg 就會影響葉綠素的 合成 合理施肥可促進葉 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 點時，限制光合速率的因素應為橫坐標

19、所表示的因子，隨其因子的不斷加強， 光合速率不斷提高。當?shù)?Q 點時，橫坐標所表示的因子，不再是影響光合速率的 因子，要想提高光合速率，可采取適當提高圖示的其他因子 應 溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合酶的活性，提高 用 光合速率，也可同時適當充加 CO2，進一步提高光合速率。當溫度適宜時，可適 當增加光照強度和 CO2 濃度以提高光合作用速率。總之，可根據(jù)具體情況，通過 增加光照強度，調節(jié)或增加 CO2 濃度來充分提高光合效率，以達到增產的目的 2.農業(yè)生產以及溫室中提高農作物產量的方法（B） 延長光照時間 如：補充人工光照、多季種植（輪作） 增加光照面積 如：合理密植、套種（間作） 光照強弱的控制：陽生植物（強光），陰生植物（弱光） 增強光合作用效率 適當提高CO2濃度：施農家肥、使用CO2發(fā)生器 適當提高白天溫度（降低夜間溫度）； 必需礦質元素的供應 六、生物的代謝類型 1.自養(yǎng)生物：可將 CO2、H2O 等無機物合成葡萄糖等有機物，如綠色植物，硝化細菌（化能 合成） 2.異養(yǎng)生物：不能將 CO2、H2O 等無機物合成葡萄糖等有機物，只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機 物來維持自身生命活動，如許多動物。