第5章細胞的能量供應和利用知識清單-高一上學期生物人教版必修1

第5章細胞能量的供應和利用第1降低化學反應活化能的酶1、細胞代謝為什么離不開酶？（1）細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統(tǒng)稱為細胞代謝，細胞代謝離不開酶，酶在細胞代謝中起催化作用，能降低化學反應所需的活化能。注意：酶不提供活化能，但是加熱提供活化能。（2）比較過氧化氫在不同條件下分解實驗原理：①②比較過氧化氫在鐵離子、過氧化氫酶、加熱等條件下氣泡的產(chǎn)生速度或使點燃但無火焰的衛(wèi)生香復燃的程度，了解過氧化氫酶的作用。實驗方案：實驗結(jié)論：加熱、加入鐵離子、加入過氧化氫酶都能加快過氧化氫的分解速率；與無極催化劑相比，酶的催化效率更高；酶在細胞外也能發(fā)揮作用。（3）與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著。2、酶是什么物質(zhì)？（1）酶本質(zhì)的探索過程①巴斯德認為釀酒中的發(fā)酵是由酵母菌細胞引起的，沒有活細胞的參與。②李比希認為引起發(fā)酵的是酵母菌細胞中的某種物質(zhì)。③比希納將酵母菌細胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱為釀酶。④薩姆納提取了脲酶，并證明了其實蛋白質(zhì)。⑤切赫和奧爾特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化活性。（2）酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少量是RNA。3、酶有哪些特性？（1）酶具有高效性：與無機催化劑相比，酶的催化效率是無機催化劑的倍。（2）酶具有專一性：①無機催化劑催化的化學反應范圍比較廣，酸既能催化蛋白質(zhì)水解，也能催化脂肪水解，還能催化淀粉水解。②每一種酶只能催化一種或一類化學反應。細胞代謝能夠有條不紊的進行，與酶的專一性是離不開的。③探究酶的專一性方案：酶相同底物不同、底物相同酶不同兩種方案探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用序號項目試管1試管21可溶性淀粉溶液2ml2蔗糖溶液2ml3淀粉酶溶液2ml2ml4震蕩搖勻，保溫5min60℃60℃5加入斐林試劑2ml2ml6水浴加熱煮沸并保持1ml煮沸并保持1ml7結(jié)果磚紅色淺藍色該實驗不能用碘液鑒定，因為碘液可以檢測淀粉是否分解，但是無法檢測蔗糖是否分解。注意：淀粉酶和唾液淀粉酶不等同，淀粉酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ淀粉酶、異淀粉酶，唾液淀粉酶屬于α-淀粉酶，這幾種淀粉酶的最適溫度不同。有些題目中把淀粉酶劃分為唾液淀粉酶和工業(yè)淀粉酶兩類，唾液淀粉酶最適溫度為37℃左右，工業(yè)淀粉酶最適溫度為60℃左右。（3）酶的作用條件較溫和：在最適宜的溫度和PH條件下，酶的活性最高；高溫、過酸、過堿等條件會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞而永久失活；低溫條件下酶的活性很低，但是空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，酶制劑在低溫、最適PH下保存。4、酶的活性受哪些條件的影響？（1）內(nèi)部因素：生物種類不同，酶的最適溫度、PH不同；同種生物，不同酶的最適溫度、PH不同。（2）外部因素溫度、PH、重金屬離子等。探究溫度對酶活性的影響①實驗原理溫度影響酶的活性，從而影響淀粉的水解，滴加碘液，根據(jù)是否出現(xiàn)藍色及藍色的深淺來判斷酶的活性。②實驗步驟試管編號11’22’33’實驗步驟一2ml淀粉溶酶2ml淀粉溶液2ml淀粉溶酶2ml淀粉溶液2ml淀粉溶酶2ml淀粉溶液二冰水浴5min60℃水浴5min沸水浴5min三1和1’試管內(nèi)液體混合搖勻2和2’試管內(nèi)液體混合搖勻3和3’試管內(nèi)液體混合搖勻四冰水浴數(shù)分鐘60℃水浴相同時間沸水浴相同時間五取出試管，分別滴加2滴碘液，搖勻，觀察現(xiàn)象實驗現(xiàn)象藍色無藍色藍色實驗結(jié)論酶發(fā)揮催化作用需要適宜的溫度條件，溫度過高或過低都將影響酶活性探究PH對酶活性的影響①實驗原理：PH影響酶的活性，從而影響氧氣的生成速率，也可用帶火星的衛(wèi)生香燃燒情況來檢驗氧氣的生成。②實驗步驟：實驗步驟實驗操作內(nèi)容試管1試管2試管3一過氧化氫酶溶液2滴2滴2滴二不同PH的溶液1ml蒸餾水1ml鹽酸1ml氫氧化鈉溶液三等量的過氧化氫溶液2ml2ml2ml四觀察現(xiàn)象產(chǎn)生大量氣泡基本無氣泡產(chǎn)生基本無氣泡產(chǎn)生實驗結(jié)論酶的催化作用需要適宜的PH、PH偏低或偏高都會影響酶活性注意：不宜用過氧化氫、過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響；不宜用淀粉、淀粉酶探究PH對酶活性的影響。第2節(jié)細胞的能量“貨幣”ATP1、為什么說ATP是細胞的能量“貨幣”？（1）ATP的結(jié)構(gòu)：ATP是腺苷三磷酸的縮寫，ATP分子的結(jié)構(gòu)可以簡寫成A-P~P~P，A代表腺苷，T是三的意思，P代表磷酸基團，-代表普通化學鍵，~代表特殊的化學鍵。（2）ATP的供能原理：兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥，使得特殊的化學鍵不穩(wěn)定，末端的磷酸基團有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢，即具有較高的轉(zhuǎn)移勢能。在ATP水解酶的作用下，脫離下來的末端磷酸基團攜能與其他分子結(jié)合，從而使后者發(fā)生變化。ATP的水解過程就是釋放能量的過程，1molATP水解釋放的能量高達30.54kJ，也就是說ATPA是一種高能磷酸化合物。（3）ATP的功能：ATP是驅(qū)動細胞生命活動的直接能源物質(zhì)。直接能源物質(zhì)除了ATP，還有GTP、UTP、CTP，即把腺嘌呤換成鳥嘌呤、尿嘧啶、胞嘧啶組成的某甘三磷酸化合物。2、ATP與ADP是怎樣相互轉(zhuǎn)化的？有什么意義？（1）ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化：①ATP轉(zhuǎn)化成ADP能量用于各項生命活動，如主動運輸、胞吞胞吐、翻譯（蛋白質(zhì)的合成）、DNA復制、轉(zhuǎn)錄等。②ADP轉(zhuǎn)化成ATP場所：細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體，能量來源于光能（光合作用）有機物中的化學能（細胞呼吸）。ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過程中，物質(zhì)可重復利用，能量不可循環(huán)利用。（2）ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的意義：①ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化，是時刻不停地發(fā)生并且處于動態(tài)平衡之中的。②ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應機制，在所有生物的細胞內(nèi)都是一樣的，體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。3、細胞中哪些生命活動需要ATP提供能量？（1）ATP的利用：①用于物質(zhì)的合成（物質(zhì)的水解為小分子物質(zhì)一般不消耗ATP，也不合成ATP，如蔗糖水解、淀粉水解等）②用于肌肉收縮③主動運輸（2）生物體內(nèi)，許多吸能反應與ATP的水解有關(guān)，由ATP水解提供能量；許多放能反應與ATP合成有關(guān)，釋放的能量儲存在ATP中。第3節(jié)細胞呼吸的原理和應用1、細胞呼吸過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？（1）呼吸作用的實質(zhì)是細胞內(nèi)的有機物氧化分解，并釋放能量，因此也叫細胞呼吸。細胞呼吸分為有氧呼吸和無氧呼吸兩種類型。（2）呼吸作用過程中是將有機物中穩(wěn)定的化學能轉(zhuǎn)化為熱能和ATP中活躍的化學能，對于無氧呼吸，大部分的能量儲存在酒精或乳酸中。2、有氧呼吸與無氧呼吸各有什么特點？（1）探究酵母菌細胞的呼吸方式①原理：酵母菌在有氧和無氧的條件下都能生存，屬于兼性厭氧型。有氧呼吸方程式：酒精式無氧呼吸方程式：②實驗裝置探究有氧呼吸探究無氧呼吸酵母菌培養(yǎng)液=酵母菌+葡萄糖溶液有氧呼吸裝置中NaOH的作用是清除空氣中的二氧化碳。無氧呼吸裝置中B瓶應封口放置一段時間，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，先耗盡瓶中的氧氣，保證二氧化碳由無氧呼吸產(chǎn)生。檢測二氧化碳：①澄清石灰水（變混著）②溴麝香草酚藍溶液（由藍變綠再變黃）檢測酒精：酸性重鉻酸鉀（變灰綠色）。因為重鉻酸鉀能與葡萄糖發(fā)生顏色反應，檢測酒精應將酵母菌的培養(yǎng)時間適當延長，以耗盡培養(yǎng)液中的葡萄糖。（2）有氧呼吸①概念：有氧呼吸是指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。②有氧呼吸的主要場所是線粒體，線粒體結(jié)構(gòu)與有氧呼吸功能相適應：線粒體具有內(nèi)、外兩層膜，內(nèi)膜向線粒體內(nèi)腔折疊形成嵴，嵴使內(nèi)膜的表面積大大增加；嵴的周圍充滿了液態(tài)的基質(zhì)；線粒體內(nèi)膜上和基質(zhì)中含有多種與有氧呼吸有關(guān)的酶。③有氧呼吸的過程：第一階段場所：細胞質(zhì)基質(zhì)1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，產(chǎn)生少量的[H]，并且釋放少量能量。[H]是一種十分簡化的表示方式，[H]的產(chǎn)生實際上是指氧化型輔酶Ⅰ（）轉(zhuǎn)化成還原型輔酶Ⅰ（）。反應式：第二階段場所：線粒體基質(zhì)丙酮酸和水徹底分解成二氧化碳和[H]，并放出少量能量。反應式：第三階段場所：線粒體內(nèi)膜第一階段和第二階段產(chǎn)生的[H]，經(jīng)過一系列的化學反應，與氧結(jié)合形成水，同時釋放出大量的能量。反應式：（3）無氧呼吸①概念：在沒有氧氣參與的情況下，葡萄糖等有機物經(jīng)過不完全分解，釋放少量能量的過程，就是無氧呼吸。②無氧呼吸的場所：全過程都在細胞質(zhì)基質(zhì)中完成。③無氧呼吸的過程：第一階段與有氧呼吸的第一階段完全相同。第二階段是丙酮酸和[H]在酶的催化作用下分解酒精和二氧化碳或者轉(zhuǎn)化成乳酸。無氧呼吸只在第一階段釋放少量的能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量則存留在酒精或乳酸中。④無氧呼吸方程式第一階段：第二階段：酒精發(fā)酵：乳酸發(fā)酵：⑤無氧呼吸總方程式：3、細胞呼吸原理在生產(chǎn)和生活中有哪些應用？（1）影呼吸作用的內(nèi)部因素①不同種類的植物呼吸速率不同，旱生植物<水生植物、陰生植物<陽生植物②同一植物在不同發(fā)育時期呼吸作用速率不同，幼苗期、開花期呼吸速率較高，成熟期呼吸速率較低。③同一植株的不同器官呼吸速率不同，生殖器官>營養(yǎng)器官（2）影響呼吸作用的外部因素①溫度②氧氣濃度③二氧化碳濃度④水第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化1、植物依靠哪些色素捕獲光能？對于高等植物來說，葉片是進行光合作用的主要器官。這些植物的葉片多數(shù)是綠色的，說明含有綠色的色素。（1）白化苗：有時看到葉片中不含綠色色素的白化苗，這樣的白化苗不含色素，不能進行光合作用，待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會死去。（2）綠葉中色素的提取和分離①原理提取原理：綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，可以用無水乙醇提取綠葉中的色素。分離原理：綠葉中色素不止一種，它們都能夠溶解在層析液中，但不同的色素溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢。②分離色素的方法：紙層析法③步驟提取色素：稱取綠葉、剪碎→研磨（加入二氧化硅，使研磨更加充分；加入碳酸鈣，防止色素被破壞；加入無水乙醇，溶解色素。）→過濾（用單層尼龍布或濾紙過濾）→收集濾液。分離色素：制備濾紙條（一端剪去兩角，并且在距離該端底部1cm處用鉛筆畫一條細線，使擴散均勻，防止出現(xiàn)弧形色素帶）→畫濾液細線（細、直、勻、風干重復畫1-2次）→色素分離（濾紙條放入層析液中，層析液不能觸及濾液細線）④實驗結(jié)果⑤結(jié)果分析色素帶的條數(shù)與色素的種類有關(guān)；色素帶的寬窄和色素的含量有關(guān)；色素帶的擴散速度與色素在層析液中的溶解度有關(guān)。⑥綠葉中的色素有葉綠素和類胡蘿卜素兩類。葉綠素包括葉綠素a和葉綠素b，占3/4；類胡蘿卜素包括胡蘿卜素和葉黃素，占1/4。⑦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。2、葉綠體的結(jié)構(gòu)有哪些適于進行光合作用的特點？（1）葉綠體雙層膜包被，內(nèi)部含有許多基粒。（2）每個基粒都由一個個圓餅狀的囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成，這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體，吸收光能的色素分布在類囊體薄膜上。（3）基粒和基粒之間充滿了基質(zhì)。（4）類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中含有多種光合作用必須的酶。3、光合作用是怎樣進行的？（1）光合作用的概念：光合作用是指綠色植物通過葉綠體（藍細菌通過藻藍素和葉綠素），利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。（2）總反應式（3）探索光合作用原理的部分實驗①葉綠體的功能探究恩格爾曼把載有水綿和需氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的小室內(nèi)，在黑暗中用極細的光束照射水綿，發(fā)現(xiàn)細菌只向葉綠體被光束照射的部位集中；如果把裝置放在光下，細菌則分布在葉綠體所有受光的部位。用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域。恩格爾曼的實驗直接證明了葉綠體吸收光能用于光合作用放氧，光合作用主要吸收紅光和藍紫光。②希爾離體葉綠體實驗：英國科學家希爾發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或者其他氧化劑，在光照條件下可以放出氧氣。③美國魯賓和卡門用同位素示蹤法，研究光合作用中氧氣的來源，用分別標記水和二氧化碳。證明光合作用產(chǎn)生的氧氣，氧原子來自于水。④美國科學家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)在光下，葉綠體可合成ATP，這一過程總是與水的光解相伴隨。（4）光合作用的過程光合作用的過程十分復雜，它包括一系列化學反應。根據(jù)是否需要光能，這些化學反應可以概括的分為光反應和暗反應。①光反應階段：光合作用第一階段的化學反應，必須有光能才能進行，這個階段叫光反應階段，在類囊體薄膜上進行。葉綠體中光合色素吸收的光能，有以下兩方面用途。一是將水分解成氧和,氧直接以氧分子的形式釋放出去，與氧化型輔酶Ⅱ（)結(jié)合，形成還原型輔酶Ⅱ（），作為活潑還原劑，參與暗反應階段的化學反應，同時也儲存部分能量供暗反應階段利用。二是在有關(guān)酶的催化作用下，提供能量促使ADP和Pi反應形成ATP。反應式：水的光解：NADPH的合成：ATP的合成：②暗反應階段：光合作用第二階段中的化學反應，有光沒光都能進行，這個階段叫暗反應階段，在葉綠體基質(zhì)中進行。20世紀40年代，美國科學家卡爾文等用小球藻做了這樣的實驗：用標記，供小球藻進行光合作用，然后追蹤放射性去向，最終探明了中的碳是如何轉(zhuǎn)化為有機物中的碳的。綠葉通過氣孔從外界吸收，在酶的作用下與結(jié)合，生成兩分子的，這個過程稱作二氧化碳的固定。在有關(guān)酶的作用下，接受ATP和釋放的能量，并且被還原。一些接受能