醫(yī)學(xué)知識(shí)一三細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

一輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題3：

細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用一酶酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的一類(lèi)有機(jī)物?；瘜W(xué)本質(zhì)合成原料合成場(chǎng)所來(lái)源生理功能作用原理1.1酶的概念1.2酶的本質(zhì)及生理功能絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA氨基酸核糖核苷酸核糖體細(xì)胞核、線粒體、葉綠體(真核生物)一般來(lái)說(shuō)，活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶具有生物催化作用降低化學(xué)反應(yīng)的活化能何謂活化能？1.3酶的特性1.高效性：酶的催化效率大約是無(wú)機(jī)催化劑的107～1013倍。2.專(zhuān)一性：每一種酶只能催化一種或一類(lèi)化學(xué)反應(yīng)。3.作用條件較溫和：(1)最適pH和溫度下，酶活性最高，溫度和pH偏高或偏低，酶活性會(huì)明顯降低。(2)過(guò)酸、過(guò)堿或高溫下，酶失活。原因？酶與無(wú)機(jī)催化劑有什么共性？1.4與酶有關(guān)的曲線圖表分析（1）表示酶高效性的曲線①催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率，與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。②酶只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需時(shí)間，不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)。(2)表示酶專(zhuān)一性的曲線①在A反應(yīng)物中加入酶A，反應(yīng)速率較未加酶時(shí)明顯加快，說(shuō)明酶A催化底物A參加反應(yīng)；②在A反應(yīng)物中加入酶B，反應(yīng)速率和未加酶時(shí)相同，說(shuō)明酶B不催化底物A參加反應(yīng)。（3）影響酶活性的曲線①在一定溫度(pH)范圍內(nèi)，隨溫度(pH)的升高，酶的催化作用增強(qiáng)，超過(guò)這一范圍酶催化作用逐漸減弱。②在最適溫度(pH)時(shí)，酶的催化作用最強(qiáng)，高于或低于最適溫度(pH)，酶的催化作用都將減弱。③過(guò)酸、過(guò)堿、高溫都會(huì)使酶失活，而低溫只是抑制酶的活性，酶分子結(jié)構(gòu)未被破壞，溫度升高可恢復(fù)活性。反應(yīng)溶液酸堿度的變化不影響酶作用的最適溫度。（4）底物濃度和酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)的影響1.5與酶有關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路總結(jié)實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組衡量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證酶的本質(zhì)驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性驗(yàn)證酶的高效性探究酶的適宜溫度（PH)酶是蛋白質(zhì)酶是RNA待測(cè)酶溶液+雙縮脲溶液標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液+雙縮脲溶液是否出現(xiàn)紫色待測(cè)酶溶液+吡羅紅試劑標(biāo)準(zhǔn)RNA溶液+吡羅紅溶液是否出現(xiàn)紅色底物+相應(yīng)酶液另一底物+相同酶液或同一底物+另一酶液底物是否被分解底物+相應(yīng)酶液底物+無(wú)機(jī)催化劑底物分解速度其它條件相同，不同溫度(PH）梯度處理后的底物和酶混合底物分解速度或底物的剩余量舉例：酶的高效性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)②H2O2在常溫、高溫、過(guò)氧化氫酶、Fe3＋等不同條件下氣泡產(chǎn)生多少或衛(wèi)生香燃燒劇烈程度不同。(1)實(shí)驗(yàn)原理(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程舉例：酶的專(zhuān)一性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)原理斐林試劑―→磚紅色Cu2O↓②用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖后，再用斐林試劑鑒定，根據(jù)是否有磚紅色沉淀來(lái)判定淀粉酶是否對(duì)二者都有催化作用，從而探索酶的專(zhuān)一性。(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程序號(hào)項(xiàng)目試管121注入可溶性淀粉2mL無(wú)2注入蔗糖溶液無(wú)2mL3注入新鮮淀粉酶溶液2mL振蕩2mL振蕩450℃溫水保溫5min5min5加斐林試劑1mL振蕩1mL振蕩6將試管下部放入60℃熱水中2min2min7觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果有磚紅色沉淀無(wú)磚紅色沉淀結(jié)論淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解舉例：溫度對(duì)酶活性的影響(1)原理解讀②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(lán)色及藍(lán)色的深淺來(lái)判斷酶的活性。(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序(1)原理解讀舉例：pH對(duì)酶活性的影響②pH影響酶的活性，從而影響氧氣的生成量，可用點(diǎn)燃但無(wú)火焰的衛(wèi)生香燃燒的情況來(lái)檢驗(yàn)氧氣生成量的多少。(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)舉例：酶的高效性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)步驟試管編號(hào)1234一H2O2濃度劑量二劑量結(jié)果氣泡產(chǎn)生衛(wèi)生香燃燒結(jié)論2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃常溫常溫2滴清水2滴清水FeCl3

2滴肝臟研磨液2滴無(wú)少量較多大量不復(fù)燃變亮變更亮復(fù)燃過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣反應(yīng)條件對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照實(shí)驗(yàn)二細(xì)胞的能量通貨—ATP2.1ATP的結(jié)構(gòu)組成ATP元素組成C、H、O、N、P結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式A－P～P～P普通磷酸鍵高能磷酸鍵水解時(shí)，該高能磷酸鍵首先斷裂，釋放能量，同時(shí)生成ADP和Pi化學(xué)組成1分子腺苷A和3分子磷酸基團(tuán)P1分子核糖+1分子腺嘌呤腺苷腺嘌呤核糖核苷酸2.2ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化ATP的合成ATP的水解反應(yīng)式所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量來(lái)源光能(光合作用)、化學(xué)能(細(xì)胞呼吸)儲(chǔ)存在高能磷酸鍵中的能量能量去路儲(chǔ)存于形成的高能磷酸鍵中用于各項(xiàng)生命活動(dòng)反應(yīng)場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體生物體的需能部分細(xì)胞中ATP的含量很少三ATP的主要來(lái)源—細(xì)胞呼吸3.1細(xì)胞呼吸3.1.1細(xì)胞呼吸的概念生物體內(nèi)的有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過(guò)程。3.1.2細(xì)胞呼吸的類(lèi)型有氧呼吸無(wú)氧呼吸3.2有氧呼吸3.2.1有氧呼吸的概念:指細(xì)胞在氧的參與下，通過(guò)多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成許多ATP的過(guò)程。3.2.2有氧呼吸的場(chǎng)所:細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體外膜內(nèi)膜嵴基質(zhì)3.2.3有氧呼吸的過(guò)程線粒體內(nèi)膜細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)線粒體基質(zhì)CO2H2O丙酮酸［H］［H］第一階段第二階段第三階段總反應(yīng)式：3.3無(wú)氧呼吸3.3.1無(wú)氧呼吸的概念:指細(xì)胞在無(wú)氧的條件下，通過(guò)酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物分解為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時(shí)釋放出少量能量的過(guò)程。3.3.2無(wú)氧呼吸的場(chǎng)所:細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)C6H12O6酶2C2H5OH+2CO2酶2C3H6O3第一階段第二階段（均在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中完成）2丙酮酸[H]+少量能量3.3.3無(wú)氧呼吸的過(guò)程：①高等植物、酵母菌等分解成酒精的反應(yīng)式為：

②高等動(dòng)物、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、乳酸菌轉(zhuǎn)化成乳酸的反應(yīng)式為：

無(wú)氧呼吸總反應(yīng)式：3.3.4細(xì)胞呼吸產(chǎn)物的檢測(cè)：①檢測(cè)CO2的產(chǎn)生：可使用澄清石灰水或溴麝香草酚藍(lán)水溶液，CO2可使后者發(fā)生的顏色變化是由藍(lán)變綠再變黃。②檢測(cè)酒精的產(chǎn)生：可使用橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與酒精發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成灰綠。兼性厭氧型菌有氧呼吸無(wú)氧呼吸不同點(diǎn)反應(yīng)條件呼吸場(chǎng)所分解產(chǎn)物釋放能量特點(diǎn)有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的比較需要O2、酶和適宜的溫度不需要O2，需要酶和適宜的溫度第一階段在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，第二、三階段在線粒體中兩個(gè)階段都在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中CO2和H2OCO2和酒精或乳酸1mol葡萄糖釋放能量2870kJ，其中1161kJ轉(zhuǎn)移至ATP中1mol葡萄糖釋放能量196.65kJ(生成乳酸)或225.94kJ(生成酒精)，其中均有61.08kJ轉(zhuǎn)移至ATP中有機(jī)物徹底分解，能量完全釋放有機(jī)物沒(méi)有徹底分解，能量沒(méi)完全釋放相同點(diǎn)3.4影響細(xì)胞呼吸的因素及其在實(shí)踐中的應(yīng)用內(nèi)部因素(1)不同植物的呼吸速率不同(2)同一植物不同部位呼吸速率不同(3)同一植物不同發(fā)育時(shí)期呼吸速率不同外部因素3.4影響細(xì)胞呼吸的因素及其在實(shí)踐中的應(yīng)用影響因素（外部因素）影響曲線及分析應(yīng)用溫度生產(chǎn)上常利用這一原理在低溫下貯存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培過(guò)程中夜間適當(dāng)降溫，降低細(xì)胞呼吸，減少有機(jī)物的消耗，提高產(chǎn)量。水分在作物種子儲(chǔ)藏時(shí)，將種子風(fēng)干，減弱細(xì)胞呼吸，減少有機(jī)物的消耗。在一定范圍內(nèi)，細(xì)胞呼吸速率隨含水量的增加而加快，溫度通過(guò)影響與細(xì)胞呼吸有關(guān)的酶的活性來(lái)影響呼吸速率。隨含水量的減少而減慢。影響因素（外部因素）影響曲線及分析應(yīng)用氧氣

O2濃度低時(shí)，無(wú)氧呼吸占優(yōu)勢(shì)，隨O2濃度增大，無(wú)氧呼吸逐漸被抑制，有氧呼吸不斷加強(qiáng)；但當(dāng)O2濃度達(dá)到一定值后，隨O2濃度增大，有氧呼吸不再加強(qiáng)(受呼吸酶數(shù)量等因素的限制)。生產(chǎn)上常利用適當(dāng)降低氧氣濃度等能夠抑制細(xì)胞呼吸、減少有機(jī)物消耗的原理來(lái)延長(zhǎng)蔬菜、水果的保鮮時(shí)間；農(nóng)作物的中耕松土增加根的有氧呼吸；在醫(yī)療上選用透氣的消毒紗布或松軟的“創(chuàng)可貼”包扎傷口，可抑制厭氧病原菌的繁殖。3.4影響細(xì)胞呼吸的因素及其在實(shí)踐中的應(yīng)用四能量之源—光與光合作用4.1實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取與分離4.1.1實(shí)驗(yàn)原理(1)提取原理：葉綠體中的色素能溶解在有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇（或丙酮）中，所以用無(wú)水乙醇可以提取葉綠體中的色素。(2)分離原理：利用色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的色素分子隨層析液在濾紙上擴(kuò)散的快，反之則慢。4.1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程、操作注意事項(xiàng)及目的實(shí)驗(yàn)過(guò)程注意事項(xiàng)操作目的提取色素①②③④⑤選取新鮮綠色的葉片研磨時(shí)加入10mL無(wú)水乙醇研磨時(shí)加入少許SiO2和CaCO3迅速充分研磨盛放濾液的試管管口加棉塞使濾液中色素含量高溶解葉片中的色素研磨充分和保護(hù)色素防止色素?fù)]發(fā)并充分溶解色素防止溶劑揮發(fā)和色素分子被氧化實(shí)驗(yàn)過(guò)程注意事項(xiàng)操作目的分離色素①②③④濾紙條的一端剪去兩角防止層析液在濾紙條的邊緣處擴(kuò)散過(guò)快濾液細(xì)線要直、細(xì)、齊使分離的色素帶平整，不重疊濾液細(xì)線干燥后要重復(fù)畫(huà)2-3次濾液細(xì)線不能觸及層析液使分離的色素帶清晰，便于觀察防止色素直接溶解到燒杯內(nèi)的層析液中4.1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析色素種類(lèi)主要吸收的光色素顏色色素含量溶解度擴(kuò)散速度相鄰兩條色素帶之間距離最遠(yuǎn)的是最近的是胡蘿卜素和葉黃素，葉綠素a和葉綠素b若用圓形濾紙代替條形濾紙條做層析實(shí)驗(yàn)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b藍(lán)紫光紅光和藍(lán)紫光橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色最少最多最高最快最低最慢較少較多較高較低較快較慢色素的分布、功能(1)分布：葉綠體類(lèi)囊體的薄膜上。(2)功能：吸收光能、傳遞光能(四種色素)、轉(zhuǎn)化光能(只有少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a)。不同顏色溫室大棚的光合效率(1)無(wú)色透明大棚日光中各色光均能透過(guò)，有色大棚主要透過(guò)同色光，其他光被其吸收，所以用無(wú)色透明的大棚光合效率最高。(2)葉綠素對(duì)綠光吸收最少，因此綠色塑料大棚光合效率最低。4.2光合作用的探究歷程時(shí)間科學(xué)家實(shí)驗(yàn)過(guò)程、方法實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論1771年普利斯特利（英）1779年揚(yáng).英根豪斯（荷蘭）做了500多次普利斯特利做過(guò)的植物更新空氣的實(shí)驗(yàn)1845年梅耶（德）根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律推測(cè)蠟燭熄滅，小鼠死亡蠟燭不滅小鼠不易死亡點(diǎn)燃蠟燭與小鼠、密閉點(diǎn)燃蠟燭與綠色植物、密閉小鼠與綠色植物、密閉植物可以更新空氣植物只有在陽(yáng)光下才能更新空氣植物進(jìn)行光合作用時(shí)，把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)了時(shí)間科學(xué)家實(shí)驗(yàn)過(guò)程、方法實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論1864年薩克斯（德）1880年恩格爾曼（美）1939年魯賓、卡門(mén)（美）黑暗12h曝光遮光（自身對(duì)照）綠葉碘碘深藍(lán)色無(wú)顏色變化綠色植物光合作用產(chǎn)生淀粉水綿好氧菌黑暗無(wú)空氣極細(xì)光束完全曝光好氧菌只分布在光束照射的葉綠體周?chē)醚蹙植荚谌~綠體所有受光部位O2是葉綠體釋放出來(lái)的，葉綠體是光合作用的場(chǎng)所（自身對(duì)照）向植物提供H218O、CO2H2O、C18O2釋放18O2釋放O2光合作用釋放的氧全部來(lái)自水（放射性同位素標(biāo)記法、對(duì)照法）4.3光合作用4.3.1光合作用的概念

4.3.2光合作用的場(chǎng)所：葉綠體綠色植物通過(guò)________,利用______,把________轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物,并且釋放_(tái)______的過(guò)程.葉綠體光能CO2和H2OO2反應(yīng)式:4.3.3光合作用的過(guò)程：多種酶

4.3.3.1構(gòu)建光合作用過(guò)程圖解：4.3.3.2判斷(CH2O)中的C、H、O的來(lái)源：CO2＋H2O(CH2O)＋O2(1)氧元素H2O―→CO2―→O2(CH2O)(2)碳元素CO2―→C3―→(CH2O)(3)氫元素H2O―→[H]―→(CH2O)4.3.3.3光照和CO2濃度變化對(duì)光合作用的影響:條件C3C5[H]和ATP（CH2O)光照強(qiáng)→弱，CO2供應(yīng)不變光照弱→強(qiáng)，CO2供應(yīng)不變光照不變，CO2充足→不足光照不變，CO2不足→充足增加減少減少或沒(méi)有減少減少增加增加增加減少增加增加減少增加減少減少增加聯(lián)系①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供

和

；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供

和

。光反應(yīng)過(guò)程與暗反應(yīng)過(guò)程是緊密聯(lián)系、缺一不可的統(tǒng)一整體。②沒(méi)有光反應(yīng)，暗反應(yīng)缺乏

和

，無(wú)法進(jìn)行；暗反應(yīng)受阻，光反應(yīng)因產(chǎn)物積累也不能正常進(jìn)行?？梢?jiàn)，兩者相互制約。[H]ATPADPPi[H]ATP4.3.3.4光反應(yīng)與暗反應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系：項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)條件場(chǎng)所物質(zhì)變化能量變化需葉綠素、光、酶需多種酶催化、ATP和[H]基粒的類(lèi)囊體薄膜上葉綠體的基質(zhì)中

ATP的合成：ADP+Pi+能量ATP酶水的光解：2H2O4[H]+O2光CO2的固定：CO2+C52C3酶[H],ATPC3的還原：2C3（CH2O）酶葉綠素把光能轉(zhuǎn)變成活躍的化學(xué)能并儲(chǔ)存在ATP中ATP中的活躍化學(xué)能轉(zhuǎn)變成儲(chǔ)存在有機(jī)物中的穩(wěn)定化學(xué)能4.3.3.3光反應(yīng)與暗反應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系：4.4影響光合作用的因素及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：4.4.1內(nèi)部因素(1)與植物自身的遺傳有關(guān),如陰生植物、陽(yáng)生植物，如圖1所示(2)植物葉片的年齡、葉面積指數(shù)也會(huì)制約光合作用，如圖2、圖3所示。4.4.2外部因素因素原理圖像應(yīng)用光照強(qiáng)度影響光反應(yīng)階段，制約ATP及[H]的產(chǎn)生，進(jìn)而制約暗反應(yīng)延長(zhǎng)光合作用時(shí)間，通過(guò)輪作，延長(zhǎng)全年內(nèi)單位土地上綠色植物進(jìn)行光合作用的時(shí)間。二氧化碳影響暗反應(yīng)階段，制約C3的形成（1）大田中增加空氣流動(dòng)，以增加CO2的濃度（2）溫室中可增加有機(jī)肥，以增加CO2濃度CO2濃度CO2飽和點(diǎn)CO2補(bǔ)償點(diǎn)CO2飽和點(diǎn)4.4.2外部因素因素原理圖像應(yīng)用溫度通過(guò)影響酶活性進(jìn)而影響光合作用（主要制約暗反應(yīng)）（1）大田中適時(shí)播種。（2)溫室中，增加晝夜溫差，保證植物有機(jī)物的積累。必需礦質(zhì)元素可通過(guò)所參與的與光合作用相關(guān)的化合物對(duì)光合作用造成直接或間接影響根據(jù)植物的需肥規(guī)律，適時(shí)地、適量地增施肥料，可以提高作物的光合作用。4.5光合作用與細(xì)胞呼吸的區(qū)別與聯(lián)系：項(xiàng)目光合作用細(xì)胞呼吸區(qū)別場(chǎng)所葉綠體細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體或細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)條件只在光下進(jìn)行有光、無(wú)光都進(jìn)行物質(zhì)變化無(wú)機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物無(wú)機(jī)物能量變化光能→ATP中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能→ATP中活躍的化學(xué)能+熱能實(shí)質(zhì)合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量分解有機(jī)物，釋放能量合成分解項(xiàng)目光合作用細(xì)胞呼吸聯(lián)系（1）從能量變化上來(lái)看：（2）從物質(zhì)變化上來(lái)看：熱能+光反應(yīng)暗反應(yīng)細(xì)胞呼吸利用活躍化學(xué)能（ATP）穩(wěn)定化學(xué)能（C6H12O6）活躍化學(xué)能（ATP）光能生命活動(dòng)所需的能量C：CO2暗反應(yīng)（CH2O）