第五章細胞的能量供應和利用

一、

酶——減少反應活化能

◎

細胞代謝：細胞內每時每刻進行著許多化學反應.統稱為細胞代謝?！?/p>

活化能：分子從常態轉變為輕易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量稱為活化能。2．定義

：酶是活細胞產生的具備催化作用的有機物，其中絕大多數酶是蛋白質。

注：

①由活細胞產生（與核糖體有關）

③成份：絕大多數酶是蛋白質，少數酶是RNA。②催化性質：A.比無機催化劑更能減低化學反應的活化能，提升化學反應速度。

B.反應前后酶的性質和數量沒有變化。

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構。低溫也會影響酶的活性，但不破壞酶的分子結構。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，酶促反應的速度與酶濃度成正比。

在S在一定范圍內，V隨S增加而加快，近乎成正比；當S很大且達成一定程度時，V也達成一個最大值，此時雖然再增加S，反應幾乎不再變化。

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

◎

ATP是生物體細胞內普遍存在的一個高能磷酸化合物，是生物體進行各項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．結構簡式

A

—

P

～

P

～

P

2．ATP與ADP的轉化

◎

ATP

ADP

+

Pi

+

能量

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

◎呼吸是通過呼吸運動吸進氧氣，排出二氧化碳的過程。

◎細胞呼吸是指有機物在細胞內通過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產物，釋放出能量并生成ATP的過程。分為：1.有氧呼吸：⑴概念：指細胞在有氧的參加下.通過多個酶的催化作用.把葡萄糖等有機物徹底氧化分解.產生二氧化碳和水.釋放大量能量.生成大量ATP的過程。⑵場所：細胞質基質和線粒體（重要場所線粒體）⑶有氧呼吸全過程圖解：酶⑷有氧呼吸總反應式：酶C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量⑸有氧呼吸中原子的轉移：⑹有氧呼吸的意義：有氧呼吸是大多數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：指細胞在無氧條件下.通過多個酶的催化作用.把葡萄糖等有機物分解成為不徹底的氧化產物乳酸或酒精.釋放少許能量.生成少許ATP的過程。⑵場所：細胞質基質⑶無氧呼吸總反應式：⑷微生物的無氧呼吸也能夠稱為發酵。大多數植物、酵母菌無氧呼吸產生酒精。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.釋放出能量以適應缺氧環境條件。（酒精會毒害根細胞.產生爛根現象）②人在激烈運動時.需要在相對較短的時間內消耗大量的能量.肌肉細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

概念指細胞在氧的參加下，通過多個酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生

CO2

和H2O釋放能量，生成許多ATP的過程指細胞在無氧的參加下，通過多個酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解成不徹底的氧化產物，同時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

+

少能不同點場所

①細胞質基質②線基質③線內膜

一直在細胞質基質條件

除①外，需分子氧、酶

不需分子氧、需酶

產物

CO2

、H2O酒精和CO2或乳酸

能量

大量、合成38ATP（1161KJ）少許、合成2ATP(61.08KJ)

相同點聯系

從葡萄糖分解成丙酮酸階段相同，以后階段不一樣

實質

分解有機物，釋放能量，合成ATP

意義

為生物體的各項生命活動提供能量四、影響細胞呼吸作用的原因1、內部原因——遺傳原因（決定酶的種類和數量）2、環境原因（1）溫度溫度以影響酶的活性影響呼吸速率。在最低點與最適點之間，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。在最低點與最適點之間，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，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時只進行無氧呼吸，大多數植物無氧呼吸的產物是酒精和CO2植物在O2濃度為0時只進行無氧呼吸，大多數植物無氧呼吸的產物是酒精和CO2；O2濃度在0~10%時，既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸；在O2濃度5%時，呼吸作用最弱；在O2濃度超出10%時，只進行有氧呼吸。有氧環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，直至無氧呼吸完全停止在一定氧濃度范圍內，有氧呼吸的強度隨氧濃度的增加而增強。呼吸強度呼吸強度（3）CO2濃度呼吸強度呼吸強度從化學平衡角度分析，CO2濃度增加，呼吸速率下降。（4）含水量在一定范圍內，呼吸作用強度隨含水量的增加而增強，CO2CO2濃度含水量%含水量%五、光合作用

（1）發覺

（2）場所雙層膜

葉綠體

基質

：DNA，多個酶、核糖體等

基粒

多個類囊體（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

吸藍紫光

色素

（1/4）葉綠素A（藍綠色）3/4

葉綠素（3/4葉綠素B（黃綠色）1/4

吸紅橙和藍紫光

3.注意事項：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：預防色素被破壞b搜集到試管中的濾液.用棉塞塞嚴管口的目標：預防無水乙醇揮發。c將定性濾紙剪去兩角的目標：預防兩邊的色素在濾紙條上擴散過快、不均勻.便于觀測試驗成果。d分離色素時.不能讓濾液細線觸及層析液的原因是：因為色素會溶解于層析液中.從而導致試驗效果極差.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.把二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物.并且釋放氧氣的過程。光合作用的全過程：1光反應：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中活躍的化學能2暗反應：①條件：有光和無光②場所：葉綠體基質③過程：①CO2的固定：②C3的還原：④能量變化：ATP中活躍的化學能→有機物中穩定的化學能

光反應和暗反應的比較：光反應

暗反應

條件光、、H2O、色素、酶CO2、[H]、ATP、C5、酶

時間

短促

較遲緩

場所

類囊體的薄膜上

葉綠體的基質

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）實質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

無機物CO2、H2O

→

有機物（CH2O）能變光能

→

ATP中活躍的化學能

→

有機物中穩定的化學能

◎

光合作用的實質

通過光反應把光能轉變成活躍的化學能，通過暗反應把二氧化碳和水合成有機物，同時把活躍的化學能轉變成穩定的化學能貯存在有機物中。

4、光合作用的意義①制造有機物，實現物質轉變，將CO2和H2O合成有機物，轉化并儲存太陽能；②調整大氣中的O2和CO2含量保持相對穩定；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代謝和能量代謝。5、影響光合作用速率的原因及其在生產上的應用光合速率是光合作用強度的指標，它是指單位時間內單位面積的葉片合成有機物的速率。影響原因包括植物自身內部的原因，如處在不一樣生育期等，以及多個外部原因。(1)單因子對光合作用速率影響的分析①光照強度(如圖所示)曲線分析：A點光照強度為0，此時只進行細胞呼吸，釋放CO2量表白此時的呼吸強度。AB段表白光照強度加強，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；而到B點時，細胞呼吸釋放的CO2所有用于光合作用，即光合作用強度=細胞呼吸強度，稱B點為光賠償點(植物白天的光照強度在光賠償點以上，植物才能正常生長)。BC段表白伴隨光照強度不停加強，光合作用強度不停加強，到C點以上不再加強了，稱C點為光飽和點。應用：陰生植物的光賠償點和光飽和點比較低，如上圖虛線所示。間作套種時農作物的種類搭配，林帶樹種的配備，冬季溫室栽培防止高溫等都與光賠償點有關。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，光合作用實際量不停增大，A點為光合作用葉面積的飽和點。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，光照強度在光賠償點如下。OB段表白干物質量隨光合作用增加而增加，而因為A點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，因此干物質積累量不停減少(BC段)。應用：適當間苗、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如下，白白消耗有機物，導致無須要的浪費。CO2濃度、含水量和礦質元素(如圖所示)曲線分析：CO2和水是光合作用的原料，礦質元素直接或間接影響光合作用。在一定范圍內，CO2、水和礦質元素越多，光合作用速率越快，但到A點時，即CO2、水、礦質元素達成飽和時，就不再增加了。應用：“正其行，通其風”，溫室內充CO2，即提升CO2濃度，增加產量的措施.合理施肥可促進葉片面積增大，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行的，溫度直接影響酶的活性。一般植物在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，應用：冬天溫室栽培可適當提升溫度；夏天，溫室栽培可適當減少溫度。白天調到光合作用最適溫度，以提升光合作用：晚上適當減少溫室溫度，以減少細胞呼吸，確保有機物的積累。(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點時，限制光合速率的原因應為橫坐標所示的因子，伴隨因子的不停加強，光合速率不停提升。當到Q點時，橫坐標所示的原因，不再是影響光合速率的因子，要想提升光合速率，可采取適當提升圖示中的其他因子的措施。應用：溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提升溫度，增加光合酶的活性，提升光合速率，也可同時適當充加CO2，深入提升光合速率。當溫度適宜時，可適當增加光照強度和CO2濃度以提升光合速率?？傊?，可依照詳細情況，通過增加光照強度，調整溫度或增加CO2濃度來充足提升光合速率，以達成增產的目標6、總結:光合作用在現實生活中延長光照時間如：補充人工光照、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升CO2濃度：施農家肥適當提升白天溫度（減少夜間溫度）必需礦質元素的供應：施化肥7、計算真光合作用速率=凈光合作用速率+細胞呼吸作用速率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呼吸作用光照強度呼吸作用EECO2釋放②光合作用制造的有機物=光合作用積累的有機物+細胞呼吸消耗的有機物解析：制造的就是生產的總量，其中一部分被儲存起來，就