5.细胞的能量供应和利用_思维导图模板

细胞的能量供应和利用

降低化学反应活化能的酶

酶的作用和本质

细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢

催化剂

在化学反应里能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质

比较过氧化氢在不同条件下的分解

原理：过氧化氢在高温或铁离子(Fe3+)或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气

实验材料

新鲜的肝脏，不新鲜的肝脏中的过氧化氢会被腐生菌分解而减少

制成肝脏研磨液会增大酶与过氧化氢的接触面积，加快分解速率

判断过氧化氢被分解的快慢

观察单位时间内气泡的产生数量

观察带火星的卫生香的复燃情况

实验结论

过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样，
在过氧化氢酶的作用下分解速率最快

酶具有高效性

实验原则

单一变量原则

实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致

对照原则

空白对照

不给对照组做任何处理

自身对照

对照组和实验组都在同一研究对象上进行（质壁分离实验）

条件对照

实验组的基础上施加一定条件的组。
目的是与实验组形成对照

相互对照（对比实验）

几个实验组之间相互对照

活化能

分子从常态转变为容易发生化学反应
的活跃状态所需要的能量

加热

使过氧化氢得到能量

铁离子和过氧化氢酶

降低过氧化氢反应的活化能

酶的本质

萨姆纳：刀豆中提取出脲酶，其化学本质为蛋白质

切赫、奥特曼：少数酶是RNA

绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA

注释

一般说来，活细胞都能产生酶

酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用

酶只起催化作用，无调节功能

酶的特性

高效性

保证了细胞代谢快速有效地进行

保证了细胞内能量供应的稳定

专一性

保证了细胞代谢能够有条不紊地进行

锁钥学说——教材P85

酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应

诱导契合学说

酶活性部位不是刚性不变的，其形状可在结合底物时有所改变，即底物与酶活性部位结合，会诱导酶发生构象变化，使酶的活性中心变得与底物的结构互补，两者相互契合，从而发挥催化功能

作用条件较温和

酶催化特定化学反应的能力称为酶活性

酶的本质绝大多数是蛋白质，高温、高压、强酸或强碱会使其变性失活。

酶作用需要适宜的温度和pH

低温使酶活性受抑制，但酶的空间结构稳定，温度恢复，酶活性可以恢复。
（低温保存）

高温使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
(高温变性)

强酸、强碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(蛋白质变性)

细胞的能量“货币”ATP

萤火虫发光

化学能转变成光能

ATP

细胞生命活动的直接能源物质
（GTP也是直接能源物质）

一种高能磷酸化合物

在细胞内含量少

腺苷三磷酸（ATP）

结构简式：A-P~P~P

~:特殊的化学键（ATP有两个）

—：普通化学键

A：腺苷，由一分子腺嘌呤和一分子核糖组成

P：磷酸基团

1molATP水解释放出的能量高达30.54kJ

腺苷二磷酸（ADP）

ATP水解释放能量，形成ADP和Pi

结构简式：A-P~P

腺嘌呤核糖核苷酸（AMP）

ATP脱去两个磷酸基团形成

RNA的基本组成单位之一

ATP与ADP的相互转化

ATP和ADP相互转化的速率越快，单位时间供能越多
（解决ATP含量少，细胞需能多的问题）

ATP和ADP相互转化的能量供应机制普遍存在，体现了生物界的统一性

ATP的合成伴随着细胞的放能反应，释放的能量储存在ATP中

葡萄糖水解释放能量（放能反应）
释放的能量储存在ATP的特殊化学键中（ATP合成）

ATP的水解伴随着细胞的吸能反应，细胞代谢所需能量由ATP水解提供

合成蛋白质需要能量（吸能反应）
ATP特殊化学键断裂释放能量用于蛋白质合成（ATP水解）

转化

物质是可逆(循环)的

能量不可逆（不循环）

光合作用与能量转化

捕获光能的色素和结构

绿叶中色素的提取和分离

实验原理

提取：色素能溶解在有机溶剂(无水乙醇）中

色素在层析液中溶解度不同，溶解度越高，扩散得越快

实验材料与试剂

新鲜的菠菜绿叶

新鲜的绿叶色素含量多

无水乙醇（也可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠）、层析液（93号汽油）

二氧化硅（石英砂）

使研磨更充分

碳酸钙

防止研磨中色素被破坏

注意事项

制备滤纸条应剪去两角，避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线

滤液细线：细、齐、直（为了积累更多的色素使分离色素带更明显，细线至少画三次）

为防止色素溶解在层析液中，
应避免滤液细线触及层析液

实验结果（胡黄ab）

类胡萝卜素（1/4)主要吸收红光

胡萝卜素（橙黄色）

溶解度最大

含量最少

叶黄素（黄色）

溶解度较大

含量较少

叶绿素（3/4）主要吸收红光和蓝紫光

叶绿素a（蓝绿色）

溶解度较小

含量最多

叶绿素b（黄绿色）

溶解度最低

含量较多

相邻色素带距离最远的是，胡萝卜素和叶黄素

功能

吸收、传递、转换光能

只有叶绿素a能够吸收光能

光合作用的原理和应用

叶绿体是绿色植物进行光合作用的唯一场所

总反应式：CO2+H2O→（CH2O)+O2

光反应

有光才能进行

场所：类囊体薄膜

水的光解

产生氧气、氢离子

氢离子进入类囊体腔参与ATP的合成，导致类囊体腔的氢离子浓度高于叶绿体基质的氢离子浓度

ATP的合成

原料：位于叶绿体基质的ADP、Pi

类囊体膜有ATP合成酶，在跨膜质子（即氢离子）浓度差的推动下合成ATP

在ATP合成过程中，水光解产生的氢离子由类囊体腔转移到叶绿体基质中

NADPH（还原型辅酶Ⅱ）的合成

原料：水光解产生的氢离子，以及叶绿体
基质的NADP+（氧化型辅酶Ⅱ）

[H]能将蓝色的DCIP还原为无色

能量转换

光能→ATP、NADPH活跃的化学能

暗反应（卡尔文循环）

有光、无光都能进行，但黑暗条件下得保证有ATP和NADPH

场所：叶绿体基质

CO2的固定

C5+CO2→2C3

C5又叫RuBP，RuBP羧化酶参与CO2的固定

C3的还原

2C3接受ATP水解提供的能量，被[H]还原成C5和糖类等有机物

C3的还原速度受ATP、[H]的影响

能量转换

ATP、NADPH活跃的化学能→有机物中稳定的化学能

光合作用的影响因素

总光合作用=净光合作用+呼吸作用

总光合

有机物产生量（制造量）

CO2固定量（消耗量）

O2产生量

净光合

有机物积累量

CO2吸收量

O2释放量

呼吸作用

有机物消耗量

CO2释放量

O2吸收量

光照强度

光照强度为0，只进行呼吸作用，再做题时，除非有特别注明，默认材料呼吸作用强度不做改变

光补偿点

补偿点前：呼吸作用>光合作用

光合作用=呼吸作用

补偿点后：呼吸作用<光合作用

光饱和点

饱和点前：影响光合作用的因素为光照强度

饱和点后：除去光照强度均可为影响光合作用的因素（如温度、CO2浓度）

C02浓度

达到能进行光合作用的最低CO2浓度才开始进行光合作用

CO2补偿点

补偿点前：呼吸作用>光合作用

光合作用=呼吸作用

补偿点后：呼吸作用<光合作用

CO2饱和点

饱和点前：影响光合作用的因素为CO2浓度

饱和点后：除去CO2浓度均可为影响光合作用的因素（如温度、光照强度）

化能合成

少数细菌能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用

如硝化细菌、铁细菌、硫细菌

细胞呼吸的原理和应用

细胞呼吸

指细胞内的有机物氧化分解，
并释放能量的过程，也叫作呼吸作用

方式

有氧呼吸

第一阶段

场所：细胞质基质

C6H12O6→2C3H4O3+4[H]+少量能量

第二阶段

场所：线粒体基质

2C3H4O3+6H2O→6CO2+20[H]+少量能量

第三阶段

线粒体内膜

20[H]+6O2→12H2O+大量能量

总反应式

主要场所：线粒体

C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量

补充

呼吸作用的[H]是指还原性辅酶Ⅰ（NADH）

H2O在第二阶段参与反应，O2是第三阶段参与反应

有机物中的O转移至CO2中，O2中的O转移至生成物H2O中

原核细胞也可进行有氧呼吸，如硝化细菌

其进行有氧呼吸第一、二、三阶段的全套呼吸酶分布在细胞质基质和细胞膜上

无氧呼吸

第一阶段

场所：细胞质基质

C6H12O6→2C3H4O3+4[H]+少量能量

第二阶段

酒精发酵

大多数植物、酵母菌

酵母菌：兼性厌氧菌，一种单细胞真菌

2C3H4O3+4[H]→2C2H5OH+2CO2

总反应式

C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+少量能量

乳酸发酵

高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、
甜菜块根、玉米胚细胞等

2C3H4O3+4[H]→2C3H6O3

总反应式

C6H12O6→2C3H6O3+少量能量

影响细胞呼吸的因素

温度

通过影响酶的活性从而影响呼吸作用

应用

零上低温储存蔬菜和水果

大棚夜间或阴雨天适当降低温度，
为了降低呼吸作用消耗有机物的量，而增加农作物产量

氧气浓度

直接影响呼吸速率和呼吸性质，对无氧呼吸有抑制作用

应用

中耕松土

在储存蔬菜、水果、粮食时，
为了减少有机物消耗，
应控制低氧环境

二氧化碳浓度

作为呼吸产物，根据化学平衡，
CO2浓度高会抑制细胞呼吸的进行

应用

储藏粮食时适当增加CO2浓度，可抑制细胞呼吸，
减少有机物消耗。

若细胞CO2释放量小于O2消耗量，说明细胞呼吸的底物不是糖类，可能是脂肪

实验

检验酒精

橙色的酸性重铬酸钾溶液遇酒精变灰绿色

检验二氧化碳

澄清石灰水：遇二氧化碳变浑浊

溴麝香草酚蓝水溶液：
遇二氧化碳由蓝变绿再变黄

5.细胞的能量供应和利用

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