细胞的代谢专题复习

细胞的代谢专题复习本专题包括《细胞的物质输入和输出》、《细胞的能量供应和利用》，主要内容有物质的跨膜运输的实例和方式、细胞代谢需要的酶和ATP、细胞呼吸、光合作用等。在教学过程中，对于物质的跨膜运输、细胞呼吸、光合作用等内容应当給予重点讲解，这部分内容既是高中生物教学的重点，也是高考的重点和难点。在复习本专题时，首要归纳、总结构建知识体系，可以以细胞为中心重现其内部的生理、生化反应过程以及与外部的物质、能量交换过程。知识网络图知识链接：物质的跨膜运输主要介绍了细胞膜的结构和功能，以及物质跨膜运输的实例，重点介绍了物质跨膜运输的三种方式：主动运输、自由扩散、协助扩散酶和ATP在细胞代谢中的作用本专题介绍了酶的化学本质和特性：高效性、专一性、温和的条件，并通过相关的探究实验验证了酶的特性，对于ATP，则主要介绍了结构和转化过程细胞呼吸和光合作用本部分内容介绍了细胞呼吸的方式，比较了有氧呼吸和无氧呼吸各个阶段的场所、物质变化、能量释放和总反应式，并联系实际分析了细胞呼吸的应用；对于光合作用，则重点分析了探究历程和光合作用的过程及原理。知识结构梳理：酶的浓度和反应物(底物)浓度对酶活性的影响在反应物（底物）足够且温度、pH等条件适合时，酶的催化反应速度与酶的浓度成正比。在一定范围内，随着反应物浓度上升，酶的催化反应速度上升，但当与酶作用饱和后，其反应速度几乎不再改变而保持稳定。酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。活细胞中几乎每一个化学变化都是在酶的催化作用下进行的，很多酶都是在细胞内发挥催化作用。但有些酶要分泌到细胞外，如消化腺细胞分泌的消化酶，很多菌类分泌纤维素酶、淀粉酶等。另外人们通过基因工程生产很多酶，广泛地应用到生产中，如生产高果糖浆利用的淀粉酶，洗衣粉中添加的蛋白酶，化妆品中添加的SOD（超氧化物歧化酶）等。ATP中能量的利用ATP是生物体细胞内普遍存在着的一种高能化合物，是生物体各项生命活动的直接能量来源，故ATP被誉为能量代谢的“通用货币”。ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量形式主要有以下几种：化学能：生物体内物质的合成需要化学能，物质分解的开始阶段也需要化学能。在生物体的物质代谢中，到处都需要由ATP转换的化学能。机械能：如纤毛和鞭毛的摆动，肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等，都是由ATP提供能量来完成的。渗透能：细胞的主动运输消耗的渗透能来自ATP。如根吸收矿质元素等。热能：大部分热能通过各种途径散发到外界环境，一小部分用于维持细胞或恒温动物的体温。电能：神经系统传导冲动和某些生物能够产生电流消耗的就是电能。光能：生物发光的能量直接来源于ATP,但目前对生物发光的生理机制还不完全清楚。光合色素及其物理性质与功能叶绿体是进行光合作用的细胞器。叶绿体中的光合色素有叶绿素和类胡萝卜素两类。叶绿素分为叶绿素a和叶绿素b两种，均不溶于水，但易溶于酒精、丙酮、石油醚等有机溶剂中。叶绿素a的分子式为C55H72O5N4Mg，呈蓝绿色；叶绿素b的分子式为C55H70O6N4Mg，呈黄绿色。叶绿素吸收光的能力极强，如果把叶绿素的丙酮提取液放在光源与分光镜之间，可以看到光谱中有些波长的光被吸收了。因此，在光谱上就出现了黑线或暗带，这种光谱叫吸收光谱。叶绿素吸收光谱的最强区域有两个：一个是在波长为640nm～660nm的红光部分，另一个在波长为430nm～450nm的蓝紫光部分。对其他光吸收较少，其中对绿光吸收最少，由于叶绿素吸收绿光最少，所以叶绿素的溶液呈绿色。我们在做叶绿素的提取和分离实验时，还会看到一种现象：试管中的叶绿素的丙酮提取液在透射光下是翠绿色的，而在反射光下是棕红色的，这是叶绿素的荧光现象。叶绿体中的类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素两种，颜色分别是橙黄色和黄色，功能是吸收蓝紫光。除此之外还具有保护叶绿素，防止强烈光照伤害叶绿素的功能。植物叶子呈现的颜色是叶子中各种色素的综合表现。其中主要是绿色的叶绿素和黄色的类胡萝卜素之间的比例。一般来说，正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例约为4∶1，叶绿素a与叶绿素b的比约为3∶1，叶黄素与胡萝卜素之比约2∶1，由于叶绿素比黄色的类胡萝卜素多，所以正常的叶子总是呈绿色。秋天，因低温、紫外线强烈等外界因素和叶片衰老等内部因素，叶绿素的合成速度低于分解的速度，叶绿素含量相对减少，而类胡萝卜素分子比较稳定，不易破坏。所以叶片逐渐呈现类胡萝卜素的颜色——黄色。至于红叶，是因为秋天降温，体内积累较多的糖分以适应寒冷，体内可溶性糖多了，就形成了较多的花色素，同时秋天叶子内的pH值改变，叶内呈现酸性，使花色素表现出红色。呼吸作用与光合作用的联系：呼吸作用是新陈代谢过程一项最基本的生命活动，它是为生命活动的各项具体过程提供能量（ATP）。所以呼吸作用在一切生物的生命活动过程是一刻都不能停止的，呼吸作用的停止意味着生命的结束。光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢，一切生物的生命活动都直接或间接地依赖于光合作用制造的有机物和固定的太阳能。呼吸作用和光合作用表面看起来是2个相反的过程，但这是2个不同的生理过程，在整个新陈代谢过程中的作用是不同的。在植物体内，这2个过程是互相联系，互相制约的。光合作用的产物是呼吸作用的原料，呼吸作用的产物也是光合作用的原料；光合作用的光反应过程产生的ATP主要用于暗反应，很少用于植物体的其他生命活动过程，呼吸作用过程释放的能量主要是用于植物体的各项生命活动过程，包括光合作用产物的运输。如图。规律方法指导影响呼吸作用的外界因素及与生产、生活实践的关系影响呼吸作用的外界因素有：温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、含水量等，主要是温度。温度对酶促反应有直接的影响，呼吸过程是由酶催化的一系列反应过程，因此呼吸作用对温度的变化很敏感，最适温度一般为25～30℃。在一定范围内有氧呼吸的强度随氧气浓度的升高而增大，氧气对无氧呼吸有抑制作用。二氧化碳对有氧呼吸有抑制作用。在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。在生产实践中，根据需要常采取一定措施促进或抑制呼吸作用。例如：（1）作物栽培中，采取中耕松土、防止土壤板结等措施，都是为了保证根的正常呼吸作用。（2）粮油种子的贮藏，必须降低含水量，使种子呈风干状态，使壶系作用降至最低，以减少有机物消耗。如果种子含水量过高，呼吸加强，使贮藏的种子堆中温度上升，反过来又进一步促进种子的呼吸，使种子品质变坏。（3）在水果和蔬菜的保鲜中，常通过控制呼吸作用以降低它们的代谢强度，达到保险的目的。例如，某些果实和蔬菜可防在低温下或降低空气中的氧含量及增加二氧化碳的浓度，减弱呼吸作用，使整个器官代谢水平降低，延缓衰老。（4）在农业生产中，为了使有机物向着人们需要的器官积累，常把下部变黄的、已无光合能力、仍然消耗养分的枝叶去掉，使光合作用的产物更多地转运到有经济价值的器官中去。有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系有氧呼吸无氧呼吸不同点场所细胞质基质和线粒体始终在细胞质基质条件需分子氧、酶不需分子氧，需酶产物CO2、H2O酒精和CO2或乳酸能量大量，合成38ATP少量，合成2ATP相同点联系从葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同，以后阶段不同实质分解有机物，释放能量，合成ATP意义为生物体和各项生命活动提供能量