专题细胞内的能量供应

专题：细胞的能量供应和利用一、酶——降低反应活化能◎新陈细胞代谢：活细胞内全部有序化学反应的总称。◎活化能：分子从常态转变成容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。1．发现①巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。②巴斯德（法、微生物学家）：发酵与活细胞有关；发酵是整个细胞。③利比希（德、化学家）：引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。④比希纳（德、化学家）：酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。⑤萨姆纳（美、科学家）：从刀豆种子提纯出来的脲酶是一种蛋白质。⑥许多酶是蛋白质。⑦切赫与奥特曼（美、科学家）：少数RNA具有生物催化功能。2．定义：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。注：①由活细胞产生（与核糖体有关）③成分：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。②催化性质：A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提高化学反应速度。B.反应前后酶的性质和数量没有变化。3．特性①高效性：催化效率很高，使反应速度很快②专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。③需要合适的条件（温度和pH值）→温和性→易变性→特异性。酶的催化作用需要适宜的温度、pH值等，过酸、过碱、高温都会破坏酶分子结构。低温也会影响酶的活性，但不破坏酶的分子结构。图例V酶浓度V底物浓度SV温度解析在底物足够，其他因素固定的条件下，酶促反应的速度与酶浓度成正比。在S在一定范围内，V随S增加而加快，近乎成正比；当S很大且达到一定限度时，V也达到一个最大值，此时即使再增加S，反应几乎不再改变。在一定温度范围内V随T的升高而加快在一定条件下，每一种酶在某一温度时活力最大，称最适温度；当温度升高到一定限度时，V反而随温度的升高而降低。二、ATP（三磷酸腺苷）◎ATP是生物体细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，是生物体进行各项生命活动的直接能源，它的水解与合成存在着能量的释放与贮存。1．结构简式A—P～P～P腺苷普通化学键高能磷酸键磷酸基团（13.8KJ/mol）（30.54KJ/mol）2．ATP与ADP的转化◎ATPADP+Pi+能量ADP糖类—主要能源物质热能——散失太阳光能脂肪—主要储能物质氧化分解（直接能源）蛋白质—能源物质之一化学能——ATP三、ATP的主要来源——细胞呼吸◎呼吸是通过呼吸运动吸进氧气，排出二氧化碳的过程。◎细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。分为：有氧呼吸无氧呼吸概念指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生CO2和H2O释放能量，生成许多ATP的过程指细胞在无氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。过程①C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+少能②2丙酮酸+6H2O→6CO2+20[H]+少能③24[H]+6O2→12H2O+大量能量①C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+少能→2C3H6O3乳酸②2丙酮酸→2C2H5OH+2CO2反应式C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+大量能量C6H12O6→2C3H6O3+少量能量→2C2H5OH+2CO2+少能不同点场所①细胞质基质②线基质③线内膜始终在细胞质基质条件除①外，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（1161KJ）少量、合成2ATP(61.08KJ)相同点联系从葡萄糖分解成丙酮酸阶段相同，以后阶段不同实质分解有机物，释放能量，合成ATP意义为生物体的各项生命活动提供能量四、影响细胞呼吸作用的因素1、内部因素——遗传因素（决定酶的种类和数量）2、环境因素（1）温度酶酶酶（2）O2的浓度（3）CO2浓度从化学平衡角度分析，CO2浓度增加，呼吸速率下降。（4）含水量在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而增强，随含水量的减少而减弱五、光合作用◎光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。1．发现内容时间过程结论普里斯特1771年蜡烛、小鼠、绿色植物实验植物可以更新空气萨克斯1864年叶片遮光实验绿色植物在光合作用中产生淀粉恩格尔曼1880年水绵光合作用实验叶绿体是光合作用的场所释放出氧鲁宾与卡门1939年同位素标记法光合作用释放的氧全来自水2、场所双层膜叶绿体基质：DNA，多种酶、核糖体等基粒多个类囊体（片层）堆叠而成胡萝卜素（橙黄色）1/3类胡萝卜素叶黄素（黄色）2/3吸蓝紫光色素（1/4）叶绿素A（蓝绿色）3/4叶绿素（3/4）叶绿素B（黄绿色）1/4吸红橙和蓝紫光3．过程光反应暗反应条件光、、H2O、色素、酶CO2、[H]、ATP、C5、酶时间短促较缓慢场所类囊体的薄膜上叶绿体的基质过程①水的光解2H2O→4[H]+O2①CO2的固定：CO2+C5→2C3温度以影响酶的活性影响呼吸速率。在最低点与最适点之间，呼吸酶活性低，呼吸作用受抑制，呼吸速率随温度的升高而加快。超过最适点，呼吸酶活性降低甚至变性失活，呼吸作用受到抑制，呼吸速率则会随着温度的增高而下降。呼吸强度呼吸强度CO2浓度含水量%植物在O2浓度为0时只进行无氧呼吸，大多数植物无氧呼吸的产物是酒精和CO2；O2浓度在0~10%时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；在O2浓度5%时，呼吸作用最弱；在O2浓度超过10%时，只进行有氧呼吸。有氧环境对无氧呼吸起抑制作用，抑制作用随氧浓度的增加而增强，直至无氧呼吸完全停止在一定氧浓度范围内，有氧呼吸的强度随氧浓度的增加而增强。②ATP的合成：ADP+Pi+光能→ATP②C3/CO2的还原：2C3+[H]→（CH2O）实质光能→化学能，释放O2同化CO2，形成（CH2O）总式CO2+H2O——→（CH2O）+O2或CO2+12H2O——→（CH2O）+6O2+6H2O物变无机物CO2、H2O→有机物（CH2O）能变光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能◎光合作用的实质通过光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。4、光合作用的意义①制造有机物，实现物质转变，将CO2和H2O合成有机物，转化并储存太阳能；②调节大气中的O2和CO2含量保持相对稳定；③生物生命活动所需能量的最终来源；注：光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。5、影响光合作用速率的因素及其在生产上的应用光合速率是光合作用强度的指标，它是指单位时间内单位面积的叶片合成有机物的速率。影响因素包括植物自身内部的因素，如处在不同生育期等，以及多种外部因素。(1)单因子对光合作用速率影响的分析①光照强度(如图所示)曲线分析：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表明此时的呼吸强度。AB段表明光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=细胞呼吸强度，称B点为光补偿点(植物白天的光照强度在光补偿点以上，植物才能正常生长)。BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，称C点为光饱和点。应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。②光照面积(如图所示)曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用叶面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照强度在光补偿点以下。OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用不再增加，但叶片随叶面积的不断增加呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。光能叶绿体光能叶绿体②CO2浓度、含水量和矿质元素(如图所示)曲线分析：CO2和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内，CO2、水和矿质元素越多，光合作用速率越快，但到A点时，即CO2、水、矿质元素达到饱和时，就不再增加了。应用：“正其行，通其风”，温室内充CO2，即提高CO2浓度，增加产量的方法.合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，增加光合作用速率。③温度(如图所示)曲线分析：光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在10～35℃下正常进行光合作用，其中AB段(10～35℃)随温度的升高而逐渐加强，B点(35℃)以上光合酶活性下降，光合作用开始下降，50％左右光合作用完全停止。应用：冬天温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用：晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累。(2)多因子对光合作用速率影响的分析（如图所示）曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当充加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度，调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的6、总结:光合作用在现实生活中①提高农作物产量：延长光合作用时间、增大光合作用面积：合理密植，改变植物种植方式：轮作、间作、套作②提高光合作用速度使用温室大棚使用农家肥、化肥“正其行，通其风”大棚中适当提高二氧化碳的浓度补充人工光照7、计算①真光合作用速率=净光合作用速率+细胞呼吸作用速率CO2吸收光照强度CO2释放②光合作用制造的有机物=光合作用积累的有机物+细胞呼吸消耗的有机物解析：制造的就是生产的总量，其中一部分被储存起来，就是积累的，另一部分被呼吸消耗③光合作用利用二氧化碳的量=从外界吸收的二氧化碳的量+细胞呼吸释放的二氧化碳的量解析：光合作用利用CO2的量有两个来源，一个是外界吸收的，另一个是自身呼吸放出的，二者都被光合作用利用。六、比较光合作用和细胞呼吸作用光合作用呼吸作用反应场所绿色植物（在叶绿体中进行）所有生物（主要在线粒体中进行）反应条件光、色素、酶等酶（时刻进行）物质转变无机物CO2和H2O合成有机物（CH2O）分解有机物产生CO2和H2O能量转变把光能转变成化学能储存在有机物中释放有机物的能量，部分转移ATP实质合成有机物、储存能量分解有机物、释放能量、产生ATP联系光合作用呼吸作用五、化能合成作用自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有色素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。下图为硝化细菌的化能合成作用◎进行光合作用和化能合成作用的生物都是自养型生物；而只能利用环境中现成的有机物来维持自身生命活动的生物是异养型生物。极采取防护措施。呼吸作用净光合作用真光合作用=净光合作用+呼吸作用OACBDE有机物、氧气能量、二氧化碳