4生命的物质变化和能量转换

生命的物质变化和能量转换11、新陈代谢（自我更新是生物最基本的特征，是生物与非生物的最本质区别，其完成通过一系列化学反应。）类型反应类型常见反应物质代谢能量代谢同化作用合成代谢合成反应（由小分子形成大分子的化学反应）脱水缩合反应。如：肽链、多糖、核酸的合成从外界摄取营养物质转变成自身物质储存能量异化作用分解代谢分解反应（将大分子分解成小分子的化学反应）水解反应。特点：需特定水解酶；并消耗一个水分子。如：淀粉、糖原、蛋白质、脂肪的消化分解，ATP的水解。将自身物质分解，并将代谢终产物排除体外释放能量氧化分解反应。特点：生成物中有H+。如：糖酵解、三羧酸循环过程。2、酶又称生物催化剂定义由活细胞产生的具有催化能力的生物大分子。病毒利用宿主细胞的酶系统复制合成自身本质绝大多数是蛋白质，少数是RNA。（1）检验酶可使用双缩脲试剂，变紫色；（2）多数酶由DNA/基因经转录和翻译过程而合成命名根据酶的来源以及催化的底物如：唾液腺分泌催化淀粉水解成麦芽糖的酶称为唾液淀粉酶；胰腺产生催化蛋白质水解的酶称为胰蛋白质。根据催化反应如：水解酶、解旋酶、DNA连接酶、限制酶、溶菌酶等。分类胞内酶和胞外酶按酶起催化作用的部位分全酶（酶蛋白+辅酶因子）和单纯酶按酶的化学组成分（辅助因子或是金属离子，或是称为辅酶的小分子有机化合物，其存在决定酶的活性）蛋白酶和核酶按酶的化学本质分特性反应前后本身属性不变只改变反应的速率，本身可重复利用高效性催化效率（即酶的活性）是无机催化剂的107-1013倍，可稀释使用，（实验4.1中1、2、3号结果可证明之）专一性（即一个反应一个酶）机理：底物与活性部位特异性结合；抑制剂：竞争性抑制-占据活性部位；非竞争性抑制-改变活性部位结构多样性由氨基酸的数量、种类、排列顺序和肽链空间结构决定；根本上由DNA的多样性决定反应条件温和生物体内，常温常压易受温度、酸碱度/pH值等理化因素影响具有最适值（不同酶该值不同）；高温破坏酶的活性，低温抑制酶的活性；过酸过碱破坏酶的活性。应用如：多酶片、加酶洗衣粉、纤维素酶去除细胞壁，基因工程（DNA连接酶和限制酶）等3、生物新陈代谢所需能量的直接来源是ATP，其中文名称是腺苷三磷酸，结构简式可表示为A—P~P~P，分子中含有2个高能磷酸。将其逐步水解，可依次得到ADP和AMP，后者即腺嘌呤核糖核苷酸。将其彻底水解，产物有1分子的腺嘌呤、1分子的核糖、3分子的磷酸基团。每摩尔ATP水解释放的能量约为30.5KJ/mol。合成ATP的能量由光合作用和呼吸作用/有机物氧化分解提供。相互制约相互依存伴随生命的物质变化和能量转换24、光合作用发现史16世纪前，人们认为植物生长是因为根从土壤中吸收了养分。科学家实验要点结论1642年赫尔蒙特5年内仅用水培植的柳树（含枯枝）干重增加74.47kg；干燥土壤仅减轻0.06kg当时：植物生长所需物质来源于水。（未考虑CO2、矿质营养对植物生长的作用）1771年普里斯特利对照组：密闭钟罩中小鼠死亡，蜡烛熄灭；实验组：装置内增加植物，小鼠不易死亡，蜡烛不易熄灭。备注：实验重复性差。当时：植物能改善由于动物呼吸、蜡烛燃烧而变得污浊的空气。（后发现是植物能释放O2）1779年英格豪斯普里斯特利实验基础上增加光照条件光照是植物产生O2的必要条件1785年发现绿叶在光照下吸收CO2，1802年定量测定发现CO2和H2O是光合作用的反应物。1864年萨克斯1）紫苏置暗处12h，耗尽营养物质2）叶片部分遮光后，进行光照3）用酒精去除色素后使用碘液染色遮光部分不变色；光照部分呈深紫蓝色证明光合作用的产物有淀粉，且光照是光合作用的必要条件。备注：第一步一定要处理，否则结论将变为植物呼吸作用消耗淀粉。1939年鲁宾卡门第一组加入和C18O2，收集气体无放射性；第二组加入H218O和CO2，收集气体有放射性。证明光合作用释放的O2来自H2O。该实验方法是放射性同位素示踪法。本实验中两组实验缺一不可。20世纪40年代卡尔文利用14CO2供给小球藻光合作用，通过控制供给14CO2的时间和分析中间产物进行探究。探明CO2转化成有机物的途径，即卡尔文循环。该实验方法是放射性同位素示踪法。5、光合作用的总反应式是：______________________________________________________。6、叶片是进行光合作用的主要器官，叶绿体是进行光合作用的主要场所，该细胞器由双层膜包围，内含基质和几十个基粒，后者由多个类囊体重叠而成，该结构是受光面积大大增加，与光合作用相关的色素就分布在类囊体的膜上。7、叶绿体色素（种类填写顺序请对应色素分离实验中所得滤纸条上色素从上到下分布位置）种类颜色含量特性生理功能溶解性质选择吸收光谱稳定性类胡萝卜素胡萝卜素橙黄色绿叶中叶绿素是类胡萝卜素的4倍易溶于有机溶剂主要吸收蓝紫光较稳定吸收、传递、光能；核心色素叶绿素a还能转化光能叶黄素黄色叶绿素叶绿素a蓝绿色主要吸收蓝紫光和红橙光衰老或环境恶劣时易被破坏叶绿素b黄绿色生命的物质变化和能量转换38、光合作用的过程和意义阶段物质变化（反应式）（省略酶）能量转换条件场所光反应光激活叶绿素a→氧化叶绿素a+高能e光能→电能光照；色素；酶类囊体的膜水的光解1）氧化叶绿素a+e-→叶绿素a2）H2O→2H++2e-+1/2O2↑物质合成1）ADP+Pi+能量→ATP+H2O2）NADP++H++2e-→NADPH电能→活跃化学能暗反应CO2固定CO2+C5→2C3活跃化学能→稳定化学能酶；有无光均可以进行叶绿体基质C3还原ATP+H2O→ADP+Pi+能量NADPH→NADP++H++2e-C5再生C3→C5意义1）将无机物合成为有机物，为动植物提供食物。2）维持空气中O2和CO2的相对稳定。3）将光能转换为储存在有机物中的化学能，为食物链提供能量。备注：整个过程涉及四个物质循环：1）叶绿素a和氧化叶绿素a2）ADP和ATP3）NADP+和NADPH4）卡尔文循环联系光反应为暗反应提供ATP和NADPH（H）暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+9、光合作用形成的糖，大部分从叶绿体运输至叶肉细胞变转变为蔗糖，并运输至植物体全身；另一部分以淀粉的形式贮存在叶绿体中；还有一部分参与合成氨基酸、蛋白质、脂质等物质。10、光合作用的强度，又称光合速率，可以用一定量的植物在单位时间内进行光合作用释放O2或消耗CO2的量来表示。影响它的因素有：影响因素光强CO2浓度温度其他因素曲线图1）水：作为光合作用的原料；缺水时气孔会关闭减少水分蒸腾，使CO2吸收量受影响。2）无机离子：如Mg是合成叶绿素的重要原料。要点无光时，光合作用不能进行，增大光强，光合速率会随之增强，但会达到饱合值。其他条件适宜时，浓度过低会成为影响光合作用速率的限制因素。温室栽培多通过补充室内CO2浓度来增产。大多数绿色植物在10-35℃时可正常进行光合作用；25-30℃为最适温度；40-50℃以上完全停止。温度主要影响光合作用相关酶的活性。11、除绿色植物外，细菌也能进行光合作用。而亚硝酸细菌和硝酸细菌属于化能自养型生物。光能自养型与化能自养型相同点是均可将无机物合成为有机物，不同点是合成有机物时所需能量来源不同。光强生命的物质变化和能量转换412、实验酵母菌的呼吸方式：原理酵母菌为兼气性微生物，可在有氧或无氧条件下分别进行有氧或无氧呼吸。步骤分组准备装置甲组乙组备注加入酵母液10ml（5%葡萄糖溶液加2g酵母干粉）准备反应体系不同操作液面上加石蜡油直导管不断吹气变量：是否有氧水浴保温50℃呼吸反应的最适温度加0.5%BTB试剂1-4号试管各加8ml（蓝色）检测CO2，2和4试管作对照现象产生气泡量少、速度慢量多、速度快说明产物是CO2，且有氧呼吸反应速率更快1和3试管BTB变色变黄色速度慢变黄色，速度快摸反应试管壁变温热变温热说明反应释放能量开反应试管塞有酒香味无酒香味说明酵母菌无氧呼吸产物中有酒精13、有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其它产物，释放出能量并生成ATP的过程称为细胞呼吸。（注：下表反应式中均省略酶）细胞呼吸方式有氧呼吸（高等动植物呼吸主要方式）无氧呼吸总反应式C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+大量能量C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+少量能量或C6H12O6→2C3H6O3+少量能量过程第一阶段糖酵解：C6H12O6→2C3H4O3+4H++少量能量第二阶段三羧酸循环：2C3H4O3+6H2O→6CO2+20H++少量能量丙酮酸还原酒精发酵：2C3H4O3+4H+→2C2H5OH+2CO2+少量能量第三阶段电子传递和水的生成：24H++6O2→12H2O+大量能量乳酸发酵：2C3H4O3+4H+→2C3H6O3+少量能量不同点场所第一阶段：细胞质基质第二、三阶段：线粒体（主要场所）所有阶段：细胞质基质条件有氧、酶无氧、酶产物CO2和H2O酒精和CO2（一般植物细胞、酵母菌）或乳酸（动物细胞、马铃薯块茎、玉米胚、乳酸杆菌等）放能大量能量（38ATP）少量能量（2ATP）相同点本质分解有机物（主要是糖类），释放能量，即生物氧化。联系第一阶段的反应完全相同。影响因素如内因遗传因素（决定酶的数量）、外因温度、O2浓度等。生命的物质变化和能量转换514、营养物质的转化种类消化终产物小肠吸收方式代谢途径备注淀粉（糖类）葡萄糖（需淀粉酶、麦芽糖酶）主动运输进入血液中称血糖1）氧化分解，生成CO2和H2O，释放大量能量；2）转变成多糖，如植物淀粉或动物糖原（其中肝糖元可逆向转化）；3）转变成脂肪或氨基酸（该转变可逆）胰岛素和胰高血糖素的拮抗作用调节血糖值稳定；糖类代谢终产物是CO2和H2O脂肪甘油和脂肪酸（胆汁乳化、需脂肪酶）被动运输经淋巴循环进入血液循环1）重新合成脂肪，储存在脂肪细胞；缺糖时可以重新分解；2）甘油在肝脏转化成鹅丙酮酸，参与糖代谢供能；3）脂肪酶在线粒体转化成二碳化合物，参与三羧酸循环供能2）和3）过程都可逆向发生；脂肪代谢终产物是CO2和H2O，释放能量最多蛋白质20种基本氨基酸（需蛋白酶和肽酶）主动运输进入血液循环1）合成自身蛋白质；2）转氨基作用，在转氨酶的催化下，将糖类合成为非必需氨基酸；3）脱氨基作用，在酶的作用下脱去氨基，在肝脏转化成尿素，经肾脏排出体外；不含N部分加入三羧酸循环供能人体蛋白质合成分解处于动态平衡；蛋白质代谢终产物是CO2和H2O和尿素15、人体内糖类物质的三个来源是食物摄入、肝糖原转化、脂肪或氨基酸转化；三个去路是氧化分解、转换糖原、转化成脂肪或氨基酸。16、人体内的氨基酸来源包括自身蛋白质的分解、食物摄入、转氨基作用。17、人体内三大类营养物质相互转化的关系是（用箭头表示）：糖类蛋白质氨基酸脂肪18、合理膳食是一生健康的基础。合理营养是指人体摄入的食物中，七大营养物质，即糖类、脂肪、蛋白质、水、无机盐、维生素、膳食纤维的种类齐全，摄入量及其比例符合人体营养要求。