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第五章 细胞的能量供应和利用
1．什么是新陈代谢？什么是细胞代谢？
新陈代谢：是活细胞中全部化学反应的总称，是生物与非生物最根本的区别，是生物体进行一切生命活动的基础。
细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应。与代谢最为密切的两种物质是ATP和酶。
2．什么是酶？
酶是活细胞(来源)所产生的具有催化作用(功能：降低化学反应活化能，提高化学反应速率，作用场所：细胞内外都可以)的一类有机物。大多数酶的化学本质是蛋白质（合成酶的场所主要是核糖体，水解酶的酶是蛋白酶，与双缩脲试剂反应产生紫色），也有少数是RNA（由DNA转录过来）。
3．什么是活化能？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。
4．酶有哪些特性？酶为什么这么娇气？
高效性：催化效率比无机催化剂高许多。
专一性：每种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。
酶需要较温和的作用条件：在最适宜的温度和pH下，酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。
5．影响酶活性的因素？
反应速率 反应速率
温度 PH值
温度 PH值 能使蛋白质变性失活，破坏蛋白质的空间结构,但是氨基酸的种类、数量和排列顺序没有变.高温,强酸强碱破坏酶的空间结构,不可恢复;而低温使酶是活,可以恢复。
6．为什么说酶是细胞代谢所必需的？
细胞内每时每刻都在进行着成千上万种的化学反应，这些化学反应需要高效率的进行，酶的催化效率比无机催化效率高得多；细胞内化学反应需要常温常压，酸碱度适中等温和条件下进行，而无机催化剂常常辅助以高温，高压，强酸，强碱等剧烈条件下才能有较高的催化效率。
7．什么是ATP？
ATP是三磷酸腺苷的英文缩写，结构简式：Ａ－Ｐ～Ｐ～Ｐ，其中：A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键，－代表普通化学键。
ATP的分子中的高能磷酸键中储存着大量的能量，所以ATP被称为高能化合物。这种高能化合物化学性质不稳定，在水解时，由于高能磷酸键的断裂，释放出大量的能量。
8．同样是储存能量的分子，ATP与葡萄糖具有不同的特点，请概括出ATP具有哪几个特点？
储能少，一分子ATP只约为一分子葡萄糖的1/94；ATP所含的是活跃的化学能而葡萄糖分子所含的是稳定的化学能，葡萄糖中的化学能只有转变成ATP中的才能被利用。
9．能源物质的区别？
根本能源：太阳能 储备能源：脂肪，淀粉，糖原
主要能源：糖类 直接能源：ATP
10．ATP与ADP的转化关系？
ADP中文名称叫二磷酸腺苷，结构简式A—P～P～P
ATP在细胞内含量很少，但在细胞内的转化速度很快，用掉多少马上形成多少。代谢越快，相互转化的速度也越快。
方程从左到右时能量代表释放的能量，用于一切生命活动。
方程从右到左时能量代表转移的能量，动物中为呼吸作用转移的能量。植物中来自光合作用和呼吸作用。
12．ATP与酶的关系？
酶的合成需要ATP供能，ATP的合成需要酶的催化；酶是蛋白质或RNA类物质，他们的合成与生物遗传物质有关，因而具有物种差异性；不同生物体内ATP的有机结构是相同的，不具有物种差异性。
13．何谓呼吸作用？
也叫细胞呼吸：指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其它产物，释放出能量并生成ATP的过程。根据是否有氧参与，分为：有氧呼吸和无氧呼吸
有氧呼吸：指细胞在有氧的参与下，通过多种酶的催化作用下，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放出大量能量，生成ATP的过程。
无氧呼吸：一般是指细胞在无氧的条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物（酒精、CO2或乳酸），同时释放出少量能量的过程。
发酵：微生物（如：酵母菌、乳酸菌）的呼吸作用。
14.细胞呼吸的反应式？
有氧呼吸的总反应式：
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量
无氧呼吸的总反应式：
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 少量能量
或
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 少量能量
15．无氧呼吸产生的乳酸或酒精对细胞有害吗？
一般来说，乳酸或酒精过多对细胞有毒害作用，如酵母菌在无氧及其他条件适合的情况下，随发酵产物的增多，营养物质的减少以及PH发生变化等的影响，它的繁殖率逐渐下降，死亡率逐渐上升，酒精发酵最终停止。
16．有氧呼吸过程？
场所 发生反应 产物
第一阶段 细胞质基质 丙酮酸、[H]、释放少量能量，形成少量ATP
第二阶段 线粒体基质 CO2、[H]、释放少量能量，形成少量ATP
第三阶段 线粒体内膜 生成H2O、释放大量能量，形成大量ATP
17．有氧呼吸与无氧呼吸的比较？
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所 细胞质基质，线粒体基质、内膜 细胞质基质
条件 氧气、多种酶 无氧气参与、多种酶
物质变化 葡萄糖彻底分解，产生CO2和H2O 葡萄糖分解不彻底，生成乳酸或酒精等
能量变化 释放大量能量（1161kJ被利用，其余以热能散失），形成大量ATP 释放少量能量，形成少量ATP
18．无氧呼吸产物不同取决于什么？
决定于催化反应的酶不同。（动物：乳酸；植物：除甜菜块根，马铃薯块茎和玉米胚等其余为酒精）
19．有氧呼吸的生物是否一定有线粒体？
不一定，如原核生物无线粒体，有些原核生物（如硝化细菌，蓝藻）仍可进行有氧呼吸。
20．影响呼吸速率的外界因素有哪些？
（1）温度：温度通过影响细胞内与呼吸作用有关的酶的活性来影响细胞的呼吸作用。
温度过低或过高都会影响细胞正常的呼吸作用。在一定温度范围内，温度越低，，细胞呼吸越弱；温度越高，细胞呼吸越强。
（2）氧气：氧气充足，则无氧呼吸将受抑制；氧气不足，则有氧呼吸将会减弱或受抑制。
（3）水分：一般来说，细胞水分充足，呼吸作用将增强。但陆生植物根部如长时间受水浸没，根部缺氧，进行无氧呼吸，产生过多酒精，可使根部细胞坏死。
（4）CO2：环境CO2浓度提高，将抑制细胞呼吸，可用此原理来贮藏水果和蔬菜。
21．呼吸作用在生产上的应用有哪些？
（1）作物栽培：有适当措施保证根的正常呼吸，如中耕松土等。
（2）粮油种子贮藏：干燥、低温（不能过低），低氧
（3）水果、蔬菜，鲜花保鲜：低温，低氧（高CO2/N2），低湿
（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的转运到有经济价值的器官中去。
（5）包扎伤口，选用透气消毒纱布，抑制细菌无氧呼吸
（6）花盆经常松土：促进根部有氧呼吸，吸收无机盐等
（7）稻田定期排水：抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡
（8）提倡慢跑：防止剧烈运动，肌细胞无氧呼吸产生乳酸
（9）破伤风杆菌感染伤口：须及时清洗伤口，以防无氧呼吸
（10）酿酒：先通气后密封
22．某些生理过程中物质的变化？
（1）种子萌发：有机物减少，种类增加，水分吸收
（2）土豆发芽：有机物减少，种类增加
（3）胚胎发育：有机物总量减少，DNA总量增加，单个细胞体积减小，总体积开始基本不变
（4）鲜奶制成酸奶（发面）：总能量减少，有机物种类增加，营养价值升高
23．有氧呼吸与无氧呼吸的相关计算？
（1）不消耗O2，释放CO2-----------只进行无氧呼吸
（2）酒精量等于CO2------------------只进行无氧呼吸
（3）CO2释放量等于O2吸收量-----只进行有氧呼吸
（4）CO2释放量大于O2吸收量----既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
多余的CO2来自无氧呼吸
（5）酒精量小于CO2释放量--------既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
多余的CO2来自有氧呼吸
24．何谓光合作用？
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
25．光合色素分类？
叶绿素a (蓝绿色）最多 （最宽）
叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光
叶绿素b (黄绿色）最慢
色素
胡萝卜素 （橙黄色）最快最少（最窄）
类胡萝卜素 主要吸收蓝紫光
叶黄素 （黄色）什么颜色玻璃透什么光
26．实验中几种化学试剂的作用分别是什么？
（1）无水乙醇用于提取绿叶中的色素
（2）层析液用于分离绿叶中的色素
（3）二氧化硅用于充分研磨
（4）碳酸钙用于防止色素被破坏
27．叶绿体的功能是什么？
叶绿体是进行光合作用的场所。在类囊体的薄膜上分布着具有吸收光能的光合色素，在类囊体的薄膜上和叶绿体的基质中含有许多光合作用所必需的酶。
28．影响光合作用的外界因素有哪些？
光合作用的指标是光合速度。光合速度通常以每小时每平方米叶面积吸收CO2毫克数表示，一般测定光合速度的方法都没有把叶子的呼吸作用考虑在内，测到的是净的光合作用速度，而总的光合作用速度还要加上呼吸速度，关系式是：
总的光合作用速度=净的光合作用速度+呼吸速度
一般习题当中，通常告知净的光合量(如在实验中测得的数据)，同时也告知呼吸量(如在黑暗中测得的数据)，而要求求的是总的光合量(光合作用所制造的有机物，或所释放的氧气)。
（1）光照
光合作用是一个光生物化学反应，所以光合速度随着光照强度的增加而加快。但超过一定范围之后，光合速度的增加转慢，直到不再增加，这是因为光照促进的是光反应过程，而暗反应的能力（CO2、酶的催化效率等）是有限的。光强与光合速度的关系可用下图表示：
注：a点表示光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等。
b点表示光合作用速度到达饱和点。
虚线曲线表示阴生植物，实线曲线表示阳生植物。
（2）二氧化碳
CO2是绿色植物光合作用的原料，它的浓度高低影响了光合作用暗反应的进行。在一定范围内提CO2浓度能提高光合速，CO2浓度达到一定水平之后，光合作用速度不再增加，这是因为光反应的产物有限。CO2浓度与光合速度的关系可用下图表示：
（3）温度
光合作用中的暗反应是由酶所催化的化学反应，而温度直接影响酶的活性。温度与光合作用速度的关系，实则上就像酶与温度之间的关系，有一个最适温度。
（4）矿质元素
矿质元素直接或间接影响光合作用。例如：
N：是构成叶绿素、酶、ATP、NADP+等的元素。
P：是构成ATP、NADP+等的元素。
Mg：是构成叶绿素的元素。
（5）水分
水分是光合作用原料之一，缺乏时可使光合速度下降。
（6）日变化
白天进行光合作用，一般是中午较高，但在炎热的夏季，中午光合作用速度下降，出现“午休”现象。
29．植物正常绿叶上下表面颜色一样深吗？为什么？
不一样，上表面颜色深，下表面颜色浅，因为上表面叶肉细胞排列紧密，叶绿体含量多，下表面海绵组织疏松，含叶绿体少。
30.光合作用的发现史？
萨克斯：自身对照，自变量为光照（一半爆光与另一半遮光），因变量为颜色变化。
恩格尔曼：自身对照，自变量为光照（照光处与不照光处；黑暗与完全暴光），因变量为好氧菌的分布。
鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质（H218O 与C18O2），因变量为O2的放射量
普里斯特利：缺少空白对照，实验结果说服力不强。
31．增强光合作用的措施有哪些？
（1）适当提高光照强度。
（2）延长光合作用的时间。
（3）增加光合作用的面积------合理密植，间作套种。
（4）温室大棚用无色透明玻璃。
（5）温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温。
（6）温室栽培多施有机肥或放置干冰，提高二氧化碳浓度。
32．光合作用的过程？
光反应阶段 条件 光、色素、酶
场所 在类囊体的薄膜上
物质变化 水的分解：H2O → [H] + O2↑ ATP的生成：ADP + Pi → ATP
能量变化 光能→ATP中的活跃化学能
暗反应阶段 条件 酶、ATP、[H]
场所 叶绿体基质
物质变化 CO2的固定：CO2 + C5 → 2C3C3的还原： C3 + [H] → （CH2O）
能量变化 ATP中的活跃化学能→（CH2O）中的稳定化学能
总反应式 CO2 + H2O O2 + （CH2O）
33．C3和C5的变化规律？
CO2减少，C3减少，C5增加 光照减弱，C3增加，C5减少
34．光合作用和呼吸作用的联系？
C6H12O6和O2
光合作用 有氧呼吸
CO2和H2O
35．生物界最基本的物质代谢和能量代谢是什么？
光合作用所制造的有机物和固定的能量是整个生物界赖以生存的物质和能量基础。细胞呼吸所释放的能量的最根本来源是太阳能。
36．自养生物与异养生物的主要区别？
自养生物：可将CO2、H2O等无机物合成葡萄糖等有机物，如绿色植物（光合作用），硝化细菌（化能合成）
异养生物：不能将CO2、H2O等无机物合成葡萄糖等有机物，只能利用环境中现成的有机物来维持自身生命活动，
酶
酶
酶
葡萄糖
酶
2丙酮酸
少量能量
[H]
+
+
6CO2
6H2O
酶
2丙酮酸
少量能量
[H]
+
+
+
H2O
酶
大量能量
[H]
+
+
O2
光
酶
酶
酶
光能
叶绿体

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