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第五章 细胞的能量供应和利用
5.1 降低化学反应活化能的酶
一、相关概念
1.细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应,。
2.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)的一类有机物。
3.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.对照实验
自变量 人为改变的变量
因变量 随着自变量的变化而变化的变量
无关变量 实验中可能存在的对实验结果造成影响的因素（既每组要保持一样的变量）
二、酶的本质：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），也有少数是RNA。
三、酶的特性
1.高效性：催化效率比无机催化剂高许多。
2.专一性：每种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。
3.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（酶对化学反应的催化效率成为酶活性）最高。温度和pH偏高和偏低，酶的活性都会明显降低。过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温只降低酶活性。
四、影响酶活性的条件
用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究PH对酶活性的影响
5.2 细胞的能量“通货”-----ATP
一、ATP
1.中文名称：三磷酸腺苷
2.结构简式：Ａ－Ｐ～Ｐ～Ｐ
3.A代表腺苷（由腺嘌呤和核糖结合而成），P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键
4.元素组成：C、H、O、N、P
5.由于ATP的分子中的高能磷酸键水解会释放大量的能量，所以ATP被称为高能磷酸化合物
二、ATP与ADP的转化：ATP化学性质不稳定，在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的哪个高能磷酸键容易水解，形成游离的Pi（磷酸）和ADP，同时释放出大量能量。
1.反应式：
2.转化示意图:
3.总结
5.3 ATP的主要来源------细胞呼吸
一、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。
二、有氧呼吸
1．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。
2.有氧呼吸过程：
①第一阶段：C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+少量能量（细胞质基质）
②第二阶段：2丙酮酸+6H2O→6CO2+20[H]+少量能量（叶绿体基质）
③第三阶段：24[H]+6O2→12H2O+大量能量（线粒体内膜）
3.有氧呼吸的总反应式:
三、无氧呼吸
1.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，生成少量ATP的过程。
2.无氧呼吸过程：
①第一阶段：C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+少量能量（细胞质基质）
②第二阶段若在动物、乳酸菌等中：2丙酮酸+4[H]→2C3H6O3（乳酸）
若在植物、酵母菌中 ：2丙酮酸+4[H]→2C2H5OH（酒精）+2CO2
3.无氧呼吸总反应式：
在动物、乳酸菌、玉米的胚、马铃薯块茎、甜菜的块根中：
C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+少量能量
在植物、酵母菌中：
C6H12O6→2C2H5OH（酒精）+CO2+少量能量
4．发酵：微生物（如：酵母菌、乳酸菌）的无氧呼吸。
四、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
五、判断植物细胞呼吸类型
1.依据O2的吸收量和CO2的释放量判断：
①O2消耗量=0，只进行无氧呼吸
②O2消耗量=CO2释放量，只进行有氧呼吸
③O2消耗量2.依据酒精和CO2 的生成量判断：
①酒精量=CO2的量，只进行无氧呼吸
②酒精量3.根据实验结果判断：
液滴a向左移一定发生有氧呼吸 液滴b向右移一定发生无氧呼吸
六、影响呼吸速率的外界因素
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。
O2对植物细胞的影响：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。
①O2浓度=0，只进行无氧呼吸
②0③10%≤O2浓度,只进行有氧呼吸
④O2浓度=5%，释放的CO2量最低。有机物消耗最少
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对植物细胞的影响：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸
七、探究酵母菌细胞的呼吸方式：
1.酵母菌是单细胞真菌，属于兼性厌氧菌，在有氧条件下大量繁殖，无氧条件下也能生存产生酒精。
2.CO2的检测：①使澄清石灰水变浑浊 ②CO2+溴麝香草酚蓝水溶液→溶液由蓝变绿再变黄
酒精的检测：在酸性条件下橙色的重铬酸钾溶液与酒精反应成灰绿色
3.装置：
装置甲：
装置乙：
对比实验：实验组之间进行结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系的实验
八、细胞呼吸原理的利用
应用 原理
选用透气创可贴、透气消毒纱布包扎伤口 创造有氧环境，避免厌氧菌繁殖
利用酵母菌发酵产生酒精 早期通气，提供氧气环境使酵母菌大量繁殖； 后期密闭发酵，酵母菌无氧呼吸产生酒精
稻田定时排水，花盆及时松土 避免根因无氧呼吸产生大量酒精， 对细胞产生毒害作用，造成烂根
制作酸奶、泡菜 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸
提倡有氧运动 不会因为剧烈运动时无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸胀乏力
5.4 能量之源----光与光合作用
一、绿叶中色素的提取和分离
1.绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
2.不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散的快，反之则慢
3.提取色素时加二氧化硅有助于研磨充分，碳酸钙可以防止色素被破坏。
4.过滤时不能用滤纸或纱布，用单层尼龙布
5.分离色素时，滤液细线不能触及层析液
6.滤纸条上从上到下依次为：
注：①因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈绿色
②光合作用利用的光都是可见光
二、叶绿体的结构：吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上
进行光合作用所必需的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中
叶绿体的功能：叶绿体是进行光合作用的场所（不是唯一场所），主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用释放氧气
四、光合作用的探究历程：
五、光合作用的过程
1.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。
2.过程：
①光反应阶段：在类囊体薄膜上，有光才能进行。色素吸收光能，水在光下分解为[H]和O2，O2直接以分子形式释放出去，[H]传递到叶绿体基质中作为活泼的还原剂，参与暗反应；在有关酶的催化作用下，ADP与Pi形成ATP。光能→ATP中的活跃化学能。
产生[H]的过程实际上是NADP+与电子和质子（H+）结合形成NADPH（即[H]）的过程。
②暗反应阶段：在叶绿体基质中，有光没光都可以进行。绿叶通过气孔从外界吸收CO2，CO2首先被C5（一种五碳化合物）固定，很快形成2个C3（一种三碳化合物）。在酶催化下，C3接受ATP释放的能量，一部分被[H]还原成糖类，一部分被[H]还原成C5。
3.总反应方程式：CO2+H2O → （CH2O）+O2
4、C3、C5的变化
外界条件变化 分析 结果
光照 强→弱 C3增多，C5减少
弱→强 C3减少，C5增多
CO2浓度 高→低 C3减少，C5增多
低→高 C3增多，C5减少
五、影响光合作用的因素
1.温度：温度影响酶的活性进而影响光合作用。
2.光照强度：
A点 细胞只进行呼吸作用，A点CO2释放量
AB段 呼吸作用>光合作用
B点 呼吸作用=光合作用，此时的光照强度称为光的补偿点
BC段 光合作用>呼吸作用
C点 光合作用不变，此时的光照强度称为光的饱和点。 C点以后影响光合作用速率的因素是温度、二氧化碳浓度、酶的数量等。
总光合（真正光合、实际光合）作用速率—呼吸作用速率=净光合作用速率
3.二氧化碳浓度：
A点：呼吸=光合，此时的CO2浓度称为CO2补偿点
B点：此时的CO2浓度称为CO2饱和点
4.双因素影响：例如
A点影响光合作用速率的主要因素是光照强度
B点影响光合作用速率的主要因数是温度
六、光合作用的午休现象
夏季晴朗的白天，某绿色植物叶片光合作用强度曲线图如下：
C点光合作用强度减弱的原因：中午温度很高，绿叶的蒸腾作用很强，气孔大量关闭，CO2吸收量减少
七、
自养生物：无机物→有机物
异养生物：只能利用现成有机物 如人、动物、真菌、大多数细菌

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