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第五章 细胞的能量供应和利用
课前准备：课本（76页） 、红黑水笔
5.1降低化学反应活化能的酶
一、细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢离不开酶。
二、比较过氧化氢在不同条件下的分解
作用机理：
加热：为反应物分子提供能量(活 化能），使其达到活跃状态。
Fe3+：降低化学反应的活化能。
酶：更显著地降低化学反应的活
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为活化能。
a
b
c
如图abc中，代表正常条件下分子活化能的是 ，代表酶促反应所需活化能的是 ；代表酶所降低的活化能的是 。
C
b
a
重难回顾
三、与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
正是因为酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。
四、酶的本质：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，少数酶是RNA。
五、酶的特性
1、酶的高效性：大量实验数据表明，酶的催化效率是无机催化剂107～1013倍。
2、酶的专一性：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
注意：不能用碘液鉴定：碘液无法鉴定蔗糖是否发生水解，反应前后均不变蓝。
每一种酶只能催化一种或一类化学反应，保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
3、酶的作用条件较温和
①用淀粉酶探究温度对酶活性的影响：为什么不用过氧化氢做底物？
H2O2常温常压可分解，加热分解更快，影响实验结果准确性。
②用过氧化氢酶探究PH对酶活性的影响：为什么不用淀粉溶液做底物？
淀粉在酸性条件下也会发生水解反应，对实验结果造成干扰。
t/℃
酶活性受温度影响示意图
v/mmol·s-1
pH
酶活性受PH影响示意图
v/mmol·s-1
不用斐林试剂检测：用斐林试剂检测时需要水浴加热（50-65℃），这样会干扰自变量温度。
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。在0℃左右时,酶的活性很低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性会升高。因此,酶制剂适宜在低温下保存。
六、底物浓度/酶浓度影响酶促反应速率曲线的分析
在有足够底物且不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
(1)底物浓度较低时，酶促反应速率与
底物浓度成正比。
(2)当所有的酶都与底物结合后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再加快(限制酶促反应速率的因素是酶的数量)。
5.2细胞的能量货币“ATP”
一、ATP是一种高能磷酸化合物（直接能源物质，≠能量）
）
特殊的化学键
30.54KJ
二、ATP的合成与利用
ATP与ADP相互转化过程中物质可逆，能量不可逆，催化的酶不相同，反应场所不同，因此不是可逆反应。
ATP与ADP的相互转化，时刻不停地发生并且处于动态平衡中。
放能反应
葡萄糖、脂肪等
合成
水解
ATP
ADP
能量
能量
细胞内化学反应类型
放能反应与 反应联系，释放的能量储存在 中；
吸能反应与 联系，需要吸收的能量由 提供；
能量通过ATP在吸能反应与放能反应之间流通，
因此把ATP比喻成细胞内 。
ATP水解
ATP合成
ATP
流通的能量“货币”
ATP水解
（各项生命活动）吸能反应
5.3细胞呼吸的原理和应用
一、呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。
二、探究酵母菌细胞呼吸的方式
装置甲的NaOH的作用是除去空气中的CO2。装置乙B瓶要先密封放置一段时间再连通，目的是耗尽原有的氧气；
CO2可以用溴麝香草酚蓝溶液检测，现象由蓝变绿再变黄；
酒精检测可以用酸性橙色重硌酸钾，与酒精反应现象为灰绿色。
(根据混浊程度或者根据溶液颜色的变化时间长短比较CO2的产生量)
对比试验
三、有氧呼吸
外膜
内膜
嵴
核糖体
DNA
线粒体基质
①总反应式
②三个阶段
有氧呼吸： 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，产生二氧化碳和水，释放能量，同时生成大量ATP的过程。
产生能量的去向：
1mol的葡萄糖彻底氧化分解释放的总能量2870KJ，其中977.28kJ的能量储存在ATP中（合32mol），其余的（大部分）以热能形式散失掉了。
四、无氧呼吸
1.两个阶段都是在细胞质基质中进行。
2.只有第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。
3.葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中
酒精发酵，如：部分植物器官（苹果果实、水稻根）、酵母菌
乳酸发酵，如：高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚（马吃甜玉米）
无氧呼吸:在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。
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，释放能量并生成ATP的过程。所有生物的生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。
细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。蛋白质、糖类、和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
氧气参与
分解程度
产物
能量
ATP生成阶段
相同点
线粒体（主）
和细胞质基质
细胞质基质
需要
不需要
CO2＋H2O
乳酸或酒精＋CO2
热能（主）＋
储存在ATP中的化学能
乳酸/酒精中的化学能（主）
＋热能＋储存在ATP中的化学能
彻底氧化分解
不彻底氧化分解
第一、第二、第三阶段
第一阶段
第一阶段完全相同，包括反应过程和反应场所；
反应实质相同，都能氧化分解有机物，释放能量
原因：较低的氧浓度有氧呼吸也比较弱，而无氧呼吸逐渐被抑制。
总呼吸作用最弱，有机物消耗量最少。
E点对应的氧浓度
1、氧气浓度：
A点：
D点以后：
A点到D点：
只无氧呼吸，释放较多CO2。
只进行有氧呼吸
无氧呼吸和有氧呼吸
应用：贮存粮食、水果等适宜的氧气浓度为：
五、细胞呼吸原理的应用及影响细胞呼吸的因素
A
E
F
B
D
B点表示：
有氧呼吸的CO2释放量=无氧呼吸CO2释放量
2、温度：温度主要通过影响酶活性来影响呼吸速率。
应用：① 零上低温贮存蔬菜、水果。② 在大棚蔬菜的栽培过程中，增加昼夜温差，减少有机物的消耗，提高产量。③温水和面发酵快。
3、二氧化碳浓度：
应用：地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。抑制细胞呼吸，减少有机物消耗。
4、水分
在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。
应用： ①粮食在收仓前要进行晾晒处理；
②干种子萌发前进行浸泡处理。
果蔬保存：零上低温、低氧、适宜水分。
种子保存：零上低温、低氧、干燥条件。
5.4光合作用与能量转化
一、捕获光能的色素和结构
要点：
①二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素（叶绿素）被破坏。
②用单层尼龙布过滤：不易吸附色素。③滤纸条的一端剪去两角：防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快，使色素扩散均匀。④画滤液细线的要求：细、直、齐，使分离的色素带清晰。⑤滤液干后，重画几次：使滤液细线含有较多色素
⑥层析液不能没及滤液线：防止色素溶解到层析液中。
纸层析法
扩散速度最快
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
含量多
类胡萝卜素（1/4）
主要吸收蓝紫光
叶绿素（3/4）
主要吸收蓝紫光和红光
光照影响叶绿素的合成，植物在黑暗的条件下一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
低温时叶绿素分子易被破坏，因而秋天叶片变黄。
缺少必需元素，如N Mg。
叶绿体的结构适于进行光合作用
①基粒和类囊体极大地扩展了受光面积；
②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；
吸收光能的色素分布在：叶绿体类囊体薄膜。
二、光合作用的原理
1、概念：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，并且释放出氧气的过程。
2、反应式：
3、光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
4、光反应阶段：必须有光才能进行
O2
CH2O
H2O
CO2
太阳能
类囊体
叶绿体基质
（3）物质变化:
（4）能量转化:
（2）条 件：
（1）场 所：
光能→ATP和NADPH中的活跃化学能
叶绿体的类囊体薄膜
光、色素、酶
NADPH的作用：活泼的还原剂，参与暗反应；为暗反应提供能量。
5、暗反应阶段：有光无光都能进行
（3)物质变化:
（4)能量转化:
（2)条 件：
（1)场 所：
叶绿体基质
多种酶、CO2
ATP和NADPH的水解
CO2的固定：CO2+C5→2C3
酶
C3的还原：2C3 C5+(CH2O)
酶
ATP、NADPH
ATP和NADPH中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能
O2
CH2O
H2O
CO2
太阳能
类囊体
叶绿体基质
1、请分析植物突然停止光照后，短时间内其体内的[H]和ATP,C3化合物和 C5化合物的含量如何变化？
停止光照
光反应停止
2、请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，短时间内其体内的[H]和ATP ，C3化合物和 C5化合物的含量如何变化？
[H] ↓
ATP↓
C3 还原受阻; CO2固定继续
C3 ↑
C5 ↓
CO2 ↓
CO2固定停止；
C3还原继续进行
C3 ↓
C5 ↑
议一议
6、 化能合成作用：能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。（自养生物包括光能自养生物和化能自养生物）
7、探究影响光合作用强度的因素
光合作用的强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的量。（通常用光合速率表示）
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
CO2
O2
A点：（黑暗时）
只进行呼吸作用
O2
CO2
AB段：
光合速率<呼吸速率
B点：光补偿点，
光合速率 = 呼吸速率
BC段：
光合速率〉呼吸速率
O2
CO2
（1）光照强度
C点时达到了光饱和点，
受限于CO2浓度等因素
AC段限制光合速率的因素是光照强度
C点之后限制光合速率的因素是CO2浓度或者酶的活性等
有机物制造量 = 有机物积累量 + 呼吸有机物消耗量
（2）CO2浓度
C点：CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；
D点：CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）此时受限于光照强度等
应用：1.多施有机肥或农家肥
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等.
3.大田中还要注意通风透气.
B点 ：进行光合作用所需CO2的最低浓度
A
B
C
D
0
吸收CO2
释放CO2
CO2浓度
（3） 温度
应用：1.适时播种
2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温
3.植物“午休”现象
原理： 温度通过影响酶的活性影响光合作用 温度过高时植物气孔关闭，光合速率会减弱。一定范围内，光合速率随温度升高而升高，超过最适温度，光合速率随温度升高而下降。
N：光合酶及ATP的重要组分
P： 类囊体膜和ATP的重要组分；
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
（4）水分和矿质元素
水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片
气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
光照下CO2的吸收量
黑暗中CO2的释放量
曲线c：净光合速率
曲线d：呼吸速率
E点：
净光合速率等于呼吸速率
总光合速率是净光合速率的2倍
曲线a、b的差值：
净光合作用强度
光合作用强度 = 呼吸作用强度
D点：
净光合作用强度为0
曲线分析3
1.沃柑果皮易剥，汁多香甜，深受喜爱。图甲表示沃柑植株进行光合作用的部分过程，A～E表示物质；图乙表示光照强度对沃柑叶肉细胞光合作用的影响；图丙表示对沃柑绿叶中色素的提取和分离的实验结果。据图回答问题
(1)甲图表示的是光合作用的____反应，A表示______，A可来源于有氧呼吸的第______阶段。(2)甲图的C和NADPH来源于______反应。若用14CO2提供给叶肉细胞追踪14C的转移，则其转移途径是____________。(3)沃柑长期处于图乙中b点的光照强度下，沃柑不能生长，原因是____________。
（4）沃柑是喜光植物，需要充足的光照，长期的阴雨天气会使叶片发黄，充足的光照条件下的色素带如图丙所示，对比两种条件下的色素带，长期阴雨天气下的______（填序号）色素带会变窄。
暗
CO2
二
光
14CO2→C3→(4CH2O)
b点叶肉细胞净光合速率为0，整株沃柑的净光合速率小于0 (叶肉细胞的光合速率小于整株植物的呼吸速率)，沃柑不能生长
3、4
2.如图是某植物叶肉细胞中光合作用和呼吸作用的物质变化示意简图，其中①～⑤为生理过程，a～h为物质名称，请回答下列问题：
(1)②③④发生的场所分别是_________、_________、__________。
(2) 假如白天突然中断二氧化碳的供应，则在短时间内f量的变化是 _________（填“增加”、“减少”或“不变”）；假如该植物从光照条件下移到黑暗处，h量的变化是 _________（填“增加”、“减少”或“不变”）。
(3) 图中e的中文全称是 __________。
线粒体基质
细胞质基质
叶绿体基质
增加
增加
腺苷三磷酸
3.如图表示酶所降低的活化能的是（　　）
A.ab段 B.bc段 C.cd段 D.ac段
A
4.ATP是细胞中的能量“通货”。下列叙述正确的是（　　）
A. ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和三个磷酸基团组成
B. 细胞中的吸能反应一般都与ATP的合成相联系
C. 剧烈运动时肌细胞中ATP合成速率大于分解速率
D. 细胞内以ATP作为能量“通货”是生物界的共性
D

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