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(共44张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
步骤 试管编号
1 2 3 4 一
二
观察
结论 2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
复燃
剧烈复燃
过氧化氢在不同条件下分解速率不一样，在过氧化氢酶作用下分解速率最快
反应条件
自变量
因变量
无关变量
变量
H2O2 浓度
剂量
剂量
气泡产生
带火星的卫生香
对照实验
对照组
实验组
对照实验
遵循的原则：
③等量原则（无关变量相同且适宜）
②单一变量原则（只有一个自变量）
①对照原则
这幅图就形象的比拟了化学反应发生的过程，如果想把大石头从甲点移动到丙点，最费劲的无非就是将石头从甲点运到乙点的过程。
反应物往往要先从常态变为活跃状态，然后才能完成后续的反应，达到终态获得产物。
反应物从常态转化为容易发生化学反应的活跃状态需要能量的，就称为活化能。
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的能量。
二、酶起催化作用的机理
乙
丙
甲
活化能
1.5min
加热使H2O2得到了能量；
无机催化剂和酶都能降低化学反应的活化能；
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。
酶的作用机理：降低化学反应的活化能。
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德
发酵与 有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用
引起发酵的是细胞中的 ，但这些物质只有在酵母细胞 并裂解后才能发挥作用
毕希纳
萨姆纳
李比希
酵母细胞中的 能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，并把这种物质称为酿酶。
提取、证明脲酶是
切赫、奥尔特曼
少数 也具有生物催化功能
三、关于酶本质的探索
活细胞
某些物质
死亡
某些物质
蛋白质
RNA
酶促反应: 由酶催化的反应称为酶促反应
根据本节课的学习，给酶下一个定义。
酶是 产生的具有 的
，大多数是 ，少数是 。
活细胞
催化作用
有机物
来源
唯一功能
蛋白质
RNA
本质
2H2O2 2H2O + O2
过氧化氢酶
底物（反应物）
产物（生成物）
化学本质 绝大多数是_______ 少数是_________
元素组成
合成原料
合成场所
来源 作用场所 作用机理 RNA
蛋白质
核糖核苷酸
氨基酸
核糖体
主要是细胞核（真核细胞）
细胞内、外，生物体外均可发挥催化作用
C、H、O、N、(S)
C、H、O、N、P
一般来说，活细胞都能产生（除哺乳动物成熟的红细胞等）
比较两种不同本质的酶
降低化学反应的活化能
Fe3+
过氧化氢酶
酶的高效性是指与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。
一、酶具有高效性
酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
探究淀粉酶是否只能催化淀粉水解。
实验目的
实验原理
淀粉和蔗糖都是非还原糖。
淀粉和蔗糖在酶的作用下都能水解成还原糖。
通过斐林试剂鉴定溶液中是否有还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化淀粉水解。
实验设计
1 号试管 2 号试管
步 骤 一 2ml 淀粉溶液 2ml 蔗糖溶液
二 加入 2ml 新鲜的淀粉酶溶液，振荡，约 60℃ 保温 5min 三 加入 2ml 斐林试剂，水浴加热 1min 现象 ？ ？
时间
底物的
剩余量
底物A + 酶B
底物B + 酶B
(1)专一性模型解读
(2)专一性的曲线解读
底物的
剩余量
底物A + 酶B
底物A + 酶A
时间
0
0
二、酶具有专一性
探究温度对酶活性的影响
试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′
实验步骤 一 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液
二 放入0 ℃冰水中水浴10 min 放入60 ℃温水中水浴10 min 放入100 ℃热水中水浴10 min 三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃温水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入两滴碘液，振荡摇匀，观察 实验现象 实验结论 呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会降低酶的活性
实验结果
分析自变量、因变量、无关变量
失活
失活
失活
抑制
低温能抑制酶的活性，但不会使酶失活，温度升高后酶的活性能恢复，而高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏使酶永久失活，不可恢复。
酶的作用条件较温和
酶的专一性
每一种酶只能催化一种或一类的化学反应
酶的催化效率是无机催化剂的107 ~1013 倍
酶的高效性
酶的作用条件较温和
酶所催化的反应一般是在比较温和的条件下进行的。
酶的特性
除了前面提到的温度、PH还有酶的数量、底物的浓度也会影响酶促反应速率。
在一定范围内，反应速率随底物浓度的增大而加快；但达到一定值后，受酶数量的限制，反应速率不再加快。
酶促反应速率
底物浓度
酶数量有限
酶促反应速率
酶的浓度
底物足够多的情况下
反应速率随酶浓度的升高而加快
四、影响酶促反应速率的因素
0
0
底物足够多
第五单元
细胞的能量供应和利用
5.2 细胞的能量“货币”ATP
元素组成：
中文名称：
结构简式：
A:
P:
-:
~:
ATP是一种高能磷酸化合物
腺嘌呤
核糖
腺苷(A)
三个磷酸基团
ATP
~
~
P
P
P
腺苷
磷酸基团
普通化学键
特殊化学键
腺苷三磷酸
结构式
C H O N P
A-P~P~P
~
~
P
P
P
相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。
负电
负电
负电
ATP是一种高能磷酸化合物
~
P
P
Pi
ADP
腺苷二磷酸
ATP
腺苷三磷酸
磷酸基团挟 能量与其他分子结合
水解酶
1molATP水解释放的能量高达30.54kJ，所以说，ATP是高能磷酸化合物。
动动手：写出ATP水解的反应式
1.ATP水解时，哪个特殊化学家容易断裂 (远离A的特殊化学键)
哪个磷酸基团容易脱离ATP？（远离A的磷酸基团）
ATP
水解酶
能量
ADP + Pi +
合成酶
ATP与ADP可以相互转化
Pi
能量
Pi
能量
水解
合成
动态平衡
光
合
作
用
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
人、动物、
真菌、多数细菌等
绿 色 植 物
能量
ADP + Pi +
ATP
酶
ATP合成：
ATP与ADP可以相互转化
能量哪里来的？
四、ATP的利用
胞外
胞外
胞外
1.参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶，当膜内侧Ca2+与其相应位点结合时，酶活性就被激活了。
2.在载体蛋白这种酶的作用下，ATP的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
3. 载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使 Ca2+ 的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。
ATP为主动运输供能示意图
能量有什么用？
用于大脑思考（电能）
用于肌肉收缩（机械能）
用于生物发光(光能)
用于生物发电（电能）
用于物质合成（化学能）
四、ATP的利用
细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。
吸能反应
ATP
ADP
水解
合成
各项生命活动
氧化分解
能量
能量
葡萄糖、脂肪中的能量不能被直接利用
吸能反应：(伴随ATP水解）由ATP水解提供能量。
ATP在吸能反应和放能反应之间流通，是细胞内能量流通的“货币”，满足细胞各项生命活动对能量的需求。
吸能反应
放能反应
ATP水解 ATP合成
反应式 ATP→ADP＋Pi＋能量 能量＋Pi＋ADP→ATP
酶的类型
场所
能量来源
能量去向
酶
酶
ATP水解酶
ATP合成酶
细胞质基质、线粒体、叶绿体
存在于细胞的各个部位
用于各项生命活动
有机物中的化学能或光能
这不是可逆反应，而是一个循环式反应。
物质可逆，但能量不可逆，酶不同。
所有细胞的能量供应机制，体现生物界的统一性。
小结
第3节 细胞呼吸
实验·探究 酵母菌细胞呼吸的方式
B
酵母菌
培养液
C
质量分数为10%的NaOH溶液
A
酵母菌
培养液
D
澄清的
石灰水
气泵
E
任务：运用以上装置分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置
C
质量分数为10%的NaOH溶液
A
酵母菌培养液
D
澄清的
石灰水
气泵
E
B
酵母菌培养液
D
澄清的
石灰水
有氧呼吸装置
无氧呼吸装置
新鲜的食用酵母菌（10g）+5%葡萄糖溶液（240ml)
设计实验
进行实验
观察现象
得出结论
提出问题
作出假设
NaOH溶液：可吸收空气中的CO2。
锥形瓶B为什么要放置一段时间后连接D瓶？
实验·探究 酵母菌细胞呼吸的方式
设计实验
进行实验
得出结论
提出问题
作出假设
观察现象
条件 澄清石灰水/浑浊程度 溴麝香草酚蓝溶液/变色的时间 酸性重铬酸钾（橙色）
有氧
无氧
变混浊／大
变混浊／小
变为灰绿色
不变灰绿色
蓝→绿→黄/长
蓝→绿→黄/短
1.酵母菌有氧呼吸产生CO2，无氧呼吸产生酒精和CO2
2.酵母菌有氧呼吸产生的CO2比无氧呼吸多
实验结论：
线粒体
细胞质基质
C6H12O6
2C3H4O3
酶1
能量
4[H]
6H2O
酶2
能量
6CO2
20[H]
6O2
大量能量
12H2O
酶3
探究二、有氧呼吸
[H]是NADH的简写。NADH：还原型辅酶Ⅰ，NAD+：氧化型辅酶Ⅰ。
C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量
2870kJ
977.28kJ
1892.72kJ
酶
少部分储存在ATP中
大部分以热能形式散失
有氧呼吸释放的能量去向是？
977.28 30.54=32
思考：反应式中的能量能否写成ATP？
不能！
①物质变化：
②能量转化：
有机物(葡萄糖) → 无机物(CO2+H2O)
有机物中稳定的化学能 →
+ 热能
ATP中活跃的化学能
(1)产物为酒精:
(2)产物为乳酸:
C6H12O6
酶
+少量能量
2C3H6O3(乳酸）
2C2H5OH（酒精）+2CO2
C6H12O6
酶
+少量能量
微生物无氧呼吸的类型:
酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫作_____,根据产物不同分为乳酸
发酵和_________。
发酵
酒精发酵
葡萄糖分子中大量的能量存留在酒精或乳酸中
三、无氧呼吸
思考：
1.无氧呼吸过程葡萄糖中的能量有没有完全释放？
2.能量去向？
四、细胞呼吸原理的应用
避免厌氧病原菌的繁殖
有氧：大量繁殖
无氧：酒精发酵
有利于根细胞有氧呼吸
零上低温、低氧
有氧运动：防止产生大量乳酸，使肌肉酸痛
第4节 光合作用与能量转化
第一课时 捕获光能的色素
第五章 细胞的能量供应和利用
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。
地球上最重要的化学反应
自然界“万物生长靠太阳
绿叶
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
棉塞
实验步骤
3
提取绿叶中的色素
防止无水乙醇挥发和色素氧化褪色
色素会吸附在滤纸上，导致收集的滤液中色素含量低
减少无水乙醇挥发,保证提取更多色素
制备滤纸条
铅笔线
画滤液细线
要求：细 齐 直
干燥后重复1—2次
滤液细线
实验步骤
3
积累更多的色素
使分离出的色素带清晰分明。
防止层析液沿滤纸边缘扩散过快，使分离出的色素带整齐。
使分离出的色素带整齐不重叠。
分离绿叶中的色素
层析液
培养皿
层析液液面
滤液细线
注意：滤液细线不能触及层析液
防止层析液挥发
实验步骤
3
防止色素溶解于层析液中，不能在滤纸条上扩散。
类胡萝卜素
叶绿素
含量约占1/4
含量约占3/4
绿叶中的色素
(光合色素)
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
归纳：绿叶中的色素
类囊体薄膜
外膜
内膜
类囊体
基粒
基质
合作探究二：请同学们阅读教材P100，同桌合作完成：
二、叶绿体的结构
1.叶绿体结构？
2.吸收光能的色素分布在哪里？
3.叶绿体如何增大膜面积？意义？
基粒和类囊体；
扩展了受光面积。
1、NADPH和ATP的移动方向是什么？
2、NADP+和ADP的移动方向是什么？
3、NADPH的作用？
4.光反应和暗反应的联系？
类囊体薄膜→叶绿体基质
叶绿体基质→类囊体薄膜
还原剂
储存能量供暗反应阶段利用
思考：
光反应为暗反应提供ATP和NADPH，
暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+
光反应阶段
暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
光、色素、多种酶
多种酶
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质中
水的光解；
ATP、NADPH的形成
CO2的固定； C3的还原
ATP和NADPH中活跃化学能
光能
ATP和NADPH中
活跃化学能
有机物中稳
定化学能
光反应为暗反应提供NADPH和ATP
暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+ 。
联系
光反应与暗反应的比较
思考：条件变化时，短时间内各物质含量的变化。
条件 C3 C5 ATP和NADPH (CH2O)合成量
减弱光照，CO2不变
增强光照，CO2不变
光照不变，减少CO2
光照不变，增加CO2
增加
减少
减少
减少
减少
增加
增加
增加
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
光合作用
概念
光合作用的过程
光合作用的原理的探索
光反应
暗反应
反应式
希尔
鲁宾和卡门
阿尔农
卡尔文
水的光解
NADPH 和 ATP 的形成
CO2 的固定
C3 的还原
ATP和NADPH分解
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
课堂小结：
1.关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是
A.研磨时加入适量二氧化硅，有助于提高过滤液的色素浓度
B.可用干燥定性滤纸置于玻璃漏斗基部进行过滤，收集滤液
C.可用盖玻片蘸取滤液，沿铅笔细线按压出均匀的色素细线
D.层析后出现的色素带，其位置、颜色和宽窄蕴含不同信息
√
习题巩固：
2．韭菜完全在黑暗中生长会变成黄色，称之为“韭黄”。提取并分离韭黄叶片色素，与正常韭菜叶相比，层析带只有上端两条色素带。下列实验操作和结果分析的相关叙述，错误的是（ ）A．可用无水乙醇进行色素提取
B．分离色素时层析液不能触及滤液细线
C．层析带上的色素主要吸收红光
D．实验可说明叶绿素的合成需要光照
C
习题巩固：

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