资源简介

第四单元 细胞的能量供应及利用
1.细胞代谢：
（1）概念：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
（2）条件：需酶的催化。
（3）意义：细胞代谢是细胞生命活动的基础。
2.比较过氧化氢在不同条件下的分解：
（1）实验目的：
比较过氧化氢在不同条件下的分解速率。
尝试探究过氧化氢酶的作用。
（2）实验原理：新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶，它和无机催化剂Fe3＋都能催化过氧化氢分解为水和氧气。
（3）实验过程：
实验的变量与对照
自变量 因变量 无关变量 对照组 实验组
2号：90 ℃水浴加热 用单位时间内产生气泡的数目多少表示H2O2分解速率 加入H2O2的量；实验室温度；FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度 1号试管 2、3、4号试管
3号：加入3.5%FeCl3溶液2滴
4号：加入20%肝脏研磨液2滴
由上述实验可以说明：
①1、4号试管对照 酶具有催化作用。
②1、3、4（或3、4）号试管对照 与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
（4）实验结论：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
3.酶的作用机理：
（1）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。
（2）酶的作用机理：通过降低化学反应所需要的活化能而加快反应速率。
（3）意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。
4.酶的本质的探索过程：
（1）1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。
（2）巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。
（3）争论：
巴斯德（法国）1857年提出：只有活酵母细胞参与才能进行发酵。
李比希（德国）认为：酵母细胞死亡裂解后释放出某种物质，引起发酵。
（4）毕希纳（德国）：获得不含酵母细胞的提取液，他将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。但未能分离鉴定出酶。
（5）萨姆纳（美国）：1926年用丙酮提取出了刀豆种子中的脲酶，并证明了其化学本质是蛋白质。
（6）切赫和奥特曼（美国）：20世纪80年代，发现少数RNA也具有催化功能。
5.酶的概念理解：
（1）来源：活细胞产生的。
（2）作用：具有催化作用。
（3）化学本质：有机物，绝大部分是蛋白质，少部分是RNA。
6.酶本质的实验验证：
（1）实验设计思路：
组别 待测液 检验试剂 现象
实验组 唾液淀粉酶 双缩脲试剂 出现紫色
对照组 已知蛋白液 双缩脲试剂 出现紫色
（2）实验结论：唾液淀粉酶是蛋白质。
7.酶具有高效性
（1）含义：酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍。
（2）意义：使细胞代谢快速进行。
（3）曲线：加入酶、无机催化剂和不加催化剂时，化学反应达到平衡点时所需时间不同。
8.酶具有专一性
（1）含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
（2）锁钥模型：图中A表示酶，B表示被酶催化的底物，E和F表示催化后的产物，而C和D则表示不能被该酶催化的物质。
（3）意义：使细胞代谢能够有条不紊地进行。
（4）曲线：分别向蔗糖溶液和麦芽糖溶液中加入麦芽糖酶，底物剩余量不同。
9.酶的专一性实验设计：
实验原理
淀粉、蔗糖均为非还原糖，不能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。
淀粉酶可以催化淀粉水解为还原糖，但不能催化蔗糖水解。
实验设计思路：
步骤 1 淀粉＋淀粉酶 蔗糖＋淀粉酶
2 等量斐林试剂，水浴加热相同时间
现象 出现砖红色沉淀 无颜色变化
结论 酶具有专一性
实验分析：
自变量：反应物的不同。
无关变量：溶液的量、温度等。
因变量：溶液是否出现砖红色沉淀。
10.酶的作用条件较温和
（1）酶活性：可用在一定条件下酶催化某一化学反应的速率表示。
（2）酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温只能使酶的活性降低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。
11.探究不同温度对酶活性的影响：
（1）实验原理：淀粉遇碘变蓝，根据不同温度下相同时间内反应后的溶液是否出现蓝色以及蓝色的深浅可以判断淀粉被水解的量，从而判断不同温度下酶的活性。
（2）实验过程：
试管 步骤 1 1′ 2 2′ 3 3′
淀粉溶液 2 mL / 2 mL / 2 mL /
淀粉酶溶液 / 1 mL / 1 mL / 1 mL
不同温度下处理5 min 0 ℃ 60 ℃ 100 ℃
将同一温度下的两种物质混合后保温5 min
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
结果（现象） 变蓝 不变蓝 变蓝
（3）实验结论：酶的催化作用需要在适宜的温度下进行，温度过高或过低都会影响酶的活性。
12.探究pH对酶活性的影响：
实验原理：过氧化氢可在过氧化氢酶的作用下分解产生氧气和水，根据不同pH下气泡产生的快慢可判断过氧化氢酶的活性。
实验过程：
取8支洁净的试管并编号，分别加入等量新鲜的肝脏研磨液。
用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH（如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0）。
分别滴加等量的过氧化氢溶液并摇匀。
用点燃但无火焰的卫生香来检测氧气的生成情况。
实验结论：酶发挥催化作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会影响酶的活性。
13.温度和PH共同作用对酶活性的影响：
底物浓度和酶浓度影响酶促反应的速率
14.酶浓度影响酶促反应速率：
曲线：
要素解读：在有足够底物而又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。
15.底物浓度影响酶促反应速率：
曲线：
要素解读：
底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加。
当底物浓度达到一定值后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再增加。
16.ATP是一种高能磷酸化合物
（1）中文名称：腺苷三磷酸。
（2）结构简式：A－P～P～P。
注：A代表腺苷（由腺嘌呤和核糖组成），T代表“三”，P代表磷酸基团，其结构简式是A—P～P～P，其中“—”代表普通化学键，“～”代表一种特殊的化学键。
17.ATP的分子组成：
（1）元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。
（2）AMP是RNA的基本组成单位。
（3）ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
18.结构特点：
（1）不稳定：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得“～”这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。
（2）高能量：1 mol ATP水解释放的能量高达30.54kJ，所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。
19.功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
※生物体内的能源物质总结
能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
主要能源物质：糖类。
储能物质：脂肪、淀粉（植物细胞）、糖原（动物细胞）。
主要储能物质：脂肪。
直接能源物质：ATP。
最终能量来源：太阳能。
20.ATP与ADP相互转化
（1）ATP转化为ADP：ATPADP＋Pi＋能量。
（2）ADP转化为ATP过程：ADP＋Pi＋能量ATP。
（3）图示：
21.ADP合成ATP的能量来源
绿色植物，既可来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量。
动物、人、真菌和大多数细菌，均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。
ATP水解成ADP释放的能量去向：各项生命活动。
22.相互转化特点：
（1）ATP和ADP相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。
（2）ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的共性。
23.ATP水解释放的能量用于各项生命活动
（1）实例：细胞的主动运输、肌细胞收缩、生物发电发光、大脑思考、细胞内的物质合成。
（2）ATP为主动运输供能的过程分析
Ca2＋主动运输的载体蛋白也是催化ATP水解的酶，膜内侧的Ca2＋与其载体结合时激活该酶，将ATP水解。
ATP水解时，脱离下来的磷酸基团与载体蛋白结合即载体蛋白的磷酸化。
载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化。
24.ATP是细胞内流通的能量“货币”
（1）吸能反应一般与ATP水解相联系；放能反应一般与ATP合成相联系。
（2）能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间流通。
※易混淆的2个与ATP产生量有关的曲线辨析
（1）甲图表示ATP产生量与O2供给量的关系
A点表示无氧条件下，细胞可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
AB段表示随O2供给量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生量随之增加。
BC段表示O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。
（2）乙图可表示哺乳动物成熟的红细胞中ATP来自无氧呼吸，与O2无关。
25.细胞呼吸的概念、本质和类型
（1）概念：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。
（2）本质：氧化分解有机物释放能量。
（3）类型：细胞呼吸根据是否需要氧气参与可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型，其中，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。
（4）意义：为生物体的生命活动提供能量，为体内其他化合物的合成提供原料。
26.线粒体的结构
27.有氧呼吸
（1）概念：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，生成大量ATP的过程。
。
（3）过程
第一阶段 第二阶段 第三阶段
场所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
反应物 葡萄糖 丙酮酸、水 [H]、O2
生成物 丙酮酸、[H]、 ATP CO2、[H]、 ATP H2O、ATP
能量 少量能量 少量能量 大量能量
（4）与有机物在体外燃烧相比，有氧呼吸是在温和的条件下进行的；有机物中的能量是逐渐释放的；少部分能量储存在ATP之中，大多数能量以热能的形式散失。
28.无氧呼吸
（1）概念：细胞在无氧条件下，经过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，产生酒精和CO2或乳酸等，释放能量，生成少量ATP的过程。
（2）场所：全过程是在细胞质基质中发生的。
（3）过程：
第一阶段
第二阶段 产物 酒精和CO2 大多数植物、酵母菌等
乳酸 高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等
29.探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验原理
（1）酵母菌的代谢类型：在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
（2）细胞呼吸方式的判断：在有氧和无氧条件下，细胞呼吸的产物不同，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。
实验装置
（1）甲装置中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2。
（2）乙装置中，B瓶应封口放置一段时间，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，目的是让酵母菌消耗尽瓶中的O2。
（3）检测酒精的产生：自A、B中各取2mL酵母菌培养液的滤液分别注入编号为12的两支试管中→分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。
产物的检测
产物 检测试剂 实验现象（颜色变化）
CO2 澄清的石灰水 变混浊
溴麝香草酚蓝水溶液 由蓝变绿再变黄
酒精 在酸性条件下，使用橙色的重铬酸钾 橙色→灰绿色
实验结论
（1）酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
（2）在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水。
（3）在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
实验注意事项
（1）配制培养液时，葡萄糖溶液要先煮沸后冷却到常温，再加入酵母菌，一方面可以灭菌，另一方面可以让无氧条件下的实验组去除培养液中的氧气。
（2）有氧条件下的实验组必须通入空气，但通入的空气必须先用NaOH溶液处理，目的是吸收CO2，从而排除空气中CO2的干扰。
（3）无氧条件下的实验组必须先封口放置一段时间，再连接澄清石灰水，目的是将空气中的氧气消耗完，确保产物中的CO2来自无氧呼吸。
（4）澄清石灰水变混浊不能证明酵母菌的呼吸方式，因为酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。
30.细胞呼吸原理的应用
类型 应用 原理
有氧呼吸 粮食储藏 低温、低氧、干燥抑制细胞呼吸，减少有机物消耗
土壤松土 利用根的有氧呼吸（产生大量能量），促进无机盐的吸收
稻田定期排水 促进水稻根细胞有氧呼吸，同时避免根无氧呼吸产生的大量酒精对细胞产生毒害作用，使其腐烂
酿醋、味精生产 醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌在通气条件下进行有氧呼吸，产生醋酸或谷氨酸
提倡慢跑等有氧运动 防止无氧呼吸产生过多乳酸使肌肉酸胀乏力
无氧呼吸 酿酒 酵母菌无氧呼吸，产生酒精
制作酸奶、泡菜 乳酸菌无氧呼吸，产生乳酸
用透气纱布或“创可贴”包扎伤口 增加氧气透入量，避免厌氧病菌的繁殖，有利于伤口的愈合
31.温度对细胞呼吸的影响
原理：温度通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。
32.O2浓度
33.曲线变化分析
（1）当O2浓度为0时，只进行无氧呼吸；
（2）0＜O2浓度＜5%，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强，但总的细胞呼吸强度逐渐减弱；
（3）当O2浓度达到5%时，释放CO2最少，细胞呼吸强度最弱，是种子、果蔬储存的最佳O2浓度；
（4）当O2浓度达到一定值（10%）后，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸；
（5）随O2浓度进一步增大，有氧呼吸先增强后基本不变（受呼吸酶数量等因素的影响）。
34.CO2浓度
原理：CO2是细胞呼吸的产物，随着CO2浓度的增大，对细胞呼吸抑制作用增强。
35.水
原理：在一定范围内，细胞呼吸速率随细胞内水的含量的增加而增大。当含水量超过一定的范围时，细胞呼吸会受到抑制，甚至造成植物死亡。
36.绿叶中色素的种类与光能吸收
色素种类 叶绿素（3/4） 类胡萝卜（1/4）
叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素
颜色 蓝绿色 黄绿色 橙黄色 黄色
光能吸收 主要吸收蓝紫光和红光 主要吸收蓝紫光
分布 叶绿体的类囊体的薄膜上
37.叶绿体的结构和功能
（1）分布：主要分布在绿色植物的叶肉细胞中。
（2）形态：在光学显微镜下观察，水稻、苹果等被子植物的叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形。
38.叶绿体的结构
（1）双层膜：内膜、外膜。
（2）基粒：每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体，吸收光能的四种色素和与光合作用有关的酶就分布在类囊体的薄膜上。叶绿体中的基粒和类囊体极大地扩展了受光面积。
（3）基质：基粒与基粒之间充满了基质，基质中含有与光合作用有关的酶、少量的DNA。
39.功能：是绿色植物进行光合作用的场所。
40.实验：绿叶中色素的提取和分离
实验原理
（1）色素提取的原理
绿叶中的色素能够溶解在无水乙醇等有机溶剂中，可以利用无水乙醇提取绿叶中的色素。
（2）色素分离的原理
绿叶中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得快，反之则慢。因此，不同的色素会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
目的要求
（1）进行绿叶中色素的提取和分离
（2）探究绿叶中含有几种色素
材料用具
（1）材料：新鲜的绿叶
（2）用具：干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒，天平
（3）试剂：无水乙醇，层析液，二氧化硅和碳酸钙
实验过程
实验过程 注意事项 操作目的
提取色素 选材 选取新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高
研磨 研磨时加入5~10mL无水乙醇 溶解叶片中的色素
研磨时加入少许二氧化硅和碳酸钙 二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止色素被破坏
迅速、充分研磨 防止乙醇挥发并充分溶解色素
过滤 盛放滤液的小试管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素分子被氧化
分离色素 制备滤纸条 滤纸条预先干燥处理 使层析液在滤纸条上快速扩散
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
画滤液细线 滤液细线要直、细、齐 使分离出的色素带平整，不重叠
待滤液干后再重画一到两次 附着更多色素，使分离出的色素带清晰，便于观察
分离色素 滤液细线不能触及层析液 防止色素直接溶解到烧杯内的层析液中
实验结果（滤纸条色素带分布状态）
光合作用
（1）概念：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。
（3）光合作用可分为光反应和暗反应（也叫作碳反应）两个阶段。
42.探索光合作用原理的部分实验
科学家 研究方法 实验结论或观点
恩格尔曼 光束照射水绵，观察需氧细菌分布 叶绿体释放氧气，叶绿体是光合作用的场所
希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，并光照 离体叶绿体在适当条件下可发生水的光解，产生氧气
鲁宾和卡门 同位素示踪法 光合作用释放的O2来自水
阿尔农 光照下，叶绿体可合成ATP，且这一过程总与水的光解相伴随
卡尔文 同位素示踪法 探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径（卡尔文循环）
43.光合作用的过程
①NADPH ②ATP ③CO2 ④（CH2O） ⑤光反应 ⑥暗反应
项目 光反应 暗反应
区别 反应场所 在叶绿体类囊体薄膜上进行 在叶绿体的基质中进行
反应条件 需要光照、色素、酶等 需要酶、CO2等
物质变化
能量转化 光能→ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能→（CH2O）中的化学能
联系 （1）光反应为暗反应提供NADPH、ATP；暗反应为光反应提供ADP、P和NADP＋；NADPH为C3的还原过程提供能量和还原剂。 （2）没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成。 总之，光反应是暗反应物质变化和能量转化的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质变化和能量转化的完成阶段
44.探究光照强弱对光合作用的影响
实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内小圆形叶片上浮的数量越多。
实验流程：
（1）打出圆形小叶片。
（2）抽出叶片内的气体。
（3）圆形小叶片沉到水底。
（4）强、中、弱三种光照处理。
（5）观察并记录一段时间内圆形小叶片浮起的数量。
实验结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数量越多，说明一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度不断增强。
45.光照强度对光合作用的影响：
光照的长短和强弱会影响光合作用的强度。在一定范围内，光照强度越强，光反应强度强，能为暗反应提供的原料越多，故总体光合作用强度越大。
（1）曲线解读
A点光照强度为0，此时只进行呼吸作用，CO2的释放量表示呼吸强度。
AB段表示随光照强度加强，光合作用强度逐渐加强，但呼吸作用强度仍大于光合作用强度。
B点时，光合作用强度等于呼吸作用强度，B点称为光补偿点（白天光照强度在光补偿点以上，植物才能正常生长）。
BC段表示随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，此时光合作用强度大于呼吸作用强度。
C点时，光合作用强度达到最大，C点称为光饱和点。
（2）生产应用
温室大棚适当增加光照强度可增加光合作用强度，如顶棚采用无色透明玻璃、适当延长光照时间、增加光合作用面积（合理密植）。
46.光质：叶绿体中的色素吸收光能的多少与光质（不同波长的光）有关，白光是复合光，红光和蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。
47.CO2浓度：在一定范围内，空气中CO2的多少直接影响暗反应中CO2的固定，进而影响光合作用速率。
（1）曲线解读：在一定的范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
A点：CO2补偿点。表示光合作用强度等于细胞呼吸强度时的CO2浓度。
B点：CO2饱和点。限制B点的因素是酶的数量和最大活性及光照强度等环境因素。
（2）生产应用：大田中增加空气流动，以增加CO2浓度，如“正其行，通其风”；温室中可增施有机肥，以增大CO2浓度或使用CO2发生器适当提高CO2浓度，可有效提高光合速率。
48.温度：温度能影响光合作用有关酶的活性，进而影响光合作用的速率。
（1）曲线解读：温度主要通过影响酶活性来影响光合作用强度。B点为最适温度。
（2）生产应用：白天将温度调到光合作用的最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温度，降低酶的活性，以降低细胞呼吸强度，保证有机物的积累。
49.水分：水是光合作用的原料。植物缺水时不仅无法为光反应供应原料，而且会关闭气孔，以减少蒸腾作用，从而影响对CO2的吸收。如晴朗的夏季中午，气温较高，植物因蒸腾作用而失水，光合作用速率下降，出现“午休”现象。
50.无机营养：缺少N影响光合酶、光合色素的合成，缺少P影响ATP的合成，缺少Mg、Fe影响叶绿素的合成。
（1）生产应用：合理施肥促进叶面积增大，提高酶合成速率，加快光合作用速率；施用有机肥，被微生物分解后既可补充CO2，又可提供各种矿质元素。
（2）另外，病虫害、植物的叶龄、叶面积指数、阴生和阳生、C3植物和C4植物等植物自身因素也影响光合作用。
51.多因素对光合速率的影响
（1）P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
（2）Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
52.化能合成作用
（1）概念：利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制作有机物的合成作用。
（2）实例：硝化细菌能利用氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸，这两个过程中释放的化学能将二氧化碳和水合成为糖类，供自身利用。
呼吸过程中[H]和ATP来源、去路的比较

展开更多......

收起↑