细胞的能量供应和利用.doc

第5章细胞的能量供应和利用知识系统表解【本章总系统】【各节分系统】第1节 降低化学反应活化能的酶表5-1-1 【实验】比较过氧化氢在不同条件下的分解：实验理论1变量：（1）定义：实验过程中可以变化的因素，称为变量。（2）种类：自变量：人为改变的变量因变量：随自变量的变化而变化的变量无关变量：除自变量外，实验过程中可能存在的、对实验结果造成影响的可变因素。2对照实验：（1）定义：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫对照实验。（2）实验组和对照组：实验组：是接受实验变量处理的对象组对照组：对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组3在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。实验原理新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。经计算，质量分数为3.5的FeCl3溶液和质量分数为20的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。它们可以催化过氧化氢分解成水和氧。目的要求通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。材料用具材料：新鲜的质量分数为20的肝脏（如猪肝、鸡肝）研磨液。器材：量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架，石棉网，温度计。试剂：新配制的体积分数为3的过氧化氢溶液，质量分数为3.5的FeCl3溶液。方法步骤步骤操作方法加底物取4支洁净试管，编号为1、2、3、4，向各试管内各加2mLH2O2溶液。控制变量将2号试管放在90左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与1号试管作比较。向3号试管内滴入2滴FeCl3溶液，向4号试管内滴入2滴肝脏研磨液，仔细观察哪支试管产生的气泡多。检测23min后，将点燃的卫生香分别放入3号和4号试管内液面的上方，观察哪支试管中的卫生香燃烧猛烈。 现象（1）1号和2号试管对比，2号试管放出的气泡多。（2）3号和4号试管都能产生大量气泡，都能使卫生香燃烧，但4号试管产生的气泡数量比3号多，卫生香燃烧猛烈。实验结论（1）1号和2号试管对比，说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。（2）1号、3号、4号对比，说明酶具有催化作用。（3）3号和4号试管对比，说明酶的催化作用具有高效性。图解5-1-1 【资料分析】关于酶本质的探索：表5-1-2【探究】影响酶活性的条件：实验目的1通过实验过程加深对酶的特性的理解；2学会控制自变量；学会观察和检测因变量的变化，进行对照和重复实验；3促使学生积极合作参与探究活动，进一步掌握探究实验设计的方法；4养成实事求是的科学态度和一丝不苟、求真求实的科学精神。方法步骤观察现象初中做消化酶实验时，需控制温度等实验条件。加酶洗衣粉的包装袋上往往注明这种洗衣粉的适用温度。人患感冒发烧时，常常会食欲不振。 唾液淀粉酶、胃蛋白酶等消化酶都是在消化道中起作用的。不同部位消化液的pH不一样。唾液的pH为6.27.4，胃液的pH为0.91.5，小肠液的pH为7.6。唾液淀粉酶会随唾液流入胃，胃蛋白酶会随食糜进入小肠，这时唾液淀粉酶和胃蛋白酶还会起作用吗？提出问题（1）温度是否影响酶的活性？（2）pH是否影响酶的活性？作出假设酶的活性受温度和pH的影响。设计实验确定实验思路淀粉遇碘变蓝。淀粉酶可使淀粉水解成麦芽糖，麦芽糖遇碘不变蓝。新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶，可以催化过氧化氢分解成水和氧。由于该过程放出的氧以气泡的形式逸出，氧气积累量的多少可以影响到卫生香的燃烧程度，因此可以通过比较产生的气泡数量的多少和卫生香的燃烧情况来比较酶在不同条件下的催化效率。选择材料用具详见教材相关内容设计实验步骤预期实验结果步骤操作方法探究温度对酶活性的影响加底物取3支洁净的试管，分别编号为A、B、C，各注入2 mL可溶性淀粉溶液；加酶另取3支试管分别编号为A、B、C，在3支试管中各注入1 mL新鲜的淀粉酶溶液；保温将装有淀粉溶液和酶溶液的试管分成3组，放别放入热水（60）、沸水（100）、冰水（0）中，维持各自温度5min；混合分别将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液中，摇匀后，维持各自温度5min；检测在3支试管中各滴入12滴碘液，摇匀。结果预测A试管不会出现蓝色B和C试管中出现蓝色。探究pH对酶活性的影响加酶取三支洁净的试管编号为A、B、C，三支试管中分别滴入3滴新鲜的质量分数为20的肝脏研磨液，放到35的温水中保温5min；控制变量A试管中注入2mL蒸馏水，B试管中注入2mL NaOH溶液，C试管注入2mL HCl；加底物三支试管中注入2mLH2O2。堵住试管口，轻轻地振荡试管，使试管内的物质混合均匀，仔细观察哪支试管产生的气泡多。检测将点燃但无火焰的卫生香分别放入3支试管内液面的上方，观察并记录哪支卫生香燃烧猛烈。结果预测A试管中产生的气泡数量最多，卫生香燃烧猛烈；B和C试管中产生的气泡数量较少，卫生香燃烧不猛烈（或不燃烧）。进行实验按照实验方案认真操作，仔细观察，记录结果。分析结果得出结论通过对实验结果的分析，可得出以下结论：溶液的温度和pH对酶的活性都有影响，酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。表达交流略进一步探究在以上结论的基础上继续探究： 不同温度或pH条件下酶的活性差别有多大？感兴趣的话，建议你进行定量实验：用出现同一结果所需的时间来表示酶的活性，并根据实验数据绘制不同条件下酶活性的曲线图。除温度和pH外，还有哪些条件影响酶的活性？感兴趣的同学，可以查找有关资料。第2节 细胞的能量“通货”ATP功能直接给细胞的生命活动提供能量。中文名称三磷酸腺苷分子结构简式APPP，其中：A代表腺苷，P代表磷酸基团，代表高能磷酸键（水解释放的能量多达30.54kJ/mol，所以说ATP是细胞内的高能磷酸化合物），代表普通化学键。与ADP的相互转化过程在酶的作用下，ATP中远离A的高能磷酸键水解，释放出其中的能量，同时生成ADP和Pi；在另一种酶的作用下，ADP接受能量与一个Pi结合转化成ATP。参见教材图5-2特点转化时刻不停进行，且处于动态平衡中，该机制是生物界的共性。合成ATP时的能量来源动物、人、真菌、大多数细菌：呼吸作用植物：光合作用和呼吸作用ATP的利用（图解5-2-1）吸能反应：ATP水解供能，如主动运输、肌细胞收缩、生物发电和发光、大脑思考、物质合成等放能反应：合成ATP，释放的能量储存在ATP中。图解5-2-1 ATP的利用：第3节 ATP的主要来源细胞呼吸定义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，释放出能量并生成ATP的过程。方式【探究】探究酵母菌细胞呼吸的方式，详见表5-3-1。方式有氧呼吸反应式过程（图解5-3-1）步骤变化场所物 质 变 化能量释放原 料产 物1葡萄糖丙酮酸、少量H少量细胞质基质2丙酮酸、水二氧化碳、大量H少量线粒体（表5-3-2）3H、氧气水大量定义细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，释放能量，生成许多ATP的过程。与燃烧的比较作用条件能量释放能量去向有氧呼吸温和逐步释放部分储存在ATP中体外燃烧点燃一下子释放全部热能散失说明1mol葡萄糖彻底氧化分解，共释放出2870kJ的能量，其中有1161kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量以热能形式散失。无氧呼吸场所细胞质基质反应式过程1同有氧呼吸第一步反应；22C3H4O3C2H5OH+CO2（或C3H6O3）定义细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物，释放能量，生成少量ATP的过程。说明1微生物的无氧呼吸也叫发酵，产生酒精的叫酒精发酵，产生乳酸的叫乳酸发酵。21mol葡萄糖分解成乳酸共放出196.65kJ能量，其中61.08kJ储存在ATP中，其余以热能形式散失。3释能少的原因是大部分能量存留在酒精或乳酸中。应用详见教材中的【资料分析】表5-3-1【探究】探究酵母菌细胞呼吸的方式：实验理论对比实验：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对比实验。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。实验目的了解酵母菌采取何种方式进行细胞呼吸；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么；在实验中如何控制实验条件和检测实验结果；如何设计对照实验等。实验步骤观察现象酿酒过程中要用到酵母菌，在酵母菌的作用下通过发酵过程会产生酒精。提出问题1酵母菌发酵产生酒精是在有氧条件下还是在无氧条件下进行的呢？2酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，在不同条件下产生的CO2是否一样多？作出假设1酵母菌在无氧条件下产生酒精。2酵母菌在有氧条件下比在无氧条件下产生的CO2多。设计实验确定实验思路1无氧和有氧条件的控制：容器密封和通入无CO2的空气。2产物的鉴定：（1）酒精的鉴定：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇（俗称酒精）发生化学反应，变成灰绿色。（2）CO2的产生和产生的多少鉴定：CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。3保证酵母菌在整个实验过程中正常生活所需的营养物质：本实验采用质量分数为5的葡萄糖溶液培养酵母菌。选择材料用具新鲜的食用酵母菌，锥形瓶，质量分数为5的葡萄糖溶液，澄清石灰水，重铬酸钾溶液，浓硫酸溶液设计实验步骤预期实验结果步 骤操作方法结 果 预 期酵母菌培养液的配制取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B（500mL）中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5的葡萄糖溶液。检测CO2的产生用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置（见教材插图），并连通橡皮球（或气泵），让空气间歇性地依次通过3个锥形瓶（约50 min）。然后将实验装置放到2535的环境中培养810h。观察锥形瓶中澄清石灰水的变化。A装置中石灰水混浊程度大于B装置。（或A装置中溴麝香草酚蓝水溶液的变黄时间比B装置短。） 检测酒精的产生各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液（体积分数为9597）并轻轻振荡，使它们混合均匀。观察试管中溶液的颜色变化。装A锥形瓶培养液的试管不会出现灰绿色，装B锥形瓶培养液的试管橙色的重铬酸钾会变成灰绿色。进行实验实验方案确定后开始做实验。由于实验需要时间较长，观察的项目和次数要事先计划好，并做好记录。分析结果得出结论据实验结果得出实验结论：酵母菌的细胞呼吸有两种方式：有氧呼吸和无氧呼吸。有氧呼吸必需在有氧条件下进行，无氧呼吸需在无氧条件下进行。无氧呼吸的产物有酒精，同时也产生CO2，但CO2的产生量比有氧呼吸要少。表达交流略应用重铬酸钾可以检测有无酒精存在。这一原理可以用来检测汽车司机是否喝了酒。具体做法是：让司机呼出的气体直接接触到载有用硫酸处理过的重铬酸钾或三氧化铬的硅胶（两者均为橙色），如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾或三氧化铬就会变成灰绿色的硫酸铬。表5-3-2 线粒体：图解5-3-1细胞呼吸过程图：第4节 能量之源光与光合作用表5-4-1 光合作用场所叶绿体成分色素种类验证【实验】绿叶中色素的提取和分离，详见表5-4-2内容种 类颜 色含 量叶绿素叶绿素蓝绿色3/4叶绿素黄绿色类胡萝卜素胡萝卜素橙黄色1/4叶 黄 素黄 色功能验证将4种色素溶液分别放在阳光和三棱镜之间，从连续光谱中观察不同波长的光被吸收的情况。内容叶绿素主要吸收蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。应用温室或大棚为提高产量和改善品质使用不同颜色的光结构双层膜：外膜、内膜腔充满液态基质有许多基粒：由类囊体堆叠而成，色素分布于此，还有多种酶，并极大扩展了受光面积功能进行光合作用的场所【资料分析】定义发生范围（主要是绿色植物）、场所（叶绿体）、能量来源（光能）、原料（二氧化碳和水）、产物（储存能量的有机物和氧气）。探究历程详见表5-4-3反 应 式过 程阶段区 别联 系场所条件过程（教材图5-15）物质变化能量变化光反应类囊体膜光、酶、色素水在光下分解：H2OH+O2光能ATP中活跃的化学能1.互相交替同时进行；2.光反应为暗反应CO2还原提供H和ATP。ATP的形成：ADP+Pi+光能ATP暗反应叶绿体基质中多种酶二氧化碳的固定：CO2+C52C3ATP中化学能葡萄糖中化学能二氧化碳的还原：2C3+H+ATP(CH2O)+C5应用：提高强度，增加作物产量光合作用强度的定义：是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量措施控制光照强弱和温度高低、增加CO2浓度等【探究】环境因素对光合作用强度的影响，详见表5-4-4。表5-4-2 【实验】绿叶中色素的提取和分离：实验原理绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。绿叶中的色素不只一种，它们都能溶解在层析液中。然而，它们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。这样，几分钟之后，绿叶中的色素就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 材料：新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）。 器材：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（10mL），天平。 试剂：无水乙醇（如果没有无水乙醇，也可用体积分数为95的乙醇，但要加入适量的无水碳酸钠，以除去乙醇中的水分），层析液（由20份在6090下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成。93号汽油也可代用），二氧化硅和碳酸钙。 步骤操作方法相关解析提取绿叶中的色素取材称取5g绿色叶片，剪碎，放入研钵中。剪碎的目的是节省研磨时间，使研磨充分。研磨向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10 mL无水乙醇，进行迅速、充分的研磨。（二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。）放二氧化硅是有助于研磨得充分；放碳酸钙可防止研磨中色素被破坏；加无水乙醇是各种色素能溶于无水乙醇中被提取出来；迅速研磨是防止无水乙醇挥发影响实验。过滤将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）中进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。加棉塞的目的是防止滤液挥发。色素的分离制备滤纸条将干燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与宽的滤纸条，将滤纸条的一端前去两角，放入试管下端，并在距这一端1cm处用铅笔画一条细的横线。干燥是除去滤纸中极性水分子，排除水在扩散中的干扰；干燥的滤纸还可以使滤液线划得更细。不用普通滤纸是因为普通滤纸太粗糙，不利于色素分层。剪去两角是使层析液上升均匀，速度适当。画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后，再画一两次。线条划得越细越齐效果越好，这样可以避免色素带之间部分重叠，不然层析起点不一致，分层就不明显，使层析结果不清晰。重复画线是为了有足够的色素进行分离，分离效果更明显。层析将3mL层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。放滤纸条时，不能让滤液细线触及层析液，否则，将使色素溶于层析液以至实验失败。也可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。塞棉塞试管口是减少层析液挥发，还可稳定滤纸条。观察与记录观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色。将观察结果记录下来。滤纸条上四条色素带从上到下依次是：色素颜色宽度含量胡萝卜素橙黄色最窄最少叶黄素黄色较窄较少叶绿素a蓝绿色最宽最多叶绿素b黄绿色较宽较多表5-4-3 光合作用的探究历程：时间实验人实验过程结论未解决的问题直到18世纪中期认为植物建造自身的原料只有土壤中的水。未考虑到植物从空气中得到什么。1771年(英)普利斯特利蜡烛与绿色植物一起放在密闭玻璃罩内不熄灭；小鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内不易死。植物可以更新空气未发现光在植物更新空气中的作用。1779年（荷）英格豪斯做了植物更新空气的实验普利斯特利的实验只有在光下才能成功。人们不知道植物吸收和释放的是什么气体。1785年发现了空气的组成人们才知道绿叶放出的是O2，吸收的是CO2。这一过程中，光能哪里去了？1845年（德）梅耶根据能量转换和守恒定律指出植物进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。把光能转换成化学能贮存于什么物质中呢？1864年(德)萨克斯把饥饿处理过的绿色叶片一半曝光，另一半遮光，一段时间后碘蒸气处理，曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半无颜色变化。光合作用产生了淀粉光合作用释放的O2来自CO2还是水？1939年(美)鲁宾和卡门用同位素标