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文档简介

2010年高中生命科学讲义(上)1.0版1 生命科学简史1、17世纪显微镜的发明,使生命科学的研究进入了细胞水平。2、1838-1839年,施莱登、施旺提出“细胞学说”。1859年,达尔文发表物种起源,提出“进化论”。3、生命科学早期,主要采用描述法和比较法。随着生命科学发展,主要采用实验法。4、1953年,沃森、克里克提出了DNA双螺旋结构分子模型,使生命科学的研究进入了分子水平。5、中国科学家合成了结晶牛胰岛素、酵母丙氨酸转移核糖核酸。6、20世纪,人类基因组计划(生命科学的“阿波罗登月计划” )完成,测了24条染色体。7、在生命科学领域,保护生物多样性是保护地球生态系统的重点。8、生命科学探究活动的基本步骤:提出疑问提出假设设计实验实验实施分析数据结论新的疑问。在提出假设后,可以通过观察、调查、实验来检验假设是否正确,从而获得新的发现和新的理论。2 生命的物质基础地球上现有200多万种生物。生物与非生物都由化学元素组成,组成各种生物的化学元素基本相同,组成各种生物的化合物基本相同。组成生物的无机物包括水和无机盐。【水】在组成生物体的化合物中,水的含量最多,一般约占70%。人体缺水10%时会导致生理活动紊乱,缺水20%时则生命活动终止,人体一般每天至少补充水2000ml。一般而言,细胞要生存在以水为基础的液体环境中;水是许多生物化学反应的介质;水能帮助运输物质;水能调节体温。水在生物体内,绝大多数以游离形式存在,称为自由水;小部分水参与细胞内结构组成,称为结合水。干种子内主要含有结合水;代谢越旺盛的器官,则自由水含量越高。【无机盐】生物体内的无机盐大多数以离子状态存在,含量约占1%。无机盐的主要功能有:无机盐参与细胞组成。例如:Fe是血红蛋白的主要成分、Mg是叶绿素的主要成分、Ca是骨骼与牙齿的重要成分。无机盐参与生物体的代谢活动。例如血液中缺Ca会导致肌肉抽搐。无机盐参与调节内环境稳定。例如0.9%生理盐水能维持红细胞的正常形态、HCO3-使血液酸碱度稳定。生物体中无机盐含量要适量,Zn是多种酶的组成元素,含量过低会造成生长发育不良,含量过高则会引起贫血、免疫功能低下。【糖类】糖类含C、H、O元素。分为单糖、双糖和多糖;动物多糖是糖原,分为肝糖原、肌糖原;植物多糖有淀粉、纤维素。多糖的组成单位是葡萄糖,多糖由葡萄糖脱水缩合而成。葡萄糖是细胞内的主要能源物质。 糖类是细胞内的主要能源物质、参与细胞结构的组成(例如细胞膜上的糖蛋白、糖脂)。糖类不参与生物生理功能的调节。【脂质】脂质分为脂肪、磷脂、胆固醇等。脂肪含C、H、O元素,由甘油、脂肪酸组成,储存和提供能量,脂肪含有的能量是同等质量糖类、蛋白质的2倍多;磷脂含C、H、O、N、P元素,是组成膜的结构大分子;胆固醇含C、H、O元素,参与合成雄性激素、雌性激素、肾上腺皮质激素,在紫外线照射下转化为维生素D帮助钙的吸收,参与生物生理功能的调节。脂质是细胞内的主要储能物质、参与细胞结构的组成、参与细胞生理的调节。【核酸】核酸含C、H、O、N、P元素,分为DNA(中文名称是脱氧核糖核酸)、RNA(中文名称是核糖核酸)两种。 DNA的基本单位是脱氧核苷酸,有4种。每个脱氧核苷酸由1个磷酸、1个脱氧核糖、1个含N碱基组成。碱基有A、T、G、C四种。 RNA的基本单位是核糖核苷酸,有4种。每个核糖核苷酸由1个磷酸、1个核糖、1个含N碱基组成。碱基有A、U、G、C四种。 核酸是遗传物质,组成单位是核苷酸;核酸有5种碱基,有8种核苷酸。DNA主要存在于细胞核中,RNA主要存在于细胞质中。核酸和蛋白质是构成生命的主要物质。 DNA在DNA酶的作用下被水解成脱氧核苷酸;脱氧核苷酸能被水解成磷酸、脱氧核糖、含N碱基;脱氧核苷酸的代谢终产物是CO2、H2O、含N废物。【维生素】维生素分为脂溶性维生素(VA、VD、VE、VK)、水溶性维生素两类,人体只能从食物中获得。缺维生素B会引起脚气病、缺维生素C会引起坏血病、缺维生素A会引起夜盲症、缺维生素D会引起佝偻病。【蛋白质1】蛋白质含C、H、O、N、S元素,在有机物中含量最高,基本单位是氨基酸。氨基酸有20种,其中有8种是人体必需氨基酸。在核糖体上,氨基酸之间脱水缩合,通过肽键连接成肽链。9肽是指由9个氨基酸脱水缩合而成的1条肽链,至少含有1个氨基、1个羧基;2条肽链,至少含有2个氨基、2个羧基。【蛋白质2】蛋白质结构的多样性决定了蛋白质功能的多样性。参与组成蛋白质结构的氨基酸数目不同,蛋白质结构会不同;参与组成蛋白质结构的氨基酸种类不同,蛋白质结构会不同;参与组成蛋白质结构的氨基酸排列顺序不同,蛋白质结构会不同;参与组成蛋白质结构的肽链空间结构不同,蛋白质结构会不同。蛋白质结构多样性(或功能多样性)的根本原因是控制蛋白质合成的基因不同。蛋白质是细胞内的能源物质、参与细胞结构的组成、参与细胞生理的调节(例如蛋白质构成的酶、激素、抗体)。【有机物习题】1、下图中表示种有机物的组成,请依据其主要功能分析回答: A是指_1_;E在植物体内主要指_2_,组成元素是_3_。B是指_4_;F是由B形成的,组成元素是_5_。F属于脂质,脂质还包括磷脂和_6_。磷脂是_7_的重要组成成分,组成元素是_8_。_9_在太阳光紫外线的照射下可以转化为_10_,促使人体细胞对钙的吸收,可形成的激素有_11_。C的结构通式是_12_,C形成G时,C之间通过_13_结构连接成链状,该结构写法是_14_。G组成元素是_15_,G的功能多样性原因是_16_。D是指_17_;H是指_18_,是生物体的遗传物质,组成元素是_19_。【有机物习题-参考答案】【蛋白质计算关系式】蛋白质分子量=氨基酸总分子量脱下的H2O总分子量二硫键脱氢总分子量氨基酸总分子量 = 氨基酸数目氨基酸的平均分子量脱下的H2O总分子量 = 脱下的H2O数18 18是水的分子量二硫键脱氢总分子量=二硫键数目22是形成1个二硫键时脱下的2个H的分子量脱下的H2O数 = 氨基酸数目肽链数 脱下的H2O数 = 肽键数 肽键数= 氨基酸数目肽链数【蛋白质习题】1、根据下图中物质的结构式,回答问题图中有3个氨基酸,编号分别是_、_、_;它们的R依次分别是_、_、_。请在框中,将3个氨基酸按编号顺序依次连接成1条肽链。这条肽链中有_个氨基和_个羧基。这条肽链中含有_种氨基酸,造成氨基酸种类不同的原因是_。这条肽链是由_个氨基酸在核糖体上经_方式失去_分子水而形成的_肽。在这个过程中,相对分子质量减少了(列出计算式)_。这条肽链中有_个肽键,肽键结构是_。这条肽链左起第2个氨基酸的结构写法是_这3个氨基酸能形成的三肽有_种,三肽中氨基酸的编号顺序分别是:_2、某种蛋白质由2条肽链组成,该蛋白质由100个氨基酸缩合而成。氨基酸的平均分子量为120。该蛋白质至少含有_个氨基,_个羧基;该蛋白质共含_个肽键_。在缩合过程中共脱去水分子_个。缩合发生的场所是在_。该蛋白质分子量为(列出计算式)_。3、某种蛋白质为9肽。氨基酸的平均分子量为120。该蛋白质至少含有_个氨基,_个羧基;该蛋白质共含_个肽键。在缩合过程中共脱去水分子_个。缩合发生的场所是在_。该蛋白质分子量为(列出计算式)_。4、一个由n条肽链组成的蛋白质分子量约为m,氨基酸平均分子量约为a。组成该蛋白质的氨基酸数目约为(列出计算式)_。【蛋白质习题-参考答案】3 生命的结构基础【细胞膜结构】细胞膜,又称质膜。由磷脂、蛋白质、多糖组成。磷脂形成磷脂双分子层,是细胞膜的支架;蛋白质镶嵌、贯穿在磷脂双分子层中或附着在磷脂双分子层的内外两侧;多糖分布在细胞膜的外侧。磷脂和蛋白质具有流动性,即细胞膜的结构特性是具有半流动性。(画出细胞膜结构模式图)【细胞膜功能】细胞膜具有保护细胞、控制物质进出细胞、实现细胞与外界进行信息交流的功能。细胞膜上的多糖与蛋白质组成糖蛋白,多糖与磷脂组成糖脂,能识别细胞外的信息,称为受体。细胞膜的功能特性是选择透过性,细胞膜是种选择透过性膜。【自由扩散过程】物质从浓度高的一侧通过细胞膜的磷脂分子向浓度低的一侧转运,例如O2、CO2、等气体分子,甘油、乙醇等与磷脂同属脂质的物质。自由扩散不需要消耗细胞内新陈代谢所释放的能量,属于被动运输。【协助扩散过程】物质从浓度高的一侧通过细胞膜上的载体蛋白质分子向浓度低的一侧转运。协助扩散不需要消耗细胞内新陈代谢所释放的能量,属于被动运输。例如血液里的葡萄糖进入红细胞、神经细胞外的Na+进入神经细胞内。【主动运输过程】物质从浓度低的一侧,在能量的作用下通过细胞膜上的载体蛋白质分子,向浓度高的一侧转运。这是一种逆浓度梯度运输过程。例如消化道里的葡萄糖进入小肠上皮细胞。【细胞膜习题】1、请根据所学习的关于“自由扩散”、“协助扩散”、“主动运输”知识,填写表1。表1 “自由扩散”、“协助扩散”和“主动运输”比较表自由扩散协助扩散主动运输物质移动方向载体蛋白质的利用对细胞能量的消耗相对应的曲线图形2、下图表示物质进出细胞膜的示意图。请回答下列问题(用图中号码及文字表示):图中A是_,B是_,C是_。C分布在细胞膜的_(外侧、内侧)。细胞膜是种_模型。细胞膜结构特点是_;细胞膜功能特点是_。在ae的五种过程中,可代表被动运输过程的是图中编号_;可代表协助扩散过程的是图中编号_;可代表自由扩散过程的是_。在ae的五种过程中,可代表气体转运过程的是_;葡萄糖从小肠进入小肠上皮细胞的过程是_;葡萄糖从血液进入红细胞的过程是_;钠离子进入神经细胞的过程是_。【细胞膜习题-参考答案】【渗透系统】 允许溶剂小分子通过,不允许溶质大分子通过的膜,是半透膜。 由半透膜和其两侧溶液构成的结构,是渗透系统。细胞与外界溶液构成一种渗透系统,半透膜是原生质层,两侧溶液是液泡内的细胞液、外界溶液。【渗透过程】在渗透系统中,两种不同浓度的溶液隔以半透膜,水分子或其它溶剂小分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中。【质壁分离过程】 由细胞膜、液泡膜、两者之间的细胞质构成,是原生质层。原生质层具有选择透过性,相当于半透膜。成熟的植物细胞在外界溶液浓度高的条件下,细胞内的水分子会通过原生质层进入细胞外高浓度溶液中。因为失水导致原生质层收缩,而细胞壁的伸缩性要小于原生质层,所以质壁分离产生了。【质壁分离复原过程】 发生质壁分离的细胞在外界溶液浓度低的条件下,外界溶液的水分子会通过原生质层进入细胞内高浓度溶液中。因为吸水导致原生质层扩大,所以质壁分离复原产生了。【质壁分离前后的植物细胞】 (画出质壁分离前后的2个植物细胞) 图1 成熟的植物细胞 图2 发生质壁分离的植物细胞植物细胞壁是由纤维素(一种多糖,是大分子物质)组成的,小分子、大分子都能通过。由此,细胞壁不是半透膜,具有全透性。【质壁分离习题】1、两种不同浓度的溶液隔以半透膜,水分子或其它溶剂小分子从_浓度的溶液通过半透膜进入_浓度溶液中。在右图中,当C1C2时,水分子从_侧流向_侧,_侧液面升高;当C1C2时,水分子从_侧流向_侧。2、在左框和右框中分别画出1个正常成熟的植物细胞、1个发生质壁分离的植物细胞,标出原生质层及其结构组成。 【质壁分离习题-参考答案】【细胞膜对信息的接受】当人兴奋时,交感神经调节肾上腺髓质分泌肾上腺素,通过血液运送到心肌细胞外。心肌细胞的细胞膜上有一种能和肾上腺素结合的蛋白质,叫受体。肾上腺素与细胞外的受体结合,引起心肌细胞内发生一系列化学反应,使心跳加快等。不同受体,接受不同的信息。【细胞核的结构】(画出细胞核的结构)细胞核由核仁(与核糖体形成有关)、染色质(由DNA和蛋白质组成;碱性,可以用洋红染色)、核基质(含各种代谢所需物质)、核膜(双层膜结构)、核孔(RNA等大分子由此出入)组成。当细胞核内进行DNA复制、转录时会产生H2O。 每层膜含2层磷脂分子。【细胞器】细胞质分为细胞器、细胞质基质两部分。主要细胞器有:内质网:膜结构;上面附着核糖体。运输蛋白质、脂质等物质。在运输时,需要消耗能量。 核糖体:非膜结构;由rRNA和蛋白质组成;有的附着在内质网上,有的游离在细胞质基质中。是合成蛋白质(肽链)的场所;氨基酸形成肽链时产生H2O。线粒体:双层膜结构;含DNA、RNA。线粒体由双层膜、基质构成。内膜向内突起形成嵴(增大内膜表面积)。在内膜上和基质中含有呼吸酶。是进行有氧呼吸的主要场所,产生ATP、H2O。 叶绿体:双层膜结构;含DNA、RNA。进行光合作用的场所,产生ATP、H2O。动物细胞不含有。高尔基体:膜结构。起到加工作用(例如将多糖、蛋白质合成糖蛋白)、分泌作用(例如形成含有糖蛋白的分泌小泡)。在植物细胞里,高尔基体与合成纤维素形成细胞壁有关。中心体:非膜结构,由2个中心粒互相垂直组成。不存在于高等植物细胞里;在动物细胞分裂时参与纺锤体的形成,与染色体分离有关。溶酶体:膜结构。分解细胞内废物。动物细胞特有。液泡:膜结构。成熟植物细胞有大型液泡,内含细胞液,与细胞渗透吸水有关。【分泌蛋白质过程】 蛋白质先在核糖体内合成,然后由内质网运输到高尔基体中进行加工,再由高尔基体分泌到细胞质基质中,通过胞吐过程通过细胞膜排放到细胞外。整个过程要消耗线粒体进行有氧呼吸所释放的ATP。【真核细胞】真核细胞包括动物细胞和植物细胞。动物细胞由细胞膜、细胞核、细胞质组成,以含有中心体,不含叶绿体、大型液泡、细胞壁为特征;高等植物细胞由细胞膜、细胞核、细胞质、细胞壁(由纤维素构成)组成,以含有叶绿体、大型液泡、细胞壁,不含中心体为特征。【细胞习题】1、请据图回答:图左侧是_细胞的亚显微结构模式图,依据是_;右侧是_细胞的亚显微结构模式图,依据是_。构成图中【6】的化学成分主要是_,它的形成与【_】_ 有关进行光合作用的场所是【_】_;进行有氧呼吸的主要场所是【_】_;把氨基酸合成蛋白质的最初场所是【_】_。在细胞吸收离子进行主动运输时,前者提供_,后者提供_;有氧呼吸产生的CO2如果用于光合作用,其至少通过_层膜,才能从_进入_。若右侧细胞是水蜜桃的果肉细胞,则糖类主要存在于【_】_;在细胞核中,易被碱性染料染成深色的结构物质是【_】_。与唾液淀粉酶分泌有关的细胞器是(写编号和名称)_;与唾液淀粉酶分泌有关的细胞结构是_在需求能量较多的细胞里,含量相对高的细胞器是【_】_;在分泌蛋白质旺盛的细胞里,含量相对高的细胞器有_。具有双层膜结构的细胞器有_;具有双层膜的细胞结构有_。原核细胞与真核细胞相比,特点有_。【细胞习题-参考答案】【原核细胞】 与真核细胞相比,原核细胞特征为:没有核膜包被的细胞核。DNA不与蛋白质结合成染色质。只有拟核。有核糖体,没有膜结构的细胞器:例如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等。由原核细胞构成的生命体有:细菌(分为球菌、杆菌、螺旋菌/弧菌)、蓝藻、放线菌等。图1 原核细胞亚显微结构【病毒】 病毒主要由核酸和蛋白质组成。一种病毒要么由DNA和蛋白质组成;要么由RNA和蛋白质组成。病毒只能寄生在特定的活细胞内,并且以细胞的核酸为复制原料、以细胞的氨基酸为合成蛋白质的原料。4 新陈代谢(生命的物质变化和能量变化)自我更新是生命活动的基本特征,又称新陈代谢。同化作用和异化作用组成了生物体的新陈代谢。光合作用是最基本的新陈代谢。【同化作用】在自我更新的过程中,生物体不断地从外界摄取营养物质,将它们转变为自身的物质,并储存能量,这个过程称为同化作用。例如,人从外界摄取蛋白质,在消化道内将其最终分解成氨基酸,通过吸收使氨基酸进入人体的组织细胞。在细胞内,通过核糖体把氨基酸合成肽,并且在其化学键中储存能量。由小分子形成大分子的化学反应,称为合成反应。合成反应过程中,会储存能量。合成反应的例子还有:单糖合成多糖;脱氧核苷酸合成脱氧核糖核酸;核糖核苷酸合成核糖核酸;甘油和脂肪酸合成脂肪等。如果这些合成反应发生在生物体内,就是同化作用。【异化作用】在自我更新的过程中,生物体不断地将自身的物质分解,并释放能量,其中的代谢终产物排出体外,这个过程称为异化作用。例如,在细胞内,把蛋白质分解成肽,再分解成氨基酸,最终又将氨基酸分解成尿素、二氧化碳和水,释放能量。尿素、二氧化碳会被排出体外。由大分子形成小分子的化学反应,称为分解反应。分解反应过程中,会释放能量。分解反应的例子还有:多糖分解成单糖;脱氧核糖核酸分解成脱氧核苷酸;脂肪分解成甘油和脂肪酸等。如果这些分解反应发生在生物体内,就是异化作用。消耗水分子的分解反应,称为水解反应;不消耗水分子的分解反应,称为氧化分解反应。【酶】发生在生物体内的合成反应、分解反应需要酶的参与。由活细胞产生的具有催化能力的生物大分子,就是酶。一般而言,所说的酶基本上都是蛋白质。酶具有专一性,例如麦芽糖酶能催化分解麦芽糖,而不能催化分解蔗糖;酶具有高效性,这是与无机物催化剂的催化效率相比而言的。酶的种类很多,习惯上是根据酶的来源以及其所催化的底物来命名的。例如,唾液淀粉酶是唾液腺产生的,催化淀粉水解成麦芽糖的酶,底物就是淀粉,产物是麦芽糖;胃蛋白酶,是胃腺产生的,催化蛋白质水解成肽的酶,底物是蛋白质,产物是肽;肠肽酶,是小肠腺产生的,催化肽水解成氨基酸的酶,底物是肽,产物是氨基酸。【酶的作用机制】1、酶催化底物分解的作用,主要表现在通过底物与酶的活性部位结合,从而使得底物被分解。酶与底物的关系简图,参见图1图12、酶的催化过程在图2中,举例了1个麦芽糖分子在麦芽糖酶的催化下,被分解成2个葡萄糖分子的过程。麦芽糖分子先与麦芽糖酶的活性部位结合,然后被分解成葡萄糖分子;麦芽糖酶的结构在反应前后不变。图2在下图中,举例了1个蔗糖分子在蔗糖糖酶的催化下,被分解成1个葡萄糖分子和1个果糖分子的过程。蔗糖分子先与蔗糖酶的活性部位结合,然后被分解成葡萄糖分子和果糖分子;蔗糖酶的结构在反应前后不变。如果麦芽糖和蔗糖酶在一起,蔗糖酶并不能分解麦芽糖(参见图4)。这说明酶具有专一性。图43、酶的催化能力受高温破坏如果在高温条件下,麦芽糖酶的结构会发生改变,使得麦芽糖不能和麦芽糖酶结合在一起,由此麦芽糖酶不能分解麦芽糖(参见图5)。这说明酶的活性受温度影响。图54、抑制剂对酶的影响在有竞争性抑制剂存在时,其会抢占酶的活性部位,使得底物不能够与酶活性部位结合,反应无法进行。参见图6。图6在有非竞争性抑制剂存在时,其会通过与酶结合而改变酶的活性部位结构,使得底物不能够与酶活性部位结合,反应无法进行。参见图7。 图7【影响酶活性的因素】酶活性可以用酶促反应速率表示,即单位时间内的产物生成量,或单位时间内的底物残留量。影响酶促反应速率(即酶活性)的因素主要有:PH值、温度。胃蛋白酶在强酸性条件下,活性高;其它消化酶适宜的PH是中性偏弱碱性。在不适宜PH下,酶失去活性。关于酶活性的曲线所涉及的坐标系组合有:一般情况下,设酶浓度为a。此时,随着反应时间的增加,生成物量也逐渐增加。在时间t=A时,生成物量不再增加,因为底物已经消耗完了。图1-1a图1-1b推论:在反应时间-生成物量坐标系中,酶促反应速率=生成物量所需时间。 请在图1-1b中画出相应曲线。酶促反应速率酶的浓度坐标系:一般情况下,在底物浓度大大超过酶时,酶浓度越高,则酶促反应速率越高。(见图1-2)图1-2酶促反应速率底物浓度坐标系:一般情况下,设酶浓度为a。此时,用不同底物浓度实验,发现底物浓度越高则酶促反应速率越高;但是,酶促反应速率有个最大值。在酶促反应速率=最大值(A)时,表示所有的酶在同一时间都在与底物接触,发生反应。见图1-3推论:在底物浓度相等时,酶浓度越高则酶促反应速率越大;在底物浓度相等时,酶促反应速率越大则酶浓度越高。图1-3在一定温度范围内,酶促反应速率随温度增加而递增,达到最大值(最适温度)后随温度增加而递减;在一定PH值范围内,酶促反应速率随PH值增加而递增,达到最大值(最适PH值)后随PH值增加而递减。【酶习题】1、图1-5中,A点的酶促反应速率_B点的酶促反应速率(高于;低于)。 所依据的主要知识是,酶促反应速率是指_图1-5中,酶浓度a_酶浓度b(高于;低于)。 所依据的主要知识是_ 图1-5 图1-62、图1-6中,在底物浓度为定值N时,反应速率A要比反应速率B_。(高;低)图1-6中,酶浓度a要比酶浓度b_。(高;低)【酶习题-参考答案】【ATP】是ATP的结构简图。其中,表示腺苷、表示磷酸基、表示高能磷酸键。P之间的化学键以“”表示,在ATP中有2个“”。ATP中有3个P,“T”表示3个。“”含有较高的化学能。中的“”会断裂,释放出其中的能量。ATP的中文名称是腺苷三磷酸。是ADP的结构简图。ADP的中文名称是腺苷二磷酸。ATP与ADP之间能相互转化。当进行生命活动,例如运动、思考时,ATP的一个高能磷酸键断裂,释放出能量供其所需,并产生1个磷酸。ATP变成只有2个P的ADP。当进行呼吸作用时,ADP利用能量,在ATP合成酶的催化下,与游离的Pi(磷酸)结合,形成ATP。ATP为生命活动提供能量,本身转化为ADP;ADP吸收能量后可转化为ATP。ATP是为生命活动直接提供能量的物质。呼吸作用和光合作用能产生出ATP。【ATP习题】1、根据右图回答APPP 中的A代表_,代表_,P代表_ ,Pi代表_。 ATP转变为ADP时,释放的能量供给_,例如_;ADP转变为ATP时,所需的能量来源于_过程和_过程。ATP的中文名称是_,结构式是_;ATP是生命活动的_能源物质,_是生命活动的主要能源物质。A可以作为_的原料;酶2就是_【ATP习题-参考答案】【线粒体的结构】 线粒体由双层膜、基质构成。内膜向内突起形成嵴(增大内膜表面积)。在内膜上和基质中含有呼吸酶。【有氧呼吸过程】第一阶段,在细胞质基质中,葡萄糖在酶的作用下,分解成丙酮酸、H+,释放出一些能量;这些能量一部分形成少量ATP,一部分以热的形式释放。此过程称为糖酵解。第二阶段,在有氧条件时,丙酮酸进入线粒体内,在呼吸酶的作用下先形成二碳化合物和CO2,二碳化合物再通过三羧酸循环释放出CO2和H+,释放出一些能量;这些能量一部分形成少量ATP,一部分以热的形式释放。第三阶段,在线粒体的内膜处,前两阶段产生的H+和O2结合形成H2O,释放出大量能量;这些能量形成大量ATP,释放出大量热。有氧呼吸产生的CO2中的氧,不是来自于O2,而是来自于葡萄糖;O2参与水的生成。有氧呼吸反应式为: 【无氧呼吸过程】首先,在细胞质基质中,葡萄糖发生糖酵解。然后,在无氧条件时,丙酮酸继续在细胞质基质中,在不同种类的呼吸酶的作用下分别形成乙醇、二氧化碳,或乳酸。同时释放出一些能量,一部分形成少量ATP,一部分以热的形式释放。无氧呼吸产生乙醇、二氧化碳的反应式为:【呼吸强度】呼吸强度又叫呼吸速率,它一般是指单位时间、单位叶面积的CO2释放量或O2吸收量。【影响呼吸速率的因素】 影响呼吸作用的主要因素是温度、O2浓度。温度呼吸速率曲线:呼吸在一定温度范围内随温度的升高而呼吸增高,达到最大值后,温度继续升高时呼吸则下降。最适温度:指呼吸保持稳态的最高呼吸强度(图1中B点)时的温度,一般为2535。比同种植物光合作用的最适温度高。温度过高或过低都会影响酶活性,进而影响呼吸速率。温度过高,呼吸作用停止。图1氧气浓度呼吸速率曲线:氧浓度影响着呼吸类型。在低氧浓度时逐渐增加氧,无氧呼吸会随之减弱,直至消失;无氧呼吸停止进行时的组织周围空气中最低氧含量称为无氧呼吸的消失点(图2中B点对应的氧气浓度),在无氧呼吸的消失点之前,既进行无氧呼吸,又进行有氧呼吸;之后只进行有氧呼吸。图2随着氧浓度的增高,有氧呼吸也增加,此时呼吸速率也增加,但氧浓度增加到一定程度时对呼吸作用就没有促进作用。此氧浓度称为呼吸作用的氧饱和点(图2中C点)。CO2释放总量=有氧呼吸CO2释放量+无氧呼吸CO2释放量CO2释放总量低,则有机物被氧化的量就少,有机物氧化释放的能量也就少。【呼吸作用习题】1、根据O2的吸收量和CO2的释放量,判断细胞呼吸类型若O2的吸收量=CO2的释放量,表示_;在图1中为_段。若O2的吸收量CO2的释放量,表示_;在图1中为_段。图1若不吸收O2,但是有CO2放出,表示_;在图1中为_。 在进行水果保鲜时,氧气浓度应当选_%,因为此时的有机物分解程度最低。C点为_,B点为_。【呼吸作用习题-参考答案】【光合作用的研究历史】 公元前3世纪,古希腊学者亚里士多德曾经提出:植物生长在土壤中,土壤是构成植物体的原材料。这一观点长期被奉为经典。1642年,有人做了一个试验,将一株2.3千克重的小柳树种在90.8千克的干土中,用水浇灌5年。小柳树长成重76.7千克,而土壤重量只比试验开始时减少0.06千克。结论是:植物光合作用需要水当原料。1771年,科学家发现:2组密闭钟罩中放有小鼠,1组放植物,1组不放植物。一段时间后,放植物的钟罩里小鼠不易死亡;不放植物的钟罩里小鼠很快死亡(但是这种现象有时有,有时没有)。结论是:绿色植物光合作用,要吸收二氧化碳、产生氧气。1779年,科学家发现:2组密闭钟罩中都放有植物和小鼠,1组给予阳光,1组不给予阳光。一段时间后,有光照的钟罩里小鼠不易死亡;没有光照的钟罩里小鼠很快死亡。结论是:光合作用,需要光照。1864年,科学家发现:先将叶片放在暗处一段时间,然后叶片的一部分给予光照,一部分不给予光照。一段时间后,给予光照部分的叶片遇碘变蓝色;不给予光照部分的叶片遇碘不变蓝色。结论是:光合作用,产生有机物糖类(淀粉)。科学家并且观察到光照的叶绿体中有淀粉积累。结论是:光合作用,发生在含叶绿体的细胞中。1939年,科学家发现:用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,设计2组,1组加H2O和C18O2,1组加H218O和CO2。加有C18O2的一组放出O2;加有H218O的一组放出18O2。结论是:光合作用,放出的氧气来自于水分子。20世纪40年代,科学家探明了二氧化碳转化成有机物的途径。【叶绿体的结构】叶绿体是光合作用细胞器,具有双层膜结构,由类囊体叠成基粒,在基质中分布光合作用的暗反应所需的酶。【类囊体的结构】类囊体膜是由磷脂分子排成2层构成的,膜上分布有各种色素,如叶绿素a;还分布有与光合作用有关的ATP合成酶等。在类囊体腔里分布有大量水分子。【叶绿体中色素】通过纸层析法,可以将叶绿体中4种色素分离,它们在滤纸上的分布见图1-3。太阳光的可见光按波长依次分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。叶绿素(含叶绿素a、叶绿素b)主要吸收红橙光、蓝紫光;类胡萝卜素(含胡萝卜素、叶黄素)主要吸收蓝紫光。各种色素吸收的光能都要传递给叶绿素a,才能用于光合作用的光反应。晴天,红橙光多;阴天,蓝紫光多。有色透明薄膜或玻璃主要透过同色光,吸收其它的光,因此绿色透明大棚内栽种的植物只获得绿光,光合作用效率最低;无色透明大棚内栽种的植物获得各色光,光合作用效率最高。图1-3【光反应过程】类囊体膜上的叶绿素a吸收光能后激发出高能电子,本身成为缺少电子的氧化的叶绿素a分子。高能电子进行传递,使叶绿体基质中的NADP+与H+结合转化成NADPH(还原型辅酶)。缺少电子的氧化的叶绿素a分子夺取类囊体内水分子的电子,成为叶绿素a分子,又能吸收光能了;在类囊体内,失去电子的水分子被光解为氧气、氢离子。 类囊体内的氢离子浓度高于叶绿体基质中的氢离子浓度。于是类囊体内的氢离子通过类囊体膜上的ATP合成酶,经过协助扩散到达叶绿体基质中,同时提供了大量能量。叶绿体基质中的ADP在ATP合成酶的催化下,获得能量,和Pi(磷酸基)结合,转化为ATP。 在光反应过程中,光能先转化为电能,电能再转化为活跃化学能,储存在ATP、NADPH中。【暗反应过程】二氧化碳从空气中通过叶片上的气孔进入细胞,再进入叶绿体的基质中。还有部分二氧化碳是细胞呼吸作用产生的,也能由线粒体进入叶绿体基质中。在叶绿体基质中,CO2与五碳化合物(C5)结合,生成2分子的三碳化合物(C3),此过程称为固定。三碳化合物在叶绿体基质中的多种酶的催化下,利用光反应提供的ATP和NADPH中能量,发生还原。还原物中一部分转化成糖类,如淀粉;还原物中另一部分再生成为五碳化合物。在暗反应过程中,储存在ATP、NADPH中的活跃化学能转化为稳定化学能,储存在糖类中。【光合作用】光合作用的原料是CO2和水,产物是糖类,发生的场所是叶绿体,利用的能量是光能。反应式为:【光合作用过程习题】1、光合作用过程图(见图1)图1光合作用过程图请根据图回答问题:1-1、是_是_是_是_是_是_是_是_是_是_是_是_是_是_是_是_1-2、I过程是_;II过程是_,又称_,主要包括的过程是_、过程是_1-3、光合作用中,物质是_,其产生部位是_,该物质从产生到最终释放出细胞,至少跨过_层膜;该物质从产生到参与有氧呼吸,至少跨过_层膜。1-4、图中物质是_,其中文名称是_;物质是_,其中文名称是_。这2种物质用于_。1-5、图1可以简化成图2图2如果在光合作用时,突然不提供二氧化碳,五碳化合物的含量会_(增加;减少);三碳化合物的含量会_(增加;减少)。如果在光合作用时,突然不提供光照,ATP、NADPH的含量会_(增加;减少);五碳化合物的含量会_(增加;减少);三碳化合物的含量会_(增加;减少)。1-6、在图3-1、图3-2中,补画出曲线的走势。在光合作用的t1时,停止提供CO2,画出图3-1中C5含量的曲线走势,C3含量的曲线走势。在光合作用的t1时,停止提供光照,画出图3-2中C5含量的曲线走势,C3含量的曲线走势。 图3-1 图3-2 图3-3在光合作用的t1时,停止提供CO2,画出图3-3中ATP含量的曲线走势,NADPH含量的曲线走势。【光合作用过程习题-参考答案】【影响光合强度的因素】光合强度又叫光合速率,它是指单位时间、单位叶面积的CO2吸收量或O2释放量。影响光合速率的因素主要有:影响光反应阶段的光照强度、光质(指红光、蓝光、绿光等);影响暗反应阶段的温度(温度影响酶活性)、CO2浓度。关于光合速率的三种基本曲线:1、CO2浓度光合速率曲线 CO2补偿点(A点):某光照强度时,光合速率与呼吸速率相等时的CO2浓度(参见图1)。 CO2饱和点(B点):使光合速率达到最大值时的CO2浓度(参见图1)。提高光照强度,可以提高CO2的饱和点(即b点向右移),并且降低CO2的补偿点(即a点向左移);同时可以利用的CO2浓度区间能进一步扩大,提高光合速率。图12、温度光合速率曲线一般在35以上,光和速率开始降低;温度50左右,光合作用停止。(参见图2) 图2 图3 图43、光合速率光照强度坐标系 在同种光质时,随着光照强度增加,光合速率也增加,并有最大值存在。(参见图3)在同样光照强度时,由于色素对红光a吸收率最高,对蓝光b吸收率相对较低,所以色素吸收红光获得的实际能量高于吸收蓝光。由此,要达到相同的光合速率,对红光光照强度的要求(N1)比蓝紫光的(N2)低(参见图4)。【影响光合强度的因素习题】1、根据图1回答如果a、b表示温度因素,那么光合作用在温度为_时更适宜。现在有2种温度情况,20、30,图中a为_。如果a、b表示CO2浓度因素,那么光合作用在CO2浓度为_时更适宜。现在有2种CO2浓度情况,高浓度、低浓度,图中a为_浓度。图12、根据图2回答如果a、b表示温度因素,那么光合作用在温度为_时更适宜。现在有2种温度情况,20、30,图中a为_。图23、根据图3回答为30、高CO2浓度情况为20、高CO2浓度情况为20、低CO2浓度情况对应的是曲线_;对应的是曲线_;对应的是曲线_。图3【影响光合强度的因素习题-参考答案】【光合作用与呼吸作用的关系】在同一张叶片中,既有叶绿体吸收CO2,释放O2;又有线粒体释放CO2,吸收O2。(参见右图)光合强度(又叫光合速率),它是指单位时间、单位叶面积的CO2吸收量,或O2释放量。呼吸强度(又叫呼吸速率),它一般是指无光照时,单位时间、单位叶面积的CO2释放量,或O2吸收量。在光照强度为0时(即黑暗), 叶绿体吸收的CO2量是0;释放的O2量是0。线粒体释放的CO2全部进入空气中;吸收的O2全部来自于空气中此时,光合强度情况表示为“呼吸强度”(A点)。(参见下图) 在光照强度有所增强,但光合速率呼吸速率时,叶绿体吸收的CO2量全部来自于有氧呼吸;释放的O2量全部用于有氧呼吸。线粒体释放的CO2有一部分用于光合作用,一部分进入空气中;吸收的O2一部分来自于光合作用,一部分来自于空气中。此时,光合强度情况表现为“释放到空气中的CO2量”(例如B点)。(参见下图) 在光照强度增强到光合速率呼吸速率时,叶绿体吸收的CO2量全部来自于有氧呼吸;释放的O2量全部用于有氧呼吸。线粒体释放的CO2全部用于光合作用;吸收的O2全部来自于光合作用。此时,光合强度情况表现为“CO2量等于零”(C点)。(参见下图) 在光照强度增强到光合速率呼吸速率时,叶绿体吸收的CO2量有一部分来自于有氧呼吸,一部来自于空气中;释放的O2量一部分用于有氧呼吸,一部分进入空气中。线粒体释放的CO2量全部用于光合作用;吸收的O2量全部来自于光合作用。此时,光合强度情况表现为“空气中被吸收的CO2量”(例如D点)。(参见下图) 在光照强度增强到一定数值时,光合速率将不再提高,有1个最大定值(E点)。(参见下图) 结合上述知识,请在图1中画出随光照强度改变时,空气中CO2量的变化曲线。图1在光合作用中实测呼吸速率是很困难的,因此在黑暗条件中测定CO2的释放速率(或O2的吸收速率);在光照条件下测定CO2吸收速率(或O2的释放速率)。把后者的值补加到前者的绝对值中,称为总光合速率。在图1中,光照强度为N时的总光合速率,等于N点对应的CO2值加O点对应的CO2量绝对值。总光合速率不扣除线粒体有氧呼吸的消耗,纯为叶绿体进行光合作用时的产物量。【光合作用与呼吸作用的关系习题】1、在高等植物细胞中,线粒体和叶绿体是能量转换的重要细胞器,请回答: 图1 图2在图1中,A是_、B是_、C是_、D是_、E是_在图2中,A表示_、B表示_、C表示_、D表示_、E表示_过程表示_、表示_、表示_、表示_、表示_、表示_、表示_、表示_、表示_。在图2中A点所处的状态时,可以发生图1中的哪些过程?(用图1中编号表示)_;在图2中B点所处的状态时,可以发生图1中的哪些过程?(用图1中编号表示)_;在图2中C点所处的状态时,可以发生图1中的哪些过程?(用图1中编号表示)_;在图2中D点所处的状态时,可以发生图1中的哪些过程?(用图1中编号表示)_;在图2中CD段时,限制光合作用的主要因素是_。【光合作用与呼吸作用的关系习题-参考答案】【光合作用中气体的测量】1、测量(不同光照强度情况下)氧气产生量的方法广口瓶中的新鲜丝状绿藻,浸在溶有适宜浓度的NaHCO3和Na2CO3的溶液中(丝状绿藻能生活)。NaHCO3和Na2CO3的作用是作为缓冲溶液保持瓶中CO2浓度相对稳定。在一般情况下,影响玻璃管中水柱移动的因素是CO2和O2,有了NaHCO3和Na2CO3就消除了CO2对水柱移动的影响,就能通过水柱的变化来研究O

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