生物必修1细胞的代谢.ppt

三 细胞的代谢 高考考纲要求 1 物质出入细胞的方式 2 酶在代谢中的作用 3 ATP在能量代谢中的作用 4 细胞呼吸 5 光合作用的基本过程 6 影响光合速率的环境因素 高考考纲要求 实验 通过模拟实验探究膜的透性观察植物细胞的质壁分离和复原探究影响酶活性的因素叶绿体色素的提取和分离探究酵母菌的呼吸方式 一 细胞对水分的吸收 1 吸水的主要方式 渗透作用 自由扩散 1 渗透作用的概念 指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散 3 渗透作用装置 2 渗透作用发生的条件 有半透膜将两侧溶液隔开 半透膜两侧的溶液有浓度差 思考 当漏斗内液面上升到不再变化时 漏斗和烧杯内溶液浓度是否相等 2 一个成熟的植物细胞是一个渗透系统 细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡膜 细胞液 原生质层 原生质层具有选择透过性 原生质层内侧为细胞液 外侧为细胞外液 大于 细胞吸水 小于 细胞失水 等于 动态平衡 证明植物细胞通过渗透作用吸水或者失水的实验 植物细胞的质壁分离和复原实验 正常紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞 30 蔗糖溶液 质壁分离 清水 质壁分离复原 5 蔗糖溶液 正常状态 50 蔗糖溶液 质壁分离 清水 不复原 一定浓度硝酸钾溶液 质壁分离 后自动复原 细胞因严重失水死亡 K NO3 进入细胞 3 细胞吸收水分和吸收无机盐是两个相对独立的过程 0Mg2 Ca2 Si4 离子 初始浓度 培养液中的离子浓度 番茄 水稻 培养液中某些离子浓度比初始浓度大 是因为细胞吸水的速率大于吸收某些无机盐离子的速率 1 对农作物合理灌溉 可以降低土壤溶液的浓度 促进作物对水分的吸收 2 盐碱地中植物更易缺水或不易存活 一次施肥过多 会造成 烧苗 现象 这是因为土壤溶液浓度过高 甚至超过根细胞液浓度 导致根不易吸水或因失水而造成 烧苗 现象 3 农民在移栽白菜时往往去掉一些大叶片 是因为刚栽的白菜的根不能很快地从土壤中吸水 去掉几片大叶片可以减少因叶的蒸腾作用而造成的水分散失 避免造成刚栽的白菜体内失水过多死亡 从而提高成活率 4 植物细胞吸水和失水原理的应用 4 糖渍 盐渍食品 如盐渍新鲜鱼 肉 不变质是因为在食品的外面形成很高浓度的溶液 使微生物 如细菌 不能在上面生存 繁殖 所以能较长时间地保存 5 用浓度较高的蔗糖或盐溶液腌制食品 细胞大量失水死亡 细胞膜失去选择透过性 蔗糖或Na Cl 大量进入死细胞 使腌制食品具有甜味或咸味 二 酶 1 酶的定义 由活细胞产生的具有催化作用的有机物 多数酶是蛋白质 少数酶是RNA 2 酶的作用 显著降低化学反应所需的活化能 反应物 无催化剂时所需活化能 有酶催化时所需活化能 使细胞代谢在温和条件下快速进行 加酶 不加催化剂 加无机催化剂 酶促反应速率可用单位时间产物生成量或者底物减少的量来表示 例 为了验证某种分泌液中有蛋白酶 某学生设计了两组实验 如下图所示 在37 水浴中保温一段时间后 1 2中加入适量双缩脲试剂 3 4中不加任何试剂 下列实验能达到目的的是 A 实验 B 实验 C 实验 实验 都能D 实验 实验 都不能 A 3 酶的特性 1 高效性 少量的酶可催化大量的化学反应 在与无机催化剂相比较中得出 2 专一性 一种酶只能催化一种或一类化学反应 酶 底物 酶 底物复合物 酶 产物 思考 现有蔗糖 淀粉 麦芽糖溶液和对应的酶以及斐林试剂 碘液 设计实验 验证酶的专一性 甲 A 蔗糖 蔗糖酶 B 淀粉 蔗糖酶 乙 A 蔗糖 蔗糖酶 B 蔗糖 淀粉酶 丙 A 蔗糖 蔗糖酶 B 麦芽糖 蔗糖酶 麦芽糖及其水解产物都是还原糖 B组实验结果无法检验 因而设计不合理 3 酶的作用条件比较温和 通常在常温 常压 接近中性环境中催化效率高 低温可抑制酶的活性 高温 过酸 过碱 重金属 有机溶剂等可使酶的活性降低甚至彻底失活 1 动物细胞培养时 如何使动物组织分散成单个细胞 2 植物体细胞杂交时 如何去除细胞壁 3 加酶洗衣粉中 添加的酶制剂有哪些 4 制备果汁时 为了使果汁出汁率高 应加入什么酶 胰蛋白酶和胶原蛋白酶 蛋白酶 脂肪酶 纤维素酶 淀粉酶 果胶酶 4 酶的应用课本P87 纤维素酶和果胶酶 4 影响酶促反应的因素 1 酶促反应速率与反应物浓度的关系 当反应物浓度到达A点后反应速率继续增高 但趋势逐渐减缓 在反应物浓度较低时 A点之前 酶促反应速率与反应物浓度成正比 当反应物浓度到达B点后反应速率不再提高 2 酶促反应速率与酶浓度的关系 在反应物浓度一定时 酶浓度与反应速率成正比 即当酶浓度增加1倍时 酶促反应速率相应增加1倍 A 3 酶促反应速率与产物浓度的关系 当产物浓度达到一定量后 对酶促反应有抑制作用 生产中若涉及酶促反应 应避免产物的大量积累造成的反应速率的降低 4 酶促反应速率与温度的关系 当温度较低时 随温度升高 酶促反应速率提高 达到最适温度后 随温度升高 酶促反应速率降低 5 酶促反应速率与pH的关系 一定的pH下 酶促反应速率最高 pH过高或过低都对酶促反应有抑制作用 设计实验 探究温度 pH对酶活性的影响 材料 过氧化氢溶液 过氧化氢酶溶液 淀粉溶液 淀粉酶溶液 碘液 斐林试剂等 思考 为何不适宜用过氧化氢酶探究温度对酶活性影响 底物过氧化氢分解速率受到温度影响大 在用淀粉酶探究温度对酶活性影响实验中 应选择什么试剂检验实验结果 碘液 因为斐林试剂使用时需要水浴加热 会改变各组预设好的温度 自变量 设计实验 探究温度 pH对酶活性的影响 材料 过氧化氢溶液 过氧化氢酶溶液 淀粉溶液 淀粉酶溶液 碘液 斐林试剂等 思考 为何不适宜用淀粉酶探究pH对酶活性影响 原因一 底物淀粉本身存在酸水解的现象 原因二 无合适的检验方法 碘液无法检验碱性条件组 斐林试剂无法检验酸性条件组 证明 唾液淀粉酶对淀粉有消化作用 某同学制订了下列实验方案 1 实验目的 略 2 实验材料和用具 略 3 实验方法和步骤 取1支试管 注入2ml浆糊 用凉开水漱口后 用小烧杯收集唾液 向试管内加入2ml唾液 往试管中滴加2滴碘液 将试管振荡后放10分钟 取出试管 观察溶液颜色的变化 4 结论 唾液中含有淀粉酶能将淀粉分解成麦芽糖 该实验的方法和步骤以及结论有没有错误 如果有 请指出并改正 三 ATP 各种生物细胞的直接能源物质 A P P P ADP Pi 能量 ATP水解酶 细胞各处 ATP合成酶 叶绿体基粒 细胞质基质 线粒体基质和内膜 反应从左到右 释放能量 能量用于 神经冲动传导 电能 肌肉收缩 机械能 生物发光 光能 主动运输和分泌 渗透能 合成有机物 化学能 反应从右到左 贮存能量 能量来自 植物光合作用 光能 生物呼吸作用 化学能 普遍存在但含量不大 能量用于 四 细胞呼吸 1 细胞呼吸的实质 氧化分解有机物 释放能量并生成ATP 2 细胞呼吸的类型 1 有氧呼吸 定义 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CO2和H2O 释放能量 生成许多ATP的过程 场所 细胞质基质 线粒体 过程 C6H12O6 酶 4 H 少量能量 2ATP 2C3H4O3 丙酮酸 酶 6H2O 20 H 少量能量 2ATP 6CO2 6O2 酶 12H2O 大量能量 34ATP 细胞质基质中进行 线粒体基质中进行 线粒体内膜上进行 反应式 C6H12O6 6O2 6H2O 酶 6CO2 12H2O 能量 1molC6H12O6分解可释放出2870kJ的能量 其中1161kJ转移到ATP中 其余以热能散失 有机物中稳定化学能 ATP中活跃化学能 转换 能量转换效率约40 热能 影响有氧呼吸的环境因素 O2浓度 温度 水分 CO2浓度等 应用 温室种植植物时 夜间适当低温 贮存种子时 干燥 适当低温 低氧 高CO2 大田种植作物时 松土 排除积水 无土栽培时 定时向培养液中打气 抑制有氧呼吸 促进根系有氧呼吸 2 无氧呼吸 定义 细胞在无氧条件下 通过多种酶的催化作用 把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物CO2 酒精或者乳酸 同时释放出少量能量 生成少量ATP的过程 场所 细胞质基质 过程 C6H12O6 酶 少量能量 2ATP 2C3H4O3 2C2H5OH 2CO2 2C3H6O3 酶 酶 酵母菌 大多数植物 乳酸菌 马铃薯块茎 玉米胚 甜菜块根 动物 4 H 反应式 C6H12O6 C6H12O6 酶 酶 2C2H5OH 2CO2 能量 1molC6H12O6分解可释放出225 94kJ的能量 其中61 08kJ转移到ATP中 其余以热能散失 2C3H6O3 能量 1molC6H12O6分解可释放出196 65kJ的能量 其中61 08kJ转移到ATP中 其余以热能散失 影响因素 温度 细胞含水量 O2浓度 酒精浓度等 应用 发酵时隔绝空气 促进微生物的无氧呼吸 处理伤口时及时而恰当 抑制病原菌 破伤风杆菌 的无氧呼吸 练习 如图曲线表示呼吸速率 CO2释放量 与氧浓度的关系 如果AO BO 4 3 设此时细胞减少了2mol葡萄糖 问 理论上共产生几molATP 40mol 3 呼吸作用的实验探究 在密闭的玻璃容器进行实验 绿色植物或植物绿色器官应排除光合作用等因素的干扰 在无光或者绿光灯下进行 以NaOH吸收CO2 观察单位时间中玻璃刻度管所显示的容器中气压下降的速率 O2吸收速率 或者利用红外线传感器测量容器中CO2浓度释放的速率 红色液滴 酵母菌培养液 NaOH 清水 红色液滴左移 红色液滴不动 只进行有氧呼吸 红色液滴不动 红色液滴右移 只进行无氧呼吸 红色液滴左移 红色液滴右移 同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 五 光合作用 1 光合作用的探究历程 两千多年前 希腊亚里士多德认为植物生长发育所需的物质都来自于土壤 17世纪上半叶 比利时海尔蒙特把一棵称过重的柳树种植在一桶事先称好重量的土壤中 然后只用雨水浇灌而不供给任何其他物质 5年后 他发现这棵柳树的重量竟是刚栽种时的33 8倍 而土壤的重量只减少62 2克 因此 他认为构成植物体的物质来自水 而土壤只供给极少量的物质 1771年 英国化学家普利斯特里证明植物能 净化 因燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气 1779年 荷兰科学家简 英格豪斯发现 绿色植物只有在光下 才能把空气变好 而在暗中不仅不能 净化 空气 反而会像动物一样把好空气变坏 植物的非绿色器官即使在光下也会使空气变坏 1845年 德国科学家梅耶根据能量转化与守恒定律明确指出 植物进行光合作用时 把光能转换为化学能储存起来 1785年 人们在弄清空气的组成成分后 明确认识到绿叶在光下释放出的气体为O2 吸收的是CO2 1864年 德国科学家萨克斯把绿色叶片放在暗处几小时 让叶片中的营养物质消耗掉 然后将叶片的一半曝光 另一半遮光 一段时间后 用碘蒸汽处理叶片 发现遮光的一半叶片颜色没有变化 曝光的那一半叶片则呈深蓝色 从而证明了绿色叶片通过光合作用产生了淀粉 1880年 德国学者恩格尔曼用水绵做实验 他把放有水绵和好氧细菌悬浮液的载玻片置于没有空气的小室里 然后 在黑暗中用白光作点状照明 发现这时悬浮液中的好氧细菌向近叶绿体的光点集中 如果用光照射整个细胞 可以观察到好氧细菌向叶绿体所有受光部分密集 这证明了氧是由叶绿体释放出来的 叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所 20世纪30年代 美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法研究光合作用中释放的O2到底是来自水 还是来自CO2 他们向第一组绿色植物提供H218O和CO2 向第二组绿色植物提供H2O和C18O2 在相同的条件下 对两组光合作用实验释放出的氧进行了分析 结果表明第一组释放的氧全部都是18O2 第二组释放的氧全部是O2 这个实验证明 光合作用释放的氧气全部都来自水 20世纪50年代 美国科学家卡尔文等人利用放射性同位素示踪技术 提出了二氧化碳同化途径 卡尔文循环 2 光合作用的定义 光合作用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能量的有机物 并且释放出氧气的过程 3 光合作用的场所 叶绿体 光合片层 蓝藻 光合色素 分布在类囊体薄膜上 叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素 约占3 4 主要吸收红光和蓝紫光 约占1 4 主要吸收蓝紫光 分布在类囊体薄膜和叶绿体基质中 酶 实验 绿叶中色素的提取和分离 提取色素 研磨 加入少许 和10mL无水乙醇 SiO2 CaCO3 制备滤纸条 划滤液细线 色素分离 将滤纸条划有滤液细线的一端插入中 滤液细线不能低于层析液液面 层析液 要求细 直 齐 其中一端应剪去两个角 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 最少 较少 最多 较多 最高 较高 较低 最低 最快 较快 较慢 最慢 光合色素的吸收光谱 P99 4 光合作用过程 光反应 暗反应 叶绿体类囊体薄膜上 叶绿体基质中 5 光合作用反应式 CO2 H2O 光能 叶绿体 CH2O O2 或者 6CO2 12H2O 光能 叶绿体 C6H12O6 6H2O 6O2 6 光合作用的实质 物质转变 无机物 有机物 能量转变 光能 活跃化学能 稳定化学能 7 影响因素 1 光照强度与光合速率 0 CO2吸收 CO2释放 光照强度 光补偿点 光饱和点 真 总 光合速率 净 表观 光合速率 阴生植物的净光合速率 净光合速率 呼吸速率 真光合速率 单位时间 CO2吸收量 或O2释放量 CO2利用量 固定量 或O2产生量 单位叶面积 或有机物积累量 或有机物制造量 2 CO2浓度与光合速率 0 CO2吸收 CO2浓度 CO2补偿点 当光照减弱时 CO2补偿点 当光照增强时 CO2补偿点 右移 提高 左移 降低 下图表示夏季晴天 某植物放在密闭的玻璃罩内一昼夜CO2的浓度变化 假设一昼夜5时日出 19时日落 假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同 用CO2测定仪测得了一天内该玻璃罩内CO2浓度变化情况 绘制成如图的曲线 下列有关说法正确的是 A BC段较AB段CO2增加减慢 是因低温使植物呼吸作用减弱B CO2下降从D点开始 说明植物进行光合作用是从D点开始的C FG段光合速率下降 是因为光照减弱 光合作用减弱D 该植物经过这一天后 干重减少 A 3 温度与光合速率 光合速率 温度 最低温度 最适温度 最高温度 多数植物光合作用的最适温度为25 30 例 以测定的CO2吸收量与释放量为指标 研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响 结果如下图所示 下列分析正确的是 A 光照相同时间 35 时光合作用制造的有机物的量与30 相等B 光照相同时间 在20 时植物积累的有机物的量最多C 温度高于25 时 光合作用制造的有机物的量开始减少D 两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等