第五章-细胞的能量供应和利用.ppt

1 第1节降低化学反应活化能的酶 第五章细胞的能量供应和利用 本节聚集 1 细胞代谢为什么离不开酶 2 酶是什么 3 科学家是怎样研究酶的本质的 2 一 酶的发现 发酵是纯化学反应 与生命活动无关 发酵与整个细胞的活动有关 发酵与细胞中某种物质有关 酵母细胞中的某物质能在细胞外起作用 酶是蛋白质 巴斯德之前 巴斯德 李比希 毕希纳 萨姆纳 3 酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物 二 酶本质的后续探索 其中绝大多数的酶是蛋白质 少数的酶是RNA 如 胃蛋白酶 唾液淀粉酶等 4 三 酶在细胞代谢中的作用 1 常温下反应2 加热3 Fe3 做催化剂4 过氧化氢酶 2H2O2 2H2O O2 细胞代谢 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应 统称为细胞代谢 5 比较过氧化氢在不同条件下的分解速率 2ml 2ml 2ml 2ml 3 3 3 3 常温 90 FeCl3 肝脏研磨液 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样 反应条件 对照组 实验组 6 比较过氧化氢在不同条件下的分解速率 7 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 酶的作用 降低化学反应所需的活化能 催化效率 同无机催化剂相比 酶降低活化能的作用更显著 催化效率更高 在20 测得的过氧化氢分解的活化能 8 在20 测得的过氧化氢分解的活化能 催化效率 同无机催化剂相比 酶降低活化能的作用更显著 催化效率更高 酶的作用 降低化学反应所需的活化能 酶具有专一性 每一种酶只能催化一种或一类化学反应 酶的催化效率是无机催化剂的107 1013倍 二 酶的特性 酶具有高效性 如 淀粉酶只能水解淀粉 多肽酶只能水解多肽 酶的作用条件较温和 在一定 范围内 酶的活性随着 增加而增强 超过这个限度酶的活性随着 增加而降低 甚致失去活性 最适温度 最适pH 结论 在最适宜的温度和最适宜的pH下 酶的活性最高 温度和pH偏高或偏低 酶的活性都会明显降低 强调 过酸 过碱或高温 都能使酶因空间结构遭到破坏而失活 且不可逆 低温使酶的活性降低 但不破坏酶的空间结构 在适宜的温度下酶的活性可以恢复 1 需要适宜温度 2 需要适宜pH 第2节细胞的能量 通货 ATP 第5章细胞的能量供应和利用 银烛秋光冷画屏 轻罗小扇扑流萤 天街夜色凉如水 卧看牵牛织女星 在生命系统中 主要的能源物质 主要的贮能物质 提出问题 是谁直接提供能量呢 葡萄糖 脂肪 还是其他物质 学生活动 阅读教材88页第一段 糖类 脂肪 为什么ATP能直接为生命活动提供能量呢 学生活动 阅读教材88页第二段并完成下列练习 一 ATP分子中具有高能磷酸键1 ATP全称 2 含有哪些化学元素 3 有哪些化学物质 4 ATP的结构简式是 5 A P 6 哪个高能磷酸键容易断裂 断裂后释放多少能量 所以ATP成为 断裂后形成的化合物叫什么 三磷酸腺苷 CHONP 腺苷 核糖和腺嘌呤 磷酸基团 A P P P 腺苷 磷酸基团 普通化学键 高能磷酸键 远离腺苷的高能磷酸键 30 54kJ mol 高能磷酸化合物 ADP 二磷酸腺苷 1 转化过程 二ATP和ADP可以相互转化 ATP ADP Pi 能量 图中的两种酶是否相同 ATP水解酶 ATP合成酶 ADP Pi ATP和ADP可以相互转化 一 ATP的水解1 ATP水解过程中哪个键断裂 2 ATP分解后形成了哪些物质 3 ATP中所释放出来的能量去了哪里 在水解过程中需要什么条件 4 ATP水解的反应式 二 ATP的合成1 ATP合成过程中需要些什么物质 是否需要能量 还需要什么条件 2 ATP合成的反应式 远离腺苷的高能磷酸键 用于各项生命活动 酶 ADP Pi 需要 酶 ADP转化成ATP时所需能量的主要来源 动物和人等 绿色植物 能量 呼吸作用 呼吸作用 光合作用 ADP Pi ATP 酶 讨论 结合所学知识 ATP还能为哪些生命活动提供能量呢 酶 ATP的利用 ATP ADP Pi 能量 ATP 糖类 脂肪 糖原 淀粉 太阳能 有关能源物质的回顾与小结 ATP 全称 结构简式 A P P P 形成的主要途径 与ADP相互转化 利用 为各种生命活动提供能量转化成各种形式的能量 光合作用 呼吸作用 ATPADP Pi 能量 酶II 酶I 课堂小结 三磷酸腺苷 5 3ATP的主要来源 ADP转化成ATP时所需能量的主要来源 动物和人等 绿色植物 能量 呼吸作用 呼吸作用 光合作用 ADP Pi ATP 酶 ATP的主要来源 细胞呼吸 一 细胞呼吸 1 概念 指的是在细胞内经过一系列的 生成或其他产物 释放出并生成的过程 有机物 氧化分解 二氧化碳 能量 ATP 细胞呼吸的类型 根据是否需要氧气参与 细胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 二 有氧呼吸 外膜 嵴 内膜 线粒体基质 线粒体内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶 1 主要场所 线粒体 2 过程 以葡萄糖 CHO 为例 葡萄糖 O2 12H2O 6CO2 6H2O 酶 酶 酶 细胞质基质 线粒体 6 12 6 三阶段反应式 1 葡萄糖的初步分解 2 丙酮酸的彻底分解 3 H 的氧化 有氧呼吸反应总式 思考 反应方程式两边的H2O为什么没有像化学里面的反应式一样消去呢 下面大家列表来比较三个阶段的不同 第一阶段 第二阶段 第三阶段 场所 反应物 产物 放能 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 葡萄糖 丙酮酸和水 H 和O2 丙酮酸和 H H 和CO2 H2O 少量 少量 大量 有氧呼吸能量去向 1molC6H12O6彻底氧化分解产生2870KJ能量 1161KJ 1709KJ 储存 38molATP 以热能形式散失 ADP转化为ATP吸收能量30 54kJ mol 试计算 1 有氧呼吸的能量转换效率是多少 40 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 有氧呼吸的概念 提示1 条件 需氧 多种酶参与2 场所 主要在线粒体中进行3 物质变化 有机物彻底分解成无机物4 能量变化 释放大量能量 快速记忆 1 能够生成ATP的是有氧呼吸的阶段 三个阶段 2 氧气参与的是有氧呼吸的阶段 第三阶段 3 水参与的是有氧呼吸的阶段 生成水的是有氧呼吸的阶段 第二阶段 第三阶段 4 有氧呼吸的阶段发生在线粒体中 C6H12O6 6H2O 6O26CO2 12H2O 能量 二 三阶段 暂时缺氧状态下的活细胞 还能进行细胞呼吸吗 三 无氧呼吸 破伤风杆菌 骨骼肌细胞 酵母菌 2C3H6O3 C6H12O6 2分子丙酮酸 酶 酶 2C2H5OH 2CO2 酒精 乳酸 没有能量释放 释放少量能量 第一阶段 第二阶段 2molATP热能 2 过程 1 场所 细胞质基质 C6H12O6 酶 2C3H6O3 乳酸 少量能量 A 乳酸发酵 例 高等动物 乳酸菌 高等植物的某些器官 马铃薯块茎 甜菜块根 玉米胚等 C6H12O6 酶 2C2H5OH 酒精 2CO2 少量能量 B 酒精发酵 例 大多数植物 酵母菌 3 无氧呼吸总反应式 无氧呼吸是指细胞在无氧条件下 通过酶的催化作用 把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物 释放出少量能量 生成少量ATP的过程 4 概念 同样是分解葡萄糖 为何无氧呼吸只能释放少量能量 无氧呼吸中葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中 细胞质基质 线粒体 主要 细胞质基质 需氧 酶等 不需氧 需酶 大量 少量 两者第一阶段完全相同 都分解有机物 释放能量 合成ATP 四 有氧呼吸与无氧呼吸的比较 二氧化碳和水 酒精 二氧化碳或乳酸 五 细胞呼吸的作用 为生物体的生命活动提供能量 为体内其它化合物的合成提供原料 细胞呼吸要消耗有机物 使有机物积累减少 因此 对粮食储藏和果蔬保鲜来说 又要设法减少细胞呼吸 尽可能减少有机物的消耗 六 细胞呼吸原理的应用 粮食储藏 粮食储藏时 要注意降低温度和保持干燥 抑制细胞呼吸 延长保存期限 果蔬保鲜 为了抑制细胞呼吸 果蔬储藏时采用降低氧浓度 补充N2 CO2 或降低温度等方法 缺氧的情况下 厌氧病菌大量繁殖 不利于伤口痊愈 抑制厌氧菌的无氧呼吸 注射破伤风抗毒血清 发酵生产 促进根部有氧呼吸 有利于吸收矿质离子等 抑制无氧呼吸产生酒精 防止酒精中毒 烂根死亡 有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼 人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量 无氧运动中 肌细胞因氧不足 要靠乳酸发酵来获取能量 会引起肌肉酸胀乏力的感觉 七 影响细胞呼吸的因素 1 温度 应用 贮存水果时 适当降低温度能延长保存时间 在农业上 夜晚适当降低温度 可以减少呼吸作用对有机物的消耗 通过影响酶的活性来影响呼吸速率 2 O2浓度 对有氧呼吸 在一定范围内 随O2浓度升高 有氧呼吸强度也增加 但O2浓度达到一定值时有氧呼吸强度将不再随O2浓度增加而增强 如a图所示 对无氧呼吸 随O2浓度增加而受抑制 O2浓度越高 抑制作用越强 O2浓度达到一定值时 被完全抑制 如b图所示 CO2 的释放量 O2浓度 a O2浓度 的释放量 CO2 b 3 CO2浓度 CO2浓度过高抑制呼吸作用的进行 4 水 在一定范围内 细胞呼吸强度随含水量的增加而增强 应用 稻谷等种子在贮藏前要晾晒 甚至风干 减少水分 降低呼吸消耗 1 种子在浸水和不浸水的情况下进行细胞呼吸都能产生 葡萄糖B 丙酮酸C 乳酸D 酒精 B 巩固练习 2 如果酵母菌在进行有氧呼吸和酒精发酵时 分解葡萄糖产生等量的CO2那么这两种呼吸作用所消耗葡萄糖的摩尔数之比是 B A 1 2B 1 3C 1 4D 1 6 3 利用地窖贮藏种子 蔬菜在我国历史悠久 地窖中的CO2浓度较高 这有利于 A降低呼吸强度B降低水分吸收C促进果实成熟D促进光合作用 A 4 下列各项中 与细胞呼吸原理的应用无关的是 A晒干小麦种子延长保存期限B利用催熟剂使作物尽快成熟C夜晚适当降低温室内的温度以提高产量D农村采用密闭的土窖保存水果蔬菜 B 6 右图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下CO2的释放量与O2的吸收量的变化 请根据图解回答下列问题 1 0点时 该器官的呼吸作用类型是 无氧呼吸 3 在O2浓度为b 以下时 不包括0点 该器官的呼吸类型是 因为 有氧呼吸和无氧呼吸 CO2释放量大于O2吸收量 2 该器官CO2释放与O2吸收两条曲线在P点重合 其呼吸类型为 因为 4 由该曲线提示的原理 我们在进行果实和种子贮藏时 应取O2含量为值时 理由是 有氧呼吸 CO2释放量等于O2吸收量 a 此时释放的CO2最少 果实和种子通过呼吸消耗的有机物最少 1 0 0 5 a b co2释放 P O2吸收 气体交换相对值 O2含量 0 根据细胞呼吸物质变化的数量关系来判断细胞呼吸方式 依据O2吸收量和CO2释放量判断 不消耗O2 释放CO2只进行无氧呼吸 O2吸收量 CO2释放量只进行有氧呼吸 O2吸收量 CO2释放量两种呼吸方式同时存在依据酒精和CO2生成量判断 酒精量 CO2量只进行无氧呼吸 酒精量 CO2量两种呼吸方式同时进行 探究 酵母菌细胞呼吸的方式 一 实验原理1 酵母菌是一种单细胞真菌 在有氧和无氧的条件下都可以生存 属于兼性厌氧菌 2 CO2的检测方法 1 CO2使澄清石灰水变浑浊 2 CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄3 酒精的检测橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生反应 变成灰绿色 二 作出假设酵母菌在有氧情况下进行有氧呼吸 产生CO2 在无氧情况下进行无氧呼吸 产生CO2和酒精 三 设计实验 1 配制酵母菌培养液 等量原则 置于A B锥形瓶2 组装有氧呼吸和无氧呼吸装置图 放置在25 35 的环境下培养8 10小时 3 检测CO2的产生4 检测酒精的产生 1 取2支试管编号 2 各取A B锥形瓶酵母菌培养液的滤液2毫升 注入试管 3 分别滴加0 5毫升重铬酸钾 浓硫酸溶液 轻轻振荡 混匀 第一组装置中 NaOH溶液的作用 吸收空气中的CO2 排除空气中CO2对实验结果的干扰B瓶应封口放置一段时间后 再连接澄清石灰水的原因 封口放