第5章细胞的能量供应和利用

1、第第5 5章章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用 酶是酶是活细胞活细胞产生的具有产生的具有催化催化作用的有机物，作用的有机物，其中其中绝大多数是蛋白质绝大多数是蛋白质，少数少数RNARNA也具有催化功能。也具有催化功能。( (一一) ) 酶的本质酶的本质( (三三) )酶的特性酶的特性1 1、高效性、高效性2 2、专一性、专一性3 3、酶的作用条件较温和、酶的作用条件较温和( (二二) )酶的催化机理酶的催化机理降低反应活化能降低反应活化能第一节第一节 降低化学反应活化能的酶降低化学反应活化能的酶 酶促反应速率最快时的环境温度称为该酶促反酶促反应速率最快时的环境温度称为该酶促反应的最适

2、温度应的最适温度0最适温度最适温度t/mmol. s/mmol. s-1 -1酶活性受温度影响示意图酶活性受温度影响示意图在在最适宜温度最适宜温度下，酶的活性最高；下，酶的活性最高；较低的温度会使酶的活性都会较低的温度会使酶的活性都会明明显降低。显降低。低温只是抑制酶的活性低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性；可恢复活性；较高的温度容易使酶的较高的温度容易使酶的空间结构空间结构遭到不可逆遭到不可逆破坏破坏而彻底而彻底失去活性失去活性。酶的催化作用需要酶的催化作用需要适宜的温度适宜的温度/mmol. s/mmol. s-1 -1最适最适pH0p

3、H酶活性受酶活性受pHpH影响示意图影响示意图 酶促反应速率最快时的环境酶促反应速率最快时的环境pH称为该酶促反应称为该酶促反应的的最适最适pH。在最适宜的在最适宜的pHpH值下，值下，酶的活性最高；酶的活性最高；在在过酸或过碱过酸或过碱的条件的条件下，都会使酶的下，都会使酶的空间空间结构结构遭到遭到破坏破坏而而失去失去活性活性。酶的催化作用需要酶的催化作用需要适宜的适宜的pHpH值值1.表示酶高效性的曲线表示酶高效性的曲线（1）催化剂可加快化学反应速率，与无机催化）催化剂可加快化学反应速率，与无机催化 剂相比，剂相比，酶的催化效率更高酶的催化效率更高。 （2）酶）酶只能缩短达到化学反应平衡所

4、需时间只能缩短达到化学反应平衡所需时间,不不 改变化学反应的平衡点。改变化学反应的平衡点。 （3）酶只能催化已存在的化学反应。）酶只能催化已存在的化学反应。( (四四) )拓展：与酶有关的曲线分析拓展：与酶有关的曲线分析2、表示酶专一性的曲线、表示酶专一性的曲线 加入酶加入酶B的反应速率与无酶条件下的反应速率相的反应速率与无酶条件下的反应速率相 同，而同，而加入酶加入酶A的反应速率随反应物浓度增大明的反应速率随反应物浓度增大明 显加快，显加快，说明酶说明酶B对此反应无催化作用，进一步对此反应无催化作用，进一步 说明酶具有专一性。说明酶具有专一性。( (四四) )拓展：与酶有关的曲线分析拓展：与

5、酶有关的曲线分析3.温度、温度、pH影响酶活性的曲线影响酶活性的曲线（1）在）在一定温度范围内一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。（2）酶的催化能力的发挥有一个最适）酶的催化能力的发挥有一个最适pH，在低于最适，在低于最适pH时，随着时，随着pH的降低，酶的活性逐渐降低；高于最适的降低，酶的活性逐渐降低；高于最适pH时，随着时，随着pH的升高，酶的活性也逐渐下降。的升高，酶的活性也逐渐下降。（3）过酸、过碱、高温都会使酶失活过酸、过碱、高温都会使酶失活，而，而低温只是抑低温只是

6、抑制酶的活性制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。性。( (四四) )拓展：与酶有关的曲线分析拓展：与酶有关的曲线分析4.底物浓度与反应速率底物浓度与反应速率 酶量一定酶量一定的条件下，的条件下，在一定范在一定范 围内围内随着底物浓度的增加，反随着底物浓度的增加，反 应速率也增加，但达到一定浓应速率也增加，但达到一定浓 度后不再增加，原因是受到度后不再增加，原因是受到酶酶 数量和酶活性的限制。数量和酶活性的限制。 ( (四四) )拓展：与酶有关的曲线分析拓展：与酶有关的曲线分析5.酶浓度与反应速率酶浓度与反应速率底物底物一定一定的条件下，的条

7、件下，在一在一定范围内定范围内随着酶浓度的增随着酶浓度的增加，反应速率也增加，但加，反应速率也增加，但达到一定浓度后不再增加，达到一定浓度后不再增加，原因是受到原因是受到底物浓度的限底物浓度的限制。制。 在在底物充足底物充足、其他条件适、其他条件适宜且固定的条件下，酶促宜且固定的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。反应速率与酶浓度成正比。 酶浓度酶浓度( (四四) )拓展：与酶有关的曲线分析拓展：与酶有关的曲线分析6.综合综合（1）纵坐标为反应物剩余量，剩的越多，生成物越少，）纵坐标为反应物剩余量，剩的越多，生成物越少，反应速率越慢。反应速率越慢。 （2）图示）图示pH=7时，反应物剩余量最少

8、，应为最适时，反应物剩余量最少，应为最适pH。 （3）当当pH改变时，最适温度保持不变改变时，最适温度保持不变。( (四四) )拓展：与酶有关的曲线分析拓展：与酶有关的曲线分析2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温常温903.5%FeCl320%肝脏肝脏研磨液研磨液2 2滴蒸馏水滴蒸馏水 2 2滴蒸馏水滴蒸馏水2 2滴滴不明显不明显少量少量较多较多大量大量不复燃不复燃 不复燃不复燃变亮变亮复燃复燃过氧化氢在不同条件下的分解过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样速率不一样反应条件反应条件自变量自变量因变量因变量无关变量无关变量变量变量 2 22 2 浓度浓度剂量剂量剂量剂量气泡产生气泡产生卫

9、生香燃烧卫生香燃烧对照组对照组实验组实验组( (五五) ) 与酶有关的实验与酶有关的实验(1)自变量：自变量：(2)因变量：因变量：(3)无关变量：无关变量：质量分数为质量分数为3的可溶性淀粉溶液、质量分数为的可溶性淀粉溶液、质量分数为2的的淀粉酶溶液、冰水（淀粉酶溶液、冰水（0）、热水、碘液）、热水、碘液(4)实验原则：实验原则：碘液碘液 试 管 601001236010060100/注意：保持各自温度注意：保持各自温度时间不能太短时间不能太短 淀粉酶催化淀粉水解需要一定淀粉酶催化淀粉水解需要一定时间时间碘液碘液不能滴加太多不能滴加太多12360100(1)自变量：自变量： (2)因变量：因

10、变量：(3)无关变量：无关变量：质量分数为质量分数为3的可溶性淀粉溶液、质量分数为的可溶性淀粉溶液、质量分数为2的的淀粉酶溶液、淀粉酶溶液、 5HCl、5NaOH、蒸馏水、斐林试剂、蒸馏水、斐林试剂(4)实验原则：实验原则：碘液碘液 斐林试剂斐林试剂1 12 23 32 2淀粉酶淀粉酶1ml1ml1ml1ml1ml1mlpHpH3 3可溶性淀粉可溶性淀粉 斐林试剂斐林试剂颜色颜色结论结论蒸馏水蒸馏水1mL5%NaOH1mL 5%HCL1mL2ml2ml2ml2ml2ml2ml2mL2mL摇匀混合，放置在摇匀混合，放置在6060水浴中反应水浴中反应5min5min砖红色沉淀砖红色沉淀无砖红色沉淀

11、无砖红色沉淀无砖红色沉淀无砖红色沉淀淀粉酶在中性条件中活性最强淀粉酶在中性条件中活性最强2mL2mL2mL2mL摇匀混合，沸水浴摇匀混合，沸水浴1min1minATP :直接直接供能物质（活跃的化学能）供能物质（活跃的化学能）糖类、脂质等有机物（稳定的化学能）糖类、脂质等有机物（稳定的化学能）ATP:ATP:三磷酸腺苷三磷酸腺苷腺苷腺苷APPP普通磷酸键普通磷酸键磷酸基团磷酸基团高能磷酸键高能磷酸键1、1个个ATP有有2个个“”2、P:磷酸集团磷酸集团 Pi：磷酸：磷酸3、1分子分子ATP水解，消耗水解，消耗1分子水分子水4、远离腺苷、远离腺苷“A”的那个高能磷酸的那个高能磷酸 键容易水解断裂

12、，释放出能量键容易水解断裂，释放出能量5、ATP是高能磷酸化合物是高能磷酸化合物第二节第二节 细胞的能量细胞的能量通货通货ATP(一一)ATP的结构的结构能量能量水解酶水解酶能量能量合成酶合成酶（二磷酸腺苷）（二磷酸腺苷）1、转化迅速、转化迅速 2、动态平衡、动态平衡ATP水解水解ATP合成合成条件条件水解酶水解酶合成酶合成酶场所场所能量来源能量来源能量去向能量去向相关反应相关反应ATP和和ADP的相互转化关系不是一种可逆反应，从的相互转化关系不是一种可逆反应，从物质方面看可逆物质方面看可逆，从从酶、进行场所、能量方面看不可逆酶、进行场所、能量方面看不可逆的的活细胞内多种场所活细胞内多种场所细

13、胞质基质、线粒体、叶绿体细胞质基质、线粒体、叶绿体吸能反应吸能反应放能反应放能反应高能磷酸键高能磷酸键细胞呼吸，光合作用细胞呼吸，光合作用用于各项生命活动用于各项生命活动储存于储存于ATP中中(二二)ATP的合成与分解的合成与分解C C6 6H H1212O O6 6+6H+6H2 2O+6O+6O O2 26CO6CO2 2+12H+12H2 2O+O+能量能量酶酶6126酶酶252酶酶(一一)请书写出细胞呼吸三个总反应式请书写出细胞呼吸三个总反应式乳酸菌、人和动物、马乳酸菌、人和动物、马第三节第三节 ATP的主要来源的主要来源细胞呼吸细胞呼吸(二二)有氧呼吸有氧呼吸葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸

14、O2少量能量少量能量少量能量少量能量大量能量大量能量第一阶段：第一阶段： 第二阶段：第二阶段： 第三阶段：第三阶段：总反应式：总反应式： 需要消耗需要消耗O2的是：的是： 在线粒体内进行的是：在线粒体内进行的是： 产生能量最多的是：产生能量最多的是： 生成的生成的H2O中中O的来源是：的来源是：酶酶酶酶酶酶酶酶第三阶段第三阶段第二、三阶段第二、三阶段第三阶段第三阶段O O2 21 1葡萄糖葡萄糖 2 2丙酮酸丙酮酸+4H+4H+少量能量（少量能量（2ATP2ATP）细胞质基质细胞质基质2 2丙酮酸丙酮酸+6H+6H2 2O 6COO 6CO2 2 +20H+ +20H+少量能量（少量能量（2A

15、TP2ATP）线粒体基质线粒体基质24H+ 6O24H+ 6O2 2 12H 12H2 2O+O+大量能量（大量能量（34ATP34ATP）线粒体内膜线粒体内膜C6H12O6 +6H2O+ 6O2 6CO2 + 12H2O+能量能量C C6 6H H1212O O6 6酶酶+ +少量能量少量能量场所：细胞质基质场所：细胞质基质第一阶段：第一阶段：2 2丙酮酸丙酮酸+4H +4H 第二阶段第二阶段：酶酶2 2丙酮酸丙酮酸+4H+4H2C2C2 2H H5 5OH(OH(酒精酒精) )+ 2CO2C C6 6H H1212O O6 6酶酶2C2C2 2H H5 5OH(OH(酒精酒精) ) + 2

16、CO+ 2CO2 2+ +少量能量少量能量总反应式总反应式：(三三)无氧呼吸无氧呼吸探究：探究：酵母菌细胞呼吸的方式酵母菌细胞呼吸的方式怎样鉴定有无酒精产生？怎样鉴定有无酒精产生？橙色橙色的的重铬酸钾重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，在溶液，在酸性条件酸性条件下下与酒精发生化学反应，变成与酒精发生化学反应，变成灰绿色灰绿色。(三三)无氧呼吸无氧呼吸C C6 6H H1212O O6 6酶酶+ +少量能量少量能量场所：细胞质基质场所：细胞质基质第一阶段：第一阶段：2 2丙酮酸丙酮酸+4H +4H 第二阶段第二阶段：酶酶2C2C3 3H H6 6O O3 3( (乳酸乳酸) ) 2 2丙酮酸丙酮酸+

17、 4H + 4H C C6 6H H1212O O6 6酶酶2C2C3 3H H6 6O O3 3( (乳酸乳酸) )+ + 少量能量少量能量总反应式：总反应式：乳酸菌、人和动物、马乳酸菌、人和动物、马(三三)有氧呼吸与无氧呼吸的比较有氧呼吸与无氧呼吸的比较 有氧呼吸有氧呼吸 无氧呼吸无氧呼吸区区别别场场 所所条条 件件产产 物物ATPATP联联 系系细胞质基质、细胞质基质、线粒体（主要）线粒体（主要）细胞质基质细胞质基质需氧、酶需氧、酶不需氧、需酶不需氧、需酶第一阶段反应相同，都在细胞质基质进行第一阶段反应相同，都在细胞质基质进行都分解有机物、释放能量都分解有机物、释放能量COCO2 2、酒

18、精、酒精或乳酸或乳酸COCO2 2+H+H2 2OO1、内部因素、内部因素不同的植物种类，呼吸速率各有所不同。不同的植物种类，呼吸速率各有所不同。(四四)影响呼吸作用的因素影响呼吸作用的因素阴生阴生 阳生阳生2、外部因素外部因素温度：温度：温度能影响呼吸作用，主要是影响呼吸酶的活性。温度能影响呼吸作用，主要是影响呼吸酶的活性。 37T呼吸速率呼吸速率氧气：氧气：无氧呼吸无氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸COCO2 2释放总量释放总量释放量释放量COCO2 2O O2 2O P QO P Q例：为了尽量延长新鲜水果的贮藏时间，贮藏条件最好例：为了尽量延长新鲜水果的贮藏时间，贮藏条件最好是（是（ ）A A低

19、低O O2 2、适当的湿度、零上低温和无乙烯、适当的湿度、零上低温和无乙烯 B B低低O O2 2、适当的湿度、零下低温和无乙烯、适当的湿度、零下低温和无乙烯 C C无无O O2 2、保持干燥、零上低温和有乙烯、保持干燥、零上低温和有乙烯 D D无无COCO2 2、保持干燥、零下低温和有乙烯、保持干燥、零下低温和有乙烯 温度温度氧气氧气COCO2 2水分水分应用：应用：3 3、贮藏种子，必须、贮藏种子，必须降低含水量降低含水量2 2、贮藏蔬菜和水果，适当、贮藏蔬菜和水果，适当降低温度和氧气浓度，降低温度和氧气浓度，增加增加COCO2 2的浓度的浓度1 1、中耕松土中耕松土，保证根的正常呼吸作用

20、，促进矿质，保证根的正常呼吸作用，促进矿质元素的吸收元素的吸收(五五)呼吸作用在生产中的应用呼吸作用在生产中的应用4 4、把植物体下部变黄的枝叶去掉，、把植物体下部变黄的枝叶去掉，减少养分的消耗减少养分的消耗，使有机物向人们需要的器官积累，使有机物向人们需要的器官积累5 5、工业、工业酿酒酿酒第四节第四节 能量之源能量之源光合作用光合作用(一一)叶绿体中的色素叶绿体中的色素叶叶绿绿体体中中的的色色素素(蓝绿色蓝绿色)(黄绿色黄绿色)(橙黄色橙黄色)(黄色黄色)3/41/41.研磨研磨材料材料:5g鲜叶鲜叶药品药品SiO2使研磨充分使研磨充分无水乙醇无水乙醇溶解色素溶解色素1、提取色素：、提取色

21、素：原理：色素能溶解在丙酮或酒精等有机溶剂中，原理：色素能溶解在丙酮或酒精等有机溶剂中，所以可用无水乙醇提取色素。所以可用无水乙醇提取色素。CaCO3-防止研磨中色素被破坏防止研磨中色素被破坏实验：叶绿体中色素的提取和分离实验：叶绿体中色素的提取和分离 滤液细线要求细、直。干燥后重复一两次。滤液细线要求细、直。干燥后重复一两次。 滤纸条的一端要剪去两角，既可作标记，又可使层析出的色素滤纸条的一端要剪去两角，既可作标记，又可使层析出的色素带更加平整。带更加平整。 由于层析液有毒，层析过程中一定要密封。滤液细线不能触及由于层析液有毒，层析过程中一定要密封。滤液细线不能触及层析液，防止色素溶解在层析

22、液中，使实验现象不明显。层析液，防止色素溶解在层析液中，使实验现象不明显。色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。扩散速度与色素在层析中的溶解度的关系：扩散速度与色素在层析中的溶解度的关系：溶解度大，扩散速度快溶解度大，扩散速度快溶解度小，扩散速度慢溶解度小，扩散速度慢2、分离色素、分离色素原理：原理：海尔蒙特海尔蒙特建造植物的原料是建造植物的原料是 。普里斯特利普里斯特利植物可以更新植物可以更新 。英根豪斯英根豪斯只有在只有在 下植物才能更新空气下植物才能更新空气17851785年年放出的气体是放出的气体是 ，吸收的是，吸收的是 。梅耶

23、梅耶植物把植物把 转化为转化为 储存起来。储存起来。萨克斯萨克斯绿色叶片在光下产生了绿色叶片在光下产生了 。恩吉尔曼恩吉尔曼 是光合作用的场所。是光合作用的场所。鲁宾和卡门鲁宾和卡门卡尔文卡尔文CO2+H2O叶绿体叶绿体光能光能糖类糖类(CH2O)+O2H2O空气空气光光O2CO2光能光能化学能化学能淀粉淀粉叶绿体叶绿体(二二)光合作用的探究历程光合作用的探究历程光合作用产生的光合作用产生的O O2 2来自于来自于H H2 2O O。探明了探明了COCO2 2中的中的C C的去向的去向，即卡尔文循环。，即卡尔文循环。叶绿体叶绿体中的色中的色素素(三三)光合作用的过程光合作用的过程光反应阶段光反

24、应阶段暗反应阶段暗反应阶段光能光能co22c3H2O水在光下分解水在光下分解C5ATPADP+Pi酶酶供能供能H供氢供氢O2 固固 定定还还 原原多种酶多种酶参加催化参加催化(CH2O)酶酶阻断光源：阻断光源：C3 、C5 、H阻断阻断CO2： C3 、C5 、H光反应阶段与暗反应阶段的比较光反应阶段与暗反应阶段的比较项目项目光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段区区别别场所场所条件条件物质物质变化变化能量能量转化转化类囊体的薄膜上类囊体的薄膜上叶绿体的基质中叶绿体的基质中需需光、色素和酶光、色素和酶不需不需光、色素光、色素;需需多种酶多种酶光能光能转变为转变为ATP中中活泼活泼的化学能的化学能ATP中中活泼的化学能活泼的化学能转化为糖