三细胞的能量供应和利用

三细胞的能量供应和利用第1页/共53页一酶酶是活细胞产生的具有催化作用的一类有机物。化学本质合成原料合成场所来源生理功能作用原理1.1酶的概念1.2酶的本质及生理功能绝大多数是蛋白质少数是RNA氨基酸核糖核苷酸核糖体细胞核、线粒体、叶绿体(真核生物)一般来说，活细胞都能产生酶具有生物催化作用降低化学反应的活化能何谓活化能？第2页/共53页1.3酶的特性1.高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。2.专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。3.作用条件较温和：(1)最适pH和温度下，酶活性最高，温度和pH偏高或偏低，酶活性会明显降低。(2)过酸、过碱或高温下，酶失活。原因？酶与无机催化剂有什么共性？第3页/共53页1.4

与酶有关的曲线图表分析（1）表示酶高效性的曲线①催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。②酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。第4页/共53页(2)表示酶专一性的曲线①在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物A参加反应；②在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化底物A参加反应。第5页/共53页（3）影响酶活性的曲线①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用逐渐减弱。②在最适温度(pH)时，酶的催化作用最强，高于或低于最适温度(pH)，酶的催化作用都将减弱。③过酸、过碱、高温都会使酶失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。第6页/共53页反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。（4）底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响第7页/共53页1.5

与酶有关的实验设计思路总结实验名称实验组对照组实验组衡量标准验证酶的本质验证酶的专一性验证酶的高效性探究酶的适宜温度（PH)酶是蛋白质酶是RNA待测酶溶液+双缩脲溶液标准蛋白质溶液+双缩脲溶液是否出现紫色待测酶溶液+吡罗红试剂标准RNA溶液+吡罗红溶液是否出现红色底物+相应酶液另一底物+相同酶液或同一底物+另一酶液底物是否被分解底物+相应酶液底物+无机催化剂底物分解速度其它条件相同，不同温度(PH）梯度处理后的底物和酶混合底物分解速度或底物的剩余量第8页/共53页举例：酶的高效性的验证实验②H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe3＋等不同条件下气泡产生多少或卫生香燃烧剧烈程度不同。(1)实验原理(2)实验过程第9页/共53页举例：酶的专一性的验证实验(1)实验原理斐林试剂―→砖红色Cu2O↓②用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性。第10页/共53页(2)实验过程序号项目试管121注入可溶性淀粉2mL无2注入蔗糖溶液无2mL3注入新鲜淀粉酶溶液2mL振荡2mL振荡450℃温水保温5min5min5加斐林试剂1mL振荡1mL振荡6将试管下部放入60℃热水中2min2min7观察实验结果有砖红色沉淀无砖红色沉淀结论淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解第11页/共53页举例：温度对酶活性的影响(1)原理解读②温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。(2)实验设计思路第12页/共53页(3)实验设计程序第13页/共53页(1)原理解读举例：pH对酶活性的影响②pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。(2)实验设计第14页/共53页举例：酶的高效性的验证实验步骤试管编号1234

一H2O2浓度

剂量二

剂量结果气泡产生卫生香燃烧结论2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温90℃常温

常温2滴清水2滴清水FeCl3

2滴肝脏研磨液2滴无少量较多大量不复燃变亮变更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对照实验第15页/共53页

二细胞的能量通货—ATP2.1

ATP的结构组成ATP元素组成C、H、O、N、P结构简式A－P～P～P普通磷酸键高能磷酸键水解时，该高能磷酸键首先断裂，释放能量，同时生成ADP和Pi化学组成1分子腺苷A

和3分子磷酸基团P1分子核糖+1分子腺嘌呤第16页/共53页腺苷腺嘌呤核糖核苷酸第17页/共53页第18页/共53页2.2ATP与ADP的相互转化ATP的合成ATP的水解反应式所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量来源光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)储存在高能磷酸键中的能量能量去路储存于形成的高能磷酸键中用于各项生命活动反应场所细胞质基质、线粒体、叶绿体生物体的需能部分细胞中ATP的含量很少第19页/共53页

三ATP的主要来源—细胞呼吸3.1

细胞呼吸3.1.1细胞呼吸的概念生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。3.1.2细胞呼吸的类型有氧呼吸无氧呼吸第20页/共53页3.2

有氧呼吸3.2.1有氧呼吸的概念:指细胞在氧的参与下，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，生成许多ATP的过程。3.2.2有氧呼吸的场所:细胞质基质和线粒体外膜内膜嵴基质第21页/共53页3.2.3

有氧呼吸的过程线粒体内膜细胞质基质线粒体基质CO2H2O丙酮酸［H］［H］第一阶段第二阶段第三阶段总反应式：第22页/共53页3.3

无氧呼吸3.3.1无氧呼吸的概念:指细胞在无氧的条件下，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，同时释放出少量能量的过程。3.3.2无氧呼吸的场所:细胞质基质C6H12O6酶2C2H5OH+2CO2酶2C3H6O3第一阶段第二阶段（均在细胞质基质中完成）2丙酮酸[H]+少量能量3.3.3

无氧呼吸的过程：第23页/共53页①高等植物、酵母菌等分解成酒精的反应式为：

②高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、乳酸菌转化成乳酸的反应式为：

无氧呼吸总反应式：3.3.4

细胞呼吸产物的检测：①检测CO2的产生：可使用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液，CO2可使后者发生的颜色变化是由蓝变绿再变黄。②检测酒精的产生：可使用橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿。兼性厌氧型菌第24页/共53页有氧呼吸无氧呼吸不同点反应条件呼吸场所分解产物释放能量特点有氧呼吸与无氧呼吸的比较需要O2、酶和适宜的温度不需要O2，需要酶和适宜的温度第一阶段在细胞质基质中，第二、三阶段在线粒体中两个阶段都在细胞质基质中CO2和H2OCO2和酒精或乳酸1mol葡萄糖释放能量2870kJ，其中1161kJ转移至ATP中1mol葡萄糖释放能量196.65kJ(生成乳酸)或225.94kJ(生成酒精)，其中均有61.08kJ转移至ATP中有机物彻底分解，能量完全释放有机物没有彻底分解，能量没完全释放相同点第25页/共53页3.4

影响细胞呼吸的因素及其在实践中的应用内部因素(1)不同植物的呼吸速率不同(2)同一植物不同部位呼吸速率不同(3)同一植物不同发育时期呼吸速率不同外部因素3.4

影响细胞呼吸的因素及其在实践中的应用影响因素（外部因素）影响曲线及分析应用

温度

生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量。

水分在作物种子储藏时，将种子风干，减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，温度通过影响与细胞呼吸有关的酶的活性来影响呼吸速率。随含水量的减少而减慢。第27页/共53页影响因素（外部因素）影响曲线及分析应用

氧气

O2浓度低时，无氧呼吸占优势，随O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强；但当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的限制)。

生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间；农作物的中耕松土增加根的有氧呼吸；在医疗上选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，可抑制厌氧病原菌的繁殖。3.4

影响细胞呼吸的因素及其在实践中的应用第28页/共53页

四能量之源—光与光合作用4.1

实验：绿叶中色素的提取与分离4.1.1

实验原理(1)提取原理：叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇（或丙酮）中，所以用无水乙醇可以提取叶绿体中的色素。(2)分离原理：利用色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸上扩散的快，反之则慢。第29页/共53页4.1.2

实验过程、操作注意事项及目的实验过程注意事项操作目的提取色素①②③④⑤选取新鲜绿色的叶片研磨时加入10mL无水乙醇研磨时加入少许SiO2和CaCO3迅速充分研磨盛放滤液的试管管口加棉塞使滤液中色素含量高溶解叶片中的色素研磨充分和保护色素防止色素挥发并充分溶解色素防止溶剂挥发和色素分子被氧化第30页/共53页实验过程注意事项操作目的分离色素①②③④滤纸条的一端剪去两角防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快滤液细线要直、细、齐使分离的色素带平整，不重叠滤液细线干燥后要重复画2-3次滤液细线不能触及层析液使分离的色素带清晰，便于观察防止色素直接溶解到烧杯内的层析液中第31页/共53页4.1.3

实验结果及分析色素种类主要吸收的光色素颜色色素含量溶解度扩散速度相邻两条色素带之间距离最远的是最近的是胡萝卜素和叶黄素，叶绿素a和叶绿素b若用圆形滤纸代替条形滤纸条做层析实验，会出现什么现象？胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b蓝紫光红光和蓝紫光橙黄色黄色蓝绿色黄绿色最少最多最高最快最低最慢较少较多较高较低较快较慢第32页/共53页色素的分布、功能(1)分布：叶绿体类囊体的薄膜上。(2)功能：吸收光能、传递光能(四种色素)、转化光能

(只有少数处于特殊状态的叶绿素a)。

不同颜色温室大棚的光合效率

(1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。

(2)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。第33页/共53页4.2

光合作用的探究历程时间科学家实验过程、方法实验现象实验结论1771年普利斯特利（英）1779年扬.英根豪斯（荷兰）做了500多次普利斯特利做过的植物更新空气的实验1845年梅耶（德）根据能量转化和守恒定律推测蜡烛熄灭，小鼠死亡蜡烛不灭小鼠不易死亡点燃蜡烛与小鼠、密闭点燃蜡烛与绿色植物、密闭小鼠与绿色植物、密闭植物可以更新空气植物只有在阳光下才能更新空气植物进行光合作用时，把光能转化为化学能储存起来了第34页/共53页时间科学家实验过程、方法实验现象实验结论1864年萨克斯（德）1880年恩格尔曼（美）1939年鲁宾、卡门（美）黑暗12h曝光遮光（自身对照）绿叶碘碘深蓝色无颜色变化绿色植物光合作用产生淀粉水绵好氧菌黑暗无空气极细光束完全曝光好氧菌只分布在光束照射的叶绿体周围好氧菌分布在叶绿体所有受光部位O2是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所（自身对照）向植物提供H218O、CO2H2O、C18O2释放18O2释放O2光合作用释放的氧全部来自水（放射性同位素标记法、对照法）第35页/共53页4.3

光合作用4.3.1光合作用的概念

4.3.2光合作用的场所：叶绿体绿色植物通过________,利用______,把________转化成储存着能量的有机物,并且释放_______的过程.叶绿体光能CO2和H2OO2反应式:第36页/共53页4.3.3光合作用的过程：多种酶

4.3.3.1构建光合作用过程图解：第37页/共53页4.3.3.2判断(CH2O)中的C、H、O的来源：CO2＋H2O(CH2O)＋O2(1)氧元素H2O―→CO2―→O2(CH2O)(2)碳元素CO2―→C3―→(CH2O)(3)氢元素H2O―→[H]―→(CH2O)第38页/共53页4.3.3.3光照和CO2浓度变化对光合作用的影响:条件C3C5[H]和ATP（CH2O)光照强→弱，CO2供应不变光照弱→强，CO2供应不变光照不变，CO2充足→不足光照不变，CO2不足→充足增加减少减少或没有减少减少增加增加增加减少增加增加减少增加减少减少增加第39页/共53页联系①光反应为暗反应提供

和

；暗反应为光反应提供

和

。光反应过程与暗反应过程是紧密联系、缺一不可的统一整体。②没有光反应，暗反应缺乏

和

，无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，两者相互制约。[H]ATPADPPi[H]ATP4.3.3.4光反应与暗反应的区别和联系：第40页/共53页项目光反应暗反应条件场所物质变化能量变化需叶绿素、光、酶需多种酶催化、ATP和[H]基粒的类囊体薄膜上叶绿体的基质中

ATP的合成：

ADP+Pi+能量ATP酶水的光解：

2H2O4[H]+O2光CO2的固定：CO2+C52C3酶[H],ATPC3的还原：2C3

（CH2O）酶叶绿素把光能转变成活跃的化学能并储存在ATP中ATP中的活跃化学能转变成储存在有机物中的稳定化学能4.3.3.3光反应与暗反应的区别和联系：第41页/共53页4.4影响光合作用的因素及其在农业生产中的应用：4.4.1内部因素(1)与植物自身的遗传有关,如阴生植物、阳生植物，如图1所示(2)植物叶片的年龄、叶面积指数也会制约光合作用，如图2、图3所示。第42页/共53页4.4.2外部因素因素原理图像应用光照强度影响光反应阶段，制约ATP及[H]的产生，进而制约暗反应延长光合作用时间，通过轮作，延长全年内单位土地上绿色植物进行光合作用的时间。二氧化碳影响暗反应阶段，制约C3的形成（1）大田中增加空气流动，以增加CO2的浓度（2）温室中可增加有机肥，以增加CO2浓度CO2浓度CO2饱和点CO2补偿点CO2饱和点第43页/共53页4.4.2外部因素因素原理图像应用温度通过影响酶活性进而影响光合作用（主要制约暗反应）（1）大田中适时播种。（2)温室中，增加昼夜温差，保证植物有机物的积累。必需矿质元素可通过所参与的与光合作用相关的化合物对光合作用造成直接或间接影响根据植物的需肥规律，适时地、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用。第44页/共53页4.5光合作用与细胞呼吸的区别与联系：项目光合作用细胞呼吸区别场所叶绿体细胞质基质和线粒体或细胞质基质条件只在光下进行有光、无光都进行物质变化无机物有机物有机物无机物能量变化光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能+热能实质合成有机物，储存能量分解有机物，释放能量合成分解第45页/共53页项目光合作用细胞呼吸联系（1）从能量变化上来看：（2）从物质变化上来看：热能+光反应暗反应细胞呼吸利用活跃化学能（ATP）稳定化学能（C6H12O6）活跃化学能（ATP）光能生命活动所需的能量C：CO2暗反应（CH2O）呼吸I丙酮酸呼吸IICO2H：H2O光反应O2呼吸IIIH2OO