《第五章 细胞的能量供应和利用》课件

第五章细胞的能量供应和利用第1节

降低化学反应活化能的酶第2节

细胞的能量“货币”ATP第3节

细胞呼吸的原理和应用第4节

光合作用与能量转化学习目标1.细胞代谢为什么离不开酶？酶是什么物质？2.为什么说ATP是细胞的能量“货币”？ATP与ADP是怎样相互转化的？这有什么意义？3.细胞呼吸过程中能量是怎样转化的？有氧呼吸与无氧呼吸各有什么特点？4.植物依靠哪些色素捕获光能？叶绿体的结构有哪些适于进行光合作用的特点？

01第1节

降低化学反应活化能的酶知识梳理能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现物质和能量细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。（脱水缩合、光合作用、细胞呼吸等）细胞内有机化学反应的特点反应缓慢反应过程复杂对反应条件要求高常见有机化学反应的条件剧烈条件细胞内外的环境温和常温常压水溶液环境pH接近中性在细胞较为温和的环境中，各种生化反应如何高效有序的进行呢？知识梳理知识梳理1.探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解①实验原理细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢，细胞中有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解为氧气和水。新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。②实验目的通过比较过氧化氢在不同条件下的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。2H2O22H2O+O2↑不同条件1.常温2.加热3.加FeCl34.加过氧化氢酶.试管编号1234一

H2O2浓度

二

2d2d实验现象气泡产生卫生香2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温90℃FeCl3鲜肝研磨液反应条件实验步骤2d清水2d清水>>常温温度催化剂不同催化剂的有无注①等量原则②确定观察指标知识梳理Fe3+做催化剂过氧化氢酶123434酶具有催化作用，与无极催化剂相比，其催化效率更高实验现象知识梳理1.与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象，这一现象说明了什么？2号试管气泡多，加热能促进H2O2的分解，提高反应速率2.3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？Fe3+

和过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率3.3号试管和4号试管相比，哪只试管反应快，这说明了什么？过氧化氢酶比Fe3+

的催化效率高得多5.为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？细胞内每时每刻都在进行着许多化学反应，这些化学反应需要在常温常压下高效率的进行，只有酶能满足这样的要求4.2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多？一样多，几支试管的H2O2

溶液的体积和浓度都相同。知识梳理自变量：实验中

的对实验对象进行处理的因素因变量：因

改变而变化的变量无关变量：除自变量外，实验过程中可能还会存在一些对

造

成影响的可变因素人为控制

自变量1.变量:实验过程中变化的因素控制变量与设计对照实验实验结果单一变量原则：实验设计时只有一个自变量，且无关变量在对照组和实验组中均要保持相同且适宜。知识梳理加热能促进过氧化氢分解加热使过氧化氢分子得到了能量，从常态便会容易分解的活跃状态Fe3+能促进过氧化氢分解降低了过氧化氢分解的活化能过氧化氢酶能促进过氧化氢分解降低了过氧化氢分解的活化能与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速有序进行酶的作用原理酶的作用意义知识梳理图中①表示：图中②表示：图中④表示：无催化剂时化学反应所需的活化能。无机催化剂催化时化学反应所需的活化能。酶催化时化学反应所需的活化能。图中③表示：图中⑤表示：无机催化剂降低的活化能酶降低的活化能知识梳理引起发酵的是细胞中的某些物质，但是这些物质只有在酵母细胞死亡后才能发挥作用毕希纳酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样酶是蛋白质少数的RNA具有催化作用萨姆纳切赫和奥特曼巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用李比希知识梳理酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA容易被高温、强酸、强碱等破坏所有的活细胞都能产生酶吗？哺成红

X1.来源：活细胞2.本质：绝大多数是蛋白质少数可为RNA3.作用部位：细胞内、外、体外4.定义：知识梳理化学本质绝大多数是_______少数是_________元素组成合成原料合成场所来源一般来说，活细胞都能产生作用场所作用原理RNA

蛋白质核糖核苷酸氨基酸核糖体细胞核（真核生物）细胞内、外及生物体外均能发挥作用C、H、O、N、(S)C、H、O、N、P显著降低化学反应的活化能知识梳理知识梳理某种酶+双缩脲试剂出现紫色→该酶是蛋白质不出现紫色→该酶是RNA某种酶+蛋白酶加入酶的底物底物没有被催化→该酶是蛋白质底物被催化→该酶是RNA方案1方案21.酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是（）A.酶不能脱离生物体起作用B.酶只有释放到细胞外才起作用C.所有的酶都是蛋白质D.酶是具有催化作用的有机物2.酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有的特点是（）A.能为反应物提供能量B.能降低化学反应的活化能C.能在温和条件下催化化学反应D.催化化学反应更高效DD同步习题02第2节

细胞的能量货币atp蛋白质——脂肪——糖类——ATP——细胞能源物质的比喻“不动产”“定期存款”“活期存款”“现金”ATP是生物体生命活动的直接能源物质。结构与功能相适应，ATP有什么样的结构可以作为直接的能源物质？细胞中流通的能量“货币”一、ATP是一种高能磷酸化合物知识梳理A:P:～:—:组成元素：中文名称：左图中的A：C、H、O、N、P腺苷三磷酸腺嘌呤A—P～P～P腺苷磷酸基团普通的化学键特殊的化学键ATP结构式ATP模型图ATP结构简式~~PPPA知识梳理腺苷(A)特殊的化学键腺苷一磷酸(AMP)腺苷二磷酸(ADP)腺苷三磷酸(ATP)腺嘌呤核糖核苷酸RNA的基本组成单位之一知识梳理ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物

，脱离下来的

如果未转移给其他分子，成为游离的磷酸（Pi）

ADP（腺苷二磷酸）磷酸基团写出ATP水解的反应式:在有关酶作用下，ADP接受

，同时与

结合，重新转化成ATP能量Pi（1）ATP的水解过程（2）ATP的合成过程写出ATP合成的反应式:ATP合成酶ADP+Pi+能量ATP水解酶ADP+Pi+能量知识梳理反应能量来源植物动物\人真菌能量去向一种特殊的化学键（末端）有机物中的化学能（呼吸作用）光能(光合作用)用于各项生命活动储存于一种特殊的化学键中（末端）呼吸作用有机物释放的能量可逆的不可逆不相同ATP与ADP的相互转化時刻发生并处于

之中在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的

。物质是

，能量是

的、酶是

的动态平衡统一性ATP水解酶ADP+Pi+能量合成酶知识梳理ATPATP水解Ca2＋释放到膜外Ca2＋主动运输载体Pi与载体结合载体空间结构改变ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变。因而可以参与各种化学反应。ATP的供能机制知识梳理P89练习与应用一、概念检测1.能准确表示ATP中三个磷酸基团之间，以及磷酸基团和腺昔之间关系的结构简式是()A.A--P--P～PB.A--P～P～PC.A～P～P-PD.A～P～P～P2.下列物质中，能够直接给细胞生命活动提供能量的是()A.脂肪酸B.氨基酸C.腺苷二磷酸D.腺苷三磷酸3.下面关于ATP的叙述，错误的是()A.细胞质和细胞核中都有ATP的分布B.ATP合成所需的能量由磷酸提供C.ATP可以水解为ADP和磷酸D.正常细胞中ATP与ADP的比值相对稳定BDB4.离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，它在跨膜运输物质时离不开ATP的水解。下列叙述正确的是()A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺浓度梯度进行的C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率D.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率二、拓展应用1.就细胞中的吸能反应和放能反应各举出-一个实例，并说明这些实例分别与ATP和ADP的相互转化有什么关系。C提示：吸能反应,如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应需要消耗能量,是吸能反应,这一反应所需要的能量是由ATP水解为ADP时释放能量来提供的。放能反应,如丙酮酸的氧化分解能够释放能量,是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能形式散失外,还用于ADP转化为ATP的反应,储存在ATP中.同步习题4.离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，它在跨膜运输物质时离不开ATP的水解。下列叙述正确的是()A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺浓度梯度进行的C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率D.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率C03第3节

细胞呼吸的原理和应用取20g新鲜的食用酵母菌，分两等份，分别放入锥形瓶A和锥形瓶B中；分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液；搭建有氧呼吸装置和无氧呼吸装置；培养、观察、检测、记录为酵母菌的生命活动提供营养物质知识梳理除去空气中的CO2避免对实验结果造成影响。B瓶先封口放置一段时间，再联通盛有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？让酵母菌消耗完瓶中原有氧气,确保生成的CO2是无氧呼吸产生的。知识梳理结果现象澄清石灰水（酸性）重铬酸钾有氧无氧

酵母菌在有氧和无氧条件下均进行细胞呼吸。在有氧条件下，通过细胞呼吸产生大量的CO2，在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。注意：取出滤液在试管中鉴定酒精，不能在锥形瓶中直接鉴定

细胞呼吸方式知识梳理（1）分布：

普遍存在于真核细胞中新陈代谢旺盛的细胞含量多（如心肌细胞>表皮细胞

）（2）形态：（光学显微镜下）短棒状、圆球状、线形、哑铃形。

（3）结构（电子显微镜下）双层膜基质（含有与有氧呼吸有关的酶，少量DNA、RNA和核糖体等。）外膜内膜（折叠成嵴，增大膜表面积。能附着更多的酶）知识梳理少能ATP热能2丙酮酸(C3H4O3)酶1.有氧呼吸第一阶段NAD+NADHNAD+还原型辅酶Ⅰ①细胞质基质4[H]知识梳理酶4[H]20[H]①细胞质基质酶ATP热能6CO26H2O②线粒体基质2.有氧呼吸第二阶段2丙酮酸(C3H4O3)少能ATP热能2丙酮酸(C3H4O3)少能知识梳理请根据分步反应式写出总反应式：酶C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量细胞在

的参与下，通过

的催化作用，把葡萄糖等有机物

，产生

，释放能量，生成大量ATP的过程。氧多种酶彻底氧化分解二氧化碳和水请根据总反应式，总结有氧呼吸的概念：有氧呼吸

场所反应物产物释能第一阶段第二阶段第三阶段细胞质基质主要是葡萄糖丙酮酸、[H]少量丙酮酸Ｈ2OCO2、[H]少量[H]、O2H2O大量线粒体基质线粒体内膜知识梳理C6H12O6+6H2O+6

O2

6CO2+12H2O+能量酶

O

O

O【思考】1.化学式前后的水分子能否抵消？如若不能，请说明理由？2.水中的氧来自那种物质？3.二氧化碳中的氧来自那种物质？不能，反应物的水是在线粒体基质中参与反应的，而产物中的水在线粒体内膜中产生；反应物中水在有氧呼吸第二阶段被消耗，而产物水在有氧呼吸第三阶段产生。知识梳理可以。进行有氧呼吸的原核生物，例如硝化细菌、醋酸杆菌。但是如果没有线粒体的真核细胞，就只能进行无氧呼吸，例如哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫细胞等。与有氧呼吸相关的酶、通氧气。4.没有线粒体可以进行有氧呼吸吗？5.进行有氧呼吸需要什么条件？知识梳理细胞在

的参与下，通过酶的催化作用，把

等有机物彻底氧化分解，产生

，同时释放

，生成

的过程。氧气葡萄糖二氧化碳和水能量大量ATP4.有氧呼吸的定义5.有氧呼吸的特点（1）过程温和（2）有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放（3）这些能量有相当一部分储存在ATP中知识梳理（一）无氧呼吸的过程第一阶段C6H12O6酶2丙酮酸(C3H4O3)+4[H]+能量（少量）①第二阶段②酶2C3H6O3（乳酸）2丙酮酸+4[H]2C2H5OH(酒精)+2CO2酶2丙酮酸+4[H]与有氧呼吸第一阶段相同只在第一阶段释放少量能量葡萄糖的初步分解场所:细胞质基质丙酮酸的不彻底分解场所:细胞质基质知识梳理C6H12O6酶2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量（少）C6H12O6酶2C3H6O3（乳酸）+能量（少）（1）产生酒精（2）产生乳酸高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等形象记忆：马吃甜玉米大多数植物（苹果果实、水稻根）、酵母菌总反应式无氧呼吸的产物不同是由于酶不同知识梳理（三）无氧呼吸概念

在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。大部分能量存留在酒精或乳酸中①物质转化：有机物→无机物CO2（部分生物）不彻底的氧化产物②能量转化：（四）无氧呼吸的实质有机物中稳定的化学能不彻底的氧化产物中的化学能、ATP和热能。知识梳理细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。类型：有氧呼吸(大多数)和无氧呼吸。概念：所有生物的生存，都离不开细胞呼吸释放的能量知识梳理呼吸方式有氧呼吸无氧呼吸呼吸场所条件分解产物能量ATP产生阶段相同点主要在线粒体内细胞质基质氧气、多种酶无氧气参与，需要多种酶葡萄糖等有机物彻底分解形成CO2和H2O葡萄糖等有机物分解不彻底,形成酒精和CO2、乳酸释放大量能量释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中有氧呼吸三个阶段均产生ATP仅在第一个阶段产生ATP①第一个阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行；②两种呼吸作用方式实质相同：分解有机物，释放能量。知识梳理CO2释放量释放CO2的总量有氧呼吸无氧呼吸AB最佳储存点氧气（1）曲线分析由曲线可知，O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸有抑制作用。①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。②0＜O2浓度＜10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。④A点时，有机物消耗最少，利于储存粮食、水果。影响呼吸作用的因素知识梳理2、CO2浓度对细胞呼吸的影响①原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会_____

(填

“促进”或“抑制”)细胞呼吸的进行。②应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼

吸，减少有机物的消耗。抑制3、水对细胞呼吸的影响①解读：一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越

，细胞呼吸越强。②应用：粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的

含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。旺盛自由水知识梳理4、温度对细胞呼吸的影响①解读：温度通过影响

而影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25℃～35℃之间。②应用①

储存食品（冰箱）②大棚栽培在夜间和阴天适当

以降低呼吸作用消耗的有机物③

水和面发得快零上低温降温酶的活性温知识梳理A.氧气浓度为0时，该器官不进行呼吸作用B.氧气浓度在10%以下时，该器官只进行无氧呼吸C.氧气浓度在10%以上时，该器官只进行有氧呼吸D.保存该器官时，氧气浓度越低越好3.将酵母菌培养液进行离心处理。把沉淀的酵母菌破碎后，再次离心处理为只含有酵母菌细胞质基质的上清液和只含有酵母菌细胞器的沉淀物两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入甲、乙、丙3支试管中，并向这3支试管内同时滴入等量、等浓度的葡萄糖溶液。在有氧条件下，最终能产生CO2和H2O的试管是

（

）A.甲B.丙C.甲和乙D.丙和乙1.某超市有一批过保质期的酸奶出现涨袋现象。酸奶中可能含有的微生物有乳酸菌、酵母菌等。据此分析涨袋现象的原因，判断以下解释是否合理。(1)是乳酸菌无氧呼吸产生气体造成的。（

）(2)如果有酒味，可能是酵母菌无氧呼吸造成的。（

）2.下图表示某种植株的非绿色器官在不同氧气浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化。下列叙述正确的是（

）×√CB同步习题04第4节

光合作用和能量转化实验原理：

绿叶中色素的提取和分离（1）提取：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中（2）分离：不同色素在层析液中的溶解度不同目的要求：材料用具：绿叶中色素的提取和分离及色素的种类新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等捕获光能的色素1.用什么方法可以获得绿叶中的色素呢？2.绿叶中的色素是一种还是多种呢？3.提取色素要注意什么？

使色素溶解于试剂中。破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。保证色素的结构和活性不被破坏。知识梳理1.色素提取时所用试剂及作用？无水乙醇：二氧化硅：碳酸钙：2.菠菜叶放置24-36小时的原因？防止水分过多影响提取效果3.研磨时应注意什么？原因为何？迅速且充分。保证色素释放的更加充分且挥发量少。4.过滤时尼龙布能否用滤纸替代?不能。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低溶解色素；使研磨更加充分；保护色素免于被破坏知识梳理纸层析法:分离绿叶中的色素分离色素的方法分离色素的原理层析法是利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。知识梳理1.制备滤纸条时为什么要减去两角？2.滤液细线的划线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。3.为何滤液细线不能触及层析液？防止色素溶解在层析液中。知识梳理知识梳理结果叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）扩散速度最快含量多层析液易挥发且有一定毒性，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。注意比较不同植物或不同颜色叶片中的色素？知识梳理色素带色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b橙黄色最少最高最快黄色较少较高较快蓝绿色最多较低较慢黄绿色较多最低最慢叶绿素由C、H、O、N、Mg构成叶绿素（含量约占3/4）类胡萝卜素（含量约占1/4）绿叶中四种光合素色的比较知识梳理叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光红光蓝紫光知识梳理叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构——类囊体堆叠而成。吸收光能的4种色素分布在类囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满了基质。叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大扩展了受光面积。在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用的酶1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。

叶绿体结构适于光合作用知识梳理恩格尔曼的实验（一）1.实验的自变量和因变量是什么？自变量：因变量：叶绿体是否光照（观测指标：好氧细菌的分布）完全光照叶绿体光照部位是否产生氧气黑暗，无空气极细光束照射好氧细菌知识梳理CO2+H2O（CH2O）+O2光能叶绿体1.光合作用的概念:指绿色植物通过

，利用

，把

转化成储存

着的

，并且释放出

的过程。叶绿体是如何将光能转化为化学能？又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？叶绿体光能二氧化碳和水有机物氧气能量思考6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2光能叶绿体知识梳理光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：H2O1/2O2+2e+2H+光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶1.场所：2.条件：3.物质变化4.能量变化光能转变为NADPH、ATP活跃的化学能NADP++H++2e

NADPH光反应阶段NADPH的合成:酶光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。知识梳理CO2叶绿体基质多种酶叶绿体的基质中(提供酶、原料等)1.场所：NADPH、ATP、酶2.条件：①CO2的固定：CO2＋C52C3酶②C3的还原：ATP活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)酶＋C53.物质变化4.能量变化：NADPH2C3C5CO2的固定(CH2O)C3的还原NADPHATP核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）三磷酸甘油酸暗反应知识梳理知识梳理光反应还原O2H2ONADPHATPADP+PiNADP+C3C5暗反应固定多种酶参加催化水在光下的分解类囊体膜上的色素光能①H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的转移：CO2→C3→（CH2O）③O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2CO2（CH2O）知识梳理【问题1】总结光合作用过程中的能量的转移途径？ATP和NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能光能【问题2】分析光反应和暗反应之间的联系？光反应为暗反应提供ATP、NADPH,暗反应为光反应ADP、NADP+；二者相互依存，相互制约；没有光反应，暗反应不能进行；没有暗反应，光反应也不能长时间进行。知识梳理联系光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化光、色素、酶酶、ATP、NADPH叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质中水的光解；ATP的合成CO2的固定；C3的还原ATP、NADPH中活跃化学能光能ATP、NADPH中活跃化学能有机物中稳定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP+和ADP、Pi知识梳理1.基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。(1)叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用（）(2)叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能（）(3)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光（）×√×同步习题2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（）A.所有植物细胞中都含有4种色素B.有些植物细胞的液泡中也含有色素C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类A同步习题1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。()(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。()(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。()×√×同步习题2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（）A.CO2→叶绿素→ADPB.CO2→叶绿体→ATPC.CO2→乙醇→糖类D.CO2→三碳化合物→糖类D同步习题2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（）A.CO2→叶绿素→ADPB.CO2→叶绿体→ATPC.CO2→乙醇→糖类D.CO2→三碳化合物→糖类D同步习题一、光合作用与细胞呼吸在物质和能量上的联系1.物质方面

【典例1】

(陕西西安高一期末)如图表示光合作用与细胞呼吸过程中物质变化的关系,下列说法不正确的是(

)A.NADPH为氧化型辅酶Ⅱ,可以为暗反应提供能量B.各种生物体(病毒除外)都能进行的过程是3C.能提供给绿色植物各种生命活动所需能量最多的过程是5D.2过程需多种酶参与,且需要ATP供能A解析

NADPH是还原型辅酶Ⅱ,既可以作为还原剂,又可以为暗反应提供能量,A项错误;细胞生物都能进行细胞呼吸,而有氧呼吸和无氧呼吸的第一个阶段完全相同,所以各种生物体(病毒除外)都能进行的过程是3,B项正确;1、3、4和5过程都能产生能量,3、4、5过程中产生的能量可以用于各种生命活动,5过程产生的能量最多,因此为生命活动提供能量最多的是5过程,C项正确;2过程为光合作用的暗反应阶段,需要多种酶参与,且需要ATP供能,D项正确。对点训练1.下图为植物的某个叶肉细胞中两种膜结构及其上发生的生化反应模式图。下列有关叙述正确的是(

)A.图1、2中的两种生物膜依次存在于线粒体和叶绿体中B.图1中的H+来自水、图2中的[H]来自丙酮酸C.两种生物膜除产生上述物质外,还可产生ATPD.影响图1、2中两种膜上生化反应的主要外界因素分别是温度和光照图1图2C解析

根据题图所示信息可判断,图1所示是叶绿体的类囊体薄膜,其上进行的是光合作用的光反应,图示生化反应是水的光解,H+来自水,图2所示是线粒体内膜,其上进行的是有氧呼吸的第三阶段,[H]来自葡萄糖、丙酮酸和H2O,A、B两项错误。叶绿体的类囊体薄膜上进行光合作用的光反应,可产生ATP,线粒体内膜上进行有氧呼吸的第三阶段,可产生大量ATP,C项正确。影响光反应的主要外界因素是光照,有氧呼吸的第三阶段不受光照影响,D项错误。2.(河北邢台高一期末)下列有关细胞呼吸和光合作用过程中物质和能量代谢的叙述,错误的是(

)A.光合作用的暗反应与光无直接关系B.将NADP+转化为NADPH的过程发生在类囊体膜上C.有氧呼吸的第一阶段和无氧呼吸的第一阶段完全相同D.人在剧烈运动时产生的CO2来自有氧呼吸和无氧呼吸D解析

光合作用的暗反应与光无直接关系,A项正确;将NADP+转化为NADPH的过程属于光合作用的光反应阶段,发生在类囊体膜上,B项正确;有氧呼吸的第一阶段和无氧呼吸的第一阶段相同,都是在细胞质基质进行葡萄糖分解形成丙酮酸,不消耗氧气,C项正确;人无氧呼吸的产物只有乳酸,不会产生CO2,所以在剧烈运动时产生的CO2来自有氧呼吸,D项错误。3.如图所示,图甲表示有氧条件下发生在番茄细胞内的生理反应过程,图乙表示种植某番茄植株的密闭大棚内一昼夜空气中CO2的相对含量变化曲线。请据图分析,回答下列问题。甲

乙丙(1)图甲中Y物质是__________;①~⑤过程中,能使ADP含量增多的过程是__________(填标号)。④过程发生的具体场所是__________。

(2)图乙中,表示该番茄植株光合强度和呼吸强度相等的点有__________(填字母)。(3)图乙中,经过一昼夜后,该番茄植株体内有机物含量_________(填“增多”“减少”或“不变”)。

(4)将一株生长正常的番茄幼苗对称叶片的一部分(a)遮光,另一部分(b)不做处理(如图丙所示),并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量的转移。在适宜光照下照射6h后,在a、b的对应部位截取相等面积的叶片,烘干称重,分别记为Ma、Mb。若M=Mb-Ma,则M的确切含义可以描述为b叶片被截取部分____________________________________________________。

丙酮酸

线粒体基质

B、D增多

在6h内(或实验过程中)光合作用合成有机物的总量

解析

(1)据图可知,葡萄糖转化成Y物质再转化成CO2,因此Y为丙酮酸;①~⑤过程中,只有②过程(C3的还原)消耗ATP,能使ADP含量增多;④过程是将丙酮酸分解并释放CO2的过程,是有氧呼吸第二阶段,场所是线粒体基质。(2)图乙中AB段,CO2含量逐渐增加,说明呼吸强度大于光合强度,BD段CO2含量逐渐减少,说明呼吸强度小于光合强度,DE段,CO2含量逐渐增加,说明呼吸强度大于光合强度,则其中B点和D点,光合强度等于呼吸强度。(3)图乙中,由于E点的CO2相对含量低于A点,因此经过一昼夜后,番茄植株体内有机物含量增多。(4)假设a、b叶片的初始质量均为X,在适宜光照下照射6

h,a叶片只能进行细胞呼吸消耗有机物,则其在6

h内消耗有机物的量为X-Ma;b叶片同时进行光合作用和细胞呼吸,且其在6

h内积累有机物的量为Mb-X。由此可知,b叶片在6

h内合成有机物的量=6

h内消耗有机物的量+6

h内积累有机物的量=Mb-Ma,而M=Mb-Ma,则M表示b叶片被截取部分在6

h内光合作用合成的有机物总量。1.自然环境中一昼夜CO2吸收和释放变化曲线二、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型B点:凌晨2~4时,温度降低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少。C点:有微弱光照,植物开始进行光合作用。CD段:光合速率小于呼吸速率。D点:上午7时左右,光合速率等于呼吸速率。DH段:光合速率大于呼吸速率。F点:温度过高,部分气孔关闭,出现“光合午休”现象。H点:下午6时左右,光合速率等于呼吸速率。HI段:光合速率小于呼吸速率。IJ段:无光照,光合作用停止,只进行细胞呼吸。有关有机物变化情况的分析(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是曲线与横纵坐标围成的面积)①能进行光合作用制造有机物时间段:CI段;消耗有机物时间段:AJ段。②积累有机物时间段:DH段;一天中有机物积累最多的时间点:H点。③光补偿点:D点和H点。④一昼夜有机物积累量=SⅡ-(SⅠ+SⅢ)。2.密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线

AC段:无光照,植物只进行细胞呼吸。AB段:温度降低,细胞呼吸减弱。CD段:4时后,有微弱光照,开始进行光合作用,但光合作用强度小于细胞呼吸强度。D点:随光照增强,光合作用强度等于细胞呼吸强度。DH段:光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中EF段出现“光合午休”现象。H点:随光照减弱,光合作用强度下降,此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。HJ段:光照继续减弱,光合作用强度小于细胞呼吸强度,直至光合作用完全停止。相对密闭环境中,一昼夜植物体内有机物总量变化分析积累量可用J点、A点对应的CO2浓度的差值表示,据此判断24小时该植物是否积累有机物。①如果J点低于A点,说明经过一昼夜,光合作用制造的有机物多于细胞呼吸消耗的有机物(光合作用CO2固定量大于细胞呼吸CO2产生量),植物体内的有机物总量增加。②如果J点高于A点,说明经过一昼夜,植物体内的有机物总量减少。③如果J点等于A点,说明经过一昼夜,植物体内的有机物总量不变。【典例2】

某实验研究员对密闭蔬菜大棚中的黄瓜植株进行了一昼夜的光合作用和细胞呼吸调查,结果如图所示,SM、SN、Sm分别表示图中相应图形的面积。下列叙述正确的是(

)A.E点时大棚中CO2浓度最高,O2浓度最低B.经过一昼夜后,黄瓜植株的净增加量应为Sm-SM-SNC.B点时产生ATP的场所只有线粒体和细胞质基质D.D点时黄瓜叶肉细胞中,其光合速率等于细胞呼吸速率B解析

B点之前经过一晚上的细胞呼吸释放CO2,此时大棚中的CO2浓度达到最大,此后由于光合作用大于细胞呼吸,CO2浓度开始下降,同时由于晚上消耗O2,此时O2浓度最低,即B点时大棚中CO2浓度最高,O2浓度最低,A项错误;图中SM、SN均表示细胞呼吸消耗的有机物量,Sm表示净光合作用积累的有机物量,因此,经过一昼夜后,黄瓜植株的净增加量应为Sm-SM-SN,B项正确;图中B点时光合速率等于细胞呼吸速率,此时既进行光合作用,也进行细胞呼吸,则植物体内产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质和叶绿体(类囊体薄膜),C项错误;D点表示CO2的吸收量等于CO2的释放量,说明D点时黄瓜植株光合速率等于细胞呼吸速率,但在叶肉细胞中,其光合速率大于细胞呼吸速率,D项错误。对点训练4.将一植株放在密闭玻璃罩内,置于室外一昼夜,获得实验结果如图所示。下列有关说法错误的是(

)A.图甲中的光合作用开始于C点之前,结束于F点之后B.到达图乙中的D点时,玻璃罩内的CO2浓度最高C.图甲中的F点对应图乙中的G点D.经过这一昼夜之后,植物体的有机物含量会增加甲

乙C解析

图甲中的C、F点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率,根据相应的时间可知,与图乙中的D、H点相符,即图甲C点对应图乙D点,图甲F点对应图乙H点,C项错误。三、测定光合速率和呼吸速率的方法1.“装置图法”测定光合速率与呼吸速率(1)测定装置(2)测定方法及解读①测定呼吸速率(装置甲)a.装置甲烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用的干扰。c.置于适宜温度环境中。d.红色液滴向左移动(用红色液滴单位时间内向左移动的距离代表呼吸速率)。②测定净光合速率(装置乙)a.装置乙烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液,用于保证容器内CO2浓度恒定,满足光合作用需求。b.必须给予较强光照处理,且温度适宜。c.红色液滴向右移动(用红色液滴单位时间内向右移动的距离代表净光合速率)。③根据“总(真正)光合速率=呼吸速率+净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。2.叶圆片称重法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量,如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。净光合速率=(z-y)/(S·2h);呼吸速率=(x-y)/(S·2h);总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/(S·2h)。3.半叶法如图所示,将植物对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理),并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后,在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片,分别烘干称重,记为MA、MB,开始时二者相应的有机物含量应视为相等,照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量,超过部分即为光合作用产物的量,再通过计算可得出光合速率。4.黑白瓶法“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题,其中“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量,可分为有初始值与没有初始值两种情况,规律如下:规律1:有初始值的情况下,黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量;二者之和为总光合作用量。规律2:没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。【典例3】

(湖北高一开学考试)黑白瓶法可用于研究赛里木湖中浮游植物生产量,所用白瓶完全透光,黑瓶不透光。用若干个黑白瓶,装入某湖泊一定水层的1L湖水后密闭,进行实验测试,结果如图所示。下列相关说法正确的是(

)A.a光照强度下白瓶24h后的溶解氧可表示浮游植物的总生产量B.瓶中生物24h细胞呼吸消耗氧气量为7mgC.a光照强度下不能满足瓶中生物对氧气所需量D.a光照强度下白瓶中生物光合作用速率大于细胞呼吸速率B解析

白瓶中24

h后的溶解氧代表初始溶解氧+光合作用生产量-细胞呼吸消耗量,A项错误;黑瓶中生物只进行细胞呼吸,所以瓶中细胞呼吸消耗氧气量代表了瓶中生物的细胞呼吸强度,消耗的氧气为10-3=7(mg),B项正确;a光照强度下,瓶中生物24

h后溶解氧的含量还是10

mg,说明净光合作用等于0,即a强度光照下,刚好满足瓶中生物对氧气所需量,光合作用速率等于细胞呼吸速率,C、D两项错误。对点训练5.为研究相同温度条件下光对某植物光合作用强度的影响,用若干图甲所示实验装置进行实验(密闭小室内的CO2在实验过程中充足,光照不影响温度变化);一段时间后测量每个装置中的气体释放量,绘制曲线如图乙所示。下列叙述正确的是(

)A.距离s由0变为a过程中,限制光合作用速率的因素是光照强度B.距离从a到d整个实验过程中,氧气的生成量逐渐减少C.距离为c时,植物叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率D.距离从a到c过程中该植物光合作用逐渐减弱,c到d过程中呼吸作用逐渐增强图甲图乙B解析

若距离s由0变为a,气体释放速率不变,即光合速率不变,故光照强度不是限制光合作用速率的因素,A项错误;距离从a到d整个实验过程中,光照强度减弱光合作用逐渐减弱,氧气的生成量逐渐减少,B项正确;距离为c时气体的释放量为0,此时净光合速率为0,植株的光合强度等于呼吸强度,但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率,C项错误;由于实验过程中温度始终不变,呼吸速率始终不变,随着s的增大,光照强度逐渐减小,光合作用逐渐减弱,D项错误。6.(山东潍坊高一期末)为测量蝴蝶兰的光合速率,分别选择功能正常的新叶、成熟叶、老叶进行实验。上午8时,分别在叶片相同位置取下1cm2圆形小叶片若干,测得平均干重为ag;中午12时,在已取位置附近再取下等量1cm2圆形小叶片,测得平均干重为bg;之后进行暗处理到16时再进行相同操作,测得平均干重为mg。以下相关叙述正确的是(

)A.叶片的光合速率为[(b-a)/4]g·cm-2·h-1B.叶片的呼吸速率为(b-m)g·cm-2·h-1C.植株的净光合速率小于[(b-a)/4]g·cm-2·h-1D.12时之后进行黑暗处理的目的是消耗掉叶片中的有机物C解析

叶片的光合速率=净光合速率+呼吸速率=(b-a)/4+(b-m)/4=[(2b-a-m)/4](g·cm-2·h-1),A项错误;12时后进行暗处理到16时,共进行了4

h的细胞呼吸,叶片的呼吸速率为[(b-m)/4]g·cm-2·h-1,B项错误;由于植物还有非绿色部分,不能进行光合作用,所以植株的净光合速率小于[(b-a)/4]g·cm-2·h-1,C项正确;12时之后进行黑暗处理的目的是测定呼吸速率,D项错误。本章小结感受高考

1.（2025河北高考）ATP是一种能为生命活动供能的化合物，下列过程不消耗ATP的是（

）A.肌肉的收缩

B.光合作用的暗反应C.Ca2+载体蛋白的磷酸化

D.水的光解【解析】【分析】ATP（腺苷三磷酸）是一种高能磷酸化合物，在细胞中，它与ADP的相互转化实现储能和放能，从而保证细胞各项生命活动的能量供应。生成ATP的途径主要有两条：一条是植物体内含有叶绿体的细胞，在光合作用的光反应阶段生成ATP；另一条是活细胞能通过细胞呼吸生成ATP。【详解】A、肌肉收缩通过肌球蛋白与肌动蛋白相互作用，需要ATP水解供能，A不符合题意；B、光合作用暗反应中C3的还原需要消耗ATP（来自光反应产生的ATP），B不符合题意；C、ATP为主动运输供能时载体蛋白空间结构发生变化，Ca²⁺载体蛋白磷酸需ATP水解提供磷酸基团和能量，C不符合题意；D、水的光解发生在光反应阶段，由光能驱动，不消耗ATP，反而生成ATP，D符合题意。故选D。感受高考2.（2025河北高考）下列过程涉及酶催化作用的是（

）A.Fe3+催化H2O2的分解

B.O2通过自由扩散进入细胞C.PCR过程中DNA双链的解旋

D.植物体细胞杂交前细胞壁的去除【解析】【详解】酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA，具有高效性、专一性和作用条件温和。【分析】A、Fe3+催化H2O2的分解，Fe3+是无机催化剂，不是酶，A错误；B、O2通过自由扩散进入细胞，这是一种简单的物质跨膜运输方式，不涉及酶的催化作用，B错误；C、PCR过程中DNA双链的解旋是通过高温实现的，不需要酶来解旋（在生物体内DNA解旋需要解旋酶），C错误；D、植物体细胞杂交前细胞壁的去除，需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解，涉及酶的催化作用，D正确。故选D。感受高考3（2025浙江高考）ATP是细胞生命活动的直接能源物质。下列物质运输过程需要消耗ATP的是（

）A.O2进入红细胞B.组织细胞排出CO2C.浆细胞分泌抗体D.神经细胞内K+顺浓度梯度外流【解析】【分析】1、胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们也需要消耗细胞呼吸所释放的能量。2、主动运输：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。【详解】A、O2进入红细胞属于自由扩散，不消耗能量，A错误；B、组织细胞排出CO2属于自由扩散，不消耗能量，B错误；C、浆细胞分泌抗体属于胞吐，需要消耗能量，C正确；D、神经细胞内K+顺浓度梯度外流属于协助扩散，不消耗能量，D错误。故选C。感受高考4.（2025河北高考）

对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较，下列叙述错误的是（

）A.类囊体膜上消耗H2O、而线粒体基质中生成H2OB.叶绿体