03-1维持生命现象的能量.ppt

1、高中生物,生命科學,國立新化高級中學 呂念宗,呂亞立,第三章,1.生物如何獲得能量 2.能量的流轉 3.細胞的能量利用,焦點 1,生物與能量的關係,1953克列伯,克列伯循環 細胞中養分轉換 成為能量的過程,1961卡爾文,卡爾文循環 利用C14追蹤發現 葉綠體的暗反應,1966米奇爾,化學滲透原理 細胞產生ATP機制,能量的型態,化學能 光能 機械能 熱能 聲波,生物獲得能量,進行生命活動,1.合成物質,2.運輸(主動運輸) 3.傳導神經衝動 4.運動(肌肉,鞭毛) 5.維持體溫,生物獲得能量的方式,自營 異營,自營生物,無機物有機物 光合自營 化學自營,光合自營,陸生植物 藻類 藍綠菌 光

2、合細菌,化學自營,硫細菌 硝化菌 亞硝化菌,異營生物,動物 真菌 原生生物 細菌,試題範例,焦點 2,太陽輻射能,光波 光子,太陽輻射能,無線電波 微波 可見光 X-ray -ray,無線電波,微波 可見光 X-ray -ray,波長,能量,可見光,380 760 nm 生命世界能量來源 葉綠素不吸收綠光 光合作用藍,紅光,1,2000 被綠色植物吸收 2000億噸碳元素 被轉變為醣類,可見光,淺海 濾去紅光,濾去橙光 濾去黃光 濾去綠光 深海 僅存藍光,紫光,陽地植物,蒲公英,柳樹,樟 陰地植物 醡醬草,紅豆杉,長日照植物,菠菜,甘藍,蘿蔔 短日照植物 水稻,聖誕紅,菊,開花不受日照影響,中

3、性日照植物 蒲公英,蕃茄,胡瓜,晝行性動物,鳥類,昆蟲,松鼠 夜行性動物 蝙蝠,壁虎,家鼠,試題範例,焦點 3,葉綠體,葉綠體,雙層膜胞器 含DNA,核糖體 自製部分蛋白質,葉綠體,基質含酵素 葉綠餅(葉綠囊) 含光合色素, ATP合成,葉綠餅,葉綠囊,植物色素,光合色素 花青素 葉綠囊 液泡 光合作用 無關,光合色素,葉綠素 類胡蘿蔔素 葉綠素a 胡蘿蔔素 葉綠素b 葉黃素,光合色素,主要色素葉綠素a 輔助色素 葉綠素b,葉黃素, 胡蘿蔔素,葉綠素b,吸收橘紅光,藍光 胡蘿蔔素 吸收紫光,藍光,輔助色素,1.協助吸收光能 2.保護葉綠素,英吉曼,水綿吸收紫,藍,紅光 光合作用產生O2 好氣性

4、細菌聚集,作用光譜,光合作用產生氧氣 吸收光譜 葉綠素吸收的光波,作用光譜,吸收光譜,葉綠素a,葉綠素b,吸收紅光,藍光 類胡蘿蔔素 吸收紫光,藍光,激動態(高能階),釋能 吸能 基礎態(低能階),釋出電子,葉綠素吸收光能,試題範例,焦點 4 光合作用,1.光反應(葉綠囊) 2.暗反應(基 質) 碳反應,光反應,1.葉綠素吸收光能 2.水分解釋出氧氣 3.電子傳遞 ATP,NADPH,碳反應,1.梭化作用 2.還原作用 3.再生作用,光反應,光系統 II 光系統 I 反應中心 電子傳遞鏈,焦點 5,光系統,200300色素分子 吸收光能 轉移至反應中心,光系統(色素),葉綠素a 葉綠素b 葉黃

5、素 胡蘿蔔素,天線色素,(類胡蘿蔔素) 吸收光能 能量傳至葉綠素,光系統 II,光系統 I,反應中心,(葉綠素a) 釋出電子 進入電子傳遞鏈,光水解,H2OO2+2H+2e O2氣孔釋出 H+葉綠囊內腔 e被PSII吸收,電子傳遞鏈,釋出能量 合成ATP H+主動運輸 至葉綠囊內腔,電子傳遞鏈,電子載體A 電子載體B 電子載體C 電子載體D,A,B C D,ATP,親和力,能階,電子傳遞鏈,釋出能量 質子的主動運輸 (葉綠囊囊腔),質子濃度,葉綠囊外葉綠囊內 (基質) (囊腔) 產生電化學梯度,葉綠囊腔 H+濃度高,葉綠體基質 H+濃度低,葉綠囊腔 H+濃度高,葉綠體基質,ATP合成,ATP合

6、成,化學滲透假說,密契爾(英) 1978諾貝爾化學獎,光反應,ATP,NADPH 碳反應(暗反應) CO2C6H12O6,葉綠囊內腔累積H+,形成電化學梯度 H+通過囊狀膜 合成ATP (用於暗反應),試題範例,焦點 6,光系統,光系統II 光系統I,天線色素 葉黃素 胡蘿蔔素 反應中心 P680 P700,P680,色素分子吸收光能 (光系統 II ),P700,色素分子吸收光能 (光系統 I ),P700,P680 NADP+ 光系統 I 光系統 II,水分解,焦點 7,光水解,光水解,H2OO2+2H+2e O2氣孔釋出 H+葉綠囊內腔 e被PSII吸收,焦點 8,電子傳遞鏈 非循環式

7、循環式,P700,P680 NADP+ 光系統 I 光系統 II,水分解,非循環式電子傳遞,一對電子的傳遞 形成 1ATP,1NADPH,2H2OO2+4H+4e,光水解產生1O2 可釋出4e 形成 2ATP,2NADPH,循環式,電子 傳遞,循環式電子傳遞,P700回收電子 僅形成1ATP PSII未參與,無水解 不形成NADPH,O2,試題範例,焦點 9 暗反應,(卡爾文循環) 1.固定CO2 2.合成G3P 3.再生RuBP,RuBP,雙磷酸核酮糖(5C) 固定CO2 RuBP+CO2+H2O 2PGA,固定CO2,消耗3ATP, 2NADPH,PGA,磷酸甘油酸(3C) RuBP+CO

8、22PGA,ATP NADPH,PGA G3P,ATP 提供能量,NADPH 提供H+,e PGA G3P,ATP NADPH,G3P,磷酸甘油醛(3C) 光合作用產物 2G3P1C6H12O6,澱粉,蔗糖,纖維素, 葡萄糖 G3P 胺基酸 脂肪酸,6 CO2,6 RuBP 12 PGA,12 PGA,ATP NADPH 12 G3P,G3P,5/6 1/6 RuBP C6H12O6,ATP,6 CO2,6 RuBP 12 PGA 碳循環 5 RuBP12 G3P C6H12O6,H2O,ATP NADPH O2,光反應,CO2,ATP NADPH C6H12O6 H2O,碳反應,H2O CO

9、2,ATP NADPH O2 C6H12O6 H2O,光反應,碳反應,焦點 10,CO2的固定,C3植物,CO2固定為甘油酸 甘油酸進入 卡爾文循環 ex.水稻,多數植物,RuBP,雙磷酸核酮糖(5C) 固定CO2 RuBP+CO2+H2O 2PGA,固定CO2,消耗3ATP, 2NADPH,C4植物,CO2固定為草醋酸 草醋酸分解 釋出CO2 再參與卡爾文循環,C4植物(玉米),C4植物,C4植物,熱帶,亞熱帶 缺水地區 甘蔗,玉米,CAM植物,景天酸代謝 夜間氣孔開放 CO2固定為蘋果酸,CAM植物,白天氣孔關閉 蘋果酸分解釋出CO2 再參與卡爾文循環,CAM植物,CAM植物,乾旱地區,沙

10、漠地區 景天科植物, 石蓮,鳳梨, 落地生根,仙人掌,試題範例,焦點 11,自營生物,光合自營,陸生植物 藻類 藍綠菌 光合細菌,海生浮游植物,40%光合作用,藍綠菌,光合細菌,屬於原核生物 缺乏葉綠體,粒線體,藍綠菌,藻膽體 葉綠囊上的反應中心 藍綠藻澱粉 光合作用的產物,藻膽體,主要色素 輔助色素 葉綠素a 藻紅素 胡蘿蔔素 藻藍素 異藻藍素,紅顫藻,(紅毛藻) 紅海呈紅色,矽藻,雙鞭毛藻,3/4有機物 大部分O2,矽藻,細胞壁含矽化物 上殼下殼嵌合而成 矽藻土 隔熱絕緣材料,雙鞭毛藻(甲藻),數量暴增紅潮 具有毒素 危害神經系統 (麻痺性甲殼類中毒),紅藻,完全海生 分佈不同深度 星狀葉

11、綠體 大型澱粉核,淺海 濾去紅光,濾去橙光 濾去黃光 濾去綠光 深海 僅存藍光,紫光,紅藻,淺海綠色 紅色 深海黑色,陸生植物,開花植物 裸子植物 蕨 類 蘚 苔 類,根,擴散,主動運輸 吸收水分 主動運輸 吸收無機鹽類,莖,導管,假導管 運輸水分,無機鹽 篩管運輸有機養分 伴細胞協助運輸,葉,表皮,角質層 防水分散失 葉肉光合作用 氣孔蒸散水分, 氣體交換,沙漠植物,葉呈針狀 減少水分散失 莖部綠色細胞 進行光合作用,CAM植物,生活於乾燥環境 仙人掌 鳳 梨 景天科,CAM植物,白天關閉氣孔 夜晚打開氣孔 固定CO2 白天進行光合作用,酸性沼澤,土壤貧瘠,肉食性植物 捕蠅草,豬籠草,化學自

12、營,硫細菌 硝化菌 亞硝化菌,NH4+,亞硝化菌 NO2 硝化細菌 NO3,硫細菌,H2SSO42-,試題範例,焦點 12,ATP三磷酸腺 APPP (僅含二個高能鍵),ATP,ATP=能量貨幣,生物均直接利用ATP作為供能物質,ADP+Pi+8Kcal ATP+H2O,ATP+H2O ADP+Pi+7.3Kcal,ATPADP+7.3Kcal,ADP+8KcalATP 轉換效率=90%,釋能反應,C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+能 ADP+Pi+能ATP,吸能反應,胺基酸+能蛋白質 ATPADP+Pi+能,ATP,ADP 細胞含能量高 抑制氧化 促進合成,同化,比例高,ATP,A

13、DP 細胞含能量低 促進氧化 促進分解,異化,比例低,偶聯反應,ATP+H2O 異化 同化 釋能 吸能 ADP+Pi+能,磷酸化作用,ADP+PiATP 化學滲透磷酸 受質階層磷酸,化學滲透磷酸化,氧化的磷酸化作用 發生於粒線體 光合的磷酸化作用 發生於葉綠囊,電子傳遞鏈,釋出能量 質子的主動運輸 (葉綠囊囊腔),葉綠囊腔 H+濃度高,葉綠體基質,ATP合成,受質階層磷酸化,發生於細胞質,磷酸烯醇丙酮酸,PEP+ADP 丙酮酸+ATP,試題範例,焦點 13,能量的流轉,生態系,生產者 自營生物 消費者 分解者,異營生物,能量的傳遞,單向傳遞 不能循環,十分之一定律,僅10%能量傳遞 至另一營養

14、階層 90%以熱能散失,能量塔,生產者,熱能,生產者,消費者,消費者,消費者,異營生物,動物 真菌 原生生物 細菌,獲得能量的方式,掠食 寄生 腐生 共生,掠食,弱肉強食 動物獲得食物 掠食者(青蛙,獵豹) 獵 物(昆蟲,羚羊),動物的食性,肉食性 雜食性 草食性,草食性動物,門齒切斷莖葉 臼齒磨碎莖葉 (寬大扁平),草食性動物,缺乏纖維素 盲腸較長供醱酵 小腸,大腸較長 增加養分吸收,肉食性動物,門齒,犬齒(尖銳) 咬殺,撕裂肉體 消化道較短,雜食性動物,門齒,犬齒,臼齒 適合磨碎各種食物,真菌捕捉線蟲,三層細胞組成圈套 圈套膨脹 菌絲侵入蟲體 將蟲體消化,寄生,寄生蟲(寄生者) 外寄生,內

15、寄生 寄主(宿主),外寄生 內寄生,瘧原蟲 扁蝨 血絲蟲 血吸蟲 絛 蟲 華肝蛭,瘧原蟲瘧疾,血絲蟲象皮病 絛 蟲營養不良 華肝蛭肝炎 扁 蝨萊姆病,菟絲子,無葉的蔓生植物 不定根穿入維管束 吸器吸取水分養分,腐生,分解動植物的 遺體,排泄物 具分解者功能,腐生,細菌分解有機物 乳酸菌分解單糖 醋酸菌分解酒精,真菌,酵母菌 有氧有氧呼吸 缺氧酒精醱酵,蕈類,菌絲分泌酵素 分解森林中 的落葉,枯木,共生,互利共生 雙方皆獲得利益 片利共生 僅單方獲得利益,互利共生,螞蟻vs刺槐 白蟻vs腸內鞭毛蟲 海葵vs小丑魚 根瘤菌vs豆科植物,片利共生,鯊魚vs印魚 山蘇vs紅檜,試題範例,細胞呼吸,(有

16、氧呼吸) C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O +36ATP,細胞呼吸,糖解作用2ATP 形成乙醯輔A 檸檬酸循環2ATP 電子傳遞鏈32ATP,糖解作用,(細胞質,不需O2) 葡萄糖 2丙酮酸+2水 +2ATP+2NADH,形成乙醯輔A,(粒線體) 丙酮酸+輔A 乙醯輔A +CO2+NADH,檸檬酸循環,(粒線體) 乙醯輔A+4C 檸檬酸,檸檬酸循環,檸檬酸 3NADH+1FADH2 +2CO2+1ATP,電子傳遞鏈,(粒線體內膜) H+主動運輸至膜外 氧接受電子, 與H+結合成水,細胞呼吸,C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O +36ATP,細胞呼吸,糖解作用2ATP 形成乙醯

17、輔A 檸檬酸循環2ATP 電子傳遞鏈32ATP,脂質,蛋白質代謝,脂肪酸,胺基酸 形成乙醯輔A 進入檸檬酸循環 產生ATP,有氧呼吸 無氧呼吸,葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 乙醯輔A ,乳酸醱酵 酒精醱酵,丙酮酸 丙酮酸 乳酸 乙醇+CO2 NAD+ NAD+,乳酸醱酵,葡萄糖 2丙酮酸+2ATP 2丙酮酸 2乳酸+NAD+,酒精醱酵,葡萄糖 2丙酮酸+2ATP 2丙酮酸 2乙醇+2CO2+NAD+,試題演練,3-3,細胞的能量利用,細胞的能量利用,生化合成 ATP 主動運輸 肌肉運動,細胞的生化合成,大分子不易進入細胞,細胞自行合成 所需的大分子物質 基因控制 合成所需的酵素,細胞特化,不

18、同細胞 合成不同的物質,植物細胞,木質細胞木質素 木栓細胞木栓質 表皮細胞角 質,活化能 Ea,活化物質分子 引發化學反應 酵素降低活化能 加速反應進行,酵素受質, 酵素-受質複合體 酵素生成物,活性位,酵素表面 可與受質結合的部位,誘導式配合模式,活化位些微改變形狀 酵素可與受質配合,細胞的主動運輸,主動運輸, 載體改變構形 載體運輸物質 (逆濃度梯度),碘濃度低,甲狀腺 碘濃度高,碘濃度低,主動運輸 (逆濃度梯度),甲狀腺 碘濃度高,主動運輸,單一運輸 同向運輸 反向運輸,單一運輸,載體膜蛋白 每次僅運輸一個分子,單一運輸,質子幫浦(電能幫浦) 將H+運出細胞外 膜內外電位改變,細胞質,細胞外,ATP水解,同向運輸,二種分子 同時由載體運輸,同向運輸,小腸皮膜的載體 同時將Na+,葡萄糖 運入細胞內,反向運輸,載體依相反方向 運輸二種離子,反向運輸,Na+-K+幫浦 3Na+運至細胞外 2K+運至細胞內,鈉鉀幫浦,(ATPase) 常見於肌肉細胞, 神經細胞,3Na+,2K+,ATPase與3Na+結合,ATPADP+Pi ATPase磷酸化 ATPase改變形狀 3Na+運至細胞外,ATPase與2K+結合,ATPase釋放Pi ATPase恢復