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1、1 / 9 ( 五) 细胞的能量供应和利用一、酶降低反应活化能新 陈 细 胞 代谢 ： 活细 胞 内 全部 有 序 化 学 反应 的 总 称。活 化 能 ： 分 子 从 常 态 转 变 成 容 易 发 生 化 学 反 应 的 活 跃 状 态 所 需 要 的 能 量 。1 发 现 巴 斯 德 之 前 ： 发 酵 是 纯 化 学 反 应 ， 与 生 命 活 动 无 关 。 巴 斯 德 （ 法 、 微 生 物 学 家 ） ： 发 酵 与 活 细 胞 有 关 ； 发 酵 是 整 个 细 胞 。利比希（德、化学家）：引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。比希纳（
2、德、化学家）：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。萨姆纳（美、科学家）：从刀豆种子提纯出来的脲酶是一种蛋白质。许多酶是蛋白质。 切 赫 与 奥 特 曼 （ 美 、 科 学 家 ） ： 少 数RNA 具 有 生 物 催 化 功 能 。2定义：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。注：由活细胞产生（与核糖体有关）成分：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA 。催化性质： A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提高化学反应速度。 B. 反应前后酶的性质和数量没有变化。3特性高效性：催化效率很高，使反应速度很快专一性：每一种酶只能催化
3、一种或一类化学反应。需要合适的条件（温度和pH值）温和性易变性特异性。酶的催化作用需要适宜的温度、pH 值等，过酸、过碱、高温都会破坏酶分子结构。低温也会影响酶的活性，但不破坏酶的分子结构。图例V 酶浓度V 底物浓度S V 温度解读在底物足够，其他因素固定的条件下，酶促反在 S 在一定范围内，V 随 S增加而加快，近乎成正比；当S 很大且达到一定限度在一定温度范围内V随 T 的升高而加快在一定条件下，每一种酶在某一温度时活力最大，称最适温度；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页2 / 9 应的速度与酶浓度成正比。时，
4、V 也达到一个最大值，此时即使再增加S，反应几乎不再改变。当温度升高到一定限度时，V 反而随温度的升高而降低。二、ATP（三磷酸腺苷）ATP 是生物体细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，是生物体进行各项生命活动的直接能源，它 的水解与合成 存在着能量的释放与贮存。1结构简式 A P P P 腺苷普通化学键高能磷酸键磷酸基团（13.8KJ/mol）（30.54 KJ/mol）2ATP与 ADP的转化ATP ADP + Pi + 能量ATP 放能呼 吸 作 用每 一 个 细 胞 的 生 命 活 动（线粒体、 吸能细胞质） Pi Pi ADP 糖类主要能源物质热能散失太 阳 光 能脂 肪 主要 储
5、能 物质氧化 分 解（直接能源）蛋白质能源物质之一化学能 ATP 三、ATP的主要来源细胞呼吸 呼 吸 是 通 过 呼吸 运 动吸 进 氧 气， 排 出 二 氧 化碳 的 过 程。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，释放出能量并生成ATP的过程。分为：水解酶动态平衡合成酶合 成 酶水 解 酶精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页3 / 9 有氧呼吸无氧呼吸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CO2 和 H2O 释放能量，生成许多ATP的过程指
6、细胞在无氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。过程C6H12O6 2丙酮酸+4 H + 少能2丙酮酸+ 6H2O 6CO2 +20 H+ 少能24H + 6O2 12H2O + 大量能量C6H12O6 2丙酮酸+ 4H + 少能2C3H6O3 乳酸2丙酮酸2C2H5OH + 2CO2 反应式C6H12O6 +6H2O+6O26CO2+ 12H2O +大量能量C6H12O6 2C3H6O3 + 少量能量2C2H5OH + 2CO2 + 少能不同点场 所 细 胞 质 基 质 线 基 质 线 内膜始终在细胞质基质条件除外，需分子氧、酶不需
7、分子氧、需酶产物CO2 、H2O 酒精和 CO2或乳酸能量大量、合成38ATP（ 1161KJ）少量、合成2ATP(61.08KJ) 相同点联系从葡萄糖分解成丙酮酸阶段相同，以后阶段不同实质分解有机物，释放能量，合成ATP 意义为生物体的各项生命活动提供能量四、影响细胞呼吸作用的因素1、内部因素遗传因素（决定酶的种类和数量）2、环境因素（1）温度（2）O2的浓度酶酶酶温度以影响酶的活性影响呼吸速率。在最低点与最适点之间，呼吸酶活性低，呼吸作用受抑制，呼吸速率随温度的升高而加快。超过最适点，呼吸酶活性降低甚至变性失活，呼吸作用受到抑制，呼吸速率则会随着温度的增高而下降。精选学习资料 - - -
8、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页4 / 9 （3）CO2浓度从化学平衡角度分析，CO2浓度增加，呼吸速率下降。（4）含水量在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而增强，随含水量的减少而减弱五、光合作用 光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。1发现内容时间过程结论普里斯特1771年蜡烛、小鼠、绿色植物实验植物可以更新空气萨克斯1864 年叶片遮光实验绿色植物在光合作用中产生淀粉恩格尔曼1880 年水绵光合作用实验叶绿体是光合作用的场所释放出氧鲁宾与卡门1939年同位素标记法光合
9、作用释放的氧全来自水2、场所双层膜叶绿体基质： DNA ，多种酶、核糖体等基粒多个类囊体（片层）堆叠而成胡萝卜素（橙黄色）1/3 类胡萝卜素叶黄素（黄色）2/3 吸蓝紫光色 素（ 1/4 ）叶 绿 素A（ 蓝 绿 色 ） 3/4 叶绿素（3/4叶绿素B （黄绿色）1/4 吸红橙和蓝紫光3过程光反应暗反应呼吸强度呼吸强度CO2浓度含水量 % 植物在 O2浓度为 0 时只进行无氧呼吸，大多数植物无氧呼吸的产物是酒精和CO2；O2浓度在 010%时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；在O2浓度 5%时，呼吸作用最弱；在O2浓度超过10% 时，只进行有氧呼吸。有氧环境对无氧呼吸起抑制作用，抑制作用随氧浓度
10、的增加而增强，直至无氧呼吸完全停止在一定氧浓度范围内，有氧呼吸的强度随氧浓度的增加而增强。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页5 / 9 条件光、 H2O 、色素、酶CO2 、H 、ATP 、C5、酶时间短促较缓慢场所类囊体的薄膜上叶绿体的基质过程水的光解2H2O 4H + O2 ATP 的 合 成 ： ADP + Pi + 光能ATP CO2的固定：CO2 + C5 2C3 C3/ CO2的还原：2C3 + H （ CH2O ）实质光能化学能，释放O2 同化 CO2 ，形成（ CH2O ）总式CO2 + H2O （C
11、H2O）+ O2 或CO2 + 12H2O （ CH2O ）+ 6O2 + 6H2O 物变无机物 CO2 、 H2O 有机物（ CH2O ）能变光能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能光合作用的 实质通过光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。4、光合作用的意义制造有机物，实现物质转变，将CO2和 H2O合成有机物，转化并储存太阳能；调节大气中的O2和 CO2含量保持相对稳定；生物生命活动所需能量的最终来源；注：光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。5、影响光合作用速率的因素及其在生产上的应用光合速率 是
12、光合作用强度的指标，它是指单位时间内单位面积的叶片合成有机物的速率。影响因素包括植物自身内部的因素，如处在不同生育期等，以及多种外部因素。(1) 单因子对光合作用速率影响的分析光照强度 ( 如图所示 ) 曲线分析 ：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表明此时的呼吸强度。光能叶绿体光能叶绿体精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页6 / 9 AB段表明光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=细胞呼吸强度，称
13、 B点为 光补偿点 ( 植物白天的光照强度在光补偿点以上，植物才能正常生长) 。BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，称C点为光饱和点 。应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。光照面积 ( 如图所示 ) 曲线分析 ：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大， A点为光合作用叶面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照强度在光补偿点以下。OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用不再增加，但叶
14、片随叶面积的不断增加呼吸量(OC段) 不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC 段) 。应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。CO2浓度、含水量和矿质元素( 如图所示 ) 曲线分析 ：CO2和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内，CO2、水和矿质元素越多，光合作用速率越快，但到A点时，即 CO2、水、矿质元素达到饱和时，就不再增加了。应用：“正其行，通其风”，温室内充CO2，即提高 CO2浓度，增加产量的方法. 合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，增加光合作用速
15、率。温度 ( 如图所示 ) 曲线分析 ：光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在10 35下正常进行光合作用，其中AB段精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页7 / 9 (10 35) 随温度的升高而逐渐加强，B点(35 )以上光合酶活性下降，光合作用开始下降， 50左右光合作用完全停止。应用：冬天温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用：晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累。(2) 多因子对光合作用速率影响的分析（如图所示）曲线
16、分析 ：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当充加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和 CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度，调节温度或增加 CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的6、总结 : 光合作用在现实生活中提高农作物产量：延长光合作用时间、增大光合作用面积：合理密植，
17、 改变植物种植方式：轮作、间作、套作提高光合作用速度使用温室大棚使用农家肥、化肥“正其行，通其风”大棚中适当提高二氧化碳的浓度补充人工光照7、计算真光合作用速率=净光合作用速率+细胞呼吸作用速率CO2吸收净光合作用真光合作用 =净光合作用 +呼吸作用O A C B D 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页8 / 9 光照强度CO2释放光合作用 制造 的有机物 =光合作用 积累 的有机物 +细胞呼吸 消耗 的有机物解读 ：制造的就是生产的总量，其中一部分被储存起来，就是积累的，另一部分被呼吸消耗光合作用 利用 二氧化碳的
18、量 =从外界 吸收 的二氧化碳的量+细胞呼吸 释放 的二氧化碳的量解读： 光合作用利用CO2的量有两个来源，一个是外界吸收的，另一个是自身呼吸放出的，二者都被光合作用利用。六、比较光合作用和细胞呼吸作用光合作用呼吸作用反应场所绿色植物（在叶绿体中进行）所有生物（主要在线粒体中进行）反应条件光、色素、酶等酶（时刻进行）物质转变无机物 CO2和 H2O合成有机物（CH2O ）分解有机物产生CO2和 H2O 能量转变把光能转变成化学能储存在有机物中释放有机物的能量，部分转移ATP 实质合成有机物、储存能量分解有机物、释放能量、产生ATP 联系光合作用呼吸作用五、化能合成作用自然界中少数种类的细菌，虽
19、然细胞内没有色素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。下图为硝化细菌的化能合成作用呼吸作用E 有机物、氧气能量、二氧化碳精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页9 / 9 进行光合作用和化能合成作用的生物都是自养型生物 ；而只能利用环境中现成的有机物来维持自身生命活动的生物是异养型生物 。极采取防护措施。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页