第五章复习知识点-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

第5章 细胞的能量供应和应用 第1节 降低化学反应活化能的酶 1、 细胞代谢 概念：细胞内各种有序化学反应的总称 场所：主要是细胞质基质 意义：细胞生命活动的基础 2、 控制变量和设计对照试验 1、 各种变量 ( 自 变 量 ) 定义：人为控制的对实验对象进行处理的因素。 实例：过氧化氢分解的不同条件。 ( 无关变 量 ) 决定 ( 因 变 量 ) 定义：因自变量改变而改变的变量。 实例：过氧化氢的分解速率。 影响 定义：与实验目的无关，但对实验结果造成影 响的因素。 实例：反应物的浓度、反应时间等。 （相同且适宜） 2. 对照实验 1　 定义：除作为自变量的因素外，其余因素（无关变量）都保持一致，并将结果进行比较的实验叫对照实验。 2　 类型：空白对照、相互对照、自身对照、条件对照。 3、 酶 1.酶的作用原理 1　 活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。 2　 原理：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，因此酶具有高效性。 3　 意义：酶使细胞代谢能在温和的条件下完成。 2、 酶的概念 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。 1　 产生场所：活细胞 2　 合成原料：氨基酸或核糖核苷酸 3　 合成场所：核糖体或细胞核（真核生物）、拟核（原核生物） 4　 实验验证：蛋白质与双缩脲试剂反应呈紫色、RNA与吡罗红染液呈红色。 3、 酶的特性 （1） 酶具有高效性 · 原因：酶能显著降低化学反应的活化能，导致虎穴反应速率更快。 · 意义：保证细胞代谢在温和条件下高效进行。 （2） 酶具有专一性 · 含义：每一种酶只能催化一种或者一类化学反应。 （3） 酶的作用条件较温和 · 酶活性：在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。（单位时间内、单位体积中反应物的减少量或者产物的增加量来表示） · 影响因素：温度、PH（酸碱度）和酶抑制剂。 · 温度 1　 酶的最适温度下酶活性最高，高于最适温度和低于最适温度，酶活性都会降低。 2　 低温抑制酶活性，不破坏酶结构，适当升高温度酶活性又升高。 3　 高温是破坏酶空间结构使酶失活导致酶活性降低，适当降低温度酶活性不再升高。 4　 酶制剂适宜在低温下保存。 · PH 1　 酶的最适PH下酶活性最高，高于最适PH和低于最适PH，酶活性都会降低。 2　 过酸过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 第二节 细胞的能量“货币”ATP 1、 ( 荧光素酶 )萤火虫的发光原理 ( 氧气 )荧光素 激活的荧光素 氧化荧光素 荧光 2、 ATP ( 耗能的生命过程 ) ( ATP中的化学能 ) ( 有机物中的化学能 )1. ( 腺苷 ) （1）ATP的元素组成：C、H、O、N、P （2）ATP的含义：含有三个磷酸基团的腺苷，简称腺苷三磷酸（A代表腺苷、T代表3、P代表磷酸） （3）ATP的结构简式：A-P~P~P 2. ATP和ADP相互转化 3、 ATP的合成 ATP的合成所需要的能量源自于光能以及动植物的细胞呼吸所释放的能量。 4、 ATP的利用 细胞中绝大多数需要能量的活动都是由ATP提供能量的。（如：大脑思考、主动运输、肌肉收缩、生物发电、生物发光） ATP的供能方式： 1　 Ca2+载体蛋白（ATP水解酶）被激活 2　 载体蛋白的磷酸化 3　 载体蛋白空间结构变化，Ca2+结合位点转向膜外侧 4　 载体蛋白去磷酸化 ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这在生活中是很常见的。这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，因而可以参加各种化学反应。 5、 细胞中的吸能反应和放能反应： 吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解为反应提供能量 放能反应一般与ATP合成的反应相联系，释放的能量储存在ATP中 3、 总结 1、 生物体进行各项生命活动的主要能源物质：糖类 2、 生物体良好的储能物质：脂肪 3、 植物细胞内的储能物质：淀粉 4、 动物细胞中的储能物质：糖原 5、 生物体最终能源物质：太阳能 6、 生命活动的直接能源物质：ATP 第三节 细胞呼吸 一、细胞呼吸概念及其分裂 1.细胞呼吸：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。 有氧呼吸（对于绝大部分生物来说，有氧呼吸是细胞2、细胞呼吸 呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与） 无氧呼吸 二、实验探究酵母菌的呼吸方式（对照实验：没有空白对照组） 1.酵母菌：真核异养生物，兼性厌氧生物 酵母菌在有氧和无氧条件下均能存活，但只在有氧条件下才能繁殖。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生CO2和H2O，在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的CO2。 2.产物检测原理： 1　 CO2的检测：CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。 酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。 3.装置如图所示 4.对比实验：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对照实验。即对照实验不设空白对照组，均为实验组 三、有氧呼吸 1.概念：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。 2总反应式： C6H12O6 + 6H2O + 6O26CO2 + 12H2O+ 能量 3.过程： 阶段 场所 反应式 第一阶段 细胞质基质 C6H12O6 2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]+少量能量 第二阶段 线粒体基质 2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O6CO2 +20 [H]+ 少量能量 第三阶段 线粒体内膜 24[H]+6O2 12H2O + 大量能量 各阶段能量大部分以热能形式散失，少部分合成ATP。 4.有氧呼吸的能量变化 1mol葡萄糖彻底氧化分解放出2870KJ能量，其中1161KJ储存在ATP中了，其余大多数的能量以热能的形式散失。 【特别提醒】 （1）在真核生物中，有氧呼吸的场所为细胞质基质和线粒体； （2）在原核生物中，有氧呼吸的场所为细胞质基质和细胞膜。 （3）线粒体不能直接利用葡萄糖(葡萄糖在细胞质基质中已经被分解) （4）水既是反应物又是产物 （5）真核厌氧型生物如蛔虫和哺乳动物成熟红细胞进行无氧呼吸，产生乳酸。 四、无氧呼吸 1.概念：指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。 2.发酵：微生物（如：酵母菌、乳酸菌）的无氧呼吸 3.反应式： C6H12O6 2C3H6O3 （乳酸）+少量能量（动物细胞、乳酸菌，马铃薯块茎、甜菜的块根、玉米的胚乳细胞） 3. 过程 阶段 场所 反应式 第一阶段 细胞质基质 C6H12O6 2C3H4O3（丙酮酸） + 4[H]+ 少量能量（同有氧呼吸） 第二阶段 细胞质基质 2C3H4O3+4[H] 2C2H5OH+2CO2 2C3H4O3+4[H]2C3H6O3 5.无氧呼吸过程中的能量变化 1mol葡萄糖不彻底氧化分解成乳酸时，所释放的能量是196.65KJ能量。其中只有61.08KJ的能量储存在ATP中，其余大多数的能量以热能的形式散失。 5、 有氧呼吸与无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 细胞质基质和线粒体 细胞质基质 条件 需要氧气和多种酶 不需要氧气，需要多种酶 产物 CO2和H2O 酒精和CO2或乳酸 能量 大量能量 少量能量 有机物氧化程度 彻底 不彻底 相同点 联系 第一阶段相同 实质 分解有机物释放能量 意义 为生命活动提供能量 【特别提醒】 1.无氧呼吸第一阶段产生的[H]在第二阶段和丙酮酸反应生成了乳酸或酒精和二氧化碳，并无积累 2.破伤风芽孢杆菌是厌氧型生物，只无氧呼吸。 3.植物的根部缺氧时，会进行无氧呼吸产生酒精，造成植物烂根。 4.粮食的储藏：低氧、零上低温、干燥 蔬菜、水果的保鲜储藏：低氧、零上低温、湿度适中、无乙烯。 5.由于脂肪C H含量高于糖类，所以氧化相同质量的糖和脂肪时，脂肪耗氧多，产水多，放能多。若以脂肪为呼吸底物，进行有氧呼吸，会出现耗O2量＞CO2释放量的情况。 6.[H]：还原型辅酶Ⅰ（NADH）; NAD+:氧化型辅酶Ⅰ 7.无氧呼吸第二阶段没有形成ATP,只在第一阶段形成少量ATP。 8.若某生物没有O2和CO2的产生，则该生物只进行乳酸发酵或已死亡。 9.有氧呼吸不一定需要线粒体的参与，原核生物中有需氧型生物：如蓝藻，好氧细菌等。 10.提倡慢跑等有氧运动使人不致因剧烈运动导致O2的不足，造成肌细胞无氧呼吸产生大量乳酸，乳酸积累会使肌肉酸胀乏力。 六、ATP产生速率与O2供给量之间的关系 1．A点表示：在无氧条件下，细胞可进行无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。 2．AB段表示：随O2供应量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生速率随之增加。 3．BC段表示：O2供应量超过一定范围后，ATP的产生速率不再加快，此时限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。 第三节 细胞呼吸 一、细胞呼吸的概念及其分类 1.细胞呼吸：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。 2.细胞呼吸可分为：有氧呼吸和无氧呼吸 对于绝大部分生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与。 二、实验探究酵母菌的呼吸方式（对照实验：没有空白对照组） 1.酵母菌：真核异养生物，兼性厌氧生物 酵母菌在有氧和无氧条件下均能存活，但只在有氧条件下才能繁殖。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生CO2和H2O，在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的CO2。 2.产物检测原理： CO2的检测：CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。 酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。 3.装置如图所示 4.对照实验：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对照实验。即对比实验不设空白对照组，均为实验组 三、有氧呼吸 1.概念：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。 2.总反应式： C6H12O6 + 6H2O + 6O26CO2 + 12H2O+ 能量 3.过程： 阶段 场所 反应式 第一阶段 细胞质基质 C6H12O6 2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]+少量能量 第二阶段 线粒体基质 2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O6CO2 +20 [H]+ 少量能量 第三阶段 线粒体内膜 24[H]+6O2 12H2O + 大量能量 各阶段能量大部分以热能形式散失，少部分合成ATP。 4.有氧呼吸的能量变化 1mol葡萄糖彻底氧化分解放出2870KJ能量，其中1161KJ储存在ATP中了，其余大多数的能量以热能的形式散失。 【特别提醒】 （1）在真核生物中，有氧呼吸的场所为细胞质基质和线粒体； （2）在原核生物中，有氧呼吸的场所为细胞质基质和细胞膜。 （3）线粒体不能直接利用葡萄糖(葡萄糖在细胞质基质中已经被分解) （4）水既是反应物又是产物 （5）真核厌氧型生物如蛔虫和哺乳动物成熟红细胞进行无氧呼吸，产生乳酸。 四、无氧呼吸 1.概念：指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。 2.发酵：微生物（如：酵母菌、乳酸菌）的无氧呼吸 3.反应式： C6H12O6 2C3H6O3 （乳酸）+少量能量 （动物细胞、乳酸菌，马铃薯块茎、甜菜的块根、玉米的胚乳细胞） 4.过程 阶段 场所 反应式 第一阶段 细胞质基质 C6H12O6 2C3H4O3（丙酮酸） + 4[H]+ 少量能量（同有氧呼吸） 第二阶段 细胞质基质 2C3H4O3+4[H] 2C2H5OH+2CO2 2C3H4O3+4[H]2C3H6O3 5.无氧呼吸过程中的能量变化 1mol葡萄糖不彻底氧化分解成乳酸时，所释放的能量是196.65KJ能量。其中只有61.08KJ的能量储存在ATP中，其余大多数的能量以热能的形式散失。 6、 有氧呼吸与无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 细胞质基质和线粒体 细胞质基质 条件 需要氧气和多种酶 不需要氧气，需要多种酶 产物 CO2和H2O 酒精和CO2或乳酸 能量 大量能量 少量能量 有机物氧化程度 彻底 不彻底 相同点 联系 第一阶段相同 实质 分解有机物释放能量 意义 为生命活动提供能量 【特别提醒】 1.无氧呼吸第一阶段产生的[H]在第二阶段和丙酮酸反应生成了乳酸或酒精和二氧化碳，并无积累 2.破伤风芽孢杆菌是厌氧型生物，只无氧呼吸。 3.植物的根部缺氧时，会进行无氧呼吸产生酒精，造成植物烂根。 4.粮食的储藏：低氧、零上低温、干燥 蔬菜、水果的保鲜储藏：低氧、零上低温、湿度适中、无乙烯。 5.由于脂肪C H含量高于糖类，所以氧化相同质量的糖和脂肪时，脂肪耗氧多，产水多，放能多。若以脂肪为呼吸底物，进行有氧呼吸，会出现耗O2量＞CO2释放量的情况。 6.[H]：还原型辅酶Ⅰ（NADH）; NAD+:氧化型辅酶Ⅰ 7.无氧呼吸第二阶段没有形成ATP,只在第一阶段形成少量ATP。 8.若某生物没有O2和CO2的产生，则该生物只进行乳酸发酵或已死亡。 9.有氧呼吸不一定需要线粒体的参与，原核生物中有需氧型生物：如蓝藻，好氧细菌等。 10.提倡慢跑等有氧运动使人不致因剧烈运动导致O2的不足，造成肌细胞无氧呼吸产生大量乳酸，乳酸积累会使肌肉酸胀乏力。 第四节 光合作用 一、实验：绿叶中色素提取和分离 1.提取原理：光合色素易溶于有机溶剂，所以可用无水乙醇提取色素。 2.分离原理：光合色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散的快，反之则慢。 3.二氧化硅作用：为了使研磨充分。不加二氧化硅，会使滤液和色素带的颜色变浅 碳酸钙的作用：保护色素，防止在研磨时叶绿体中的色素受到破坏。 4.光合色素的分离方法：纸层析法 ，分离色素的溶液：层析液 5.色素相关知识: 色素种类 分布 功能 特性 吸收光的种类 叶绿素(3/4) 叶绿素a（蓝绿色）； 含量最多 类囊体薄膜 吸收、传递、转换光能 易溶于有机溶剂 红光和蓝紫光 叶绿素b（黄绿色） 溶解度最小 类胡萝卜素(1/4) 胡萝卜素（橙黄色）； 含量最少，溶解度最大 蓝紫光 叶黄素（黄色） 二、光合作用 （一）结构基础——叶绿体 1．叶绿体是双层膜，内部有许多类囊体堆叠形成的基粒，基粒与基粒之间充满了基质。 2．光合色素分布在类囊体薄膜上。光合色素功能：吸收传递转换光能。 3．叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。光合色素中，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光；若在缺少镁离子的环境中培养，则光反应会下降，暗反应也随之下降。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。光合色素对绿光吸收最少，其被反射出来，故叶片呈绿色。 4.1880年，美国科学家恩格尔曼用水绵和好氧细菌进行光合作用的实验，要在没有空气的黑暗环境中进行； 证明叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，氧是叶绿体释放出来的。 （二）光合作用的过程 1.光合作用：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，并且释放出 氧气的过程。 2、反应式： CO2＋H2O（CH2O）＋6O2 3. 4.过程比较（光反应和暗反应的区别和联系） 比较项目 光反应 暗反应 需要条件 光、光合色素、酶 有无光均可、酶 反应场所 类囊体薄膜上 叶绿体基质 物质变化 水的光解：H2O → NADPH + O2 ATP的形成：ADP＋Pi＋能量ATP （可产生水） CO2的固定：CO2 + C5 → 2C3 C3的还原:2C3 → （CH2O）+ C5（需要光反应提供NADPH和ATP） 能量变化 光能→活跃的化学能（储存ATP、NADPH中） 活跃的化学能→稳定的化学能（储存在糖类等有机物中） 两者联系 光反应为暗反应提供ATP和NADPH,暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi （1）暗反应与光反应是相辅相成的，夜间光反应停止，暗反应也会因缺乏NADPH和ATP而终止。 （2）光合作用中产生的NADPH叫还原型辅酶Ⅱ，而细胞呼吸中产生的［H］是还原型辅酶I（NADH） （3）NADPH也能为暗反应提供能量 （三）CO2和光照条件改变后短时间内各种物质的变化（尤其以C3、C5变化考察居多） 条件 C3 C5 NADPH、ATP （CH2O）合成量 光照加强（未饱和前） 减少 增多 增多 增多 光照减弱 增多 减少 减少 减少 二氧化碳增多（未饱和前） 增多 减少 减少 增多 二氧化碳减少 减少 增多 增多 减少 （四）光合作用的探究历程： 2、1937年，希尔：在离体的叶绿体的悬液（有水，无CO2）中加入铁盐或其他氧化剂，在光下可以释放出O2。把离体的叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生O2的化学反应称作希尔反应。 3、1939年美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了光合作用光合作用释放的氧全部来自来水。 4、20世纪40年代，美国科学家卡尔文利用小球藻(单细胞绿藻)做实验：用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径14CO2→14C3→(14CH2O），被称为卡尔文循环。 5、1954年，阿尔农：在光照下，叶绿体可合成ATP，1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 三、影响光合作用强度的因素 1.（总）光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 2.光合作用强度可以通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。 3.影响光合作用的因素有内在因素和外界因素 内因：酶的含量和酶的活性，光合色素的含量等 外因：光照强度、二氧化碳浓度、温度、水分、矿质元素等 (1) CO2浓度： 1　 图A的B点表示CO2饱和度点。 2　 图A中当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用不在增加，此时的限制因素主要有温度和光照强度 （二）水 （三）温度：温度主要影响光合作用相关酶的活性来影响光合作用强度 ( B ) （四）光照强度 (1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 (2)曲线分析 ①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。 ②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。（光合作用强度＜呼吸强度） ③B点：为光补偿点，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。 ④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强。（光合作用强度＞呼吸强度） ⑤D点：为光饱和点，限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是：光合色素含量、酶的数量和活性；外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。 (3)应用：①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产； ②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。 四、真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的曲线辨析 1.真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。 根据关键词判定 检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 真正(总)光合速率 CO2 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量 O2 吸收量(黑暗) 释放量 产生量 有机物 消耗量(黑暗) 积累量 制造量、产生量 2．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动 (1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。 (2)补偿点(B点)的移动 ①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。 ②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。 (3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时， C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。 五、化能合成作用 土壤中硝化细菌的化能合成作用： 除了绿色植物，自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所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，这些细菌也属于自养生物。例如，生活在土壤中的硝化细菌，不能利用光能，但是能将土壤中的氨（NH3）氧化成亚硝酸（HNO2），进而将亚硝酸氧化成硝酸（HNO3）。硝化细菌能够利用这两个化学反应中释放出的化学能，将二氧化碳和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的自命活动。硝化细菌化能合成反应式如下： 学科网（北京）股份有限公司 $$