第5章细胞的能量供应和利用复习课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

第五章 细胞的能量供应和利用 降低化学反应活化能的酶 目录 1 细胞的能量“货币”ATP 2 细胞呼吸的原理和应用 3 4 光合作用与能量转化 1、酶的作用和本质 1773年，意大利科学家斯帕兰札尼做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。 讨论 为什么要将肉块放在金属笼内？ 是什么物质使肉块消失了？ 怎样才能证明你的推测？ 实验说明，食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。 1835年，德国科学家施旺通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现 定义：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢，如脱水缩合、光合作用、细胞呼吸等） 细胞代谢： 细胞代谢的场所：细胞内，主要是细胞质基质 细胞代谢的实质：各种化学反应的总称 细胞代谢离不开酶 2、酶的作用和本质 实验：细胞中存在过氧化氢酶，能够将过氧化氢及时分解为氧气和水，我们以过氧化氢在不同条件下的分解为例，探究酶的作用 实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解 实验原理 H2O2在水浴加热、FeCl3溶液中Fe3+（每滴溶液中Fe3+ 数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍）和肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解。 2H2O2 2H2O + O2 ↑ 不同条件 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。 1.常温 2.加热 3.加FeCl3 4.加过氧化氢酶. 实验材料 新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液 质量分数为3.5%的FeCl3溶液 新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液 3、酶的作用和本质 试管号 1 2 3 4 变量 加入物质（浓度和剂量） 2mL 3% 的H2O2溶液 2mL3% H2O2溶液 2mL3% H2O2溶液 2mL3% H2O2溶液 实验处理 不处理  90℃水浴加热 2滴FeCl3溶液 2滴肝脏研磨液 现象 气泡多少 基本无气泡产生 少 较多 很多 卫生香燃烧 无复燃 复燃 复燃、快速燃烧 复燃、剧烈燃烧 结论 酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，且同无机催化剂相比酶的催化效率更高 实验步骤及结论 无关变量 自变量 因变量 4、酶的作用和本质 6 结论 酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，且同无机催化剂相比酶的催化效率更高。 5、酶的作用和本质 1号与2号试管相比说明什么？ 3号与4号试管未经加热，也有大量气泡产生，说明什么？ 3号与4号相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？ 加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率 说明FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率 4号；酶具有高效性；细胞内时刻都进行着大量的化学反应，需要在常温、常压下高效率进行，只有酶能满足这样的要求 讨论 控制变量和设计对照实验 实验过程中遵循的原则： 单一变量原则、对照原则。 2.对照原则 ①变量: ②自变量（单一性原则）: ③因变量（可观测原则）: ④无关变量（等量且适量原则）: ⑤ 单一变量: 1、单一变量原则 实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素叫做自变量，比如催化剂的种类三氯化铁溶液和肝脏研磨液。 实验过程中变化的因素称为变量。 因自变量改变而变化的变量叫做因变量，比如过氧化氢分解速率。 实验中除自变量外的一些对因变量造成影响的可变因素，叫做无关变量，比如过氧化氢的量，肝脏研磨液的新鲜程度、温度等。 实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，相同且适宜。 除作为自变量的因素外，其余因素（无关变量）都保持不变，并将结果进行比较的实验叫做对照实验，对照实验一般设置对照组和实验组。分为空白对照、自身对照、条件对照、相互对照。 6、酶的作用和本质 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 酶的作用 活化能： 分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃态所需要的能量。 酶的机理： 降低化学反应的活化能 酶与无机催化剂催化的机理相同，都能降低化学反应的活化能，但是酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 7、酶的作用和本质 正是有了酶的催化，细胞代谢才能在温和条件下快速进行 酶的意义： 关于酶本质的探索 酶到底是什么物质呢？19世纪以前，人们还不知道酶为何物。19世纪以后，随着酿酒中发酵过程的深入研究，科学家才揭开酶的“面纱”. 1）巴斯德之前： 2）巴斯德： 3）李比希： 4）毕希纳： 5）萨姆纳： 6）切赫和奥特曼： 许多化学家都相信糖类变成酒精和二氧化碳是一个纯化学反应，与生命活动无关。 酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的。注意重在强调：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某种物质起作用。 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。 酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起到催化作用，就像在活酵母细胞中一样。并将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶。 从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质 20世纪80年代，发现少数RNA具有催化功能，称为核酶。 酶的本质 8、酶的作用和本质 酶是由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 来源 化学本质 合成 场所 原料 作用 功能 原理 场所 活细胞产生的(酶不能从食物中获得) 有机物 绝大多数酶是蛋白质 少数酶是RNA 核糖体 主要在细胞核 氨基酸 核糖核苷酸 催化作用 降低化学反应的活化能 可以在细胞内、细胞外、体外发挥催化作用 9、酶的特性 10、酶的特性 易错提醒： （1）酶的基本组成单位是氨基酸 （2）具有分泌功能的细胞才能产生酶 （3）酶是活细胞产生的，只能在细胞内起催化作用 （4）酶在反应完成后立即被降解成氨基酸 （5）酶具有催化、调节等多种功能 【酶与无机催化剂比较】 专一性 高效性 与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的作用更显著。酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍 无机催化剂催化的化学反应范围比较广。而一种酶只能催化一种或一类的化学反应 作用条件较温和 许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应。而酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的 保证了细胞中的代谢反应能在常温、常压下，快速、有序地进行 酶在细胞中的分布 11、酶的特性 影响酶促反应速率的因素 酶活性的表示方法 酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率的表示，即单位时间内反应物(底物)或生成物(产物)浓度的变化量 影响因素 影响底物与酶 的接触 12、酶的特性 酶促反应效率 酶活性受温度影响示意图 酶活性受PH影响示意图 在最适宜的温度和PH条件下，酶的活性最高。温度和PH偏高或偏低，酶活性都会明显降低 过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活 O℃左右，酶的活性很低，但空间结构稳定，酶制剂适宜在低温下保存 温度 底物浓度 pH 激活剂 抑制剂 酶的浓度 活性 实验原理 淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 实验步骤 （1）取两只试管，分别做下表操作： 序号 项目 1号试管 2号试管 1 注入可溶性淀粉溶液 2ml —— 2 注入蔗糖溶液 —— 2ml 3 注入新鲜淀粉酶溶液 2ml 2ml 自变量：不同的底物 因变量：是否产生砖红色沉淀 用两种不同底物，同一种酶。 如淀粉溶液和蔗糖溶液，淀粉酶 实验：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用（探究酶的专一性） 13、酶的特性 15 （2）振荡试管使液体混合均匀，将试管下半部60℃水浴保温5min; （3）取出试管后各加2mL斐林试剂，振荡试管使溶液混合均匀; （4）将两支试管放入盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min 实验现象及结论 （1)现象： （2)结论： 1号试管出现砖红色沉淀，2号试管无明显现象。 淀粉酶只能催化淀粉水解而不能催化蔗糖水解。 14、酶的特性 实验步骤 第二种实验设计方法：用同一种底物，两种不同酶 思考：能否用碘液代替斐林试剂？ 1号试管 淀粉溶液 实 验 步 骤 一 二 三 四 实验现象 结论 2号试管 3号试管 加入淀粉酶2滴，振荡 试管各加入2mL淀粉溶液 蓝色 60℃，保持约5min 100℃，保持约5min 0℃，保持5min 各加入两滴碘液 振荡 不变蓝 蓝色 自变量：温度 因变量：混合溶液是否变蓝 无关变量：溶液的量、反应时间等 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都会影响酶的活性 不宜选用斐林试剂鉴定，因为使用斐林试剂需水浴加热，而本实验需严格控制温度。 15、酶的特性 实验：探究温度对淀粉酶活性的影响 16、酶相关曲线的分析 酶高效性的曲线分析 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 酶只能缩短到达化学平衡所需的时间，不能改变化学反应的平衡点 A：酶 B：无机催化剂 C：未加催化剂 17、酶相关曲线的分析 酶专一性的曲线分析 加入酶A的反应速率在一定范围内随反应物浓度增大明显加快 加入酶B的反应速率与未加酶的空白对照条件下的反应速率相同 降低化学反应活化能的酶 目录 1 细胞的能量“货币”ATP 2 细胞呼吸的原理和应用 3 4 光合作用与能量转化 18、ATP是一种高能磷酸化合物 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) A： T： P： —： ~: 腺苷=腺嘌呤+核糖 三 磷酸基团 特殊的化学键（高能键） 普通磷酸键 A– P ~ P ~ P ATP的结构 元素组成：C、H、O、N、P，与DNA、RNA组成元素相同 功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质 19、ATP的特点 由于两个相邻的磷酸基团都带有负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。 ATP水解的过程就是释放能量的过程。1mol ATP水解释放的能量高达30.54kJ 20、知识点复习 能量物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP 主要能源物质：糖类 储能物质：脂肪、淀粉（植物细胞）、糖原（动物细胞） 主要储能物质：脂肪 直接能源物质：ATP 最终能量来源：太阳能 21、ADP与ATP可以相互转化 ADP与ATP之间的相互转化 ADP与ATP相互转化的特点： ATP中的化学能 糖类等有机物中的化学能 直接用于各种生命活动 ATP水解 呼吸作用 1、ATP与ADP的这种相互转化是时刻不停地发生且处在动态平衡之中 2、ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性 细胞内的化学反应可以分为吸能反应与放能反应 22、ATP与ADP相互转化总结 项目 ATP的合成 ATP的水解 反应式 ADP＋Pi＋能量 ATP＋H2O ATP＋H2O ADP＋Pi＋能量 所需酶 ___________ ___________ 能量来源 (光合作用)、 (细胞呼吸) 能量去路 储存于 中 叶绿体中用于暗反应，细胞呼吸用于各项生命活动 反应场所 ___________________________ 生物体的需能部位 ATP合成酶 ATP水解酶 光能 化学能 磷酸基团转移势能 ATP 细胞质基质、线粒体、叶绿体 1. 由于ATP和ADP的相互转化过程中,反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不相同，因此ATP和ADP的相互转化是不可逆反应,但物质是可循环利用的（即物质可逆，能量不可逆）。 2. 细胞内的需(吸)能反应总是与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放（释）能反应总是与ATP的合成相联系，释放的能量贮存在ATP中。 23、ATP的利用 电能 光能 渗透能 化学能 葡萄糖+果糖 酶 蔗糖 细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP提供能量的。 用于生物发电 用于细胞主动运输 用于细胞内的吸能反应 用于生物发光 ATP中的能量可以转化成其他各种形式的能量，用于各项生命活动，这些能量形式主要有以下六种：渗透能、机械能、电能、化学能、光能、热能 24、ATP为主动运输功能 参与Ca2+主动运输的蛋白是一种能催化ATP水解的酶，当膜内侧Ca2+与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了； 在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化； 载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2+的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。 25、ATP是细胞内流通的能量“货币” 吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量 放能反应一般与ATP合成相联系，释放的能量储存在ATP中 能量通过ATP分子在吸能反应与放能反应之间流通 降低化学反应活化能的酶 目录 1 细胞的能量“货币”ATP 2 细胞呼吸的原理和应用 3 4 光合作用与能量转化 26、问题探讨 酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行震荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。 讨论 1、都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？ 2、为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？ 3、在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？ 30 27、细胞呼吸的概念和分类 呼吸作用（细胞呼吸）： 有氧呼吸 无氧呼吸 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。分为有氧呼吸和无氧呼吸。 是指细胞在氧气的参与下，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，生成大量ATP的过程。 是指细胞在无氧气的条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物经过不完全分解，产生二氧化碳和酒精或产生乳酸，释放能量，生成少量ATP的过程。 31 28、探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌： 代谢类型为：异养兼性厌氧型。异养是指需从外界环境摄取有机物满足自身能量需求。 细胞呼吸方式为：有氧呼吸和无氧呼吸 细胞呼吸产物的检测 检测产物 试剂 现象 CO2 澄清石灰水 石灰水变浑浊 溴麝香草酚蓝溶液 溶液由蓝变绿再变黄 酒精 酸性条件下的重铬酸钾溶液 橙色变为灰绿色 CO2多少：石灰水变浑浊的程度或产生浑浊的快慢或由蓝→绿→黄所需时间长短 32 29、探究酵母菌细胞呼吸的方式 实验探究过程：①提出问题 ②作出假设 ③设计并进行实验 ④分析结果，得出结论 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸，细胞呼吸的产物可能有CO2和酒精 ①提出问题： ②作出假设： 酵母菌在有氧和无氧的环境下均能呼吸吗?呼吸产物分别是什么？ ③设计并进行实验 实验思路：分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或二氧化碳 分析变量 自变量: 因变量: 无关变量: 细胞呼吸的条件 细胞呼吸的产物 有氧 无氧 影响实验结果的可变因素（温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等） 酒精、CO2 30、探究酵母菌细胞呼吸的方式 1.怎样控制有氧和无氧条件？ 2.怎样鉴定CO2和酒精的产生？如何比较CO2产生的多少？ 3.怎样保证酵母菌在整个实验中能正常生活？（尽量在酵母菌生长的最适温度下进行实验以保证酵母菌的高活性） 有氧 酵母菌培养液 A 澄清的石灰水 空气 质量分数为10%的NaOH溶液 葡萄糖溶液＋酵母菌 （培养酵母菌） （去除空气中的CO2 ） （检测CO2的生成） 特别关注的问题 橡皮球、气泵用于控制有氧条件；无氧装置应保持密封。 31、实验过程 酵母菌培养液 酵母菌培养液 质量分数为10%的NaOH溶液 澄清的石灰水 澄清的石灰水 A B 空气 实验装置 实验步骤 1、酵母菌培养液的配置与培养，注意控制单一变量 2、检测CO2的产生 3、检测酒精的产生：注意适当延长培养时间 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对实验对象的影响，也叫相互对照实验 35 32、实验结论 条件 澄清石灰水/出现的时间 重铬酸钾--浓硫酸溶液 有氧(A) 无氧(B) 较混浊/快 无变化 混浊/慢 出现灰绿色 分析结果得出结论 结论：酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。有氧条件下产生较多的二氧化碳；无氧条件下产生酒精和少量的二氧化碳。 36 33、细胞呼吸的方式及反应式 呼吸作用 （细胞呼吸） 有氧呼吸 无氧呼吸 （绝大多数生物的主要呼吸方式） 例：高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、 甜菜块根、玉米胚细胞等 例：大多数植物、酵母菌 C6H12O6 酶 2C3H6O3(乳酸) + 少量能量 C6H12O6 2C2H5OH(酒精) + 2CO2 + 少量能量 酶 C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 [H] 是指NADH（还原型辅酶Ⅰ） 34、线粒体是有氧呼吸的主要场所 分布： 结构 双层膜： 基质：含有与有氧呼吸有关的酶，少量DNA、RNA、核糖体等： 外膜：含有与有氧呼吸有关的酶 内膜：折叠成嵴，增大膜表面积。能附着更多的酶 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 有氧呼吸反应式（绝大多数生物的主要呼吸方式） C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 38 35、有氧呼吸的过程 第一阶段 场所：细胞质基质 物质能量变化： 第二阶段 场所：线粒体基质 物质能量变化： 第三阶段 场所：线粒体内膜 物质能量变化： C6H12O6→2丙酮酸＋4[H]＋少量能量 酶 2丙酮酸＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量 酶 24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量 酶 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量 酶 总反应式 元素追踪 39 36、有氧呼吸的能量路径 1mol葡萄糖 释放能量 2870kJ 储存于ATP中 以热能形式散失 977.28kJ 1892.72kJ 有氧呼吸能量 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CO2和水，释放能量，生成大量ATP的过程。 40 37、无氧呼吸的过程 场所：细胞质基质 过程 第一阶段：与有氧呼吸的第一阶段完全相同 物质变化：葡萄糖 2丙酮酸+4[H]+少量能量 产能情况：少量 第二阶段：丙酮酸在酶的催化作用下，分解成酒精和CO2，或转化成乳酸 物质变化：2丙酮酸+4[H] 2C2H5OH（酒精）+CO2 或：2丙酮酸+4[H] 2C3H6O3(乳酸） 产能情况：不产能 酶 酶 酶 41 38、无氧呼吸总反应式 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 高等动物骨骼肌细胞、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚乳等 大部分植物（苹果果实、水稻根）、酵母菌 1mol葡萄糖无氧呼吸释放能量196.65kJ，其中61.08kJ储存于ATP中，其余能量以热能散失 无氧呼吸的产物不同是由于酶不同 42 39、无氧呼吸的实质和意义 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： 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 发酵 酒精发酵 乳酸发酵 酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵。 为生物体提供能量，生物体代谢的枢纽 细胞呼吸的意义： 无氧呼吸的概念：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 43 40、细胞呼吸原理的应用 减弱水果、粮食的呼吸作用，以延长保质期。 避免破伤风芽孢杆菌等进行无氧呼吸而大量繁殖，引起破伤风。 提倡慢跑避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸，产生大量乳酸。 防止厌氧菌的繁殖。 先通气，后密封。先让酵母菌有氧呼吸，大量繁殖，再无氧呼吸产生酒精。 促进根部有氧呼吸，吸收无机盐等。 44 41、影响细胞呼吸的因素 1、内部因素 （1）遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同 实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳性植物 （2）生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同 实例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低 （3）器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同 实例：生殖器官大于营养器官 2、外部因素： （1）温度 影响：温度通过影响细胞呼吸有关酶的活性进而影响细胞呼吸速率。 应用：低温储存食品，温水和面等 42、影响细胞呼吸的因素 （2）O2浓度： 直接影响呼吸速率和呼吸性质。对无氧呼吸有抑制作用。 2. 氧气浓度0%~10%时 有氧呼吸和无氧呼吸同时存在， 有氧呼吸速率增大， 无氧呼吸速率减小。 1. 氧气浓度为0时 只进行无氧呼吸 3. 氧气浓度 ≥10%时 细胞只进行有氧呼吸 4. 氧气浓度为10%时 无氧呼吸被完全抑制，细胞只进行有氧呼吸，细胞呼吸即为有氧呼吸。 46 43、影响细胞呼吸的因素 （3）水分 水作为有氧呼吸的反应物可直接参与反应，水作为生物化学反应的介质影响反应的进行，在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。 （4）CO2 CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行 适当增加CO2的浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜 44、有氧呼吸与无氧呼吸的对比 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 条件 产物 能量释放 特点 有机物彻底氧化分解，能量完全 释放 有机物没有彻底氧化分解，能量没有完全释放 相同点 过程 实质 意义 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 氧气、酶、适宜的温度 酶、适宜的温度 CO2、H2O CO2、酒精或乳酸 大量 少量 第一阶段完全相同 分解有机物，释放能量，合成ATP ①为生物的各项生命活动提供能量； ②为体内其他化合物的合成提供原料 45、判断细胞呼吸的方式 不消耗O2，释放CO2→只进行产酒精的无氧呼吸 不消耗O2，不释放CO2 →只进行产乳酸的无氧呼吸或细胞已经死亡 CO2释放量等于O2吸收量→只进行有氧呼吸或既进行有氧化呼吸，又进行产乳酸的无氧呼吸 CO2释放量大于O2释放量→即进行有氧呼吸又进行产酒精的无氧呼吸 49 降低化学反应活化能的酶 目录 1 细胞的能量“货币”ATP 2 细胞呼吸的原理和应用 3 4 光合作用与能量转化 1、问题探讨：叶片中的色素可能与光能的捕获有关 对于高等植物来说，叶片是进行光合作用的主要器官。这些植物的叶片多数是绿色的，说明其中有绿色的色素 在玉米地里，有时可以看到叶片中不含绿色色素的白化苗，这样的白化苗，待种子中储存的养分耗尽就会死去 可见，叶片中的色素可能与光能的捕获有关 51 色素的分布和作用 1. 分布：叶绿体的类囊体薄膜上 2. 功能：吸收、传递和转化光能 注意：这里的色素是指参与光合作用的色素，不包括液泡中的色素；并非所有的植物细胞都用含有光合色素；能转化光能的色素是少数处于特殊状态的叶绿素a 实验原理 提取 分离 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中的色素。 不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的色素随层析液在滤纸上扩散得慢。 实验原理 46、绿叶中色素的提取与分离 52 a. 取材：称取绿叶5g，剪碎叶片 方法步骤——色素的提取 b. 研磨：加入少许SiO2 、CaCO3，再加入5~10毫升无水乙醇， 进行迅速、充分的研磨 少许二氧化硅和碳酸钙 再放入10mL无水乙醇 迅速、充分的研磨 实验用品及作用： SiO2—有助于研磨得充分 CaCO3 —防止研磨中色素被破坏 无水乙醇—溶解色素 47、绿叶中色素的提取与分离 剪碎叶片 53 c. 过滤收集：将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（基部放置单层尼龙布），获取绿色滤液，及时用棉塞将试管口封严 将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤 收集滤液,封口 实验用品及作用： （1）使用单层尼龙布目的： （2）及时用棉塞将试管口封严的目的： 过滤叶脉及二氧化硅等，得到含有 色素的滤液。 防止乙醇挥发，叶绿素氧化分解。 不可以改用纱布，因为纱布吸水性较好，并且色素留在了纱布上 48、绿叶中色素的提取与分离 过滤时将一块尼龙布改成纱布可以吗？ 54 d. 制备滤纸条 剪滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成稍小于试管长与直径的滤纸条，将一端剪去两角 铅笔画线：在距这一端1厘米处用铅笔画一条细线 画铅笔细线 铅笔线 1cm处 e. 画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀划出一条细线（也可以将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。待滤液干后，重复1-2次 要求：细、直、齐 防止两侧色素扩散快，色素带不整齐 滤液细线 49、绿叶中色素的提取与分离 方法步骤——色素的分离 55 将适量层析液倒入烧杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。（注意：滤液细线不能触及层析液） f. 分离绿叶中的色素 以防止色素溶解于层析液中而无法分离 用培养皿盖住的目的是防止层析液挥发 插滤纸条 层析液 培养皿 50、绿叶中色素的提取与分离 色素分离 56 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 较少 较高 较快 叶绿素a _____ 较低 较慢 叶绿素b 较多 _____ _____ 最少 最高 最快 最多 最低 最慢 g. 观察与记录 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 51、绿叶中色素的提取与分离 绿叶中的色素 叶绿素 （含量约占3/4） 类胡萝卜素 （含量约占1/4） 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） 57 ①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分; ②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少; ③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素); ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。 ①忘记画滤液细线; ②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。 忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。 (1) 收集到的滤液绿色过浅的原因分析: (2) 滤纸条色素带重叠： (3)滤纸条看不到色素带: (4) 滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带： 52、绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析 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 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 (1) 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。 (2) 叶绿素对 红光和蓝紫光 的吸收量大，类胡萝卜素对 蓝紫光 的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。 53、色素的吸收光谱 阳光是由不同颜色的光组成的复合光，在穿过三棱镜时，不用波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱 色素　 酶 分布： 主要分布在绿色植物的叶肉细胞 形态： 一般呈扁平的椭球形或球形 结构： 外膜 内膜 基粒 由两个以上的类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含色素分子和与光反应有关的酶 基质 含有多种与暗反应有关的酶，也有少量DNA和RNA,还有核糖体。 叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础： 在叶绿体内部的巨大膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。 透明，有利于光线的透过 54、叶绿体的结构 55、恩格尔曼的实验 黑暗中用极细的光束照射水绵 用投过三棱镜的光照射水绵临时装片 结果：需氧细菌只分布在叶绿体有光束照射的部位 结果：需氧细菌主要分布在叶绿体蓝紫光与红光照射部位 61 56、光合作用的概念 CO2+H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+O2 光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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 光合作用的反应式： 6CO2+12H2O 光能 叶绿体 C6H12O6+6O2 +6H2O 62 57、探索光合作用原理的部分实验 时间/发现者 内容 19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子中的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖 1928年 科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖 1937年希尔（英国） 在离体叶绿体的悬浮液中，加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气 1941年鲁宾、卡门（美国） 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中O2的来源，得出光合作用中的O2全部来自于水 1954年阿尔农（美国） 在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 58、光合作用的过程 注意：NADPH是还原性辅酶Ⅱ，作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。此外细胞呼吸产生的NADH是还原型辅酶Ⅰ，二者不是一种物质。 光反应阶段 反应条件：有光照 反应场所：类囊体薄膜 能量变化：将光能转化为储存在ATP和NADPH中活跃的化学能 物质变化： a. 将水分解为O2和H+，其中H+和NADP+结合形成NADPH b. 使ADP和Pi反应形成ATP 64 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 59、光合作用的过程 注意：NADPH是还原性辅酶Ⅱ，作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。此外细胞呼吸产生的NADH是还原型辅酶Ⅰ，二者不是一种物质。 暗反应阶段 反应条件：有没有光照都能进行 反应场所：叶绿体基质 能量变化： 将ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能 反应过程（卡尔文循环）： a. CO2的固定：C5+CO2→2C3 b. C3的还原：2C3 酶 （ CH2O ）+C5 酶 ATP、NADPH 65 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 相互影响、相互制约，都不能长期独立进行。 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 60、光反应和暗反应的区别与联系 CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 光照增强 光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） CO2浓度减少 CO2浓度增加 减少 减少 减少 减少 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 增加 增加 增加 增加 增加 注意：短时间研究 61、光合作用物质含量变化的比较 67 总光合速率=净光合速率+呼吸速率 O2 CO2 O2 较强光照时 CO2 62、光合作用原理的应用——探究环境因素对光合作用的影响 光合作用强度（光合速率）：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量 CO2+H2O 光能 叶绿体 （CHO2）+O2 底物的消耗速率 产物的生成速率 植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用 绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率 有光条件下，光合作用和呼吸作用同时进行，测得的数值表示净光合速率 1. 真正光合速率=净光合速率+呼吸速率 2. 光合作用产生的O2量=实际测得的O2释放量+细胞呼吸消耗的O2量 3. 光合作用固定的CO2量=实际测得的CO2吸收量+细胞呼吸释放的CO2量 4. 光合作用产生的葡萄糖量=葡萄糖的积累量（增重部分）+细胞呼吸消耗的葡萄糖量 68 63、实验：探究环境因素对光合作用的影响 用同一个台灯距植物远近的不同探究光照强度对光合作用强度的影响 实验步骤： 取材 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片，将圆形小叶片置于注射器内，注射器吸入清水，待排出注射器内残留空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢的拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出 将处理过的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。叶片因细胞间隙充满水，所以全部沉到水底 取三只小烧杯，分别倒入等量富含CO2的清水 分别向三只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别将这3个实验装置置于强、中、弱三种光照下 同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起数量 排气 沉水 分组 光照 观察记录 69 64、影响光合作用的因素及应用 1、光照强度 光是绿色植物光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率 光直接影响光反应阶段，制约NADPH和ATP生成，进而制约暗反应阶段 CO2 吸 收 量 0 光照强度 黑暗中呼吸释放的CO2量 光饱和点 净光合作用 总光合作用 • • • 光合速率=呼吸速率，光补偿点 • 在一定范围内，光合速率随光照强度的增加而加快，但光照强度增加到一定强度时，光合速率不再增加，甚至降低（细胞灼伤） 70 生产应用 阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾 阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物低，注意间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置 65、影响光合作用的因素及应用 71 2、CO2浓度 光合速率 CO2浓度 在一定范围内，光合速率随CO2浓度的增加而加快，但CO2浓度增加到一定值时，光合速率不再加快。CO2需达到一定值时，才能启动光合作用 应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农机肥等增大CO2浓度，提高光合速率 66、影响光合作用的因素及应用 72 3、温度 温度主要通过影响与光合作用有关酶的酶活性而影响光合速率 应用：冬季温室栽培，白天可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗的有机物 67、影响光合作用的因素及应用 73 4、水分 水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，另外，水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎焉，光合速率下降 在一定范围内，光合作用强度随水分的增加而加快 E点光合作用暂时降低，出现光合午休现象 水分 68、影响光合作用的因素及应用 74 5、光质 光合作用强度与光质有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光是复合光，红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱 应用： 塑料大棚栽培时常选用“无色塑料”以便投过各色光； 阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时，则宜选择植物吸收利用率较高的“红光”和蓝紫光 69、影响光合作用的因素及应用 75 70、化能合成作用 概念：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的合成作用 实例 硝化细菌 能量来源：将氨氧化成硝酸释放的能量 反应物：H2O和CO2 产物：糖类 76 $$