第五章 细胞的能量供应与利用知识清单2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学知识清单系统梳理“细胞的能量供应和利用”单元内容，涵盖酶、ATP、细胞呼吸、光合作用四大核心模块，搭建从概念本质理解到实验探究设计再到综合应用分析的递进式学习支架。 清单通过“概念定义+实验验证+曲线分析”三维架构呈现知识体系，如“比较过氧化氢分解”实验的变量分析培养科学思维，“酶促反应速率曲线”结合温度pH影响深化物质与能量观。设计“能源物质归纳表”“实验材料选择提示”等实用工具，标注“酶的专一性验证”等重难点，助力不同学生高效掌握，教师可据此优化教学环节，提升课堂实效。

第5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 1.酶及其酶在细胞代谢中的作用 (1)酶：是 产生的，具有催化作用的有机物。其本质大多数为 ，少部分为 。 (2)作用： 。 (3)作用机理： 。 活化能(Ea)：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。 (4)意义：使细胞代谢在温和的条件下快速有序的进行。 (5)化学反应中的酶 ①不提供 ②不参加化学反应 ③反应前后 2.酶的特性 (1) (与无机催化剂或稀释后相比)：酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。 实验验证：比较过氧化氢在不同条件下的分解 (2) ：每一种酶只能催化一种或一类化学反应 实验验证：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用（结果用 检测，不可用碘液检测） (3)作用条件 ：过酸、过碱或温度过高会使酶的 遭到破坏，使酶永久失活 验证实验1：温度对淀粉酶的影响(不可用过氧化氢，温度影响过氧化氢的分解) 验证实验2：pH对过氧化氢酶的影响(不可用淀粉，淀粉在酸性条件下会水解) 3.相关实验 (1)比较过氧化氢在不同条件下的分解 ①相关反应式：2H2O22H2O＋ ↑ ②实验设计及结果 ③变量分析(自变量、因变量、无关变量) 是研究者主动操控的变量，而 是受自变量影响而变化的变量。 (也称为控制变量或额外变量)是指那些除了实验因素（自变量）以外的所有影响实验结果的变量。这些变量不是本实验所要研究的变量，但它们可能会对实验结果产生影响，因此需要加以控制。 实验条件常温、加热、氯化铁溶液、肝脏研磨液属于 。 H2O2分解速率(指标：气泡产生数量、速度，卫生香燃烧情况)属于 。 试管中H2O2溶液的性质、浓度和用量、FeCl3和肝脏的新鲜程度、加入试剂的量等属于 。 ④对照实验 对照实验一般要设置对照组和 ，对照组起 作用。本实验对照组是 组，实验组是 组。 在对照实验中，除了要观察的变量(自变量)外，无关变量要始终保持 。 ⑤实验分析 4组和1组对照，说明酶具有 作用。 4组和3组对照，自变量是 ，说明H2O2酶 更显著，即酶的催化作用具有 性。 ⑥加热、Fe3＋、H2O2酶促进H2O2分解的原理 加热能促进H2O2分解是因为提供了 。 Fe3＋、H2O2酶能促进H2O2分解是因为 。 (2)淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 ①原理：蔗糖和淀粉为 ，淀粉在淀粉酶催化下可分解为 ；还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下反应生成 沉淀。 ②实验设计 ③结论：淀粉酶对淀粉的水解有催化作用，对蔗糖的水解无催化作用，酶具有 。 (3)温度对淀粉酶的影响 ①原理：温度通过影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解速率。碘液＋淀粉→ 。 ②实验设计 ③结论：淀粉酶在60℃时催化作用较强；在0℃时，催化作用较弱；在100℃时不能发挥催化作用。在适宜的温度条件下，才能起催化作用，温度过高或过低都会影响酶的活性。 (4)pH对过氧化氢酶的影响 ①原理：pH通过影响H2O2酶的活性，进而影响H2O2的分解速率；H2O2分解产生氧气。 ②实验设计 ③结论：酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏低或偏高会影响酶的活性。 (5)酶促反应速率与温度和pH的关系曲线如下图所示： ①在最适宜的 和 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 。 ② 、 或 ，会使酶的 遭到破坏，使酶 。 ③低温 酶的活性，但酶的空间结构 ，在适宜的温度下酶的活性可以 。 ④酶制剂适于在 条件下保存。 4. 曲线分析 (1)甲图 ①平衡点指生成物总量。 ②曲线a与c对照，说明酶具有 作用。 ③曲线a与b对照，自变量是 ，说明酶具有 性。 ④曲线a、b、c反应速率从快到慢依次是 ，说明催化剂只能改变达到平衡点的 ，不能改变平衡点的高低。平衡点高低取决于 ，增加反应物，平衡点 移。 (2)乙图：OP段限制因素是 ，P点后限制因素是 。 (3)丙图：在底物充足的前提下，反应速率与酶浓度呈 。 (4)丁图：表示酶的 性，其中 代表酶， 代表反应物， 代表生成物。 第2节 细胞的能量“货币”ATP 1. ATP的功能：是细胞生命活动的 。(提醒：ATP并不是唯一的直接能源物质) 2. ATP的结构 (1)ATP中文名称： ，是细胞内的一种高能磷酸化合物。 (2)ATP的结构简式： ，其中“A”代表 (由 和 组成)，“T”代表三，“P”代表 ，“—”代表 ，“～”代表 。一个ATP分子中有 个高能磷酸键， 个磷酸基团。 (3)ATP去掉1个磷酸基团后叫 ；ATP去掉2个磷酸基团后叫 ，是组成 的基本单位之一。 (4)ATP的组成元素： 。(注：DNA、RNA、磷脂组成元素都是C、H、O、N、P) (5)特点：易水解和合成，在细胞中含量 ， 的高能磷酸键最容易水解。 3. ATP和ADP可以相互转化 (1)ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP。能量来自 或 所释放的能量。 (2)ATP的水解：ATPADP＋Pi＋能量。能量可用于细胞内各种需能的反应。 (3)ATP与ADP的相互转化反应式 (属于/不属于)可逆反应，其中 可逆， 不可逆，酶 (相同/不相同)。 (4)转化机制和能量供应机制体现了生物界的 。 4.知识归纳 (1)能量的最终来源： 。 (2)细胞中的三大能源物质及供能顺序： 。 (3)生物体生命活动的主要能源物质： 。 (4)细胞生命活动的主要能源物质： 。 (5)植物细胞中的储能物质： ；动物细胞中的储能物质： 。 (6)细胞内良好(主要)的储能物质： 。 (7)细胞生命活动的直接能源物质： 。 第3节 细胞呼吸的原理和应用 1.【实验】探究酵母菌细胞呼吸的方式 (1)酵母菌 (真核/原核)生物。在有氧和无氧条件下都能生存，属于 菌。 (2)CO2和酒精的检测 ①CO2可使澄清 变浑浊，也可使 水溶液由 变 再变 (CO2多则颜色变化快)。 ②酒精在 性条件下与 色的 反应变成 色。 (3)实验装置： ①A瓶中的溶液是 ，作用是 。 ②酵母菌培养液应放在 瓶中。 ③澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液应放在 瓶中。 ④D瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，目的是 。培养时间不可过短，原因是瓶中的 也会与酸性重铬酸钾反应，对酒精的检测产生干扰。 ⑤CO2检测时， 瓶的石灰水浑浊度高， 瓶的溴麝香草酚蓝水溶液变色快。 ⑥酒精检测时检测液应取自 瓶，其中只有取自 瓶的检测液加入重铬酸钾后呈灰绿色。 ⑦本实验为对比实验，也是相互对照试验，甲、乙均为实验组。 (4)结论 在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的 ，在无氧条件下，产生 和少量的 。 2. 有氧呼吸(有机物彻底氧化分解) (1)场所： 和 。 (2)总反应式 (3)过程 阶段 场所 物质变化 释放能量 第一阶段 第二阶段 第三阶段 [H]为 ，中文名称为 ，NAD+为 。 (4)葡萄糖中能量的去向：大部分 ，少部分 。 (5)特点(与燃烧相比)： ①过程温和 ②逐步放能 ③一部分能量用于合成ATP (释放的能量大部分以热能形式散失) (6)原核细胞场所为细胞膜和 。 3. 无氧呼吸 (1)场所： (2)总反应式 (3)过程 阶段 物质变化 释放能量 第一阶段 第二阶段 产酒精 产乳酸 (3)特点及能量去向 ①不需要氧气 ②大部分能量 ，一部分 ，少部分 。 (4)产乳酸的细胞有 ，产酒精的细胞有 。 4. 细胞呼吸拓展分析 (1)细胞呼吸过程中：葡萄糖只能在 中被利用；丙酮酸在有氧条件下进入 中被利用，无氧条件下在 中被利用。 (2)分解等量葡萄糖，有氧呼吸和无氧呼吸CO2生成量之比为 。 产生等量CO2，有氧呼吸和无氧呼吸葡萄糖消耗量之比为 。 (3)呼吸方式判断 ①消耗O2或产生H2O⇒存在 呼吸； ②不消耗O2，只产生CO2⇒只进行 呼吸。 ③O2吸收量＝CO2产生量⇒只进行 呼吸。 O2吸收量＜CO2产生量⇒ 。 O2吸收量＞CO2产生量⇒呼吸底物中存在 ，因为 。 ④酒精量＝CO2产生量⇒只进行 呼吸。 酒精量＜CO2产生量⇒有产酒精的无氧呼吸和 。 5. 细胞呼吸原理的运用 (1)用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，是为了抑制伤口处 的繁殖。 (2)疏松土壤、稻田定期排水，促进根系的 呼吸，防止根系无氧呼吸而引起 中毒。 (3)酿酒过程中，前期通入无菌空气让酵母菌进行 呼吸，大量繁殖；后期封闭发酵罐，让酵母菌进行 呼吸，产生酒精。 (4)向发酵罐通入无菌空气，利用醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌的 呼吸生产味精。 (5)提倡慢跑等有氧运动，避免肌细胞 呼吸产生大量 ，而使肌肉酸胀乏力。 (6)食品真空包装、充加CO2能抑制 呼吸，延长保存期。 注：破伤风芽孢杆菌为 生物，只能进行 呼吸。 6. 细胞呼吸的主要影响因素 (1)保存种子的条件： 、 、 保存果蔬的条件： 、 、 (2)水果、蔬菜、粮食的储存应选择 点O2浓度，因为此浓度下 。 第4节 光合作用与能量转化 1.【实验】绿叶中色素的提取和分离 (1)原理 ①色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 中。 ②色素的分离：不同色素在 中的溶解度不同， 的随层析液在滤纸上扩散的快，反之则慢，这样，色素就会随着 在滤纸上的扩散而分离开。分离方法： 。 (2)试剂及作用 ①无水乙醇作用： ； ②层析液作用： ； ③SiO2作用： ； ④CaCO3作用： 。 (3)过程 称：称5 g绿叶→剪：去主叶脉、剪碎，放入研钵→加碳酸钙、二氧化硅、无水乙醇(少量多次)→磨： 研磨→滤： 过滤，收集滤液( 、 会吸附色素，不可用) 制：制备滤纸条(滤纸条一端剪去两角，距底部1cm处用铅笔画一条细线)→画：画滤液细线(用毛细管吸取少量滤液，沿铅笔线画出一条细线；干后，重画1-2次)→析：纸层析色素(将适量层析液倒入试管中，将滤纸条有滤液细线的一端朝下插入层析液中，不要触及滤液细线) (4)分离过程中不能让滤液细线触及层析液，原因是 。 (5)色素分离结果(见右图) 滤纸条上观察到 条色素带，自上而下依次是 、 、 和 。可知 的溶解度最高， 的 溶解度最低； 的含量最多。 2. 捕获光能的结构 (1)光合作用的场所是 。叶绿体增大膜面积方式： 。 (2)吸收光能的四种色素分布在 上；与光合作用有关的酶分布在 上和 中。 (3)叶绿体功能验证试验——恩格尔曼实验 ①过程：水绵＋好氧菌 极细光束照射→好氧菌集中于叶绿体照光部位 完全曝光→好氧菌分布于叶绿体所有受光部位 ②结论：叶绿体是绿色植物 的场所，氧气是由 释放的。 3. 捕获光能的色素 (1)绿叶中的色素包括 和 两大类，其中 含量最多(约占3/4)。叶绿素包括 和 ，类胡萝卜素包括 和 。 (2)叶绿素分子中含有 元素；叶绿素的合成需要 条件，黑暗中植物幼苗会长成黄化苗；低温会破坏 分子，而 分子稳定，因此秋冬季多数绿色植物叶片变黄。 (3)叶绿素主要吸收 和 ，类胡萝卜素主要吸收 。色素只能吸收 进行光合作用，不能吸收红外光和紫外光。 (4)有关色素吸收光谱的实验 ①恩格尔曼：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片 发现大量需氧细菌聚集在 光和 光区域。 ②科学家：用不同颜色的光照射色素溶液 得到色素溶液的吸收光谱(见右图)。 4. 光合作用的探究历程 (1)希尔发现，离体叶绿体的悬浮液(有H2O，无CO2)+铁盐或其他氧化剂+光照→产生O2 结论：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生O2。 (2)鲁宾和卡门：给植物提供H218O，CO2→产生18O2，给植物提供H2O，C18O2→产生O2。 结论：光合作用释放的O2来自 而非 。 (3)阿尔农发现，在光照下，叶绿体可以合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随。 (4)卡尔文用标记的14CO2供小球藻(一种绿藻，真核生物)进行光合作用，然后追踪检测其放射性。实验探明了CO2在光合作用中转化成有机碳的途径(即卡尔文循环)。 归纳：分泌蛋白研究、鲁宾和卡门实验、卡尔文实验实验方法都是 。 5. 光合作用的过程 (1)场所： (2)总反应式(产物为葡萄糖)： (3)光反应 ①场所： ②物质变化 水的光解： ATP的合成： (只能在叶绿体中被使用) NADPH的合成： ③能量变化： → ④条件： (4)暗/碳反应 ①场所： ②物质变化 CO2固定： C3的还原： ③能量变化： → ④条件： (5)光暗反应的联系 ①光反应为暗反应提供大量的 ；暗反应为光反应提供 。 ②暗反应中 提供能量， 作为还原剂。 (6)光合作用各元素去向(考虑光合和呼吸作用)： ①研究元素去向的方法： 。 ②14CO2中14C的转移途径： ；C18O2中18O的转移途径： ； H218O中18O的转移途径： ；3H2O中3H的转移途径： 。 6.影响光合作用强度的因素 光合作用强度是光合作用反应强弱的指标。一般用植物在单位时间内单位面积通过光合作用制造 的量来衡量，也可用单位时间单位面积内 的消耗量或 的产生量来表示。 内因： 等。 外因： 等。 (1)光照强度 ①影响 反应阶段，制约 的产生， 进而制约 反应阶段。 ②其他因素不变，光照强度增加， 反应增强，O2 ，ATP ，NADPH ，C3 ，C5 ，有机物 。 (2)CO2浓度 ①影响 反应阶段，缺CO2导致 变慢，进而影响 反应阶段。 ②其他因素不变，CO2增加，C3 ，C5 ，ATP ，NADPH 。 (3)水：其他因素不变，水减少，气孔开度/导度 ，胞间CO2浓度 ，暗反应 ，光合作用 。 (4)其他：温度和pH等影响酶的活性 7.【实验】探究光照强度对光合作用强度的影响 (1)实验原理：叶片含有空气，会上浮；抽气后叶片细胞间隙充满水，会 。光合作用释放 到细胞间隙，叶片上浮。 (2)实验过程 (3)实验现象与结论：在不同光照强度下，相同时间内， 中叶片上浮数目最多， 次之， 最少。说明在一定光照强度范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。 8.净光合速率与真正光合速率 真正光合速率= + (1)光补偿点：植物光合作用与呼吸作用达到平衡时的光照强度，此时净光合速率= 。 光饱和点：光照强度达到一定值后光合作用速率不再增加的点。 (2)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点 ；细胞呼吸减弱，A点 。 (3)补偿点(B点)的移动 ①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应 。 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，光补偿点应 。 (4)饱和点C点和D点的移动：相关条件的改变使光合速率增大时，C点 ，D点 的同时 。 9.光合速率测定的3种方法 (1)气体变化量法 ①溶液作用：NaOH溶液： 。 NaHCO3溶液(CO2缓冲液)： 。 ②甲装置：黑暗环境中植物只进行 ，由于NaOH 溶液吸收了细胞呼吸产生的 ，所以单位时间内红色液滴 移的距离为细胞呼吸的 吸收速率，代表呼吸速率。 乙装置：光照条件下植物进行 和 ，由于NaHCO3溶液保证了容器内 浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴 移的距离为植物的 释放速率，代表净光合速率。 ③物理误差校正：为防止气压、 等因素所引起的误差，应设置对照实验，即用 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)半叶法：测定光合作用有机物的产生量 ①同一片叶，给予遮光和光照处理且阻止两部分的物质转移；一段时间后，截取对称位置面积均为S的叶片，烘干称重，记为MA和MB。 ②A：黑暗环境中植物只进行 。 B：光照条件下植物进行 和 。 最初两处的重量记为M，则这段时间消耗有机物的量为 ， 积累的有机物的量为 ，光合作用制造的有机物总量为 。 (3)黑白瓶法：测溶氧量的变化 单位时间内氧气浓度减少量表示 速率 单位时间内氧气浓度增加量表示 速率 10.曲线分析 甲图：光合速率＝呼吸速率的点： 。 乙图：光合速率＝呼吸速率的点： 。 Oc段：只进行 。 OC段：只进行 。 cd段：光合速率 呼吸速率。 CD段：光合速率 呼吸速率。 dh段：光合速率 呼吸速率。 DH段：光合速率 呼吸速率。 hi段：光合速率 呼吸速率。 HI段：光合速率 呼吸速率。 ij段：只进行 。 IJ段：只进行 。 积累有机物最多的点： 。 积累有机物最多的点： 。 f点光合速率下降原因：气温过高，导致部分 关闭，导致 供应不足。这种现象称为 。 11.CO2浓缩机制 (1)C4植物：玉米、高粱等。 特殊的机制，可以提高维管束鞘细胞中CO2的浓度。 ①细胞间隙的CO2首先进入 细胞，与PEP结合， 形成 化合物，之后被运入 细胞，放出CO2。 ②光反应的场所是 细胞的叶绿体的类囊体薄膜， 暗反应的场所是维管束鞘细胞的 。 (2)CAM植物：仙人掌、梭梭树等。 ①夜晚，气孔开放，CO2进入叶肉细胞与PEP结合， 形成 化合物，之后被运入 。 ②白天，C4化合物从液泡运出，释放的 进入 ，参加 反应。 12.光呼吸 (1)危害：光呼吸使C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的 形式散失，从而减少了光合产物的积累。 (2)生理意义 ①防止强光对叶绿体的破坏。强光时，由于光反应速率大 于暗反应速率，叶肉细胞中会积累 ，这些物质 积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。 ②为暗反应阶段提供原料：光呼吸产生的C3和 均可进入卡尔文循环。 13. 化能合成 (1)概念：某些细菌利用体外环境中的某些无机物 时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫化能合成作用，这些细菌属于 生物。 (2)化能合成细菌：硝化细菌、铁细菌、硫细菌。 (3)实例：生活在土壤中的硝化细菌，能将土壤中 的氧化成亚硝酸(HNO2)， 或将亚硝酸(HNO2)氧化成硝酸。硝化细菌能够将这两个化学反应中释放出的化学能 用于合成糖类，维持自身生命活动。 第5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 1.酶及其酶在细胞代谢中的作用 (1)酶：是 活细胞 产生的，具有催化作用的有机物。其本质大多数为 蛋白质 ，少部分为 DNA 。 (2)作用： 催化作用 。 (3)作用机理： 降低化学反应所需的活化能 。 活化能(Ea)：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。 (4)意义：使细胞代谢在温和的条件下快速有序的进行。 (5)化学反应中的酶 ①不提供 能量 。 ②不参加化学反应。 ③反应前后 不改变 。 2.酶的特性 (1) 高效性 (与无机催化剂或稀释后相比)：酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。 实验验证：比较过氧化氢在不同条件下的分解。 (2) 专一性 ：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 实验验证：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用（结果用 斐林 检测，不可用碘液检测）。 (3)作用条件 较温和 ：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。 验证实验1：温度对淀粉酶的影响(不可用过氧化氢，温度影响过氧化氢的分解)。 验证实验2：pH对过氧化氢酶的影响(不可用淀粉，淀粉在酸性条件下会水解)。 3.相关实验 (1)比较过氧化氢在不同条件下的分解 ①相关反应式：2H2O22H2O＋ O2 ↑ ②实验设计及结果 ③变量分析(自变量、因变量、无关变量) 自变量 是研究者主动操控的变量，而 因变量 是受自变量影响而变化的变量。 无关变量 (也称为控制变量或额外变量)是指那些除了实验因素(自变量)以外的所有影响实验结果的变量。这些变量不是本实验所要研究的变量，但它们可能会对实验结果产生影响，因此需要加以控制。 实验条件常温、加热、氯化铁溶液、肝脏研磨液属于 自变量 。 H2O2分解速率(指标：气泡产生数量、速度，卫生香燃烧情况)属于 因变量 。 试管中H2O2溶液的性质、浓度和用量、FeCl3和肝脏的新鲜程度、加入试剂的量等属于 无关变量 。 ④对照实验 对照实验一般要设置对照组和 实验组 ，对照组起 对照 作用。本实验对照组是 1 组，实验组是 2、3、4 组。 在对照实验中，除了要观察的变量(自变量)外，无关变量要始终保持 适宜且相同 。 ⑤实验分析 4组和1组对照，说明酶具有 催化 作用。 4组和3组对照，自变量是 催化剂种类 ，说明H2O2酶 加快过氧化氢分解的速率 更显著，即酶的催化作用具有 高效 性。 ⑥加热、Fe3＋、H2O2酶促进H2O2分解的原理 加热能促进H2O2分解是因为提供了 能量 。 Fe3＋、H2O2酶能促进H2O2分解是因为 降低了化学反应的活化能 。 (2)淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 ①原理：蔗糖和淀粉为 非还原糖 ，淀粉在淀粉酶催化下可分解为 还原糖 ；还原糖与斐林试剂在水浴加热条件下反应生成 砖红色 沉淀。 ②实验设计 ③结论：淀粉酶对淀粉的水解有催化作用，对蔗糖的水解无催化作用，酶具有 专一性 。 (3)温度对淀粉酶的影响 ①原理：温度通过影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解速率。碘液＋淀粉→ 蓝色 。 ②实验设计 ③结论：淀粉酶在60℃时催化作用较强；在0℃时，催化作用较弱；在100℃时不能发挥催化作用。在适宜的温度条件下，才能起催化作用，温度过高或过低都会影响酶的活性。 (4)pH对过氧化氢酶的影响 ①原理：pH通过影响H2O2酶的活性，进而影响H2O2的分解速率；H2O2分解产生氧气。 ②实验设计 ③结论：酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏低或偏高会影响酶的活性。 (5)酶促反应速率与温度和pH的关系曲线如下图所示： ①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 。 ② 高温 、 过酸 或 过碱 ，会使酶的 空间结构 遭到破坏，使酶 变性失活 。 ③低温 抑制 酶的活性，但酶的空间结构 稳定 ，在适宜的温度下酶的活性可以 恢复 。 ④酶制剂适于在 低温、最适pH 条件下保存。 4. 曲线分析 (1)甲图 ①平衡点指生成物总量。 ②曲线a与c对照，说明酶具有 催化 作用。 ③曲线a与b对照，自变量是 催化剂种类 ，说明酶具有 高效 性。 ④曲线a、b、c反应速率从快到慢依次是 a>b>c ，说明催化剂只能改变达到平衡点的 时间 ，不能改变平衡点的高低。平衡点高低取决于 反应物的数量 ，增加反应物，平衡点 上 移。 (2)乙图：OP段限制因素是 反应物的浓度 ，P点后限制因素是 酶的数量 。 (3)丙图：在底物充足的前提下，反应速率与酶浓度呈 正比 。 (4)丁图：表示酶的 专一 性，其中 A 代表酶， B 代表反应物， C、D 代表生成物。 第2节 细胞的能量“货币”ATP 1. ATP的功能：是细胞生命活动的 直接能源物质 。(提醒：ATP并不是唯一的直接能源物质) 2. ATP的结构 (1)ATP中文名称： 腺苷三磷酸 ，是细胞内的一种高能磷酸化合物。 (2)ATP的结构简式： A—P～P～P ，其中“A”代表 腺苷 (由 腺嘌呤 和 核糖 组成)，“T”代表三，“P”代表 磷酸基团 ，“—”代表 普通化学键 ，“～”代表 特殊化学键 。一个ATP分子中有 2 个高能磷酸键， 3 个磷酸基团。 (3)ATP去掉1个磷酸基团后叫ADP ；ATP去掉2个磷酸基团后叫AMP ，是组成 RNA 的基本单位之一。 (4)ATP的组成元素： C、H、O、N、P 。(注：DNA、RNA、磷脂组成元素都是C、H、O、N、P) (5)特点：易水解和合成，在细胞中含量 少 ， 远离A 的高能磷酸键最容易水解。 3. ATP和ADP可以相互转化 (1)ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP。能量来自 光能 或 呼吸作用 所释放的能量。 (2)ATP的水解：ATPADP＋Pi＋能量。能量可用于细胞内各种需能的反应。 (3)ATP与ADP的相互转化反应式 不属于 (属于/不属于)可逆反应，其中 物质 可逆， 能量 不可逆，酶 不相同 (相同/不相同)。 (4)转化机制和能量供应机制体现了生物界的 统一性 。 4.知识归纳 (1)能量的最终来源： 光能 。 (2)细胞中的三大能源物质及供能顺序： 糖类>蛋白质>脂肪 。 (3)生物体生命活动的主要能源物质： 糖类 。 (4)细胞生命活动的主要能源物质： 葡萄糖 。 (5)植物细胞中的储能物质： 淀粉 ；动物细胞中的储能物质： 糖原 。 (6)细胞内良好(主要)的储能物质： 脂肪 。 (7)细胞生命活动的直接能源物质： ATP 。 第3节 细胞呼吸的原理和应用 1.【实验】探究酵母菌细胞呼吸的方式 (1)酵母菌 真核 (真核/原核)生物。在有氧和无氧条件下都能生存，属于 兼性厌氧 菌。 (2)CO2和酒精的检测 ①CO2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 (CO2多则颜色变化快)。 ②酒精在 酸 性条件下与 橙 色的 重铬酸钾 反应变成 灰绿 色。 (3)实验装置： ①A瓶中的溶液是 10%NaOH ，作用是 除去空气中的 CO2 /排除空气中CO2对实验结果的干扰 。 ②酵母菌培养液应放在 B、D 瓶中。 ③澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液应放在 C、E 瓶中。 ④D瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，目的是 消耗瓶中的O2 。培养时间不可过短，原因是瓶中的 葡萄糖 也会与酸性重铬酸钾反应，对酒精的检测产生干扰。 ⑤CO2检测时， C 瓶的石灰水浑浊度高， C 瓶的溴麝香草酚蓝水溶液变色快。 ⑥酒精检测时检测液应取自 B、D 瓶，其中只有取自 D 瓶的检测液加入重铬酸钾后呈灰绿色。 ⑦本实验为对比实验，也是相互对照试验，甲、乙均为实验组。 (4)结论 在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的 CO2 ，在无氧条件下，产生 酒精 和少量的 CO2 。 2. 有氧呼吸(有机物彻底氧化分解) (1)场所： 细胞质基质 和 线粒体 。 (2)总反应式 (3)过程 阶段 场所 物质变化 释放能量 第一阶段 细胞质基质 1葡萄糖(C6H12O6)→2丙酮酸(C3H4O3)＋4[H] 少量 第二阶段 线粒体基质 2丙酮酸(C3H4O3)＋6H2O→6CO2＋20[H] 少量 第三阶段 线粒体内膜 24[H]＋6O2→12H2O 大量 [H]为 NADH ，中文名称为 还原型辅酶Ⅰ ，NAD+为 氧化型辅酶Ⅰ 。 (4)葡萄糖中能量的去向：大部分 以热能形式散失 ，少部分 用于合成ATP 。 (5)特点(与燃烧相比)： ①过程温和 ②逐步放能 ③一部分能量用于合成ATP (释放的能量大部分以热能形式散失) (6)原核细胞场所为细胞膜和 细胞质基质 。 3. 无氧呼吸 (1)场所： 细胞质基质 。 (2)总反应式 (3)过程 阶段 物质变化 释放能量 第一阶段 1葡萄糖(C6H12O6)→2丙酮酸(C3H4O3)＋4[H] 少量 第二阶段 产酒精 2丙酮酸(C3H4O3)＋4[H]→2酒精(C2H5OH)＋2CO2 无 产乳酸 2丙酮酸(C3H4O3)＋4[H]→2乳酸(C3H6O3) 无 (3)特点及能量去向 ①不需要氧气 ②大部分能量 储存在未完全分解的有机物中 ，一部分 以热能形式散失 ，少部分 用于合成ATP 。 (4)产乳酸的细胞有 动物细胞、乳酸菌、土豆块茎、甜菜根、玉米胚 ，产酒精的细胞有 酵母菌、大多数植物细胞 。 4. 细胞呼吸拓展分析 (1)细胞呼吸过程中：葡萄糖只能在 细胞质基质 中被利用；丙酮酸在有氧条件下进入 线粒体 中被利用，无氧条件下在 细胞质基质 中被利用。 (2)分解等量葡萄糖，有氧呼吸和无氧呼吸CO2生成量之比为 3:1 。 产生等量CO2，有氧呼吸和无氧呼吸葡萄糖消耗量之比为 1:3 。 (3)呼吸方式判断 ①消耗O2或产生H2O⇒存在 有氧 呼吸； ②不消耗O2，只产生CO2⇒只进行 无氧 呼吸。 ③O2吸收量＝CO2产生量⇒只进行 有氧 呼吸。 O2吸收量＜CO2产生量⇒ 有氧呼吸及产酒精的无氧呼吸 。 O2吸收量＞CO2产生量⇒呼吸底物中存在 脂肪 ，因为 脂肪与糖类相比氢多氧少，氧化分解耗氧多 。 ④酒精量＝CO2产生量⇒只进行 无氧 呼吸。 酒精量＜CO2产生量⇒有产酒精的无氧呼吸和 有氧呼吸 。 5. 细胞呼吸原理的运用 (1)用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，是为了抑制伤口处 厌氧菌 的繁殖。 (2)疏松土壤、稻田定期排水，促进根系的 有氧 呼吸，防止根系无氧呼吸而引起 酒精 中毒。 (3)酿酒过程中，前期通入无菌空气让酵母菌进行 有氧 呼吸，大量繁殖；后期封闭发酵罐，让酵母菌进行 无氧 呼吸，产生酒精。 (4)向发酵罐通入无菌空气，利用醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌的 有氧 呼吸生产味精。 (5)提倡慢跑等有氧运动，避免肌细胞 无氧 呼吸产生大量 乳酸 ，而使肌肉酸胀乏力。 (6)食品真空包装、充加CO2能抑制 有氧 呼吸，延长保存期。 注：破伤风芽孢杆菌为 厌氧 生物，只能进行 无氧 呼吸。 6. 细胞呼吸的主要影响因素 (1)保存种子的条件： 低温 、 低氧 、 干燥 。 保存果蔬的条件： 低温 、 低氧 、 湿度适宜 。 (2)水果、蔬菜、粮食的储存应选择 a 点O2浓度，因为此浓度下 细胞呼吸最弱，有机物消耗最少 。 第4节 光合作用与能量转化 1.【实验】绿叶中色素的提取和分离 (1)原理 ①色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 无水乙醇 中。 ②色素的分离：不同色素在 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，这样，色素就会随着 层析液 在滤纸上的扩散而分离开。分离方法： 纸层析法 。 (2)试剂及作用 ①无水乙醇作用： 溶解、提取色素 ； ②层析液作用： 分离色素 ； ③SiO2作用： 使叶片研磨更充分 ； ④CaCO3作用： 防止色素/叶绿素被破坏 。 (3)过程 称：称5 g绿叶→剪：去主叶脉、剪碎，放入研钵→加碳酸钙、二氧化硅、无水乙醇(少量多次)→磨： 迅速 研磨→滤： 单层尼龙布 过滤，收集滤液( 纱布 、 滤纸 会吸附色素，不可用) 制：制备滤纸条(滤纸条一端剪去两角，距底部1cm处用铅笔画一条细线)→画：画滤液细线(用毛细管吸取少量滤液，沿铅笔线画出一条细线；干后，重画1-2次)→析：纸层析色素(将适量层析液倒入试管中，将滤纸条有滤液细线的一端朝下插入层析液中，不要触及滤液细线) (4)分离过程中不能让滤液细线触及层析液，原因是 避免滤液细线中的色素直接溶于层析液中 。 (5)色素分离结果(见右图) 滤纸条上观察到 4 条色素带，自上而下依次是 胡萝卜素 、 叶黄素 、 叶绿素a 和 叶绿素b 。可知 胡萝卜素 的溶解度最高， 叶绿素b 的溶解度最低； 叶绿素a 的含量最多。 2. 捕获光能的结构 (1)光合作用的场所是 叶绿体 。叶绿体增大膜面积方式： 类囊体堆叠形成基粒 。 (2)吸收光能的四种色素分布在 类囊体薄膜 上；与光合作用有关的酶分布在 类囊体薄膜 上和 叶绿体基质 中。 (3)叶绿体功能验证试验——恩格尔曼实验 ①过程：水绵＋好氧菌 极细光束照射→好氧菌集中于叶绿体照光部位 完全曝光→好氧菌分布于叶绿体所有受光部位 ②结论：叶绿体是绿色植物 光合作用 的场所，氧气是由 叶绿体 释放的。 3. 捕获光能的色素 (1)绿叶中的色素包括 类胡萝卜素 和 叶绿素 两大类，其中 叶绿素 含量最多(约占3/4)。叶绿素包括 叶绿素a 和 叶绿素b ，类胡萝卜素包括 胡萝卜素 和 叶黄素 。 (2)叶绿素分子中含有 Mg 元素；叶绿素的合成需要 光照 条件，黑暗中植物幼苗会长成黄化苗；低温会破坏 叶绿素 分子，而 类胡萝卜素 分子稳定，因此秋冬季多数绿色植物叶片变黄。 (3)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 。色素只能吸收 可见光 进行光合作用，不能吸收红外光和紫外光。 (4)有关色素吸收光谱的实验 ①恩格尔曼：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片 发现大量需氧细菌聚集在 红 光和 蓝紫 光区域。 ②科学家：用不同颜色的光照射色素溶液 得到色素溶液的吸收光谱(见右图)。 4. 光合作用的探究历程 (1)希尔发现，离体叶绿体的悬浮液(有H2O，无CO2)+铁盐或其他氧化剂+光照→产生O2 结论：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生O2。 (2)鲁宾和卡门：给植物提供H218O，CO2→产生18O2，给植物提供H2O，C18O2→产生O2。 结论：光合作用释放的O2来自 H2O 而非 CO2 。 (3)阿尔农发现，在光照下，叶绿体可以合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随。 (4)卡尔文用标记的14CO2供小球藻(一种绿藻，真核生物)进行光合作用，然后追踪检测其放射性。实验探明了CO2在光合作用中转化成有机碳的途径(即卡尔文循环)。 归纳：分泌蛋白研究、鲁宾和卡门实验、卡尔文实验实验方法都是 同位素标记法 。 5. 光合作用的过程 (1)场所： 叶绿体 。 (2)总反应式(产物为葡萄糖)： (3)光反应 ①场所： 类囊体薄膜 。 ②物质变化 水的光解： 2H2O→4H+＋O2＋4e- 。 ATP的合成： ADP＋Pi＋光能→ATP (只能在叶绿体中被使用) NADPH的合成： NADP+＋H+＋2e-→NADPH 。 ③能量变化： 光能 → ATP和NADPH中活跃的化学能 。 ④条件： 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP+ 。 (4)暗/碳反应 ①场所： 叶绿体基质 。 ②物质变化 CO2固定： CO2＋C5→2C3 。 C3的还原： 2C3＋ATP＋NADPH→(CH2O)＋C5＋ADP＋Pi＋NADP+ 。 ③能量变化： ATP和NADPH中活跃的化学能 → 有机物中稳定的化学能 。 ④条件： 酶、CO2、C5、ATP、NADPH 。 (5)光暗反应的联系 ①光反应为暗反应提供大量的 ATP、NADPH ；暗反应为光反应提供 ADP、Pi、NADP+ 。 ②暗反应中 ATP、NADPH 提供能量， NADPH 作为还原剂。 (6)光合作用各元素去向(考虑光合和呼吸作用)： ①研究元素去向的方法： 同位素标记法 。 ②14CO2中14C的转移途径： CO2→C3→(CH2O) ；C18O2中18O的转移途径： CO2→C3→(CH2O) ；↓ C5 H218O中18O的转移途径： H2O→O2、H2O→CO2 ；3H2O中3H的转移途径： H2O→[H] 。 6.影响光合作用强度的因素 光合作用强度是光合作用反应强弱的指标。一般用植物在单位时间内单位面积通过光合作用制造 有机物 的量来衡量，也可用单位时间单位面积内 CO2 的消耗量或 O2 的产生量来表示。 内因： 色素、酶 等。 外因： 光照强度、CO2浓度、温度、水、矿质元素 等。 (1)光照强度 ①影响 光 反应阶段，制约 ATP、NADPH 的产生， 进而制约 暗 反应阶段。 ②其他因素不变，光照强度增加， 光 反应增强，O2 ↑ ，ATP ↑ ，NADPH ↑ ，C3 ↓ ，C5 ↑ ，有机物 ↑ 。 (2)CO2浓度 ①影响 暗 反应阶段，缺CO2导致 CO2的固定 变慢，进而影响 光 反应阶段。 ②其他因素不变，CO2增加，C3 ↑ ，C5 ↓ ，ATP ↓ ，NADPH ↓。 (3)水：其他因素不变，水减少，气孔开度/导度 下降 ，胞间CO2浓度 ↓ ，暗反应 ↓ ，光合作用 ↓ 。 (4)其他：温度和pH等影响酶的活性 7.【实验】探究光照强度对光合作用强度的影响 (1)实验原理：叶片含有空气，会上浮；抽气后叶片细胞间隙充满水，会 下沉 。光合作用释放 O2 到细胞间隙，叶片上浮。 (2)实验过程 (3)实验现象与结论：在不同光照强度下，相同时间内， 甲 中叶片上浮数目最多， 乙 次之， 丙 最少。说明在一定光照强度范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。 8.净光合速率与真正光合速率 真正光合速率= 净光合速率 + 光合作用 。 (1)光补偿点：植物光合作用与呼吸作用达到平衡时的光照强度，此时净光合速率= 0 。 光饱和点：光照强度达到一定值后光合作用速率不再增加的点。 (2)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 。 (3)补偿点(B点)的移动 ①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应 右移 。 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，光补偿点应 右移 。 (4)饱和点C点和D点的移动：相关条件的改变使光合速率增大时，C点 右移 ，D点 上移 的同时 右移 。 9.光合速率测定的3种方法 (1)气体变化量法 ①溶液作用：NaOH溶液： 吸收容器中的CO2 。 NaHCO3溶液(CO2缓冲液)： 保证容器中CO2浓度的稳定 。 ②甲装置：黑暗环境中植物只进行 呼吸作用 ，由于NaOH 溶液吸收了细胞呼吸产生的 CO2 ，所以单位时间内红色液滴 左 移的距离为细胞呼吸的 O2 吸收速率，代表呼吸速率。 乙装置：光照条件下植物进行 呼吸作用 和 光合作用 ，由于NaHCO3溶液保证了容器内 CO2 浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴 右 移的距离为植物的 O2 释放速率，代表净光合速率。 ③物理误差校正：为防止气压、 温度 等因素所引起的误差，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)半叶法：测定光合作用有机物的产生量 ①同一片叶，给予遮光和光照处理且阻止两部分的物质转移；一段时间后，截取对称位置面积均为S的叶片，烘干称重，记为MA和MB。 ②A：黑暗环境中植物只进行 呼吸作用 。 B：光照条件下植物进行 呼吸作用 和 光合作用 。 最初两处的重量记为M，则这段时间消耗有机物的量为 M-MA ， 积累的有机物的量为 MB-M ，光合作用制造的有机物总量为 MB-MA 。 (3)黑白瓶法：测溶氧量的变化 单位时间内氧气浓度减少量表示 有氧呼吸 速率 单位时间内氧气浓度增加量表示 净光合 速率 10.曲线分析 甲图：光合速率＝呼吸速率的点： d、h 。 乙图：光合速率＝呼吸速率的点： D、H 。 Oc段：只进行 呼吸作用 。 OC段：只进行 呼吸作用 。 cd段：光合速率 < 呼吸速率。 CD段：光合速率 < 呼吸速率。 dh段：光合速率 > 呼吸速率。 DH段：光合速率 > 呼吸速率。 hi段：光合速率 < 呼吸速率。 HI段：光合速率 < 呼吸速率。 ij段：只进行 呼吸作用 。 IJ段：只进行 呼吸作用 。 积累有机物最多的点： h 。 积累有机物最多的点： H 。 f点光合速率下降原因：气温过高，导致部分 气孔 关闭，导致 CO2 供应不足。这种现象称为 光合午休 。 11.CO2浓缩机制 (1)C4植物：玉米、高粱等。 特殊的机制，可以提高维管束鞘细胞中CO2的浓度。 ①细胞间隙的CO2首先进入 叶肉 细胞，与PEP结合， 形成 C4 化合物，之后被运入 维管束鞘 细胞，放出CO2。 ②光反应的场所是 叶肉 细胞的叶绿体的类囊体薄膜， 暗反应的场所是维管束鞘细胞的 叶绿体基质 。 (2)CAM植物：仙人掌、梭梭树等。 ①夜晚，气孔开放，CO2进入叶肉细胞与PEP结合， 形成 C4 化合物，之后被运入 液泡 。 ②白天，C4化合物从液泡运出，释放的 CO2 进入 叶绿体 ，参加 暗 反应。 12.光呼吸 (1)危害：光呼吸使C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的 形式散失，从而减少了光合产物的积累。 (2)生理意义 ①防止强光对叶绿体的破坏。强光时，由于光反应速率大 于暗反应速率，叶肉细胞中会积累 ATP、NADPH ，这些物质 积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。 ②为暗反应阶段提供原料：光呼吸产生的C3和 CO2 均可进入卡尔文循环。 13. 化能合成 (1)概念：某些细菌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，这种合成作用叫化能合成作用，这些细菌属于 自养 生物。 (2)化能合成细菌：硝化细菌、铁细菌、硫细菌。 (3)实例：生活在土壤中的硝化细菌，能将土壤中 NH3 的氧化成亚硝酸(HNO2)， 或将亚硝酸(HNO2)氧化成硝酸。硝化细菌能够将这两个化学反应中释放出的化学能 用于合成糖类，维持自身生命活动。 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $