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第五章 細胞的能量供應和利用
1．什么是新陳代謝？什么是細胞代謝？
新陳代謝：是活細胞中全部化學反應的總稱，是生物與非生物最根本的區別，是生物體進行一切生命活動的基礎。
細胞代謝：細胞中每時每刻都進行著的許多化學反應。與代謝最為密切的兩種物質是ATP和酶。
2．什么是酶？
酶是活細胞(來源)所產生的具有催化作用(功能：降低化學反應活化能，提高化學反應速率，作用場所：細胞內外都可以)的一類有機物。大多數酶的化學本質是蛋白質（合成酶的場所主要是核糖體，水解酶的酶是蛋白酶，與雙縮脲試劑反應產生紫色），也有少數是RNA（由DNA轉錄過來）。
3．什么是活化能？分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。
4．酶有哪些特性？酶為什么這么嬌氣？
高效性：催化效率比無機催化劑高許多。
專一性：每種酶只能催化一種或一類化合物的化學反應。
酶需要較溫和的作用條件：在最適宜的溫度和pH下，酶的活性最高。溫度和pH偏高或偏低，酶的活性都會明顯降低。
5．影響酶活性的因素？
反應速率 反應速率
溫度 PH值
溫度 PH值 能使蛋白質變性失活，破壞蛋白質的空間結構,但是氨基酸的種類、數量和排列順序沒有變.高溫,強酸強堿破壞酶的空間結構,不可恢復;而低溫使酶是活,可以恢復。
6．為什么說酶是細胞代謝所必需的？
細胞內每時每刻都在進行著成千上萬種的化學反應，這些化學反應需要高效率的進行，酶的催化效率比無機催化效率高得多；細胞內化學反應需要常溫常壓，酸堿度適中等溫和條件下進行，而無機催化劑常常輔助以高溫，高壓，強酸，強堿等劇烈條件下才能有較高的催化效率。
7．什么是ATP？
ATP是三磷酸腺苷的英文縮寫，結構簡式：Ａ－Ｐ～Ｐ～Ｐ，其中：A代表腺苷，P代表磷酸基團，～代表高能磷酸鍵，－代表普通化學鍵。
ATP的分子中的高能磷酸鍵中儲存著大量的能量，所以ATP被稱為高能化合物。這種高能化合物化學性質不穩定，在水解時，由于高能磷酸鍵的斷裂，釋放出大量的能量。
8．同樣是儲存能量的分子，ATP與葡萄糖具有不同的特點，請概括出ATP具有哪幾個特點？
儲能少，一分子ATP只約為一分子葡萄糖的1/94；ATP所含的是活躍的化學能而葡萄糖分子所含的是穩定的化學能，葡萄糖中的化學能只有轉變成ATP中的才能被利用。
9．能源物質的區別？
根本能源：太陽能 儲備能源：脂肪，淀粉，糖原
主要能源：糖類 直接能源：ATP
10．ATP與ADP的轉化關系？
ADP中文名稱叫二磷酸腺苷，結構簡式A—P～P～P
ATP在細胞內含量很少，但在細胞內的轉化速度很快，用掉多少馬上形成多少。代謝越快，相互轉化的速度也越快。
方程從左到右時能量代表釋放的能量，用于一切生命活動。
方程從右到左時能量代表轉移的能量，動物中為呼吸作用轉移的能量。植物中來自光合作用和呼吸作用。
12．ATP與酶的關系？
酶的合成需要ATP供能，ATP的合成需要酶的催化；酶是蛋白質或RNA類物質，他們的合成與生物遺傳物質有關，因而具有物種差異性；不同生物體內ATP的有機結構是相同的，不具有物種差異性。
13．何謂呼吸作用？
也叫細胞呼吸：指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其它產物，釋放出能量并生成ATP的過程。根據是否有氧參與，分為：有氧呼吸和無氧呼吸
有氧呼吸：指細胞在有氧的參與下，通過多種酶的催化作用下，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，釋放出大量能量，生成ATP的過程。
無氧呼吸：一般是指細胞在無氧的條件下，通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解為不徹底的氧化產物（酒精、CO2或乳酸），同時釋放出少量能量的過程。
發酵：微生物（如：酵母菌、乳酸菌）的呼吸作用。
14.細胞呼吸的反應式？
有氧呼吸的總反應式：
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量
無氧呼吸的總反應式：
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 少量能量
或
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 少量能量
15．無氧呼吸產生的乳酸或酒精對細胞有害嗎？
一般來說，乳酸或酒精過多對細胞有毒害作用，如酵母菌在無氧及其他條件適合的情況下，隨發酵產物的增多，營養物質的減少以及PH發生變化等的影響，它的繁殖率逐漸下降，死亡率逐漸上升，酒精發酵最終停止。
16．有氧呼吸過程？
場所 發生反應 產物
第一階段 細胞質基質 丙酮酸、[H]、釋放少量能量，形成少量ATP
第二階段 線粒體基質 CO2、[H]、釋放少量能量，形成少量ATP
第三階段 線粒體內膜 生成H2O、釋放大量能量，形成大量ATP
17．有氧呼吸與無氧呼吸的比較？
呼吸方式 有氧呼吸 無氧呼吸
不同點 場所 細胞質基質，線粒體基質、內膜 細胞質基質
條件 氧氣、多種酶 無氧氣參與、多種酶
物質變化 葡萄糖徹底分解，產生CO2和H2O 葡萄糖分解不徹底，生成乳酸或酒精等
能量變化 釋放大量能量（1161kJ被利用，其余以熱能散失），形成大量ATP 釋放少量能量，形成少量ATP
18．無氧呼吸產物不同取決于什么？
決定于催化反應的酶不同。（動物：乳酸；植物：除甜菜塊根，馬鈴薯塊莖和玉米胚等其余為酒精）
19．有氧呼吸的生物是否一定有線粒體？
不一定，如原核生物無線粒體，有些原核生物（如硝化細菌，藍藻）仍可進行有氧呼吸。
20．影響呼吸速率的外界因素有哪些？
（1）溫度：溫度通過影響細胞內與呼吸作用有關的酶的活性來影響細胞的呼吸作用。
溫度過低或過高都會影響細胞正常的呼吸作用。在一定溫度范圍內，溫度越低，，細胞呼吸越弱；溫度越高，細胞呼吸越強。
（2）氧氣：氧氣充足，則無氧呼吸將受抑制；氧氣不足，則有氧呼吸將會減弱或受抑制。
（3）水分：一般來說，細胞水分充足，呼吸作用將增強。但陸生植物根部如長時間受水浸沒，根部缺氧，進行無氧呼吸，產生過多酒精，可使根部細胞壞死。
（4）CO2：環境CO2濃度提高，將抑制細胞呼吸，可用此原理來貯藏水果和蔬菜。
21．呼吸作用在生產上的應用有哪些？
（1）作物栽培：有適當措施保證根的正常呼吸，如中耕松土等。
（2）糧油種子貯藏：干燥、低溫（不能過低），低氧
（3）水果、蔬菜，鮮花保鮮：低溫，低氧（高CO2/N2），低濕
（4）在農業生產中，為了使有機物向著人們需要的器官積累，常把下部變黃的已無光合能力，仍然消耗養分的枝葉去掉，使光合作用的產物更多的轉運到有經濟價值的器官中去。
（5）包扎傷口，選用透氣消毒紗布，抑制細菌無氧呼吸
（6）花盆經常松土：促進根部有氧呼吸，吸收無機鹽等
（7）稻田定期排水：抑制無氧呼吸產生酒精，防止酒精中毒，爛根死亡
（8）提倡慢跑：防止劇烈運動，肌細胞無氧呼吸產生乳酸
（9）破傷風桿菌感染傷口：須及時清洗傷口，以防無氧呼吸
（10）釀酒：先通氣后密封
22．某些生理過程中物質的變化？
（1）種子萌發：有機物減少，種類增加，水分吸收
（2）土豆發芽：有機物減少，種類增加
（3）胚胎發育：有機物總量減少，DNA總量增加，單個細胞體積減小，總體積開始基本不變
（4）鮮奶制成酸奶（發面）：總能量減少，有機物種類增加，營養價值升高
23．有氧呼吸與無氧呼吸的相關計算？
（1）不消耗O2，釋放CO2-----------只進行無氧呼吸
（2）酒精量等于CO2------------------只進行無氧呼吸
（3）CO2釋放量等于O2吸收量-----只進行有氧呼吸
（4）CO2釋放量大于O2吸收量----既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸
多余的CO2來自無氧呼吸
（5）酒精量小于CO2釋放量--------既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸
多余的CO2來自有氧呼吸
24．何謂光合作用？
綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并釋放出氧氣的過程
25．光合色素分類？
葉綠素a (藍綠色）最多 （最寬）
葉綠素 主要吸收紅光和藍紫光
葉綠素b (黃綠色）最慢
色素
胡蘿卜素 （橙黃色）最快最少（最窄）
類胡蘿卜素 主要吸收藍紫光
葉黃素 （黃色）什么顏色玻璃透什么光
26．實驗中幾種化學試劑的作用分別是什么？
（1）無水乙醇用于提取綠葉中的色素
（2）層析液用于分離綠葉中的色素
（3）二氧化硅用于充分研磨
（4）碳酸鈣用于防止色素被破壞
27．葉綠體的功能是什么？
葉綠體是進行光合作用的場所。在類囊體的薄膜上分布著具有吸收光能的光合色素，在類囊體的薄膜上和葉綠體的基質中含有許多光合作用所必需的酶。
28．影響光合作用的外界因素有哪些？
光合作用的指標是光合速度。光合速度通常以每小時每平方米葉面積吸收CO2毫克數表示，一般測定光合速度的方法都沒有把葉子的呼吸作用考慮在內，測到的是凈的光合作用速度，而總的光合作用速度還要加上呼吸速度，關系式是：
總的光合作用速度=凈的光合作用速度+呼吸速度
一般習題當中，通常告知凈的光合量(如在實驗中測得的數據)，同時也告知呼吸量(如在黑暗中測得的數據)，而要求求的是總的光合量(光合作用所制造的有機物，或所釋放的氧氣)。
（1）光照
光合作用是一個光生物化學反應，所以光合速度隨著光照強度的增加而加快。但超過一定范圍之后，光合速度的增加轉慢，直到不再增加，這是因為光照促進的是光反應過程，而暗反應的能力（CO2、酶的催化效率等）是有限的。光強與光合速度的關系可用下圖表示：
注：a點表示光合作用吸收的CO2量與呼吸作用釋放的CO2量相等。
b點表示光合作用速度到達飽和點。
虛線曲線表示陰生植物，實線曲線表示陽生植物。
（2）二氧化碳
CO2是綠色植物光合作用的原料，它的濃度高低影響了光合作用暗反應的進行。在一定范圍內提CO2濃度能提高光合速，CO2濃度達到一定水平之后，光合作用速度不再增加，這是因為光反應的產物有限。CO2濃度與光合速度的關系可用下圖表示：
（3）溫度
光合作用中的暗反應是由酶所催化的化學反應，而溫度直接影響酶的活性。溫度與光合作用速度的關系，實則上就像酶與溫度之間的關系，有一個最適溫度。
（4）礦質元素
礦質元素直接或間接影響光合作用。例如：
N：是構成葉綠素、酶、ATP、NADP+等的元素。
P：是構成ATP、NADP+等的元素。
Mg：是構成葉綠素的元素。
（5）水分
水分是光合作用原料之一，缺乏時可使光合速度下降。
（6）日變化
白天進行光合作用，一般是中午較高，但在炎熱的夏季，中午光合作用速度下降，出現“午休”現象。
29．植物正常綠葉上下表面顏色一樣深嗎？為什么？
不一樣，上表面顏色深，下表面顏色淺，因為上表面葉肉細胞排列緊密，葉綠體含量多，下表面海綿組織疏松，含葉綠體少。
30.光合作用的發現史？
薩克斯：自身對照，自變量為光照（一半爆光與另一半遮光），因變量為顏色變化。
恩格爾曼：自身對照，自變量為光照（照光處與不照光處；黑暗與完全暴光），因變量為好氧菌的分布。
魯賓和卡門：相互對照，自變量為標記物質（H218O 與C18O2），因變量為O2的放射量
普里斯特利：缺少空白對照，實驗結果說服力不強。
31．增強光合作用的措施有哪些？
（1）適當提高光照強度。
（2）延長光合作用的時間。
（3）增加光合作用的面積------合理密植，間作套種。
（4）溫室大棚用無色透明玻璃。
（5）溫室栽培植物時，白天適當提高溫度，晚上適當降溫。
（6）溫室栽培多施有機肥或放置干冰，提高二氧化碳濃度。
32．光合作用的過程？
光反應階段 條件 光、色素、酶
場所 在類囊體的薄膜上
物質變化 水的分解：H2O → [H] + O2↑ ATP的生成：ADP + Pi → ATP
能量變化 光能→ATP中的活躍化學能
暗反應階段 條件 酶、ATP、[H]
場所 葉綠體基質
物質變化 CO2的固定：CO2 + C5 → 2C3C3的還原： C3 + [H] → （CH2O）
能量變化 ATP中的活躍化學能→（CH2O）中的穩定化學能
總反應式 CO2 + H2O O2 + （CH2O）
33．C3和C5的變化規律？
CO2減少，C3減少，C5增加 光照減弱，C3增加，C5減少
34．光合作用和呼吸作用的聯系？
C6H12O6和O2
光合作用 有氧呼吸
CO2和H2O
35．生物界最基本的物質代謝和能量代謝是什么？
光合作用所制造的有機物和固定的能量是整個生物界賴以生存的物質和能量基礎。細胞呼吸所釋放的能量的最根本來源是太陽能。
36．自養生物與異養生物的主要區別？
自養生物：可將CO2、H2O等無機物合成葡萄糖等有機物，如綠色植物（光合作用），硝化細菌（化能合成）
異養生物：不能將CO2、H2O等無機物合成葡萄糖等有機物，只能利用環境中現成的有機物來維持自身生命活動，
酶
酶
酶
葡萄糖
酶
2丙酮酸
少量能量
[H]
+
+
6CO2
6H2O
酶
2丙酮酸
少量能量
[H]
+
+
+
H2O
酶
大量能量
[H]
+
+
O2
光
酶
酶
酶
光能
葉綠體

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