資源簡介 第四單元 細胞的能量供應及利用1.細胞代謝:(1)概念:細胞中每時每刻都進行著許多化學反應,統稱為細胞代謝。(2)條件:需酶的催化。(3)意義:細胞代謝是細胞生命活動的基礎。2.比較過氧化氫在不同條件下的分解:(1)實驗目的:比較過氧化氫在不同條件下的分解速率。嘗試探究過氧化氫酶的作用。(2)實驗原理:新鮮的肝臟中含有過氧化氫酶,它和無機催化劑Fe3+都能催化過氧化氫分解為水和氧氣。(3)實驗過程:實驗的變量與對照自變量 因變量 無關變量 對照組 實驗組2號:90 ℃水浴加熱 用單位時間內產生氣泡的數目多少表示H2O2分解速率 加入H2O2的量;實驗室溫度;FeCl3溶液和肝臟研磨液的新鮮程度 1號試管 2、3、4號試管3號:加入3.5%FeCl3溶液2滴4號:加入20%肝臟研磨液2滴由上述實驗可以說明:①1、4號試管對照 酶具有催化作用。②1、3、4(或3、4)號試管對照 與無機催化劑相比,酶的催化效率更高。(4)實驗結論:與無機催化劑相比,酶的催化效率更高。3.酶的作用機理:(1)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。(2)酶的作用機理:通過降低化學反應所需要的活化能而加快反應速率。(3)意義:使細胞代謝能在溫和條件下快速有序地進行。4.酶的本質的探索過程:(1)1716年《康熙字典》收錄了酶字,并將“酶”解釋為“酒母也”。“酒母”就是現在所說的酵母。(2)巴斯德之前:發酵是純化學反應,與生命活動無關。(3)爭論:巴斯德(法國)1857年提出:只有活酵母細胞參與才能進行發酵。李比希(德國)認為:酵母細胞死亡裂解后釋放出某種物質,引起發酵。(4)畢希納(德國):獲得不含酵母細胞的提取液,他將酵母細胞中引起發酵的物質稱為釀酶。但未能分離鑒定出酶。(5)薩姆納(美國):1926年用丙酮提取出了刀豆種子中的脲酶,并證明了其化學本質是蛋白質。(6)切赫和奧特曼(美國):20世紀80年代,發現少數RNA也具有催化功能。5.酶的概念理解:(1)來源:活細胞產生的。(2)作用:具有催化作用。(3)化學本質:有機物,絕大部分是蛋白質,少部分是RNA。6.酶本質的實驗驗證:(1)實驗設計思路:組別 待測液 檢驗試劑 現象實驗組 唾液淀粉酶 雙縮脲試劑 出現紫色對照組 已知蛋白液 雙縮脲試劑 出現紫色(2)實驗結論:唾液淀粉酶是蛋白質。7.酶具有高效性(1)含義:酶的催化效率是無機催化劑的107~1013倍。(2)意義:使細胞代謝快速進行。(3)曲線:加入酶、無機催化劑和不加催化劑時,化學反應達到平衡點時所需時間不同。8.酶具有專一性(1)含義:每一種酶只能催化一種或一類化學反應。(2)鎖鑰模型:圖中A表示酶,B表示被酶催化的底物,E和F表示催化后的產物,而C和D則表示不能被該酶催化的物質。(3)意義:使細胞代謝能夠有條不紊地進行。(4)曲線:分別向蔗糖溶液和麥芽糖溶液中加入麥芽糖酶,底物剩余量不同。9.酶的專一性實驗設計:實驗原理淀粉、蔗糖均為非還原糖,不能與斐林試劑共熱產生磚紅色沉淀。淀粉酶可以催化淀粉水解為還原糖,但不能催化蔗糖水解。實驗設計思路:步驟 1 淀粉+淀粉酶 蔗糖+淀粉酶2 等量斐林試劑,水浴加熱相同時間現象 出現磚紅色沉淀 無顏色變化結論 酶具有專一性實驗分析:自變量:反應物的不同。無關變量:溶液的量、溫度等。因變量:溶液是否出現磚紅色沉淀。10.酶的作用條件較溫和(1)酶活性:可用在一定條件下酶催化某一化學反應的速率表示。(2)酶所催化的化學反應一般是在比較溫和的條件下進行的。過酸、過堿或溫度過高,都會使酶的空間結構遭到破壞,使酶永久失活。低溫只能使酶的活性降低,但酶的空間結構穩定,在適宜的溫度下酶的活性會升高。11.探究不同溫度對酶活性的影響:(1)實驗原理:淀粉遇碘變藍,根據不同溫度下相同時間內反應后的溶液是否出現藍色以及藍色的深淺可以判斷淀粉被水解的量,從而判斷不同溫度下酶的活性。(2)實驗過程:試管 步驟 1 1′ 2 2′ 3 3′淀粉溶液 2 mL / 2 mL / 2 mL /淀粉酶溶液 / 1 mL / 1 mL / 1 mL不同溫度下處理5 min 0 ℃ 60 ℃ 100 ℃將同一溫度下的兩種物質混合后保溫5 min滴加碘液 1滴 1滴 1滴結果(現象) 變藍 不變藍 變藍(3)實驗結論:酶的催化作用需要在適宜的溫度下進行,溫度過高或過低都會影響酶的活性。12.探究pH對酶活性的影響:實驗原理:過氧化氫可在過氧化氫酶的作用下分解產生氧氣和水,根據不同pH下氣泡產生的快慢可判斷過氧化氫酶的活性。實驗過程:取8支潔凈的試管并編號,分別加入等量新鮮的肝臟研磨液。用鹽酸或NaOH溶液調整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)。分別滴加等量的過氧化氫溶液并搖勻。用點燃但無火焰的衛生香來檢測氧氣的生成情況。實驗結論:酶發揮催化作用需要適宜的pH,pH偏高或偏低都會影響酶的活性。13.溫度和PH共同作用對酶活性的影響:底物濃度和酶濃度影響酶促反應的速率14.酶濃度影響酶促反應速率:曲線:要素解讀:在有足夠底物而又不受其他因素影響的情況下,酶促反應速率與酶濃度成正比。15.底物濃度影響酶促反應速率:曲線:要素解讀:底物濃度較低時,酶促反應速率與底物濃度成正比,即隨底物濃度的增加而增加。當底物濃度達到一定值后,再增加底物濃度,酶促反應速率不再增加。16.ATP是一種高能磷酸化合物(1)中文名稱:腺苷三磷酸。(2)結構簡式:A-P~P~P。注:A代表腺苷(由腺嘌呤和核糖組成),T代表“三”,P代表磷酸基團,其結構簡式是A—P~P~P,其中“—”代表普通化學鍵,“~”代表一種特殊的化學鍵。17.ATP的分子組成:(1)元素組成:ATP是由C、H、O、N、P五種元素組成的,這與核酸的元素組成是相同的。(2)AMP是RNA的基本組成單位。(3)ATP的結構組成可以用“1、2、3”來總結,“1”表示1個腺苷,“2”表示兩個特殊的化學鍵,“3”表示3個磷酸基團。18.結構特點:(1)不穩定:由于兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥等原因,使得“~”這種化學鍵不穩定,末端磷酸基團有一種離開ATP而與其他分子結合的趨勢,也就是具有較高的轉移勢能。(2)高能量:1 mol ATP水解釋放的能量高達30.54kJ,所以說ATP是細胞內的一種高能磷酸化合物。19.功能:ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。※生物體內的能源物質總結能源物質:糖類、脂肪、蛋白質、ATP。主要能源物質:糖類。儲能物質:脂肪、淀粉(植物細胞)、糖原(動物細胞)。主要儲能物質:脂肪。直接能源物質:ATP。最終能量來源:太陽能。20.ATP與ADP相互轉化(1)ATP轉化為ADP:ATPADP+Pi+能量。(2)ADP轉化為ATP過程:ADP+Pi+能量ATP。(3)圖示:21.ADP合成ATP的能量來源綠色植物,既可來自光能,也可以來自呼吸作用所釋放的能量。動物、人、真菌和大多數細菌,均來自細胞進行呼吸作用時有機物分解所釋放的能量。ATP水解成ADP釋放的能量去向:各項生命活動。22.相互轉化特點:(1)ATP和ADP相互轉化是時刻不停地發生且處于動態平衡之中的。(2)ATP和ADP相互轉化的能量供應機制體現了生物界的共性。23.ATP水解釋放的能量用于各項生命活動(1)實例:細胞的主動運輸、肌細胞收縮、生物發電發光、大腦思考、細胞內的物質合成。(2)ATP為主動運輸供能的過程分析Ca2+主動運輸的載體蛋白也是催化ATP水解的酶,膜內側的Ca2+與其載體結合時激活該酶,將ATP水解。ATP水解時,脫離下來的磷酸基團與載體蛋白結合即載體蛋白的磷酸化。載體蛋白磷酸化導致其空間結構發生變化。24.ATP是細胞內流通的能量“貨幣”(1)吸能反應一般與ATP水解相聯系;放能反應一般與ATP合成相聯系。(2)能量通過ATP在吸能反應和放能反應之間流通。※易混淆的2個與ATP產生量有關的曲線辨析(1)甲圖表示ATP產生量與O2供給量的關系A點表示無氧條件下,細胞可通過無氧呼吸分解有機物,產生少量ATP。AB段表示隨O2供給量增多,有氧呼吸明顯加強,通過有氧呼吸分解有機物釋放的能量增多,ATP的產生量隨之增加。BC段表示O2供給量超過一定范圍后,ATP的產生量不再增加,此時的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。(2)乙圖可表示哺乳動物成熟的紅細胞中ATP來自無氧呼吸,與O2無關。25.細胞呼吸的概念、本質和類型(1)概念:細胞呼吸是指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他產物,釋放能量并生成ATP的過程。(2)本質:氧化分解有機物釋放能量。(3)類型:細胞呼吸根據是否需要氧氣參與可分為有氧呼吸和無氧呼吸兩種類型,其中,有氧呼吸是細胞呼吸的主要形式。(4)意義:為生物體的生命活動提供能量,為體內其他化合物的合成提供原料。26.線粒體的結構27.有氧呼吸(1)概念:細胞在氧的參與下,通過多種酶的催化作用,把葡萄糖等有機物徹底氧化分解,產生二氧化碳和水,釋放能量,生成大量ATP的過程。。(3)過程第一階段 第二階段 第三階段場所 細胞質基質 線粒體基質 線粒體內膜反應物 葡萄糖 丙酮酸、水 [H]、O2生成物 丙酮酸、[H]、 ATP CO2、[H]、 ATP H2O、ATP能量 少量能量 少量能量 大量能量(4)與有機物在體外燃燒相比,有氧呼吸是在溫和的條件下進行的;有機物中的能量是逐漸釋放的;少部分能量儲存在ATP之中,大多數能量以熱能的形式散失。28.無氧呼吸(1)概念:細胞在無氧條件下,經過多種酶的催化作用,把葡萄糖等有機物不徹底氧化分解,產生酒精和CO2或乳酸等,釋放能量,生成少量ATP的過程。(2)場所:全過程是在細胞質基質中發生的。(3)過程:第一階段第二階段 產物 酒精和CO2 大多數植物、酵母菌等乳酸 高等動物、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚、乳酸菌等29.探究酵母菌細胞呼吸的方式實驗原理(1)酵母菌的代謝類型:在有氧和無氧的條件下都能生存,屬于兼性厭氧菌。(2)細胞呼吸方式的判斷:在有氧和無氧條件下,細胞呼吸的產物不同,以此來確定酵母菌細胞呼吸的方式。實驗裝置(1)甲裝置中,質量分數為10%的NaOH溶液的作用是吸收空氣中的CO2。(2)乙裝置中,B瓶應封口放置一段時間,再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶,目的是讓酵母菌消耗盡瓶中的O2。(3)檢測酒精的產生:自A、B中各取2mL酵母菌培養液的濾液分別注入編號為12的兩支試管中→分別滴加0.5mL溶有0.1g重鉻酸鉀的濃硫酸溶液→振蕩并觀察溶液的顏色變化。產物的檢測產物 檢測試劑 實驗現象(顏色變化)CO2 澄清的石灰水 變混濁溴麝香草酚藍水溶液 由藍變綠再變黃酒精 在酸性條件下,使用橙色的重鉻酸鉀 橙色→灰綠色實驗結論(1)酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸。(2)在有氧條件下,酵母菌通過細胞呼吸產生大量的二氧化碳和水。(3)在無氧條件下,酵母菌通過細胞呼吸產生酒精,還產生少量的二氧化碳。實驗注意事項(1)配制培養液時,葡萄糖溶液要先煮沸后冷卻到常溫,再加入酵母菌,一方面可以滅菌,另一方面可以讓無氧條件下的實驗組去除培養液中的氧氣。(2)有氧條件下的實驗組必須通入空氣,但通入的空氣必須先用NaOH溶液處理,目的是吸收CO2,從而排除空氣中CO2的干擾。(3)無氧條件下的實驗組必須先封口放置一段時間,再連接澄清石灰水,目的是將空氣中的氧氣消耗完,確保產物中的CO2來自無氧呼吸。(4)澄清石灰水變混濁不能證明酵母菌的呼吸方式,因為酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸都能產生CO2。30.細胞呼吸原理的應用類型 應用 原理有氧呼吸 糧食儲藏 低溫、低氧、干燥抑制細胞呼吸,減少有機物消耗土壤松土 利用根的有氧呼吸(產生大量能量),促進無機鹽的吸收稻田定期排水 促進水稻根細胞有氧呼吸,同時避免根無氧呼吸產生的大量酒精對細胞產生毒害作用,使其腐爛釀醋、味精生產 醋酸桿菌或谷氨酸棒狀桿菌在通氣條件下進行有氧呼吸,產生醋酸或谷氨酸提倡慢跑等有氧運動 防止無氧呼吸產生過多乳酸使肌肉酸脹乏力無氧呼吸 釀酒 酵母菌無氧呼吸,產生酒精制作酸奶、泡菜 乳酸菌無氧呼吸,產生乳酸用透氣紗布或“創可貼”包扎傷口 增加氧氣透入量,避免厭氧病菌的繁殖,有利于傷口的愈合31.溫度對細胞呼吸的影響原理:溫度通過影響呼吸酶的活性來影響呼吸速率。32.O2濃度33.曲線變化分析(1)當O2濃度為0時,只進行無氧呼吸;(2)0<O2濃度<5%,無氧呼吸逐漸被抑制,有氧呼吸不斷加強,但總的細胞呼吸強度逐漸減弱;(3)當O2濃度達到5%時,釋放CO2最少,細胞呼吸強度最弱,是種子、果蔬儲存的最佳O2濃度;(4)當O2濃度達到一定值(10%)后,無氧呼吸消失,只進行有氧呼吸;(5)隨O2濃度進一步增大,有氧呼吸先增強后基本不變(受呼吸酶數量等因素的影響)。34.CO2濃度原理:CO2是細胞呼吸的產物,隨著CO2濃度的增大,對細胞呼吸抑制作用增強。35.水原理:在一定范圍內,細胞呼吸速率隨細胞內水的含量的增加而增大。當含水量超過一定的范圍時,細胞呼吸會受到抑制,甚至造成植物死亡。36.綠葉中色素的種類與光能吸收色素種類 葉綠素(3/4) 類胡蘿卜(1/4)葉綠素a 葉綠素b 胡蘿卜素 葉黃素顏色 藍綠色 黃綠色 橙黃色 黃色光能吸收 主要吸收藍紫光和紅光 主要吸收藍紫光分布 葉綠體的類囊體的薄膜上37.葉綠體的結構和功能(1)分布:主要分布在綠色植物的葉肉細胞中。(2)形態:在光學顯微鏡下觀察,水稻、蘋果等被子植物的葉綠體一般呈扁平的橢球形或球形。38.葉綠體的結構(1)雙層膜:內膜、外膜。(2)基粒:每個基粒都由一個個圓餅狀的囊狀結構堆疊而成,這些囊狀結構稱為類囊體,吸收光能的四種色素和與光合作用有關的酶就分布在類囊體的薄膜上。葉綠體中的基粒和類囊體極大地擴展了受光面積。(3)基質:基粒與基粒之間充滿了基質,基質中含有與光合作用有關的酶、少量的DNA。39.功能:是綠色植物進行光合作用的場所。40.實驗:綠葉中色素的提取和分離實驗原理(1)色素提取的原理綠葉中的色素能夠溶解在無水乙醇等有機溶劑中,可以利用無水乙醇提取綠葉中的色素。(2)色素分離的原理綠葉中的色素在層析液中的溶解度不同,溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快,反之則慢。因此,不同的色素會隨著層析液在濾紙上的擴散而分離開。目的要求(1)進行綠葉中色素的提取和分離(2)探究綠葉中含有幾種色素材料用具(1)材料:新鮮的綠葉(2)用具:干燥的定性濾紙,試管,棉塞,試管架,研缽,玻璃漏斗,尼龍布,毛細吸管,剪刀,藥勺,量筒,天平(3)試劑:無水乙醇,層析液,二氧化硅和碳酸鈣實驗過程實驗過程 注意事項 操作目的提取色素 選材 選取新鮮綠色的葉片 使濾液中色素含量高研磨 研磨時加入5~10mL無水乙醇 溶解葉片中的色素研磨時加入少許二氧化硅和碳酸鈣 二氧化硅有助于研磨得充分,碳酸鈣可防止色素被破壞迅速、充分研磨 防止乙醇揮發并充分溶解色素過濾 盛放濾液的小試管口加棉塞 防止乙醇揮發和色素分子被氧化分離色素 制備濾紙條 濾紙條預先干燥處理 使層析液在濾紙條上快速擴散濾紙條的一端剪去兩角 防止層析液在濾紙條的邊緣處擴散過快畫濾液細線 濾液細線要直、細、齊 使分離出的色素帶平整,不重疊待濾液干后再重畫一到兩次 附著更多色素,使分離出的色素帶清晰,便于觀察分離色素 濾液細線不能觸及層析液 防止色素直接溶解到燒杯內的層析液中實驗結果(濾紙條色素帶分布狀態)光合作用(1)概念: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,并且釋放出氧氣的過程。(3)光合作用可分為光反應和暗反應(也叫作碳反應)兩個階段。42.探索光合作用原理的部分實驗科學家 研究方法 實驗結論或觀點恩格爾曼 光束照射水綿,觀察需氧細菌分布 葉綠體釋放氧氣,葉綠體是光合作用的場所希爾 在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑,并光照 離體葉綠體在適當條件下可發生水的光解,產生氧氣魯賓和卡門 同位素示蹤法 光合作用釋放的O2來自水阿爾農 光照下,葉綠體可合成ATP,且這一過程總與水的光解相伴隨卡爾文 同位素示蹤法 探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中的碳的途徑(卡爾文循環)43.光合作用的過程①NADPH ②ATP ③CO2 ④(CH2O) ⑤光反應 ⑥暗反應項目 光反應 暗反應區別 反應場所 在葉綠體類囊體薄膜上進行 在葉綠體的基質中進行反應條件 需要光照、色素、酶等 需要酶、CO2等物質變化能量轉化 光能→ATP和NADPH中的化學能 ATP和NADPH中的化學能→(CH2O)中的化學能聯系 (1)光反應為暗反應提供NADPH、ATP;暗反應為光反應提供ADP、P和NADP+;NADPH為C3的還原過程提供能量和還原劑。 (2)沒有光反應,暗反應無法進行;沒有暗反應,有機物無法合成。 總之,光反應是暗反應物質變化和能量轉化的準備階段,暗反應是光反應的繼續,是物質變化和能量轉化的完成階段44.探究光照強弱對光合作用的影響實驗原理:抽去小圓形葉片中的氣體后,葉片在水中下沉,光照下葉片進行光合作用產生氧氣,充滿細胞間隙,葉片又會上浮。光合作用越強,單位時間內小圓形葉片上浮的數量越多。實驗流程:(1)打出圓形小葉片。(2)抽出葉片內的氣體。(3)圓形小葉片沉到水底。(4)強、中、弱三種光照處理。(5)觀察并記錄一段時間內圓形小葉片浮起的數量。實驗結果分析:光照越強,燒杯內小圓形葉片浮起的數量越多,說明一定范圍內,隨著光照強度的不斷增強,光合作用強度不斷增強。45.光照強度對光合作用的影響:光照的長短和強弱會影響光合作用的強度。在一定范圍內,光照強度越強,光反應強度強,能為暗反應提供的原料越多,故總體光合作用強度越大。(1)曲線解讀A點光照強度為0,此時只進行呼吸作用,CO2的釋放量表示呼吸強度。AB段表示隨光照強度加強,光合作用強度逐漸加強,但呼吸作用強度仍大于光合作用強度。B點時,光合作用強度等于呼吸作用強度,B點稱為光補償點(白天光照強度在光補償點以上,植物才能正常生長)。BC段表示隨著光照強度不斷加強,光合作用強度不斷加強,此時光合作用強度大于呼吸作用強度。C點時,光合作用強度達到最大,C點稱為光飽和點。(2)生產應用溫室大棚適當增加光照強度可增加光合作用強度,如頂棚采用無色透明玻璃、適當延長光照時間、增加光合作用面積(合理密植)。46.光質:葉綠體中的色素吸收光能的多少與光質(不同波長的光)有關,白光是復合光,紅光和藍紫光下植物的光合作用強度較大,綠光下植物的光合作用強度最弱。47.CO2濃度:在一定范圍內,空氣中CO2的多少直接影響暗反應中CO2的固定,進而影響光合作用速率。(1)曲線解讀:在一定的范圍內,光合作用速率隨CO2濃度的增加而增大,但當CO2濃度增加到一定范圍后,光合作用速率不再增加。A點:CO2補償點。表示光合作用強度等于細胞呼吸強度時的CO2濃度。B點:CO2飽和點。限制B點的因素是酶的數量和最大活性及光照強度等環境因素。(2)生產應用:大田中增加空氣流動,以增加CO2濃度,如“正其行,通其風”;溫室中可增施有機肥,以增大CO2濃度或使用CO2發生器適當提高CO2濃度,可有效提高光合速率。48.溫度:溫度能影響光合作用有關酶的活性,進而影響光合作用的速率。(1)曲線解讀:溫度主要通過影響酶活性來影響光合作用強度。B點為最適溫度。(2)生產應用:白天將溫度調到光合作用的最適溫度,以提高光合作用強度;晚上適當降低溫度,降低酶的活性,以降低細胞呼吸強度,保證有機物的積累。49.水分:水是光合作用的原料。植物缺水時不僅無法為光反應供應原料,而且會關閉氣孔,以減少蒸騰作用,從而影響對CO2的吸收。如晴朗的夏季中午,氣溫較高,植物因蒸騰作用而失水,光合作用速率下降,出現“午休”現象。50.無機營養:缺少N影響光合酶、光合色素的合成,缺少P影響ATP的合成,缺少Mg、Fe影響葉綠素的合成。(1)生產應用:合理施肥促進葉面積增大,提高酶合成速率,加快光合作用速率;施用有機肥,被微生物分解后既可補充CO2,又可提供各種礦質元素。(2)另外,病蟲害、植物的葉齡、葉面積指數、陰生和陽生、C3植物和C4植物等植物自身因素也影響光合作用。51.多因素對光合速率的影響(1)P點:限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因子,隨著因子的不斷加強,光合速率不斷提高。(2)Q點:橫坐標所表示的因子不再是影響光合速率的因素,影響因素主要為各曲線所表示的因子。52.化能合成作用(1)概念:利用體外環境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制作有機物的合成作用。(2)實例:硝化細菌能利用氨氧化成亞硝酸,進而將亞硝酸氧化成硝酸,這兩個過程中釋放的化學能將二氧化碳和水合成為糖類,供自身利用。呼吸過程中[H]和ATP來源、去路的比較 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫