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第五章细胞的能量供应和利用一、酶——降低反应活化能◎细胞代谢：细胞内每时每刻进行着许多化学反应.统称为细胞代谢。◎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称为活化能。2．定义：酶是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。注：①由活细胞产生（与核糖体有关）③成分：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。②催化性质：A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提高化学反应速度。B.反应前后酶的性质和数量没有变化。特性：专一性、高效性、多样性③影响酶活性的条件：温度、PH值酶的催化作用需要适宜的温度、pH值等，过酸、过碱、高温都会破坏酶分子结构。低温也会影响酶的活性，但不破坏酶的分子结构。图例V酶浓度V底物浓度SV温度解析在底物足够，其他因素固定的条件下，酶促反应的速度与酶浓度成正比。在S在一定范围内，V随S增加而加快，近乎成正比；当S很大且达到一定限度时，V也达到一个最大值，此时即使再增加S，反应几乎不再改变。在一定温度范围内V随T的升高而加快在一定条件下，每一种酶在某一温度时活力最大，称最适温度；当温度升高到一定限度时，V反而随温度的升高而降低。二、ATP（三磷酸腺苷）◎ATP是生物体细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，是生物体进行各项生命活动的直接能源，它的水解与合成存在着能量的释放与贮存。1．结构简式A—P～P～P2．ATP与ADP的转化◎ATPADP+Pi+能量（物质可逆.能量不可逆.酶不相同）直接能源物质ATP主要能源物质糖类生物体内重要储能物质脂肪动物细胞内的储能物质糖原植物细胞内的储能物质淀粉能量的最终来源太阳能三、ATP的主要来源——细胞呼吸◎呼吸是通过呼吸运动吸进氧气，排出二氧化碳的过程。◎细胞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：1.有氧呼吸：⑴概念：指细胞在有氧的参与下.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.释放大量能量.生成大量ATP的过程。⑵场所：细胞质基质和线粒体（主要场所线粒体）酶⑶有氧呼吸全过程图解：⑷有氧呼吸总反应式：CC66HH1122OO66++66HH22OO++66OO2266CCOO22++1122HH22OO++能量⑸有氧呼吸中原子的转移：⑹有氧呼吸的意义：有氧呼吸是大多数生物特别是人和高等动植物获得能量的主要途径。2.无氧呼吸：⑴概念：指细胞在无氧条件下.通过多种酶的催化作用.把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物乳酸或酒精.释放少量能量.生成少量ATP的过程。⑵场所：细胞质基质⑶无氧呼吸总反应式：总共2870KJ有1161KJ储存在ATP中CO2H2O葡萄糖、H2O、氧气主要在线粒体全过程大量H2O[H]氧气线粒体内膜第三阶段少量CO2[H]丙酮酸H2O（不需氧）线粒体基质第二阶段少量丙酮酸[H]葡萄糖（不需氧）细胞质基质第一阶段产生能量生成物反应物场所C的转移C6H12O6→丙酮酸→CO2C6H12O6→丙酮酸→[H]→H2OH的转移H2O→[H]→H2O→CO2H2OC6H12O6→丙酮酸O的转移O2→H2OC6H12O6酶2C2H5OH+2CO2+少量能量酶C6H12O62C3H6O3+少量能量酒精发酵：乳酸发酵：⑷微生物的无氧呼吸也可以称为发酵。大多数植物、酵母菌无氧呼吸产生酒精。高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根等）的无氧呼吸产生乳酸。⑸无氧呼吸的意义：①高等植物在水淹的情况下.可以进行短暂的无氧呼吸.将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳.释放出能量以适应缺氧环境条件。（酒精会毒害根细胞.产生烂根现象）②人在剧烈运动时.需要在相对较短的时间内消耗大量的能量.肌肉细胞则以无氧呼吸的方式将葡萄糖分解为乳酸.释放出一定能量.满足人体的需要。3.有氧呼吸及无氧呼吸的能量去路：⑴有氧呼吸所释放的能量一部分用于生成ATP.但大部分以热能的形式散失了。⑵无氧呼吸所释放的能量小部分用于生成ATP.大部分储存于乳酸或酒精中。有氧呼吸无氧呼吸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H2O释放能量，生成许多ATP的过程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。过程①C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+少能②2丙酮酸+6H2O→6CO2+20[H]+少能③24[H]+6O2→12H2O+大量能量①C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+少能→2C3H6O3乳酸②2丙酮酸→2C2H5OH+2CO2反应式C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+大量能量C6H12O6→2C3H6O3+少量能量→2C2H5OH+2CO2+少能不同点场所①细胞质基质②线基质③线内膜始终在细胞质基质条件除①外，需分子氧、酶不需分子氧、需酶产物CO2、H2O酒精和CO2或乳酸能量大量、合成38ATP（1161KJ）少量、合成2ATP(61.08KJ)相同点联系从葡萄糖分解成丙酮酸阶段相同，以后阶段不同实质分解有机物，释放能量，合成ATP意义为生物体的各项生命活动提供能量四、影响细胞呼吸作用的因素1、内部因素——遗传因素（决定酶的种类和数量）2、环境因素（1）温度酶酶酶无氧呼吸第一阶段：细胞质基质C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量酶无氧呼吸第二阶段：细胞质基质2C3H4O32C2H5OH+2CO2酶2C3H6O3酶（2）O2的浓度（3）CO2浓度从化学平衡角度分析，CO2浓度增加，呼吸速率下降。（4）含水量在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而增强，随含水量的减少而减弱五、光合作用（1）发现（2）场所双层膜叶绿体基质：DNA，多种酶、核糖体等基粒多个类囊体（片层）堆叠而成胡萝卜素（橙黄色）1/3类胡萝卜素叶黄素（黄色）2/3吸蓝紫光色素（1/4）叶绿素A（蓝绿色）3/4叶绿素（3/4叶绿素B（黄绿色）1/4吸红橙和蓝紫光3.注意事项：a试剂的作用：无水乙醇：提取色素温度以影响酶的活性影响呼吸速率。在最低点与最适点之间，呼吸酶活性低，呼吸作用受抑制，呼吸速率随温度的升高而加快。超过最适点，呼吸酶活性降低甚至变性失活，呼吸作用受到抑制，呼吸速率则会随着温度的增高而下降。呼吸强度呼吸强度CO2浓度含水量%植物在O2浓度为0时只进行无氧呼吸，大多数植物无氧呼吸的产物是酒精和CO2；O2浓度在0~10%时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；在O2浓度5%时，呼吸作用最弱；在O2浓度超过10%时，只进行有氧呼吸。有氧环境对无氧呼吸起抑制作用，抑制作用随氧浓度的增加而增强，直至无氧呼吸完全停止在一定氧浓度范围内，有氧呼吸的强度随氧浓度的增加而增强。层析液：分离色素二氧化硅：使研磨充分碳酸钙：防止色素被破坏b收集到试管中的滤液.用棉塞塞严管口的目的：防止无水乙醇挥发。c将定性滤纸剪去两角的目的：防止两边的色素在滤纸条上扩散过快、不均匀.便于观察实验结果。d分离色素时.不能让滤液细线触及层析液的原因是：因为色素会溶解于层析液中.从而导致实验效果极差.甚至失败。（3）光合作用：光合作用是指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能量的有机物.并且释放氧气的过程。光合作用的全过程：1光反应：①条件：有光②场所：叶绿体的类囊体薄膜上③过程：①水的光解：ATP中活跃的化学能→有机物中稳定化学能光能→ATP中活跃的化学能能量转换光反应是暗反应的基础.光反应为暗反应提供[H]和ATP.暗反应为光反应提供ADP和Pi联系①CO2的固定②C3的还原①水的光解②ATP的合成物质变化【H】、ATP、多种酶、CO2光、色素、酶、水条件叶绿体基质中类囊体薄膜上部位暗反应光反应项目②ATP的合成：ATP中活跃的化学能→有机物中稳定化学能光能→ATP中活跃的化学能能量转换光反应是暗反应的基础.光反应为暗反应提供[H]和ATP.暗反应为光反应提供ADP和Pi联系①CO2的固定②C3的还原①水的光解②ATP的合成物质变化【H】、ATP、多种酶、CO2光、色素、酶、水条件叶绿体基质中类囊体薄膜上部位暗反应光反应项目④能量变化：光能→ATP中活跃的化学能2暗反应：①条件：有光和无光②场所：叶绿体基质③过程：①CO2的固定：ATP中活跃的化学能→有机物中稳定化学能光能→ATP中活跃的化学能能量转换光反应是暗反应的基础.光反应为暗反应提供[H]和ATP.暗反应为光反应提供ADP和Pi联系①CO2的固定②C3的还原①水的光解②ATP的合成物质变化【H】、ATP、多种酶、CO2光、色素、酶、水条件叶绿体基质中类囊体薄膜上部位暗反应光反应项目②C3的还原：ATP中活跃的化学能→有机物中稳定化学能光能→ATP中活跃的化学能能量转换光反应是暗反应的基础.光反应为暗反应提供[H]和ATP.暗反应为光反应提供ADP和Pi联系①CO2的固定②C3的还原①水的光解②ATP的合成物质变化【H】、ATP、多种酶、CO2光、色素、酶、水条件叶绿体基质中类囊体薄膜上部位暗反应光反应项目④能量变化：ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体光反应和暗反应的比较：光反应暗反应条件光、、H2O、色素、酶CO2、[H]、ATP、C5、酶时间短促较缓慢场所类囊体的薄膜上叶绿体的基质过程①水的光解2H2O→4[H]+O2②ATP的合成：ADP+Pi+光能→ATP①CO2的固定：CO2+C5→2C3②C3/CO2的还原：2C3+[H]→（CH2O）实质光能→化学能，释放O2同化CO2，形成（CH2O）总式CO2+H2O——→（CH2O）+O2或CO2+12H2O——→（CH2O）+6O2+6H2O物变无机物CO2、H2O→有机物（CH2O）能变光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能◎光合作用的实质通过光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。4、光合作用的意义①制造有机物，实现物质转变，将CO2和H2O合成有机物，转化并储存太阳能；②调节大气中的O2和CO2含量保持相对稳定；③生物生命活动所需能量的最终来源；注：光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。5、影响光合作用速率的因素及其在生产上的应用光合速率是光合作用强度的指标，它是指单位时间内单位面积的叶片合成有机物的速率。影响因素包括植物自身内部的因素，如处在不同生育期等，以及多种外部因素。(1)单因子对光合作用速率影响的分析①光照强度(如图所示)曲线分析：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表明此时的呼吸强度。AB段表明光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=细胞呼吸强度，称B点为光补偿点(植物白天的光照强度在光补偿点以上，植物才能正常生长)。BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，称C点为光饱和点。应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。②光照面积(如图所示)曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用叶面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照强度在光补偿点以下。OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用不再增加，但叶片随叶面积的不光能叶绿体光能叶绿体断增加呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。②CO2浓度、含水量和矿质元素(如图所示)曲线分析：CO2和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内，CO2、水