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第五章 细胞的能量供应和利用
第一节 降低反应活化能的酶
一、细胞代谢与酶
1、细胞代谢的概念：细胞内每时每刻进行着许多化学反应，统称为细胞代谢.
2、酶的发现：发现过程，发现过程中的科学探究思想，发现的意义
3、酶的概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
4、酶的特性：专一性，高效性，作用条件较温和
5、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。
二、影响酶促反应的因素(难点)
1、底物浓度
2、酶浓度
3、PH值：过酸、过碱使酶失活
4、温度：高温使酶失活。低温降低酶的活性，在适宜温度下酶活性可以恢复。
三、实验
1、比较过氧化氢酶在不同条件下的分解(过程见课本P79)
实验结论：酶具有催化作用，并且催化效率要比无机催化剂Fe3+高得多
控制变量法：变量、自变量、因变量、无关变量的定义。
对照实验：除一个因素外，其余因素都保持不变的实验。
2、影响酶活性的条件(要求用控制变量法，自己设计实验)
建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究PH对酶活性的影响。
第二节 细胞的能量“通货”——ATP
一、什么是ATP?是细胞内的一种高能磷酸化合物，中文名称叫做三磷酸腺苷
二、结构简式：A-P~P~P A代表腺苷 P代表磷酸基团 ～代表高能磷酸键
三、ATP和ADP之间的相互转化
ADP + Pi+ 能量 ATP
ATP ADP + Pi+ 能量
ADP转化为ATP所需能量来源：
动物和人：呼吸作用
绿色植物：呼吸作用、光合作用
第三节 ATP 的主要来源——细胞呼吸
1、概念：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。
2、有氧呼吸
总反应式：C6H12O6 +6O2 6CO2 +6H2O +大量能量
第一阶段：细胞质基质 C6H12O6 2丙酮酸+少量[H]+少量能量
第二阶段：线粒体基质 2丙酮酸+6H2O 6CO2+大量[H] +少量能量
第三阶段：线粒体内膜 24[H]+6O2 12H2O+大量能量
3、无氧呼吸产生酒精：C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量
发生生物：大部分植物，酵母菌
产生乳酸：C6H12O6 2乳酸+少量能量
发生生物：动物，乳酸菌，马铃薯块茎，玉米胚
反应场所：细胞质基质注意：无机物的无氧呼吸也叫发酵，生成乳酸的叫乳酸发酵，生成酒精的叫酒精发酵
讨论：
1 有氧呼吸及无氧呼吸的能量去路
有氧呼吸：所释放的能量一部分用于生成ATP，大部分以热能形式散失了。
无氧呼吸：能量小部分用于生成ATP，大部分储存于乳酸或酒精中
2 有氧呼吸过程中氧气的去路：氧气用于和[H]生成水
第四节 能量之源——光与光合作用
一、 捕获光能的色素
叶绿素a(蓝绿色)
叶绿素
叶绿素b (黄绿色)
绿叶中的色素 胡萝卜素 (橙黄色)
类胡萝卜素
叶黄素(黄色)
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。
白光下光合作用最强，其次是红光和蓝紫光，绿光下最弱。
二、 实验——绿叶中色素的提取和分离
1 实验原理：绿叶中的色素都能溶解在层析液中，且他们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得快，绿叶中的色素随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
2 方法步骤中需要注意的问题：(步骤要记准确)
(1) 研磨时加入二氧化硅和碳酸钙的作用是什么?
二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中的色素被破坏。
(2) 实验为何要在通风的条件下进行?为何要用培养皿盖住小烧杯?用棉塞塞紧试管口?
因为层析液中的丙酮是一种有挥发性的有毒物质。
(3) 滤纸上的滤液细线为什么不能触及层析液?
防止细线中的色素被层析液溶解
(4) 滤纸条上有几条不同颜色的色带?其排序怎样?宽窄如何?
有四条色带，自上而下依次是橙黄色的胡萝卜素，黄色的叶黄素，蓝绿色的叶绿素a，黄绿色的叶绿素b。最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素。
三、 捕获光能的结构——叶绿体
结构：外膜，内膜，基质，基粒(由类囊体构成)
与光合作用有关的酶分布于基粒的类囊体及基质中。
光合作用色素分布于类囊体的薄膜上。
四、光合作用的原理
1、光合作用的探究历程：(略)
2、光合作用的过程： (熟练掌握课本P103下方的图)
总反应式：CO2+H2O (CH2O)+O2 ，其中(CH2O)表示糖类。
根据是否需要光能，可将其分为光反应和暗反应两个阶段。
光反应阶段：必须有光才能进行
场所：类囊体薄膜上
反应式：
水的光解：H2O 1/2O2+2[H]
ATP形成：ADP+Pi+光能 ATP
光反应中，光能转化为ATP中活跃的化学能
暗反应阶段：有光无光都能进行
场所：叶绿体基质
CO2的固定：CO2+C5 2C3
C3的还原：2C3+[H]+ATP (CH2O)+C5+ADP+Pi
暗反应中，ATP中活跃的化学能转化为(CH2O)中稳定的化学能
联系：
光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供合成ATP的原料ADP和Pi
五、影响光合作用的因素及在生产实践中的应用
(1)光对光合作用的影响
①光的波长
叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光。
②光照强度
植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增加，但光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增加
③光照时间
光照时间长，光合作用时间长，有利于植物的生长发育。
(2)温度
温度低，光和速率低。随着温度升高，光合速率加快，温度过高时会影响酶的活性，光和速率降低。
生产上白天升温，增强光合作用，晚上降低室温，抑制呼吸作用，以积累有机物。
(3)CO2浓度
在一定范围内，植物光合作用强度随着CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度不再增加。
生产上使田间通风良好，供应充足的CO2
(4)水分的供应当植物叶片缺水时，气孔会关闭，减少水分的散失，同时影响CO2进入叶内，暗反应受阻，光合作用下降。
生产上应适时灌溉，保证植物生长所需要的水分。
六、化能合成作用
概念：自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是能够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，叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。
如：硝化细菌，不能利用光能，但能将土壤中的NH3氧化成HNO2，进而将HNO2氧化成HNO3。
硝化细菌能利用这两个化学反应中释放出来的化学能，将CO2和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动.
举例：硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌
自养型生物：绿色植物、光合细菌、化能合成性细菌
异养型生物：动物、人、大多数细菌、真菌
