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第5章 细胞的能量供应和利用.ppt

第5章 细胞的能量供应和利用

泪雨风石
2012-07-31 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第5章 细胞的能量供应和利用ppt》,可适用于高等教育领域

将实验数据转换成曲线图的方法:将实验数据转换成曲线图的方法:()以自变量为横坐标以因变量为纵坐标建立直角坐标系。()注明坐标轴的名称、单位、坐标原点以及曲线名称。()每个坐标轴上的取值单位要相等。()将实验数据标到坐标系中并用相应线型连接起来。第章细胞的能量供应和利用第章细胞的能量供应和利用第节降低化学反应活化能的酶细胞代谢(新陈代谢):是活细胞中全部的化学变化的总称是细胞生命活动的基础。生物与非生物最本质的区别一、酶在细胞代谢中的作用和本质酶的定义:由活细胞产生的具有催化作用的有机物。活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等)绝大多数是蛋白质氨基酸()酶的本质、特性及影响酶促反应的因素少数是RNA可在细胞内、细胞外、体外发挥作用核糖核苷酸核糖体细胞核(真核生物)只起生物催化作用不调控机体代谢等降低化学反应的活化能酶是生物催化剂也是代谢的产物是受遗传物质控制而发挥作用的有机物。()酶、激素、载体、抗体、受体、干扰素与蛋白质的关系图示:蛋白质激素酶抗体载体受体干扰素()酶和无机催化剂都只能催化已存在的化学反应。()同无机催化剂相比酶降低化学反应活化能的作用更显著因而催化效率更高。()酶化学本质的实验验证①证明某种酶是蛋白质实验组:待测酶液双缩脲试剂→是否出现紫色反应。对照组:已知蛋白质液双缩脲试剂→出现紫色反应。②证明某种酶是RNA实验组:待测酶液吡罗红染液→是否呈现红色。对照组:已知RNA溶液吡罗红染液→出现红色。拓展:()证明酶是蛋白质的其它证据①酶经酸、碱水解后的最终产物是氨基酸酶被蛋白质酶水解后失活。②酶是具有空间结构的生物大分子凡是能使蛋白质变性的因素都可使酶变性失活。③酶和蛋白质一样具有不能通过半透膜的胶体性质。④酶也有蛋白质所具有的化学呈色反应。⑤与蛋白质的分子量相似结构相似。⑥在物理、化学因素的作用下也可变性沉淀。⑦做元素分析与蛋白质的元素含量相似可以用氨基酸人工合成。③证明酶是RNA的其它证据将某种酶液用核糖核酸酶处理根据酶液是否被水解予以判断。、比较过氧化氢在不同条件下的分解速率、比较过氧化氢在不同条件下的分解速率动植物在代谢过程中会产生HO(双氧水有腐蚀性)对机体是有毒的。肝脏有解毒的功能新鲜肝脏含有大量的过氧化氢酶过氧化氢酶可以催化HO分解成HO和O从而达到解毒的目的。Fe、加热或久置HO可以催化HO分解成HO和O实验原理:实验原理:实验原理:新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。经计算质量分数为的FeCl溶液和质量分数为的肝脏研磨液相比每滴FeCl溶液中的Fe数大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的万倍。方法步骤:方法步骤:取支洁净的试管分别编上序号、、、向各试管内分别加入ml过氧化氢溶液按序号依次放置在试管架上。将号试管放在C左右的水浴中加热观察气泡冒出的情况并与号试管作比较。向号试管滴入滴FeCl溶液向号试管内滴入滴肝脏研磨液仔细观察哪支试管产生的气泡多。分钟后将点燃的卫生香分别放入号和号试管内液面上方观察哪支试管中的卫生香燃烧猛烈。该实验注意事项:该实验注意事项:()本实验成功的关键是实验用的肝脏要新鲜肝脏如果不新鲜肝细胞内的HO酶等有机物就会在腐生细菌的作用下分解而失去催化作用。肝脏必须进行研磨以便使过氧化氢酶释放出来并增大过氧化氢酶与试管中过氧化氢分子的接触面积从而加速过氧化氢的分解。()一般情况下加热也能加快反应速率其作用机理是直接供能使底物分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态其过程并不改变活化能的大小。()在对照实验中除了要观察的变量(自变量)外其他变量都应当始终保持相同且适宜。()实验过程中要及时观察。过氧化氢经过过氧化氢酶或Fe催化后分解成水和氧气氧气的多少可通过两个途径观察:一是一段时间后观察产生的气泡的数量的多少二是用点燃但无火焰的卫生香来鉴定氧气多会使无火焰的卫生香复燃。注意卫生香不要插入气泡中以免卫生香因潮湿而熄灭。()酶的催化作用验证实验中的几种情况分析:①加酶和加Fe后产生的气体量均不多的原因是过氧化氢放置时间过长或浓度太低②加酶比加Fe后产生的气体量少的原因是吸取肝脏研磨液和FeCl溶液时可能共用一个滴管或肝脏研磨液不新鲜。滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液不能用同一支试管二、酶的特性:二、酶的特性:酶具有高效性:酶具有专一性:酶的催化效率大约是无机催化剂的倍。每一种酶只能催化一种或一类化学反应。具有专一性的物质或结构①酶 ②载体 ③激素 ④tRNA(种)⑤抗原(抗体) ⑥限制酶⑦受体⑧DNA二、酶的特性:酶的作用条件较温和:二、酶的特性:()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性失活。()一般在低温条件下酶的活性降低但不会失活。()在最适宜的温度、pH条件下酶的活性最高。最适温度vmmolst℃最适pH值vmmols酶的活性受PH值的影响酶的活性受温度的影响pH影响酶促反应的因素常有:酶的浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。()在底物充足其他条件适宜的情况下酶促反应速率与酶浓度成正比。()在其他条件适宜、酶量一定的情况下酶促反应速率随底物浓度增加而加快但当底物达到一定浓度后受酶数量和酶活性限制酶促反应速率不再增加。温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触面积而影响酶促反应速率并不影响酶的活性。温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触面积而影响酶促反应速率并不影响酶的活性。酶活性≠酶促反应速率酶活性:酶促反应速率用单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的增加量来表示。是指酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下酶所催化的某一化学反应的反应速率来表示影响酶活性的因素都会影响酶促反应速率但是影响酶促反应速率的因素不一定影响酶的活性。分析曲线时首先要弄清横坐标纵坐标表示的意义其次再分析影响该曲线的因素有几个一般情况下曲线未达到饱和时影响因素是横坐标的因素达到饱和稳定状态后限制因素是除横坐标因素之外的其它因素。分析曲线时首先要弄清横坐标纵坐标表示的意义其次再分析影响该曲线的因素有几个一般情况下曲线未达到饱和时影响因素是横坐标的因素达到饱和稳定状态后限制因素是除横坐标因素之外的其它因素。三、探究性实验:影响酶活性的条件三、探究性实验:影响酶活性的条件实验原理:温度对酶活性影响的实验原理:()淀粉麦芽糖麦芽糖斐林试剂产生砖红色沉淀淀粉碘蓝色pH对酶活性影响的实验原理:()HOHOO()pH影响酶活性从而影响氧气生成速度可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气的生成速度的快慢。()温度影响酶的活性从而影响淀粉的分解滴加碘液后根据蓝色深浅来判断淀粉分解状况进而推断出酶活性变化。实验流程:实验流程:温度对酶活性的影响()取支试管编号()分别加入等量的质量分数为的新配制的淀粉溶液()分别放入不同温度环境中维持min(建议设置OC、OC、OC)()再取支试管并编号分别加入等量的淀粉酶溶液也在不同的温度(如上建议)环境中维持min()分别将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液中摇匀后维持各自的温度min()分别滴入滴碘液观察比较颜色的变化实验结果预测:实验结果预测:在温度为OC条件下不变蓝其他温度条件下变蓝较明显。实验结论:温度会影响酶活性酶活性有一定的最适温度范围此实验中要注意保持酶在最适pH下发挥作用排除pH对酶活性的影响。实验流程:实验流程:pH对酶活性的影响()取支试管编号()分别加入等量的同种新鲜的质量分数为的肝脏研磨液()用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH(mlHCl、ml蒸馏水、mlNaOH)()分别滴加等量的体积分数为的新配制的HO溶液()用点燃但无火焰的卫生香来检验氧气的生成情况实验结果预测:实验结果预测:在pH为中性卫生香的燃烧情况较好其他pH条件下燃烧情况较差。实验结论:pH会影响酶活性酶活性有一定的最适pH范围此实验中要注意保持酶在最适温度下发挥作用排出温度对酶活性的影响。实验注意要点:实验注意要点:制备的可溶性淀粉溶液一定要冷却后才能使用如果用刚煮沸的可溶性淀粉溶液进行实验就会因温度过高而破坏淀粉酶的活性。淀粉酶的来源不同其最适温度也不一定相同在保温时必须加以考虑。市售的淀粉酶的最适温度一般在OC左右唾液淀粉酶的最适温度在OC左右。探究pH对酶活性的影响的实验不宜选用淀粉酶催化淀粉水解因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应探究温度对酶活性的影响时不能选择过氧化氢的酶促反应因为过氧化氢受热易分解。探究温度(或pH)对酶活性影响的实验关键是先控制酶的温度(或pH)然后再与同温度(或pH)的反应液相混合。避免在未达到预设的温度(或pH)时反应物与酶接触发生反应造成实验误差。若探究不同温度(或pH)对酶活性影响要设置不同温度(或pH)梯度的对照实验。至少设置种不同温度(或pH):较低温度、适宜温度、较高温度合理选择检测剂:合理选择检测剂:()探究温度对酶活性的影响时若选择淀粉和淀粉酶检测反应物是否被分解的试剂宜选用碘液不能选用斐林试剂因为斐林试剂需水浴加热而该实验中需严格控制温度。()验证酶的专一性时若反应物选择淀粉和蔗糖酶溶液为淀粉酶检测反应物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂不能选用碘液因为碘液无法检测蔗糖是否被水解。对照实验:除一因素外其余因素均保持一致的实验。变量:实验过程中的可变化的因素。自变量:实验过程中人为改变的变量。因变量:随自变量变化而改变的变量。无关变量:除自变量外实验过程中可能还存在一些可变因素对实验结果造成影响。对照组:也称控制组不接受变量处理。实验组:接受变量处理的对象组。()对照原则通过设置对照实验既可排除无关变量的干扰又可增加实验结果的可信度和说服力()单一变量原则使实验中的复杂关系简单化使结果更加准确()等量原则避免无关变量和额外变量的干扰()科学性原则实验原理、实验材料的选择、实验方法、实验结果都要具有科学性()平行重复原则任何实验必须有足够的实验次数才能避免实验结果的偶然性使得出的结论准确、科学。设计实验应遵循的原则.空白对照.空白对照指不做任何实验处理的对象组。空白对照能明白地对比和衬托出实验的变化和结果增强了说服力。.自身对照如“植物细胞质壁分离和复原”实验。.条件对照例如“甲状腺激素对动物生长发育的影响”实验甲组:饲喂甲状腺激素乙组:饲喂甲状腺抑制剂丙组:不饲喂药剂。.相互对照在植物向光性实验中组胚芽鞘尖端不处理组尖端遮光组切去尖端组尖端下遮光都给予单侧光照。四、高中阶段学过的酶:四、高中阶段学过的酶:()物质代谢中的酶①淀粉酶:主要有唾液腺分泌的唾液淀粉酶、胰腺分泌的胰淀粉酶和肠腺分泌的肠淀粉酶。可催化淀粉水解成麦芽糖。②麦芽糖酶:主要有胰腺分泌的胰麦芽糖酶和肠腺分泌的肠麦芽糖酶。可催化麦芽糖水解成葡萄糖。③脂肪酶:主要有胰腺分泌的胰脂肪酶和肠腺分泌的肠脂肪酶。可催化脂肪分解为脂肪酸和甘油。需要指出的是脂肪分解前往往需要经过肝脏分泌的胆汁的乳化作用形成脂肪微粒。废弃动植物油脂与甲醇等反应生产生物柴油需要先把植物油脂分解为甘油和脂肪酸植物油脂的化学本质为脂肪所以也需要脂肪酶水解。()物质代谢中的酶④蛋白酶:主要有胃腺分泌的胃蛋白酶和胰腺分泌的胰蛋白酶。可催化蛋白质水解成多肽链。⑤肽酶:由肠腺分泌。可催化多肽链水解成氨基酸。⑥转氨酶:催化蛋白质代谢过程中氨基酸转换过程。例如人体中的谷丙转氨酶能够把谷氨酸上的氨基转移给丙酮酸从而形成丙氨酸和酮戊二酸。谷丙转氨酶在肝脏中含量最多当肝脏发生病变时谷丙转氨酶就大量释放到血液中。因此临床上常把化验人体血液中这种酶的含量作为诊断是否患肝炎等疾病的一项重要指标。()物质代谢中的酶⑦光合作用酶:叶绿体中有参与光合反应形成ATP、NADPH有关的酶类和与暗反应有关的酶系。⑧呼吸氧化酶:线粒体中存在ATP合成酶等催化呼吸作用进行的酶。⑨ATP合成酶、ATP水解酶ADP+Pi+能量ATP(ATP合成酶)ATPADP+Pi+能量(ATP水解酶)()遗传变异中的酶①解旋酶:在DNA复制或者转录时解旋酶可以使DNA分子的两条脱氧核苷酸链中配对的碱基从氢键处断裂从而使两条螺旋的双链解开。②DNARNA聚合酶:分别催化脱氧核苷酸聚合成DNA链以及核糖核苷酸聚合成RNA链的反应。③逆转录酶:催化以RNA为模板、以脱氧核苷酸为原料合成DNA的过程。()生物工程中的酶①限制酶:一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列并且能在特定的位点上切割DNA分子产生特定的黏性末端。②DNA连接酶:将两条DNA黏性末端之间的缝隙“缝合”起来连接的是磷酸二酯键不是碱基对碱基对可以依靠氢键连接。③纤维素酶和果胶酶:在植物细胞工程中植物体细胞杂交时需要事先用纤维素酶和果胶酶分解植物细胞的细胞壁从而获得有活力的原生质体然后诱导不同植物的原生质体融合。④胰蛋白酶:在动物细胞工程的动物细胞培养中需要用胰蛋白酶将取自动物胚胎或幼龄动物的器官和组织分散成单个的细胞然后配制成细胞悬液进行培养。第章细胞的能量供应和利用第章细胞的能量供应和利用第节细胞的能量“通货”ATP生物体的主要能源物质:最终(或最初)的能量来源:生物体的主要储能物质:糖类脂肪太阳能生物体的能源物质:糖类、脂肪、蛋白质生物体的储能物质:脂肪、糖原(动物)、淀粉(植物)生物体进行生命活动的直接能源物质:ATP一生物体内几种能源物质、ATP的结构简式:AP~P~PATP的结构A:腺苷(腺嘌呤核苷)P:磷酸基团~:高能磷酸键(储存大量能量)T:三、ATP的中文全称:三磷酸腺苷(KJmol)二、ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物、元素组成:CHONPATP水解掉两个高能磷酸键后形成的一磷酸腺苷是RNA的基本单位之一。以下化合物中的含义以下化合物中的含义①腺嘌呤核糖核苷酸②腺嘌呤③腺嘌呤脱氧核苷酸④腺嘌呤ATP产生量与O供给量之间的关系曲线()在无氧条件下可通过无氧呼吸分解有机物产生少量ATP。()随O供应量增多有氧呼吸明显加强ATP产生量随之增加但当O供应量达到一定值后ATP产生量不再增加此时的限制因素可能是酶、有机物、ADP、磷酸等。ATP的功能:细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。直接供能物质还有三磷酸胞苷(CTP)、三磷酸鸟苷(GTP)、三磷酸尿苷(UTP)等。ATP的功能:ATP等同于能量吗?ATP可以水解这实际上是指ATP分子中高能磷酸键的水解。高能磷酸键水解时释放的能量多达kJmol所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。是与能量有关的一种物质不能将两者等同起来。ATP的化学性质很不稳定。在有关酶的催化下ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解。三、ATP和ADP可以迅速相互转化ATPADPPi能量、转化过程细胞内的化学反应中吸能反应一般与ATP水解的反应相联系由ATP水解提供能量放能反应一般与ATP的合成相联系释放的能量储存在ATP中。(HO)()对动物和人体内来说主要来自呼吸作用。(或C~P即磷酸肌酸转化而来)()对动物和人体内来说主要来自呼吸作用。(或C~P即磷酸肌酸转化而来)()绿色植物主要来自呼吸作用和光合作用。ADP转化成ATP所需的能量的根本来源是光能。()硫细菌、硝化细菌、铁细菌等微生物除呼吸作用还有化能合成作用(氧化分解其周围的物质)提供能量。ADP转化ATP的能量来源:磷酸肌酸如ATP一样也属于高能化合物但磷酸肌酸分解释放的能量不能直接供给生命活动的需要而只能在ATP因大量消耗而过分减少时磷酸肌酸分解释放出所储存的能量供ADP合成ATP再由ATP分解释放的能量才能直接供生命活动利用。因此ATP是生命活动的直接能源。 磷酸肌酸→肌酸Pi能量          ↓          ADPPi能量→ATPATP机械能热能渗透能电能光能转化为化学能含羞草受到刺激小叶合拢是由于复叶基部叶枕中的细胞紧张引起的不消耗ATP。(如肌细胞收缩)(如维持体温)(如主动运输)(如用于大脑思考、电鳐放电)(如萤火虫发光)(如葡萄糖和果糖合成蔗糖)ATP的利用:胃蛋白酶对蛋白质的分解过程不需要消耗ATP。.ATP合成与水解的比较ADP+Pi+能量ATP(水)ATPADP+Pi+能量ATP合成酶ATP水解酶光能(光合作用)化学能(细胞呼吸)储存在高能磷酸键中的能量储存于形成的高能磷酸键中用于各项生命活动细胞质基质、线粒体、叶绿体生物体的需能部位ATP的合成和分解并不是同时发生的细胞才能及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。ATP在细胞内含量很少且()使得细胞内ATP的含量总是处在动态平衡之中这对于生物体内部稳定的供能环境极其重要。细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性。细胞中ATP含量不会下降为注意:ATP与ADP的相互转化“物质是可逆的能量是不可逆的而且所需的()也是不同的。”转化十分迅速酶、进行的场所ATP与ADP间的转化过程不是可逆反应的原因:、反应时间不同:细胞中能量供应充足时更多地发生ATP的合成反应(物质的合成反应耗能)、反应场所不同:ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体而ATP分解发生在需要ATP供能的地方范围广。、能量来源不同:ATP水解释放的是储存在高能磷酸键内的化学能被各项生命活动所利用而合成ATP的能量主要来自有机物分解释放的化学能和光合作用中吸收的太阳能。、反应性质不同:ATP的分解为水解反应催化该反应的酶属于水解酶酶具有专一性因此反应条件不同。植物细胞产生ATP的场所是()动物细胞产生ATP的场所是()而细菌形成ATP的场所为()。光合作用的光反应产生的ATP全部用于()而细胞呼吸产生的ATP用于()。光能进入生物群落后以()的形式储存于有机物中以有机物为载体通过()流动。叶绿体、细胞质基质和线粒体细胞质基质和线粒体细胞质基质暗反应中C的还原除C还原之外的各项生命活动化学能食物链在一个长期处于生长期的森林生态系统中叶绿体形成的ATP多于线粒体及细胞质基质形成的ATP。理由是:生态系统的总能量来自生产者光合作用固定的太阳能即在叶绿体中光能转化为()。处于生长期的森林生态系统生产者光合作用产生有机物的量大于生态系统呼吸作用消耗有机物的量。ATP中活跃的化学能活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能某同学感冒发热°C伴有轻度腹泻。与病前相比此时该同学的生理状况是A、呼吸、心跳加快心肌细胞中ATP大量积累。B、汗液分泌增多尿量减少血浆Na浓度降低C、甲状腺激素分泌增多代谢增强产热量增加D、糖原合成增强脂肪分解加快尿素合成增多CBC第章细胞的能量供应和利用第章细胞的能量供应和利用第节ATP的主要来源细胞呼吸一、“呼吸”和“细胞呼吸”有什么区别?“呼吸”是指生物体或细胞吸入氧气和呼出二氧化碳的过程而“细胞呼吸”是指细胞内有机物分解释放能量的过程。“呼吸”是“细胞呼吸”的前提和基础没有呼吸过程吸入的氧气就不能进行细胞呼吸(有氧呼吸)而“细胞呼吸”是“呼吸”的继续。细胞呼吸=呼吸作用二、细胞呼吸概念:实质:氧化反应(包括有氧呼吸和无氧呼吸)呼吸作用是生物体活细胞中有机物的氧化分解、释放能量并且生成ATP的过程。又叫生物氧化。线粒体的结构:外膜内膜嵴基质含少量的DNA和RNA含与有氧呼吸有关的酶线粒体是有氧呼吸的主要场所线粒体不能直接利用葡萄糖葡萄糖不能进入线粒体(一)有氧呼吸细胞在()的参与下通过()的催化作用把葡萄糖等有机物()产生()释放能量生成()ATP的过程。同有机物在体外的燃烧相比有氧呼吸具有不同的特点:()温和条件下进行的()有机物中的能量是经过一系列的化学反应逐步释放的()这些能量有相当一部分储存在ATP中。概念:氧多种酶彻底氧化分解CO和HO大量有氧呼吸的过程(个阶段)葡萄糖的初步分解CHO酶H少量能量(ATP)场所:细胞质基质①丙酮酸彻底水解酶COH少量能量(ATP)场所:线粒体基质②H的氧化酶HO大量能量(ATP)场所:线粒体内膜③HOHOCHOCHO总反应式:这里的H是一种十分简化的表示方式。这一过程实际上是氧化型辅酶Ⅰ(NAD)转化成还原型辅酶Ⅰ(NADH)C、H、O的元素去向:C、H、O的元素去向:C:H:O:HO→O→CHO→CHO→HO→丙酮酸→H→CHO丙酮酸→COH→HOHOH→HOHO丙酮酸→COCO有氧呼吸中相关要点分析:有氧呼吸中相关要点分析:()有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式三个阶段进行的化学反应都需要()来催化。()对于真核细胞来讲有氧呼吸的场所是()主要场所是()原核细胞虽然没有线粒体但是也可进行有氧呼吸。不同的酶细胞质基质和线粒体线粒体有氧呼吸中相关要点分析:有氧呼吸中相关要点分析:()水参与的阶段为()O参与的是()。产生能量最多的阶段是()。()mol葡萄糖在体内经有氧呼吸彻底氧化分解共形成kJ的能量其中有kJ左右的能量储存在ATP中(约molATP)其余能量均以热能形式释放。()产生H的阶段为()产生水的阶段为()。有水生成的一定是()有CO生成的一定不是()。无氧呼吸产生的能量少为了维持能量的供应需要消耗更多的葡萄糖。第一阶段、第二阶段(大量)第三阶段有氧呼吸乳酸发酵第二阶段第三阶段第三阶段☆与有氧呼吸第一阶段相同葡萄糖的初步分解CHO酶H少量能量场所:细胞质基质①(ATP)(二)无氧呼吸CHO无氧呼吸的过程(个阶段)丙酮酸不彻底分解场所:细胞质基质②酶CHO(乳酸)A乳酸例:高等动物、乳酸菌、泡菜、酸菜、高等植物的某些器官(马铃薯块茎、甜菜块根等)CHOH(酒精)COB酒精例:大多数植物、酵母菌、苹果、梨、水稻。酶CHOCHOHH无氧呼吸中相关要点分析:无氧呼吸中相关要点分析:()()才叫做发酵。产生酒精的叫做酒精发酵产生乳酸的叫做乳酸发酵。动植物的无氧呼吸不能称为发酵。()无氧呼吸都只在()释放出少量的能量生成()ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在()中。()不同生物无氧呼吸的产物不同其直接原因是:催化反应的酶不同根本原因是:控制酶合成的基因不同酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸第一阶段少量酒精或乳酸()水稻等植物长期水淹后烂根的原因:无氧呼吸的产物酒精对细胞有毒害作用。()人体无氧呼吸产生的乳酸的去路:肌细胞无氧呼吸产生的乳酸绝大部分随血液进入肝脏在肝细胞中转变成丙酮酸丙酮酸可以氧化放能也可以形成新的肝糖原或葡萄糖还有极少量的乳酸通过血液循环到达肾脏后随尿排出体外。玉米种子烂胚的原因是:无氧呼吸产生的乳酸对细胞有毒害作用。细胞呼吸的意义(1)为生物体的生命活动提供能量。对植物来说主要用于细胞分裂、植株生长、矿质元素吸收、新物质的合成等。对动物体来说主要用于肌肉收缩、神经冲动的传导、生物电、合成代谢、吸收与分泌等。(2)为体内其它化合物的合成提供原料。如呼吸作用的中间产物丙酮酸可通过转氨基作用合成氨基酸丙酮酸经脱羧、脱氢后形成的乙酰辅酶A可用于合成脂肪等。细胞呼吸是细胞代谢的中心规律方法:细胞呼吸方式判断方法测定O消耗量与CO生成量的比值。()有HO生成一定是()有CO生成一定不是()有含氮废物生成的呼吸底物是()。()不消耗O释放CO()O吸收量=CO释放量()O吸收量<CO释放量()酒精量=CO量()酒精量<CO量只进行无氧呼吸只进行有氧呼吸两种呼吸方式同时进行多余CO来自无氧呼吸只进行无氧呼吸两种呼吸方式同时进行多余CO来自有氧呼吸有氧呼吸乳酸发酵含氮物质如蛋白质()当CO释放量大于O消耗量时细胞同时进行产生酒精的无氧呼吸和有氧呼吸如酵母菌在不同O浓度下的细胞呼吸。此种情况下判断哪种呼吸方式占优势可进行如下分析:①VCOVO=,②VCOVO>,③VCOVO<,有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等。无氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸。有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于无氧呼吸。曲线ABD:曲线OBCE:曲线AFCE:无氧呼吸释放的CO有氧呼吸释放的CO(O吸收量)细胞呼吸释放的COO浓度与细胞呼吸间关系的曲线图分析()A点:()C点(以后):()曲线AC段:只有产生CO不消耗O表示只进行无氧呼吸且无氧呼吸强度最大。产生CO的物质的量与吸收O的物质的量相等表示只进行有氧呼吸产生CO的物质的量比吸收O的物质的量多则两种呼吸作用同时并存O浓度与细胞呼吸间关系的曲线图分析()B点:()D(C)点:()E点:表示无氧呼吸与有氧呼吸CO的释放量相等。表示O浓度超过一定值()时无氧呼吸消失(只进行有氧呼吸)说明有O存在时无氧呼吸受抑制。表示当O浓度达到一定值时随O浓度的增加有氧呼吸不再加强。(受酶数量、ADP、磷酸等因素影响)O浓度与细胞呼吸间关系的曲线图分析()曲线AF段CO生成量急剧减少的原因:()由纵轴、CO生成量和O吸收量围成的面积:()F点:O浓度逐渐增大的过程中无氧呼吸释放的CO总量。O浓度增加无氧呼吸受抑制。表示细胞呼吸释放的CO总量最少此时有氧呼吸较弱而无氧呼吸又受到抑制有机物的消耗最少。(产生CO最少)此时最有利于蔬菜、水果的保质、保鲜。O浓度与细胞呼吸间关系的曲线图分析、人在剧烈运动时的供能情况:、人在剧烈运动时的供能情况:()人在剧烈运动时首先是ATP供能系统起作用即人体骨骼肌中的ATP直接供能。通过这个系统为剧烈运动提供能量大约维持s左右的时间如m跑比赛时的供能情况。()当剧烈运动时间稍长时(如m或m跑比赛时)主要有无氧呼吸提供能量此时ATP供能不足而有氧呼吸还没有完全发挥出来。但无氧呼吸提供的能量很少且产物是乳酸会降低内环境的pH所以无氧呼吸供能时间不可能太长。()当剧烈运动时间再长时主要由有氧呼吸提供能量此时ATP供能系统和无氧呼吸供能系统在供能过程中产生大量ADP和NADP强烈地促进有氧呼吸使得有氧呼吸迅速提高产生大量的ATP为剧烈运动提供能量。细胞呼吸产生的H是NADPH、NADH、FADH。光合作用产生的H全是NADPH。细胞呼吸和光合作用产生的H不同。ATP磷酸肌酸有氧呼吸无氧呼吸二、影响呼吸作用的因素()温度(主要影响因素)呼吸作用速率温度C呼吸作用在最适温度(~C)时最强超过最适温度呼吸酶活性下降细胞呼吸受抑制。生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果。在大棚蔬菜栽培中夜间适当降低温度减少有机物消耗以提高产量。温度主要是影响呼吸酶的活性。与温度影响酶催化效率的曲线特征一致。、O浓度CO释放量O百分比浓度在氧的浓度为时只进行了无氧呼吸浓度为以下(低氧条件下)既进行了有氧呼吸又进行无氧呼吸浓度为以上只进行有氧呼吸。耕地等则是加强根部的有氧呼吸。蔬菜、水果的保质、保鲜采用低氧()保存此时有氧呼吸较弱而无氧呼吸又受到抑制。注:红线代表有氧呼吸黑线代表有无呼吸、CO浓度CO浓度呼吸作用速率从化学平衡的角度分析CO浓度增加呼吸速率下降。在封闭的地窖中氧气浓度低二氧化碳浓度较高抑制细胞呼吸使整个器官的代谢水平降低有得于保存蔬菜和水果。、含水量呼吸作用速率含水量()在一定范围内呼吸速率随含水量的增加而加快随含量水量的减少而减弱。因此粮油种子的贮藏必须使种子含水量降低从面使细胞呼吸降至最低减少有机物消耗。二者都需在低温、高氮、高CO中储存但粮食必须晒干减少自由水含量而水果则需保鲜(需湿度适中)减少水分散失蔬菜水果保鲜需零上低温不会破坏植物组织。细胞呼吸产生的CO总量最小(有机物消耗最少)所对应的氧气浓度一般作为储存水果、蔬菜的最佳氧气浓度。三、储存水果和储存粮食的区别四、分析细胞呼吸原理的应用四、分析细胞呼吸原理的应用必修ⅠP()用透气纱布或“创可贴”包扎伤口:增加通气量抑制破伤风杆菌的无氧呼吸。()酿酒时早期通气促进酵母菌有氧呼吸有利于菌种繁殖后期密封发酵罐促进酵母菌无氧呼吸利于产生酒精()食醋、味精制作:向发酵罐中通入无菌空气促进醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌进行有氧呼吸。()土壤松土促进根细胞呼吸作用有利于主动运输为矿质元素的吸收供应能量无土栽培时要及时通入空气避免因无氧呼吸产生酒精而烂根。()贮存粮食水果的条件低氧(不是无氧)、低温但二者差别在含水量方面粮食要晒干入库水果要保持一定湿度。()提倡慢跑:促进肌细胞有氧呼吸防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀。五、探究性实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式.本实验的鉴定试剂及现象澄清石灰水溴麝香草酚蓝水溶液重铬酸钾溶液COCO酒精变混浊(据变混浊程度可确定CO多少)蓝→绿→黄(据变色的时间快慢确定CO的多少)橙色→灰绿色(酸性条件)()步骤①酵母菌培养液的配制取g新鲜的食用酵母菌分成两等份分别放入锥形瓶B和锥形瓶D中分别向瓶中注入mL质量分数为的葡萄糖溶液②检测CO的产生组装实验装置③检查酒精的产生橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇发生化学反应变成灰绿色探究酵母菌细胞呼吸的方式()现象有氧呼吸澄清的石灰水变浑浊酵母菌培养液的滤液不能使重铬酸钾的浓硫酸溶液变色无氧呼吸澄清的石灰水也变浑浊但与有氧条件相比浑浊程度轻多了酵母菌培养液的滤液使重铬酸钾的浓硫酸溶液变成灰绿色注意问题()甲图中氢氧化钠溶液的作用是什么?吸收空气中的二氧化碳保证通入石灰水的气体中的CO全部来自酵母菌的细胞呼吸从而排除空气中CO对实验结果的干扰。()怎样保证乙图中通入石灰水的CO全部来自酵母菌的无氧呼吸?实验开始时应将D瓶密封后放置一段时间以消耗完瓶中氧气然后再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶确保通入石灰水的CO是由酵母菌无氧呼吸产生的。()在实验过程中发现甲组石灰水变浑浊很快又变澄清为什么?后续通入的CO会和刚产生的碳酸钙沉淀反应形成了碳酸氢钙因而石灰水变混浊后很快又变澄清。如用溴麝香草酚蓝水溶液检测就可避免这种现象。实验中提供葡萄糖的作用是保证酵母菌的正常生活。在探究酵母菌无氧呼吸时要将酵母菌培养液封口后放置一段时间待酵母菌将瓶内氧气消耗完再用导管连接盛有澄清石灰水的锥形瓶确保是无氧呼吸产生的CO酸性重铬酸钾能和酒精反应变成灰绿色可以用于检验司机是否酒后驾车。具体做法:让司机呼出的气体直接接触用硫酸处理过的重铬酸钾如呼出的气体中含有酒精重铬酸钾就会变成灰绿色。酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下产生的CO多且快在无氧条件下进行细胞呼吸能产生酒精还产生少量CO对比实验:设置两个或两个以上的实验组通过对结果的比较分析来探究某种因素与实验对象的关系这样的实验叫做对比实验。对照实验:除了一个因素以外其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组在对照实验中除了要观察的变量外其他变量都应当始终保持相同。如图是某研究性学习小组为了探究酵母菌的细胞呼吸类型而设计的实验装置(酵母菌利用葡萄糖作为能源物质)下列有关实验装置和结果的分析错误的是A.通过装置仅仅能探究出酵母菌是否进行有氧呼吸B.用水代替NaOH溶液设置装置通过装置液滴的移动情况可以探究出酵母菌是否进行无氧呼吸C.用水代替NaOH溶液设置装置如果装置中液滴左移装置中液滴右移说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸D.用水代替NaOH溶液设置装置装置中液滴可能向左移D下列对生物细胞代谢活动的描述不正确的是 A大肠杆菌在拟核区转录信使RNAB乳酸杆菌在细胞质基质中产乳酸C衣藻进行光合作用的场所是叶绿体D酵母菌的高尔基体负责合成蛋白质E细胞呼吸必须在酶的催化下进行F人体硬骨组织细胞也进行细胞呼吸G酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸H叶肉细胞在光照下进行光合作用不进行呼吸作用DH下列关于植物光合作用和细胞呼吸的叙述正确的是A在零下低温环境有利于水果的保存BCO的固定过程发生在叶绿体中CHO分解成CO的过程发生在线粒体中C光合作用过程中光能转变为化学能细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATPD夏季连续阴天大棚中白天适当增加光照夜晚适当降低温度可提高作物产量E无氧呼吸的终产物是丙酮酸F有氧呼吸产生的H在线粒体基质中与氧结合生成水G无氧呼吸不需要O的参与该过程最终有H的积累H质量相同时脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多DH据图判断下列叙述不正确的是A.X、Y物质分别代表C和丙酮酸B.①④过程中可以产生H②过程需要消耗HC.①过程发生在线粒体基质中②过程发生在叶绿体基质中D.①②③④四个过程中没有消耗氧气但产生了氧气CD第章细胞的能量供应和利用第章细胞的能量供应和利用第节能量之源光与光合作用一、实验:绿叶中色素的提取和分离实验原理:一、实验:绿叶中色素的提取和分离()绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中所以可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。()绿叶中的各种色素都能溶解在层析液中但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反之则慢。因而不同的色素可以在滤纸上分离开来各种色素分子在滤纸上可形成不同的色素带。色素提取的原理色素分离的原理无水乙醇提取法纸层析法方法步骤:提取绿叶中的色素制备滤纸条画滤液细线分离绿叶中的色素观察与记录具体见必修ⅠP实验注意事项:实验注意事项:()实验材料的选取:选取新鲜、颜色深绿的叶片如菠菜叶目的是保证提取到较多的色素。不能用大白菜等不含叶绿素的材料。()实验中几种化学物质的作用:①无水乙醇作为提取剂可溶解绿体中的色素。②层析液用于分离色素。③二氧化硅破坏细胞结构使研磨更充分。④碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。层析液可用号汽油代替如果没有无水乙醇也可用体积分数为的乙醇但要加入适量的无水NaCO以除去乙醇中的水分。也可用丙酮代替无水乙醇但丙酮有毒研磨时需采取措施防止蒸发。实验注意事项:实验注意事项:()提取绿叶中色素的关键:①叶绿素不稳定易被破坏因此研磨要迅速、充分以保证提取较多的色素。②滤液收集后要及时用棉塞将试管口塞紧以防止滤液挥发。③称取绿叶的质量和加入无水乙醇的体积要适当以保证提取液的浓度。实验注意事项:实验注意事项:()分离绿叶中色素的关键:①滤液细线不仅要细、直而且要含有较多的色素因此要在滤液干后重复画次。使滤液细线含有既有较多的色素又使各色素扩散的起点相同。②滤纸上的滤液细线不能触及(或没入)层析液否则会使滤液中的色素溶解于层析液中滤纸上得不到色素带使实验失败。实验注意事项:实验注意事项:()操作按实验流程进行但获得色素带偏淡的原因分析:①选择的植物叶片不新鲜或是老叶色素含量少②研磨不充分或加入酒精量太多提取的色素浓度低③滤纸条不干燥④没有重复画滤液细线⑤滤液细线部分没入到层析液中实验注意事项:实验注意事项:()滤纸条上色素带的分布情况:色素带最宽(含量最多)色素带最窄(含量最少)相距最大的色素带(溶解度差异最大)相邻两色素带之间距离最大叶绿素a胡萝卜素胡萝卜素和叶绿素b胡萝卜素和叶黄素二、叶绿体中的色素叶绿素吸收红光和蓝紫光类胡萝卜素吸收蓝紫光叶绿素a(蓝绿色)叶绿素b(黄绿色)胡萝卜素(橙黄色)叶黄素(黄色)类胡萝卜素有防护多余光照伤害叶绿素的作用。除少数特殊状态的叶绿素a能吸收和转换光能外其余色素均为捕光色素。叶绿素a失去电子的叶绿素a叶绿体中的色素色素吸收、传递、转化过程中不需要酶的催化叶绿素中的吸收光谱叶绿素中的吸收光谱nm叶绿素b叶绿素a白光下光合作用效率最高可通过分析色素溶液的吸收光谱来判断色素的种类。()叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大对其他波段的光并非不吸收只是吸收量较少。()两种色素对绿光吸收最少故对光合作用最有效的光是白光最无效的是绿光。()温室大棚用无色薄膜光合效率最高绿色薄膜光合效率最低。影响叶绿素合成的因素影响叶绿素合成的因素()光照:光是影响叶绿素合成的主要条件一般植物在黑暗中不能合成叶绿素因而叶片发黄。()温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性进而影响叶绿素的合成。低温时叶绿素分子易被破坏而使叶子变黄。()必需元素:叶绿素中含N、Mg等必需元素缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成叶变黄。另外Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分缺Fe也将导致叶绿素合成受阻叶变黄。随叶龄增长叶片光合速率明显下降是因为叶绿素含量下降。类胡萝卜素的化学性质比叶绿素稳定寒冷时叶绿素分子易被破坏而类胡萝卜素较稳定显示出类胡萝卜素的颜色叶子变黄。秋天降温时植物体为适应寒冷体内积累了较多的可溶性糖有利于形成红色的花青素而叶绿素因低温逐渐降解叶子呈现红色。三、光合作用的探索历程三、光合作用的探索历程在光合作用的探索历程中科学家们利用了对照实验使结果和结论更加科学、准确。(必修ⅠP)()普利斯特利:自变量:因变量:不足:密闭的玻璃罩是否加植物蜡烛燃烧时间或小鼠存活时间缺少空白对照实验结果说服力不强三、光合作用的探索历程三、光合作用的探索历程()萨克斯:自变量:因变量:萨克斯实验中黑暗处理的目的:消耗掉叶片中原有的淀粉。是否光照(一半曝光与另一半遮光)叶片的颜色变化(是否制造出淀粉)自身对照曝光与遮光形成对照检验试剂为碘蒸气检验前用酒精水浴加热处理。目的是:溶解色素三、光合作用的探索历程三、光合作用的探索历程()鲁宾和卡门自变量:因变量:标记物质(HO与CO)O的放射性相互对照同位素标记法()卡尔文选用小球藻做实验用同位素标记法揭示了暗反应过程。()叶绿体功能的验证恩格尔曼实验水绵黑暗中观察细菌的分布好氧细菌①实验过程及现象黑暗无空气的环境中极细光束照射观察细菌的分布整个装片都暴露在光下观察细菌的分布现象:细菌分布在被光束照射的部位在光下分布在叶绿体所有受光部位。()叶绿体功能的验证恩格尔曼实验②实验分析a叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所b本实验的巧妙之处:(a)选择水绵和好氧细菌便于观察和确定产生O多的部位。(b)无空气和黑暗的环境排除了O和光的干扰(c)用极细的光束照射叶绿体可分为光照多的部位和光照少的部位相当于一组对照实验。(d)临时装片暴露在光下的实验再次验证实验结果。四、叶绿体的结构和功能分析表四、叶绿体的结构和功能分析表主要存在于绿色植物的叶肉细胞和幼茎的表层细胞中双层膜内含有几个到几十个基粒(由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。这些囊状结构称为类囊体。扩大了其受光面积)基粒之间充满了基质扁平的椭球形或球形类囊体的薄膜上分布有光合作用的色素和酶基质中有光合作用所需的酶、少量的DNA和RNA叶绿体中的色素能吸收、转化、传递光能叶绿体是进行光合作用的场所叶绿体的结构叶绿体的结构叶绿体中的色素就分布在类囊体的薄膜上。五、光合作用的过程五、光合作用的过程光合作用: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着能量的有机物并且释放出氧气的过程。光反应与暗反应的比较光、叶绿素、酶、水多种酶、ATP、H、CO叶绿体的类囊体薄膜上叶绿体的基质()水的光解HO→HO()ADPPi→ATP(光合磷酸化,需酶催化)()CO的固定:COC→C()C的还原:CH→CHOCHOH可用NADPH表达ATP和NADPH均可提供能量(不需酶催化但需光)光反应与暗反应的比较光能→电能→ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→CHO中稳定的化学能(1)光反应为暗反应提供NADPH和ATP暗反应为光反应提供ADP和Pi()没有光反应暗反应无法进行没有暗反应有机物无法合成。总之光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段暗反应是光反应的继续是物质和能量转化的完成阶段。二者是光合作用全过程的两个阶段既有区别又紧密联系是缺一不可的整体。色素分子可见光CCADPPiATPHOOH多种酶酶(CHO)HOCO

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第5章 细胞的能量供应和利用

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