1、第五章第五章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用第一节第一节 降低化学反应活化能的酶降低化学反应活化能的酶一、酶的作用和本质1细胞代谢(1)场所：活细胞内。(2)实质：各种化学反应的总称。(3)意义：细胞生命活动的基础。2酶在细胞代谢中的作用比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验原理： 过氧化氢在水浴加热、 FeCl3溶液中的 Fe3和肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解。(2)实验步骤和实验现象试管步骤相同处理向 4 支试管中分别加入 2 mL 过氧化氢溶液不同处理不处理放在 90 左右的水浴 中 加 热滴入2滴FeCl3溶液滴入 2 滴肝脏研磨液现象气泡基本无少较多很多带火星卫生
2、香无复燃有复燃复燃性较强复燃性很强(3)实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高。3控制变量和对照实验(1)自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量。(2)因变量：因自变量改变而变化的变量叫作因变量。(3)无关变量：除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量。控制变量的科学方法：（4）对照实验：除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。对照实验的类型和对照组、实验组的判断对照实验的类型和对照组、实验组的判断：1空白对照设置两组实验，其中施加实验变量(要研究的因素)处理的为实验组，常态或未
3、施加实验变量(要研究的因素)处理的为对照组。自变量为实验变量的有无。一般验证性实验采用空白对照。2相互对照设置三组以上的实验，每一组既作为实验组，同时又是其他组的对照。自变量为实验变量的不同量度(或类别)。一般“探究最适(佳)条件”的实验采用相互对照。3自身对照实验组、 对照组在同一实验对象上进行， 即实验处理前的为对照组， 处理后的为实验组，自变量为实验变量的处理与否，如“探究植物细胞的吸水和失水”实验。4条件对照增设了与实验变量无关的一组实验。 常结合空白对照进行， 具有反证或加强作用。 如“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中：以蝌蚪为实验材料，甲组(实验组)饲喂甲状腺激素；乙组(条
4、件对照组)饲喂甲状腺抑制剂；丙组(空白对照组)对蝌蚪不做任何处理。通过比较、 对照更能充分说明实验变量甲状腺激素有促进动物生长发育的作用。 条件对照的目的是通过对比得出相对立的结论，以验证实验结论的正确性。二、酶的作用原理和本质1酶的作用原理(1)活化能：指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。(2)原理：同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。(3)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。分析：(1)表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是 AC 段。(2)表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是 BC 段。(3)酶降低的活化能是 AB 段。(4)
5、若将酶变为无机催化剂，则 B 在纵轴上向上移动。2酶的作用及本质（1）科学史概括：（2）酶的本质产生场所：活细胞中。生理作用：催化作用。化学本质：绝大多数是蛋白质，少数是 RNA。师说重难师说重难1酶的概念理解化学本质大多数是蛋白质少数是 RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成场所核糖体主要在细胞核来源一般活细胞均能产生生理功能具有生物催化作用2证明某种酶是蛋白质的实验思路实验组：待测酶液双缩脲试剂是否出现紫色反应。对照组：已知蛋白液双缩脲试剂出现紫色反应。三、酶的特性三、酶的特性1、酶的概念：一般来说，酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大部分酶是蛋白质。2、酶的特性（1）酶具有高效性含
6、义：酶的催化效率是无机催化剂的 1071013倍。意义：使细胞代谢快速进行。例如例如： 在比较肝脏研磨液(过氧化氢酶)和 FeCl3对过氧化氢的催化效率实验中(如图)， 试管甲产生的气泡比试管乙多，说明与无机催化剂相比，酶的催化作用具有高效性。（2）酶具有专一性含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。意义：使细胞代谢能够有条不紊地进行。实验探究：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验探究：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验验证：淀粉和蔗糖不是还原糖，但淀粉水解后会生成麦芽糖，蔗糖水解后会产生葡萄糖和果糖，麦芽糖、葡萄糖、果糖都是还原糖。下表为比较新鲜唾液(唾液淀粉酶)对淀粉和蔗糖的催化作用实验，请分
7、析：试管编号操作步骤12可溶性淀粉溶液2 mL蔗糖溶液2 mL新鲜的淀粉酶溶液2 mL2 mL2 支试管内的液体混合均匀后，60 保温 5 min新配制的斐林试剂2 mL2 mL煮沸 1 min观察溶液颜色的变化注：1 号试管中淀粉被水解，2 号试管中蔗糖没有被水解。说明淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的催化作用具有专一性。碘液只能检测淀粉是否被水解，蔗糖分子是否被水解都不会使碘液变色。酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应，如肽酶，催化的是一类反应，也说明其具有专一性。酶具有专一性及其原理：提示： 图中 A 表示酶， B 表示被 A 催化分解的底物， E、 F 表示 B
8、被分解后产生的物质，C、D 表示不能被 A 催化的物质。（3）酶的作用条件较温和1探究温度对酶活性的影响试管步骤1122333%的可溶性淀粉溶液2 mL2 mL2 mL2%的淀粉酶溶液1 mL1 mL1 mL不同温度下处理 5 min100 (或 0 )600 (或 100 )将同一温度下的两种物质混合后保温 5 min滴加碘液1 滴1 滴1 滴结果(现象)变蓝不变蓝变蓝结论酶的催化作用需在适宜的温度下进行，温度过高或过低都会影响酶的活性提示：预热到同一温度再混合保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度。探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，而过氧化氢在高温时会分解，影响对实验结
9、果的分析。不能用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响。在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中不能用斐林试剂来检测。 斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成， 而该实验需严格控制不同温度。2探究 pH 对酶活性的影响步骤试管编号12320%的肝脏研磨液1 mL1 mL1 mL蒸馏水1 mL0.01 mol/L 的氢氧化钠溶液1 mL0.01 mol/L 的盐酸溶液1 mL3%的过氧化氢溶液2 mL2 mL2 mL振荡试管结果有大量气泡产生无明显气泡无明显气泡提示：酶发挥催化作用需要适宜的 pH，pH 偏高或偏低都会使酶活性降低。酶的作用具有高效性， 在调节 pH 之前在加入肝脏研磨液
10、后， 直接加入 3%的过氧化氢溶液，试管中已经发生了剧烈反应，会影响实验结果。淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应，不能选用淀粉酶和淀粉作为实验材料。3、酶的作用条件较温和酶活性：酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示（图 2） ，或者到达反应平衡点所需要的时间表示（图 1） 。酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的(图 3)。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活(如 c 或 f)。低温只能使酶的活性降低(如a 或 d)，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。曲线分析b 点：最适温度；e 点
11、：最适 pH。偏离 b 点或 e 点：酶的活性降低。过酸、过碱或温度过高：酶失活。4.用曲线模型表示影响酶促反应的因素1反应物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系(图 1、2)(1)图 1： 在其他条件适宜、 酶量一定的情况下， 酶促反应速率随反应物浓度增加而加快，但当反应物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。(2)图 2：在反应物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。2温度和 pH 与酶促反应速率的关系(图 3)(1)图 3：温度和 pH 是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的；反应物浓度和酶浓度是通过影响反应物与酶的接触来影响酶促反应速率的，并不影响酶
12、的活性。(2)图 3：反应溶液 pH 的变化不影响酶作用的最适温度；反应溶液温度的变化也不改变酶作用的最适 pH。四、细胞代谢有序进行的原因1原因：细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。2实例：植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内， 这样， 光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，就可以互不干扰了。第二节第二节 细胞的能量细胞的能量“货币货币”通货通货 ATPATP一、ATP 是一种高能磷酸化合物，是驱动细胞生命活动的直接能源物质。1ATP 的结构(1)中文名称：腺苷三磷酸。(2)结构简式：APPP。(3
13、)符号含义：A 代表腺苷，P 代表磷酸基团，“”代表高能磷酸键， “”代表普通磷酸键。变式训练变式训练 1：提示：图中分别表示腺苷、AMP(腺苷一磷酸、腺嘌呤核糖核苷酸)、ADP(腺苷二磷酸)和 ATP(腺苷三磷酸)，其中(腺嘌呤核糖核苷酸)是组成 RNA 的基本单位之一。2不同化合物中“A”的辨析化合物结构简式“A”含义共同点ATP腺苷(由腺嘌呤和核糖组成)所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤DNA腺嘌呤脱氧核苷酸RNA腺嘌呤核糖核苷酸核苷酸腺嘌呤2ATP 的特点(1)不稳定：末端磷酸基团有一种离开 ATP 而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。(2)高能量：ATP 水解释放的能量高
14、达 30.54 kJ/mol，是细胞内的一种高能磷酸化合物。3ATP 的功能ATP 能够直接为生命活动提供能量，是驱动细胞生命活动的直接能源物质。二、ATP 和 ADP 可以相互转化1相互转化的反应式：。2转化的过程(1)ATP 的化学性质不稳定，在有关酶（ATP 水解酶）的催化作用下，ATP(APPP)分子中远离 A 的那个高能磷酸键容易断裂，远离 A 的那个磷酸基团就脱离下来，形成游离的 Pi(磷酸)，同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP 就转化成 ADP(分子简式：APP)。(2)在有关酶（ATP 合成酶）的催化作用下，ADP 可以接受能量，同时与一个游离的 Pi结合，重新
15、形成 ATP(APPP)。3ATP 水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能，释放出来后供各项生命活动利用；合成 ATP 的能量主要来源于呼吸作用分解的有机物中的化学能和光合作用吸收的光能。4相互转化的特点(1)ATP 和 ADP 相互转化时刻不停地发生，且处于动态平衡之中。(2)ATP 和 ADP 相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，体现了生物界的统一性。5合成 ATP 的能量来源(1)绿色植物：呼吸作用、光合作用。(2)动物、人、真菌和大多数细菌等：呼吸作用。三、ATP 的利用1ATP 利用的实例2ATP 功能的原理ATP 水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化， 这些
16、分子被磷酸化后， 空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。例如：例如：ATP 为主动运输供能3ATP 是细胞内流通的能量“货币”(1)化学反应中的能量变化与 ATP 的关系：吸能反应：一般与 ATP 的水解相联系放能反应：一般与 ATP 的合成相联系(2)能量通过 ATP 分子在吸能反应和放能反应之间流通。师说重难师说重难1ATP 与 ADP 的相互转化是不可逆的过程2.细胞的能源物质归纳(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。(2)主要能源物质：糖类。(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。(4)主要储能物质：脂肪。项目ATP 的合成ATP 的水解反应
17、式ADPPi能量酶ATPATP酶ADPPi能量酶的类型ATP 合成酶ATP 水解酶能量来源光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)储存在高能磷酸键中的能量能量去路储存于形成的高能磷酸键中用于各项生命活动反应场所细胞质基质、线粒体、叶绿体生物体的需能部位(5)直接能源物质：ATP。(6)最终能量来源：太阳能。（7）ATP 是生命活动最主要的直接能源物质，但不是唯一的直接能源物质，除 ATP 外，还有 UTP、GTP 和 CTP。UTP 是由一个尿嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的；GTP 是由一个鸟嘌呤、一个核糖、三个磷酸连接而成的；CTP 是由一个胞嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的。每个分子去掉
18、两个磷酸后都是构成 RNA 的基本单位，它们的关系如下图所示：这四种物质中，其中 ATP 是生物体的直接能源物质，就是说你在运动，吸收氨基酸、葡萄糖等营养物质时都会消耗 ATP，ATP 是能量“货币”。GTP 可用于合成蛋白质，CTP可用于合成脂质，UTP 可用于合成多糖。另外，ATP 中的核糖若改变为脱氧核糖，就转变为 dATP(脱氧腺苷三磷酸)。第二节第二节 细胞呼吸的原理和应用细胞呼吸的原理和应用一、呼吸作用的实质：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，也叫细胞呼吸。二、探究酵母菌细胞呼吸的方式1实验原理(1)酵母菌的代谢类型：在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。(2)细胞呼吸方
19、式的判断：在有氧和无氧条件下，细胞呼吸的产物不同，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。2检测细胞呼吸产物所用试剂与实验现象检测产物所用试剂实验现象二氧化碳澄清的石灰水变混浊溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄酒精(浓硫酸)重铬酸钾溶液橙色变成灰绿色实验分析：1变量的控制及实验操作(1)本实验的自变量为氧气的有无，因变量为是否有 CO2和酒精的产生。(2)甲装置中，质量分数为 10%的 NaOH 溶液的作用是除去空气中的 CO2，以保证第三个锥形瓶中澄清石灰水变混浊是由于酵母菌有氧呼吸产生的 CO2所引起的。(3)甲装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。(4)B 瓶刚
20、封口后， 有氧气存在， 酵母菌进行有氧呼吸， 一段时间后， B 瓶中的氧消耗完，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶，可确保是无氧呼吸产生的 CO2通入澄清的石灰水。(5)将葡萄糖溶液加热煮沸后，葡萄糖溶液中的细菌会被杀死，可排除其他微生物对实验结果的影响；加热煮沸时，可排出溶液中的 O2；若不冷却直接加入，温度过高会将酵母菌杀死。2代谢产物的鉴定(1)CO2可使澄清的石灰水变混浊， 也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。 根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中 CO2产生量的多少。(2)酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生 CO2，故不能以 CO2的产生为指标来确
21、定酵母菌的细胞呼吸方式。应以酒精为指标，因为酵母菌只有进行无氧呼吸时才能产生酒精。3实验结论(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。(2)在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水。(3)在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。对照实验与对比实验1对照实验如果两组实验中，除了一个因素不同外，其余因素都相同，那么这两组实验称为对照实验。对照实验一般要设对照组和实验组。一般来说，保持原有状态的组作为对照组，人为改变条件的组作为实验组； 或者是已知实验结果的组作为对照组， 未知实验结果的组作为实验组。2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
22、分析， 来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验称为对比实验。对比实验结果事先一般均未知。对比实验不设对照组，均为实验组(或互为实验组和对照组)，是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”。对比实验对比实验二、有氧呼吸1主要场所线粒体(1)写出图中序号代表的结构名称：外膜；嵴；内膜；线粒体基质。细胞质基质(2)与有氧呼吸有关的酶分布在：、。2过程第一阶段第二阶段第三阶段场所细胞质基质线粒体基质线粒体内膜反应物葡萄糖丙酮酸、水H、O2生成物丙酮酸、H、ATPCO2、H、ATPH2O、ATP能量少量能量少量能量大量能量2化学反应式：C6H12O66H2O6O2酶6CO212H2O能量(3
23、8ATP)。3.有氧呼吸三个阶段： （注：3 个阶段的各个化学反应是由不同的酶来催化的）C6H12O6酶2C3H4O3(丙酮酸)+4H+少量能量 (2ATP)2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O酶2OH+6CO2+少量能量 (2ATP)24H+6O2酶12H2O+大量能量(34ATP)注：H是一种简化的表达方式。这个过程，实际上是指氧化型辅酶（NAD+）转化成还原型辅酶（NADH）。4概念：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，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量 ATP 的过程。5.5.意义：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。6.元素去向：三、
24、无氧呼吸1类型及反应式2场所：细胞质基质。3过程(1)第一阶段：与有氧呼吸的第一阶段完全相同。(2)第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和 CO2，或者转化成乳酸。4.意义：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）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。四、比较有氧呼吸与无氧呼吸1.比较有氧呼吸和无氧呼吸的相同点和不同点项目有氧呼吸无氧呼吸不同点条件需氧不需氧场所细胞质基质和线粒体细胞
25、质基质分解程度葡萄糖被彻底分解葡萄糖分解不彻底产物CO2、H2O乳酸或酒精和 CO2释放能量大量少量相同点反应条件需酶和适宜温度本质氧化分解有机物，释放能量，合成 ATP过程第一阶段完全相同意义为生物体的各项生命活动提供能量2细胞呼吸中H和 ATP 的来源和去路来源去路H有氧呼吸：C6H12O6和 H2O 无氧呼吸：C6H12O6有氧呼吸：与 O2结合生成水无氧呼吸：还原丙酮酸ATP有氧呼吸：三个阶段都产生无氧呼吸：只在第一阶段产生用于各项生命活动五、细胞呼吸的概念：细胞呼吸指有机物在细胞内进过一系列的氧化分解， 生成二氧化碳或其他产物， 释放能量并生成 ATP 的过程。六、细胞呼吸原理的应用
26、1包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布。2酿酒时要先通气后密封，通气的目的是让酵母菌进行有氧呼吸并大量繁殖，密封的目的是让酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵。3对花盆里的土壤经常进行松土透气。4粮食储藏需要的条件是(零上)低温、低氧和干燥；蔬菜、水果储藏的条件是(零上)低温、低氧和适宜的湿度。5.有氧运动。拓展应用：拓展应用：结合生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解，回答下列问题：(1)苹果储藏久了，会有酒味产生，其原因是发生了图中过程；而马铃薯块茎储藏久了却没有酒味产生，其原因是马铃薯块茎在无氧条件下进行了图中过程。(均填图中序号)(2)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大的现象，其原因是种子在有氧呼
27、吸过程中产生了水。(3)1 mol 葡萄糖有氧呼吸能释放 2 870 kJ 的能量， 而 1 mol 葡萄糖在分解生成乳酸以后，只释放 196.65 kJ 的能量，其中只有 61.08 kJ 的能量储存在 ATP 中。据此分析在进行无氧呼吸过程中， 葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向分别是什么？提示：无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要转移到乳酸或酒精中没有释放出来；而葡萄糖氧化分解释放的能量主要以热能形式散失了。(4)运动成为当今人们生活的一种时尚，人在剧烈运动时，会因骨骼肌进行无氧呼吸积累过多的乳酸而感到肌肉酸痛。 健身教练提倡有氧运动， 请根据有氧呼吸和无氧呼吸的产
28、物及释放能量多少的角度分析原因？提示：有氧呼吸的产物是 CO2和 H2O，对于机体的影响较小，且有机物中的能量全部释放。 而无氧呼吸产物中的乳酸对机体不利， 且有机物中的能量仅释放一部分。所以提倡有氧运动。七、影响细胞呼吸的环境因素及应用1氧气(1)曲线分析：由曲线可知，O2是有氧呼吸所必需的，且 O2对无氧呼吸有抑制作用。O2浓度0 时，只进行无氧呼吸；0O2浓度10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸；O2浓度10%时，只进行有氧呼吸；O2浓度为 5%时，有机物消耗最少，利于储存粮食、水果。(2)应用中耕松土促进植物根部有氧呼吸无氧发酵过程需要严格控制无氧环境低氧仓储藏粮食、水果和蔬菜2.温度
29、(1)温度主要通过影响呼吸酶的活性， 进而影响呼吸作用。 在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强；但超过一定的温度，酶的活性下降，甚至会变性失活，从而使呼吸作用减弱直至停止(2)应用低温储存食品大棚栽培在夜间和阴天适当降温温水和面发酵快3.二氧化碳(1)CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行(2)应用：适当增加 CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜3水分(1)在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。当含水量过多时，呼吸速率减慢，甚至停止。(2)应用粮食在收仓前要进行晾晒处理干种子萌发前进行浸泡处理八、细胞呼吸类型的判断与实验探究(一)“三
30、看法”判断呼吸的类型1一看反应物和产物(1)消耗氧气或产物中有水，一定是有氧呼吸。(2)产物中有酒精或乳酸，一定是无氧呼吸。2二看物质的量的关系有氧呼吸总反应式：C6H12O66H2O6O2酶6CO212H2O能量(38ATP)。无氧呼吸总反应式：C6H12O6酶2C3H6O3（乳酸）能量(2ATP)或 C6H12O6酶2CO22C2H5OH(酒精)能量(2ATP)(1)无 CO2产生：乳酸发酵。(2)不消耗 O2，但产生 CO2：酒精发酵。(3)消耗 O2量产生 CO2量：有氧呼吸。(4)消耗 O2量4/3有氧呼吸无氧呼吸V(CO2)/V(O2)无氧呼吸3三看反应的场所(1)真核生物体内若只
31、在细胞质基质中进行，则为无氧呼吸。(2)若有线粒体参与，则存在有氧呼吸。(二)设计实验探究细胞呼吸类型1实验设计欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例)：2实验结果预测和结论实验现象结论装置 1 液滴装置 2 液滴不动不动只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡不动右移只进行产生酒精的无氧呼吸左移右移进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸左移不动只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸特别提醒为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置 2 相比，不同点是用煮熟的发芽种子代替发芽种子，其余均相同。第四节光合作用与能量转化一、太阳光能的输入、
32、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。二、捕获光能的色素和结构绿色植物的绿叶，叶肉细胞的叶绿体。光合色素分布于叶绿体类囊体薄膜上。三、绿叶中色素的提取和分离1提取绿叶中的色素(1)原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。(2)实验步骤2分离绿叶中的色素(1)原理：不同色素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。(2)实验步骤归纳拓展归纳拓展：绿叶中色素提取和分离实验的异常现象分析：(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。一次加入大量的无
33、水乙醇，色素溶液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。(2)滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。(3)滤纸条看不到色素带：忘记画滤液细线；滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。二、绿叶中色素的种类及叶绿体的结构和功能1色素的种类、含量、颜色及吸收光谱种类叶绿素(占 3/4)类胡萝卜素(占 1/4)叶绿素 a叶绿素 b胡萝卜素叶黄素颜色蓝绿色黄绿色橙黄色黄色吸收光谱主要吸收蓝紫光和红光主
34、要吸收蓝紫光2叶绿体色素的功能及应用(1)叶绿体色素的主要功能是吸收、传递和转化光能。(2)植物绿叶呈现绿色的原因是其对绿光的吸收较少，绿光被反射出来。秋天叶片变黄的原因：低温破坏了叶绿素，呈现出了类胡萝卜素的颜色。部分植物叶片变红的原因：低温破坏了叶绿素，呈现出液泡中花青素的颜色。(3)在农业生产中，温室大棚应使用无色透明的塑料薄膜或玻璃，因为它们能让所有的光都透过，效果最好；若为大棚内植物补充光照，应选择补充红光或蓝紫光，因为相同强度的红光或蓝紫光，比白光的光合作用强度要高。三叶绿体的结构适合进行光合作用1.叶绿体的结构(1)形态：一般呈扁平的椭球形或球形。(2)结构：（3）功能：绿色植物
35、进行光合作用的场所。2.实验实验分析分析：(1)恩格尔曼的第一个实验中，需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，如果把装置放在光下，细菌则分布在所有受光的部位。该实验可以得出氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。(2)恩格尔曼在选材、实验设计上巧妙之处有：实验材料选择水绵和需氧细菌：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰。用极细的光束点状投射：叶绿体上可分为获得光照多和获得光照少的部位，相当于一组对照实验。进行黑暗、局部光照和曝光对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的等。(3)在第二个实验中，大
36、量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。(4)综合上述资料，叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。四、光合作用的原理四、光合作用的原理1光合作用的概念(1)场所：绿色植物的叶绿体。(2)能量来源：光能。（3）反应式：CO2H2O光能光能叶绿体叶绿体(CH2O)O2。2探索光合作用原理的部分实验科学家实验过程及现象实验结论希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出氧气光合作用释放的 O2来自水；氧气的产生和糖类的
37、合成不是(填“是”或“不是”)同一个化学反应鲁宾和卡门H182OCO2植物18O2_H2OC18O2植物O2光合作用释放的 O2中的氧元素来自水阿尔农在光照下，叶绿体可合成 ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随水的光解可合成 ATP五、光合作用的过程1反应式：CO2H2O光能叶绿体(CH2O)O2。2过程NADPH， 2C3， ADPPi， O2， (CH2O)。3光反应与暗反应的比较项目光反应暗反应（卡尔文循环卡尔文循环/碳反应碳反应）场所类囊体的薄膜上叶绿体基质中条件需光不需要光物质变化H2O光能HO2能量；NADPH能量NADPH；ADPPi能量 酶ATPCO2C5酶2C3； 2C3N
38、ADPH、ATP酶(CH2O)C5能量变化光能ATP 和 NADPH 中的化学能ATP 和 NADPH 中的化学能(CH2O)中的化学能4联系：物质联系：光反应生成的 ATP 和 NADPH 供暗反应 C3的还原，而暗反应为光反应提供了 ADP、Pi 和 NADP。能量联系： 光反应为暗反应提供了活跃的化学能， 暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。注：注：(1)暗反应有光无光都能进行，那么暗反应不能较长时间在黑暗条件下进行。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的 NADPH 和 ATP。(2)标记18O：H218O18O2C18O2C3(CH218O)(3)标记14
39、C：14CO214C3(14CH2O)。师说重难师说重难1明确光反应与暗反应的联系(1)光反应为暗反应提供 NADPH、ATP，暗反应为光反应提供 NADP、ADP 和 Pi。(2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。2. 环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。示例：CO2供应正常，光照停止时 C3的含量变化(2)物质含量变化条件C3C5NADPH (H)和 ATP模型分析光照由强到弱，CO2供应不变增加减少减少或没有光照由弱到强，CO2供应不变减少增加增加光照不变，CO2由充足到不足减少增加增加光照不变，CO2由不
40、足到充足增加减少减少特别提醒 以上各物质的变化是相对含量的变化， 不是合成速率， 而且是在条件改变后的短时间内发生的。在以上各物质的含量变化中：C3和 C5含量的变化是相反的，即 C3增加，则 C5减少；NADPH 和 ATP 的含量变化是一致的，即都增加，或都减少。六、光合作用原理的应用1光合作用强度(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。(2)影响因素只要是影响到光合作用的原料、 动力、 场所、 酶的活性等的因素都会影响光合作用强度：原料水、CO2，如环境中 CO2浓度、土壤中水分含量等。动力光能，如光照的强弱、长短以及光的成分等。场所叶绿体，如无机营养、病虫害等。酶影响酶
41、活性的因素，如温度等。2探究环境因素对光合作用强度的影响实验流程：（1）实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内小圆形叶片上浮的数量越多。（2）实验流程（3）实验结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数量越多，说明一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度不断增强。（4）在实验中，叶片下降的原因是细胞间隙充满水，光照后叶片叶片进行光合作用，细胞间隙又充满气体，叶片上升。拓展：拓展：影响光合作用的因素影响光合作用的因素1光照强度曲线模型模型分析曲线对应点细胞生理活动ATP 产生场所植物组织外
42、观表现图示A 点只进行细胞呼吸，不进行光合作用只在细胞质基质和线粒体从外界吸收 O2， 向外界排出 CO2AB 段(不含 A、B 点)呼吸量光合量细胞质基质、线粒体、叶绿体从外界吸收 O2， 向外界排出 CO2B 点光合量呼吸量与外界不发生气体交换B 点之后光合量呼吸量从外界吸收 CO2，向外界释放 O2。 此时植物可更新空气应用温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示，间作套种农作物，可合理利用光能2.CO2浓度原理CO2影响暗反应阶段，制约 C3的形成曲线模型及分析图 1 中 A 点表示 CO2补偿点， 即光合速率等
43、于呼吸速率时的 CO2浓度，图 2 中 A点表示进行光合作用所需 CO2的最低浓度。B 和 B点都表示 CO2饱和点应用在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大 CO2浓度，提高光合速率3温度原理温度通过影响酶的活性影响光合作用曲线模型及分析AB 段：在 B 点之前，随着温度升高，光合速率增大 B 点：酶的最适温度，光合速率最大 BC 段：随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 左右光合速率几乎为零应用温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，提高植物有机物的积累量4矿质元素曲线模型原理矿质元素是参与光合作用的
44、许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。例如，N 是酶的组成元素，N、P 是 ATP 的组成元素，Mg 是叶绿素的组成元素等曲线分析应用在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，植物发生渗透失水而导致植物光合作用强度下降在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高光能利用率方法规律1.多因素对光合作用影响的曲线分析方法解答受多因素影响的光合作用曲线题时， 找出曲线的限制因素是关键。 具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化， 将多因素转变为单一因素， 从而确定限制因素。当曲线上标有条件
45、时，说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提，如最适温度下测得，则应该考虑温度以外的影响因素。2. 呼吸速率、净光合速率和总光合速率的表示方法(1)呼吸速率的表示方法：将植物置于黑暗环境中，测定单位时间实验容器内 CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。(2)净光合速率和真正光合速率净光合速率：常用一定时间内 O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。真正光合速率：常用一定时间内 O2产生量、CO2固定量或有机物产生量(或制造量)表示。3光合速率与呼吸速率的关系下图 1 表示光照强度与 CO2的吸收速率的关系，图 2 表示线粒体与叶绿体的关系。结合图 2 与图
46、1 中的曲线分析如下：(1)图 1 中 A 点光照强度为 0，只进行呼吸作用，与图 2 中乙对应。OA 代表呼吸速率。(2)图 1 中 AB 段由于光照强度较弱， 光合速率小于呼吸速率， 所以呼吸作用释放的 CO2一部分被叶绿体吸收，另一部分释放出去，与图 2 中甲对应。(3)图 1 中 B 点表示光合速率与呼吸速率相等，表现为既不吸收 CO2也不释放 CO2，与图 2 中丙对应。B 点对应的光照强度为光的补偿点。(4)B 点以后，由于光照强度继续增大，光合速率大于呼吸速率，呼吸作用释放的 CO2不能够满足光合作用的需求，表现为从外界吸收 CO2，与图 2 中丁对应；C 点以后，光照强度再增加
47、，光合速率不再增大，C 点对应的光照强度称为光的饱和点；OD 为净光合速率。由以上分析可知：真正光合速率净光合速率呼吸速率。4利用装置图法测定植物光合速率与呼吸速率(1)装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时，NaOH 溶液可吸收容器中的 CO2；在测净光合速率时，NaHCO3溶液可提供 CO2，保证了容器内 CO2浓度的恒定。(2)测定方法将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。将同一植物(乙装置)置于光下一定时间， 记录红色液滴移动的距离， 计算净光合速率。根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。(3)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。二、化能合成作用1化能合成作用(1)概念：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。(2)实例：硝化细菌能利用土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而氧化成硝酸(HNO3)。这两个化学反应中所释放的化学能将 CO2和 H2O 合成为糖类，供自身利用。2光合作用与化能合成作用的比较项目光合作用化能合成作用生物类型绿色植物和光合细菌硝化细菌等能量来源光能体外物质氧化释放的化学能相同点能将无机物合成有机物，并储存能量
