2020高中生物学业水平测试复习 第5讲 细胞的能量供应和利用学案

2020高中生物学业水平测试复习 第5讲 细胞的能量供应和利用学案

第 5讲 细胞的能量供应和利用 一、酶 ‎（1）酶的本质、特性和作用（A）‎ ‎【酶的本质】：酶是由活细胞产生的具有催化活性的有机物，其中大部分是蛋白质、少量是 RNA ‎【酶的特性】：1、酶具有高效性 2、酶具有专一性 3、酶的作用条件比较温和 ‎【小结】验证酶的高效性一般用酶与无机催化剂进行比较；验证酶的专一性可采用―底物相 同酶不同‖或―酶相同底物不同‖的思路进行。‎ ‎（2）影响酶活性的因素（B）‎ 温度和 PH 值偏高或偏低，酶活性都会明显降低。在最适宜的温度和 PH 值条件下，酶的活 性最高。 过酸、过碱或温度过高，酶的空间结构遭到破坏，能使蛋白质变性失活，不可恢复。 低温使酶活性降低，但酶的空间结构保持稳定，在适宜的温度条件下酶的活性可以恢复。 酶的浓度和底物浓度也会影响化学反应速度，但是不影响酶的活性。‎ 二、解释 ATP 在能量代谢中的作用 ‎1、（了解）说出 ATP 的分子特点 元素组成：ATP 由 C 、H、O、N、P 五种元素组成 结构特点：ATP 中文名称叫三磷酸腺苷，结构简式 A—P～ P～P，其中 A 代表腺苷，P 代表磷酸基团，～代表高能磷 酸键。水解时远离 A 的磷酸键线断裂 作用：新陈代谢所需能量的直接来源，ATP 在细胞内含量很少，但在细胞内的转化速度很快。‎ ‎2、（理解）ATP 和 ADP 相互转化的过程和意义：‎ ATP 与 ADP 的相互转化 ATP 酶 ADP + Pi + 能量（1molATP 水解释放 30.54KJ 能量）‎ 10‎ ADP+Pi+能量 酶 ATP 这个过程储存能量 ‎ATP 酶 ADP+Pi+能量 这个过程释放能量 10‎ 方向从左到右时能量代表释放的能量，用于一切生命活动。‎ 方向从右到左时能量代表转移的能量，动物中为呼吸作用转移的能量。植物中来自光合作 用和呼吸作用。‎ 注：在 ATP 和 ADP 转化过程中物质是可逆，能量是不可逆的 10‎ 意义：能量通过 ATP 分子在吸能反应和放能反应之间循环流通，ATP 是细胞里的能量流通 的能量―通货‖‎ ‎3、（理解）说明 ATP 的利用 ATP 的水解过程中释放出能量，这些能量被各项吸能反应所用，如肌肉收缩、细胞分裂、主 动运输等，所有 ATP 的水解总伴随着吸能反应。 放能反应在进行的过程中释放出能量，可为 ATP 的合成提供能量，故 ATP 的合成总伴随着 放能反应的进行。‎ 三、说明细胞呼吸及其原理的应用 ‎1、（理解）概述细胞呼吸的概念 细胞呼吸是指在酶的催化作用下，把糖类等有机物氧化分解，产生 CO2 等物质，同时释放 出能量的过程。‎ ‎2、（了解）说出细胞呼吸的方式 细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸。 有氧呼吸是指细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产 生出二氧化碳和水，同时释放出能量，生成许多 ATP 的过程。 无氧呼吸指在指在无氧条件下通过酶的催化作用，细胞把糖类等有机物不彻底氧化分解，同 时释放少量能量生成少量 ATP 的过程。‎ ‎3、（理解）阐述有氧呼吸和无氧呼吸的过程及异同点 ‎（1）有氧呼吸的过程 第一阶段、C6H12O6→2 丙酮酸＋2ATP＋4［H］（在细胞质中） 第二阶段、丙酮酸＋6H2O→6CO2＋20［H］＋2ATP（线粒体基质中） 第三阶段、24［H］＋6O2→12H2O＋34ATP（线粒体内膜中）‎ ‎（2）无氧呼吸的过程 ‎①C6H12O6→2 丙酮酸＋2ATP＋4［H］（在细胞质基质中）‎ ‎②2 丙酮酸→2 酒精＋2CO2＋能量（细胞质）或 2 丙酮酸→2‎ 乳酸＋能量（细胞质基质）‎ ‎（3）有氧呼吸与无氧呼吸的异同：‎ 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 10‎ 区别 进行部位 第一步在细胞质中，然 后在线粒体 始终在细胞质中 是否需 O2‎ 需氧 不需氧 最终产物 CO2＋H2O 不彻底氧化物酒精或乳酸 可 利 用 能 ‎（ 储 存 ATP 中）‎ ‎1161KJ ‎61.08KJ 联系 把 C6H12O6----2 丙酮酸这一步相同，都在细胞质基质中进行 ‎4、说明细胞呼吸的意义 ‎⑴为生命活动提供能量 ⑵为其他化合物的合成提供原料 ‎5、举例说明光合作用原理在生产和生活中的应用 ‎（1）影响呼吸速率的外界因素：‎ ‎①温度：温度通过影响细胞内与呼吸作用有关的酶的活性来影响细胞的呼吸作用。 温度过低或过高都会影响细胞正常的呼吸作用。在一定温度范围内，温度越低，细胞呼吸越 弱；温度越高，细胞呼吸越强。‎ ‎②氧气：氧气充足，则无氧呼吸将受抑制；氧气不足，则有氧呼吸将会减弱或受抑制。‎ ‎③水分：一般来说，细胞水分充足，呼吸作用将增强。但陆生植物根部如长时间受水浸没， 根部缺氧，进行无氧呼吸，产生过多酒精，可使根部细胞坏死。‎ ‎④CO2：环境 CO2 浓度提高，将抑制细胞呼吸，可用此原理来贮藏水果和蔬菜。‎ ‎（2）呼吸作用在生产上的应用：‎ ‎①作物栽培时，要有适当措施保证根的正常呼吸，如疏松土壤等。‎ ‎②粮油种子贮藏时，要风干、降温，降低氧气含量，则能抑制呼吸作用，减少有机物消耗。‎ ‎③水果、蔬菜保鲜时，要低温或降低氧气含量及增加二氧化碳浓度，抑制呼吸作用。 四、说明光合作用以及对它的认识过程 ‎1、光合作用的认识过程 ‎（1）1771 年，英国科学家普利斯特利证明植物可以更新空气实验；‎ ‎（2）1864 年，德国科学家萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生淀粉的实验；‎ ‎（3）1880 年，德国科学家恩吉尔曼证明叶绿体是进行光合作用的场所，并从叶绿体放出氧 的实验；‎ 10‎ ‎（4）20 世纪 30 年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究证明光合作用释放的氧 气全部来自水的实验。‎ ‎（5）恩格尔曼实验的结论是：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、叶绿体中色素的种类、作用 ‎（1）种类：包括叶绿素 a、叶绿素 b 占 3/4 和 类胡萝卜素（叶黄素、胡 ① 萝卜素） 1/4‎ ‎②‎ ‎（2）色素提取实验：无水乙醇提取色素； 二氧化硅使研磨更充分；碳酸 ③‎ 钙防止色素受到破坏 ④‎ ‎（3）作用：叶绿素 a 和叶绿素 b 主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫 光。‎ ‎3、阐述光合作用的过程 ‎（1）光反应阶段 场所：叶绿体囊状结构（类囊体）薄膜上进行 条件：必须有光，色素、化合作用的酶 步骤：‎ ‎①水的光解，水在光下分解成氧气和还原氢 H2O—→2[H] + 1/2 O2‎ ‎②ATP 生成，ADP 与 Pi 接受光能变成 ATP 能量变化：光能变为 ATP 活跃的化学能 ‎（2）暗反应阶段 场所：叶绿体基质 条件：有光或无光均可进行，二氧化碳，能量、酶 步骤：‎ 10‎ ‎①二氧化碳的固定，二氧化碳与五碳化合物结合生成两个三碳化合物 ‎②二氧化碳的还原，三碳化合物接受还原氢、酶、ATP 生成有机物 能量变化：ATP 活跃的化学能转变成化合物中稳定的化学能 ‎（3）总结 项目 光反应 暗反应 区别 条 件 需要叶绿素、光、酶 不需要叶绿素和光，需要多种酶 场 所 叶绿体内囊体的薄膜上 叶绿体的基质中 物 质 变 化 ‎（1）水的光解 ‎2H2O 4[H]+O2‎ ‎(2)ATP 的形成 ADP+Pi+能量 ATP ‎（1）CO2 固定 CO2＋C5 ‎2C3 (2) C3 的还原 ‎2C‎3 （C H2O）+ C5‎ 能 量 变 化 叶绿素把光能转化为 ATP 中活跃的化学 能 ATP 中活跃的化学能转化成 ‎（CH2O）中稳定的化学能 实 质 把二氧化碳和水转变成有机物，同时把光能转变为化学能储存在有机物中 联系 光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供 ADP+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。‎ ‎4、举例说明光合作用原理的应用 ‎⑴意义：①制造有机物②转化并储存太阳能③使大气中的 CO2 和 O2 保持相对稳定。‎ ‎⑵农业生产以及温室中提高农作物产量的方法 ‎①控制光照强度的强弱 ②控制温度的高低 ③适当的增加作物环境中二氧化碳的浓度 五、研究影响光合作用速率的环境因素 ‎1、影响光合作用的因素 CO2 浓度 、温度 、光照强度对光合作用都有影响，其中光照为最关键因素 因素 图像 关键点的含义 在生产上的应用 10‎ 单 因 子 影 响 光 照 强 度 A 点光照强度为 0，此时只 进行呼吸作用，释放 CO2 的 量，表明此时的呼吸强度。 AB 段表明随光照强度加 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； B 点时， 呼吸作用释放的 CO2 全部用 于光合作用，即光合作用强 度=呼吸作用强度，称 B 点 为光补偿点(植物白天光照 强度应在光补偿点以上，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。C 点 为光合作用的饱和点。‎ ‎(1)适当提高光照强 度 ‎(2)延长光合作用时 间(例：轮作) (3)对温室大棚用无 色透明玻璃 (4)若要降低光合作 用则用有色玻 璃。如用红色玻 璃，则透红光吸 收其他波长的 光，光合能力较 白光弱。但较其 他单色光强。‎ 光 合 面 积 物 A 光合作用实际量 质 ·‎ 的 ·B 干物质量 量 C ‎·‎ 呼吸量 O 2 4 6 8 叶面积指数 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 点为光合作用面积 的饱和点，随叶面积的增大， 光合作用不再增强，原因是 有很多叶被遮挡在光补偿点 以下。OB 段干物质量随光 合作用增强而增加，而由于 A 点以后光合作用量不再增 加，而叶片随叶面积的不断 增加 OC 段呼吸量不断增 加，所以干物质积累量不断 降低如 BC 段。植物的叶面 积指数不能超过 C 点，若超 过 C 点，植物将入不敷出， 无法生活下去。‎ 适当间苗、修剪，‎ 合理施肥、浇水， 避免陡长，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。 温室栽培植物时， 可增加光合作用面 积，合理密植是增 加光合作用面积的 一项重要措施。‎ 10‎ 二 氧 化 碳 浓 CO2 是光合作用的原料，在 一定范围内，CO2 越多，光 合作用速率越大，但到 A 点 时，即 CO2 达到饱和时，就 不再增加了 温室栽培植物时适 当提高室内 CO2 的 浓度，如释放一定 量的干冰或多施有 机肥，使根部吸收 10‎ 度 的 CO2 增多。大田 生产―正其行，通其 风‖，即为提高 CO2 浓度、增加产量 温 度 光合作用是在酶催化下进行 的，温度直接影响酶的活性。 一般植物在 10℃～‎35℃‎下 正常进行光合作用，其中 AB 段(‎10℃‎～‎35℃‎)，随温度 的升高而逐渐加强，B 点 (‎35℃‎)以上光合酶活性下 降，光合作用开始下降，‎ ‎40℃‎‎～‎50℃‎光合作用几乎完 全停止 ‎(1)适时播种 ‎(2)温室栽培植物 时，白天适当提 高温度，晚上适 当降温 ‎(3)植物―午休‖现象 的原因之一 叶 龄 OA 段为幼叶，随幼叶的不 断生长，叶面积不断增大， 叶内叶绿体不断增多，叶绿 素含量不断增加，光合作用 速率不断增加。AB 段为壮 叶，叶片的面积、叶绿体和 叶绿素都处于稳定状态，光 合速率也基本稳定。BC 段 为老叶，随叶龄的增加，叶 片内叶绿素被破坏，光合速 率也随之下降 农作物、果树管理 后期适当摘除老 叶、残叶及茎叶蔬 菜及时换新叶，都 是根据其原理。又 可降低其呼吸作用 消耗有机物 矿 质 元 素 矿质元素是光合作用的产物——葡萄糖进一步合成许多有 机物时所必需的物质。如缺少 N，就影响蛋白质(酶)的合成； 缺少 P 就会影响 ATP 的合成；缺少 Mg 就会影响叶绿素的 合成 合理施肥可促进叶 片面积增大，提高 酶的合成率，提高 光合作用速率 多 因 子 影 响 图 像 含 义 P 点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，‎ 光合速率不断提高。当到 Q 点时，横坐标所表示的因子，不再是影响光合速率的 因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示的其他因子 10‎ 应 温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高 10‎ 用 光合速率，也可同时适当充加 CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适 当增加光照强度和 CO2 浓度以提高光合作用速率。总之，可根据具体情况，通过 增加光照强度，调节或增加 CO2 浓度来充分提高光合效率，以达到增产的目的 ‎2.农业生产以及温室中提高农作物产量的方法（B）‎ 延长光照时间 如：补充人工光照、多季种植（轮作）‎ 增加光照面积 如：合理密植、套种（间作） 光照强弱的控制：阳生植物（强光），阴生植物（弱光）‎ 增强光合作用效率 适当提高CO2浓度：施农家肥、使用CO2发生器 适当提高白天温度（降低夜间温度）；‎ 必需矿质元素的供应 六、生物的代谢类型 ‎1.自养生物：可将 CO2、H2O 等无机物合成葡萄糖等有机物，如绿色植物，硝化细菌（化能 合成）‎ ‎2.异养生物：不能将 CO2、H2O 等无机物合成葡萄糖等有机物，只能利用环境中现成的有机 物来维持自身生命活动，如许多动物。‎ 10‎