必修一细胞代谢复习课件

细胞的新陈代谢,一、细胞中的能源物质,（一）细胞中的ATP,ATP三磷酸腺苷，A腺苷，T三，P磷酸基,1.ATP的结构,腺嘌呤,核糖,腺苷,三个磷酸基,APPP,ATP结构简式：,高能磷酸键,（30.54KJ/mol),资料1：纯净的ATP是白色粉末，能够溶于水，可作为一种药品，ATP片剂可以口服，而ATP注射液可以肌肉注射或静脉滴注。主要是用于辅助治疗肌肉萎缩、脑溢血后遗症、心肌炎等疾病。分析讨论：为什么口服ATP片剂后，可以迅速改善病人能量供应不足的状况？,ATP是直接能源物质，且是小分子有机物，无需消化就可以被直接吸收，能迅速到达所需部位。,资料2：ATP中两个高能磷酸键水解过程中，释放的能量是一般共价键的2倍以上，如ATP水解生成ADP和磷酸时，释放的能量约30.5kJ/mol，而6-磷酸葡萄糖水解成葡萄糖和磷酸时，释放的能量只有13.8kJ/mol。含有高能磷酸键的化合物成为高能化合物。分析讨论：ATP为生命活动提供动力，有什么优势？,与一般化学键相比，高能磷酸键水解时能迅速释放出更多的化学能，决定了ATP供能时快速而高效。,2.ATP与ADP的相互转化,A-PPP,A-PP+Pi,H2O,H2O,能量,用于各种耗能的生命活动,肌肉收缩,细胞分裂,主动运输,神经冲动的传导,合成大分子物质,生物发光,能量,水解酶,合成酶,光能,光合作用,化学能,糖类、脂肪、蛋白质,CO2、H2O、尿素,细胞呼吸,（生物氧化）,ATPH2OADPPi能量,酶,意义：ATP在细胞中含量很少，但通过与ADP的相互转化，使细胞内的ATP总是处于动态平衡之中，从而保证了细胞能量的持续供应。,资料3：ATP末端的高能磷酸基，在一定条件下容易水解生成ADP和Pi放出能量，ADP和Pi也很易再捕获能量重新生成ATP。ATP在细胞内形成不到1min的时间就要发生转化，一个成年人在静止状态下，24h内竟有40kg的ATP发生转化。分析讨论：ATP作为生命活动的直接能源物质，是否在细胞中含量很多？细胞处在不同的生理状态时，细胞内的ATP含量是否差别很大？,ATP在细胞中的含量很少。但通过ATP与ADP的相互转化，既保证了细胞内ATP含量的相对稳定，有保证了细胞能量的持续供应。,ATP与ADP的相互转化中，两反应有什么不同？,ATP(+H2O),ADP+Pi+能量,酶1,酶2,1.反应条件不同。酶1属于水解酶类，酶2属于合成酶类。,2.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；细胞中耗能反应多时，更多地进行ATP的水解反应。,3.反应场所不同。ATP合成的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体；分解场所在细胞膜、叶绿体基质、细胞质基质、细胞核等等耗能的场所。,4.能量不同。ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的能量，直接转化成其他各种形式的能量，用于各种生命活动；合成ATP的能量主要来自于呼吸作用中有机物的氧化分解和光合作用中光能的转化。,有机物中的化学能,ATP+H2O,ADP+Pi,酶1,酶2,能量,能量,光能,（光合作用）,（细胞呼吸）,生命活动,主动运输,物质合成,肌肉收缩,细胞分裂,3.ATP的生理作用,所有生物生命活动的直接能源物质,ATP含量稳定、移动迅速、供能高效，是细胞内能量释放、转移和利用的中心物质，其他能源物质含有的能量都要先转移到ATP中才能被生命活动利用。,生物体内能量的转变过程：,光能,ATP,ATP,有机物,能量,生命活动,直接能源物质，能量“通货”-ATP,主要能源物质-糖类,主要储能物质-脂肪,能量最终来源-太阳能,糖类、脂肪和蛋白质作为能源物质使用时的顺序：糖类脂肪蛋白质,二、酶在代谢中的作用,（一）酶的概念,产生场所：活细胞,作用：催化作用,化学本质：生物大分子,蛋白质（绝大多数）,RNA（少数）,作用场所：体内体外条件适宜即可,（二）酶的特性,1.高效性：少量酶可以迅速催化大量底物反应,原理：（1）酶使底物彼此靠近，提高反应中心局部区域的底物浓度。,（2）使底物分子中的敏感键发生“变形”，从而容易断裂。,（3）更显著地降低反应的活化能，底物可以越过较低的“能阈”而形成产物。,S（底物）ESEEP（产物）,活泼的中间产物,探究活动：比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率,过氧化氢是生物的代谢中的一种常见产物，由于其含有大量没有配对的电子，极易与生物体中的有机分子发生氧化还原反应，破坏内环境的稳定。过氧化氢酶可以促进过氧化氢的分解，有利于生物的正常生活。,（二）酶的特性,2.专一性：一种酶只能催化一种或一类底物的反应,原理：一把“钥匙”开一把“锁”，结构上契合。,只能催化一种反应的酶：过氧化氢酶、脲酶、麦芽糖酶等,能催化一类反应的酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶能催化多种蛋白质的水解,探究活动：探究唾液淀粉酶的专一性,（二）酶的特性,3.反应条件温和：,保证反应在常态下进行，不对生命体产生损伤。,01020304050,（三）影响酶活性的因素,1.温度,最适温度,最适温度：在一定条件下，每种酶在某一特定的温度时活性最大，该温度称为酶的最适温度。在达到最适温度前，酶的活性随温度的升高而升高，超过最适温度，酶的活性随温度的升高而降低，直至完全失活。,低温使酶的活性降低，但不破坏酶的结构，温度升高后，酶的活性可恢复；高温（一般超过60）破坏酶的空间结构，使酶不可逆的失活。,温度(),酶活性,探究活动：温度、pH对酶活性的影响,1.温度对唾液淀粉酶活性的影响,实验步骤：,（4）向各试管滴加碘液，观察颜色变化。,实验结论及分析：,特别提醒：低温和高温对酶活性影响的不同,表格：温度对唾液淀粉酶活性的影响,实验过程中应注意的问题：,1、在利用唾液淀粉酶进行的“温度对酶的催化效果”的探究中，试剂必须使用碘液，不能使用班氏试剂。,原理：I2+H2O=HI+HIO在酸性溶液中，上述反应受到抑制，碘不褪色。在碱性溶液中，上反应生成的酸与碱反应，向正反应方向进行，碘褪色。,2、在利用唾液淀粉酶进行的“pH值对酶的催化效果”的探究中，试剂必须使用班氏试剂，而不能使用碘液。因为碘液在碱性环境中会褪色，不会出现实验现象。,原理：班氏试剂需要高温水浴，在加热的过程中会逐渐升温，如果试验温度对酶来说过低，温度的升高可能使原先不发生的反应由于酶活性的恢复而重新发生，这里的表现就是淀粉重新分解，从而不会出现试验现象。,（三）影响酶活性的因素,2.pH,pH,最适pH：在一定条件下，每种酶在某一特定的pH时活性最大，该pH称为酶的最适pH。酶对环境这的pH十分敏感。酶只有在一定pH范围内才能表现活性。即使在这个有限的pH范围内，酶的活性也要随环境pH的变动而有所不同。,一般来说，酶的最适pH在48之间，pH过高过低都会破坏酶的空间结构从而使酶失活。,胃蛋白酶的最适pH：1.9唾液淀粉酶的最适pH：7.1,胰蛋白酶的最适pH：8.1,探究活动：pH对唾液淀粉酶活性的影响,三、光合作用,（一）光合作用的发现,1.1642海尔蒙特（比利时）H2O是合成植物体的原料,2.1771普里斯特利（英）植物能“净化”空气（放氧）,1779英格豪斯（英）植物只能在光下“净化”空气,3.1864萨克斯（德）光合作用产物有淀粉，条件需要光,4.1880恩吉尔曼（德）叶绿体是光合的场所，光是条件,5.1941鲁宾和卡门（美）光合作用产物O2中的O全部来自H2O。,同位素示踪法：是利用放射性元素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法。能准确定量地测定代谢物质的转移和转变。,实验：,准备甲、乙两套装置（甲装置的槽里盛的是氢氧化钠溶液，吸收二氧化碳，乙装置的槽里盛的是清水），把它们同时放在黑暗处一昼夜，然后一起移到光下。几小时以后，检验甲、乙装置里的叶片中产生淀粉的情况，发现乙有淀粉产生。,结论：光合作用需要CO2,叶绿体,（二）光合作用概念和总反应式,反应物：CO2和H2O,总反应式：CO2+H2O（CH2O）+O2,光能,CO2+2H2O（CH2O）+O2+H2O,光能,叶绿体,光合作用是自然界最基本的物质和能量代谢。,植物通过叶绿体捕获和利用太阳光能，把二氧化碳和水合成有机物，将光能转化为化学能贮存在有机物中，并释放氧气的过程。,产物：糖类等有机物和O2,场所：叶绿体,动力：太阳能,（三）质体,质体,叶绿体：叶绿素、类胡萝卜素,有色体：类胡萝卜素,白色体：无色素,膜上有色素和光反应的酶，是光反应的场所,基质,叶绿体,双层膜：选择性控制物质进出,类囊体,基粒,基质：,有暗反应的酶，是暗反应的场所；有少量DNA和RNA、核糖体，能自主合成自身的一部分蛋白质，有一定遗传自主性,（四）叶绿体的结构,胡萝卜素,（五）叶绿体中的色素,叶绿体中的色素,叶绿素,类胡萝卜素,叶绿素a,叶绿素b,（3/4）,（1/4）,（3/4）,（1/4）,叶黄素,（2/3）,（1/3）,蓝绿色,黄绿色,黄色,橙黄色,主要吸收红光和蓝紫光,主要吸收蓝紫光,叶绿体中色素具有吸收、传递和转化光能的功能。同时根据功能的不同，可将其分为两类：,1、天线分子：全部类胡萝卜素、叶绿素b和绝大部分叶绿素a作用：吸收、传递光能,2、少数特殊状态的叶绿素a作用：接收、转化光能。在受到光照时，叶绿素a的高能电子被激发，与叶绿素a脱离，叶绿素a变成强氧化剂，从水分子中夺取电子，恢复稳态。水则被裂解成质子H和氧气。,实验：叶绿体色素的提取和分离,目的要求：1、掌握提取和分离叶绿体色素的方法2、了解叶绿体中色素的种类,实验原理：1、提取原理：叶绿体中的两类色素都不溶于水，而溶于有机溶剂，所以可以用丙酮（有毒）或无水乙醇等有机溶剂提取色素。2、分离原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，因而它们随层析液在滤纸条上的扩散速度也不同，经过一段时间后，可将各种色素分开。,实验程序：（一）提取色素1、取材、称量、去主脉、剪碎。取材原则：新鲜浓绿的叶片（也可将叶片烘干后磨成粉末提取）2、研磨：石英砂的作用：增加摩擦力，使研磨更充分。碳酸钙粉的作用：中和细胞液中的酸性物质，防止叶绿素遭破坏。纸的作用：避免叶绿素见光分解。丙酮（无水乙醇）的作用：溶解并提取色素。快速而充分研磨的目的：使色素充分溶解在溶剂中同时防止溶剂挥发。,实验：叶绿体色素的提取和分离,（二）分离色素-纸层析法4、制备滤纸条：铅笔划线的目的：标记画滤液细线的位置。,3、过滤、收集滤液：试管口塞上脱脂棉的目的：防止溶剂挥发。试管避光保存目的：防止叶绿素见光分解。,注意：吸取层析液的纸带的两端一定要剪去两角，否则会发生边缘效应。即层析液在滤纸两侧扩散的快，在中间部分扩散得慢，使得提取出的色带不平直。,活动程序：（二）分离色素5、画滤液细线：目的：将色素转移到滤纸条上。注意事项（1）尽量画得细且直；（2）重复画线，目的是增加滤纸条上的色素，注意每次重复画线前都必须在前一次画的线干燥后进行，否则细线会化开。注意：划线一定要用铅笔，不能用钢笔或圆珠笔。否则实验结束后，纸带上会多出一条呈墨水颜色的色带。6、层析：层析液不能没过滤液细线的原因：如果没过滤液细线，细线中色素将会溶解在层析液中，不会在滤纸上扩散。,烧杯口要盖上培养皿盖的原因：防止层析液挥发。7、观察实验结果：,胡萝卜素（橙黄色）,叶黄素（黄色）,叶绿素a（蓝绿色）,叶绿素b（黄绿色）,滤液细线,思考：如果是圆形滤纸结果会怎样？,C5,2C3,O2,H2O,光反应,暗反应,（六）光合作用的过程,酶,酶,酶,酶,多种酶,固定,还原,更新,类囊体膜,叶绿体基质,CO2,C5,C3,O2,H2O,（CH2O）,e,H+,ATP、NADPH,ADP、NADP+,光反应,暗反应（卡尔文循环）,光,光能,电能,活跃化学能,稳定化学能,CO2和H2O,（CH2O）和,O2,注：在有机化学反应中，得氢得电子即为被还原，得氧为被氧化。,（二磷酸核酮糖）,RuBP,（3-磷酸甘油酸）,PGA,NADP+2eH+NADPH,酶,光反应,场所：叶绿体类囊体的膜上,条件：光、色素、酶,物质变化：,2H2O4H+4eO2,光,ADPPi电能ATP,酶,能量变化：光能电能ATP、NADPH中活跃的化学能,暗反应,场所：叶绿体基质中,条件：酶,物质变化：,CO2,C5,2C3,（CH2O),固定,还原,ATP、NADPH,更新,能量变化：ATP、NADPH中活跃的化学能,有机物中稳定的化学能,（七）影响光合作用的因素,1.叶龄,叶龄,光合速率,随着叶龄的增大，叶的面积逐渐增大，叶内叶绿体的数量和叶绿素的含量都不断增加，光合效率也随之增加，到成熟时达到最大光合效率，之后随着叶片的衰老，叶绿素不断被分解，光合作用效率随之下降。,内部因素：,2.色素（主要限制光反应）,3.酶、C5（主要限制暗反应）,1.光照强度,A,光补偿点,B,光饱和点,光强,吸收,CO2,CO2,放出,净光合速率,在一定范围内，光合作用速率随着光照强度的增加而加快，在光补偿点，光合速率等于呼吸速率，当超过光饱和点后，光合速率不再随光照强度增加而增加。（此时主要受酶和色素的含量、温度、CO2浓度等因素的限制）,阳生植物,阴生植物,外界因素,2.CO2浓度,CO2饱和点,A,CO2浓度,0,光合速率,CO2含量很低时，绿色植物不能制造有机物，只有当外界CO2浓度达到一定值后，光合作用才启动、在一定浓度范围内，随着CO2浓度的增加，光合作用速率加快，到了CO2饱和点后，光合作用不再随CO2浓度的增加而增加。（此时主要受光照强度、酶和色素的含量、温度等其他因素的限制）,阳生植物,阴生植物,最适温度,温度,光合速率,3.温度,温度影响酶的活性，从而也影响光合速率。在一定温度范围内，光合速率随着温度的升高而加快，在最适温度下，光合速率最快，之后随着温度的升高，光合作用的速率下降。,4.水分,水是光合作用重要的反应物，又可影响气孔的开闭，间接影响CO2的吸收，还可影响光合产物的运输，从而影响光合速率。（反应产物的浓度过高会减慢反应的进行）,5.矿质元素,矿质元素直接或间接地影响光合速率,N:光合作用酶、色素、ATP、NADPH的组成成分,P:光合膜的基本支架磷脂、ATP、NADPH的组成成分,K:影响糖类的转变和运输，间接影响光合速率,Mg:叶绿素的组成成分,（八）光合作用的意义,1.制造有机物,2.转变光能,3.环境保护,4.推动生物进化,水生,陆生,无氧呼吸型,有氧呼吸型,光合作用（O2）,光合作用（O2）,(九）化能合成作用,除了绿色植物，自然界中少数种类的细菌，虽然细胞中没有叶绿素，不能进行光合作用，但是能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，如硝化细菌。,CO2+H2O(CH2O)+O2,光能,化学能,NH3HNO3,光合作用,化能合成作用,自养生物：能直接利用无机物合成自身有机物的生物，如绿色植物（光能自养型）和硝化细菌等（化能自养型生物）。,异养生物：只能利用现成的有机物来合成自身有机物的生物，如人、动物、真菌和大多数细菌。,四、细胞呼吸,（一）细胞呼吸类型,需氧型生物：绝大多数动物和植物等。（只能生活在氧气充足的环境中，以有氧呼吸为主。但在缺氧情况下，局部组织也可进行无氧呼吸）,兼性厌氧型生物：酵母菌等。（在有氧、无氧环境下都能生活，能进行有氧和无氧呼吸。）,厌氧型生物：破伤风杆菌、乳酸菌和动物体内多数寄生虫（蛔虫）等。（只能进行无氧呼吸，在有氧环境下，其呼吸受抑制。）,生物的代谢类型（根据呼吸方式的不同分）：,（二）细胞呼吸的主要场所线粒体,外膜,内膜,嵴,基质,双层膜：,基质：有有氧呼吸第二阶段所需的酶，是有氧呼吸第二阶段反应的场所；有少量DNA和RNA、核糖体，有一定的遗传自主性,外膜：选择性控制物质进出,内膜：折叠成嵴，增大酶的附着面积，其上有有氧呼吸第三阶段所需要的酶，是有氧呼吸第三阶段反应的场所,C6H12O6,2、有氧呼吸的过程,6CO2,12H2O,线粒体,细胞质基质,C3H4O3,有氧呼吸三个阶段的比较,细胞质基质,主要是葡萄糖,丙酮酸、H、ATP,少量,丙酮酸、H2O,CO2、H、ATP,少量,H、O2,H2O、ATP,大量,线粒体基质,线粒体内膜,C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量,酶,3、有氧呼吸的总反应式和能量变化,1mol葡萄糖经过有氧呼吸可释放2870kJ的能量，其中有1161kJ左右的能量储存在ATP中，其余以热能形式散失，效率在40%左右（不计恒温动物保持体温所利用的能）。,酶2,（三）无氧呼吸,1、无氧呼吸的过程,C6H12O6,2丙酮酸,4H,能量（少）,热能,ATP,酶1,2C2H5OH（酒精）+2CO2,2C3H6O3（乳酸）,产酒精的：多数植物组织，酵母菌等。,产乳酸的：人、动物，马铃薯块茎、玉米的胚、甜菜块根，乳酸菌等。,细胞质基质,2、无氧呼吸的总反应式和能量变化,C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量,酶,C6H12O62C3H6O3+能量,酶,1mol葡萄糖经过无氧呼吸产生乳酸释放196.65kJ的能量（产生酒精可释放225.94kJ），其中有61.08kJ左右的能量储存在ATP中，其余以热能形式散失，丙酮酸中未释放的能量都转移到了酒精或乳酸中。,有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系：,不同点,相同点,场所,条件,产物,能量,联系,实质,有氧呼吸,无氧呼吸,细胞质基质和线粒体,细胞质基质,需分子氧、酶,不需分子氧、需酶,CO2、H2O,酒精和CO2或乳酸,大量,少量,从葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同,分解有机物，释放能量，合成ATP,（四）影响细胞呼吸的因素：,1、O2的浓度,CO2释放总量,（O2吸收量）,有氧呼吸中CO2释放量,无氧呼吸中CO2释放量,环境中O2浓度,A,B,O2浓度低时，无氧呼吸强，O2浓度高时