(完整版)第四章生命的物质变化和能量转换

1、 第4章生命的物质变化和能量转换一、生物体内的化学反应：1新陈代谢同化作用：生物体不断地从外界摄取营养物质，将它们转变为自身的物质，并贮存能量的过程。1.2异化作用：生物体不断地将自身的物质分解以释放能量，并将代谢终产物排出体外的过程。注意新陈代谢类型的描述：先讲同化后讲异化；同化类型有自养和异养两种，异化类型有需氧、厌氧和兼氧三种。2合成反应和分解反应2.1合成反应：由小分子形成大分子的化学反应。如：有机物中的脱水缩合反应，单糖f多糖；氨基酸f蛋白质；核苷酸f核酸；甘油和脂肪酸f脂肪等。2.2分解反应：由大分子形成小分子的化学反应。2.2.1水解反应:需要特定的水解酶参与，并消耗水的分解反应

2、。如：多糖f单糖；蛋白质f氨基酸；核酸f核苷酸；脂肪f甘油+脂肪酸；核苷酸f磷酸+五碳糖+含氮碱基2.2.2氧化分解反应：反应过程中不消耗水分子；如：葡萄糖f2丙酮酸+4H+能量注意分清是水解（初步水解还是彻底水解）还是氧化分解，一般讲的代谢终产物为氧化分解终产物。3生物催化剂酶3.1酶的概念：酶是由活细胞产生的具有催化功能的生物大分子。3.2化学本质：大多数是蛋白质，少数是RNA。3.3酶的特点3.3.1高效性：其活性（即酶的催化效率）一般是无机催化剂的1071013倍。实验4.1探究酶的高效性实验实验原理：实验目的：知道酶的催化功能及催化的高效性。酶是生物催化剂，能催化h2o2分解产生o2

3、泡，o2能使带火星的木条复燃。因此，可通过产生的氧气泡的多少和木条的复燃情况，判断酶和F3+（无机离子）催化效率的高低。材料选择：详见P58仪器试剂：详见P58实验方法：准备试管f加材料和试剂f观察记录实验结果：见下表加入材料（mL）试管号123453%的HO2222222蒸馏水0.5新鲜猪肝匀浆0.53.5%FeCl溶液30.5经高温处理的猪肝匀浆0.5经高温处理的3.5%FeCl溶液30.5产生气泡数量无气泡大量气泡少量气泡无气泡少量气泡带火星木条复燃情况无复燃复燃变亮无复燃变亮讨论说明无催化剂，反应缓慢，不易觉察新鲜猪肝中含h2O2酶，可咼效催化HO分解无机催化剂Fe3+能催化HO分解但

4、22催化效率低酶是蛋白质，高温下失去活性高温不影响无机催化剂Fe3+的活性实验结论：酶具有催化功能；酶的催化具有高效性；高温使酶失活。要说明酶的催化具有高效性，可选择试管1、2、3要说明酶在高温下失去活性，可选择试管1、2、4要说明酶的催化具有专一性，应如何设计实验？。3.3.2专一性：一种酶只能催化一种或一类物质的合成反应或分解反应。原因：这由酶本身的分子结构所决定，酶分子上特定的活性部位只有与其所催化的物质（底物）在结构和形状上完全契合时才能起催化作用。3.4酶的命名和种类（繁多）：习惯上根据酶的来源以及它们所催化的底物来命名。例如：唾液淀粉酶等3.5酶的作用场所：细胞内、外都可以3.6影

5、响酶活力的因素：3.6.1温度：绘制温度与反应速度的曲线（注意横坐标、纵坐标的表示，横坐标的010203040&0蘆（匸）数值，注意高温使酶永久失活，低温使酶暂时失活，因此低温可保存酶）3.6.2PH值：绘制Ph值与反应速度的曲线关系（注意口腔、胃、小肠中酶的PH值）4.生命活动的直接能源一一ATPATP的全称：腺苷三磷酸ATP结构简式：APPP（高能磷酸键的数量，及断裂的顺序）注意高能磷酸键和普通化学键的表示；A腺苷、T三个、P磷酸基。厂ATP与ADP的相互转化表示式及生物学意义（注意能量的不同）ATP水解的意义：为生命活动直接提供能量。合成ATP的能量来源：植物来自光合作用和呼吸作用，动物

6、来自呼吸作用（即有机物的氧化分解）。注意能源物质或能源类相关题目：太阳能一能量的最终来源；葡萄糖一主要能源物质；脂肪、淀粉、糖原一储能物质;ATP直接能源物质。4.4产生ATP的场所：线粒体、叶绿体的类囊体、细胞质基质4.5光反应中产生的ATP用于暗反应，呼吸作用产生的ATP用于除光合作用外的其他生命活动。二、光合作用1.研究历史：（注意不同实验的设计及其验证，实验装置图的结构，注意对照组的设立）时间科学家实验内容结论1642年比利时范赫尔蒙特柳树增重实验植物（柳树）增重全部来自于水1771年英国化学家普里斯特利绿色植物可以改善污浊的空气或绿色植物在烛光下产生了蜡烛燃烧所需的物质1779年荷兰

7、科学家英格豪斯LriH-CC绿色植物只有在光下才能改善污浊的空气1864年光合作用产物中有淀粉德国生理学家萨克斯E4-n林也#1晝謹1939年美国科学家鲁宾和卡门同位素示踪实验時背（用180分别标记H20和C02）光合作用释放的氧气来自于水20世纪40年代美国科学豕卡尔文同位素示踪实验（用14C标记CO）探明C02转化成有机物的途径奥悔熨*怀腔叶绿体及其色素2.1叶绿体一光合作用的场所2.1.1双层膜：能控制物质进出叶绿体。2.1.2基粒：由多个类囊体重叠而成，类囊体是由膜围成的空心饼状结构,膜上含有与光合作用（光反应）有关的色素和酶。2.1.3基质：含有与光合作用有关的酶（暗反应）。2.2色

8、素:2.2.1种类:叶绿素a:叶绿素Y叶绿体中的色素I叶绿素b:蓝绿色*黄绿色-主要吸收红橙光和蓝紫光-胡萝卜素:橙黄色类胡萝卜素主要吸收蓝紫光I叶黄素:黄色-2.2.2功能：选择吸收光谱（见上面）。所有色素吸收的光能都要传递给叶绿素a才能用于光合作用。2.2.3含量：绿叶中一般叶绿素含量是类胡萝卜素的4倍（叶片大多是绿色的原因）。当叶片衰老或环境条件不良时（如干旱、高温、寒冷等，叶绿素比类胡萝卜素更容易被破坏。光合作用的过程（注意反应流程图的绘制，光反应与暗反应在反应部位、反应条件、反应阶段中的反应物、产物的区别，光反应与暗反应的联系与实质，各阶段的名称）3.1光合作用的反应方程式用线桥法表

9、示元素的来源去路（注意反应条件、各物质系数）光能反应式：6C0+12HOC6HO+6H0+602212622叶绿体3.2光合作用过程物质变灼水的光解02全来自水r光反应fLatp的形成nAdph的形成光合作用过程能量变化：光能一电能一活跃的化学能L暗反咛能量变化：活跃的化学能一稳定化学能L物质变化IC0的固定：C+C0-2C2523IC的还原C还原形成糖类和C还原形成C化合物5光合作用场所，光反应在叶绿体的类囊体上暗反应在叶绿体基质3.3光合作用概念绿色植物吸收并利用光能，将C02和H20合成贮能的有机物并释放02,将光能转变成化学能的过程。3.4光反应力可暗反应比较比较光反应暗反应部位叶绿体

10、内基粒的片层结构薄膜上叶绿体基质中条件光、（叶绿体色素、酶）C02、（酶、H和ATP）物质变化1水的光解:2H色素詈的光駕4H+0+4e；2酶22ATP的形成：ADP+Pi芭素婆的光駕ATP酶3NADPH的形成：NADP+H+2W酶NADPH1、C0的固定：22、C还原生成CH0:361263、C还原形成C35产物H(NADPH)、ATP和02NADP、ADP、CH0、磷酸基626能量变化一部分光能转化为活跃的化学能活跃的化学能转变为稳定的化学能联系光反应中为暗反应提供ATP、NADPH；暗反应为光反应补充NADP、ADP、Pi3.5光合作用的实质:光反应把光能转变成活跃的化学能，暗反应把二氧

11、化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。影响光合作用的因素4.1内部因素：叶绿体含量、植物发育的阶段（一般在幼苗期光合作用较弱，现蕾开花期光合作用最强,衰老、成熟期光合作用逐渐减弱。倒4-23蕖巨叶片光合進木与光愿叹車芸忑4.2外部因素：光照强度、CO2浓度、温度、无机离子等。4.2.1光照强度：影响光反应。在一定的光照条件下，光合速率随着光照强度的增大而提高；当光照强度增大到一定程度时，光合速率不随光照强度的增大而提高，趋于稳定。4.2.2CO2浓度：影响暗反应。曲线类似于光照强度对光合作用的影响曲线。4.2.3温度：影响酶活性。光合作用的最适温度一般是25-

12、30C。4.2.4无机离子：N、P、Mg、K等。4.2.5水分：是光合作用的原料，当植物缺水时，还会引起气孔关闭，导致CO减少而影响光合作用。实验4.3叶绿体中色素的提取和分离2学会色素的提取和分离的方法与技能；了解叶绿体色素的种类。可用无水乙醇提取叶绿体中的色素。叶绿体中二辄化磋啟醱钙实验目的：S14叶晁体色丰提甌和井禺愎作辛总图卜主貞啖收蓝悄Jt/叶M爲前也丿二叶猱索包惟垛色主電哑收如庖光一德需划线实验原理：叶绿体中各种色素不溶于水而易溶于有机溶剂,的各种色素随着层析液在滤纸条上扩散的速度是不同的，这样，运用纸层析法可以使叶绿体中的不同色素在扩散中被分离开来。实验材料：新鲜的绿色叶片（如菠

13、菜、青菜等）仪器试剂：详见P66实验方法：称量一剪碎（加少量CaCO3、石英砂、无水乙醇）一研磨一过滤一划线一层析一观察加CaCO3目的：防止叶绿素被破坏；加石英砂目的：便于研磨；加无水乙醇目的：提取叶绿体色素实验结果：（见右图）思考：1.滤液成淡绿色的原因可能有哪些？2滤液细线为何要画得细而直，并重复多次？3.滤纸上画的滤液细线为什么不能接触到层析液？实验4.4探究影响光合作用的因素实验目的：学会利用真空渗水法排除叶肉细胞间隙中空气的方法，了解影响光合作用的主要外界因素。实验原理：利用真空渗水法排除叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中,植物吸收CO2放出O2，由于

14、O2在水中的溶解度很小，主要积累在细胞间隙，结果可使原来下沉的叶片上浮。因此，2根据叶圆片上浮所需时间长短，能比较光合作用的强弱。4.0%D3%1L0%WaHCO3浓度材料选择：叶龄相当的蚕豆叶片仪器试剂：详见P73实验方法：（影响因素以CO2为例）排气（使叶圆片下沉）一加不同浓度NaHCO3溶液一光照一观察记录一分析结果3一得出结论杯号条件不同时间（min）叶圆片上浮数量叶圆片平均上浮时间（min）温度光照NaHCO浓度35101520注：如用太阳光照，建议观察记录时间改为每分钟记录一次为好，这样可提高精确度。三、细胞呼吸1概念和类型：1.1概念：有机物在细胞内经一系列氧化分解，最终生成CO

15、2或其它产物，释放能量并生成ATP的过程。1.2类型：细胞的有氧呼吸和无氧呼吸。2有氧呼吸：2.1概念：是指生物细胞在有氧条件下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出大量CO2和水，同时释放出大量能量的过程。2.2场所：先在细胞质基质内，后在线粒体内（主要在线粒体）2.3过程第一阶段第二阶段第三阶段名称糖酵解三羧酸循环氧化磷酸化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、02产物和能量变化丙酮酸、H、ATP（少）C02、H、ATP（少）HQ、ATP（多）实质在生物体内氧化分解有机物，并且释放能量的过程2.4方程式：C6H12O6+6O2+6H2O一2+1

16、2钛0+能量（大量）3无氧呼吸：3.1概念：是指生物细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。3.2场所：始终在细胞质基质内进行3.3过程：分为两个阶段第一阶段：糖酵解；第二阶段：还原C3H4O3（丙酮酸）为酒精和CO2（例：高等陆生植物、酵母菌）或乳酸（人体骨骼肌细胞、乳酸杆菌、马铃薯块茎、玉米的胚等）原因：酶的不同3.4方程式：C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2+能量（少量）C6H12O6一2C3H6O3（乳酸）+能量（少量）4.有氧呼吸和有氧呼吸的比较比较类型有氧呼吸无氧呼吸区别反应场所细胞质基质和线粒体始终在细胞质基

17、质内进行反应条件需02、酶不需02、需酶有机物分解情况彻底分解，产生co2、h2o不彻底酒精和CO2，如高等植物水淹时乳酸，如乳L酸菌、马铃薯块茎，骨骼肌能量变化释放能量多释放能量少联系都经过第一阶段糖酵解，并且都是氧化分解有机物释放能量的过程5呼吸作用的意义：为生物体（或细胞）的各项生命活动提供能量；能为体内其它化合物的合成提供原料。6光合作用和呼吸作用的比较：比较类型光合作用呼吸作用（有氧）区别代谢类型同化作用（合成代谢）异化作用（分解代谢）进行场所叶绿体内进行所有活细胞内都可进行所需条件需要光有光无光都冃匕进仃物质变化将无机物合成有机物将有机物分解成无机物能量变化将光能转变成稳定的化学能

18、将稳定的化学能转变成ATP中能量和热能实质合成有机物，贮存能量分解有机物，释放能量联系光合作用为呼吸作用提供有机物和02,呼吸作用为光合作用提供CO27.影响呼吸作用的外界因素：温度、水分、02和CO2浓度等演示实验酵母菌的呼吸方式实验目的：认识酵母菌在不同的供氧条件下呼吸方式的类型，及呼吸方式对酵母菌生长的影响。实验原理：酵母菌为兼气性微生物，在有氧或无氧的条件下分别进行有氧呼吸或无氧呼吸，产生相应的代谢产物如co2、酒精等，通过测定产物的不同，来推知酵母菌的呼吸方式的不同。实验材料：鲜酵母培养液（或酵母干粉）仪器试剂：试管、铁架台（一整套）、烧杯、5%葡萄糖溶液、石蜡油、0.5%BTB溶液、蒸馏水等（详见