细胞代谢课件

嵩阳(sōnɡyánɡ)高中谷晓沛第一页，共七十五页。代谢：生物体所进行的全部物质和能的变化的总称新陈代谢是最基本的生命活动(huódòng)，是生物的重要特征细胞是进行新陈代谢的基本单位细胞(xìbāo)代谢细胞通过代谢，从环境中取得(qǔdé)能和各种必需的物质，维持自身高度复杂的有序结构，并保证细胞生长、发育和分裂等活动的正常进行第二页，共七十五页。细胞代谢重点：细胞呼吸和光合作用生物所利用的能量(néngliàng)，都直接或间接地来自太阳光 光合作用：直接利用太阳光的过程 细胞呼吸：间接利用太阳光的过程细胞(xìbāo)代谢第三页，共七十五页。细胞代谢能是作功的本领生物体内作的功多种多样：物质流动、肌肉(jīròu)收缩、生物体各部分乃至整个生物体的运动、细胞内各式各样物质的合成等作功都要消耗能量，没有能，生物就不可能存活能：动能和势能能与细胞(xìbāo)

动能：两腿运动、鸟扇动双翅

势能：细胞中的分子(fēnzǐ)，由于其中原子的排列而具有势能，称为化学能，是生物体内最重要的能量形式第四页，共七十五页。细胞代谢热力学定律能量可以从一种形式转变为另一种形式，生命活动依赖于能量的转变生物体是开放(kāifàng)体系，不断与环境之间进行物质和能量的交换热力学定律： 宇宙中的总能量不变 能量转变导致宇宙的无序性（熵）增加能与细胞(xìbāo)第五页，共七十五页。细胞代谢热力学定律细胞利用有序性低的原料制造高度(gāodù)有序的结构，一个生长中的细胞或生物体是一个熵值不断减少的独立王国，生存于熵值不断增加的宇宙之中能与细胞(xìbāo)第六页，共七十五页。细胞代谢生物体中能的转换(zhuǎnhuàn)能与细胞(xìbāo)能的转换发生部位化学能转换为渗透能肾化学能转换为机械能肌细胞、纤毛上皮细胞化学能转换为辐射能萤火虫发光器官化学能转换为电能神经、脑、味觉感受器光能转换为化学能叶绿体声能转换为电能内耳光能转换为电能视网膜第七页，共七十五页。细胞代谢吸能反应和放能反应化学反应可分为吸能反应和放能反应两类吸能反应：反应产物分子中的势能比反应物分子中的势能多

光合作用是生物界最重要(zhòngyào)的吸能反应放能反应：产物分子中的化学能少于反应物分子中的化学能

细胞呼吸产生能量，但大部分以ATP的形式贮藏，供细胞各种活动所需能与细胞(xìbāo)第八页，共七十五页。细胞代谢ATP是细胞(xìbāo)中的能量通货ATP：三磷酸腺苷能与细胞(xìbāo)ATP戊糖含氮碱基——腺嘌呤3个磷酸根ATPADP+Pi+能第九页，共七十五页。细胞代谢ATP是细胞中的能量(néngliàng)通货ATP循环：通过ATP的合成和水解使放能反应释放的能量用于吸能反应的过程能与细胞(xìbāo)第十页，共七十五页。细胞代谢酶（enzyme）：生物催化剂，加速生物体内化学反应的进行在非细胞条件下酶也能发挥作用酶能降低反应(fǎnyìng)所需的活化能，所以能加速化学反应的进行酶第十一页，共七十五页。细胞代谢酶促反应的特点催化效率高，提高化学反应速度106-1012倍，且没有副反应高度特异性或专一性（specificity）高度不稳定性：酶的化学本质是蛋白质，凡能使蛋白质变性的理化因素均可影响酶活性，甚至使酶完全失活；故要保持酶活性，避免能使蛋白质变性的因素酶促反应的可调节性：酶是生物催化剂，与体内其它代谢物一样，其自身也要不断进行新陈代谢，通过改变(gǎibiàn)酶的合成和降解速度可调节酶含量酶第十二页，共七十五页。细胞代谢一、酶与ATP1.关于酶的正确(zhèngquè)与错误说法第十三页，共七十五页。

正确说法错误说法产生场所具有分泌功能的细胞才

能产生化学本质蛋白质作用场所只在细胞内起催化作用温度影响低温和高温均使酶变性

失活作用酶具有调节、催化等多

种功能来源有的可来源于食物等活细胞(不考虑(kǎolǜ)哺乳动

物成熟红细胞等)有机物(大多(dàduō)为蛋白质,

少数为RNA)可在细胞(xìbāo)内、细胞(xìbāo)外、

体外发挥作用低温只抑制酶的活性,

不会使酶变性失活酶只起催化作用生物体内合成第十四页，共七十五页。2.对酶的特性(tèxìng)的理解(1)高效性:酶的催化效率很高,是无机催化剂

的107~1013倍。中间产物学说(xuéshuō)认为:酶在催化

某一底物时,先与底物结合生成一种极不稳定

的中间产物(酶—底物复合物),这种中间产物

极为活跃,很容易发生化学反应,并释放出酶

。其催化过程可表示为:第十五页，共七十五页。

酶能加快反应速率的根本原因是酶能显著(xiǎnzhù)降

低反应的活化能,缩短反应达到平衡点的时

间,但不改变反应的平衡点。(2)专一性:酶对底物(dǐwù)具有严格的选择性,一种

酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。第十六页，共七十五页。很多学者认为:酶与底物结合(jiéhé)时,底物的结构

和酶的活动中心的结构十分吻合,就好像一把

钥匙开一把锁一样(“锁—钥”模型),因而体

现出酶的专一性。可用图解表示如下:第十七页，共七十五页。(注:该模型能解释酶的专一性,实际情况(qíngkuàng)是由

于酶与底物的结构互补,诱导契合,通过分子

的相互识别产生的,如下图)第十八页，共七十五页。(3)酶的作用条件较温和:酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。高温、过酸或过碱、重金属盐等会使酶的空间结构遭到破坏,酶会永久失活。相比而言,无机催化剂则不易受影响,如同样加热到100℃,过氧化氢酶早已失去活性,而Fe3+仍可起催化作用。但要注意的是,低温仅是抑制酶的活性,随温度(wēndù)的升高(最适温度(wēndù)以下)酶的活性逐渐增强。第十九页，共七十五页。

温度、酸碱度等通过影响酶的活性来影响酶的催化(cuīhuà)效率。底物浓度、酶的浓度可影响酶的催化(cuīhuà)效率,却不影响酶的活性。第二十页，共七十五页。3.ATP结构(jiégòu)ATP的组成(zǔchénɡ)及结构第二十一页，共七十五页。要注意将ATP的结构简式中的“A”和DNA、RNA的结构简式中的不同部位的“A”进行区分,如下(rúxià)图中圆圈部分所代表的分别是:

①腺苷、②腺嘌呤、③腺嘌呤脱氧核苷酸、

④腺嘌呤核糖核苷酸。第二十二页，共七十五页。项目ATP的合成ATP的水解反应条件不同是一种合成反应,催化

该反应的酶属合成酶属水解反应,催化该反

应的酶属水解酶能量来源不同能量来源主要是太阳光能和有机物分解释放的化学能释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能反应场所不同细胞质基质、线粒体和叶绿体生活细胞的需要能量的部位4.ATP的合成与ATP的水解(shuǐjiě)不是可逆反应第二十三页，共七十五页。◆例1

下图示生物体内常见的一种生理作用过程,下列叙述(xùshù)不

正确的是

(

)A.反应完成后,a的性质未发生(fāshēng)改变B.a成分(chéngfèn)是蛋白质或RNAC.反应体系中b浓度不变,a浓度升高可使反应速率加快D.温度过高对a的影响比温度过低对a的影响小D第二十四页，共七十五页。◆例2

ATP是细胞的能量(néngliàng)“通货”,有关说法错误的是

(

)①ATP的第三个高能磷酸键很容易断裂和再形成②黑暗条件下,只有(zhǐyǒu)线粒体可以产生ATP③呼吸作用把有机物中绝大部分能量转移到ATP中④人体内成熟的红细胞中氧气含量增多,则产生ATP增多⑤ATP的合成总是伴随有机物的氧化分解A.①②③④⑤B.②④C.③⑤D.①④⑤A第二十五页，共七十五页。二、光合作用(guānghé-zuòyòng)1.内部因素对光合速率(sùlǜ)的影响(1)不同(bùtónɡ)部位由于叶绿素具有接受和转换能量的作用,所以,植株中凡是绿色的、具有叶绿素的部位都能进行光合作用。在一定范围内,叶绿素含量越多,光合速率越大。以一片叶子为例,最幼嫩的叶片光合速率低,随着叶子成长,光合速率不断加大,达到高峰,随后叶子衰老,光合速率就下降。第二十六页，共七十五页。(2)不同(bùtónɡ)生育期一株作物不同生育期的光合速率不尽相同,一般都以营养生长(shēngzhǎng)期为最强,到生长(shēngzhǎng)末期就下降。以水稻为例,分蘖盛期的光合速率较快,在稻穗接近成熟时下降。但从群体来看,群体的光合量不仅决定于单位叶面积的光合速率,而且很大程度上受总叶面积及群体结构的影响。第二十七页，共七十五页。光照强度

A点光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放CO2的量即是此时的呼吸强度。B点时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,即光合作用强度=细胞

呼吸强度,称B点为光补偿点(从全天来看,白天植物的光照强度应在光补偿点以上,这样才能正常生长)。C点对应的光照强度为光合作用的饱和点①适当提高光照

强度②温室大棚用无色透明玻璃③若要降低光合作用可用有色玻璃,如用红色玻璃,则仅透红光且吸收其他波长的

光,光合能力较白光弱因素图像关键点的含义在生产上的应用2.单一因子对光合作用(guānghé-zuòyòng)的影响第二十八页，共七十五页。叶面积指数

①OA段表明随叶面积指数的不断增大,光合作用实际量不断增大,A点为光合作用实际量的最大值,其后随叶面积指数的增大,光合作用不再增强,原因是能接受日光的总叶面积不再增加②OB段表示干物质量随光合作用增强而增加,由于A点以后光合作用实际量不再增加,但叶片随叶面积指数的不断增加,呼吸量也不断增加(见曲线OC),所以干物质积累量不断减少,如BD段③植物叶面积指数不能超过D点,若超过D点,植物将入不敷出,无法正常生长适当间苗、修剪,合理施肥、浇水,避免徒长;封行过早,将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。合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施第二十九页，共七十五页。CO2浓度

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,但达到A点时,即CO2浓度达到饱和时,就不再增加

了温室栽培植物时适当提高室内CO2的浓度,如施放一定量的干冰或多施有机肥,使植物可吸收的CO2增多。大田生产“正其行,通其风”,即为提高CO2浓度、增加产量第三十页，共七十五页。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,如AB段(10~35

℃)随温度的升高光合速率加强;B点(35℃)以后光合酶活性下降,光合速率也开始下降;50℃时光合作用几乎停止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”现象的原因之一第三十一页，共七十五页。无机盐无机盐是光合作用的产物——葡萄

糖进一步合成许多有机物时所必需

的物质。如缺少N会影响蛋白质(如:

酶等)的合成;缺少P会影响ATP的合

成;缺少Mg会影响叶绿素的合成;缺

K时会影响糖类的转变和运输合理施肥,可促进叶片面积增大,利于光合产物的转变和运输,从而提高光合作用效率第三十二页，共七十五页。叶绿体处于(chǔyú)不同的条件下，C3、C5、

[H]

、ATP以及（CH2O）合成量的动态变化：条件C3C5[H]和ATP（CH2O）合成量停止光照CO2供应不变增加下降减少或没有减少或没有提供光照CO2供应不变减少增加增加增加光照不变停止CO2供应减少增加增加减少或没有光照不变CO2供应增加增加减少减少增加光照不变CO2供应不变（CH2O）运输受阻增加减少增加减少第三十三页，共七十五页。细胞代谢

3.多种因子对光合作用(guānghé-zuòyòng)的影响图像

关键点含义P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随该因子的不断加强,光合速率不断提高。当到Q点时,横坐标所表示的因子不再影响光合速率,要想提高光合速率,可适当提高图示的其他因子。第三十四页，共七十五页。概念细胞呼吸是细胞内进行的将糖类(tánɡlèi)等有机物分解成无机物或小分子有机物，并且释放出能量的过程。意义产生ATP，为生物体的生命活动提供能量。为体内其他化合物的合成提供原料。丙酮酸是重要的中间代谢产物。细胞呼吸是生物体内三大营养物质代谢的枢纽。细胞(xìbāo)呼吸一、概念(gàiniàn)及意义第三十五页，共七十五页。细胞代谢探究(tànjiū)酵母菌的细胞呼吸类型酵母菌是单细胞真菌，在有氧或无氧条件下都可以生存，属于(shǔyú)兼性厌氧型生物。第三十六页，共七十五页。细胞代谢(1)只进行(jìnxíng)需氧呼吸；(2)只进行厌氧呼吸；(3)需氧呼吸、厌氧呼吸都有。探究酵母菌的细胞呼吸(hūxī)类型1左移，2不动，1不动，2右移(yòuyí)，1左移，2右移，预测结果及得出相应结论：第三十七页，共七十五页。细胞代谢需氧呼吸(hūxī)细胞在O2参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生CO2和H2O，同时释放大量能量，生成大量ATP的过程。高等植物和动物主要进行有氧呼吸，这是生物进化的结果。厌氧呼吸细胞在无O2条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放少量能量，生成少量ATP的过程。二、细胞(xìbāo)呼吸的类型第三十八页，共七十五页。细胞代谢CO2CO2CO2NADH2NADH2NADH2FADH2NADH2◆ATP的形成(xíngchéng)：①底物水平磷酸化2+2=4ATPH2OH2OH2OC6H12O6C3H4O32NADH22ATP◆②氧化(yǎnghuà)磷酸化10NADHX2.5=25ATP2FADH2X1.5=3ATP第三十九页，共七十五页。细胞代谢三、影响植物呼吸(hūxī)速率的因素及相关曲线1.内部(nèibù)因素(1)不同(bùtónɡ)种类的植物呼吸速率不同(bùtónɡ),如阴生植物小于阳生植物。(2)同一植物在不同的生长发育期,呼吸速率不同,如开花期呼吸速率升高,成熟期下降。(3)同一植物的不同器官呼吸速率不同,如生殖器官大于营养器官

。第四十页，共七十五页。2.环境因素第四十一页，共七十五页。第四十二页，共七十五页。第四十三页，共七十五页。细胞(xìbāo)呼吸有关计算第四十四页，共七十五页。细胞代谢第四十五页，共七十五页。细胞代谢四、从光合作用和呼吸作用分析物质(wùzhì)循环和能量流动1.反应(fǎnyìng)方程式的书写第四十六页，共七十五页。与能量代谢的化学反应(huàxuéfǎnyìng)①有氧呼吸(hūxī)的反应式②无氧呼吸产生(chǎnshēng)酒精的反应式③无氧呼吸产生乳酸的反应式C6H12O6+6H2O+6O2酶6CO2+12H2O+能量C6H12O6酶2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量C6H12O6酶2C3H6O3（乳酸）+能量第四十七页，共七十五页。细胞代谢6CO2+12H2O(CH2O)6+6H2O＋6O2光能叶绿体④光合作用(guānghé-zuòyòng)ATP+H2OADP+Pi+能量(néngliàng)

酶1酶2⑤ATP和ADP的相互(xiānghù)转化A:H的转移：H2O→[H]→(CH2O)B:C的转移：CO2→C3→（CH2O）C:CO2中的O和H2O中的O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

第四十八页，共七十五页。细胞代谢第四十九页，共七十五页。第五十页，共七十五页。比较项目来源去路[H]光合作用光反应中水的分解作为暗反应阶段的还原剂,用于还原C3、合成有机物等有氧呼吸第一、二阶段产生用于第三阶段还原氧气产生水,同时释放大量能量第五十一页，共七十五页。比较项目来源去路ATP光合作用在光反应阶段合成ATP,其合成所需能量来自色素吸收、换的太阳能用于暗反应阶段C3还原时的能量之需,以稳定的化学能形式储存在有机物中有氧呼吸第一、二、三阶段均产生,其中第三阶段产生最多,能量来自有机物的分解作为能源直接用

于各项生命活动第五十二页，共七十五页。

4.用图解的形式呈现真光合速率、表观(biǎoɡuān)(净)光合速率和呼吸速率三者之间的关系第五十三页，共七十五页。光照条件CO2、O2的来源和去向含义黑暗

黑暗时只进行细胞呼

吸,不进行光合作用,所

以O2的吸收量或CO2的

释放量代表呼吸速率,

相当于坐标图中A点第五十四页，共七十五页。弱光照

弱光照时细胞呼吸速率

大于光合速率;细胞呼

吸所需的O2,一是来自

光合作用,二是从外界

吸收;细胞呼吸产生的

CO2,一部分供给光合作

用利用,一部分释放到

外界环境中,相当于坐

标图中AB段第五十五页，共七十五页。较强光照

光照达到一定强度时,

光合速率与细胞呼吸速

率相等;此时,细胞呼吸

产生的CO2量与光合作

用需要的CO2量相等;光

合作用产生的O2量与细

胞呼吸需要的O2量相

等,净光合速率为零,相

当于坐标图中B点第五十六页，共七十五页。强光照

强光照时,光合速率大于细胞呼吸速率;此时,光合作用所需的CO2,一是由细胞呼吸产生的,

二是从外界环境吸收;光合作用产生的O2,一部分供给细胞呼吸利用,一部分释放到外界环境中。所以,CO2的吸收量或O2的释放量即为净光合速率,相当于坐标图中BC段第五十七页，共七十五页。温馨(wēnxīn)提示（1）表示表观(biǎoɡuān)光合量（净光合量）a、植物（叶片）“吸收”CO2量b、植物（叶片）“释放”O2量c、植物（叶片）“积累”葡萄糖量第五十八页，共七十五页。温馨(wēnxīn)提示（2）表示表观光合量（净光合量）a、叶绿体“吸收(xīshōu)”CO2量b、叶绿体“释放”O2量c、植物（叶绿体）“产生”葡萄糖量第五十九页，共七十五页。1.类型(lèixíng)(1)根据反应式中原料与产物之间的关系进行简单的化学(huàxué)计算(2)有关光合作用强度(qiángdù)和呼吸作用强度(qiángdù)的计算(3)有关有氧呼吸和无氧呼吸的混合计算五、与细胞代谢相关的计算第六十页，共七十五页。2.方法(fāngfǎ)与技巧根据光合作用(guānghé-zuòyòng)、呼吸作用等生命活动过程中物质数量变化关系求解。有关公式:(1)同时(tóngshí)进行光合作用和呼吸作用的植物的有关有机物的量:有机物积累量=光合作用产量-呼吸作用消耗量当O2的吸收量和CO2的释放量均为0时,光合作用强度=呼吸作用强度。当光照强度为0时,O2的消耗量=CO2的产生量=有氧呼吸强度第六十一页，共七十五页。(2)同时进行(jìnxíng)有氧呼吸和无氧呼吸的生物的有关气体体积:耗氧量=有氧呼吸(hūxī)CO2产生量无氧呼吸(hūxī)CO2产生量=CO2总产生量-有氧呼吸CO2产生量(耗氧量)第六十二页，共七十五页。光合作用(guānghé-zuòyòng)实际产O2量＝实测O2释放(shìfàng)量＋呼吸作用耗O2量光合作用(guānghé-zuòyòng)实际CO2消耗量＝实测CO2消耗量＋呼吸作用CO2释放量光合作用C6H12O6净生产量光合作用、呼吸作用的速率一般为一段时间内CO2、O2和葡萄糖的变化量计算。＝光合作用实际C6H12O6生产量－呼吸作用C6H12O6消耗量第六十三页，共七十五页。细胞代谢◆例3

下图表示(biǎoshì)甲、乙两种植物的光合速度与光照强度的关系。第六十四页，共七十五页。【答案(dáàn)】(1)光反应暗反应

(2)5

(3)253

(4)4第六十五页，共七十五页。2.一个生长着大量绿藻的池塘，一天内池水中CO2浓度变化(biànhuà)正确的是第六十六页，共七十五页。细胞代谢3.一密闭容器中加入葡萄糖液和酵母菌，1小时后测得该容器中的O2减少24ml，CO2增加48ml，则在1小时内酒精发酵(fājiào)所消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的A．1/3倍 B．1/2倍C．2倍 D．3倍第六十七页，共七十五页。细胞代谢4.在科学研究中常用呼吸商(RQ)表示生物(shēngwù)用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种子呼吸商的装置如下图。关闭活塞，在25℃下经20分钟读出刻度管中着色液移动距离。设装置1和装置2的着色液分别向左移动x和y(mm)，x和y值反映了容器内气体体积的减少(jiǎnshǎo)，请回答：xy第六十八页，共七十五页。细胞代谢(1)装置1的小瓶中加入NaOH溶液的目的(mùdì)是

。(2)x代表

值，y代表

值。(3)若测得x=200(mm)，y=30(mm)，则该发芽种子的呼吸商是

。用来吸收(xīshōu)呼吸作用产生的CO2。消耗(xiāohào)O2的体积消耗O2和释放CO2的体积之差0.85xy第六十九页，共七十五页。细胞代谢(4)若要测定(cèdìng)已长出一片真叶幼苗的RQ值，则应将该装置放于何种条件下进行，为什么？

。黑暗。可避免因为幼苗进行光合作用，而干扰呼吸作用的气体(qìtǐ)量的变化。xy第七十页，共七十五页。细胞代谢(5)为使测得的x和y值更精确，还应再设置一组对照装置。对照装置的容器(róngqì)和小瓶中应分别加入

。设对照的目的是：