2015第5章--细胞的能量供应和利用

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1、第5章 细胞的能量供应和利用,第1、2节 降低化学反应活化能的酶 细胞的能量“通货”-ATP,1.细胞代谢：,就是活细胞中全部的化学变化的总称.是细胞生命活动的基础。,-生物与非生物最本质的区别,一、酶在细胞代谢中的作用和本质,2.酶在细胞代谢中的作用-,3.酶的作用机理-,催化作用,降低化学反应的活化能,活化能：,是分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量。,酶降低化学反应活化能,例如：H2O2水解， 无催化剂时需活化能4180KJ/mol； 用FeCl3催化时需活化能2594KJ/mol； 用过氧化氢酶催化时只需活化能46.5KJ/mol；,酶,来源,功能,化学本质,绝大多数是

2、蛋白质，少数RNA也具有生物催化功能。,活细胞产生的,催化剂，降低化学反应的活化能。,酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,4、酶的本质,如何验证酶的化学本质？,比较过氧化氢在不同条件下的分解速率,2滴清水常温,2滴清水90热水浴,2滴FeCl3,2滴肝脏研磨液,不明显,少量,较多,大量,不复燃,不复燃,变亮,复燃,酶的催化效率比无机催化剂的显著。,1、酶具有高效性,比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率,事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的倍。,107 1013,二.酶的特性,每一种酶只能催化 化学反应。,2、酶具有专一性,一种或一类,3.酶需要适宜的条件：,温度,PH,最适温度,v/mmol

3、.s-1,t/,0,酶的活性受温度的影响,1.温度,酶活性：酶对化学反应的催化效率。,在最适温度的两侧，反应速率都比较 ；较高的温度容易使酶的 遭到破坏而失去 。,低,空间结构,活性,每种酶都有自己的_,最适温度,在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强， 超过最适温度，酶的催化作用逐渐减弱,2. PH值,最适PH值,v/mmol.s-1,0,酶的活性受PH值的影响,最高,在过酸过碱的条件下，都会使酶的_ 遭到破坏而失去_。,空间结构,活性,在最适PH时，酶的催化作用最强， 高于或低于最适PH，酶的催化作用都将减弱。,加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入60左右的热水中，反应5min,

4、2号试管中加入2mL 蔗糖溶液,加入斐林试剂,振荡,约60水浴2min,1号试管中加入2mL 淀粉溶液,蓝色,无变化,棕色,砖红色沉淀,淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。,探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用,一.ATP分子中具有高能磷酸键,3、ATP的结构简式:,A-PPP,ATP的结构,核糖,腺嘌呤,A:腺苷(腺嘌呤核苷),P:磷酸基团,:高能磷酸键（储存大量能量）,T:三,1、ATP的中文全称：三磷酸腺苷,(30.54KJ/mol),ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物（一般将水解时， 能释放能量在20.92kJmol以上的化合物称高能化合物）,2、化学式：C10H16O13N5P3,

5、腺苷,二.ATP和ADP可以相互转化,ATP,ADP +Pi,+能量,1、转化过程,能量的储存,能量的释放,2、ADP转化成ATP时所需能量的主要来源,动物和人等,绿色植物,能量,呼 吸 作 用,呼 吸 作 用,光 合 作 用,ADP +Pi+,ATP,酶,动物、人等:通过呼吸作用分解有机物释放的能量,绿色植物:呼吸作用和光合作用,4.下面为绿色植物体内ATP与ADP的相互转换式 请回答： （1）A代表 ，P代表 ，代表 ，Pi代表 。 （2）当反应从左向右进行时，释放的能量供给 ；当反应从右向左进行时，所需要的能量来源于 和 。,ATP ADP+P i+能量,腺苷,磷酸基团,高能键,磷酸,各

6、种生命活动,呼吸作用,光合作用,2ATP合成与水解的比较,ADPPi能量 ATP,ATP ADPPi 能量,ATP合成酶,ATP水解酶,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,储存于形成的高能磷酸键中,用于各项生命活动,细胞质基质、线粒体、叶绿体,生物体的需能部位,第5章 细胞的能量供应和利用,第3节 ATP的主要来源-细胞呼吸,一、细胞呼吸,概念：,实质：,氧化反应,特征：,1、温和条件下逐步进行,2、需酶的作用,3、能量逐步释放,4、没有剧烈的发光发热现象,呼吸作用是生物体活细胞中有机物的氧化分解、释放能量并且生成ATP的过程。又叫生物氧化。,二、呼吸作用的类型,

7、（一）有氧呼吸,（二）无氧呼吸,细胞在O2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CO2和H2O，同时释放出大量能量的过程。,细胞在无O2的参与下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物（酒精和CO2 或乳酸)，同时释放出少量能量的过程。,H,2分子丙酮酸,CO2,释放少量能量，形成少量ATP,H2O,线粒体不能直接利用葡萄糖,与有氧呼吸第一阶段相同,葡萄糖的初步分解,C6H12O6,酶,+4H + 能量,场所：细胞质基质,（少量）,（二）无氧呼吸的过程,2C3H4O3,只有第一阶段释放能量,丙酮酸不彻底分解,场所：细胞质基质,酶,2C3H6O3(乳酸)

8、,A.乳酸：,例：高等动物、乳酸菌、泡菜、酸菜、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根等）,2C2H5OH(酒精),+2CO2,B.酒精：,例：大多数植物、酵母菌、苹果、梨、水稻。,酶,2C3H4O3,2C3H4O3,取决于酶的种类,为什么陆生植物不能长期被水淹？,酒精对细胞有毒害作用,+4H,+4H,细胞质基质、线粒体（主要）,全部在细胞质基质,需氧、酶等,不需氧、需酶,较 多,较 少,两者第一阶段相同即都将葡萄糖分解成丙酮酸（糖酵解）,都分解有机物、释放能量,有氧呼吸与无氧呼吸的比较,有氧呼吸与无氧呼吸的比较,有氧呼吸反应式,ATP:1161kJ,C6H12O6,C6H12O6,酶,酶,

9、2C2H5OH(酒精),+2CO2 +能量,2C3H6O3(乳酸) +能量,ATP:61.08kJ,196.65kj 61.08kj存于ATP中，其余以热能散失。,无氧呼吸反应式,细胞呼吸的意义,、为生物体的生命活动提供能量。对植物来说，主要用于细胞分裂、植株生长、矿质元素吸收、新物质的合成等。对动物体来说，主要用于肌肉收缩、神经冲动的传导、生物电、合成代谢、吸收与分泌等。,、为体内其它化合物的合成提供原料。如呼吸作用的中间产物丙酮酸可通过转氨基作用合成氨基酸，丙酮酸经脱羧、脱氢后形成的乙酰辅酶A，可用于合成脂肪等。,细胞呼吸是细胞代谢的中心,影响呼吸作用的因素及在生产实践中的应用,1、温度,

10、呼吸作用速率,温度/0C,呼吸作用在最适温度（25350C ）时最强； 超过最适温度，呼吸酶活性下降，细胞呼吸受抑制。,生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果。在大棚蔬菜栽培中，夜间适当降低温度，减少有机物消耗，以提高产量。,2、CO2浓度,CO2浓度,呼吸作用速率,从化学平衡的角度分析， CO2浓度增加，呼吸速率下降。,在地窖中，氧气浓度低，二氧化碳浓度较高，抑制细胞呼吸，使整个器官的代谢水平降低，有得于保存蔬菜和水果。,影响呼吸作用的因素及在生产实践中的应用,3、O2浓度,CO2释放量,O2百分比浓度,0 5 10 15 20 25 30,在氧的浓度为0时，只进行了无氧呼吸； 浓度为1

11、0%以下既进行了有氧呼吸又进行无氧呼吸； 浓度为10%以上只进行有氧呼吸。,耕地等则是加强根部的有氧呼吸。蔬菜、水果的保质、保鲜采用低氧（5%）保存，此时有氧呼吸较弱而无氧呼吸又受到抑制。,注：红线代表有氧呼吸；黑线代表有无氧呼吸,O2浓度,CO2释放量,A,D,C,B,E,F,O2浓度与细胞呼吸间关系的曲线图分析,曲线ABD：,曲线OBCE：,曲线AFCE：,无氧呼吸释放的CO2,有氧呼吸释放的CO2（O2吸收量）,O,细胞呼吸释放的CO2,O2浓度,CO2释放量,A,D,C,B,E,F,O2浓度与细胞呼吸间关系的曲线图分析,1.A点：,2.C点（以后）：,3.曲线AC段：,只有产生CO2，

12、不消耗O2，表示只进行无氧呼吸,产生CO2的物质的量与吸收O2的物质的量相等，表示只进行有氧呼吸,O,产生CO2的物质的量比吸收O2的物质的量多，则两种呼吸作用同时并存,O2浓度,CO2释放量,A,D,C,B,E,F,O2浓度与细胞呼吸间关系的曲线图分析,4.B点：,5. D（C）点：,6.E点：,表示无氧呼吸与有氧呼吸CO2的释放量相等。,表示O2浓度超过一定值（10%）时，无氧呼吸消失（只进行有氧呼吸），说明有O2存在时，无氧呼吸受抑制。,O,表示当O2浓度达到一定值时，随O2浓度的增加，有氧呼吸不再加强。（受酶数量、ADP、磷酸等因素影响）,O2浓度,CO2释放量,A,D,C,B,E,F

13、,O2浓度与细胞呼吸间关系的曲线图分析,8.曲线AF段CO2生成量急剧减少的原因 ：,9.由纵轴、CO2生成量和 O2吸收量围成的面积：,7.F点：,O2浓度逐渐增大的过程中，无氧呼吸释放的CO2总量。,O2浓度增加，无氧呼吸受抑制。,O,表示细胞呼吸释放的CO2总量最少，此时有氧呼吸较弱而无氧呼吸又受到抑制。此时最有利于蔬菜、水果的保质、保鲜。,农产品的贮存和保鲜,低温贮存,利用N2或CO2调节O2的浓度,干燥后贮存,探究酵母菌细胞呼吸的方式,一、实验原理 1、酵母菌是一种单细胞真菌,在有氧和无氧的条件下都可以生存, 属于兼性厌氧菌。 2、 CO2的检测方法 （1） CO2使澄清石灰水变浑浊

14、 （2） CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄 3、酒精的检测 橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生反应，变成灰绿色。,二、作出假设 酵母菌在有氧情况下进行有氧呼吸，产生CO2，在无氧情况下进行无氧呼吸，产生CO2和酒精。,三、设计实验,1、配制酵母菌培养液（等量原则）置于A、B锥形瓶 2、组装有氧呼吸和无氧呼吸装置图，放置在25-35 的环境下培养8-10小时。 3、检测CO2的产生 4、检测酒精的产生 （1）取2支试管编号 （2）各取A、B锥形瓶酵母菌培养液的滤液2毫升，注入试管 （3）分别滴加0.5毫升重铬酸钾-浓硫酸溶液，轻轻振荡、混匀,五、实验结论,酵母菌在有氧和无氧条件下都

15、能进行 细胞呼吸。 在有氧条件下，通过细胞呼吸产生 大量的CO2和H2O; 在无氧条件下, 通过细胞呼吸产生 酒精和少量的CO2。,第5章 细胞的能量供应和利用,第4节 能量之源-光与光合作用,绿叶中色素的提取和分离P61,操作步骤：,提取色素,制备滤纸条,画滤液细线,分离色素,观察与记录,（1）制备滤纸条,剪去两角，以保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐，便于观察实验结果。否则，会成弧形色素带。,（2）画滤液细线,滤液细线要细、直，且干燥后重复画一两次。使滤液细线含有既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同。,（3）色素分离,滤液细线不能触及层析液，否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中，滤纸上得不到色素带。,叶绿体中的色素,叶绿素,吸收红光和蓝紫光,3/4,类胡萝卜素,吸收蓝紫光,1/4,叶绿素a(蓝绿色),叶绿素b(黄绿色),胡萝卜素(橙黄色),叶黄素(黄色),叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光,叶片为什么往往是绿色的呢？,秋天树叶变黄又是怎么回事？,叶绿体的结构,叶绿体中的色素，就分布在类囊体的薄膜上。,光合作用：是指