医学专题一必修1第五章--细胞的能量供应和利用(知识点).docx
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1、第五章 细胞的能量供应和利用第一节 降低化学反应活化能的酶一、相关概念: 1、细胞代谢:细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应,统称为细胞代谢。3、活化能:分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。二、酶在细胞代谢中的作用(实验:比较过氧化氢在不同条件下的分解)(一)实验过程:试管编号实验设置试验现象结果分析对照组1号(2mLH2O2)不处理无明显气泡放出H2O2的自然分解非常缓慢实验组2号(2mLH2O2)水浴加热(90)有明显气泡放出、有助燃性加热能促进H2O2的分解3号(2mLH2O2)加入质量分数为3.5%的FeCl3溶液2滴有较多气泡放出、助燃性强Fe3+能促进H2O2的
2、分解4号(2mLH2O2)加入质量分数味20%的肝脏研磨液2滴有大量气泡放出、助燃性更强H2O2酶也有催化H2O2分解的作用,且效率更高(二)注意事项: 要求用新鲜的肝脏,因为新鲜的肝脏中H2O2酶的含量及活性较高; 要经过研磨,这样能使肝脏细胞破裂,酶分子充分释放出来; 试管中插入点燃但没有火焰的卫生香时,不要插入气泡中,以免卫生香熄灭; 注意安全,H2O2具有一定的腐蚀性,不要溅到皮肤上,如果不慎溅到皮肤上要及时用用清水冲洗。(三)实验结论:酶具有催化作用,并且催化效率要比无机催化剂Fe3+高得多,酶的作用:同无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,因而催化效率更高。(四)控制变量法:1
3、、 变量:实验过程中可以变化的因素称为变量。2、 自变量:人为改变的变量称做自变量。3、 因变量:随着自变量的变化而变化的变量称做因变量。4、 无关变量:除自变量外,实验过程中可能还会存在一些可变因素,对实验结果造成影响,这些变量称为无关变量。5、 对照实验:除一个因素外,其余因素都保持不变的实验称为对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组,除了要观察的变量外,其他变量都应当始终保持相同。三、酶的本质1、关于酶本质的探索时间发现者实验过程现象实验结论酶的发现1773年(意)斯帕兰札尼将装有肉块的小金属笼子让鹰吞下,一段时间后取出,发现笼内的肉块小时胃具有化学消化作用1857年(法)巴斯德、1
4、897年(德)李比希、毕希纳糖类通过酵母菌发酵产社工酒精,并从细胞中提取出酶细胞提取液中含有酶1926年(美)萨姆纳从刀豆种子种提取了脲酶结晶,并证实是蛋白质酶是一类具有催化作用的蛋白质20世纪30年代许多科学家相继提取出多种酶的蛋白质结晶20世纪8年代(美)切赫、奥特曼发现少数RNA也具有生物催化功能2、酶的本质:酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数酶是蛋白质。 注:由活细胞产生(与核糖体有关) 催化性质:A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能,提高化学反应速度。 B.反应前后酶的性质和数量没有变化。 成分:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。3、酶化学本质的验证试验证明某种
5、酶是蛋白质: 实验组:待测酶液+双缩脲试剂是否出现紫色反应 对照组:已知蛋白液+双缩脲试剂出现紫色反应证明某种酶是RNA: 实验组:待测酶液+吡罗红染液是否呈现红色 对照组:已知RNA溶液 +吡罗红染液出现红色四、酶的特性酶具有高效性:催化效率很高,使反应速度很快酶具有专一性:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。酶的作用条件比较温和。(温度和pH值)18酶的最适温度:动物 3540;植物 4050;细菌和真菌 70。最适PH值:植物 4.56.5;动物 6.58.0、胃蛋白酶最适PH值为1.5;注:过酸、过碱或温度过高,会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活。0左右,酶的活性很低,但酶的空间结
6、构稳定,在适宜的温度下酶的活性可以升高。低温04下保存酶。五、影响酶促反应的因素1、 底物浓度 2、酶浓度 3、PH值:过酸、过碱使酶失活4、 温度:高温使酶失活。低温降低酶的活性,在适宜温度下酶活性可以恢复。影响因素酶浓度底物浓度温度图例V 酶浓度 V底物浓度S V温度解析在底物足够,其他因素固定的条件下,酶促反应的速度与酶浓度成正比。在S在一定范围内,V随S增加而加快,近乎成正比;当S很大且达到一定限度时,V也达到一个最大值,此时即使再增加S,反应几乎不再改变。 在一定温度范围内V随T的升高而加快在一定条件下,每一种酶在某一温度时活力最大,称最适温度;当温度升高到一定限度时,V反而随温度的
7、升高而降低。 第二节 细胞的能量“通货”ATP生命活动的主要能源物质:糖类 主要储能物质:脂肪 植物细胞内储能物质:淀粉 动物细胞内储能物质:糖原直接能源物质:ATP 最终能量来源:太阳能一、ATP(细胞内的一种高能磷酸化合物,中文名称叫做三磷酸腺苷)1、组成元素:C、H、O、N、P 2、结构简式:APPP A代表腺苷(腺嘌呤+核糖) P代表磷酸基团 T是三的意思普通化学键(水解时是释放的能量13.8KJ/mol)代表高能磷酸键(水解时是释放的能量多达30.54kJmol)二、ATP和ADP之间的相互转化绿色植物的呼吸作用和光合作用人、动物的呼吸作用APP(二磷酸腺苷) + Pi + 能量(3
8、0.5 kJ/mol) APPP酶酶主动运输;用于生物发电、发光;肌肉收缩;用于生物合成;用于大脑思考(物质可逆,能量和酶不可逆)ADP中文名称叫二磷酸腺苷,结构简式APP,Pi表示磷酸,远离A的那个高能磷酸键断裂(1molATP水解释放30.54KJ能量)ATP在细胞内含量很少,但在细胞内的转化速度很快,用掉多少马上形成多少。ATP与ADP的这种转化,是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。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”生物界的共性:细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制。第三节 ATP的主要来源细胞呼吸细胞呼吸:由于呼吸作
9、用是在细胞内进行的,因此也叫细胞呼吸。细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程。一、细胞呼吸的方式1、实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式(1)实验原理:酵母菌是一种单细胞真菌(真核生物),在有氧和无氧的条件下都能生存,属于兼性厌氧,便于探究细胞呼吸方式。CO2可使石灰水变混浊,也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短,可以检测酵母菌培养CO2的产生情况。橙色的重铬酸钾溶液,在酸性条件下与乙醇(俗称酒精)发生化学反应,变成灰绿色。(2)实验过程: 制备酵母液:取两份新鲜酵母,每份10
10、g,分别放入两个编好号的500 mL广口瓶或锥形瓶中,再向瓶中分别加入200 mL质量分数为5的葡萄糖溶液,制成酵母发酵液,简称酵母液。 实验装置装置1: 装置2:质量分数为10%酵母液 石灰水(或Ba(OH)2溶液) 酵母液 石灰水(或Ba(OH)2溶液) 的NaOH溶液装置3: 同装置1或装置2,但要将酵母液换成葡萄糖液。实验注意事项:(1)空气持续通入保证了O2的充足供应,而进入锥形瓶的空气先通过盛有NaOH溶液的锥形瓶,洗除空气中的CO2,保证最后通入澄清石灰水的CO2是由于酵母菌有氧呼吸产生的。(2)探究酵母菌无氧呼吸实验中,先将盛有酵母菌的锥形瓶静置一段时间,让其先进行有氧呼吸将锥
11、形瓶内的O2消耗尽,再连通装置,检测其无氧呼吸产物。 检测、使用石灰水(或Ba(OH)2溶液)检测CO2的生成、使用溴麝香草酚蓝溶液检测CO2的生成、使用重铬酸钾检测酒精生成(3)实验结论: 酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行呼吸细胞呼吸;在有氧条件下酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和谁;在无氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生少量的二氧化碳和酒精。2、对比实验:设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素与实验对象的关系,这样的实验叫做对比实验。3、细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。4、有氧呼吸:指细胞在有氧的参与下,通过多种酶的催化作
12、用下,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放出大量能量,生成ATP的过程。酶 总反应式: C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量(38ATP)有氧呼吸场所反应式第一阶段细胞质基质C6H12O62丙酮酸+4H+ 少量能量(2ATP)第二阶段线粒体基质2丙酮酸+6H2O6CO2+20H+ 少量能量(2ATP)第三阶段线粒体内膜24H+6O212H2O+大量能量(34ATP)有氧呼吸过程中O2的去路:O2用于和H生成H2O酶5、无氧呼吸:一般是指细胞在无氧的条件下,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、CO2或乳酸),同时
13、释放出少量能量的过程。酶 总反应式: C6H12O6 2C3H6O3 (乳酸) + 少量能量(2ATP) C6H12O6 2C2H5OH(酒精) + 2CO2 +少量能量(2ATP) 无氧呼吸场所反应式第一阶段细胞质基质C6H12O62丙酮酸+4H+ 少量能量(2ATP)第二阶段细胞质基质2丙酮酸2C3H6O3 (乳酸)2丙酮酸2C2H5OH(酒精) + 2CO2无氧呼吸产生酒精的:酵母菌细胞和大多数植物细胞等无氧呼吸产生乳酸的:乳酸菌细胞、哺乳动物成熟红细胞、骨骼肌细胞、马铃薯块茎发酵:微生物(如:酵母菌、乳酸菌)的无氧呼吸。产生酒精的叫酒精发酵;产生乳酸的叫乳酸发酵。6、有氧呼吸和无氧呼吸
14、的比较有氧呼吸无氧呼吸不同点场所细胞质基质、线粒体细胞质基质条件氧气、酶酶物质变化葡萄糖彻底分解,产生CO2和H2O葡萄糖分解不彻底,生成酒精和CO2或乳酸能量变化释放大量能量(1161kJ被利用,其余以热能散失),形成大量ATP(38ATP)释放少量能量(61.08KJ),形成少量ATP(2ATP),大部分储存于乳酸或酒精中相同点联系从葡萄糖到丙酮酸阶段相同,以后不同(第一阶段相同)实质分解有机物,释放能量,产生ATP意义为生命活动提供能量二、影响细胞呼吸作用的因素1、内部因素遗传因素(决定酶的种类和数量)2、外界因素(环境因素)(1)温度温度以影响酶的活性影响呼吸速率。在最低点与最适点之间
15、,呼吸酶活性低,呼吸作用受抑制,呼吸速率随温度的升高而加快。超过最适点,呼吸酶活性降低甚至变性失活,呼吸作用受到抑制,呼吸速率则会随着温度的增高而下降。(2)O2的浓度植物在O2浓度为0时只进行无氧呼吸,大多数植物无氧呼吸的产物是酒精和CO2;O2浓度在010%时,既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸;在O2浓度5%时,呼吸作用最弱;在O2浓度超过10%时,只进行有氧呼吸。有氧环境对无氧呼吸起抑制作用,抑制作用随氧浓度的增加而增强,直至无氧呼吸完全停止在一定氧浓度范围内,有氧呼吸的强度随氧浓度的增加而增强。呼吸强度呼吸强度(3)CO2浓度 (4)含水量含水量%CO2浓度从化学平衡角度分析,CO2浓度增
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