【最新】必修1第五章细胞的能量供应和利用知识点.pdf
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1、1/12 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
2、强Fe3+能促进H2O2的分解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
3、,因而催化效率更高。(四)控制变量法:1、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。2/12 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
4、具有化学消化作用1857 年(法)巴斯德、1897 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
5、质,少数酶是RNA。3、酶化学本质的验证试验证明某种酶是蛋白质: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)酶的最适温度:动物 35 40;植物 40 50;细菌和真菌 70。最适 PH值:植物 4.5 6.5;动物 6.5 8.0、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
6、坏,使酶永久失活。0左右,酶的活性很低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性可以升高。低温0 4下保存酶。3/12 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
7、,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:APPPA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30.54kJ mol)二、ATP和 ADP之间的相互转化
8、(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AP P,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APP(二磷酸腺苷)+Pi+能量(30.5 kJ/mol)APPP 酶酶人、动物的呼吸作用绿色植物的呼吸作用
9、和光合作用主动运输;用于生物发电、发光;肌肉收缩;用于生物合成;用于大脑思考4/12 细胞呼吸:由于呼吸作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
10、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 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
11、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。5/12 3、细胞呼
12、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。总反应式:C6H12O6+6H2O+6O26CO2+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+6O2 12H2O+大量能量(34ATP)有氧呼吸过程中O2的去路:O2用于和 H 生成
13、 H2O5、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),同时释放出少量能量的过程。总反应式:C6H12O62C3H6O3(乳酸)+少量能量(2ATP)C6H12O62C2H5OH(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
14、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
15、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)温度酶酶酶6/12(2)O2的浓度(3)CO2浓度(4)含水量从化学平衡角度分析,CO2浓度增加,呼吸速率下降。环境 CO2浓度提高,将抑制细胞呼吸,可用此原理来贮藏水果和蔬菜。在一定范围内,呼吸作用强度随含水量的增加而增强,随含水量的减少而减弱。但陆生植物根部如长时间受水浸没,根部缺氧,进行无氧呼吸,产生过多酒精,可使根部细胞坏死。三、细胞呼吸应用:1、作物栽培时,要有适当措施保证根的正常呼吸,如疏松土壤等。2、粮油种子贮藏时,要风干、降温,降低氧气含量,则能抑制呼吸作用,减少有机物消耗。3、水果、蔬菜保鲜时,要低
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