高一生物:內容構成 6
(五)細胞的能量供應和利用
H2O 外界
水
H2O O2 礦質元素
[H]
光 ATP 原生質
ADP+PI 熱能
ATP
ADP+PI
CO2+H2O C3H6O3 C2H5OH+CO2
一、 酶——降低反應活化能
◎ 新陳/細胞代謝：活細胞內全部有序化學反應的總稱。
◎ 活化能：分子從常態轉變成容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。
1. 發現
①巴斯德之前：發酵是純化學反應，與生命活動無關。
②巴斯德(法、微生物學家)：發酵與活細胞有關;發酵是整個細胞。
③利比希(德、化學家)：引起發酵的是細胞中的某些物質，但這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發揮作用。
④比希納(德、化學家)：酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣。
⑤薩姆納(美、科學家)：從刀豆種子提純出來的脲酶是一種蛋白質。
⑥許多酶是蛋白質。
⑦切赫與奧特曼(美、科學家)：少數RNA具有生物催化功能。
2.定義
酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數酶是蛋白質。
注：
①由活細胞產生(與核糖體有關)
②催化性質：A.比無機催化劑更能減低化學反應的活化能，提高化學反應速度。
B.反應前后酶的性質和數量沒有變化。
③成分：絕大多數酶是蛋白質，少數酶是RNA。
3.特性
① 高效性：催化效率很高，使反應速度很快，是一般無機催化集的107——1013倍。
② 專一性：每一種酶只能催化一種或一類化學反應。 → 多樣性 。
③ 需要合適的條件(溫度和pH值) → 溫和性 → 易變性 。
酶的催化作用需要適宜的溫度、pH值等，過酸、過堿、高溫都會破壞酶分子結構。低溫也會影響酶的活性，但不破壞酶的分子結構。
圖例
解析 在底物足夠，其他因素固定的條件下，酶促反應的速度與酶濃度成正比。 1.在S較低時，V隨S增加而加快，近乎成正比;
2.在S較低時，V隨S增加而加快，但不顯著;
3.當S很大且達到一定限度時，V也達到一個最大值，此時即使再增加S，反應也幾乎不再改變。
1.在一定T內V隨T的
升高而加快;
2.在一定條件下，每一種酶在某一T時活力最大，稱最適溫度;
3.當T升高到一定限度時，V反而隨溫度的升高而降低。
◎動物T：35—40℃
PH ： 6.5—8.0
◎ 酶工程
生產提取 制成 酶制劑 應用 治療疾病;加工和生產一些產品;
和分離純化 固定化酶 化驗診斷和水質檢測;其他分支。
二、ATP(三磷酸腺苷)
◎ ATP是生物體細胞內普遍存在的一種高能磷酸化合物，是生物體進行各項生命活動的直接
能源，它的水解與合成存在著能量的釋放與貯存。
1.結構簡式
A — P ～ P ～ P
腺苷 普通化學鍵13.8KJ/mol 高能磷酸鍵 30.54 KJ/mol 磷酸基團
2.ATP與ADP的轉化
ATP
呼吸作用
(線粒體) 吸 Pi
(細胞質基質) 能 吸收分泌(滲透能)
(葉綠體) 放 肌肉收縮(機械能)
光合作用 Pi 能 神經傳導、生物電(電能)
ADP (每個活細胞) 合成代謝(化學能)
體溫(熱能)
螢火蟲(光能)
◎ 糖類—主要能源物質 熱能 散失
太陽光能 脂肪—主要儲能物質 氧化
(直接能源) 蛋白質—能源物質之一 分解 化學能 ATP
水解酶、放
◎ ATP ADP + Pi + 能量
合成酶、吸
3.能產生ATP： 線粒體、葉綠體、細胞質基質
能產生水： 線粒體、葉綠體、核糖體、細胞核
能堿基互補配對： 線粒體、葉綠體、核糖體、細胞核
三、ATP的主要來源——細胞呼吸
◎呼吸是通過呼吸運動吸進氧氣，排出二氧化碳的過程。
◎細胞呼吸是指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產物，釋放出能量并生成ATP的過程。分為：
有氧呼吸 無氧呼吸
概念 指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，釋放能量，生成許多ATP的過程。 指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解成不徹底的氧化產物，同時釋放出少量能量的過程。
過程 ① C6H12O6 → 2丙酮酸 + [H] + 2ATP
② 2丙酮酸+ 6H2O → 6CO2 + [H]+ 2ATP
③ [H] + 6O2 → 12H2O + 34ATP ① C6H12O6 → 2丙酮酸 + [H] + 2ATP
→ 2C3H6O3
② 2丙酮酸 → 2C2H5OH + 2CO2
反應式 C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2 + 12H2O + 38ATP C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP
→ 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
不同點 場所 ： ①②線粒體基質 ③內膜 始終在細胞質基質
條件 ： 除①外，需分子氧、酶 不需分子氧、需酶
產物 ： CO2 、H2O 酒精和CO2或乳酸
能量 ： 大量、合成38ATP(1161KJ) 少量、合成2ATP(61.08KJ)
相同點 聯系 ： 從葡萄糖分解成丙酮酸階段相同，以后階段不同
實質 ： 分解有機物，釋放能量，合成ATP
意義 ： 為生物體的各項生命活動提供能量;為體內其他化合物合成提供原料
◎比較
光合作用 呼吸作用
反應場所 綠色植物(在葉綠體中進行) 所有生物(主要在線粒體中進行)
反應條件 光、色素、酶 酶(時刻進行)
物質轉變 把無機物CO2和H2O合成有機物(CH2O) 分解有機物產生CO2和H2O
能量轉變 把光能轉變成化學能儲存在有機物中 釋放有機物的能量，部分轉移ATP
實質 合成有機物、儲存能量 分解有機物、釋放能量、產生ATP
聯系 有機物、氧氣
光合作用 呼吸作用
能量、二氧化碳
◎ 光合作用的實質
通過光反應把光能轉變成活躍的化學能，通過暗反應把二氧化碳和水合成有機物，同時把活躍的化學能轉變成穩定的化學能貯存在有機物中。
四、光和光合作用
◎光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的
有機物，并釋放出氧氣的過程。影響因素有：光、溫度、CO2濃度、水分、礦質元素等。
1.發現
內容 時間 過程 結論
普里斯特 1771年 蠟燭、小鼠、綠色植物實驗 植物可以更新空氣
薩克斯 1864年 葉片遮光實驗 綠色植物在光合作用中產生淀粉
恩格爾曼 1880年 水綿光合作用實驗 葉綠體是光合作用的場所釋放出氧。
魯賓與卡門 1939年 同位素標記法 光合作用釋放的氧全來自水
2.場所
雙層膜
葉綠體 基質
基粒 多個類囊體(片層)堆疊而成
胡蘿卜素(橙黃色)1/3
類胡蘿卜素 葉黃素(黃色) 2/3 吸藍紫光
色素 (1/4) 葉綠素A(藍綠色)3/4
葉綠素(3/4) 葉綠素B(黃綠色)1/4 吸紅橙和藍紫光
3.過程
光反應 暗反應
條件 光、色素、酶 CO2、[H]、ATP、酶
時間 短促 較緩慢
場所 內囊體的薄膜 葉綠體的基質
過程 ① 水的光解
2H2O → 4[H] + O2
② ATP的合成/光合磷酸化
ADP + Pi + 光能 → ATP ① CO2的固定
CO2 + C5 → 2C3
② C3/ CO2的還原
2C3 + [H] →(CH2O)
實質 光能 → 化學能，釋放O2 同化CO2，形成(CH2O)
總式 CO2 + H2O → (CH2O)+ O2
或 CO2 + 12H2O → (CH2O)6 + 6O2 + 6H2O
物變 無機物CO2、H2O → 有機物(CH2O)
能變 光能 → ATP中活躍的化學能 → 有機物中穩定的化學能
◎ 同位素示蹤
14C 光反應 2C 3 暗反應 (14CH2O)
3H2O 固定 [3H] 還原 (C3H2O)
H218O 光 18O2
◎ 人為創設條件，看物質變化：
1. 光照 → [H]和ATP → 暗反應 → (CH2O)
↓ ↓ ↓ ↓
切斷 → 不能生成 → 不能進行 → 不能生成
2. CO2 → C5 → C3 → (CH2O)
↓ ↓ ↓ ↓
(責任編輯：康彥林)
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