药流最佳时间必修1第五章 细胞的能量供应和利用(知识点)

2021年1月30日发(作者：北京男科建国医院)

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

1
号
（
2mLH
2
O
2
）

实验设置

试验现象


不处理

无明显气泡放出



有明显气泡放出、

有助燃性










结果分析

H
2
O
2
的自然分解非
常缓慢

对照组

2
号
（
2mLH
2
O
2
）

水浴加热（
90
℃）

加热能促进
H
2
O
2
的
分解

实验组

3
号
（
2mLH
2
O
2
）
加
入
质
量
分
数
为
3.5%
的
FeCl
3
溶液
2
滴

加
入
质
量
分
数
味
20%
的肝脏研磨液
2
滴

有较多气泡放出、

助燃性强

Fe
能促进
H
2
O
2
的
分解
< br>H
2
O
2
酶
也
有
催
化
H< br>2
O
2
分解的作用，
且
效率更高

3+4
号
（
2mLH
2
O
2
）

（二）注意事项
：

有大量气泡放出、

助燃性更强

①

要求用新鲜的肝脏，因为新鲜的肝脏中
H
2
O
2
酶的含量及活性较高；

②

要经过研磨，这样能使肝脏细胞破裂，酶分子充分释放出来；

③

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；

④

注意安全，
H
2
O
2
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
Fe
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
、

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。



1
3+

三、酶的本质

1
、关于酶本质的探索


时间

1773
年

发现者

（意）斯帕兰札尼

实验过程现象

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

实验结论

胃具有化学消化作用

1857
年

酶的

发现

（法）
巴斯德、
1897
年
（德）
糖类通过酵母菌发酵产社工酒精，
并从
李比希、毕希纳

（美）萨姆纳

细胞中提取出酶

从刀豆种子种提取了脲酶结晶，
并证实
是蛋白质

相继提取出多种酶的蛋白质结晶

细胞提取液中含有酶

1926
年

20
世纪
30
年代

20
世纪
8
年
代

酶是一类具有催化作
用的蛋白质

许多科学家

（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
：

①由活细胞产生（与核糖体有关）

②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。


③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

①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

②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

①酶具有高效性：催化效率很高，使反应速度很快

②酶具有专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

③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
℃。







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
酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。低温
0< br>℃—
4
℃下保存酶。

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
；







2

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

V
图例





在底物足够，
其他因
解析

素固定的条件下，酶
促反应的速度与酶浓
度成正比。



酶浓度




底物浓度
S

酶浓度

V
底物浓度










V


温度

温度

在
S
在一定范围内，
V随
S
增加而加快，
在一定温度范围内
V
随
T
的 升高而加快
近乎成正比；
当
S
很大且达到一定限度
时，
V< br>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）
< br>1
、组成元素：
C
、
H
、
O
、
N< br>、
P
2
、结构简式：
A
—
P
～
P
～
P
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
30.54kJ
∕
mol
）

二、
ATP
和
ADP
之间的相互转化







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

人、动物的呼吸作用

绿色植物的呼吸作用和光合作用

酶

A
—
P
～
P(
二磷酸腺苷
) + Pi +
能量（
30.5 kJ/mol
）






A
—
P
～
P
～
P
酶

（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
A
—
P
～
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。



3

第三节
ATP
的主要来源——细胞呼吸

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：

①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。

②< br>CO
2
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。

③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：

①

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。

②

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
O< br>2
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
CO
2
，保证最后通入澄清石灰水的
CO
2
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形
瓶内的
O
2
消耗 尽，再连通装置，检测其无氧呼吸产物。

③

检测

ⅰ、 使用石灰水（或
Ba(OH)2
溶液）检测
CO2
的生成

ⅱ、使用溴麝香草酚蓝溶液检测
CO
2
的生成

ⅲ、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

4

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：

C
6
H
12
O
6
+ 6H
2
O + 6O
2





酶




6CO
2
+ 12H
2
O +
能量（
38ATP
）

有
氧
呼
吸

第
一
阶
段

第
二
阶
段

第
三
阶
段

场

所

细胞质基质

线粒体基质

线粒体内膜

反应式

C
6
H
12
O
6
→2< br>丙酮酸
+4[H]+

少量能量（
2ATP
）
2
丙酮酸
+6H
2
O
→
6CO
2
+2 0[H]+

少量能量（
2ATP
）

24[H]+
6O
2
→12H
2
O+
大量能量（
34ATP
）

◎
有氧呼吸过程中
O
2
的去路：
O
2< br>用于和
[H]
生成
H
2
O

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）
，同时释放出少量能量的过程。

酶


总反应式：

C
6
H
12
O
6










2C
3
H
6
O
3
(
乳酸
) +
少量能量（
2ATP
）

酶


C
6
H
12
O
6










2C
2
H
5
OH(
酒精
) + 2CO
2
+
少量能量（
2ATP
）


无
氧
呼
吸

第
一
阶
段

第
二
阶
段

场

所

细胞质基质

细胞质基质

反应式

C
6
H
12
O
6
→2
丙酮酸
+4[H]+

少量能量（
2ATP
）

2
丙酮酸→
2C
3
H
6
O
3
(
乳酸
)

2
丙酮酸→
2C
2
H
5
OH(
酒精
) + 2CO
2

◎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的比较


场所

条件

不同点

物质变化

能量变化

联系

相同点

实质

意义

有氧呼吸

细胞质基质、线粒体

氧气、酶

葡萄糖彻底分解，产生
CO
2
和
H
2
O
释放大量能量（
1161kJ
被利用，其余
以热能散失）
，形成大量
ATP
（
38ATP
）

无氧呼吸

细胞质基质

酶

葡萄糖分解不彻底，生成酒精和
CO
2
或乳酸

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

从葡萄糖到丙酮酸阶段相同，以后不同
(
第一阶段相同
)
分解有机物，释放能量，产生
ATP
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）


5

（
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，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
）
O
2
的浓度

植物在
O< br>2
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
CO
2
；
O
2
浓度在
0~10%
时 ，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；
在
O
2
浓度
5%
时，呼 吸作用最弱；在
O
2
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。


（
3
）
CO
2
浓度

（
4
）含水量

呼
呼

吸
吸
强
强

度
度




CO
2
浓度


从化学平衡角度分析，
CO2
浓度增加，呼吸速率下
降。
环境
CO
2
浓度提高，将 抑制细胞呼吸，可用此
原理来贮藏水果和蔬菜。


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，要低温或降低氧气含量及增加二氧化碳浓度，抑制呼吸作用。

4
、包扎伤口，选用透气消毒纱布，抑制细菌无氧呼吸。

5
、酵母 菌酿酒：选通气，后密封。先让酵母菌有氧呼吸，大量繁殖，再无氧呼吸产生酒精。

6
、稻田定期排水：抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。

7
、提倡慢跑：防止剧烈运动，肌细胞无氧呼吸产生乳酸。

8
、破伤风杆菌感染伤口：须及时清洗伤口，以防无氧呼吸


含水量
%
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。




6