细胞的能量供应和利用

高一生物细胞的能量供应和利用思维导图，包括：降低化学反应活化能的酶、细胞的能量“货币”ATP、细胞呼吸的原理和应用、光合作用的原理和应用。

细胞的能量供应和利用

• 降低化学反应活化能的酶
  • 酶的作用和本质
    • 酶探索过程
      • 斯帕兰札尼（意）：用鹰吐下带笼子的肉 实验结论:食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质
        • 后来科学家：发现胃液中含有大量的盐酸，推测盐酸是 使食物分解的物质
          • 施旺（德）：胃腺分泌物中有一种物质与盐酸混合后，对肉类 的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶
    • 细胞代谢:细胞中每时每刻都进行着许许多多化学反应，统称为细胞代谢 细胞代谢离不开酶，细胞代谢是细胞生命活动的基础
    • 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
        • 加热能促进过氧化氢分解，是因为加热使过氧化氢分子得到了能量，从常态转变为更容易分解的活跃状态。FE3+和过氧化氢分解促进过氧化氢分解，降低了过氧化氢分解反应的活化能
      • 活化能定义：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称为活化能
      • 酶效率高的原因：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 意义：正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下有序的进行
    • 酶的本质:绝大多数是蛋白质，少数是RNA
    • 酶本质的探索
      • 毕希纳：酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶
      • 子主题
  • 酶的特征
    • 酶的高效性
      • 实验：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
    • 酶的专一性
      • 无机催化剂的化学反应范围较广，每一种酶只能催化一种或一类化学反应。细胞能够有条不絮的进行，与酶的专一性分不开。
    • 酶的作用条件比较温和
      • 实验：影响酶活性条件
      • 酶的作用条件温和：许多无机催化剂能在高温，高压，强酸或强碱条件下催化化学反应，过酸、过碱活温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
• 细胞的能量“货币”ATP
  • ATP是驱动细胞生命获得得直接能源物质
  • ATP是一种高能磷酸化合物
    • ATP是腺苷三磷酸的英文缩写 ATP结构通式：A（腺苷）-（普通化学键）P（磷酸基团）~P~（特殊化学键）P
  • ATP与ADP的相互转化
    • ATP的合成：ADP+Pi+能量（酶的作用下）→ATP（ADP腺苷二磷酸，AMP腺苷单磷酸） ATP的水解：ATP(酶的作用下）→ADP+Pi+能量（不可逆）
    • ATP与ADP之间的相互转换，是时刻不停地发生并处与动态平衡中
    • 光能是生命活动的最终能量来源
  • ATP的利用
    • ATP中的化学能（转化）→各种形式的能量（用于）→个项生命活动
    • ATP为主动运输功能能：Ca2+与位点结合酶活性被激活（参与Ca2+→ATP水解(磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合）→载体蛋白磷酸化→载体蛋白空间结构发生变化→Ca2+释放到膜外
    • ATP是细胞流通的能量“货币”：吸能反应和放能反应都要ATP参与
• 细胞呼吸的原理和应用
  • 呼吸作用实质：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，也叫细胞呼吸
  • 细胞的呼吸方式
    • 实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
      • 测：CO2：澄清石灰水（浑浊）溴麝香草酚蓝溶液（蓝→绿→黄），酒精：橙色重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇（酒精）反应变灰绿色
      • —实验结论：酵母菌在有无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌产生大量的CO2和H2O，在无氧条件下产生酒精和CO2（少）
      • 葡萄糖要先煮沸待冷却至室温后加入，有氧呼吸中先要使用氢氧化钠溶液排出空气中的二氧化碳，无氧呼吸中酵母菌溶液设置好后要静置一段时间再通入石灰水，目的让酵母菌培养液中的氧气通过有氧呼吸消耗掉
  • 有氧呼吸
    • 总方程式
    • 第一阶段
      • 方程式
      • 反应场所：细胞质基质中（不需要氧）
    • 第二阶段
      • 方程式
      • 反应场所：线粒体基质(不需氧）
    • 第三阶段
      • 方程式
      • 反应场所：线粒体内膜（需氧）
    • 二氧化碳产生于第二阶段，还原氢产生于一二阶段，水产生于三阶段，ATP产生于一二三阶段
    • 有氧呼吸：细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程
    • 有氧呼吸过程特点：1.过程温和2有机物中的能量经过一系列的化学1反应逐步释放，这些能量有相当一部分存储在ATP中
  • 无氧呼吸
    • 过程：第一阶段与有氧呼吸第一阶段一样
    • 反应场所：细胞质基质
    • 反应式：
    • 注意：第二阶段不产生ATP
      • 马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚的无氧呼吸产生乳酸，人的无氧呼吸产生乳酸不产生二氧化碳
  • 细胞呼吸：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，释放能量并生成ATP的过程。所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量
  • 细胞呼吸原理的应用
    • 储存蔬菜，破伤风，慢跑，发酵，松土，包扎伤口透气
• 光合作用的原理和应用
  • 捕获光能的色素和结构
    • 实验;绿叶中色素的提取和分离
      • 提取原理：色素易溶于有机溶剂，分离原理：色素在层析液中溶解度不同，方法：纸层析法
    • 绿叶中的色素：叶绿素a(蓝绿色），叶绿素b（黄绿色），胡萝卜素（橙红色），叶黄素（黄色）
      • 叶绿素a，叶绿素b主要吸收蓝紫光， 胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光
  • 叶绿体的结构适于进行光合作用
    • 色素只分布在类囊体薄膜上，酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中
    • 叶绿体功能：恩格尔曼的实验证明光合作用的场所
  • 光合作用的原理和应用
    • 光合作用概:光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物
    • 光合作用总方程式
    • 光合作用原理
      • 探究光合作用原理的部分实验
    • 光合作用
      • 光反应
        • 条件；光，色素，酶，水，NADPH+，ADP，Pi
        • 场所：内囊体薄膜
        • 1·水的光解：
        • 2·
        • 3.ATP的形成
        • 能量变化：光能→ATP和NADPH中的化学能
      • 暗反应
        • 条件：酶，CO2，ATP，NADPH（有无光皆可)
        • 场所：叶绿体基质
        • CO2的固定：
        • C3的还原：
        • 能量转换：ATP和NADPH→糖类稳定的化学能
    • 光合作用原理的应用
      • 光合作用强度；植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
      • 实验：探究环境因素对光合作用强度的影响
  • 光合作用的意义：光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，所以光合作用成为“地球上最重要的化学反应”
  • 化能作用；硝化细菌将氨氧化为亚硝酸氧化为硝酸，利用化学反应释放能量将二氧化碳和水合成糖类