2025年高考細胞的能量供應(yīng)和利用

　　第一節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶

　　一、相關(guān)概念：

　　新陳代謝：是活細胞中全部化學(xué)反應(yīng)的總稱，是生物與非生物最根本的區(qū)別，是生物體進行一切生命活動的基礎(chǔ)。

　　細胞代謝：細胞中每時每刻都進行著的許多化學(xué)反應(yīng)。

　　酶：是活細胞(來源)所產(chǎn)生的具有催化作用(功能：降低化學(xué)反應(yīng)活化能，提高化學(xué)反應(yīng)速率)的一類有機物。

　　活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。

　　二、酶的發(fā)現(xiàn)：

　�、�、1783年，意大利科學(xué)家斯巴蘭讓尼用實驗證明：胃具有化學(xué)性消化的作用；

　　②、1836年，德國科學(xué)家施旺從胃液中提取了胃蛋白酶；

　　③、1926年，美國科學(xué)家薩姆納通過化學(xué)實驗證明脲酶是一種蛋白質(zhì)；

　�、�、20世紀(jì)80年代，美國科學(xué)家切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化作用。

　　三、酶的本質(zhì)：大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)（合成酶的場所主要是核糖體，水解酶的酶是蛋白酶），也有少數(shù)是RNA。

　　四、酶的特性：

　�、�、高效性：催化效率比無機催化劑高許多。

　�、凇�專一性：每種酶只能催化一種或一類化合物的化學(xué)反應(yīng)。

　　③、酶需要較溫和的作用條件：在最適宜的溫度和pH下，酶的活性最高。溫度和pH偏高和偏低，酶的活性都會明顯降低。

　　第二節(jié)細胞的能量“通貨”-----ATP

　　一、ATP的結(jié)構(gòu)簡式：ATP是三磷酸腺苷的英文縮寫，結(jié)構(gòu)簡式：A－P～P～P，其中：A代表腺苷，P代表磷酸基團，～代表高能磷酸鍵，－代表普通化學(xué)鍵。

　　注意：ATP的分子中的高能磷酸鍵中儲存著大量的能量，所以ATP被稱為高能化合物。這種高能化合物化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，在水解時，由于高能磷酸鍵的斷裂，釋放出大量的能量。

　　二、ATP與ADP的轉(zhuǎn)化：

　　酶

　　第三節(jié)ATP的主要來源------細胞呼吸

　　一、相關(guān)概念：

　　1、呼吸作用（也叫細胞呼吸）：指有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其它產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過程。根據(jù)是否有氧參與，分為：有氧呼吸和無氧呼吸

　　2、有氧呼吸：指細胞在有氧的參與下，通過多種酶的催化作用下，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放出大量能量，生成ATP的過程。

　　3、無氧呼吸：一般是指細胞在無氧的條件下，通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解為不徹底的氧化產(chǎn)物（酒精、CO2或乳酸），同時釋放出少量能量的過程。

　　4、發(fā)酵：微生物（如：酵母菌、乳酸菌）的無氧呼吸。

　　二、有氧呼吸的總反應(yīng)式：

　　C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量

　　三、無氧呼吸的總反應(yīng)式：

　　C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量

　　或

　　C6H12O62C3H6O3（乳酸）+少量能量

　　四、有氧呼吸過程（主要在線粒體中進行）：

　　場所發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)物

　　第一階段細胞質(zhì)

　　基質(zhì)

　　丙酮酸、[H]、釋放少量能量，形成少量ATP

　　第二階段線粒體

　　基質(zhì)

　　CO2、[H]、釋放少量能量，形成少量ATP

　　第三階段線粒體

　　內(nèi)膜

　　生成H2O、釋放大量能量，形成大量ATP

　　五、有氧呼吸與無氧呼吸的比較：

　　呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸

　　不

　　同

　　點場所細胞質(zhì)基質(zhì)，線粒體基質(zhì)、內(nèi)膜細胞質(zhì)基質(zhì)

　　條件氧氣、多種酶無氧氣參與、多種酶

　　物質(zhì)變化葡萄糖徹底分解，產(chǎn)生

　　CO2和H2O葡萄糖分解不徹底，生成乳酸或酒精等

　　能量變化釋放大量能量（1161kJ被利用，其余以熱能散失），形成大量ATP釋放少量能量，形成少量ATP

　　六、影響呼吸速率的外界因素：

　　1、溫度：溫度通過影響細胞內(nèi)與呼吸作用有關(guān)的酶的活性來影響細胞的呼吸作用。

　　溫度過低或過高都會影響細胞正常的呼吸作用。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越低，，細胞呼吸越弱；溫度越高，細胞呼吸越強。

　　2、氧氣：氧氣充足，則無氧呼吸將受抑制；氧氣不足，則有氧呼吸將會減弱或受抑制。

　　3、水分：一般來說，細胞水分充足，呼吸作用將增強。但陸生植物根部如長時間受水浸沒，根部缺氧，進行無氧呼吸，產(chǎn)生過多酒精，可使根部細胞壞死。

　　4、CO2：環(huán)境CO2濃度提高，將抑制細胞呼吸，可用此原理來貯藏水果和蔬菜。

　　七、呼吸作用在生產(chǎn)上的應(yīng)用：

　　1、作物栽培時，要有適當(dāng)措施保證根的正常呼吸，如疏松土壤等。

　　2、糧油種子貯藏時，要風(fēng)干、降溫，降低氧氣含量，則能抑制呼吸作用，減少有機物消耗。

　　3、水果、蔬菜保鮮時，要低溫或降低氧氣含量及增加二氧化碳濃度，抑制呼吸作用。

　　第四節(jié)能量之源----光與光合作用

　　一、相關(guān)概念：

　　1、光合作用：綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并釋放出氧氣的過程

　　二、光合色素（在類囊體的薄膜上）：

　　葉綠素a(藍綠色）

　　葉綠素主要吸收紅光和藍紫光

　　葉綠素b(黃綠色）

　　色素

　　胡蘿卜素（橙黃色）

　　類胡蘿卜素主要吸收藍紫光

　　葉黃素（黃色）

　　三、光合作用的探究歷程：

　　①、1648年海爾蒙脫(比利時)，把一棵2.3kg的柳樹苗種植在一桶90.8kg的土壤中，然后只用雨水澆灌而不供給任何其他物質(zhì)，5年后柳樹增重到76.7kg，而土壤只減輕了57g。指出：植物的物質(zhì)積累來自水

　�、凇�1771年英國科學(xué)家普里斯特利發(fā)現(xiàn)，將點燃的蠟燭與綠色植物一起放在密閉的玻璃罩內(nèi)，蠟燭不容易熄滅；將小鼠與綠色植物一起放在玻璃罩內(nèi)，小鼠不容易窒息而死，證明：植物可以更新空氣。

　�、邸�1785年，由于空氣組成的發(fā)現(xiàn)，人們明確了綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳。

　　?1845年，德國科學(xué)家梅耶指出，植物進行光合作用時，把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲存起來。

　　④、1864年,德國科學(xué)家把綠葉放在暗處理的綠色葉片一半暴光，另一半遮光。過一段時間后，用碘蒸氣處理葉片，發(fā)現(xiàn)遮光的那一半葉片沒有發(fā)生顏色變化，曝光的那一半葉片則呈深藍色。證明：綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。

　�、荨�1880年，德國科學(xué)家思吉爾曼用水綿進行光合作用的實驗。證明：葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所，氧是葉綠體釋放出來的。

　　⑥、20世紀(jì)30年代美國科學(xué)家魯賓卡門采用同位素標(biāo)記法研究了光合作用。第一組相植物提供H218O和CO2，釋放的是18O2；第二組提供H2O和C18O，釋放的是O2。光合作用釋放的氧全部來自來水。

　　四、葉綠體的功能：

　　葉綠體是進行光合作用的場所。在類囊體的薄膜上分布著具有吸收光能的光合色素，在類囊體的薄膜上和葉綠體的基質(zhì)中含有許多光合作用所必需的酶。

　　五、影響光合作用的外界因素主要有：

　　1、光照強度：在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光照強度的增強而加快，超過光飽合點，光合速率反而會下降。

　　2、溫度：溫度可影響酶的活性。

　　3、二氧化碳濃度：在一定范圍內(nèi)，光合速率隨二氧化碳濃度的增加而加快，達到一定程度后，光合速率維持在一定的水平，不再增加。

　　4、水：光合作用的原料之一，缺少時光合速率下降。

　　六、光合作用的應(yīng)用：

　　1、適當(dāng)提高光照強度。

　　2、延長光合作用的時間。

　　3、增加光合作用的面積------合理密植，間作套種。

　　4、溫室大棚用無色透明玻璃。

　　5、溫室栽培植物時，白天適當(dāng)提高溫度，晚上適當(dāng)降溫。

　　6、溫室栽培多施有機肥或放置干冰，提高二氧化碳濃度。

　　七、光合作用的過程：

　　光

　　反

　　應(yīng)

　　階

　　段條件光、色素、酶

　　場所在類囊體的薄膜上

　　物質(zhì)變化

　　水的分解：H2O→[H]+O2↑ATP的生成：ADP+Pi→ATP

　　能量變化光能→ATP中的活躍化學(xué)能

　　暗

　　反

　　應(yīng)

　　階

　　段條件酶、ATP、[H]

　　場所葉綠體基質(zhì)

　　物質(zhì)變化CO2的固定：CO2+C5→2C3

　　C3的還原：C3+[H]→（CH2O）

　　能量變化ATP中的活躍化學(xué)能→（CH2O）中的穩(wěn)定化學(xué)能

　　總反應(yīng)式

　　CO2+H2OO2+（CH2O）

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