(完整版)第四章生命的物质变化和能量转换

第4章生命的物质变化和能量转换

一、生物体内的化学反应：

1．新陈代谢

1.1同化作用：生物体不断地从外界摄取营养物质，将它们转变为自身的物质，并贮存能量的过程。

1.2异化作用：生物体不断地将自身的物质分解以释放能量，并将代谢终产物排出体外的过程。

注意新陈代谢类型的描述：先讲同化后讲异化；同化类型有自养和异养两种，

异化类型有需氧、厌氧和兼氧三种。

2．合成反应和分解反应

2.1合成反应：由小分子形成大分子的化学反应。

如：有机物中的脱水缩合反应，单糖→多糖；氨基酸→蛋白质；核苷酸→核酸；甘油和脂肪酸→脂肪等。

2.2分解反应：由大分子形成小分子的化学反应。

2.2.1水解反应:需要特定的水解酶参与，并消耗水的分解反应。

如：多糖→单糖；蛋白质→氨基酸；核酸→核苷酸；脂肪→甘油+脂肪酸；核苷酸→磷酸+五碳糖+含氮碱基

2.2.2氧化分解反应：反应过程中不消耗水分子；如：葡萄糖→ 2丙酮酸+4H+能量

注意分清是水解（初步水解还是彻底水解）还是氧化分解，一般讲的代谢终产物为氧化分解终产物。3．生物催化剂----酶

3.1酶的概念：酶是由活细胞产生的具有催化功能的生物大分子。

3.2化学本质：大多数是蛋白质，少数是RNA。

3.3酶的特点

3.3.1高效性：其活性(即酶的催化效率)一般是无机催化剂的107—1013倍。

实验4.1 探究酶的高效性实验

实验目的：知道酶的催化功能及催化的高效性。

实验原理：酶是生物催化剂，能催化H2O2分解产生O2泡，O2能使带火星的木条复燃。因此，可通过产生的氧气泡的多少和木条的复燃情况，判断酶和F3+(无机离子)催化效率的高低。

材料选择：详见P58 仪器试剂：详见P58

实验方法：准备试管→加材料和试剂→观察记录

实验结论：酶具有催化功能；酶的催化具有高效性；高温使酶失活。

要说明酶的催化具有高效性，可选择试管1、2、3

要说明酶在高温下失去活性，可选择试管1、2、4

要说明酶的催化具有专一性，应如何设计实验？_______________________________________。

3.3.2专一性：一种酶只能催化一种或一类物质的合成反应或分解反应。

原因：这由酶本身的分子结构所决定，酶分子上特定的活性部位只有与其所催化的物质(底物)在结构和形状上完全契合时才能起催化作用。

3.4酶的命名和种类(繁多)：习惯上根据酶的来源以及它们所催化的底物来命名。例如：唾液淀粉酶等

3.5酶的作用场所：细胞内、外都可以

3.6 影响酶活力的因素：

3.6.1温度：绘制温度与反应速度的曲线（注意横坐标、纵坐标的表示，横坐标的

数值，注意高温使酶永久失活，低温使酶暂时失活，因此低温可保存酶）

3.6.2 PH值：绘制Ph值与反应速度的曲线关系（注意口腔、胃、小肠中酶的PH值）

4．生命活动的直接能源----ATP

4.1 ATP的全称：腺苷三磷酸

4.2 ATP结构简式：A—P~P~P(高能磷酸键的数量，及断裂的顺序)

注意高能磷酸键和普通化学键的表示；A—腺苷、T—三个、P —磷酸基。

4.3 ATP与ADP 的相互转化表示式及生物学意义（注意能量的不同）

ATP水解的意义：为生命活动直接提供能量。

合成ATP的能量来源：植物来自光合作用和呼吸作用，动物来自呼吸作用(即有机物的氧化分解)。

注意能源物质或能源类相关题目：太阳能—能量的最终来源；葡萄糖—主要能源物质；｛脂肪、

淀粉、糖原—储能物质｝；ATP—直接能源物质。

4.4 产生ATP的场所：线粒体、叶绿体的类囊体、细胞质基质

4.5光反应中产生的ATP用于暗反应，呼吸作用产生的ATP用于除光合作用外的其他生命活动。

二、光合作用

1．研究历史：（注意不同实验的设计及其验证，实验装置图的结构，注意对照组的设立）

时间科学家实验内容结论

1642年比利时范.赫尔蒙特柳树增重实验植物(柳树)增重全部来自于水

1771年英国化学家普里斯特利绿色植物可以改善污浊的空气或绿色植物在烛光下产生了蜡烛燃烧所需的物质

1779年荷兰科学家英格豪斯绿色植物只有在光下才能改善污浊的空气

1864年德国生理学家萨克斯光合作用产物中有淀粉

1939年美国科学家鲁宾和卡门同位素示踪实验

(用18O分别标记

H2O和CO2)

光合作用释放的氧气来自于水

20世纪

40年代

美国科学家卡尔文同位素示踪实验(用14C标记CO2) 探明CO2转化成有机物的途径2．叶绿体及其色素

2.1叶绿体--光合作用的场所

2.1.1双层膜：能控制物质进出叶绿体。

2.1.2基粒：由多个类囊体重叠而成，类囊体是由膜围成的空心饼状结构，

膜上含有与光合作用(光反应)有关的色素和酶。

2.1.3基质：含有与光合作用有关的酶(暗反应)。

2.2色素：

2.2.1种类：叶绿素a: 蓝绿色

叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光

叶绿体中的色素叶绿素b: 黄绿色

胡萝卜素:橙黄色

类胡萝卜素主要吸收蓝紫光

叶黄素:黄色

2.2.2功能：选择吸收光谱(见上面)。所有色素吸收的光能都要传递给叶绿素a才能用于光合作用。

2.2.3含量：绿叶中一般叶绿素含量是类胡萝卜素的4倍(叶片大多是绿色的原因)。当叶片衰老或环境

条件不良时(如干旱、高温、寒冷等，叶绿素比类胡萝卜素更容易被破坏。

3．光合作用的过程（注意反应流程图的绘制，光反应与暗反应在反应部位、反应条件、反应阶段中的反应物、产物的区别，光反应与暗反应的联系与实质，各阶段的名称）

3.1光合作用的反应方程式[用线桥法表示元素的来源去路]（注意反应条件、各物质系数）

光能

反应式：6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2

叶绿体

3.2光合作用过程

物质变化水的光解 O2全来自水

光反应ATP的形成NADPH的形成

光合作用过程能量变化：光能→电能→活跃的化学能

暗反应能量变化：活跃的化学能→稳定化学能

物质变化 CO2的固定：C5＋CO2→2C3

C3的还原C3还原形成糖类和C3还原形成C5化合物光合作用场所光反应在叶绿体的类囊体上

暗反应在叶绿体基质

3.3光合作用概念

绿色植物吸收并利用光能，将CO2和H2O合成贮能的有机物并释放O2，将光能转变成化学能的过程。

比较光反应暗反应

部位叶绿体内基粒的片层结构薄膜上叶绿体基质中

条件光、（叶绿体色素、酶）CO2、（酶、[H]和ATP）

物质变化1水的光解：2H2O 4[H]+O2+4e；

2ATP 的形成：ADP＋Pi ATP

3 NADPH的形成：NADP++H++2e 酶 NADPH

1、CO2的固定：

2、C3还原生成C6H12O6：

3、C3还原形成C5

产物［H］（NADPH）、ATP和O2NADP、ADP、C6H12O6、磷酸基

能量变化一部分光能转化为活跃的化学能活跃的化学能转变为稳定的化学能

联系光反应中为暗反应提供ATP、NADPH；暗反应为光反应补充NADP、ADP、Pi

3.5光合作用的实质：

光反应把光能转变成活跃的化学能，暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。

4．影响光合作用的因素

4.1内部因素：叶绿体含量、植物发育的阶段(一般在幼苗期光合作用较弱，现蕾开花期光合作用最强，

衰老、成熟期光合作用逐渐减弱。

4.2外部因素：光照强度、CO 2浓度、温度、无机离子等。

4.2.1光照强度：影响光反应。在一定的光照条件下，光合速率随着光照强

度的增大而提高；当光照强度增大到一定程度时，光合速率不随光照强度的增大而提高，趋于稳定。

4.2.2 CO 2浓度：影响暗反应。曲线类似于光照强度对光合作用的影响曲线。 4.2.3温度：影响酶活性。光合作用的最适温度一般是25-30℃。 4.2.4无机离子：N 、P 、Mg 、K 等。

4.2.5水分：是光合作用的原料，当植物缺水时，还会引起气孔关闭，导致CO 2减少而影响光合作用。

实验4.3 叶绿体中色素的提取和分离

实验目的：学会色素的提取和分离的方法与技能；了解叶绿体色素的种类。

实验原理：叶绿体中各种色素不溶于水而易溶于有机溶剂，可用无水乙醇提取叶绿体中的色素。叶绿体中

的各种色素随着层析液在滤纸条上扩散的速度是不同的，这样，运用纸层析法可以使叶绿体中的不同色素在扩散中被分离开来。

实验材料：新鲜的绿色叶片(如菠菜、青菜等) 仪器试剂：详见P66 实验方法：称量→剪碎(加少量CaCO 3、石英砂、无水乙醇)

→研磨→过滤→划线→层析→观察

加CaCO 3目的：防止叶绿素被破坏； 加石英砂目的：便于研磨；

加无水乙醇目的：提取叶绿体色素 实验结果：(见右图)

思考：1.滤液成淡绿色的原因可能有哪些？

2.滤液细线为何要画得细而直，并重复多次？

3.滤纸上画的滤液细线为什么不能接触到层析液？

实验4.4 探究影响光合作用的因素

实验目的：学会利用真空渗水法排除叶肉细胞间隙中空气的方法，了解影响光合作用的主要外界因素。 实验原理：利用真空渗水法排除叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，

植物吸收CO 2放出O 2，由于O 2在水中的溶解度很小，主要积累在细胞间隙，结果可使原来下沉的叶片上浮。因此，根据叶圆片上浮所需时间长短，能比较光合作用的强弱。

材料选择：叶龄相当的蚕豆叶片 仪器试剂：详见P73

实验方法：(影响因素以CO 2为例)

排气(使叶圆片下沉) → 加不同浓度NaHCO 3

溶液 → 光照 → 观察记录 → 分析结果 → 得出结论

结果记录：

注：如用太阳光照，建议观察记录时间改为每分钟记录一次为好，这样可提高精确度。

杯号

条件 不同时间(min)叶圆片上浮数量 叶圆片平均上

浮时间(min) 温度 光照 NaHCO 3浓度 5 10 15 20

三、细胞呼吸 1．概念和类型：

1.1概念：有机物在细胞内经一系列氧化分解，最终生成CO 2或其它产物，释放能量并生成ATP 的过程。 1.2类型：细胞的有氧呼吸和无氧呼吸。 2．有氧呼吸：

2.1概念：是指生物细胞在有氧条件下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出大量CO 2和水，同时释放出大量能量的过程。

2.2场所：先在细胞质基质内，后在线粒体内（主要在线粒体） 2.3过程：

2.4方程式：C 6H 12O 6+6 O 2 +6H 2O 6CO 2+12H 2O+能量(大量)

3．无氧呼吸：

3.1概念：是指生物细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。

3.2场所：始终在细胞质基质内进行 3.3过程：分为两个阶段 第一阶段：糖酵解；

第二阶段：还原C 3H 4O 3(丙酮酸)为酒精和CO 2（例：高等陆生植物、酵母菌）或乳酸（人体骨骼肌细胞、乳酸杆菌、马铃薯块茎、玉米的胚等） 原因：酶的不同 3.4方程式：

C 6H 12O 6 2C 2H 5OH （酒精）+2CO 2+能量（少量） C 6H 12O 6

2C 3H 6O 3（乳酸）+能量（少量）

4．有氧呼吸和有氧呼吸的比较

比较类型 有氧呼吸 无氧呼吸

区别 反应场所 细胞质基质和线粒体 始终在细胞质基质内进行 反应条件 需O 2、酶 不需O 2、需酶

有机物分解情况 彻底分解，产生CO 2、H 2O

不彻底 酒精和CO 2，如高等植物水淹时

乳酸，如乳酸菌、马铃薯块茎，骨骼肌

能量变化 释放能量多

释放能量少

联系

都经过第一阶段----糖酵解，并且都是氧化分解有机物释放能量的过程

5．呼吸作用的意义：为生物体(或细胞)的各项生命活动提供能量；能为体内其它化合物的合成提供原料。 6．光合作用和呼吸作用的比较：

比较类型 光合作用 呼吸作用（有氧）

区别

代谢类型 同化作用(合成代谢) 异化作用(分解代谢) 进行场所 叶绿体内进行 所有活细胞内都可进行 所需条件 需要光 有光无光都能进行

物质变化 将无机物合成有机物 将有机物分解成无机物 能量变化 将光能转变成稳定的化学能 将稳定的化学能转变成ATP 中能量和热能 实质 合成有机物，贮存能量 分解有机物，释放能量 联系 光合作用为呼吸作用提供有机物和O 2，呼吸作用为光合作用提供CO 2

7．影响呼吸作用的外界因素：温度、水分、O 2和CO 2浓度等

第一阶段 第二阶段 第三阶段 名称 糖酵解 三羧酸循环 氧化磷酸化 场所 细胞质基质 线粒体(基质) 线粒体(内膜) 反应物 葡萄糖 丙酮酸、水 [H]、O 2 产物和能量变化 丙酮酸、[H]、A TP （少） CO 2、[H]、ATP （少） H 2O 、ATP （多）

实质 在生物体内氧化分解有机物，并且释放能量的过程

演示实验酵母菌的呼吸方式

实验目的：认识酵母菌在不同的供氧条件下呼吸方式的类型，及呼吸方式对酵母菌生长的影响。

实验原理：酵母菌为兼气性微生物，在有氧或无氧的条件下分别进行有氧呼吸或无氧呼吸，产生相应的代谢产物如CO2、酒精等，通过测定产物的不同，来推知酵母菌的呼吸方式的不同。

实验材料：鲜酵母培养液(或酵母干粉)

仪器试剂：试管、铁架台(一整套)、烧杯、5%葡萄糖溶液、石蜡油、0.5%BTB溶液、蒸馏水等(详见P1-78) 实验方法：

1.将鲜酵母培养液各10mL分别注入甲、乙两个大试管中；

2.甲试管稍加石蜡油浮于培养液表面，并加试管塞；乙试管加塞(但

有通气管与外界相通)后和甲试管同保温于50℃水浴。

3.将两试管中产生的气体用导管通入BTB试剂中，观察1、3两试管

颜色的变化，记录自通气开始至变色的时间。

4.测1、3试管中溶液PH值，拔去瓶塞后闻甲试管中的气味。

实验结果：3试管比1试管变成黄绿色的时间更短；甲试管中有酒精味。

思考：1.甲、乙两试管的处理有何不同？这样处理的目的是什么？为何甲、乙试管同保温于50℃水浴？

2.2号和4号试管有何作用？

3.甲、乙两试管中的产物分别有哪些？你觉得还可以用什么方法对实验的产物进行检测？

四、生物体内营养物质的转变

1．三大营养物质的代谢：

1.1糖类代谢：

1.2脂肪代谢：

1.3蛋白质代谢：

1.4三大类物质的转化流程图

糖类

氨基酸蛋白质脂肪

2．合理营养：

2.1概念：合理营养是指人体摄入的食物，水、无机盐、维生素、糖类、脂肪、蛋白质和膳食纤维的种类齐全、摄入量及其比例符合人体营养要求。

2.2方法：

2.2.1膳食的多样化

2.2.2提倡“三低”饮食----即低脂、低钠、低糖。