动植物蛋白质能量转换率
生物能量转换与物质循环知识点总结
生物能量转换与物质循环知识点总结生物能量转换和物质循环是生态系统中至关重要的过程。
生物能量转换指的是光能通过光合作用被植物转化为化学能，再通过食物链传递给其他生物。
物质循环则是指生物体内和生态系统中各种物质在不同生物之间流动和转化的过程。
下面将对生物能量转换和物质循环的相关知识点进行总结。
一、生物能量转换1. 光合作用光合作用是指植物利用光能将水和二氧化碳转化为有机物质的过程。
光合作用发生在叶绿体内，包括光能捕捉、光化学反应和暗反应三个阶段。
光合作用是地球上维持生命的关键过程，也是氧气和有机物质的重要来源。
2. 胞呼吸胞呼吸是细胞内产生能量的过程，通过将有机物质（如葡萄糖）与氧气反应释放能量，并生成二氧化碳和水。
胞呼吸可以分为有氧呼吸和无氧呼吸两种形式，其中有氧呼吸是主要的能量转换途径。
3. 食物链和食物网食物链描述了生物之间通过食物关系相互联系的现象。
食物网则是由多个食物链组成的网络结构，能够更全面地描述不同生物之间的能量传递关系。
4. 生物生产力生物生产力是指生态系统在单位时间内从光合作用中获得的化学能量总量。
它可以分为初级生产力和次级生产力。
初级生产力是指植物通过光合作用获得的化学能量，次级生产力是指其他生物通过摄食获得的能量。
二、物质循环1. 氧气循环氧气循环是指地球大气中氧气的来源和去向。
植物通过光合作用释放氧气，而动物通过呼吸消耗氧气。
此外，化石燃料的燃烧也会释放大量的二氧化碳，减少了大气中的氧气含量。
2. 氮循环氮循环是指地球上氮元素在生物体内和生态系统中的循环过程。
大气中的氮气可以通过固氮作用转化为植物可吸收的氨和硝酸盐等化合物，然后通过食物链传递给消费者。
蛋白质被分解后，氮元素又返回土壤或水体中。
3. 碳循环碳循环是指地球上碳元素在生物体内和生态系统中的循环过程。
碳元素以二氧化碳的形式存在于大气中，通过光合作用被植物吸收，形成有机物质。
随后，碳通过食物链传递给其他生物，并最终返回大气中或沉积于地表和海底。
细胞的代谢途径与能量转换
细胞的代谢途径与能量转换细胞代谢途径与能量转换细胞是生命的基本单位，细胞代谢是指细胞对物质与能量的转化过程，代谢途径涉及到一系列生化反应的媒介过程，以使细胞内得以生成生化物质和能量的过程。
代谢途径是生命活动的中心和基础，整个生物体的生长发育和各种生命活动皆代表着代谢的结果。
其中，能量的转换是代谢途径的重要组成部分之一，它是细胞代谢的基础，为生命的正常进程提供必要的动力。
糖代谢糖是细胞代谢最常用的能量源。
在细胞中，有两种主要的糖代谢途径：糖酵解和无氧呼吸。
糖酵解是指糖在没有氧气的情况下，通过一系列复杂的过程分解成乳酸（动物细胞）或者酒精（植物细胞）。
这个过程产生少量的ATP和NADH（辅酶，存储能量；NADH会参与将氧气加入细胞呼吸中）。
这种代谢途径适用于氧气供应不足的情况下，是有限能量的产出。
无氧呼吸也是一种没有氧气的情况下进行的糖代谢途径。
分解出的糖从而生成乳酸和ATP，与糖酵解过程相似，只是二者化合产物不同。
有氧呼吸有氧呼吸是细胞内的另一种重要能量转化过程，也是最常用的糖代谢途径之一。
在有氧环境下，细胞会通过氧气来分解糖，并且产生大量ATP。
在细胞内部，简单的糖（如葡萄糖）会被分解成较小的分子，其中包括丙酮酸和磷酸酪氨酸等。
随着这两种分子的分解，产生了大量的能量。
通过持续的生化反应，将产生的能量转化为ATP，储存在细胞内供以后使用。
这一过程中，细胞使用了一系列酶和蛋白质来对糖进行分解，并且通过多个途径将磷酸分子连接到腺苷（Adenosine）分子上，产生ATP，并释放出氧气。
脂肪代谢除了糖以外，脂肪代谢也是细胞代谢过程中的重要组成部分之一。
在细胞内，脂肪分子能够被分解成脂肪酸和甘油，其中脂肪酸是用来产生ATP的重要物质。
脂肪酸和甘油被体内酶进行分解，并且在持续的化学反应中被转化成乙酰辅酶A。
这种化合物可以在其他生化反应中被进一步加工，从而产生巨量的ATP。
蛋白质代谢蛋白质是细胞内另一种重要的分子，也可以作为能量来源之一。
动植物体内的代谢过程及能量转换
动植物体内的代谢过程及能量转换代谢过程是动植物体内的一系列生化反应，从而维持生命活动所需的能量和物质。
这些反应可以分为两类：建造代谢和分解代谢。
前者是指细胞使用葡萄糖等物质合成新分子，例如蛋白质和核酸。
后者是指分解大分子，释放出能量和单体分子，例如葡萄糖和脂肪酸。
二氧化碳和水是植物代谢的主要原料。
叶绿体通过光合作用，将二氧化碳和水转化为养分分子，例如葡萄糖和氧气。
此外，植物的代谢还包括植物合成和产生有机物质的过程。
根据代谢途径和化合物储存方式，可以将代谢过程分为两种类型：光合细胞代谢和非光合细胞代谢。
光合细胞代谢具有建造性特点，其中包括固定大量的二氧化碳，并利用光合色素光介导氧化还原反应。
非光合细胞代谢包括呼吸作用和其他储存和转化化合物的反应。
与植物不同，动物主要依靠有机物质的消耗来维持代谢。
这些物质可以是碳水化合物、脂肪或蛋白质。
在蛋白质和碳水化合物分解代谢中，这些物质被迅速消耗，产生能量和有机物质。
相比之下，脂肪酸的分解速度相对较慢，但能够释放出更多的能量。
同时，动物体内还有氨基酸的分解代谢，这种代谢过程非常重要，因为氨基酸可以用于生产新的蛋白质或其他化合物。
在代谢过程中，能量转换是不可避免的。
能量转换是指将物质的化学能转化为机械能和电梯能，或将机械能和电梯能转化为动力。
在生物体内，大部分的能量转换涉及三种能量转换机制：发光、热能和光能。
发光是通过有机物质氧化降解、或者由质子的双发上升来完成的。
热能是通过摩擦作用和微观粒子的碰撞等过程转换为动力的，而光能是通过光合作用，将太阳能转化为化学能。
总之，动植物体内的代谢过程和能量转换是高度复杂而又令人着迷的主题。
通过这些过程的理解，我们可以更好地掌握生物体内化学反应的运行规律，并为生命科学的研究做出更大的贡献。
生物的能量转化和代谢
酶的活性调节：通过磷酸化、 去磷酸化等方式进行调节
酶的稳定性：受温度、pH值、 离子强度等因素影响
酶促反应动力学
酶促反应：酶催化 的化学反应
米氏方程：描述酶 促反应速率与底物
浓度的关系
动力学：研究反应 速率和反应条件的
关系
反应机制：包括初 速度、最大速度、
半衰期等参数
酶活性的调节
酶活性的调节方式： 包括别构调节、共价 修饰、酶原激活和底
特点：根据环境条件选择 合适的代谢方式
光合作用：在光照条件下， 利用二氧化碳和水合成有
机物，释放氧气
异化作用：在无光照条件 下，分解有机物，产生二
氧化碳和水，释放能量
3
生物代谢中的酶与 反应
酶的分类与作用机制
酶的作用机制：通过降低反 应活化能，加快反应速度
酶的分类：氧化还原酶、转 移酶、水解酶、裂解酶等
物质转化与能量流动
光合作用：植物将光能转化为化学能，储存在糖等有机物中 呼吸作用：生物体将糖等有机物中的化学能转化为能量，供生命活动使用 食物链和食物网：生物通过捕食和被食的关系，实现物质和能量的传递和转化 能量流动：生态系统中，能量从生产者到消费者，再到分解者，形成能量流动链
生物体内能量转化的效率
生物体内的能量转换效率与生物的生理活动密切相关，例如在运动、生长、繁殖等过 程中，生物体内的能量转换效率会发生变化。
生物对能量的利用方式与效率
生物对能量的利用方式： 光合作用、细胞呼吸、
发酵等
光合作用：植物、藻类 和某些细菌利用阳光能 量将二氧化碳和水转化 为有机物和氧气的过程
细胞呼吸：生物细胞 内将葡萄糖等有机物 分解为二氧化碳和水， 同时释放能量的过程
5
生物代谢过程中的 能量转换与利用
物质与能量的相互转化
物质与能量的相互转化物质与能量的相互转化是自然界中一种基本的物理现象。
它描述了物质和能量之间的转换关系，不同形式的能量可以转化为彼此，而物质也可以转化为能量。
这个规律在日常生活中无处不在，也贯穿了科学研究的各个领域。
首先，让我们来探讨物质与能量之间的相互转化。
根据质能守恒定律，物质可以通过核反应、化学反应等方式转化为能量。
最著名的例子就是在核聚变中，核能转化为热能和光能释放出来，这是太阳能的主要来源。
此外，在燃烧中，化学能转化为热能和光能，驱动机器工作，提供动能。
可以说，燃烧是物质向能量转换的经典例子。
而相反的过程，也就是能量转化为物质的过程也是存在的。
在粒子对撞实验中，高能粒子撞击物质，能量转化为新的物质粒子。
这类实验不仅有助于我们理解宇宙的起源，还在物理学的研究中扮演着重要角色。
物质和能量的相互转化不仅在微观层面存在，在宏观层面也如影随形。
例如，食物的消化过程是一种将物质转化为能量的生理过程。
当我们吃进食物时，身体会将食物中的营养素分解，进而转化为身体所需的能量。
这个过程中，碳水化合物、脂肪和蛋白质被分解成葡萄糖、脂肪酸和氨基酸，再由细胞进行氧化代谢，生成能量。
在这个过程中，能量转化的效率受到很多因素的影响，如食物的种类、摄入量和个体的新陈代谢率等。
另外一个重要的物质与能量转化的例子是光合作用。
在光合作用中，植物利用阳光、水和二氧化碳生成葡萄糖和氧气。
光合作用通过将太阳能转化为化学能，为植物和其他生物提供能量和氧气。
这种现象对于维持地球生态系统的平衡至关重要，也是维持生命链条的关键环节之一。
物质和能量的相互转化还与能源领域密不可分。
如今，世界各国正积极寻求替代传统能源的发展方案，其中重要的一方面就是通过研究开发可再生能源以实现物质和能量之间的高效转化。
例如，太阳能光伏技术通过将太阳能转化为电能，为可持续发展提供了无限的新能源。
另一个例子是风能，风力发电利用风能转动风机叶片，进而驱动发电机产生电能。
浮游动物生物量和能量研究中的一些转换系数
为 ３ ： 质浮游动物含有较 少的氨和碳，含量变化 类 腔
大， 包括腔肠动物 ， 栉水母类， 鳃樽 ； 纽 非腔质浮游动 物，含有较 多的元素，含量变化不大，包括甲壳类和
机质． 干重 减去灰甜即为无灰干重。灰份是 指所有的 幼形类被囊动 物； 半胶质浮游动物的元 素含量 居上述 无机物质 ，将 浮游 动物 样品放于马 弗炉 中灼 烧 至步 两者之间， 包括软体动物和 毛颚类。 １ ． ２ｈ 剩下的成分即为灰份。不同的种类灰份的含量
用这个 系数要满足下列条件 ： 蛋白质的构成符合标准 组成 ； 氮只存在于蛋 白质中。
６ 含 能 量
注： 中间一栏 将 Ｃ设 为 １ ０ 右边一 栏将 Ｐ设 为 １ 仿 Ｈ ｍ ０． ， ａ
等，００年 ２０
从 理论 上讲 ， 有 机 体 的 含能 量 为 ２ ／ｒ ２ ６Ｊ ｎ ｇ
４ 元 素 组成
生化组成 （ ｉ ｈ 证 ａ 嘣Ｙ ｍ） Ｂ０ 日 ｃｌ 邺 ｃ 。生化组成是指主
Ｃ重 为 ７ Ｐ ｃ 重 为 １， Ｎ 分析 浮蝣动 物的元 素组成 主要是为 了粗 略估计 Ｎ ： （ 量 比） ０ １， ： （ 量 比） ０ ０３ Ｐ ：
要有机物 （ 蛋白质、 脂类和碳水化合物） 含量。各类 的
也 不 一 样 （ １。 表 ）
ＩＥ Ｃ Ｓ术语和系数委 员会使用的几个转换 系数为 ： 碳 占湿重 的比例 为 ０ １．氮占湿重的比倒为 ０ ００ ２ ．２， 磷占湿重的 比倒为 ０ １ １ ； 占干重 的比倒为 ０印， ０ 碳 ３ ６ 氮占干重 的比倒为 ０ ｌ ．磷占干重 的比例为 ００ ８ ０ ０ ； （ 重量 比） ０ ０８ 为 ７。
海 洋 科 学 ／０２年 ／ ２ 卷 ／ １ ２０ 第 ６ 第 期
植物的能量转换与代谢
植物通过卡尔文循环将大气中的二氧化碳固定为 有机酸，进而合成葡萄糖等糖类物质。
碳分配
植物体内的碳以糖类的形式进行分配和运输，用 于合成各种细胞结构和功能物质。
氮代谢中吸收铵态氮或硝态氮，这是植物体内氮的 主要来源。
氮同化
植物将吸收的氮转化为氨基酸和蛋白质等有机氮化物，用于构建细 胞结构和功能物质。
能量转换对代谢途径的调控
ATP/ADP比值调控 代谢途径
植物细胞内的ATP/ADP比值可以 反映细胞的能量状态，当 ATP/ADP比值较高时，表明细胞 能量充足，可以促进代谢途径的 进行；反之，当ATP/ADP比值较 低时，则表明细胞能量不足，需 要抑制代谢途径的进行以节省能 量。
光合作用产物对代谢 途径的调控
光合作用与呼吸作用的互作关系
揭示了光合作用与呼吸作用在植物能量代谢中的协同作用和相互调控机
制。
植物代谢途径的研究进展
初级代谢途径研究
阐明了植物初级代谢途径，如糖 代谢、氮代谢和脂代谢等，揭示 了这些途径在植物生长发育和逆 境适应中的重要作用。
次级代谢途径研究
揭示了植物次级代谢途径的多样 性和复杂性，如酚类、萜类、生 物碱等化合物的合成途径和调控 机制。
光合色素的功能
依功能不同，光合色素可分成天线色素和反应中心色素两类。天线色素捕获光能，并将光能传给反应中心。极大 部分光合色素都起这一作用。 反应中心色素的作用是以光能来引起电荷分离及光化学成键。它是光化学的催化剂 ，促进能量转化和电荷分离。
光合作用中的能量转换
光能转换为电能
特殊状态下的叶绿素a被激发夺取了 水分子中的电子，叶绿素a被激发变 成了叶绿素a+，同时放出氧气。叶绿 体变成叶绿素a+又从旁边的甲基被氧 化的叶绿素a（叶绿素a被氧化成叶绿 素a+c550）那儿夺取一个电子不断 传递，（氧化——还原）又从还原的 醌a2（氧化成醌b）那儿夺取一个电 子传递给吲哚乙酸，氧化成P680，至 此形成了一个循环回路。
生物链的能量转化效率
生物链的能量转化效率是指在食物链中，能量从一个营养级传递到下一个营养级的效率。
这个效率通常是以百分比表示的，其影响因素包括生物的种类、食物的种类、环境条件以及生物之间的相互作用等。
在食物链中，能量从低营养级向高营养级传递，每一级都有一定的能量转化效率。
一般来说，每经过一个营养级，能量损失率大约在10%到20%之间。
因此，食物链越长，能量的利用率就越低。
此外，食物链中的生物种类和食物的种类也会影响能量的转化效率。
例如，草食动物和肉食动物的能量转化效率就有所不同。
草食动物的消化系统比较简单，将植物组织转化为自身组织的效率较高，而肉食动物的消化系统较为复杂，需要经过多级消化才能将食物转化为自身组织，因此其能量转化效率相对较低。
此外，环境条件也会影响能量的转化效率。
例如，气候变化、污染和天敌等因素都可能影响生物的生长和繁殖，从而影响能量的转化效率。
综上所述，生物链的能量转化效率是一个复杂的问题，它受到多种因素的影响。
了解能量转化效率有助于我们更好地理解生态系统的运行机制，并采取措施提高能量的利用率，促进生态平衡和可持续发展。
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空氣的污染
• 吃一塊牛排對地球變暖的影響與 一輛小汽車行駛兩英里排放廢氣 所造成的不良效果相同。
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空氣的污染
• 一頭牛在它的消化過程中可由打 嗝和放屁在一天內排出200升甲 烷，全世界超過3億頭牛，它們 每年排放的甲烷則高過達一億多 噸，占全球甲烷排放總量的20%
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空氣的污染
• 溫室效應的緣故北極冰原2040年 前可能消失
餵牲畜 298.605
30%
人食用 696.745
70%
餵牲畜 人食用 9
海洋資源的浪費
• 1989年，有13萬噸從北海撈來的魚都用 來餵養2.8萬噸的養殖鮭魚
10
養殖的破壞
• 1980年，菲律賓群島還有1469平方公里的紅樹林， 但到1989年已減少到380平方公里。
平方公里
1500 1000
支持有利地球永續經營 的飲食銷售
39
有機農業對生態環境的影響
• 降低對環境污染 • 農業廢棄物回收再生資源利用
• 稻殼、廚餘、排泄物回收再利用 • 建立良好之耕作制度
• 混作、輪作或間作，改善土壤的結構 、減少病蟲害）
• 改進空氣品質 • 減少氮肥的使用，N2O的產生
• 防止土壤沖蝕 • 多元化植物覆蓋土壤，防止雨水沖刷
40
有機農業的成效
• 古巴自從大量採用有 機農法後，從1994年 以來，市區菜園的蔬 菜產量每年呈現雙倍 或三倍成長。
41
化學肥料 添加劑
農藥 有機食品 基因改造
改變飲食，世界會更不同
¼ 荒野保護協會講座內容
1
你今天吃了什麼？
2
從何而來？
3
從何而來？
4
人工添加物
基因改造食品
重金屬
化學肥料
農藥
生病的環境生病的人 Garbage in, garbage out!
5
魚撈方式的破壞
• 每年有50萬到150萬的海豚 和小鯨死亡，大多數是被 纏在漂浮的尼龍網裏
22
飲用水源的劇減
• 全世界50%的淡水是供給畜牧業 使用，它包括種植牲口所吃的穀 類及它們所喝的水。
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飲用水源的劇減
• 產1磅動物蛋白質所需的水，是 生產1磅植物蛋白質所需的15倍。
24
飲用水源的劇減
• 生產1隻普通大小的母牛消耗的 水，足夠浮起一隻驅逐艦
25
環境的污染
• 畜牧業在美國本土造成的污染是 其他所有工業加起來的兩倍。
• 1970年代的末期，為了供應北美洲速食業的漢 堡肉，中南美洲2/3的農業用地已改成畜牧場。
畜牧場成了摧殘中南美洲 熱帶雨林的禍首
16
為了口腹之慾！
¼ 磅漢堡肉
20~30種不同的植物 100種不同的昆蟲
165磅被摧毀的生態
20~30種不同的 鳥類與動物。 17
拯救熱帶雨林最好的方法
• 一個人從肉食者轉變 為素食者每年能...
拯救一英畝 的熱帶雨林
18
表土流失
• 一英吋的表土自然形成的時間需 要200~1000年。
19
表土流失
• 85%的美國畜牧場及農場的表土 已流失，間接亦影響了森林的表 土。
20
表土流失
• 為了1磅牛排，35磅的表土則永 遠流失掉了。
21
表土流失
• 每年平均在美國本土直接或間接 流失的表土損失大概是440億美 元。
• 海底拖網，讓很多海底的 動植物連同比實際捕撈到 的多得多的魚也一塊被殺 死了。
6
海洋資源的銳減
萬噸 40 30 20 10 0
38
13 1970
6
4.9 1990
鱈魚 黑線鱈
黑線鱈 鱈魚
7
當海生哺乳動物與人競爭魚類資源時， 它們就面臨著被殺的可能性！
8
海洋資源的浪費
• 1989年，在全球所捕撈的995.35億噸魚 中，將近30%都不是給人消費的
500 0
1469 1980
380 1989
紅樹林面積
11
12
飢餓的真相
全世界四分之一的人口（13億） 是生活於挨餓或是營養不良的情況下
每一年，四千萬到六千萬的人口， 因為營養不良或飢餓而死亡
人
牲
家
類口
禽
：
：
：
54億 40億 110億 13
畜牧業消耗的榖類是人類消耗榖類的二倍。
全美國生產的榖類，70%是用在畜牧業上。 全美國每年出口的榖類，2/3用在畜牧業上。 全世界生產的穀類，1/3是用在畜牧業上。
36
在我們身邊發生的事情
• 台灣人口：22863122 (95年11月) • 牛：30535頭0.001 • 羊：133688頭0.006 • 豬：9547972頭0.418 • 雞：143686446隻6.285 • 鴨：2259375隻0.099
• 資料來源：農委會(94年)
37
動植物蛋白質能量轉換率
請救救 我吧！
1984年，非洲國家衣索匹亞每天有成千上萬的人死於饑荒。 但在同時，衣索匹亞繼續出口以百萬美元計的榖類到英國及其他 歐洲國家。
14
少吃肉有什麼好處？
• 如果美國肉類生產降低10%，省下來的糧食 可用來養活每年餓死的…
六千萬人!
15
畜牧業與熱帶雨林
• 1960年開始，超過25% 的中南美洲的熱帶雨林 已經被開發成畜牧場。
動物食物
能量轉換率
植物食物
能量轉換率
雞
6.3%
玉米
250%
牛奶
5.3%
麥
220%
蛋
3.6%
燕麥
510%
牛排
2.9%
米
210%
豬排
1.5%
蘋果
110%
羊肉
0.5%
柳橙
170%蝦子ຫໍສະໝຸດ 0.7%馬鈴薯123%
38
資料來源：Pimentel D., and M. Pimentel (Editors), 1996. Food, Energy and Society, University Press of Colorado, 363p. ISBN: 0870813862
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環境的污染
• 畜養一萬頭牛所產生的廢物相當 於一個11萬人口的城市所製造的 廢物。
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環境的污染
• 在1986年，一個關於大氣中氨含 量的研究發現：81%的氨來自牛 群，而氨會引起酸雨。
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環境的污染
• 加州牛的糞便就已超過全美國所 有人類的糞便。
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空氣的污染
• 為了一個漢堡，等於燃燒了500 磅的二氧化碳。
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資料來源：2006年12月「地球物理研究通信」（Geophysical Research Letters）雜誌
能源耗損
• 生產1磅的牛肉需要1加侖的汽油
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能源耗損
• 若全人類飲食以肉類為主，現存 石油可維持使用13年；若全人類 素食，現存石油可維持使用260 年
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能源耗損
• 從牛肉提取1磅蛋白質須耗用78 卡路里；從大豆提取1磅蛋白質 只需耗用2卡路里