第十讲生命体系中能量获得与转换
生物 生态系统中的能量流动
请计算能量传递效率（输入后一营养级的 二、能量流动的特点:
能量与输入前一营养级的能量的比）
赛达伯格湖的能量流动图解
96.3 18.8
呼吸 122.6
7.5
生产者 464.6
13.5%
62.8
植食性动物 62.8
2.1
20%
12.6 29.3
肉食性动物 12.6
微量 5.0
293 12.5
未 固 定
个体
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
能 量 流 动 的 分 析
能量 输入
个体 2
储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量
个体 3
…
能量 输入
种群
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
一、能量流动的概念
生态系统中能量的输入、传递、转化和 散失的过程，称为生态系统的能量流动。
迁移创新：
1、如D鱼体重增加1kg，所需浮游至少需要植物约
125kg 能量传递效率的含义与计算：
在一食物链中，若求某营养级获 得最多能量，一般取20％作为传 递效率；反之，取10％作为传递 效率。
关于能量流动的计算问题:
• 如果遇到“至少”或者“至多”等字眼，如何解 题？
生 产 者 最大消耗 选最短食物链 最少消耗 选最大传递效率20℅ 选最长食物链 选最小传递率10℅ 获得最多 消 费 获得最少 者
同化
暂未利用
残骸 分解者
二、能量流动的过程
呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用
暂未利用
产者
残枝败叶等 分解者
生
暂未利用
暂未利用
消费者
残骸
初级
生命的物质变化和能量转换(P1-6)
同化作用与异化作用（比较） 比较）
反应类型 物质代谢
物质，转变为自 物质， 身物质
能量代谢 储存能量
同化作用 从外界摄取营养
异化作用 分解自身物质
释放能量
实例区分、根据描述的现象区分反应的种类） （※ 能实例区分、根据描述的现象区分反应的种类）
合成反应和分解反应
阅读教材了解：何为合成反应和分解反应？ 阅读教材了解：何为合成反应和分解反应？ 合成反应：由小分子形成大分子。 合成反应：由小分子形成大分子。 分解反应：将大分子分解成小分子。可以 分解反应： 大分子分解成小分子。 分成水解反应和氧化分解反应。 分成水解反应和氧化分解反应。 水解反应：消耗一分子水。 水解反应：消耗一分子水。 氧化分解反应：不消耗水，释放氢和能量。 氧化分解反应：不消耗水，释放氢和能量。 能根据给出的反应式准确区分各种反应。 ※ 能根据给出的反应式准确区分各种反应。
※ 观察、比较并记录各试管产生气泡的量，并以点燃的香 观察、比较并记录各试管产生气泡的量，
插入各试管测试其火光变化。 插入各试管测试其火光变化。
实验4.1 实验4.1 探究酶的高效性
分析与讨论
1、点燃的线香插入试管中后发生什么现象？说明 点燃的线香插入试管中后发生什么现象？ 了试管中生成的是什么气体？ 了试管中生成的是什么气体？ 试管2 产生的气泡量相同吗？为什么？ 2、试管2和3产生的气泡量相同吗？为什么？ 试管4 中的现象说明了什么问题？ 3、试管4和5中的现象说明了什么问题？ 过氧化氢酶（生物催化剂）比氯化铁溶液（ 过氧化氢酶（生物催化剂）比氯化铁溶液（无 机催化剂）的催化效率更高， 机催化剂）的催化效率更高，即生物催化剂具 有高效性。 有高效性。 生物催化剂的催化效率容易受温度的影响。 生物催化剂的催化效率容易受温度的影响。
生物教案：生态系统中的能量流动与食物链
生物教案：生态系统中的能量流动与食物链生态系统中的能量流动与食物链一、引言在自然界中，生态系统是生命活动发生和维持的基本单位，其中能量流动是一个不可或缺的过程。
能量从太阳光到地球，并通过食物链在生态系统中传递。
了解生态系统中的能量流动和食物链是理解生物相互作用以及整个生态系统运行的重要基础。
二、能量流动1. 光合作用：太阳光是所有进入生态系统的能量之源。
通过光合作用，植物将太阳能转化为化学能，并储存于有机分子中（如葡萄糖）。
这样的转换过程产生氧气，维持着地球上大部分生命形式所需的空气。
2. 其他制造者：除了植物以外，其他一些制造者也可以从环境中获取能源来为自己存储能量。
例如，一些细菌通过化学反应从非光合性有机物中获取能量。
3. 消费者：消费者是通过摄入其他生物体来获得能量和养分的组成部分。
根据其在食物链中所处的位置，消费者可以被分为不同级别、种类和大小。
三、食物链1. 定义：食物链是描述生态系统中不同生物相互作用的一种方式。
它显示了能量从一个生物体传递到另一个生物体的顺序，以及谁吃谁。
2. 生产者：生产者在食物链的底部。
它们是通过光合作用或其他方式从环境中获取能量，将其转化为有机物，并为其他生命形式提供能源。
3. 消费者级别：消费者可以被分为不同的级别，根据它们所处的位置和与其他消费者之间的关系。
主要的消费者称为一级消费者，而以此类推。
4. 食草动物、食肉动物和杂食动物：基于其饮食习惯，消费者可以进一步细分为食草动物、食肉动物和杂食能力。
这些分类反映了生态系统中不同种类生态角色的多样性。
5. 食物网：现实世界中的食物关系往往比简单线性的食物链更加复杂。
多个相互交织并存在链接关系的食物链构成了一个复杂网状结构，被称为食物网。
四、例子1. 海洋生态系统中的能量流动和食物链：在海洋中，浮游植物是海洋生态系统的主要生产者。
它们通过光合作用吸收太阳能，并成为一级消费者（如浮游动物）的食物。
接着，大型鱼类或其他大型掠食性动物将成为二级消费者。
高中生物知识点总结之生态系统的能量流动和物质循环篇
高中生物知识点总结之生态系统的能量流动和物质循环篇生态系统的能量流动1．能量流动的概述(1)概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
(2)能量流动的四个环节 输入—⎩⎨⎧ 源头：太阳能流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能⇩ 传递—⎩⎨⎧ 途径：食物链和食物网形式：有机物中的化学能 ⇩ 转化—太阳能→有机物中的化学能→热能⇩ 散失—⎩⎨⎧形式：最终以热能形式散失过程：自身呼吸作用2．能量流动的过程(1)能量流经第二营养级的过程①c代表初级消费者粪便中的能量。
②流入某一营养级(最高营养级除外)的能量的去向d：自身呼吸作用散失。
e：用于生长、发育、繁殖等生命活动的能量。
i：流入下一营养级。
f：被分解者分解利用。
j：未被利用的能量。
(2)能量流经生态系统的过程①流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能。
②能量流动渠道：食物链和食物网。
③能量传递形式：有机物中的化学能。
④能量散失途径：各种生物的呼吸作用(代谢过程)。
⑤能量散失形式：热能。
3．能量流动的特点及原因分析(1)能量流动是单向的，原因：①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。
②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。
(2)能量流动是逐级递减的原因：①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。
4．研究能量流动的意义(1)帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
(2)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
(人教版必修3 P99“科学·技术·社会”)生态农业是指运用________原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代生物科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生产体系。
提示：生态学1．生态系统的能量流动是指能量的输入和散失过程。
5人体生命活动过程和能量的转化
人体的新陈代谢1、新陈代谢的概念：生物体与外界环境之间的物质和能量的交换，以及生物体内物质和能量的转变过程，称为新陈代谢。
简称代谢。
2、新陈代谢的过程：3、新陈代谢的分类：同化作用：人体从外界摄取各种营养物质，经过一系列的化学变化转变成自己身体的一部分，并且储存了能量的变化称为同化作用或合成代谢。
异化作用：构成身体的一部分物质不断分解，同时释放能量，并且把分解所产生的废物排出体外的变化称为异化作用或分解代谢。
物质代谢：外界摄取的营养物质，在细胞中经过一系列的变化，转变成自身的物质，建造了我们的身体,更新衰老的组织，同时将部分有机物氧化分解，产生并排出代谢产物。
能量代谢：人体从外界摄取营养物质，合成自身新的组成物质，贮存能量，同时体内原有的一些有机物氧化分解，释放出能量，供生命活动需要，这种能量的贮存、释放、转移和利用过程。
4、人在不同时期新陈代谢的特点不同①儿童（青少年）：同化作用＞异化作用；物质和能量代谢都很强①成年人：同化作用≈异化作用；物质和能量代谢都较强①老年人：同化作用≈异化作用；物质代谢和能量代谢缓慢【注意】5、新陈代谢的意义：新陈代谢是生命最基本特征，是生物与非生物最根本的区别，是生物体进行一切生命活动的基础。
在新陈代谢的基础上，人和其他生物才能表现出生长、发育、生殖、遗传和变异等其他的生命基本特征。
1、下列关于代谢的叙述中，错误的是（）A．包括同化作用和异化作用两个方面B．包括物质代谢和能量代谢的两种过程C．首先同化作用，随后异化作用D．物质代谢过程中伴随着发生能量代谢【答案】C【解析】代谢是生物体最基本的特征之一，活的生物体时时刻刻都在进行着代谢，代谢过程中伴随着物质变化和能量变化。
代谢包括同化作用和异化作用两个方面，是同时进行的，使细胞内的物质不断更新。
2、青少年时期新陈代谢的特点是（）【答案】B【解析】同化作用是指生物体不断从外界吸收营养物质，合成新的自身组成物质，并储存能量的过程；异化作用是指生物体不断地氧化分解自身组成物质，释放能量，并不断排出代谢废物的过程。
新人教版高中生物必修3生态系统的能量流动教案
生态系统的能量流动一、教学目标1.分析生态系统能量流动的过程和特点。
2.概述研究能量流动的实践意义。
3.尝试调查农田生态系统中的能量流动情况。
二、教学重点和难点生态系统能量流动的过程和特点。
三、教学策略本节教学可以从“问题探讨〞引入，在学生讨论时，教师应作必要的提示：生命活动离不开能量，生物需要不断从外界获取能量才能维持生存；在生物获得的能量中只有一部分贮存于生物体内；由于能量沿食物链流动过程中逐级递减，因而能量相同的食物，动物性食品比例越高，意味着消耗的总能量越多。
在学生讨论的基础上，教师引出生态系统的能量流动的基本涵义。
然后，提出怎样研究生态系统的能量流动。
在进行“能量流动的分析〞的教学时，要提醒学生注意：研究能量流动可以是在个体水平上，也可以在群体水平上。
研究生态系统中能量流动一般在群体水平上，这种将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法。
理解能量流动的分析方法有助于学生学习本节后面的内容。
研究能量在沿着食物链从一个种群流动到另一种群时，需要考虑能量被利用和未被利用等多方面的能量值，以某动物种群捕食种群A为例，可用图5-4表示。
图5-4 能量流动的分析可以借助于某一具体的食物链，让学生分析“能量流动的过程〞。
教师可概括：〔1〕几乎所有生态系统的能量源头是太阳能。
植物通过光合作用，把太阳光能固定下来，这是生态系统繁荣的基础。
提醒学生注意：植物光合作用固定的能量减去呼吸作用消耗的能量，才是能够为下一营养级消费的能量。
所以，从能量的角度来看，植物的多少决定了生物种类和数量。
在气候温暖、降雨充沛的地方，植物格外繁茂，各种生物就会非常繁荣，热带雨林就是这样的情况；在气候寒冷、降雨很少的地方，植物很难生长，各种生物的数量都很少，显得荒凉而冷寂；〔2〕能量沿着食物链流动时，每一营养级都有输入、传递、转化和散失的过程；〔3〕生物的遗体残骸是分解者能量的来源。
能量在生态系统中是如何流动的，这是许多生态学家关注的问题。
生物体内的电子转移和生物能量转换
生物体内的电子转移和生物能量转换生命的本质是能量。
无论是在日常生活中，还是在科学领域中，我们无时无刻不与能量打交道。
生命体系中的所有化学反应都需要能量的介入以推动反应的进行。
这些反应从分子和原子的层面上构成了整个生命体系的基础，从而使它们得以成长、繁殖和代谢。
在生物体内，电子转移是这个能量转换系统的关键机制。
在生物体内，如何将能量转换成需要的形式取决于许多不同的机制和过程。
其中最重要的是电子转移的过程，它包括生物的呼吸作用，光合作用和氧化脱氢酶的作用。
在任何一种生物体系中，电子转移都是至关重要的。
生物能量转换的基础：酶类和受体在生物体系中，生物大分子——蛋白质扮演着相当关键的角色。
人体内的各种酶都是由蛋白质构成的，而当细胞将一种物质转变成另一种物质时，这些酶就发挥着关键的作用。
在生物体系中，酶与适当的底物（即酶催化的物质）结合，以推动化学反应的进行。
那么，酶如何工作来促进这些反应发生呢？性质上，酶的作用是为化学反应降低活化能。
这意味着，酶能够使生物体内的反应更容易发生。
具体来说，酶如何实现这一点是通过在特定的位置与与其相互作用的两种化合物之间建立“锁和钥”的联系。
这种“锁定和键定”机制的结果是，酶可以促进在极度微小的空间中发生的化学反应。
酶不仅仅是在细胞内，它还能够在细胞外促进化学反应，这种方式被称为“酶抑制剂”。
生物体系中另一个重要的组成部分是生物受体。
生物受体通过在细胞表面或细胞内部的灵敏的检测机制来检测胞外环境的变化。
这些变化可能涉及到环境中的温度、压力或其他化学分子的存在。
受体将这些变化转化成一个信号，这个信号通常是电化学信号，从而告诉细胞应该如何做出反应。
呼吸作用和光合作用在生物体内进行电子转移的两个过程是呼吸作用和光合作用。
呼吸作用是一种化学反应，在这个过程中，有机物质作为呼吸底物被“燃烧”，从而产生能量。
这个过程相当于在这些化学反应中释放热量和氧化碳。
在这个过程中，有机物质通常是葡萄糖，它在细胞内被分解为能够提供能量的分子，比如说ATP。
人体生命活动过程中物质和能量的转换解析PPT课件
C．支气管、肺泡、气管
D．肺泡、支气管、气管
2020年9月28日
15
6．(盐城中考)当人体内肺泡与血液之间发生了气体交
换后，血液中气体成分的变化是
(B
)
A．氧气和二氧化碳都增多
B．氧气增多，二氧化碳减少
C．氧气和二氧化碳都减少
D．氧气减少，二氧化碳增多
2020年9月28日
16
(学用P28页)
7．(潍坊中考)如图为肺泡内的气体交换示意图。下列
)
A．甲
B．乙
C．丙
D．丁
2020年9月28日
14
5．(2013•衢州)2013年2月，全国多地、多日出现雾霾
天气，致使空气中PM2.5严重超标。部分PM2.5颗粒能
通过呼吸道和肺进入血液，危害人体健康。PM2.5颗粒
经过鼻、咽、喉以后，进入血液之前，经过的结构依
次是
(B
)
A．气管、肺泡、支气管
B．气管、支气管、肺泡
2020年9月28日
4
考点2 列举消化酶在人体消化过程中的作用 a
1．酶能使食物中的糖类、脂肪、蛋白质变成可吸收的 物质。
2．与人消化有关的消化酶
2020年9月28日
5
考点3 说明酶在生命活动中的重要作用 b
1．酶的概念 酶是生物_活__细__胞__所产生的具有__催__化__作__用__的__蛋__白__质____ ，是一种生__物__催__化__剂____。
2020年9月28日
2．酶的特点：_高__效__性___、_专__一__性__、不稳定性。_温__度__ 和___p_H____都会影响酶的活性。
温度对酶活性的影响：
2020年9月28日
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耗散结构:(dissipative structure)
生命体需要消耗能量，这些能量使得生命产生出远离平衡 态的结构，这种称为耗散结构 。 生命体可以定以为一个通过不断汲取外部能量来维持甚至 扩展其有序结构的系统。 生活细胞和生物体是通过使环境中的熵增加，或者说从环 境中吸收负熵，来抵消体内熵的增长。 贝纳尔不稳定性（Benard instability） 别洛索夫-扎鲍京斯基反应(Belousov-Zhabotinskii reaction)
自发反应（spontaneous reaction）:
自然界存在的一种不需要从外部供能就可发生的反应。通常都是不可 逆的。如发酵
可逆反应(reversible reaction)
反应同时向2个相反的方向进行
可逆反应的特点是能达到动态平衡，反应仍在进行，但反应物和产物 的消耗与生成数量相等——化学平衡
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ATP是生命体系中重要的能量储存物质，被称为能量货 币单位，ATP是由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基构成，其 中第二个和第三个磷酸基上的磷酸键时高能键（~），不 稳定易被水解，从ATP上水解下来的磷酸基是一种能量 穿梭集团，对驱动吸能反映起决定作用。
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二、化学平衡
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（3）酶活性的可调节性
酶是生物体的组成成份，和体内其他物质一样，不断在体内新陈代 谢，酶的催化活性也受多方面的调控。例如，酶的生物合成的诱导和 阻遏、酶的化学修饰、抑制物的调节作用、代谢物对酶的反馈调节、 酶的别构调节以及神经体液因素的调节等，这些调控保证酶在体内新 陈代谢中发挥其恰如其分的催化作用，使生命活动中的种种化学反应 都能够有条不紊、协调一致地进行。
1、定义 酶是活细胞内产生的具有高度专一性和催化效率的蛋 白质，又称为生物催化剂。 广泛存在于各种细胞中，催化细胞生长、代谢等生命 过程中几乎所有的化学反应。 细胞内合成的酶主要是在细胞内起催化作用，也有些 酶合成后释入血液或消化道，并在那里发挥其催化作 用，人工提取的酶在合适的条件下也可在试管中对其 特殊底物起催化作用。 细胞产物；细胞内外都能发挥催化作用；蛋白质
（3）高度的专一性
一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化 学变化，并生成一定的产物，这种现象称为酶的特异性或专一性 (specificity)。受酶催化的化合物称为该酶的底物或作用物 (substrate)。
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酶对底物的专一性通常分为以下几种： a、绝对特异性(absolute specificity)
一种酶只作用于一种底物产生一定的反应，称为绝对专一性，如脲酶， 只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。
b、相对特异性(relative specificity)
一种酶可作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的专一性称 为相对专一性。如脂肪酶不仅水解脂肪，也能水解简单的酯类；磷酸酶 对一般的磷酸酯都有作用，无论是甘油的还是一元醇或酚的磷酸酯均可 被其水解。
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第十讲 生命体系中能量获得与转换
细胞代谢（p56~p85）
是生物体内所进行的全部物质和能的变化的总称
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学习目的
1、理解有机体内能量的产生机制 2、理解酶的工作机制 3、了解细胞呼吸的几个过程，以及能量的产生情况 4、了解光合作用过程
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C、立体异构特异性(stereospecificity)
一种酶对底物的立体构型的特异要求，称为立体异构专一性或特异性。 如α-淀粉酶只能水解淀粉中α-1,4-糖苷键，不能水解纤维素中的β-1，4糖苷键；L-乳酸脱氢酶的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。酶的 立体异构特异性表明，酶与底物的结合，至少存在三个结合点。
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生命体系中的能量大部分直接、间接来自太阳 在细胞和生物体的能的转换中起重要作用的是 化学能，其中ATP充当各种类型能的转换中的 媒介物。
细胞中能的转换
能的转换 化学能转换为渗透能 化学能转换为机械能 化学能转换为辐射能 化学能转化为电能 光能转换为化学能 声能转换为化学能 光能转换为化学能 发生部位 肾 肌细胞、纤毛上皮细胞 萤火虫发光器官 神经、味觉及嗅觉感受器细胞 叶绿体 内耳 视网膜
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2、酶促反应的特点
(1)具有一般催化剂的性质
加速化学反应的进行，而其本身在反应前后没有质和量的改变，不 影响反应的方向，不改变反应的平衡常数
(2)具极高的催化效率
一般而论，酶促反应速度比非催化反应高107~20倍，例如，反 应 H2O2+H2O2→2H2O+O2 在无催化剂时，需活化能18，000卡/克分子；胶体钯存在时， 需活化能11，700卡/克分子；有过氧化氢酶存在时，仅需活化能2， 000卡/克分子以下。
热力学第一定律：能量转化和守恒定律 。 热力学第二定律：开尔文叙述、克劳修斯叙述。 一个系统中的各种自发过程总是朝着熵增大的方 向进行的。 万物皆走向衰退。
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细胞和生物体是和外界环境紧密联系的开放系统。 自由能、热能 ds=des+dis ds:细胞和生物体的全部熵值变化 des:熵流<=0 dis:熵产生>=0 ds>0:系统有序化程度下降，细胞和生物体走向 死亡 ds<0:系统向更有序化发展，细胞和生物体生长 和进化
对于反应 C+D
E+F 平衡常数Keq=[E][F]/[C][D]
放能反应(exergonic reaction)、吸能反应(endergonic reaction) 平衡常数Keq与标准自由能变化(ΔG)有相关性
ΔG越小， Keq越大。 ΔG<0是放能反应， Keq大
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三、酶（Enzymes）
一、生命和能
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生物体是一个系统：自组织的、复杂的、有序 的、开放的。。。 耗散结构
生物体是物质、能量和信息的平衡体，任何生 命活动都包含着物质的转变、能量的转换和信 息的传递。
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热力学定律
能量（Energy）： 多种形式：光、电、化学、热、机械等 Energy is the ability to bring about change or to do work.