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第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用1.什么是新陳代謝?什么是細(xì)胞代謝?新陳代謝:是活細(xì)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(jìn)行一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。細(xì)胞代謝:細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著的許多化學(xué)反應(yīng)。與代謝最為密切的兩種物質(zhì)是ATP和酶。2.什么是酶?酶是活細(xì)胞(來(lái)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,作用場(chǎng)所:細(xì)胞內(nèi)外都可以)的一類有機(jī)物。大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)(合成酶的場(chǎng)所主要是核糖體,水解酶的酶是蛋白酶,與雙縮脲試劑反應(yīng)產(chǎn)生紫色),也有少數(shù)是RNA(由DNA轉(zhuǎn)錄過來(lái))。3.什么是活化能?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。4.酶有哪些特性?酶為什么這么嬌氣?高效性:催化效率比無(wú)機(jī)催化劑高許多。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)。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偏高或偏低,酶的活性都會(huì)明顯降低。5.影響酶活性的因素?反應(yīng)速率反應(yīng)速率溫度PH值溫度PH值能使蛋白質(zhì)變性失活,破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu),但是氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序沒有變.高溫,強(qiáng)酸強(qiáng)堿破壞酶的空間結(jié)構(gòu),不可恢復(fù);而低溫使酶失活,可以恢復(fù)。6.為什么說酶是細(xì)胞代謝所必需的?細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都在進(jìn)行著成千上萬(wàn)種的化學(xué)反應(yīng),這些化學(xué)反應(yīng)需要高效率的進(jìn)行,酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化效率高得多;細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)需要常溫常壓,酸堿度適中等溫和條件下進(jìn)行,而無(wú)機(jī)催化劑常常輔助以高溫,高壓,強(qiáng)酸,強(qiáng)堿等劇烈條件下才能有較高的催化效率。7.什么是ATP?ATP是三磷酸腺苷的英文縮寫,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:A-P~P~P,其中:A代表腺苷,P代表磷酸基團(tuán),~代表高能磷酸鍵,-代表普通化學(xué)鍵。ATP的分子中的高能磷酸鍵中儲(chǔ)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(shí),由于高能磷酸鍵的斷裂,釋放出大量的能量。8.同樣是儲(chǔ)存能量的分子,ATP與葡萄糖具有不同的特點(diǎn),請(qǐng)概括出ATP具有哪幾個(gè)特點(diǎn)??jī)?chǔ)能少,一分子ATP只約為一分子葡萄糖的1/94;ATP所含的是活躍的化學(xué)能而葡萄糖分子所含的是穩(wěn)定的化學(xué)能,葡萄糖中的化學(xué)能只有轉(zhuǎn)變成ATP中的才能被利用。9.能源物質(zhì)的區(qū)別?根本能源:太陽(yáng)能儲(chǔ)備能源:脂肪,淀粉,糖原主要能源:糖類直接能源:ATP10.ATP與ADP的轉(zhuǎn)化關(guān)系? ADP中文名稱叫二磷酸腺苷,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式A—P~P~PATP在細(xì)胞內(nèi)含量很少,但在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化速度很快,用掉多少馬上形成多少。代謝越快,相互轉(zhuǎn)化的速度也越快。方程從左到右時(shí)能量代表釋放的能量,用于一切生命活動(dòng)。方程從右到左時(shí)能量代表轉(zhuǎn)移的能量,動(dòng)物中為呼吸作用轉(zhuǎn)移的能量。植物中來(lái)自光合作用和呼吸作用。12.ATP與酶的關(guān)系?酶的合成需要ATP供能,ATP的合成需要酶的催化;酶是蛋白質(zhì)或RNA類物質(zhì),他們的合成與生物遺傳物質(zhì)有關(guān),因而具有物種差異性;不同生物體內(nèi)ATP的有機(jī)結(jié)構(gòu)是相同的,不具有物種差異性。13.何謂呼吸作用?也叫細(xì)胞呼吸:指有機(jī)物在細(xì)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(wú)氧呼吸有氧呼吸:指細(xì)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(jī)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。無(wú)氧呼吸:一般是指細(xì)胞在無(wú)氧的條件下,通過酶的催化作用,把葡萄糖等有機(jī)物分解為不徹底的氧化產(chǎn)物(酒精、CO2或乳酸),同時(shí)釋放出少量能量的過程。發(fā)酵:微生物(如:酵母菌、乳酸菌)的呼吸作用。
14.細(xì)胞呼吸的反應(yīng)式?有氧呼吸的總反應(yīng)式:酶酶C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量無(wú)氧呼吸的總反應(yīng)式:酶酶C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量酶或酶C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量15.無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的乳酸或酒精對(duì)細(xì)胞有害嗎?一般來(lái)說,乳酸或酒精過多對(duì)細(xì)胞有毒害作用,如酵母菌在無(wú)氧及其他條件適合的情況下,隨發(fā)酵產(chǎn)物的增多,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的減少以及PH發(fā)生變化等的影響,它的繁殖率逐漸下降,死亡率逐漸上升,酒精發(fā)酵最終停止。16.有氧呼吸過程?場(chǎng)所發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)物第一階段細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)葡萄糖酶葡萄糖酶2丙酮酸少量能量[H]++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)6CO26H6CO26H2O酶2丙酮酸少量能量[H]+++CO2、[H]、釋放少量能量,形成少量ATP第三階段H2H2O酶大量能量[H]++內(nèi)膜O2O2生成H2O、釋放大量能量,形成大量ATP17.有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的比較?呼吸方式有氧呼吸無(wú)氧呼吸不同點(diǎn)場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),線粒體基質(zhì)、內(nèi)膜細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)條件氧氣、多種酶無(wú)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ATP18.無(wú)氧呼吸產(chǎn)物不同取決于什么?決定于催化反應(yīng)的酶不同。(動(dòng)物:乳酸;植物:除甜菜塊根,馬鈴薯塊莖和玉米胚等其余為酒精)19.有氧呼吸的生物是否一定有線粒體?不一定,如原核生物無(wú)線粒體,有些原核生物(如硝化細(xì)菌,藍(lán)藻)仍可進(jìn)行有氧呼吸。20.影響呼吸速率的外界因素有哪些?(1)溫度:溫度通過影響細(xì)胞內(nèi)與呼吸作用有關(guān)的酶的活性來(lái)影響細(xì)胞的呼吸作用。溫度過低或過高都會(huì)影響細(xì)胞正常的呼吸作用。在一定溫度范圍內(nèi),溫度越低,,細(xì)胞呼吸越弱;溫度越高,細(xì)胞呼吸越強(qiáng)。(2)氧氣:氧氣充足,則無(wú)氧呼吸將受抑制;氧氣不足,則有氧呼吸將會(huì)減弱或受抑制。(3)水分:一般來(lái)說,細(xì)胞水分充足,呼吸作用將增強(qiáng)。但陸生植物根部如長(zhǎng)時(shí)間受水浸沒,根部缺氧,進(jìn)行無(wú)氧呼吸,產(chǎn)生過多酒精,可使根部細(xì)胞壞死。(4)CO2:環(huán)境CO2濃度提高,將抑制細(xì)胞呼吸,可用此原理來(lái)貯藏水果和蔬菜。21.呼吸作用在生產(chǎn)上的應(yīng)用有哪些?(1)作物栽培:有適當(dāng)措施保證根的正常呼吸,如中耕松土等。(2)糧油種子貯藏:干燥、低溫(不能過低),低氧(3)水果、蔬菜,鮮花保鮮:低溫,低氧(高CO2/N2),低濕(4)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,為了使有機(jī)物向著人們需要的器官積累,常把下部變黃的已無(wú)光合能力,仍然消耗養(yǎng)分的枝葉去掉,使光合作用的產(chǎn)物更多的轉(zhuǎn)運(yùn)到有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的器官中去。(5)包扎傷口,選用透氣消毒紗布,抑制細(xì)菌無(wú)氧呼吸(6)花盆經(jīng)常松土:促進(jìn)根部有氧呼吸,吸收無(wú)機(jī)鹽等(7)稻田定期排水:抑制無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精,防止酒精中毒,爛根死亡(8)提倡慢跑:防止劇烈運(yùn)動(dòng),肌細(xì)胞無(wú)氧呼吸產(chǎn)生乳酸(9)破傷風(fēng)桿菌感染傷口:須及時(shí)清洗傷口,以防無(wú)氧呼吸(10)釀酒:先通氣后密封22.某些生理過程中物質(zhì)的變化?(1)種子萌發(fā):有機(jī)物減少,種類增加,水分吸收(2)土豆發(fā)芽:有機(jī)物減少,種類增加(3)胚胎發(fā)育:有機(jī)物總量減少,DNA總量增加,單個(gè)細(xì)胞體積減小,總體積開始基本不變(4)鮮奶制成酸奶(發(fā)面):總能量減少,有機(jī)物種類增加,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值升高23.有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的相關(guān)計(jì)算?(1)不消耗O2,釋放CO2-----------只進(jìn)行無(wú)氧呼吸(2)酒精量等于CO2------------------只進(jìn)行無(wú)氧呼吸(3)CO2釋放量等于O2吸收量-----只進(jìn)行有氧呼吸(4)CO2釋放量大于O2吸收量----既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行無(wú)氧呼吸多余的CO2來(lái)自無(wú)氧呼吸(5)酒精量小于CO2釋放量--------既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行無(wú)氧呼吸多余的CO2來(lái)自有氧呼吸24.何謂光合作用?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(chǔ)存著能量的有機(jī)物,并釋放出氧氣的過程25.光合色素分類? 葉綠素a(藍(lán)綠色)最多(最寬) 葉綠素 主要吸收紅光和藍(lán)紫光 葉綠素b(黃綠色)最慢色素 胡蘿卜素(橙黃色)最快最少(最窄)類胡蘿卜素 主要吸收藍(lán)紫光 葉黃素(黃色)什么顏色玻璃透什么光26.實(shí)驗(yàn)中幾種化學(xué)試劑的作用分別是什么?(1)無(wú)水乙醇用于提取綠葉中的色素(2)層析液用于分離綠葉中的色素(3)二氧化硅用于充分研磨(4)碳酸鈣用于防止色素被破壞27.葉綠體的功能是什么?葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)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。28.影響光合作用的外界因素有哪些?光合作用的指標(biāo)是光合速度。光合速度通常以每小時(shí)每平方米葉面積吸收CO2毫克數(shù)表示,一般測(cè)定光合速度的方法都沒有把葉子的呼吸作用考慮在內(nèi),測(cè)到的是凈的光合作用速度,而總的光合作用速度還要加上呼吸速度,關(guān)系式是:總的光合作用速度=凈的光合作用速度+呼吸速度一般習(xí)題當(dāng)中,通常告知凈的光合量(如在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)),同時(shí)也告知呼吸量(如在黑暗中測(cè)得的數(shù)據(jù)),而要求求的是總的光合量(光合作用所制造的有機(jī)物,或所釋放的氧氣)。(1)光照光合作用是一個(gè)光生物化學(xué)反應(yīng),所以光合速度隨著光照強(qiáng)度的增加而加快。但超過一定范圍之后,光合速度的增加轉(zhuǎn)慢,直到不再增加,這是因?yàn)楣庹沾龠M(jìn)的是光反應(yīng)過程,而暗反應(yīng)的能力(CO2、酶的催化效率等)是有限的。光強(qiáng)與光合速度的關(guān)系可用下圖表示:注:a點(diǎn)表示光合作用吸收的CO2量與呼吸作用釋放的CO2量相等。b點(diǎn)表示光合作用速度到達(dá)飽和點(diǎn)。虛線曲線表示陰生植物,實(shí)線曲線表示陽(yáng)生植物。(2)二氧化碳CO2是綠色植物光合作用的原料,它的濃度高低影響了光合作用暗反應(yīng)的進(jìn)行。在一定范圍內(nèi)提CO2濃度能提高光合速,CO2濃度達(dá)到一定水平之后,光合作用速度不再增加,這是因?yàn)楣夥磻?yīng)的產(chǎn)物有限。CO2濃度與光合速度的關(guān)系可用下圖表示:(3)溫度光合作用中的暗反應(yīng)是由酶所催化的化學(xué)反應(yīng),而溫度直接影響酶的活性。溫度與光合作用速度的關(guān)系,實(shí)則上就像酶與溫度之間的關(guān)系,有一個(gè)最適溫度。(4)礦質(zhì)元素礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。例如:N:是構(gòu)成葉綠素、酶、ATP、NADP+等的元素。P:是構(gòu)成ATP、NADP+等的元素。Mg:是構(gòu)成葉綠素的元素。(5)水分水分是光合作用原料之一,缺乏時(shí)可使光合速度下降。(6)日變化白天進(jìn)行光合作用,一般是中午較高,但在炎熱的夏季,中午光合作用速度下降,出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。29.植物正常綠葉上下表面顏色一樣深嗎?為什么?不一樣,上表面顏色深,下表面顏色淺,因?yàn)樯媳砻嫒~肉細(xì)胞排列緊密,葉綠體含量多,下表面海綿組織疏松,含葉綠體少。30.光合作用的發(fā)現(xiàn)史?薩克斯:自身對(duì)照,自變量為光照(一半爆光與另一半遮光),因變量為顏色變化。恩格爾曼:自身對(duì)照,自變量為光照(照光處與不照光處;黑暗與完全暴光),因變量為好氧菌的分布。魯賓和卡門:相互對(duì)照,自變量為標(biāo)記物質(zhì)(H218O與C18O2),因變量為O2的放射量普里斯特利:缺少空白對(duì)照,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說服力不強(qiáng)。31.增強(qiáng)光合作用的措施有哪些?(1)適當(dāng)提高光照強(qiáng)度。(2)延長(zhǎng)光合作用的時(shí)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(wú)色透明玻璃。(5)溫室栽培植物時(shí),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(jī)肥或放置干冰,提高二氧化碳濃度。32.光合作用的過程?光反應(yīng)階段條件光、色素、酶場(chǎng)所光酶在類囊體的薄膜上光酶物質(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(chǎng)所酶葉綠體基質(zhì)酶物質(zhì)變化酶CO2的固定:CO2+C5→2C3酶C3的還原:C3+[H]→(CH2O)能量變化光能ATP中的活躍化學(xué)能→(CH2O)中的穩(wěn)定化學(xué)能光能總反應(yīng)式葉綠體葉綠體CO2+H2OO2+(CH2O)聯(lián)系:(1)、光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供還原劑[H]、能量ATP;暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi;(2)、沒有光反應(yīng),暗反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行;沒有暗反應(yīng),有機(jī)物無(wú)法合成??傊?,光反應(yīng)是暗反應(yīng)的物質(zhì)和能量的準(zhǔn)備階段,暗反應(yīng)是光反應(yīng)的繼續(xù),是物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的完成階段。二者是光合作用全過程的兩個(gè)階段,是相輔相成的。33.C3和C5的變化規(guī)律?CO2減少,C3減少,C5增加光照減弱,C3增加,C5減少34
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