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第四章 光合作用和细胞呼吸

第一节 ATP和酶

一、ATP

1、功能：ATP是生命活动的直接能源物质

注：生命活动的主要的能源物质是糖类（葡萄糖）；

生命活动的储备能源物质是脂肪。

生命活动的根本能量来源是太阳能。

2、结构：

中文名：腺嘌呤核苷三磷酸（三磷酸腺苷）

构成：腺嘌呤—核糖—磷酸基团～磷酸基团～磷酸基团

简式： A-P～P～P

（A ：腺嘌呤核苷； T ：3； P：磷酸基团；

~ ： 高能磷酸键，第二个高能磷酸键相当脆弱，水解时容易断裂）

3、ATP与ADP的相互转化:

注：

（1）向右：表示ATP水解，所释放的能量用于各种需要能量的生命活动。

向左：表示ATP合成，所需的能量来源于生物化学反应释放的能量。

（在人和动物体内，来自细胞呼吸；绿色植物体内则来自细胞呼吸和光合作用）

（2）ATP能作为直接能源物质的原因是细胞中ATP与ADP循环转变，且十分迅速。

二、酶

1、概念：酶通常是指由活细胞产生的、具有催化活性的一类特殊的蛋白质，又称为生物催化剂。（少数核酸也具有生物催化作用，它们被称为“核酶”）。

2、特性： 催化性、高效性、特异性

3、影响酶促反应速率的因素

（1）PH: 在最适pH下，酶的活性最高，pH值偏高或偏低酶的活性都会明显降低。（PH过高或过低，酶活性丧失）

（2）温度: 在最适温度下酶的活性最高，温度偏高或偏低酶的活性都会明显降低。（温度过低，酶活性降低；温度过高，酶活性丧失）

另外：还受酶的浓度、底物浓度、产物浓度的影响。

第二节光合作用

一、光合作用的发现

u 1648 比利时，范·海尔蒙特：植物生长所需要的养料主要来自于水,而不是土壤。

u 1771 英国，普利斯特莱：植物可以更新空气。

u 1779 荷兰，扬·英根豪斯：植物只有绿叶才能更新空气；并且需要阳光才能更新空气。

u 1880美国，恩吉(格)尔曼：光合光合作用的场所在叶绿体。

u 1864 德国，萨克斯：叶片在光下能产生淀粉

u 1940美国，鲁宾和卡门（用放射性同位素标记法）：光合作用释放的氧全部来自参加反应的水。（糖类中的氢也来自水）。

u 1948 美国，梅尔文·卡尔文：用标¹⁴C标记的CO₂追踪了光合作用过程中碳元素的行踪，进一步了解到光合作用中复杂的化学反应。

二、实验：提取和分离叶绿体中的色素

1、原理：

叶绿体中的色素能溶解于有机溶剂（如丙酮、酒精等）。

叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。

2、过程：（见书P61）

3、结果：色素在滤纸条上的分布自上而下：

胡萝卜素（橙黄色） 最快（溶解度最大）

叶黄素 （黄 色）

叶绿素a （蓝绿色） 最宽（最多）

叶绿素b （黄绿色） 最慢（溶解度最小）

4、注意：

l 丙酮的用途是提取（溶解）叶绿体中的色素，

l 层析液的的用途是分离叶绿体中的色素；

l 石英砂的作用是为了研磨充分，

l 碳酸钙的作用是防止研磨时叶绿体中的色素受到破坏；

l 分离色素时，层析液不能没及滤液细线的原因是滤液细线上的色素会溶解到层析液中；

5、色素的位置和功能

叶绿体中的色素存在于叶绿体类囊体薄膜上。

叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光；

胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光及保护叶绿素免受强光伤害的作用。

Mg是构成叶绿素分子必需的元素。

三、光合作用

1、概念：

指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转变成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。

2、过程：

（1）光反应

条件：有光

场所：叶绿体类囊体薄膜

过程：① 水的光解：

② ATP的合成：（光能→ATP中活跃的化学能）

（2）暗反应

条件：有光和无光

场所：叶绿体基质

过程：①CO₂的固定：

② C₃的还原：

（ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能）

3、总反应式：

4、实质：把无机物转变成有机物，把光能转变成有机物中的化学能

四、影响光合作用的环境因素：光照强度、CO₂浓度、温度等

（1）光照强度：在一定的光照强度范围内，光合作用的速率随着光照强度的增加而加快。

（2）CO₂浓度：在一定浓度范围内，光合作用速率随着CO₂浓度的增加而加快。

（3）温度：光合作用只能在一定的温度范围内进行，在最适温度时，光合作用速率最快，高于或低于最适温度，光合作用速率下降。

五、农业生产中提高光能利用率采取的方法:

第三节 细胞呼吸

一、有氧呼吸

1、概念：

有氧呼吸是指活细胞在有氧气的参与下，通过酶的催化作用，把某些有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放大量能量的过程。

2、过程：三个阶段

（注：3个阶段的各个化学反应是由不同的酶来催化的）

3、总反应式：

4、意义：是大多数生物特别是人和高等动植物获得能量的主要途径

二、无氧呼吸

1、概念：

无氧呼吸是指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成乙醇和二氧化碳或乳酸, 同时释放少量能量的过程。

2、过程：二个阶段

3、总反应式：

4、意义：

l 高等植物在水淹的情况下，可以进行短暂的无氧呼吸，将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳，释放出能量以适应缺氧环境条件。（酒精会毒害根细胞，产生烂根现象）

l 人在剧烈运动时，需要在相对较短的时间内消耗大量的能量，肌肉细胞则以无氧呼吸的方式将葡萄糖分解为乳酸，释放出一定能量，满足人体的需要。

三、细胞呼吸的意义

为生物体的生命活动提供能量，其中间产物还是各种有机物之间转化的枢纽。

四、应用：

1、水稻生产中适时的露田和晒田可以改善土壤通气条件，增强水稻根系的细胞呼吸作用。

2、储存粮食时，要注意降低温度和保持干燥，抑制细胞呼吸。

3、果蔬保鲜时，采用降低氧浓度、充氮气或降低温度等方法，抑制细胞呼吸，注意要保持一定的湿度。

五、实验：探究酵母菌的呼吸方式

1、过程（见书p69）

2、结论：酵母能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。