细胞代谢.ppt

嵩阳高中谷晓沛 代谢代谢：生物体所进行的全部：生物体所进行的全部物质物质和和能能的变化的总称的变化的总称 新陈代谢是新陈代谢是最基本的生命活动最基本的生命活动，是是生物的重要特征生物的重要特征 细胞细胞是进行新陈代谢的基本单位是进行新陈代谢的基本单位 细胞代谢细胞代谢 细胞通过代谢细胞通过代谢，从环境中取得能和各从环境中取得能和各种必需的物质种必需的物质，维持自身高度复杂的维持自身高度复杂的有序结构有序结构，并保证细胞生长并保证细胞生长、发育和发育和分裂等活动的正常进行分裂等活动的正常进行 重点重点：细胞呼吸细胞呼吸和和光合作用光合作用 生物所利用的能量生物所利用的能量，都直接或间接地来自都直接或间接地来自太阳光太阳光 光合作用光合作用：直接直接利用太阳光的过程利用太阳光的过程 细胞呼吸细胞呼吸：间接间接利用太阳光的过程利用太阳光的过程 细胞代谢细胞代谢 能是作功的本领能是作功的本领 生物体内作的功多种多样生物体内作的功多种多样：物质流动：物质流动、肌肉收缩肌肉收缩、生物体各部分生物体各部分乃至整个生物体的运动乃至整个生物体的运动、细胞内各式各样物质的合成等细胞内各式各样物质的合成等 作功都要作功都要消耗能量消耗能量，没有能没有能，生物就不可能存活生物就不可能存活 能：动能和势能能：动能和势能 能与细胞能与细胞 动能动能：两腿运动：两腿运动、鸟扇动双翅鸟扇动双翅 势能势能：细胞中的分子：细胞中的分子，由于其中原子的由于其中原子的排列而具有势能排列而具有势能，称为称为化学能化学能，是生物是生物体内最重要的能量形式体内最重要的能量形式 热力学定律热力学定律 能量可以从一种形式转变为另一种形式能量可以从一种形式转变为另一种形式，生命活动依赖于能量的生命活动依赖于能量的转变转变 生物体是生物体是开放体系开放体系，不断与环境之间进行不断与环境之间进行物质和能量的交换物质和能量的交换 热力学定律热力学定律：宇宙中的总能量不变宇宙中的总能量不变 能量转变导致宇宙的无序性能量转变导致宇宙的无序性（熵熵）增加增加 能与细胞能与细胞 热力学定律热力学定律 细胞利用细胞利用有序性低的原料有序性低的原料制造制造高度有序的结构高度有序的结构，一个生长中的细一个生长中的细胞或生物体是一个熵值不断减少的独立王国胞或生物体是一个熵值不断减少的独立王国，生存于熵值不断增生存于熵值不断增加的宇宙之中加的宇宙之中 能与细胞能与细胞 生物体中能的转换生物体中能的转换 能与细胞能与细胞 能的转换能的转换 发生部位发生部位 化学能转换为渗透能化学能转换为渗透能 肾肾 化学能转换为机械能化学能转换为机械能 肌细胞、纤毛上皮细胞肌细胞、纤毛上皮细胞 化学能转换为辐射能化学能转换为辐射能 萤火虫发光器官萤火虫发光器官 化学能转换为电能化学能转换为电能 神经、脑、味觉感受器神经、脑、味觉感受器 光能转换为化学能光能转换为化学能 叶绿体叶绿体 声能转换为电能声能转换为电能 内耳内耳 光能转换为电能光能转换为电能 视网膜视网膜 吸能反应和放能反应吸能反应和放能反应 化学反应可分为化学反应可分为吸能反应吸能反应和和放能反应放能反应两类两类 吸能反应：反应产物分子中的势能比反应物分子中的势能多吸能反应：反应产物分子中的势能比反应物分子中的势能多 光合作用是生物界最重要的吸能反应光合作用是生物界最重要的吸能反应 放能反应：产物分子中的化学能少于反应物分子中的化学能放能反应：产物分子中的化学能少于反应物分子中的化学能 细胞呼吸产生能量细胞呼吸产生能量，但大部分以但大部分以ATP的形式贮藏的形式贮藏，供细胞各种活供细胞各种活动所需动所需 能与细胞能与细胞 ATP是细胞中的能量通货是细胞中的能量通货 ATP：三磷酸腺苷三磷酸腺苷 能与细胞能与细胞 ATP 戊糖戊糖 含氮碱基含氮碱基腺嘌呤腺嘌呤 3个磷酸根个磷酸根 ATP ADP+Pi+能能 ATP是细胞中的能量通货是细胞中的能量通货 ATP循环循环：通过：通过ATP的合成和水解使放能反应释放的能量用于吸能的合成和水解使放能反应释放的能量用于吸能反应的过程反应的过程 能与细胞能与细胞 酶酶（enzyme）：生物催化剂生物催化剂，加速生物体内化学反应的进行加速生物体内化学反应的进行 在非细胞条件下酶也能发挥作用在非细胞条件下酶也能发挥作用 酶能降低反应所需的活化能酶能降低反应所需的活化能，所以能加速化学反应的进行所以能加速化学反应的进行 酶酶 酶促反应的特点酶促反应的特点 催化效率高催化效率高，提高化学反应速度提高化学反应速度106-1012倍倍，且没有副反应且没有副反应 高度特异性或专一性高度特异性或专一性（specificity）高度不稳定性高度不稳定性：酶的化学本质是蛋白质：酶的化学本质是蛋白质，凡能使蛋白质变性的理凡能使蛋白质变性的理化因素均可影响酶活性化因素均可影响酶活性，甚至使酶完全失活；故要保持酶活性甚至使酶完全失活；故要保持酶活性，避免能使蛋白质变性的因素避免能使蛋白质变性的因素 酶促反应的可调节性酶促反应的可调节性：酶是生物催化剂：酶是生物催化剂，与体内其它代谢物一样与体内其它代谢物一样，其自身也要不断进行新陈代谢其自身也要不断进行新陈代谢，通过改变酶的合成和降解速度可通过改变酶的合成和降解速度可调节酶含量调节酶含量 酶酶 一、酶与ATP 1.关于酶的正确与错误说法 正确说法 错误说法 产生场所 具有分泌功能的细胞才 能产生 化学本质 蛋白质 作用场所 只在细胞内起催化作用 温度影响 低温和高温均使酶变性 失活 作用 酶具有调节、催化等多 种功能 来源 有的可来源于食物等 活细胞(不考虑哺乳动 物成熟红细胞等)有机物(大多为蛋白质,少数为RNA)可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 低温只抑制酶的活性,不会使酶变性失活 酶只起催化作用 生物体内合成 2.对酶的特性的理解(1)高效性:酶的催化效率很高,是无机催化剂 的1071013倍。中间产物学说认为:酶在催化 某一底物时,先与底物结合生成一种极不稳定 的中间产物(酶底物复合物),这种中间产物 极为活跃,很容易发生化学反应,并释放出酶。其催化过程可表示为:酶能加快反应速率的根本原因是酶能显著降 低反应的活化能,缩短反应达到平衡点的时 间,但不改变反应的平衡点。(2)专一性:酶对底物具有严格的选择性,一种 酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。很多学者认为:酶与底物结合时,底物的结构 和酶的活动中心的结构十分吻合,就好像一把 钥匙开一把锁一样(“锁钥”模型),因而体 现出酶的专一性。可用图解表示如下:(注:该模型能解释酶的专一性,实际情况是由 于酶与底物的结构互补,诱导契合,通过分子 的相互识别产生的,如下图)(3)酶的作用条件较温和:酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。高温、过酸或过碱、重金属盐等会使酶的空间结构遭到破坏,酶会永久失活。相比而言,无机催化剂则不易受影响,如同样加热到100,过氧化氢酶早已失去活性,而Fe3+仍可起催化作用。但要注意的是,低温仅是抑制酶的活性,随温度的升高(最适温度以下)酶的活性逐渐增强。温度、酸碱度等通过影响酶的活性来影响酶的催化效率。底物浓度、酶的浓度可影响酶的催化效率,却不影响酶的活性。3.ATP结构 ATP的组成及结构 要注意将ATP的结构简式中的“A”和DNA、RNA的结构简式中的不同部位的“A”进行区分,如下图中圆圈部分所代表的分别是:腺苷、腺嘌呤、腺嘌呤脱氧核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸。项目项目 ATP的合成的合成 ATP的水解的水解 反应条件不同反应条件不同 是一种合成反应是一种合成反应,催化催化 该反应的酶属合成酶该反应的酶属合成酶 属水解反应属水解反应,催化该反催化该反 应的酶属水解酶应的酶属水解酶 能量来源不同能量来源不同 能量来源主要是太阳能量来源主要是太阳光能和有机物分解释光能和有机物分解释放的化学能放的化学能 释放的能量是储存在释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学高能磷酸键中的化学能能 反应场所不同反应场所不同 细胞质基质、线粒体细胞质基质、线粒体和叶绿体和叶绿体 生活细胞的需要能量生活细胞的需要能量的部位的部位 4.ATP的合成与的合成与ATP的水解不是可逆反应的水解不是可逆反应 例1 下图示生物体内常见的一种生理作用过程,下列叙述不 正确的是()A.反应完成后,a的性质未发生改变 B.a成分是蛋白质或RNA C.反应体系中b浓度不变,a浓度升高可使反应速率加快 D.温度过高对a的影响比温度过低对a的影响小 D 例2 ATP是细胞的能量“通货”,有关说法错误的是()ATP的第三个高能磷酸键很容易断裂和再形成 黑暗条件下,只有线粒体可以产生ATP 呼吸作用把有机物中绝大部分能量转移到ATP中 人体内成熟的红细胞中氧气含量增多,则产生ATP增多 ATP的合成总是伴随有机物的氧化分解 A.B.C.D.A 二、光合作用二、光合作用 1.内部因素对光合速率的影响(1)不同部位 由于叶绿素具有接受和转换能量的作用,所以,植株中凡是绿色的、具有叶绿素的部位都能进行光合作用。在一定范围内,叶绿素含量越多,光合速率越大。以一片叶子为例,最幼嫩的叶片光合速率低,随着叶子成长,光合速率不断加大,达到高峰,随后叶子衰老,光合速率就下降。(2)不同生育期 一株作物不同生育期的光合速率不尽相同,一般都以营养生长期为最强,到生长末期就下降。以水稻为例,分蘖盛期的光合速率较快,在稻穗接近成熟时下降。但从群体来看,群体的光合量不仅决定于单位叶面积的光合速率,而且很大程度上受总叶面积及群体结构的影响。光照 强度 A点光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放CO2的量即是此时的呼吸强度。B点时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,即光合作用强度=细胞 呼吸强度,称B点为光补偿点(从全天来看,白天植物的光照强度应在光补偿点以上,这样才能正常生长)。C点对应的光照强度为光合作用的饱和点 适当提高光照 强度温室大棚用无色透明玻璃若要降低光合作用可用有色玻璃,如用红色玻璃,则仅透红光且吸收其他波长的 光,光合能力较白光弱 因素 图像 关键点的含义 在生产上的应用 2.单一因子对光合作用的影响单一因子对光合作用的影响 叶叶 面面 积积 指指 数数 OA段表明随叶面积指数的不断增大,光合作用实际量不断增大,A点为光合作用实际量的最大值,其后随叶面积指数的增大,光合作用不再增强,原因是能接受日光的总叶面积不再增加OB段表示干物质量随光合作用增强而增加,由于A点以后光合作用实际量不再增加,但叶片随叶面积指数的不断增加,呼吸量也不断增加(见曲线OC),所以干物质积累量不断减少,如BD段植物叶面积指数不能超过D点,若超过D点,植物将入不敷出,无法正常生长 适当间苗、修剪,合理施肥、浇水,避免徒长;封行过早,将使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下,白白消耗有机物,造成不必要的浪费。合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施 CO2 浓度 CO2是光合作用的原料,在一定范围内,CO2越多,光合作用速率越大,但达到A点时,即CO2浓度达到饱和时,就不再增加 了 温室栽培植物时适当提高室内CO2的浓度,如施放一定量的干冰或多施有机肥,使植物可吸收的CO2增多。大田生产“正其行,通其风”,即为提高CO2浓度、增加产量 温温度度 光合作用是在酶催化下进行的,温度直接影响酶的活性。一般植物在1035 下正常进行光合作用,如AB段(1035 )随温度的升高光合速率加强;B点(35)以后光合酶活性下降,光合速率也开始下降;50 时光合作用几乎停止 适时播种 温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温植物“午休”现象的原因之一 无无 机机 盐盐 无机盐是光合作用的产物葡萄 糖进一步合成许多有机物时所必需 的物质。如缺少N会影响蛋白质(如:酶等)的合成;缺少P会影响ATP的合 成;缺少Mg会影响叶绿素的合成;缺 K时会影响糖类的转变和运输 合理施肥,可促进叶片面积增大,利于光合产物的转变和运输,从而提高光合作用效率 叶绿体处于不同的条件下，C3、C5、H、ATP以及（CH