专题二：细胞代谢 三维目标： 知识要求 1.说明酶在代谢中的作用、本质和特性。 2.解释ATP的化学组成和特点以及ATP在能量代谢中的作用。 3.简述线粒体的结构和功能，说明细胞呼吸的方式、原理和实质，探讨细胞呼吸原理的应用。 4.简述叶绿体的结构和功能，说明光合作用的原理和应用以及科学家对光合作用原理的认识过程，研究影响光合作用强度的环境因素。 能力要求 1.进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。 2.进行有关的实验和探究，学会提取、分离绿叶中的色素以及检测酒精、二氧化碳等细胞呼吸产物的方法。 3.在有关实验、资料分析、思考与讨论、探究等的问题讨论中，运用语言表达的能力以及分享信息的能力。 情感态度与价值观 通过研究科学家对酶本质的探索历史以及对光合作用原理的探究历程，认同科学是在不断的观察、实验、探索和争论中前进的；认同科学家不仅要继承前人的科研成果，而且要善于吸收不同意见中的合理成分，还要具有质疑、创新和勇于实践的科学精神与态度。 教学重点和难点： 1、教学重点 1.简述线粒体的结构和功能，说明细胞呼吸的方式、原理和实质，探讨细胞呼吸原理的应用。 2.简述叶绿体的结构和功能，说明光合作用的原理和应用以及科学家对光合作用原理的认识过程，研究影响光合作用强度的环境因素。 2、教学难点 1.简述线粒体的结构和功能，说明细胞呼吸的方式、原理和实质，探讨细胞呼吸原理的应用。 2.简述叶绿体的结构和功能，说明光合作用的原理和应用以及科学家对光合作用原理的认识过程，研究影响光合作用强度的环境因素。 教学过程:[高考资源网] 知识网络  结论性知识要点 新陈代谢是生物最基本的特征，是生物与非生物的最本质的区别。 酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。 酶的特性：①高效性；②专一性；③需要适宜条件。酶的催化反应速率与底物浓度、酶浓度等因素有关。[Ks5u.com] ATP是新陈代谢所需要能量的直接来源。 叶绿体中的色素分布在囊状结构的薄膜上。 叶绿体的色素有：①叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）；②类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素）。 在色素带上从上到下排列的顺序是“胡黄ab”。其中，解度最高、扩散最快、在色素带最上方的是胡萝卜素（橙黄色）；含量最多、色素带最宽的是叶绿素a； 叶绿体的色素分为两类：①一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；②另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，它不仅能够吸收光能，还能使光能转换成电能。 渗透作用必须具备两个条件：一是具有一层半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。 原生质层（主要包括细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质）可以看做是一层半透膜。它具有选择透过性。当高温、过酸、过碱、过度失水或过度吸水胀破使细胞死亡时，原生质层失去选择透过性，变为全透性。 植物根吸收的水分，一般只有1%～5%保留在体内，参与光合作用和呼吸作用等生命活动，蓁水分几乎都通过蒸腾作用散失掉。 植物蒸腾作用产生的拉力是：①植物吸水的重要动力；②水分在植物内运输的动力；③矿质元素在体内运输的动力。 植物吸收矿质元素的动力是呼吸作用。（根吸收矿质元素的过程是主动运输的过程，需要两个条件：能量和载体。） 植物成熟区表皮细胞吸收矿质元素和渗透吸水是两个相对独立的过程。 糖类、脂质和蛋白质之间是可以转化的。 糖类、脂质和蛋白质之间的转化是有条件的，只有在糖类供应充足的情况下，糖类才有可能大量转化脂质。糖类可以大量转化为脂肪，脂肪不能大量转化为糖类。 糖类、脂质和蛋白质之间除了能转化外，还相互制约着的。只有当糖类代谢发生障碍时，才由脂肪和蛋白质氧化分解供给能量。 为什么低血糖时会出现惊厥或昏迷呢？因为脑组织功能活动所需的能量主要来自葡萄糖的氧化分解，而脑组织中含糖元极少，需要随时从血液中摄取葡萄糖来氧化供能。当血糖低于45mg/dL时，脑组织就会因得不到足够的能量供给而发生功能障碍，出现上述低血糖晚期症状。 脂肪肝：①病因：肝脏功能不好，或是磷脂等的合成减少时，脂蛋白的合成受阻，脂肪就不能顺利地从肝脏中运出去，因而造成脂肪在肝脏中的堆积，形成脂肪肝。 ②防治：合理膳食，适当的休息和活动，并注意吃一些含卵磷脂较多的食物，是防治脂肪肝的有效措施。 新陈代谢的类型： （1）自养需氧型：绿色植物、蓝藻、硝化细菌、硫细菌、铁细菌等 （2）自养厌氧型：绿硫细菌（在有光无氧的条件下，以H2S作为氢供体合成糖类。） （3）异养需氧型：各种固氮菌、谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌 （4）异养厌氧型：乳酸菌、破伤风杆菌等 特殊类型：酵母菌（兼性厌氧型）、红螺菌（兼性营养型细菌） 特殊状态叶绿素a吸收光能后，变成激发态而失去电子，失去电子的叶绿素a变成强氧化剂，能从水中夺取电子。 NADPH（还原型辅酶Ⅱ）的作用：①为暗反应提供能量；②作为强的还原剂还原C3（三碳化合物）。） C4植物：玉米、甘蔗、高梁、苋菜 等 共生固氮微生物：根瘤菌（不同的根瘤菌，只能侵入特定种类的豆科植物。） 自生固氮微生物：圆褐固氮菌 根瘤菌拌种，是提高豆科作物产量的一项有效措施。 菌落：当单个或少量细胞在固体培养基上大量繁殖时，便会形成一个肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群体，叫做菌落。 每种细菌在一定条件下所形成的菌落可作为菌种鉴定的重要依据。例如：无鞭毛的球菌菌落较小较厚、边缘较整齐；有鞭毛的细胞菌落大而扁平，边缘呈波状或锯齿状。 病毒由核酸和衣壳两部分构成。一种病毒只含有一种核酸：DNA或RNA。核酸中贮存着遗传病毒的全部遗传信息，控制着病毒的一切性状。病毒的衣壳具有保护病毒核酸，决定病毒抗原特异性等功能。 三、深化整合                   课堂练习  [Ks5u.com]  专题突破 植物的代谢 酶与ATP 关于酶的正确与错误说法 正确说法 错误说法  产生场所 活细胞(不考虑哺乳动物成熟红细胞等) 具有分泌功能的细胞才能产生  化学本质 有机物(大多为蛋白质，少数为RNA) 蛋白质  作用场所 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用  温度影响 低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活 低温和高温均使酶变性失活  作用 酶只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能  来源 生物体内合成 有的可来源于食物等  酶的特性：①高效性；②专一性；③需要适宜的条件 酶的高效性的验证：实验四 比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率（见实验专题） 酶的专一性的验证：实验五 探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用（见实验专题） 酶需要适宜的条件：酶的催化作用需要适宜的条件，如适宜的温度、适宜的pH等，易受活化剂或抑制剂的影响。在高温、强酸或强碱、重金属盐等引起蛋白质变性的条件下，酶都会丧失活性。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。[高考资源网] ATP并非新陈代谢唯一的直接能源。新陈代谢所需的能量主要是由细胞内ATP提供的，但其他核苷酸的三磷酸酯也可以直接参与生命活动的供能。 单一因子对光合作用的影响 因素 图像 关键点的含义 在生产上的应用  光照强度  A点：光照强度为0，此时只进行呼吸作用，释放CO2的量即是此时的呼吸强度。 B点（光补偿点）：呼吸作用释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=呼吸作用强度。 C点：此时的光照强度为光合作用的饱和点。 (1)适当提高光照强度 (2)对温室大棚用无色透明玻璃。(若要降低光合作用则用有色玻璃)。  光合面积  OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点，随叶面积的增大，光合作用不再增强，原因是有很多叶被遮挡在光补偿点以下。 OB段表示干物质量随光合作用增强而增加，而由于A点以后光合作用量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加呼吸量也不断增加（曲线OC），所以干物质积累量不断降低如BD段。 植物的叶面积指数不能超过D点，若超过D点，植物将入不敷出，无法生活下去。 (1)适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免陡长； (2)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，但到A点时，即CO2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，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使根部吸收的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10℃～35℃下正常进行光合作用，如AB段(10℃～35℃)，随温度的升高光合速率逐渐加强，B点(35℃)以上光合酶活性下降，光合作用开始下降， 50℃左右光合作用几乎完全停止 (1)适时播种 (2)温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温 (3)植物“午休”现象的原因之一  叶龄  OA段为幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。 AB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。 BC段为老叶，随叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。 农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理。又可降低其呼吸作用消耗有机物  矿质元素 矿质元素是光合作用的产物——葡萄糖进一步合成许多有机物时所必需的物质。如缺少N，就影响蛋白质(酶)的合成；缺少P就会影响ATP的合成；缺少Mg就会影响叶绿素的合成 合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，从而提高光合作用速率  影响植物呼吸速率的因素及相关曲线 内部因素 ① 不同种类的植物呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。 ② 同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同，如幼苗在开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。 ③ 同一植物的不同器官呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。 环境因素 温度：呼吸作用在最适温度(25℃～35℃)时最强，超过最适温度则减弱。温度主要通过影响呼吸酶的活性而影响呼吸作用强度。 O2的浓度：O2浓度不仅直接影响呼吸速率，还直接影响细胞呼吸的类型。如右图所示：绿色植物在完全缺氧条件下只进行无氧呼吸，在低氧条件下（浓度为2a％以下时）既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；浓度为2a％以上时，只进行有氧呼吸。 O2的存在对无氧呼吸起抑制作用。在一定范围内；有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。 大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2。酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。 CO2浓度：增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理，在蔬菜和水果的保鲜中，增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。 从光合作用和呼吸作用分析物质循环和能量流动 从反应式上追踪元素的来龙去脉 ①光合作用总反应式 ②有氧呼吸反应式 从具体过程中寻找物质循环和能量流动    用图解的形式呈现总光合速率、净光合速率和呼吸速率三者之间的关系 有关计算 同时进行光合作用和呼吸作用的植物的有关有机物的量： 有机物积累量＝光合作用产量+呼吸消耗量 当O2的吸收量和CO2的释放量均为0时，光合作用强度=呼吸作用强度； 当光照强度为0时，O2的消耗量＝CO2的产生量=有氧呼吸强度 同时进行有氧呼吸和无氧呼吸的生物的有关气体体积： 耗氧量=有氧呼吸CO2产生量 无氧呼吸CO2产生量=CO2总产生量-有氧呼吸CO2产生量(耗氧量)； 特别提醒： ①对于绿色植物来说，由于进行光合作用的同时，还在进行呼吸作用；因此，光下测定的值为净光合速率，而实际光合速率=净光合速率+呼吸速率。 ②呼吸作用的底物一般是葡萄糖，以葡萄糖作为底物进行有氧呼吸时，吸收的O2和释放的CO2的量是相等的，但如果以其他有机物作为呼吸底物时，吸收的O2和释放的CO2的量就不一定相等，在计算时一定要写出正确反应方程式，并且要正确配平后才进行相关的计算。 作业（世纪金榜）
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