第二章细胞能量的来源与转变
第一节细胞中的能源物质
1细胞中的ATP
ATP是三磷酸腺苷的英文缩写，它是活细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物。事实上，从细菌、真菌一直到高等动植物，所有的生物生命活动中的直接能源物质都是ATP。ATP能作为直接能源物质与其结构密切相关。
ATP的结构
ATP的机构简式A-P~P~P，其中的A表示腺苷，P表示磷酸基，~表示高能磷酸键。ATP中大量的化学能就储存在高能磷酸键中。
ATP与ADP的相互转化
ATP分子中远离腺苷A的那个高能磷酸键，在一定条件下很容易断裂，同时储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化为ADP；在另一种酶的作用下，ADP接受能量，同时与一个磷酸结合，从而转化成ATP。ATP在细胞中的含量虽然很少，但是通过ATP与ADP之间的相互转化，使细胞内的ATP总是处于动态平衡之中，从而保证了细胞能量的持续供应。[ ]
ATP含量稳定、移动迅速、功能高效，因为成为细胞内能量释放、转移和利用的中心物质。细胞中ATP的合成所需要的能量主要来自于糖类、脂质等有机物的氧化分解；此外在在植物细胞的叶绿体内也能合成ATP，其能量来自光能的转化，
2糖类
糖类是由C、H、O三种元素组成的，生命活动需要的能量70%以上来自于糖的氧化分解，糖类是细胞生命活动的主要能源物质。
3脂质
脂质主要由C、H、O三种化学元素组成，有的脂质还含有N、P等元素。其中脂肪中C、H的含量相对较高，含有较多的能量，是细胞中重要的储存能量的物质。
在细胞中，ATP是生命活动的直接能源物质，糖类是主要的能源物质，脂肪是重要的储存能量的物质，其它有机物如蛋白质也能为生命提供能量，这些物质中的能量最终都来自太阳能。
第二节酶在代谢中的作用
1影响酶活性的因素
生物代谢过程离不开酶的催化作用，生物体内酶的活性同样受到各种因素的影响。
2酶的专一性和高效性
酶可以加快化学反应的速度，具有高效性。
一种酶只能催化或一类底物的反应，说明酶还具有专一性的特点。
第三节光能的捕获和利用
1光合作用的早期研究
很久之前，人们认为植物生长发育所需的全部元素都是从土壤中获取的 后来发现事实并非如此。
太阳几乎是整个生命世界的能量源泉。植物的光合作用为几乎所有生物提供了物质和能量，它是自然界最基本的物质代谢和能量代谢。
2叶绿体的结构
进行光合作用的细胞器是叶绿体。高等植物细胞中叶绿体通常呈扁平的椭球形或球形，数目较多。
在电子显微镜下观察叶绿体。可见其表面有两层膜，内部有许多绿色柱状的基粒。每个基粒有数十个扁平囊状的类囊体组成。基粒间还有基质类囊体与基粒的类囊体相连。与光合反应有关的色素和酶都分布在类囊体的膜上；与暗反应有关的酶则分布在基质中；叶绿体还含有少量的DNA、RNA。
3光合作用过程
光合作用的全过程，包括光反应和暗反应
光反应：光反应必须在光下才能进行，反应场所在类囊体膜上。类囊体膜上的绝大多数色素排列紧密，快速高效的把吸收来的大量光能传递给特殊状态的叶绿素a，它既能捕捉光能又能将光能转化为电能，就像透镜把光束集中到焦点一样，其它色素把大量光能吸收、聚集、传递特殊状态的叶绿素a分子，使其被激发而失去电子。脱离叶绿素a的电子，在类囊体膜上经过一系列的传递，最后传递给一种带正电荷的有机物—NADP+。失去电子的叶绿素a变成一种强氧化剂，能够从水分子中夺取电子，使水分子分解成氧分子和质子H+，叶绿素a由于获得电子而恢复稳态。这样在光的照射下，特殊状态的叶绿素a连续不断的丢失电子和获得电子，从而形成电子流，是光能转换成电能。
随着光能转换成电能，NADP+得到两个电子和一个质子H+就形成了NADPH，这样一部分电能就转化成活跃的化学能储存在NADPH中。同时，叶绿体利用光能转化成的另一部分能量，将ADP和Pi转化成ATP，，这部分电能则转化成活跃的化学能储存在ATP中。
暗反应：在暗反应阶段，叶片从外界吸收的二氧化碳，在酶的作用下与植物体内的一种五碳化合物结合，这个过程叫做二氧化碳的固定，一个二氧化碳分子被一个五碳化合物分子固定后很快形成两个含有三个碳原子的化合物。一部分三碳化合物在ATP和多种酶的作用下，被NADPH还原，在经过一系列复杂的变化形成糖类。这样ATP和NADPH的能量就转移到葡萄糖分子中形成稳定的化学能储存起来。同时，另一部分三碳化合物又经过复杂的变化重新生成五碳化合物，再次参与二氧化碳的固定。这个过程发生在叶绿体的基质中，不需要光，所以叫暗反应。
由此可见，光反应阶段和暗反应阶段是一个整体，在光合作用的过程中，而是是紧密联系缺一不可的。
光合作用的总反应式一般可以写成：[高考资源网]
4影响光合作用的因素
影响光合作用的因素较多，如光照强度，二氧化碳浓度，温度，无机盐，水分，叶龄等
第四节从化学能到生物能
1细胞呼吸的类型
细胞呼吸是细胞内的有机物经过一系列的氧化分解，释放能量的过程，是生物体活的能量的主要代谢途径。
在没有放石蜡油的保温瓶中酵母菌进行的细胞呼吸方式是有氧呼吸，有氧呼吸是指细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物质彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放大量的过程。而在加有石蜡油的保温瓶中酵母菌进行的细胞呼吸方式是无氧呼吸，无氧呼吸是指细胞在无氧的条件下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物不彻底氧化分解，产生少量能量的过程。
绝大多数的动物和植物都需要生活在氧充足的环境下。
2细胞呼吸的主要场所—线粒体
细胞进行有氧呼吸的主要场所是线粒体，电镜下，线粒体绝大多数呈椭球形，由内外两层膜围成。外膜使线粒体与周围的细胞质基质分开，内膜的某些部位向线粒体的内腔折迭成，使内膜面积大大增加，周围充满了液态的基质。
在基质和内膜上分布着与有氧呼吸有关的酶，在线粒体内，还含有少量的DNA和RNA。
线粒体普遍存在与动植物细胞中，各种细胞所含的线粒体的数目差异很大，细胞种类不同，代谢水平不同所含线粒体的数目不同。同一细胞中，往往在新陈代谢旺盛的部位比较集中。
3细胞呼吸的过程
有氧呼吸：细胞有氧呼吸最常利用的有机物是葡萄糖，在酶的作用下葡萄糖被彻底氧化分解可分为三个阶段
第一阶段，是在细胞质基质中进行的，该过程将一份子葡萄糖分解成两分子丙酮酸，产生少量的H，释放出少量的能量。
第二阶段，丙酮酸进入线粒体，在水的参与下，在线粒体基质内经过一系列复杂的反映变化，丙酮酸被彻底分解成二氧化碳，同时产生较多的H，释放出少量的能量。
第三阶段，前两个阶段产生的H，在线粒体内膜上经过一系列的传递最后与氧结合而形成水，同时释放出大量的能量。
整个反应过程可表示为：
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在生物体内，1mol葡萄糖经过彻底氧化分解可以释放出2870kj的能量，其中有1161kj左右的能量储存在ATP中，其余的能量以热能的形式散失。
无氧呼吸：无氧呼吸过程可分为两个阶段
第一阶段和有氧呼吸的第一个阶段完全相同，第二阶段丙酮酸在不同酶的催化下，分解为酒精，二氧化碳或转化成乳酸，无氧呼吸的两个阶段都是在细胞质基质中进行的。
因为无氧呼吸的产物酒精或乳酸中含有大量的能量，所以无氧呼吸释放出的能量比有氧呼吸的少得多。1mol葡萄糖在分解成乳酸后仅放出196.65kj的能量，其中有61.08kj的能量转移到ATP中，其余的能量以热能的形式散失。
高等植物在水淹的情况下，进行短时间的无氧呼吸，将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳，以适应缺氧的环境。
通过细胞的呼吸，有机物中的能量源源不断地释放出来，一部分转变成热能而散失，另一部分出储存在ATP中，当ATP在酶的作用下分解时，就把储存的能量释放出来，用于生命活动。
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