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1、第五章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 第一節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶一、相關(guān)概念: 酶:是活細(xì)胞所產(chǎn)生的具有催化作用的一類有機(jī)物?;?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。二、酶的來源和功能:來源:活細(xì)胞所產(chǎn)生功能:降低化學(xué)反應(yīng)活化能,提高化學(xué)反應(yīng)速率三、酶的本質(zhì):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),也有少數(shù)是RNA。四、酶的特性: 、高效性:催化效率比無機(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偏高和偏低,酶的活性都會(huì)明顯降低。(高溫
2、、過酸、過堿都會(huì)使酶永久性失活,是一個(gè)不可逆的過程;低溫只是降低酶的活性,恢復(fù)溫度酶的活性能恢復(fù))第二節(jié) 細(xì)胞的能量“通貨”-ATP一、ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:ATP是三磷酸腺苷的英文縮寫,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:,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。注意: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。二、ATP與ADP的轉(zhuǎn)化:能量ATPADP + Pi + 酶這個(gè)反應(yīng)是一個(gè)不可逆反應(yīng)(能量是不可循環(huán)的)三、ATP的來源:動(dòng)物呼吸作用 植物呼吸作用和光合作用四、能源物質(zhì)的總結(jié):
3、主要的能源物質(zhì):糖類能源物質(zhì):糖類、脂肪、蛋白質(zhì)直接的能源物質(zhì):ATP最終的能量來源:光能主要的儲(chǔ)能物質(zhì):脂肪第三節(jié)ATP的主要來源-細(xì)胞呼吸一、相關(guān)概念:1、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:有氧呼吸和無氧呼吸實(shí)質(zhì):分解有機(jī)物,釋放能量。生成ATP2、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。3、無氧呼吸:一般是指細(xì)胞在無氧的條件下,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)
4、物(酒精、CO2或乳酸),同時(shí)釋放出少量能量的過程。4、發(fā)酵:微生物(如:酵母菌、乳酸菌)的無氧呼吸。酶二、有氧呼吸的總反應(yīng)式: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量(38ATP)三、無氧呼吸的總反應(yīng)式:酶 C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+ 2CO2 + 少量能量(2ATP)酶 或 C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+ 少量能量(2ATP)四、有氧呼吸過程(主要在線粒體中進(jìn)行): 場(chǎng)所發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)物第一階段細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)+4H2丙酮酸 +少量能量酶葡萄糖丙酮酸、H、少量ATP第二階段線粒體基質(zhì)酶少量能量+20H+ 6CO26H2O+2丙酮酸CO2、H、少量ATP第
5、三階段線粒體內(nèi)膜12H2O酶大量能量24H+O2生成H2O、大量ATP五、有氧呼吸與無氧呼吸的比較:呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸不同點(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ATP兩種呼吸的原料都是葡萄糖檢測(cè)酒精的產(chǎn)生:在酸性條件下橙色的重鉻酸鉀和酒精反應(yīng)變成灰綠色六、影響呼吸速率的外界因素: 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
6、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,可用此原理來貯藏水果和蔬菜。七、呼吸作用在生產(chǎn)上的應(yīng)用:1、作物栽培時(shí),要有適當(dāng)措施保證根的正常呼吸,如疏松土壤等。2、糧油種子貯藏時(shí),要風(fēng)干、降溫,降低氧氣含量,則能抑制呼吸作用,減少有機(jī)物消耗。3、水果、蔬菜保鮮時(shí),要低溫或降低氧氣含量及增加二氧化
7、碳濃度,抑制呼吸作用。八、實(shí)驗(yàn):探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式 CO2的檢測(cè):可使澄清的石灰水變渾濁,也可使溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)變綠再1、原理 變黃 酒精的檢測(cè):橙色的重鉻酸鉀溶液,在酸性的條件下與酒精發(fā)生化學(xué)反應(yīng),變成灰綠色2、NaOH溶液的作用:排除空氣中CO2對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾3、無氧呼吸的裝置要封口放置一段時(shí)間,是為了讓酵母菌消耗萬瓶中的氧氣,確保通入澄清石灰水(或溴麝香草酚藍(lán)水溶液)的是酵母菌無氧呼吸所產(chǎn)生的。第四節(jié) 能量之源-光與光合作用一、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二、光合色素(在類囊體的薄膜上): 葉綠素a (藍(lán)綠
8、色) 葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光葉綠素b (黃綠色) 色素 胡蘿卜素 (橙黃色) 類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光葉黃素 (黃色)三、葉綠體的功能: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。四、影響光合作用的外界因素主要有:1、光照強(qiáng)度:在一定范圍內(nèi),光合速率隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而加快,超過光飽合點(diǎn),光合速率反而會(huì)下降。2、溫度:溫度可影響酶的活性。3、二氧化碳濃度:在一定范圍內(nèi),光合速率隨二氧化碳濃度的增加而加快,達(dá)到一定程度后,光合速率維持在一定的水平,不再增加。4、水:光合作用的原料之一,缺少時(shí)光合速率下降。
9、 5、無機(jī)鹽:缺N、Mg影響葉綠素的合成五、光合作用的應(yīng)用: 1、適當(dāng)提高光照強(qiáng)度或延長(zhǎng)光合作用的時(shí)間。 2、增加光合作用的面積合理密植,間作,套種。 3、溫室大棚用無色透明玻璃。 4、溫室栽培植物時(shí),白天適當(dāng)提高溫度,晚上適當(dāng)降溫。 5、溫室栽培多施有機(jī)肥或放置干冰,提高二氧化碳濃度。六、光合作用的過程:光反應(yīng)階段條件光、色素、酶、H2O場(chǎng)所在類囊體的薄膜上光物質(zhì)變化酶水的分解:2H2O 4H + 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)所葉綠體基質(zhì)物質(zhì)變化酶酶CO2的固定:CO2 + C5 2C3ATP C3的還原:2C3
10、+ H (CH2O)+ C5能量變化ATP中的活躍化學(xué)能(CH2O)中的穩(wěn)定化學(xué)能總反應(yīng)式光能葉綠體 CO2 + H2O O2 + (CH2O)七、實(shí)驗(yàn):綠葉中色素提取和分離1、原理:(1)提取原理:色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中。(2)分離原理:各種色素在層析液中溶解度不同,溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快,反之,則慢2、材料,新鮮菠菜葉:SiO2、CaCO33、注意:(1)SiO2有助于研磨充分;CaCO3可防止研磨中色素被破壞(2)濾紙條一端必須剪去兩角目的:作標(biāo)記;使擴(kuò)散速度均勻。(3)不能讓濾液細(xì)線觸及層析線,防止色素溶解到層析液中。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果: 上 下顏色種類含量溶解度擴(kuò)散速
11、度橙黃色胡蘿卜素最少最高最快黃色葉黃素較少較高較快藍(lán)綠色葉綠素a最多較低較慢黃綠色葉綠素b較多最低最慢5、注意事項(xiàng) 研磨不充分,色素未能充分提取出來;淡綠色 無水乙醇加入量太多,稀釋了色素提取液;未加入碳酸鈣粉末,葉綠素分子已破壞。熒光現(xiàn)象:提取液在透射光下是翠綠色的,而在反射光下是棕紅色。第六章 細(xì)胞的生命歷程 第一節(jié) 細(xì)胞的增殖一、細(xì)胞不能無限長(zhǎng)大的原因:(1)細(xì)胞表面積與體積比(2)核質(zhì)比二、細(xì)胞的增殖1、真核生物細(xì)胞增殖的方式:有絲分裂、無絲分裂、減數(shù)分裂2、細(xì)胞增殖包括物質(zhì)準(zhǔn)備和細(xì)胞分裂整個(gè)連續(xù)的過程。三、有絲分裂1、細(xì)胞的周期:指連續(xù)分裂的細(xì)胞,從一次分裂完成時(shí)開始,到下一次分裂完
12、成時(shí)為止。(即從結(jié)束結(jié)束)包括分裂間期和分裂期。分裂間期:約占細(xì)胞周期的90%95%,為分裂期進(jìn)行活躍的物質(zhì)準(zhǔn)備,完成DNA分子復(fù)制及有關(guān)蛋白質(zhì)合成,染色體數(shù)目不增加,DNA加倍。2、有絲分裂 前期:核膜核仁逐漸消失,出現(xiàn)紡綞體及染色體,染色體散亂排列 中期:染色體著絲點(diǎn)排列在赤道板上,染色體形態(tài)比較穩(wěn)定,數(shù)分裂期 目比較清晰便于觀察后期:著絲點(diǎn)分裂,姐妹染色單體分離,染色體數(shù)目加倍末期:核膜,核仁重新出現(xiàn),紡綞體,染色體逐漸消失。巧記方法:前期:膜仁消失現(xiàn)兩體 中期:形定數(shù)晰赤道齊后期:點(diǎn)裂數(shù)加移兩極 末期:兩消兩現(xiàn)建新壁3、動(dòng)植物細(xì)胞有絲分裂區(qū)別植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞間期DNA復(fù)制,蛋白質(zhì)合成(
13、染色體復(fù)制)染色體復(fù)制,中心粒復(fù)制倍增前期細(xì)胞兩極發(fā)生紡綞絲構(gòu)成紡綞體中心體發(fā)出星射線,構(gòu)成紡綞體末期赤道板位置形成細(xì)胞板向四周擴(kuò)散形成細(xì)胞壁不形成細(xì)胞板,細(xì)胞從中央向內(nèi)凹陷,縊裂成兩子細(xì)胞核延長(zhǎng)縊裂為二,整個(gè)細(xì)胞縊裂成兩個(gè)4、無絲分裂 特點(diǎn):分裂中無紡錘絲和染色體的形成例子:蛙的紅細(xì)胞5、染色體、染色單體與DNA之間的關(guān)系 有絲分裂的重要意義,是將親代細(xì)胞的染色體經(jīng)過復(fù)制以后,精確地平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去,而在生物的親代和子代間保持了遺傳性狀的穩(wěn)定性。 復(fù)制 著絲點(diǎn)分裂 DNA數(shù): 1 2 2染色體 : 1 1 2染色單體: 0 2 0(1)染色體數(shù)=著絲點(diǎn)數(shù)(2)若細(xì)胞內(nèi)含有染色單體,染
14、色單體數(shù)= DNA數(shù)(3)若細(xì)胞內(nèi)不含有染色單體,染色體數(shù)= DNA數(shù)注意:染色單體一旦分開,只能稱為染色體6、假設(shè)正常體細(xì)胞的核中DNA含量為2a,染色體數(shù)為2N,則復(fù)制 前期 中期 后期 末期間期 前期 中期 后期 末期 DNA含量 2a 4a 4a 4a 4a 4a 2a 染色體數(shù) 2N 2N 2N 2N 4N 4N 2N 染色單體 0 4N 4N 4N 4N 0 0數(shù)含量七、實(shí)驗(yàn):觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂1、材料:洋蔥根尖、龍膽紫溶液或醋酸洋紅液(堿性染料)2、步驟步驟材料時(shí)間作用培養(yǎng)洋蔥34天制作裝片(取材:根尖23 mm,10 am14 pm分裂最活躍)解離解離液(15%鹽酸
15、+95%酒精)35min溶解細(xì)胞間質(zhì),使細(xì)胞分離漂洗清水約10min洗去藥液,防止解離過度染色0.01g/mL龍膽紫(醋酸洋紅)35min使染色體著色制片滴清水,碎根尖,壓片壓片使細(xì)胞分散開,呈薄云霧狀觀察低倍鏡找到分生區(qū):細(xì)胞呈正方形,排列緊密;轉(zhuǎn)高倍鏡尋找分裂期注意事項(xiàng):(1)根尖培養(yǎng):培養(yǎng)時(shí)應(yīng)經(jīng)常換水,防止根細(xì)胞長(zhǎng)期缺氧,進(jìn)行無氧呼吸,產(chǎn)生酒精,是根細(xì)胞中毒、腐爛。(2)解離:解離時(shí)間不宜過長(zhǎng)或過短;過長(zhǎng)會(huì)使根尖過分酥軟且染色體成分被破壞;過短使根尖細(xì)胞解離不充分,不能相互分離。(3)漂洗:漂洗一定要徹底,防止殘留的解離液(HCl)繼續(xù)破壞細(xì)胞,同時(shí)鹽酸也影響染色和腐蝕鏡頭。(4)觀察:
16、因細(xì)胞已死亡,因此要不斷移動(dòng)載玻片尋找不同時(shí)期的細(xì)胞分裂圖像細(xì)胞的分化、衰老、癌變1、細(xì)胞的分化:在個(gè)體發(fā)育中,由一個(gè)或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代,在結(jié)構(gòu)、形態(tài)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。注: 持久性:在生物體的整個(gè)生命過程都有,只是在胚胎發(fā)育時(shí)達(dá)到最大值;穩(wěn)定性和不可逆性:一般來說,分化了的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài),直到死亡; 意義:使多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞趨向?qū)iT化,有利于提高各種生理功能的效率。2、全能性:指已經(jīng)分化的細(xì)胞,仍然具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。注意:一般而言,細(xì)胞分化程度越高,全能性越難以實(shí)現(xiàn),細(xì)胞分化程度越低,全能性就越高。植物:胡蘿卜的組織培養(yǎng) 快繁花卉與蔬菜;拯救物種;培育新作物;如 動(dòng)物:克隆羊多莉;干細(xì)胞 替換病變部位,治療某些癌癥和遺傳病帶來希望。 全能性表達(dá)的難易程度:受精卵>生殖細(xì)胞>體細(xì)胞;植物細(xì)胞>動(dòng)物細(xì)胞。干細(xì)胞:動(dòng)物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有分裂和分化能力的細(xì)胞。如骨髓中的造血干細(xì)胞 細(xì)胞內(nèi)水分減少,體積變小,新陳代謝速率減慢皺紋 細(xì)胞內(nèi)酶活性降低白發(fā)3、細(xì)胞衰老特征 細(xì)胞內(nèi)色素積累老年斑 細(xì)胞內(nèi)呼吸速度下降,細(xì)胞核體積增大 細(xì)胞膜通透性下降,物質(zhì)運(yùn)輸功能下降4、細(xì)胞凋亡指基因決定的細(xì)胞自動(dòng)結(jié)束生命的過程,是一種正常的自然生理過程,如蝌蚪尾消失,它對(duì)于多細(xì)胞生物體正常發(fā)育,維持內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定以及抵御外
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