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第一节降低化学反应活化能的酶
一、相关概念:
酶:是活细胞所产生的具有催化作用的一类有机物。
活化能:分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。
二、酶的来源和功能:
来源:活细胞所产生
功能:降低化学反应活化能,提高化学反应速率
三、酶的本质:大多数酶的化学本质是蛋白质(合成酶的场所主要是核糖体,水解酶的酶是蛋白酶),也有少数是RNA。
四、酶的特性:
①、高效性:催化效率比无机催化剂高许多。
②、专一性:每种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。
③、酶需要较温和的作用条件:在最适宜的温度和pH下,酶的活性最高。温度和pH偏高和偏低,酶的活性都会明显降低。(高温、过酸、过碱都会使酶永久性失活,是一个不可逆的过程;低温只是降低酶的活性,恢复温度酶的活性能恢复)
第二节细胞的能量“通货”-----ATP
一、ATP的结构简式:ATP是三磷酸腺苷的英文缩写,结构简式:A-P~P~P,其中:A代表腺苷,P代表磷酸基团,~代表高能磷酸键,-代表普通化学键。
注意:ATP的分子中的高能磷酸键中储存着大量的能量,所以ATP被称为高能化合物。这种高能化合物化学性质不稳定,在水解时,由于高能磷酸键的断裂,释放出大量的能量。
二、ATP与ADP的转化:
能量
ATP
ADP+Pi+
酶
这个反应是一个不可逆反应(能量是不可循环的)
三、ATP的来源:动物——呼吸作用植物——呼吸作用和光合作用
四、能源物质的总结:
主要的能源物质:糖类
能源物质:糖类、脂肪、蛋白质
直接的能源物质:ATP
最终的能量来源:光能
主要的储能物质:脂肪
第三节ATP的主要来源------细胞呼吸
一、相关概念:
1、呼吸作用(也叫细胞呼吸):指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,最终生成二氧化碳或其它产物,释放出能量并生成ATP的过程。
根据是否有氧参与,分为:有氧呼吸和无氧呼吸
实质:分解有机物,释放能量。生成ATP
2、有氧呼吸:指细胞在有氧的参与下,通过多种酶的催化作用下,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放出大量能量,生成ATP的过程。
3、无氧呼吸:一般是指细胞在无氧的条件下,通过酶的催化作用,把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物(酒精、CO2或乳酸),同时释放出少量能量的过程。
4、发酵:微生物(如:酵母菌、乳酸菌)的无氧呼吸。
酶
二、有氧呼吸的总反应式:
C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量(38ATP)
三、无氧呼吸的总反应式:
酶
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量(2ATP)
酶
或
C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量(2ATP)
四、有氧呼吸过程(主要在线粒体中进行):
场所
发生反应
产物
第一阶段
细胞质
基质
+4[H]
2丙酮酸
+
少量能量
酶
葡萄糖
丙酮酸、[H]、少量ATP
第二阶段
线粒体
基质
酶
少量能量
+
20[H]
+
6CO2
6H2O
+
2丙酮酸
CO2、[H]、少量ATP
第三阶段
线粒体
内膜
12H2O
酶
大量能量
24[H]
+
+
O2
生成H2O、大量ATP
五、有氧呼吸与无氧呼吸的比较:
呼吸方式
有氧呼吸
无氧呼吸
不
同
点
场所
细胞质基质,线粒体基质、内膜
细胞质基质
条件
氧气、多种酶
无氧气参与、多种酶
物质变化
葡萄糖彻底分解,产生
CO2和H2O
葡萄糖分解不彻底,生成乳酸或酒精等
能量变化
释放大量能量(1161kJ被利用,其余以热能散失),形成大量ATP
释放少量能量,形成少量ATP
两种呼吸的原料都是葡萄糖
检测酒精的产生:在酸性条件下橙色的重铬酸钾和酒精反应变成灰绿色
六、影响呼吸速率的外界因素:
1、温度:温度通过影响细胞内与呼吸作用有关的酶的活性来影响细胞的呼吸作用。
温度过低或过高都会影响细胞正常的呼吸作用。在一定温度范围内,温度越低,细胞呼吸越弱;温度越高,细胞呼吸越强。
2、氧气:氧气充足,则无氧呼吸将受抑制;氧气不足,则有氧呼吸将会减弱或受抑制。
3、水分:一般来说,细胞水分充足,呼吸作用将增强。但陆生植物根部如长时间受水浸没,根部缺氧,进行无氧呼吸,产生过多酒精,可使根部细胞坏死。
4、CO2:环境CO2浓度提高,将抑制细胞呼吸,可用此原理来贮藏水果和蔬菜。
七、呼吸作用在生产上的应用:
1、作物栽培时,要有适当措施保证根的正常呼吸,如疏松土壤等。
2、粮油种子贮藏时,要风干、降温,降低氧气含量,则能抑制呼吸作用,减少有机物消耗。
3、水果、蔬菜保鲜时,要低温或降低氧气含量及增加二氧化碳浓度,抑制呼吸作用。
八、实验:探究酵母菌细胞呼吸方式
CO2的检测:可使澄清的石灰水变浑浊,也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再1、原理变黄
酒精的检测:橙色的重铬酸钾溶液,在酸性的条件下与酒精发生化学反应,变成灰绿色
2、NaOH溶液的作用:排除空气中CO2对实验结果的干扰
3、无氧呼吸的装置要封口放置一段时间,是为了让酵母菌消耗万瓶中的氧气,确保通入澄清石灰水(或溴麝香草酚蓝水溶液)的是酵母菌无氧呼吸所产生的。
第四节能量之源----光与光合作用
一、光合作用:绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并释放出氧气的过程
二、光合色素(在类囊体的薄膜上):
叶绿素a(蓝绿色)
叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光
叶绿素b(黄绿色)
色素
胡萝卜素(橙黄色)
类胡萝卜素 主要吸收蓝紫光
叶黄素(黄色)
三、叶绿体的功能:
叶绿体是进行光合作用的场所。在类囊体的薄膜上分布着具有吸收光能的光合色素,在类囊体的薄膜上和叶绿体的基质中含有许多光合作用所必需的酶。
四、影响光合作用的外界因素主要有:
1、光照强度:在一定范围内,光合速率随光照强度的增强而加快,超过光饱合点,光合速率反而会下降。
2、温度:温度可影响酶的活性。
3、二氧化碳浓度:在一定范围内,光合速率随二氧化碳浓度的增加而加快,达到一定程度后,光合速率维持在一定的水平,不再增加。
4、水:光合作用的原料之一,缺少时光合速率下降。
5、无机盐:缺N、Mg影响叶绿素的合成
五、光合作用的应用:
1、适当提高光照强度或延长光合作用的时间。
2、增加光合作用的面积——合理密植,间作,套种。
3、温室大棚用无色透明玻璃。
4、温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温。
5、温室栽培多施有机肥或放置干冰,提高二氧化碳浓度。
六、光合作用的过程:
光
反
应
阶
段
条件
光、色素、酶、H2O
场所
在类囊体的薄膜上光
物质变化
酶
水的分解:2H2O→4[H]+O2↑
ATP的生成:ADP+Pi→ATP
能量变化
光能→ATP中的活跃化学能
暗
反
应
阶
段
条件
酶、ATP、[H]
场所
叶绿体基质
物质变化
酶
酶
CO2的固定:CO2+C5→2C3
ATP
C3的还原:2C3+[H]→(CH2O)+C5
能量变化
ATP中的活跃化学能→(CH2O)中的稳定化学能
总反应式
光能
叶绿体
CO2+H2OO2+(CH2O)
七、实验:绿叶中色素提取和分离
1、原理:(1)提取原理:色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
(2)分离原理:各种色素在层析液中溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之,则慢
2、材料,新鲜菠菜叶:SiO2、CaCO3
3、注意:(1)SiO2有助于研磨充分;CaCO3可防止研磨中色素被破坏
(2)滤纸条一端必须剪去两角目的:①作标记;②使扩散速度均匀。
(3)不能让滤液细线触及层析线,防止色素溶解到层析液中。
4、实验结果:
上
下
颜色
种类
含量
溶解度
扩散速度
橙黄色
胡萝卜素
最少
最高
最快
黄色
叶黄素
较少
较高
较快
蓝绿色
叶绿素a
最多
较低
较慢
黄绿色
叶绿素b
较多
最低
最慢
5、注意事项
①研磨不充分,色素未能充分提取出来;
◎淡绿色②无水乙醇加入量太多,稀释了色素提取液;
③未加入碳酸钙粉末,叶绿素分子已破坏。
◎荧光现象:提取液在透射光下是翠绿色的,而在反射光下是棕红色。
第六章细胞的生命历程
第一节细胞的增殖
一、细胞不能无限长大的原因:(1)细胞表面积与体积比(2)核质比
二、细胞的增殖
1、真核生物细胞增殖的方式:有丝分裂、无丝分裂、减数分裂
2、细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。
三、有丝分裂
1、细胞的周期:指连续分裂的细胞,从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止。
(即从结束—结束)包括分裂间期和分裂期。
分裂间期:约占细胞周期的90%—95%,为分裂期进行活跃的物质准备,完成DNA分子复制及有关蛋白质合成,染色体数目不增加,DNA加倍。
2、有丝分裂前期:核膜核仁逐渐消失,出现纺缍体及染色体,染色体散乱排列
中期:染色体着丝点排列在赤道板上,染色体形态比较稳定,数
分裂期目比较清晰便于观察
后期:着丝点分裂,姐妹染色单体分离,染色体数目加倍
末期:核膜,核仁重新出现,纺缍体,染色体逐渐消失。
巧记方法:
前期:膜仁消失现两体中期:形定数晰赤道齐
后期:点裂数加移两极末期:两消两现建新壁
3、动植物细胞有丝分裂区别
植物细胞
动物细胞
间期
DNA复制,蛋白质合成(染色体复制)
染色体复制,中心粒复制倍增
前期
细胞两极发生纺缍丝构成纺缍体
中心体发出星射线,构成纺缍体
末期
赤道板位置形成细胞板向四周扩散形成细胞壁
不形成细胞板,细胞从中央向内凹陷,缢裂成两子细胞
核延长缢裂为二,整个细胞缢裂成两个
4、无丝分裂特点:分裂中无纺锤丝和染色体的形成
例子:蛙的红细胞
5、染色体、染色单体与DNA之间的关系
△有丝分裂的重要意义,是将亲代细胞的染色体经过复制以后,精确地平均分配到两个子细胞中去,而在生物的亲代和子代间保持了遗传性状的稳定性。
复制着丝点分裂
DNA数:122
染色体:112
染色单体:020
(1)染色体数=着丝点数
(2)若细胞内含有染色单体,染色单体数=DNA数
(3)若细胞内不含有染色单体,染色体数=DNA数
注意:染色单体一旦分开,只能称为染色体
6、假设正常体细胞的核中DNA含量为2a,染色体数为2N,则
复制前期中期后期末期
间期前期中期后期末期
DNA含量2a→4a4a4a4a4a→2a
染色体数2N2N2N2N→4N4N→2N
染色单体0→4N4N4N4N→00
数
含量
七、实验:观察根尖分生组织细胞的有丝分裂
1、材料:洋葱根尖、龙胆紫溶液或醋酸洋红液(碱性染料)
2、步骤
步骤
材料
时间
作用
培养
洋葱
3—4天
制
作
装
片
(取材:根尖2—3mm,10am—14pm分裂最活跃)
解离
解离液(15%盐酸+95%酒精)
3—5min
溶解细胞间质,使细胞分离
漂洗
清水
约10min
洗去药液,防止解离过度
染色
(醋酸洋红)
3—5min
使染色体着色
制片
滴清水,碎根尖,压片
压片使细胞分散开,呈薄云雾状
观察
低倍镜找到分生区:细胞呈正方形,排列紧密;转高倍镜寻找分裂期
注意事项:
(1)根尖培养:培养时应经常换水,防止根细胞长期缺氧,进行无氧呼吸,产生酒精,是根细胞中毒、腐烂。
(2)解离:解离时间不宜过长或过短;过长会使根尖过分酥软且染色体成分被破坏;过短
使根尖细胞解离不充分,不能相互分离。
(3)漂洗:漂洗一定要彻底,防止残留的解离液(HCl)继续破坏细胞,同时盐酸也影响染色和腐蚀镜头。
(4)观察:因细胞已死亡,因此要不断移动载玻片寻找不同时期的细胞分裂图像
细胞的分化、衰老、癌变
1、细胞的分化:在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的后代,在结构、形态和生理功能上发生稳定性差异的过程。
注:
①持久性:在生物体的整个生命过程都有,只是在胚胎发育时达到最大值;
②稳定性和不可逆性:一般来说,分化了的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡;
③意义:使多细胞生物体中的细胞趋向专门化,有利于提高各种生理功能的效率。
2、全能性:指已经分化的细胞,仍然具有发育成完整个体的潜能。
注意:一般而言,细胞分化程度越高,全能性越难以实现,细胞分化程度越低,全能性就越高。
植物:胡萝卜的组织培养快繁花卉与蔬菜;拯救物种;培育新作物;
如动物:克隆羊多莉;干细胞替换病变部位,治疗某些癌症和遗传病带来希望。
全能性表达的难易程度:受精卵>生殖细胞>体细胞;植物细胞>动物细胞。
干细胞:动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。如骨髓中的造血干细胞
细胞内水分减少,体积变小,新陈代谢速率减慢——皱纹
细胞内酶活性降低——白发
3、细胞衰老特征 细胞内色素积累——老年斑
细胞内呼吸速度下降,细胞核体积增大
细胞膜通透性下降,物质运输功能下降
4、细胞凋亡指基因决定的细胞自动结束生命的过程,是一种正常的自然生理过程,如蝌蚪尾消失,它对于多细胞生物体正常发育,维持内部环境的稳定以及抵御外界因素干扰具有非常关键作用。
注意:细胞凋亡与细胞坏死的区别:凋亡是正常死亡,坏死是不正常死亡(外界因素影响)
能够无限增殖
5、癌细胞特征 形态结构发生显著变化
癌细胞表面糖蛋白减少,使得癌细胞彼此之间的黏着性显著降低,容易在体内扩散,转移
6、癌症防治:远离致癌因子,进行CT,核磁共振及癌基因检测;也可手术切除、化放疗。
物理因子:主要指辐射,如紫外线、X射线等;
化学因子:无机化合物-石棉、砷化物、铬化物、镉化物等
7、致癌因子有机化合物:联苯胺、烯环烃、亚硝胺、黄曲霉素等吸烟
生物因子(病毒因子):Rous肉瘤病毒、乙型肝炎病毒等病毒