高中生物必修1第5章知识点笔记总结

第 5 章 细胞的能量供应与利用
第 1 节 降低化学反应活化能的酶
一、酶在细胞代谢中的作用
1．细胞代谢：指细胞内 的统称，是细胞
的基础。

2．关于变量
(1)变量：是指实验过程中
的因素。

(2) ：是指 的变量，如氯化铁和肝脏研磨液。

(3) ：是指随着自变量的变化而变化的变量，如 H 2O 2 的分解速率或酶活性。

(4)
：是指除自变量外，其他对实验结果
的可能因素，如 H 2O 2 浓度，肝脏研磨液新
鲜程度等。

3．对照实验：除了
以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。

它一般要设置
组和
组。

4．活化能：分子从
转变为容易发生化学反应的
状态所需要的能量称为活化能。

5．通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，证明酶具有
能力，同时也证明酶具有
性。

其催化作用的机理是
，使细胞代谢在 条件下快速进行。

回扣教材 教材 79 页中，1～4 号试管中， 号试管是对照组，
号试管是实验组。

二、酶本质的探索
1．1857 年，法国微生物学家巴斯德认为：没有
的参与，糖类是不可能变成酒精的。

2．德国化学家李比希认为：引起发酵的物质是
并裂解后释放出来的。

3．毕希纳把从酵母细胞中提取出的引起发酵的物质叫 。

4．1926 年，美国的萨姆纳第一个提取出 ，并证明了脲酶是
，其作用是分解。

5．20 世纪 80 年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数 也具有生物催化功能。

三、酶的概念和特性
1．概念：酶是 产生的具有 作用的有机物，其中绝大多数酶是
(极少数是 RNA)。

2．特性
(1)
：酶的催化效率大约是无机催化剂的 107～1013 倍。

(2)专一性：每一种酶只能催化 化学反应。

(3)酶的作用条件较 ：在
的温度和 pH 条件下，酶的活性最高。

温度和 pH 偏高或偏低，酶
的活性都会明显。

酶变性的条件：在过酸、过碱或温度过高条件下酶会 ，而在低温条件下酶的活性
，
但 。

因此，酶制剂适于在低温（
℃）下保存.
想一想
(1)酶的基本单位、合成场所是什么？氨基酸、核糖核苷酸；核糖体、细胞核。

(2)能催化淀粉酶水解的酶是哪种？蛋白酶。

(3)细胞质中没有作用于 DNA 的解旋酶？不对；在叶绿体、线粒体中含有，而叶绿体、线粒体都属于细胞
质。

(4)细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶？对；但线粒体中不含该酶。

类别
来源
功能
内容
一般来说，活细胞都能产生酶
降低化学反应的活化能，提高化学反应速率
(
种
类 按存在部位
分
按功能分
胞内酶：合成后在细胞内起作用，如有氧呼吸酶
胞外酶：合成后分泌到细胞外起作用 水解酶：在物质水解时起催化作用
合成酶：合成后分泌到细胞外起作用
与无机催化剂相
同的性质 ①降低反应的活化能，提高反应速率，但不改变反应的方向和平衡点
②反应前后，酶的数量和性质不变
（5）动物体内的酶最适 pH 大多在 6.5～8.0，但也有例外，如胃蛋白酶的最适 pH 为 1.5，胰蛋白酶的最适 pH 为 8.0～9.0；植物体内酶的最适 pH 大多在 4.5～6.5 之间. 四、与酶有关的曲线分析
1．酶催化活性的表示方法：单位时间内底物的减少量或产物的生成量。

2．表示酶高效性的曲线
(1)催化剂可加快 ，与无机催化剂相比，酶的催 化效率 。

(2)酶只能缩短达到化学反应平衡所需 ，不能改 变化学反应的 。

(3)酶只能催化已存在的化学反应。

3．表示酶专一性的曲线
加入酶 B 的反应速率与无酶条件下的反应速率相同，说明酶 B 对此反应无催化作用，而加入酶 A 的反应速率随反应物浓度 增大明显加快，进一步说明酶具有专一性。

4．温度、pH 影响酶活性的曲线
(1)在一定温度(pH)范围内，随着温度(pH)的升高，酶的催化作用增强；超过酶的最适温度(pH)后，随着温 度(pH)的升高，酶的催化作用减弱，如图 A 、B 所示。

(2) 、 、 都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶 ；而低温只是使 酶的活性降低，酶的分子结构未遭到破坏，温度升高可恢复其活性。

(3)反应溶液中 pH 的变化不影响酶作用的最适温度，如图 C 所示。

5.底物浓度
酶量一定的条件下，在一定范围内随着底物浓度的增加，反应速率也增 加，但达到一定浓度后不再增加，原因是受到酶数量和酶活性的限制 如
图)。

6.酶浓度
在底物充足、其他条件适宜且固定的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正 比(如图)。

第 2 节 细胞的能量“通货”——ATP
一、ATP的结构、功能及相互转化
1．结构：
(1)ATP的中文名称是；
(2)组成元素：。

(3)结构简式为；A——(腺嘌呤＋核糖)，
个；～——，个(远离腺苷A的那个高能
磷酸键容易断裂，也容易形成)；P——，个
2．功能：供给生命活动的物质。

3．ATP与ADP相互转化
(1)反应式：ADP＋Pi＋能量
酶1
酶2ATP，ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。

因为转化过程中的反应类型、所需酶（酶1是合成酶。

酶2是水解酶）、能量的来源和去路和反应
场所都不完全相同。

但是物质是可循环利用的。

(2)ADP转化为ATP所需能量来源
①动物、人、真菌、大多数细菌：来自细胞进行时有机物分解所释放的能量。

②绿色植物：除依赖所释放的能量外，在叶绿体内进行时，ADP
转化为ATP还利用了能。

(3)ATP在生物体内含量，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种中。

(4)ATP的形成需要满足4个条件：2种原料(ADP和Pi)、能量和酶。

另外合成ATP的过程中有
水生成。

(5)真核细胞合成ATP的场所有。

4.ATP的利用：ATP释放的能量主要用于：细胞的、、生物发电及神经传导、
发光、及等生理过程。

吸能反应一般与的反应相联系，由ATP水
解提供能量，放能反应一般与相联系，释放的能量储存在。

5.参考教材88页左下角ATP分子的结构图解，辨析其与RNA的关系：ATP水解脱掉两个磷酸基
团后剩余腺苷(腺嘌呤＋核糖)＋磷酸基团＝腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一。

6.不同化合物中“A”的含义
下列A代表含义的区别为：
二、ATP产生量与O
2
供给量之间的关系曲线
1、在无氧条件下，可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。

2、随O
2
供应量增多，有氧呼吸明显加强，ATP产生量随之增加，但当O
2
供应量达到一定值后，ATP产生量
不再增加，此时的限制因素可能是酶、有机物、ADP、磷酸等。

第3节ATP的主要来源——细胞呼吸
一、细胞呼吸：指有机物在细胞内经过一系列的，生成或，释放出幷生成ATP的过程。

也称为呼吸作用。

二、细胞呼吸的方式（和两种）
（一）有氧呼吸（必须有的参与）：细胞在的参与下，通过多种的催化作用，把葡萄糖等有机物氧化分解，产生和，释放能量，生成许多ATP的过程。

1．过程图解
2.有氧呼吸总反应式
3.场所：（主要场所）、细胞质基质
4．能量：1moL葡萄糖彻底氧化分解后，共释放出2870kJ的能量，可使1161kJ左右的能量储存在ATP中，其余大部分能量以热能的形式散失。

5.有氧呼吸三个阶段的比较
比较项目第一阶段第二阶段第三阶段
场所
反应物
生成物
产生ATP量
与氧的关系
（二）无氧呼吸:细胞在缺氧的条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物进行不彻底的氧化分解，产生酒精或乳酸等中间产物，释放少量能量，生成ATP的过程。

氧气的存在抑制了无氧呼吸的进行
1．过程图解
①C 6H 12O 6 2C 2H 5OH ＋2CO 2＋少量能量（酵母菌、水稻长期水淹、苹果储藏过久） ②C 6H 12O 6 2C 3H 6O 3＋少量能量（马铃薯块茎、甜菜块根、胡萝卜的叶子、玉米的胚、
2. 无氧呼吸总反应式
酶
酶
乳酸菌、动物骨骼肌等）
发酵—— 微生物的无氧呼吸（酒精发酵、乳酸发酵） 3. 场所： ,
4．能量：无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量。

1moL 葡萄糖经无氧呼吸后，共释放出 196.65kJ
的能量，可使 61.08kJ 左右的能量储存在 ATP 中，其余大部分能量以热能的形式散失。

（三）.有氧呼吸与无氧呼吸的比较
项目
有氧呼吸 无氧呼吸
场所 细胞质基质和 ， ，
不 同 点
条件
产物 能量
特点 需 、酶 CO 2、H 2O
，
有机物彻底分解，能量完全释放 不需 、需酶
和 CO 2 或 ，
，
有机物没有彻底分解，能量 没有完全释放
相 同 点
联系
实质
意义
葡萄糖分解为丙酮酸阶段完全相同
分解 ，释放 ，合成 ，
为生物体的各项生命活动提供 ，
注意：
(1)无氧呼吸的第二阶段是第一阶段产生的[ H ]将丙酮酸还原成为 C 2H 5OH 和 CO 2 或乳酸的过程。

(2)在有氧呼吸中既是反应物又是生成物的物质是 H 2O ，在有氧呼吸的三个阶段均有产生而在无氧呼吸中只 在第一阶段产生的物质是 A TP 。

有 H 2O 生成一定是有氧呼吸，有 CO 2 生成 一定不是乳酸发酵。

(2)部分真核生物细胞无线粒体，只能进行无氧呼吸，如蛔虫。

(3)不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不 同。

(4)无氧呼吸只释放少量能量，其余能量储存在分解不彻底的氧化产物——酒精或乳酸中。

(5)水稻等植物长期水淹后烂根的原因是无氧呼吸的产物酒精对细胞有毒害作用。

玉米种子烂胚的原因是无 氧呼吸产生的乳酸对细胞有毒害作用。

三、细胞呼吸的影响因素及其应用 1．内部因素
(1)植物种类：阳生>阴生
(2)发育阶段：幼苗、开花期>成熟期 (3)不同部位：生殖器官>营养器官 2．外界因素
(1)温度：温度通过影响与呼吸作用相关的 的活性而影响呼吸作用。

一般而言，在一定范围内， 呼
色素的种 ⎪ 类胡萝卜素 ⎪
吸作用强度随着温度的升高而 。

(2)氧气浓度：绿色植物或酵母菌在完全缺氧条件下进行 ，在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸 并存，O 2 的存在对无氧呼吸起 作用。

在一定范围内，有氧呼吸强度随氧浓度的增加而 。

关于 无氧呼吸和有氧呼吸与氧气浓度之间的关系，可用下图表示。

①当氧气浓度为 0 时，细胞只进行 ，Q 点对应的纵坐标大小表 示 。

②当氧气浓度在 0～10%之间，有氧呼吸与无氧呼吸并存，随着氧气浓度 增加，无氧呼吸强度 ，有氧呼吸强度 。

③当氧气浓度大于或等于 10%时，无氧呼吸 ，此后只进行 。

但当氧气浓度达到一定值后，有氧呼吸强度不再随氧气浓度的增大而增 强。

④当氧气浓度为 C 时，有机物消耗量相对较少，在该氧气浓度下保存瓜 果蔬菜效果较好。

⑤氧气吸收量也可以表示有氧呼吸产生 CO 2 的量，所以，两条实线间的距离可表示 的强度，当两曲
线重合时(距离为 0)，无氧呼吸强度为 。

(3)水：在一定范围内，细胞的含水量越高，细胞呼吸作用 。

(4)CO 2：在一定范围内，环境中 CO 2 浓度越高，细胞呼吸。

3．细胞呼吸原理的实践应用
(1)用透气纱布或“创可贴”包扎伤口：增加通气量，抑制破伤风杆菌的无氧呼吸。

（2）早期通气—促进酵母菌有氧呼吸有利于菌种繁殖后期密封发酵罐—促进酵母菌无氧呼吸，
利于产生酒精
(3)食醋、味精制作：向发酵罐中通入无菌空气，促进醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌进行有氧呼
吸。

(4)土壤松土促进根细胞呼吸作用，有利于主动运输，为矿质元素的吸收供应能量；无土栽培
时要及时通入空气，避免因无氧呼吸产生酒精而烂根。

(5)贮存粮食水果的条件——低氧(不是无氧)、低温；但二者差别在含水量方面，粮食要晒干 入库，水果要保持一定湿度。

(6)提倡慢跑：促进肌细胞有氧呼吸，防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀。

第 3 节 能量之源——光与光合作用
一、捕获光能的色素和结构
叶绿素
⎛ 3 ⎫ ⎝ 4 ⎭
叶绿素 a （蓝绿色）
叶绿素 b （黄绿色）
主要吸收蓝 紫光和红光
类和功能
分
⎛ 1 ⎫
⎝ 4 ⎭
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
主要吸收蓝紫光
布 于
结构
决定
外表：双层膜
基质：含 DNA 、RNA 、酶
内部
基料：由类囊体重叠而成，增大膜面积、分布着色素和酶
叶绿体
提醒：
功能：光合作用的场所
证明
恩格尔曼的实验
胡萝卜素
叶黄素 叶绿素 a 叶绿素 b
CO
2
＋H
2
O（CH
2
O）＋O
2
光①CO
2
的固定：C
5
＋CO
2
――→，
①水的光解：2H
2
O――→，
物质变化酶
②ATP的合成：ADP＋Pi――→，②C的还原：2C＋[H]――→，
1、叶片是绿色的原因有两个：一是叶绿素是类胡萝卜素含量的三倍；二是色素不吸收绿光被反射回来。

秋天叶片变黄是低温使叶绿素遭到破坏，呈现出类胡萝卜素的颜色，变红则是液泡中花青素的颜色。

2
主要吸收上述两种单色光，最不吸收的是绿光。

3、海洋中藻类分布的分层现象的原因是什么？从浅到深依次为绿藻→褐藻→红藻；不同藻类主要吸收光的波长不同。

二、光合作用的探究历程
探究历程：1771年普利斯特利(英)——植物可以→1779年英格豪斯(荷)——光合作用需(条件)→1864年萨克斯(德)——光合作用的产物→1880年，恩格尔曼(美)——光合作用的场所→1939年鲁宾和卡门(美)——用法证明中氧原子来源→20世纪40年代(美)——CO
2
形成(CH
2
O)的途径
三、光合作用的概念
指绿色植物通过，利用，把和转化成储存着能量的，并且释放出的过程。

四、光合作用的总反应式：
光能
叶绿体
光能
6CO
2
＋12H
2
O C
6
H
12
O
6
＋6H
2
O＋6O
2
叶绿体
五、光合作用的场所：
（它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必
需的酶。

）
六、光合作用的过程：
1、根据反应过程是否需要光能
2、光反应和暗反应的比较
光反应暗反应
场所叶绿体类囊体包膜叶绿体基质
条件光、色素、酶等酶等
酶
酶
33ATP
能量变化光能→活跃的化学能活跃的化学能→稳定的化学能
联系光反应为暗反应提供，暗反应为光反应提供ADP和Pi
注
3 2
意： （1）．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内。

错，分布在类囊体膜上。

（2）．光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中。

错；类囊体膜上和叶绿体基质中都有。

（3）．叶绿体是光合作用的主要场所。

错；是全部场所。

（4）．光反应为暗反应提供两种重要物质：[H]和 ATP ，[H]既作还原剂又可提供能量；暗反应为光反应也提
供两种物质：ADP 和 Pi ，注意产生位置和移动方向。

（5）．没有光反应，暗反应无法进行，所以晚上植物只进行呼吸作用，不进行光合作用；没有暗反应，有
机物无法合成，生命活动也就不能持续进行。

（6）．色素只存在于光反应部位——叶绿体类囊体薄膜上，但光反应和暗反应都需要酶参与，所以与光合
作用有关的酶存在于两个部位——叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中，但暗反应中酶的种类、数 量多。

（7）．若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用
甲：一直光照 10 分钟；乙：光照 5 秒，黑暗 5 秒，持续 20 分钟，则光合作用制造的有机物：甲<乙 (暗反应时间长)。

（8）．CO 2 中 C 进入 C 3 但不进入 C 5，最后进入(CH 2O)，C 5 中 C 不进入(CH 2O)，可用放射性同位素标记法证明。

3、元素去向 (1)氧元素
H 2O O 2
CO 2
（CH 2O ） (2)碳元素：CO 2
C 3
(CH 2O)
(3)氢元素：H 2O [H] (CH 2O)
4、分析光照、CO 2 浓度骤变对植物细胞内 C 3、C
5、
[H]、ATP 、C 6H 12O 6 合成量影响
条件
停止光照、CO 2 供应不变
增加光照、CO 2 供应不变 停止 CO 2 供应、光照不变
增加 CO 2 供应、光照不变
C 3
增加
减少
减少
增加 C 5
减少
增加
增加
减少 [H]、ATP
减少
增加
增加
减少 C 6H 12O 6 合成量
减少
增加
减少
增加
七、化能合成作用（化能自养生物：硝化细菌）
光合作用和化能合成作用的比较
光合作用
化能合成作用
本质 都能将 CO 2 和 H 2O 等无机物合成有机物
区别
能量 光能
代表生物
绿色植物
氧化无机物放的化学能
硝化细菌等微生物
注意：①以上两类生物代谢类型都是自养型，在生态系统中的成分都是生产者。

②硝化细菌生存的气体环境条件有 NH 3 和 O 2(两种气体)。

③农业中松土可使硝化细菌在 O 2 充足条件下将更多的 NH 3 转化成 NO －或 NO －，提高肥效。

八、光合作用的影响因素及曲线分析
(2)应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”增施农家肥等增大CO
2浓度，提高光合作用速率。

光合作用强度表示方法：
单位时间内光合作用产生的数量。

单位时间内光合作用吸收的量。

单位时间内光合作用放出0
2
的量。

1．光照强度
净光合作用曲线
(1)特点：
A点：光照强度为0，只进行，细胞内的代谢特点如图2所示，释放的CO
2
量可表示此时的强度。

AB段：呼吸作用强度光合作用强度(如图3所示)。

实际光合作用曲线
B点：光点,即光合作用强度=细胞呼吸强度(如
图4所示)。

光照强度只有在点以上时，植
物才能正常生长。

BC段：光合作用强度呼吸作用强度。

D点：光点。

B点以后的细胞代谢特点可用图5表示。

(2)应用：阴生植物的B点前移，C点较低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。

2．CO
2
浓度对光合作用强度的影响
净光合作用曲线净光合作用曲线
(1)点含义：①图1中A点表示时的CO
2浓度，即CO
2
点。

②图2中的A′点表示进行光合作用所需CO
2
的。

③图1和图2中的B和B′点都表示CO
2
点。

，
温室栽培，晴天适当增加CO
2浓度，施有机肥（农家肥）、施用NH
4
HCO
3
肥料、CO
2
发生器。

3．温度对光合作用强度的影响
(1)曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关活
性而影响光合作用速率。

(2)应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，也可适当降低温度。

晴天，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；
晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。

连续阴雨天：白天和晚上均降温。

4．必需元素供应
(1)曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会
因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。

(2)应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。

5．水分
进入叶片，(1)影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO
2从而间接影响光合作用。

(2)应用：根据作物的需水规律合理灌溉。

6．叶龄
(1)曲线分析：①随幼叶不断生长，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(OA段)。

②壮叶时，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，光合速率基
本稳定(AB段)。

③老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏，光合速率下降(BC段)。

(2)应用：摘除老叶、残叶。

7．多因子对光合作用强度的影响
(1)曲线分析：P点时，限制光合作用速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合作用速率不断提高。

当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合作用速率的因子，要想提高光合作用速率，可适当提高图示中的其他因子。

(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度的同时也可适当提高CO
浓度以提高光合速
2
浓度以提高光合速率。

率。

当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO
2。