第五节　细胞的能量供应和利用

一、酶

①细胞内每时每刻进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。

②酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。酶大多数是蛋白质，少数是RNA。

③酶具有高效性；酶具有专一性，每一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。

④酶的催化作用需要适宜的条件，过酸、过碱和高温都能使酶的分子结构遭到破坏而失去活性；低温抑制酶的活性，在适宜温度下酶活性可以恢复。

典型考题

例　下列关于酶的叙述中，正确的是（　）。

A.酶的化学本质都是蛋白质

B.所有的酶都是在细胞内发挥作用

C.能合成激素的细胞都一定能合成酶

D.酶的最适pH都是7左右

【答案】C。解析：A项中酶的化学本质是有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA；B项中由细胞合成的酶既可在细胞内催化各种化学反应，也可在细胞外起作用，如加酶洗衣粉中的酶；C项中能合成激素的细胞是生物体特定的细胞，而几乎所有的细胞都可以合成酶，因而能合成激素的细胞都一定能合成酶；D项中不同酶的最适pH是不同的，如胃蛋白酶的最适pH是1.5，胰蛋白酶的最适pH是8左右。

二、ATP

ATP的中文名称是三磷酸腺苷，它是生物体新陈代谢的直接能源。糖类是细胞的能源物质，脂肪是生物体的储能物质。ATP结构简式：A—P～P～P

其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，—代表一般的共价键，～代表高能磷酸键。ATP在活细胞中的含量很少，但是ATP在细胞内的转化是十分迅速的。细胞内ATP的含量总是处于动态平衡中，这对于生物体的生命活动具有重要意义。

典型考题

例　下列有关ATP的叙述，不正确的是（　）。

A.人体成熟的红细胞在O2充足时也只能通过无氧呼吸产生ATP

B.ATP中的能量可以来源于光能、化学能，也可以转化为光能和化学能

C.ATP是生命活动的直接能源物质，其中两个高能磷酸键都易断裂易形成

D.ATP中的“A”与构成RNA中的碱基“A”表示的不是同一物质

【答案】C。解析：A项中人成熟红细胞没有细胞核和众多的细胞器，因而不能利用氧气进行有氧呼吸，但可在细胞质基质中通过无氧呼吸产生ATP；B项中ATP的形成途径可以是通过光合作用利用光能，也可以是通过呼吸作用利用化学能，ATP转化为ADP时，能量用于完成各项生命活动，可以转化为光能和化学能；C项中ATP是生命活动的直接能源物质，其中远离A的高能磷酸键易断裂和形成；D项中ATP中的“A”表示腺苷，由腺嘌呤和核糖形成，构成RNA中的碱基“A”只表示腺嘌呤。

三、细胞呼吸

（一）相关概念

①呼吸：通过呼吸运动吸进氧气，排出二氧化碳的过程。

②细胞呼吸：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。

（二）细胞呼吸的两种形式

见表1-5。

（三）影响细胞呼吸作用的因素

1.内部因素

遗传因素（决定酶的种类和数量）。

2.环境因素

①温度：温度以影响酶的活性影响呼吸速率。在最低点与最适点之间，呼吸酶活性低，呼吸作用受抑制，呼吸速率随温度的升高而加快；超过最适点，呼吸酶活性降低甚至变性失活，呼吸作用受到抑制，呼吸速率则会随着温度的增高而下降（见图1-12）。

②O2的浓度：植物在O2浓度为0时只进行无氧呼吸，大多数植物无氧呼吸的产物是酒精和CO2；O2浓度在0～10％时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；在O2浓度5％时，呼吸作用最弱；在O2浓度超过10％时，只进行有氧呼吸。有氧环境对无氧呼吸起抑制作用，抑制作用随氧浓度的增加而增强，直至无氧呼吸完全停止在一定氧浓度范围内，有氧呼吸的强度随氧浓度的增加而增强（见图1-13）。

③CO2浓度：从化学平衡角度分析，CO2浓度增加，呼吸速率下降。

④含水量：在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而增强，随含水量的减少而减弱。

典型考题

例　生物体内葡萄糖代谢过程的图解如图1-14，据图可知下列有关说法正确的是（　）。

A.反应①②④都可在人体细胞中进行

B.无氧条件下，酵母菌只能进行③过程

C.反应①②必须在有氧条件下进行

D.上述反应均在线粒体内完成

【答案】A。解析：反应①可以在无氧条件下进行，反应①③④不能在线粒体中进行；无氧条件下酵母菌可以进行①③过程。

四、光合作用

（一）相关概念

光合作用是指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。

发现历程（见表1-6）。

（二）场所

①

②色素种类：包括叶绿素（含叶绿素A和叶绿素B）和类胡萝卜素（含叶黄素和胡萝卜素）

（三）过程

见表1-7。

（四）光合作用的实质

通过光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。

（五）光合作用的意义

①制造有机物，实现物质转变，将CO2和H2O合成有机物，转化并储存太阳能。

②调节大气中的O2和CO2含量保持相对稳定。

③生物生命活动所需能量的最终来源。

注：光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。

（六）影响光合作用速率的因素及其在生产上的应用

光合速率是光合作用强度的指标，它是指单位时间内单位面积的叶片合成有机物的速率。影响因素包括植物自身内部的因素，如处在不同生育期等，以及多种外部因素，包括有光照强度、光照面积、CO2浓度、含水量和矿质元素、温度。

光合作用在农业生产中的应用。

①提高农作物产量：延长光合作用时间、增大光合作用面积；合理密植，改变植物种植方式；轮作、间作、套作。

②提高光合作用速度。

③使用温室大棚；“正其行，通其风”。

（七）计算

①真光合作用速率=净光合作用速率+细胞呼吸作用速率

②光合作用制造的有机物=光合作用积累的有机物+细胞呼吸消耗的有机物

典型考题

例　农科所技术员研究温度对某蔬菜新品种产量的影响，将实验结果绘制成如图1-15所示的曲线。据此提出的结论合理的是（　）。

A.光合作用酶的最适温度高于呼吸作用酶的最适温度

B.阴影部分表示5～35℃时蔬菜的净光合速率小于零

C.光照越强，该蔬菜新品种的产量越高

D.温室栽培该蔬菜时温度最好控制在25～30℃

【答案】D。解析：由图1-15可看出，光合作用酶的最适温度范围为25～30℃，呼吸作用酶的最适温度高于35℃，A错误；5～35℃时，光合作用强度大于呼吸作用强度，净光合速率大于零，B错误；从图1-15中无法判断光照强度对蔬菜新品种产量的影响，C错误；25～30℃时，光合作用强度与呼吸作用强度的差值最大，即净光合速率最大，最适宜蔬菜生长，D正确。