4.2.4.    生物的新陳代謝

（一）酶
1.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類(lèi)具有生物催化作用的有機(jī)物。 
      其中，胃蛋白酶、唾液淀粉酶等絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。酶是功能蛋白質(zhì)，血紅蛋白是結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。

2.酶的特性是高效性和專(zhuān)一性。 
      每一克過(guò)氧化氫酶在一分鐘內(nèi)能使500萬(wàn)分子的過(guò)氧化氫（H2O2）分解成H2O和O2，較Fe3+ 催化H2O2分解的效率大109 倍。

      混血有三個(gè)主要步驟:

         ①凝血酶原致活酶的形成

         ②混血酶原↓Ca2+ 混血酶

         ③纖維蛋白原↓Ca2+ 纖維蛋白只有在最適溫度時(shí)，酶的活性最強(qiáng)。

      不同的生物體中，其最適溫度是不一樣的。例如，人體內(nèi)大多數(shù)酶的最適溫度為37℃左右。在生物體內(nèi)，每一種酶只能催化某一種或某一類(lèi)化合物的化學(xué)反應(yīng)。即酶的專(zhuān)一性。例如:唾液淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。

 

（二）ATP
1.ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。 
      A—P～P～P ATP的縮寫(xiě)字母告訴我們:“A”代表腺苷，“T”代表三個(gè)。“P”代表磷酸，所以ATP的全稱(chēng)是三磷酸腺苷。

2.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化。

      ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量很少，但是，ATP在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化卻十分迅速。這樣，細(xì)胞內(nèi)ATP的含量總是處在動(dòng)態(tài)平衡中，這對(duì)于構(gòu)成生物體內(nèi)部穩(wěn)定的供能環(huán)境，具有重要意義。

3.ATP的形成途徑。

      ATP在生物體細(xì)胞中的含量并不大，當(dāng)ATP由于生命活動(dòng)被大量消耗時(shí)，ATP可以再生，使細(xì)胞內(nèi)ATP的含量總是處在動(dòng)態(tài)平衡中。光能和化學(xué)能都必須由細(xì)胞中的ADP去捕獲后形成ATP。用下列反應(yīng)式表示。磷酸肌酸是生物體中一種高能磷酸化合物（高能磷酸化合物是指水解時(shí)釋放的能量在20.92kJ/mol以上的磷酸化合物）。它和ATP之間也可相互轉(zhuǎn)化能量。ATP水解釋放能量，把能量轉(zhuǎn)移給肌酸，生成高能化合物磷酸肌酸、磷酸肌酸又能水解釋放能量，把能量轉(zhuǎn)移給ADP以生成ATP。通常磷酸肌酸在生物體內(nèi)的貯存量比ATP多，但不能作為生命活動(dòng)的直接能源。

 

（三）光合作用

1.發(fā)現(xiàn)光合作用的著名實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表10—2、表10—3、表10—4、表10—5）。
 表10—2 

2.葉綠體中的色素 
      葉綠體中的色素吸收光的能力很強(qiáng)。

      當(dāng)可見(jiàn)光光束通過(guò)三棱鏡之后，可以看到紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫光組成的光譜，稱(chēng)為連續(xù)光譜。

      如果把上述四種色素溶液分別放在可見(jiàn)光光束和三棱鏡之間時(shí)，可以看到連續(xù)光譜中有些波長(zhǎng)的光被吸收了，在光譜上顯示出暗帶，這種光譜稱(chēng)吸收光譜。

      葉綠素吸收光譜的最強(qiáng)吸收區(qū)為波長(zhǎng)430nm～450nm的藍(lán)紫光區(qū)和波長(zhǎng)為640nm～660nm的紅光區(qū)。

      葉綠素對(duì)其他光的吸收不明顯，尤其是對(duì)波長(zhǎng)為500nm～560nm的綠光吸收量最少。類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。

3.光合作用的過(guò)程及方法提示。 
   （1）根據(jù)水的光解判斷釋放的氧來(lái)自水。水綿+H18 2 O+CO218O2 水綿+H2 +C18O2O2 
   （2）根據(jù)同位素示蹤法推理判斷C、H、O的轉(zhuǎn)移途徑。3 H2O光反應(yīng)［3 H］·（C3 H2 O）+3 H2O14C18O2CO2 固定214C3CO2 還原 （14CH2·18O）+H2 18O 
   （3）根據(jù)光合作用過(guò)程分析物質(zhì)和能量的變化。物質(zhì)變化:CO2 +H2O 光合作用 （CH2 O） 轉(zhuǎn)變 淀粉、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)能量變化:光能+ADP+Pi 光反應(yīng)ATP 暗反應(yīng)ADP+Pi+有機(jī)物中能量 
   （4）光合作用的主要場(chǎng)所。葉綠體囊狀結(jié)構(gòu)的薄膜上;葉綠體的基質(zhì)中。

4.影響光合作用速率的因素。 
   （1）光照強(qiáng)度與光合速度 
   （2）CO2濃度與光合速率 
   （3）溫度與光合速率 
   

 

（四）植物對(duì)水分的吸收和利用吸脹作用是指:未成熟的植物細(xì)胞中還沒(méi)有形成中央液泡。這樣的細(xì)胞主要靠細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、淀粉和纖維素等親水性物質(zhì)吸收水分的過(guò)程。

      1.根據(jù)液泡、親水物質(zhì)、濃度差別判斷吸水方式。

      無(wú)液泡有親水物質(zhì)的活細(xì)胞 吸脹作用吸水;有液胞，具備原生質(zhì)層且內(nèi)外有濃度差的活細(xì)胞 滲透作用吸水。

      2.根據(jù)根尖各部分結(jié)構(gòu)形成液泡與否判斷吸水方式。

      根冠:有液泡、滲透吸水分生區(qū):無(wú)液泡、吸脹吸水伸長(zhǎng)區(qū):液泡由小變大，由少變多，吸脹吸水轉(zhuǎn)變?yōu)闈B透吸水。成熟區(qū):有大液泡，滲透吸水。原生質(zhì)層是指:植物細(xì)胞中的細(xì)胞膜、液泡膜和這兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)。原生質(zhì)層具有選擇透過(guò)性的特點(diǎn)。細(xì)胞具有活性，原生質(zhì)層才具有選擇透過(guò)性。反之，細(xì)胞失去活性，則原生質(zhì)層就成為全透膜。原生質(zhì)凝膠的吸脹作用的大小與該物質(zhì)的親水性大小有關(guān)，蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素的親水性依次遞減。因此，大豆種子（含蛋白質(zhì)多）比玉米種子（含淀粉多）的吸脹作用大。在生長(zhǎng)實(shí)踐中，人們利用吸脹吸水原理，在抗洪救災(zāi)中，用大豆來(lái)保護(hù)江堤;在炸山時(shí)，將大豆和水灌進(jìn)巖石縫隙中，使石塊分開(kāi)。

      3.根據(jù)細(xì)胞內(nèi)外溶液濃度高低判斷質(zhì)壁分離與復(fù)原

 

（四）植物的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng) 
      1.礦質(zhì)元素、必需元素、大量元素、微量元素的辨析。 
      （1）礦質(zhì)元素是指除了C、H、O以外，主要由根系從土壤中及收的元素。 
      （2）必需元素是指植物正常生命活動(dòng)不可缺少的元素，共16種，必需的礦質(zhì)元素13種。 
      （3）大量元素是指礦質(zhì)元素在植物體的干物質(zhì)中含量超過(guò)1 000ppm的叫大量元素。如Mg等。 
      （4）微量元素是指礦質(zhì)元素在植物體的干物質(zhì)中的含量在100ppm以下的元素。如Fe、Ca等。 

 

2.礦質(zhì)元素的利用（表10—6）。

 

4.根對(duì)離子的吸收具有選擇性。 
      選擇性吸收的表現(xiàn):

      ①不同植物對(duì)同種礦質(zhì)元素離子的吸收具有選擇性。

      ②同一植物對(duì)不同礦質(zhì)元素離子的吸收具有選擇性。

      ③選擇性吸收的原因:植物細(xì)胞對(duì)離子的選擇吸收與細(xì)胞膜上載體的種類(lèi)和數(shù)量多少有關(guān)，與溶液中的離子數(shù)量不成比例。

 

5.根吸收礦質(zhì)元素的過(guò)程。 
      根吸收礦質(zhì)元素包括交換吸附和主動(dòng)運(yùn)輸兩個(gè)過(guò)程，這兩個(gè)過(guò)程都與根細(xì)胞的呼吸作用密切相關(guān)，促進(jìn)呼吸作用（如疏松土壤）可促進(jìn)根細(xì)胞對(duì)礦質(zhì)元素的吸收過(guò)程。

6.無(wú)土栽培方法。 
   （1）概念:利用溶液培養(yǎng)法的原理，把植物體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所需要的各種礦質(zhì)元素，按照一定的比例配制成營(yíng)養(yǎng)液用這種營(yíng)養(yǎng)液來(lái)栽培植物的技術(shù)。 
   （2）特點(diǎn):可用人工的方法直接調(diào)節(jié)和控制根系的生活環(huán)境。 
   （3）優(yōu)點(diǎn):①產(chǎn)量高;②節(jié)約水肥，產(chǎn)品清潔衛(wèi)生，有利于實(shí)現(xiàn)栽培的工廠化，自動(dòng)化，擴(kuò)大了農(nóng)作物栽培的范圍和面積。

（五）人和動(dòng)物體內(nèi)三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝 
      1.三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝。 
      （1）糖類(lèi)代謝 
      （2）脂類(lèi)代謝 
      （3）蛋白質(zhì)代謝

      2.三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用及其相互關(guān)系。 
      動(dòng)物的生存是以物質(zhì)代謝為基礎(chǔ)，以能量代謝為動(dòng)力，物質(zhì)的合成伴隨著能量的貯存，物質(zhì)的分解伴隨著能量的釋放。糖類(lèi)是主要的能源物質(zhì)，脂類(lèi)是主要的貯能物質(zhì)，蛋白質(zhì)是生物體的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，是一切生活活動(dòng)的體現(xiàn)者。在正常情況下，人和動(dòng)物體所需要的能量主要是由糖類(lèi)氧化分解供給，只有當(dāng)糖類(lèi)代謝發(fā)生障礙，引起供能不足時(shí)，才由脂肪和蛋白質(zhì)氧化分解供給能量，以保證機(jī)體的能量需要。糖類(lèi)在分解過(guò)程中產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物（如丙酮酸）可以通過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用，生成相對(duì)應(yīng)的非必需氨基酸。但是，由于糖類(lèi)分解時(shí)不能產(chǎn)生與必需氨基酸相對(duì)應(yīng)的中間產(chǎn)物，因此，糖類(lèi)不能轉(zhuǎn)化成必需氨基酸。蛋白質(zhì)在分解過(guò)程中產(chǎn)生的一些氨基酸，可以通過(guò)脫氨基作用轉(zhuǎn)化成糖類(lèi)。只有在糖類(lèi)供應(yīng)充足的情況下，糖類(lèi)才有可能大量轉(zhuǎn)化成脂類(lèi);一般情況下，脂肪不能大量轉(zhuǎn)化成糖類(lèi) 
      

      3.肝臟在人體代謝中的作用。 
      肝臟是人體內(nèi)惟一具有雙血管（肝動(dòng)脈、肝門(mén)靜脈）的器官，一切物質(zhì)代謝都與肝臟有關(guān)。此外肝臟還有貯存、分泌及生理解毒的作用。

      4.糖元的生成和分解。 
      糖元是由許多葡萄糖分子聚合而成的多糖，相對(duì)分子量約為數(shù)百萬(wàn)，是動(dòng)物細(xì)胞貯存糖的形式。人體各組織的細(xì)胞都能利用葡萄糖合成糖元，但各組織中的糖元含量并不相同。肝臟和肌肉中貯存的糖元最多，分別稱(chēng)為肝糖元和肌糖元。腦組織中雖然活動(dòng)旺盛，消耗的能量很大，但其糖元貯存卻非常少，須不斷地從血液中攝取葡萄糖來(lái)維持腦代謝的需要，因此，當(dāng)血糖含量低于45mg/dL時(shí)，腦組織就會(huì)因得不到足夠的能量供給而發(fā)生功能障礙，出現(xiàn)低血糖晚期癥狀。

5.三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝與人體健康。 
      ①血糖含量正常值:80mg/dL～120mg/dL。

      ②低血糖早期癥狀血糖:含量50mg/dL～60mg/dL。

      ③低血糖晚期癥狀血糖含量:低于45mg/dL。

      生理性肥胖是指一個(gè)人多食少動(dòng)，來(lái)自食物中或由糖類(lèi)轉(zhuǎn)化的脂肪可貯存在體內(nèi)，從而導(dǎo)致肥胖。

      脂肪肝是指在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝過(guò)程中，脂肪來(lái)源太多時(shí)，肝臟就要把多余的脂肪合成為脂蛋白，從肝臟中運(yùn)出去。      磷脂是合成脂蛋白的重要原料。如果肝臟功能不好，或是磷脂等的合成減少時(shí)，脂蛋白的合成受阻，脂肪就不能順利地從肝臟中運(yùn)出去，因而造成脂肪在肝臟中的堆積，形成脂肪肝。

6.血糖的來(lái)源和去路

（七）細(xì)胞呼吸
1.有氧呼吸的過(guò)程。 
      有氧呼吸的過(guò)程比較復(fù)雜，包括一系列的化學(xué)反應(yīng)，但總的說(shuō)來(lái)是有機(jī)物逐步分解并將貯存的能量逐步釋放的過(guò)程?？煞譃槿齻€(gè)階段: 
      （1）葡萄糖分解成丙酮酸。C6 H12O6酶細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)2C3 H4 O3 +4［H］+2ATP 
      （2）丙酮酸氧化脫羧。2C3 H4 O3 +6H2 O酶線粒體基質(zhì)6CO2 +2O［H］+2ATP 
      （3）氫與氧結(jié)合形成水。24［H］+6O2酶線粒體內(nèi)膜12H2 O+34ATP 
      （4）總反應(yīng)式。C6 H12O6 +6O2 酶6CO2 +6H2 O+能量 
      （5）總能量。 2 870 KJ1 709KJ 熱能散失（59.55%） 1 161KJ 轉(zhuǎn)移38ATP（40.45%）

2.無(wú)氧呼吸的過(guò)程。 
      無(wú)氧呼吸進(jìn)行的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)的基質(zhì)。其過(guò)程為: 
      （1）高等植物的無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精。C6 H12O6 酶2C2 H5 OH+2CO2 +2ATP 
      （2）高等動(dòng)物和人的無(wú)氧呼吸產(chǎn)生乳酸（高等植物的某些碩大器官的無(wú)氧呼吸也能產(chǎn)生乳酸）。C6 H12O6 酶2C3 H3 O3 +2ATP 
      （3）總能量。 196.65 KJ61.08KJ 轉(zhuǎn)移2ATP（31%）135.57KJ 熱能 散失（69%）

3.有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的比較表（表10—8）。

 

5.呼吸作用是有機(jī)物相互轉(zhuǎn)化的樞紐。 
      丙酮酸在轉(zhuǎn)氨酶的催化下，接受谷氨酸的氨基就可轉(zhuǎn)變成為丙氨酸。其他氨基酸、脂肪酸進(jìn)入線粒體可進(jìn)行呼吸作用。所以，糖類(lèi)、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)氧化分解都能產(chǎn)生CO2 和H2 O，并釋放能量。

6.植物體在進(jìn)行光合作用的同時(shí)，也在進(jìn)行呼吸作用。呼吸作用的產(chǎn)物CO2 +H2 O可被光合作用利用。光合作用的產(chǎn)物C6 H12O6 和O2 亦可被呼吸作用利用。 
   （1）若從能量變化來(lái)看:光能 光反應(yīng) 活躍化學(xué)能（ATP）暗反應(yīng)穩(wěn)定化學(xué)能（有機(jī)物）呼吸作用 熱能+活躍化學(xué)能（ATP）利用生理能量 
   （2）若從物質(zhì)的變化來(lái)看:

      ①用14C標(biāo)記的同位素示蹤法看C的變化:14CO2 +C5CO2 的固定214C3CO2 的還原14C6 H12O6 糖酵解214C3 H4 O3 有氧呼吸614CO2

      ②有3 H標(biāo)記的同位素示蹤法看H的變化:123 H2 O光反應(yīng)24［3 H］暗反應(yīng)C6 3 H 12O6 糖酵解2C3 3 H4 O3 +4［3 H］ +6H2 O有氧呼吸6CO2 +63 H2 O+6H2 O 
   （3）用18O標(biāo)記CO2 中O的變化及用17O標(biāo)記H2 O中的O的變化:6C18O2 +12H2 17O光合作用C6 H12 18O 6 +6H2 18O+617O2 呼吸作用6C18O2 +12H2 17O另外，光合作用和呼吸作用受反應(yīng)條件和限制因素的影響。光合作用主要受光照強(qiáng)度，CO 2 的濃度和溫度的影響;呼吸作用主要受O2 濃度和溫度的影響。植物在進(jìn)行上述兩種作用時(shí)，還在進(jìn)行蒸騰作用，氣孔的關(guān)閉同樣影響CO2 的吸收和氧氣的進(jìn)入。

 

（八）新陳代謝的基本類(lèi)型
1.新陳代謝的概念。 
      生物的新陳代謝是指生物體與外界環(huán)境之間物質(zhì)和能量的交換，以及生物體內(nèi)部物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)變過(guò)程。包括同化作用和異化作用兩個(gè)方面。在同化作用和異化作用過(guò)程中，都包含著物質(zhì)代謝和能量代謝兩個(gè)方面。當(dāng)生物體同化作用大于異化作用的時(shí)候，生物體表現(xiàn)為物質(zhì)積累和能量貯存。生物就表現(xiàn)出生長(zhǎng)現(xiàn)象。狹義的新陳代謝概念就是指活細(xì)胞中全部化學(xué)反應(yīng)的總稱(chēng)。

2.自養(yǎng)型生物和異養(yǎng)型生物的異同點(diǎn)。 
      相同點(diǎn)是都能把外界物質(zhì)合成為自身的組成物質(zhì)，并貯存能量。

      不同點(diǎn)是能否直接利用外界的無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物。

3.需氧型生物和厭氧型生物的異同點(diǎn)。 
      相同點(diǎn)是都必須不斷分解自身的有機(jī)物，釋放能量，供生命活動(dòng)需要。

      不同點(diǎn)是分解有機(jī)物的過(guò)程中是否必須有氧的參與。

4.化能合成作用。 
      化能合成作用是一些微生物利用外界環(huán)境中的無(wú)機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能，把CO2 和H2 O合成貯藏能量的有機(jī)物的過(guò)程。從其同化的特征看，進(jìn)行化能合成作用的生物是自養(yǎng)型的。這類(lèi)生物如硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌和鐵細(xì)菌等。 
   （1）硝化細(xì)菌的化能合成作用: 2NH3 +3O2 亞硝化細(xì)菌2HNO2 +2H2 O+能量2HNO2 +O2 硝化細(xì)菌2HNO3 能量6CO2 +6H2 O酶C6 H12O6 +6O2 ↑ 
   （2）硫細(xì)菌的化能合成作用:2H2 S+O2 硫細(xì)菌2H2 O+2S+能量2S+3O2 +2H2 O硫細(xì)菌2H2 SO4 +能量6CO2 +6H2 O酶C6 H12O6 +6O2 ↑

   （3）鐵細(xì)菌的化能合成作用:4FeSO4 +2H2 SO4 +O2 鐵細(xì)菌2Fe2（SO4）3 +2H2 O+能量6CO2 +6H2 O酶C6 H12O6 +6O2 ↑ 
   （4）沒(méi)有獨(dú)立代謝能力的生物———病毒。 
   （5）兼性厭氧型生物———酵母菌:C6 H12O6 +6O2 酵母菌酶6CO2 +6H2 O+能量C6 H12O6 酶母菌酶2C2 H5 OH+2CO2 ↑+能量