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一性。
每一克過氧化氫酶在一分鐘內(nèi)能使500萬分子的過氧化氫（H2O2）分解成H2O和O2，較Fe3+ 催化H2O2分解的效率大109 倍?；煅腥齻€(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。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化合物的化學(xué)反應(yīng)。即酶的專一性。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)簡式。
A—P～P～P ATP的縮寫字母告訴我們:“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)光合作用的實(shí)驗(yàn)（見表10—2、表10—3、表10—4、表10—5）。
表10—2 年代1864年
科學(xué)家薩克斯
實(shí)驗(yàn)材料葉片
實(shí)驗(yàn)過程綠色葉片經(jīng)暗處處理后，把葉片的一半遮光，另一半曝光
實(shí)驗(yàn)觀察庶光葉(碘)棕色;曝光葉(碘)深藍(lán)色
實(shí)驗(yàn)結(jié)論綠葉在光合作用中產(chǎn)生了淀粉
表10—3 年代1880年
科學(xué)家思吉爾曼
實(shí)驗(yàn)材料水綿和好氧細(xì)菌
實(shí)驗(yàn)過程把載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在無空氣的黑暗環(huán)境里（1）用極細(xì)光束照射水綿（2）完全暴露在光下
實(shí)驗(yàn)觀察（1）好氧細(xì)菌集中在被光束照射到的葉綠體附近（2）好氧細(xì)菌集中在葉綠體所有受光部位的周圍
實(shí)驗(yàn)結(jié)果葉綠體是光合作用的場所，氧是由葉綠體釋放
表10—4
年代
20世紀(jì)30年代
科學(xué)家
魯賓和卡門
實(shí)驗(yàn)材料
綠色植物（衣藻）
實(shí)驗(yàn)過程
第1組向綠色植物提供H218O和CO2，第2組向綠色植物提供H2O和C18O2
實(shí)驗(yàn)觀察
第1組釋放的氧全部是18O2，第2組釋放的氧全部是O2
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
光合作用釋放的氧全部來自水。
表10—5
年代1939年后
科學(xué)家希爾
實(shí)驗(yàn)材料磨碎的葉子
實(shí)驗(yàn)過程從葉子中提取葉綠體，加上氧化劑鐵離子
實(shí)驗(yàn)觀察光照后放出較多氧氣
實(shí)驗(yàn)結(jié)論光合作用需要酶
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)可見光光束通過三棱鏡之后，可以看到紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫光組成的光譜，稱為連續(xù)光譜。如果把上述四種色素溶液分別放在可見光光束和三棱鏡之間時(shí)，可以看到連續(xù)光譜中有些波長的光被吸收了，在光譜上顯示出暗帶，這種光譜稱吸收光譜。葉綠素吸收光譜的吸收區(qū)為波長430nm～450nm的藍(lán)紫光區(qū)和波長為640nm～660nm的紅光區(qū)。葉綠素對其他光的吸收不明顯，尤其是對波長為500nm～560nm的綠光吸收量最少。類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。
3.光合作用的過程及方法提示。
（1）根據(jù)水的光解判斷釋放的氧來自水。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)吸收水分的過程。
1.根據(jù)液泡、親水物質(zhì)、濃度差別判斷吸水方式。無液泡有親水物質(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):無液泡、吸脹吸水伸長區(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)層具有選擇透過性的特點(diǎn)。細(xì)胞具有活性，原生質(zhì)層才具有選擇透過性。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。
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。
（一）酶
1.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類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一性。
每一克過氧化氫酶在一分鐘內(nèi)能使500萬分子的過氧化氫（H2O2）分解成H2O和O2，較Fe3+ 催化H2O2分解的效率大109 倍?；煅腥齻€(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。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化合物的化學(xué)反應(yīng)。即酶的專一性。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)簡式。
A—P～P～P ATP的縮寫字母告訴我們:“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)光合作用的實(shí)驗(yàn)（見表10—2、表10—3、表10—4、表10—5）。
表10—2 年代1864年
科學(xué)家薩克斯
實(shí)驗(yàn)材料葉片
實(shí)驗(yàn)過程綠色葉片經(jīng)暗處處理后，把葉片的一半遮光，另一半曝光
實(shí)驗(yàn)觀察庶光葉(碘)棕色;曝光葉(碘)深藍(lán)色
實(shí)驗(yàn)結(jié)論綠葉在光合作用中產(chǎn)生了淀粉
表10—3 年代1880年
科學(xué)家思吉爾曼
實(shí)驗(yàn)材料水綿和好氧細(xì)菌
實(shí)驗(yàn)過程把載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在無空氣的黑暗環(huán)境里（1）用極細(xì)光束照射水綿（2）完全暴露在光下
實(shí)驗(yàn)觀察（1）好氧細(xì)菌集中在被光束照射到的葉綠體附近（2）好氧細(xì)菌集中在葉綠體所有受光部位的周圍
實(shí)驗(yàn)結(jié)果葉綠體是光合作用的場所，氧是由葉綠體釋放
表10—4
年代
20世紀(jì)30年代
科學(xué)家
魯賓和卡門
實(shí)驗(yàn)材料
綠色植物（衣藻）
實(shí)驗(yàn)過程
第1組向綠色植物提供H218O和CO2，第2組向綠色植物提供H2O和C18O2
實(shí)驗(yàn)觀察
第1組釋放的氧全部是18O2，第2組釋放的氧全部是O2
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
光合作用釋放的氧全部來自水。
表10—5
年代1939年后
科學(xué)家希爾
實(shí)驗(yàn)材料磨碎的葉子
實(shí)驗(yàn)過程從葉子中提取葉綠體，加上氧化劑鐵離子
實(shí)驗(yàn)觀察光照后放出較多氧氣
實(shí)驗(yàn)結(jié)論光合作用需要酶
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)可見光光束通過三棱鏡之后，可以看到紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫光組成的光譜，稱為連續(xù)光譜。如果把上述四種色素溶液分別放在可見光光束和三棱鏡之間時(shí)，可以看到連續(xù)光譜中有些波長的光被吸收了，在光譜上顯示出暗帶，這種光譜稱吸收光譜。葉綠素吸收光譜的吸收區(qū)為波長430nm～450nm的藍(lán)紫光區(qū)和波長為640nm～660nm的紅光區(qū)。葉綠素對其他光的吸收不明顯，尤其是對波長為500nm～560nm的綠光吸收量最少。類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。
3.光合作用的過程及方法提示。
（1）根據(jù)水的光解判斷釋放的氧來自水。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)吸收水分的過程。
1.根據(jù)液泡、親水物質(zhì)、濃度差別判斷吸水方式。無液泡有親水物質(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):無液泡、吸脹吸水伸長區(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)層具有選擇透過性的特點(diǎn)。細(xì)胞具有活性，原生質(zhì)層才具有選擇透過性。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。
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。