4.2.4. 生物的新陳代謝
（一）酶
1.酶是活細胞產(chǎn)生的一類(lèi)具有生物催化作用的有機物。
其中，胃蛋白酶、唾液淀粉酶等絕大多數的酶是蛋白質(zhì)，少數的酶是RNA。酶是功能蛋白質(zhì)，血紅蛋白是結構蛋白質(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。
不同的生物體中，其最適溫度是不一樣的。例如，人體內大多數酶的最適溫度為37℃左右。在生物體內，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。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的結構簡(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的相互轉化。
ATP在細胞內的含量很少，但是，ATP在細胞內的轉化卻十分迅速。這樣，細胞內ATP的含量總是處在動(dòng)態(tài)平衡中，這對于構成生物體內部穩定的供能環(huán)境，具有重要意義。
3.ATP的形成途徑。
ATP在生物體細胞中的含量并不大，當ATP由于生命活動(dòng)被大量消耗時(shí)，ATP可以再生，使細胞內ATP的含量總是處在動(dòng)態(tài)平衡中。光能和化學(xué)能都必須由細胞中的ADP去捕獲后形成ATP。用下列反應式表示。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之間也可相互轉化能量。ATP水解釋放能量，把能量轉移給肌酸，生成高能化合物磷酸肌酸、磷酸肌酸又能水解釋放能量，把能量轉移給ADP以生成ATP。通常磷酸肌酸在生物體內的貯存量比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)現光合作用的著(zhù)名實(shí)驗（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。
當可見(jiàn)光光束通過(guò)三棱鏡之后，可以看到紅、橙、黃、綠、青、藍、紫光組成的光譜，稱(chēng)為連續光譜。
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)，可以看到連續光譜中有些波長(cháng)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吸收區為波長(cháng)430nm～450nm的藍紫光區和波長(cháng)為640nm～660nm的紅光區。
葉綠素對其他光的吸收不明顯，尤其是對波長(cháng)為500nm～560nm的綠光吸收量最少。類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
3.光合作用的過(guò)程及方法提示。
（1）根據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）根據同位素示蹤法推理判斷C、H、O的轉移途徑。3 H2O光反應［3 H］·（C3 H2 O）+3 H2O14C18O2CO2 固定214C3CO2 還原 （14CH2·18O）+H2 18O
（3）根據光合作用過(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） 轉變 淀粉、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)能量變化:光能+ADP+Pi 光反應ATP 暗反應ADP+Pi+有機物中能量
（4）光合作用的主要場(chǎng)所。葉綠體囊狀結構的薄膜上;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:未成熟的植物細胞中還沒(méi)有形成中央液泡。這樣的細胞主要靠細胞內的蛋白質(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)的活細胞 吸脹作用吸水;有液胞，具備原生質(zhì)層且內外有濃度差的活細胞 滲透作用吸水。
2.根據根尖各部分結構形成液泡與否判斷吸水方式。
根冠:有液泡、滲透吸水分生區:無(wú)液泡、吸脹吸水伸長(cháng)區:液泡由小變大，由少變多，吸脹吸水轉變?yōu)闈B透吸水。成熟區:有大液泡，滲透吸水。原生質(zhì)層是指:植物細胞中的細胞膜、液泡膜和這兩層膜之間的細胞質(zhì)。原生質(zhì)層具有選擇透過(guò)性的特點(diǎn)。細胞具有活性，原生質(zhì)層才具有選擇透過(guò)性。反之，細胞失去活性，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(cháng)實(shí)踐中，人們利用吸脹吸水原理，在抗洪救災中，用大豆來(lái)保護江堤;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.根據細胞內外溶液濃度高低判斷質(zhì)壁分離與復原
（四）植物的礦質(zhì)營(yíng)養
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.根對離子的吸收具有選擇性。
選擇性吸收的表現:
①不同植物對同種礦質(zhì)元素離子的吸收具有選擇性。
②同一植物對不同礦質(zhì)元素離子的吸收具有選擇性。
③選擇性吸收的原因:植物細胞對離子的選擇吸收與細胞膜上載體的種類(lèi)和數量多少有關(guān)，與溶液中的離子數量不成比例。
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)運輸兩個(gè)過(guò)程，這兩個(gè)過(guò)程都與根細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)根細胞對礦質(zhì)元素的吸收過(guò)程。
6.無(wú)土栽培方法。
（1）概念:利用溶液培養法的原理，把植物體生長(cháng)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)養液用這種營(yíng)養液來(lái)栽培植物的技術(shù)。
（2）特點(diǎn):可用人工的方法直接調節和控制根系的生活環(huán)境。
（3）優(yōu)點(diǎn):①產(chǎn)量高;②節約水肥，產(chǎn)品清潔衛生，有利于實(shí)現栽培的工廠(chǎng)化，自動(dòng)化，擴大了農作物栽培的范圍和面積。
（五）人和動(dòng)物體內三大營(yíng)養物質(zhì)的代謝
1.三大營(yíng)養物質(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，以能量代謝為動(dòng)力，物質(zhì)的合成伴隨著(zhù)能量的貯存，物質(zhì)的分解伴隨著(zhù)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)是生物體的結構物質(zhì)，是一切生活活動(dòng)的體現者。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)轉氨基作用，生成相對應的非必需氨基酸。但是，由于糖類(lèi)分解時(shí)不能產(chǎn)生與必需氨基酸相對應的中間產(chǎn)物，因此，糖類(lèi)不能轉化成必需氨基酸。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)脫氨基作用轉化成糖類(lèi)。只有在糖類(lèi)供應充足的情況下，糖類(lèi)才有可能大量轉化成脂類(lèi);一般情況下，脂肪不能大量轉化成糖類(lèi)
3.肝臟在人體代謝中的作用。
肝臟是人體內惟一具有雙血管（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，相對分子量約為數百萬(wàn)，是動(dòng)物細胞貯存糖的形式。人體各組織的細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，出現低血糖晚期癥狀。
5.三大營(yíng)養物質(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)轉化的脂肪可貯存在體內，從而導致肥胖。
脂肪肝是指在營(yíng)養物質(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）細胞呼吸
1.有氧呼吸的過(guò)程。
有氧呼吸的過(guò)程比較復雜，包括一系列的化學(xué)反應，但總的說(shuō)來(lái)是有機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(xiàn)粒體基質(zhì)6CO2 +2O［H］+2ATP
（3）氫與氧結合形成水。24［H］+6O2酶線(xiàn)粒體內膜12H2 O+34ATP
（4）總反應式。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.呼吸作用是有機物相互轉化的樞紐。
丙酮酸在轉氨酶的催化下，接受谷氨酸的氨基就可轉變成為丙氨酸。其他氨基酸、脂肪酸進(jìn)入線(xiàn)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 活躍化學(xué)能（ATP）暗反應穩定化學(xué)能（有機物）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標記的同位素示蹤法看H的變化:123 H2 O光反應24［3 H］暗反應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標記CO2 中O的變化及用17O標記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條件和限制因素的影響。光合作用主要受光照強度，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，以及生物體內部物質(zhì)和能量的轉變過(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(zhù)物質(zhì)代謝和能量代謝兩個(gè)方面。當生物體同化作用大于異化作用的時(shí)候，生物體表現為物質(zhì)積累和能量貯存。生物就表現出生長(cháng)現象。狹義的新陳代謝概念就是指活細胞中全部化學(xué)反應的總稱(chēng)。
2.自養型生物和異養型生物的異同點(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)機物合成有機物。
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物，釋放能量，供生命活動(dòng)需要。
不同點(diǎn)是分解有機物的過(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)機物氧化釋放的化學(xué)能，把CO2 和H2 O合成貯藏能量的有機物的過(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型的。這類(lèi)生物如硝化細菌、硫細菌和鐵細菌等。
（1）硝化細菌的化能合成作用: 2NH3 +3O2 亞硝化細菌2HNO2 +2H2 O+能量2HNO2 +O2 硝化細菌2HNO3 能量6CO2 +6H2 O酶C6 H12O6 +6O2 ↑
（2）硫細菌的化能合成作用:2H2 S+O2 硫細菌2H2 O+2S+能量2S+3O2 +2H2 O硫細菌2H2 SO4 +能量6CO2 +6H2 O酶C6 H12O6 +6O2 ↑
（3）鐵細菌的化能合成作用:4FeSO4 +2H2 SO4 +O2 鐵細菌2Fe2（SO4）3 +2H2 O+能量6CO2 +6H2 O酶C6 H12O6 +6O2 ↑
（4）沒(méi)有獨立代謝能力的生物———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
