泰安东平喜相逢烤肉:GCT考试语文知识连载（生物部分）（四）

4.2.4.    生物的新陈代谢

（一）酶
1.酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。 
      其中，胃蛋白酶、唾液淀粉酶等绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。酶是功能蛋白质，血红蛋白是结构蛋白质。

2.酶的特性是高效性和专一性。 
      每一克过氧化氢酶在一分钟内能使500万分子的过氧化氢（H2O2）分解成H2O和O2，较Fe3+ 催化H2O2分解的效率大109 倍。      混血有三个主要步骤:         ①凝血酶原致活酶的形成         ②混血酶原↓Ca2+ 混血酶         ③纤维蛋白原↓Ca2+ 纤维蛋白只有在最适温度时，酶的活性最强。      不同的生物体中，其最适温度是不一样的。例如，人体内大多数酶的最适温度为37℃左右。在生物体内，每一种酶只能催化某一种或某一类化合物的化学反应。即酶的专一性。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的结构简式。 
      A—P～P～P ATP的缩写字母告诉我们:“A”代表腺苷，“T”代表三个。“P”代表磷酸，所以ATP的全称是三磷酸腺苷。
2.ATP与ADP的相互转化。      ATP在细胞内的含量很少，但是，ATP在细胞内的转化却十分迅速。这样，细胞内ATP的含量总是处在动态平衡中，这对于构成生物体内部稳定的供能环境，具有重要意义。
3.ATP的形成途径。      ATP在生物体细胞中的含量并不大，当ATP由于生命活动被大量消耗时，ATP可以再生，使细胞内ATP的含量总是处在动态平衡中。光能和化学能都必须由细胞中的ADP去捕获后形成ATP。用下列反应式表示。磷酸肌酸是生物体中一种高能磷酸化合物（高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在20.92kJ/mol以上的磷酸化合物）。它和ATP之间也可相互转化能量。ATP水解释放能量，把能量转移给肌酸，生成高能化合物磷酸肌酸、磷酸肌酸又能水解释放能量，把能量转移给ADP以生成ATP。通常磷酸肌酸在生物体内的贮存量比ATP多，但不能作为生命活动的直接能源。
 （三）光合作用
1.发现光合作用的著名实验（见表10—2、表10—3、表10—4、表10—5）。
 表10—2 

2.叶绿体中的色素 
      叶绿体中的色素吸收光的能力很强。      当可见光光束通过三棱镜之后，可以看到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光组成的光谱，称为连续光谱。      如果把上述四种色素溶液分别放在可见光光束和三棱镜之间时，可以看到连续光谱中有些波长的光被吸收了，在光谱上显示出暗带，这种光谱称吸收光谱。      叶绿素吸收光谱的最强吸收区为波长430nm～450nm的蓝紫光区和波长为640nm～660nm的红光区。      叶绿素对其他光的吸收不明显，尤其是对波长为500nm～560nm的绿光吸收量最少。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
3.光合作用的过程及方法提示。 
   （1）根据水的光解判断释放的氧来自水。水绵+H18 2 O+CO218O2 水绵+H2 +C18O2O2 
   （2）根据同位素示踪法推理判断C、H、O的转移途径。3 H2O光反应［3 H］·（C3 H2 O）+3 H2O14C18O2CO2 固定214C3CO2 还原 （14CH2·18O）+H2 18O 
   （3）根据光合作用过程分析物质和能量的变化。物质变化:CO2 +H2O 光合作用 （CH2 O） 转变 淀粉、蛋白质、脂类能量变化:光能+ADP+Pi 光反应ATP 暗反应ADP+Pi+有机物中能量 
   （4）光合作用的主要场所。叶绿体囊状结构的薄膜上;叶绿体的基质中。
4.影响光合作用速率的因素。 
   （1）光照强度与光合速度 
   （2）CO2浓度与光合速率 
   （3）温度与光合速率 
    （四）植物对水分的吸收和利用吸胀作用是指:未成熟的植物细胞中还没有形成中央液泡。这样的细胞主要靠细胞内的蛋白质、淀粉和纤维素等亲水性物质吸收水分的过程。
      1.根据液泡、亲水物质、浓度差别判断吸水方式。      无液泡有亲水物质的活细胞 吸胀作用吸水;有液胞，具备原生质层且内外有浓度差的活细胞 渗透作用吸水。
      2.根据根尖各部分结构形成液泡与否判断吸水方式。      根冠:有液泡、渗透吸水分生区:无液泡、吸胀吸水伸长区:液泡由小变大，由少变多，吸胀吸水转变为渗透吸水。成熟区:有大液泡，渗透吸水。原生质层是指:植物细胞中的细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质。原生质层具有选择透过性的特点。细胞具有活性，原生质层才具有选择透过性。反之，细胞失去活性，则原生质层就成为全透膜。原生质凝胶的吸胀作用的大小与该物质的亲水性大小有关，蛋白质、淀粉、纤维素的亲水性依次递减。因此，大豆种子（含蛋白质多）比玉米种子（含淀粉多）的吸胀作用大。在生长实践中，人们利用吸胀吸水原理，在抗洪救灾中，用大豆来保护江堤;在炸山时，将大豆和水灌进岩石缝隙中，使石块分开。
      3.根据细胞内外溶液浓度高低判断质壁分离与复原
 （四）植物的矿质营养 
      1.矿质元素、必需元素、大量元素、微量元素的辨析。 
      （1）矿质元素是指除了C、H、O以外，主要由根系从土壤中及收的元素。 
      （2）必需元素是指植物正常生命活动不可缺少的元素，共16种，必需的矿质元素13种。 
      （3）大量元素是指矿质元素在植物体的干物质中含量超过1 000ppm的叫大量元素。如Mg等。 
      （4）微量元素是指矿质元素在植物体的干物质中的含量在100ppm以下的元素。如Fe、Ca等。 
 2.矿质元素的利用（表10—6）。
 4.根对离子的吸收具有选择性。 
      选择性吸收的表现:      ①不同植物对同种矿质元素离子的吸收具有选择性。      ②同一植物对不同矿质元素离子的吸收具有选择性。      ③选择性吸收的原因:植物细胞对离子的选择吸收与细胞膜上载体的种类和数量多少有关，与溶液中的离子数量不成比例。
 5.根吸收矿质元素的过程。 
      根吸收矿质元素包括交换吸附和主动运输两个过程，这两个过程都与根细胞的呼吸作用密切相关，促进呼吸作用（如疏松土壤）可促进根细胞对矿质元素的吸收过程。
6.无土栽培方法。 
   （1）概念:利用溶液培养法的原理，把植物体生长发育过程中所需要的各种矿质元素，按照一定的比例配制成营养液用这种营养液来栽培植物的技术。 
   （2）特点:可用人工的方法直接调节和控制根系的生活环境。 
   （3）优点:①产量高;②节约水肥，产品清洁卫生，有利于实现栽培的工厂化，自动化，扩大了农作物栽培的范围和面积。
（五）人和动物体内三大营养物质的代谢 
      1.三大营养物质代谢。 
      （1）糖类代谢 
      （2）脂类代谢 
      （3）蛋白质代谢
      2.三大营养物质的利用及其相互关系。 
      动物的生存是以物质代谢为基础，以能量代谢为动力，物质的合成伴随着能量的贮存，物质的分解伴随着能量的释放。糖类是主要的能源物质，脂类是主要的贮能物质，蛋白质是生物体的结构物质，是一切生活活动的体现者。在正常情况下，人和动物体所需要的能量主要是由糖类氧化分解供给，只有当糖类代谢发生障碍，引起供能不足时，才由脂肪和蛋白质氧化分解供给能量，以保证机体的能量需要。糖类在分解过程中产生的一些中间产物（如丙酮酸）可以通过转氨基作用，生成相对应的非必需氨基酸。但是，由于糖类分解时不能产生与必需氨基酸相对应的中间产物，因此，糖类不能转化成必需氨基酸。蛋白质在分解过程中产生的一些氨基酸，可以通过脱氨基作用转化成糖类。只有在糖类供应充足的情况下，糖类才有可能大量转化成脂类;一般情况下，脂肪不能大量转化成糖类 
            3.肝脏在人体代谢中的作用。 
      肝脏是人体内惟一具有双血管（肝动脉、肝门静脉）的器官，一切物质代谢都与肝脏有关。此外肝脏还有贮存、分泌及生理解毒的作用。
      4.糖元的生成和分解。 
      糖元是由许多葡萄糖分子聚合而成的多糖，相对分子量约为数百万，是动物细胞贮存糖的形式。人体各组织的细胞都能利用葡萄糖合成糖元，但各组织中的糖元含量并不相同。肝脏和肌肉中贮存的糖元最多，分别称为肝糖元和肌糖元。脑组织中虽然活动旺盛，消耗的能量很大，但其糖元贮存却非常少，须不断地从血液中摄取葡萄糖来维持脑代谢的需要，因此，当血糖含量低于45mg/dL时，脑组织就会因得不到足够的能量供给而发生功能障碍，出现低血糖晚期症状。
5.三大营养物质代谢与人体健康。 
      ①血糖含量正常值:80mg/dL～120mg/dL。      ②低血糖早期症状血糖:含量50mg/dL～60mg/dL。      ③低血糖晚期症状血糖含量:低于45mg/dL。      生理性肥胖是指一个人多食少动，来自食物中或由糖类转化的脂肪可贮存在体内，从而导致肥胖。      脂肪肝是指在营养物质代谢过程中，脂肪来源太多时，肝脏就要把多余的脂肪合成为脂蛋白，从肝脏中运出去。      磷脂是合成脂蛋白的重要原料。如果肝脏功能不好，或是磷脂等的合成减少时，脂蛋白的合成受阻，脂肪就不能顺利地从肝脏中运出去，因而造成脂肪在肝脏中的堆积，形成脂肪肝。
6.血糖的来源和去路
（七）细胞呼吸
1.有氧呼吸的过程。 
      有氧呼吸的过程比较复杂，包括一系列的化学反应，但总的说来是有机物逐步分解并将贮存的能量逐步释放的过程。可分为三个阶段: 
      （1）葡萄糖分解成丙酮酸。C6 H12O6酶细胞质基质2C3 H4 O3 +4［H］+2ATP 
      （2）丙酮酸氧化脱羧。2C3 H4 O3 +6H2 O酶线粒体基质6CO2 +2O［H］+2ATP 
      （3）氢与氧结合形成水。24［H］+6O2酶线粒体内膜12H2 O+34ATP 
      （4）总反应式。C6 H12O6 +6O2 酶6CO2 +6H2 O+能量 
      （5）总能量。 2 870 KJ1 709KJ 热能散失（59.55%） 1 161KJ 转移38ATP（40.45%）
2.无氧呼吸的过程。 
      无氧呼吸进行的场所是细胞质的基质。其过程为: 
      （1）高等植物的无氧呼吸产生酒精。C6 H12O6 酶2C2 H5 OH+2CO2 +2ATP 
      （2）高等动物和人的无氧呼吸产生乳酸（高等植物的某些硕大器官的无氧呼吸也能产生乳酸）。C6 H12O6 酶2C3 H3 O3 +2ATP 
      （3）总能量。 196.65 KJ61.08KJ 转移2ATP（31%）135.57KJ 热能 散失（69%）
3.有氧呼吸与无氧呼吸的比较表（表10—8）。
 5.呼吸作用是有机物相互转化的枢纽。 
      丙酮酸在转氨酶的催化下，接受谷氨酸的氨基就可转变成为丙氨酸。其他氨基酸、脂肪酸进入线粒体可进行呼吸作用。所以，糖类、脂类、蛋白质氧化分解都能产生CO2 和H2 O，并释放能量。
6.植物体在进行光合作用的同时，也在进行呼吸作用。呼吸作用的产物CO2 +H2 O可被光合作用利用。光合作用的产物C6 H12O6 和O2 亦可被呼吸作用利用。 
   （1）若从能量变化来看:光能 光反应 活跃化学能（ATP）暗反应稳定化学能（有机物）呼吸作用 热能+活跃化学能（ATP）利用生理能量 
   （2）若从物质的变化来看:      ①用14C标记的同位素示踪法看C的变化:14CO2 +C5CO2 的固定214C3CO2 的还原14C6 H12O6 糖酵解214C3 H4 O3 有氧呼吸614CO2      ②有3 H标记的同位素示踪法看H的变化:123 H2 O光反应24［3 H］暗反应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标记CO2 中O的变化及用17O标记H2 O中的O的变化: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应条件和限制因素的影响。光合作用主要受光照强度，CO 2 的浓度和温度的影响;呼吸作用主要受O2 浓度和温度的影响。植物在进行上述两种作用时，还在进行蒸腾作用，气孔的关闭同样影响CO2 的吸收和氧气的进入。
 （八）新陈代谢的基本类型
1.新陈代谢的概念。 
      生物的新陈代谢是指生物体与外界环境之间物质和能量的交换，以及生物体内部物质和能量的转变过程。包括同化作用和异化作用两个方面。在同化作用和异化作用过程中，都包含着物质代谢和能量代谢两个方面。当生物体同化作用大于异化作用的时候，生物体表现为物质积累和能量贮存。生物就表现出生长现象。狭义的新陈代谢概念就是指活细胞中全部化学反应的总称。
2.自养型生物和异养型生物的异同点。 
      相同点是都能把外界物质合成为自身的组成物质，并贮存能量。      不同点是能否直接利用外界的无机物合成有机物。
3.需氧型生物和厌氧型生物的异同点。 
      相同点是都必须不断分解自身的有机物，释放能量，供生命活动需要。      不同点是分解有机物的过程中是否必须有氧的参与。
4.化能合成作用。 
      化能合成作用是一些微生物利用外界环境中的无机物氧化释放的化学能，把CO2 和H2 O合成贮藏能量的有机物的过程。从其同化的特征看，进行化能合成作用的生物是自养型的。这类生物如硝化细菌、硫细菌和铁细菌等。 
   （1）硝化细菌的化能合成作用: 2NH3 +3O2 亚硝化细菌2HNO2 +2H2 O+能量2HNO2 +O2 硝化细菌2HNO3 能量6CO2 +6H2 O酶C6 H12O6 +6O2 ↑ 
   （2）硫细菌的化能合成作用:2H2 S+O2 硫细菌2H2 O+2S+能量2S+3O2 +2H2 O硫细菌2H2 SO4 +能量6CO2 +6H2 O酶C6 H12O6 +6O2 ↑   （3）铁细菌的化能合成作用:4FeSO4 +2H2 SO4 +O2 铁细菌2Fe2（SO4）3 +2H2 O+能量6CO2 +6H2 O酶C6 H12O6 +6O2 ↑ 
   （4）没有独立代谢能力的生物———病毒。 
   （5）兼性厌氧型生物———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