细胞呼吸及代谢类型
夏朝皇帝-广东二本分数线
细胞呼吸及代谢类型
【本章知识框架】
【疑难精讲】
1.糖酵解、发酵、无氧呼吸
糖酵解:淀粉在无氧状态下分解成丙酮酸的过程。糖酵解的底物一般是淀粉,场
所在细胞质中。
发酵:微生物分解糖类产生酒精或乳酸的过程。发酵场所也在细胞质中。发酵
又
分酒精发酵和乳酸发酵两种类型。
无氧呼吸:一般是指在无氧条件下,通过酶的催化作用,
生物细胞把糖类等有机
物分解成为不彻底的氧化产物,同时释放少量能量的过程。由于糖酵解和发酵的<
br>中间化学变化相似,而且两者的代谢过程都不需要氧气参加,故亦通称为无氧呼
吸。无氧呼吸不叫
发酵,只有微生物的无氧呼吸习惯上叫发酵。注意二者的区别。
2.植物体内各种代谢之间的联系 <
br>绿色植物的新陈代谢包括水分代谢、矿质代谢、有机物和能量的代谢,各种代谢
过程是相互联系、
协调一致的。
植物代谢过程中进行的各种生化反应都是在水中进行的,离开水,植物无法生存,
因而水分代谢是植物体内其他代谢过程的基础。矿质代谢过程中根吸收的矿质元
素离子是植物体合成重
要化合物的成分,例如叶绿素的合成需要镁,ATP的合成
需要磷、蛋白质(酶)的合成需要氮,而光合
作用和呼吸作用都需要酶。光合作
用能将光能转变为化学能贮存起来,呼吸作用过程能将有机物分解,将
其中化学
能释放出来,用于生命活动的各个方面。
【学法指导】
本部分安排1课时完成。
由于该部分知识不难,学生自己能够看懂,所以在复习时,教师出示
一个以习题
为主的导学提纲,学生按照提纲中的要求去做即可。提纲的设计可参照知识网络
栏目
。
本节内容的考查常常与动、植物新陈代谢的光合作用、矿质代谢和生态系统的物
质循环和能
量流动联系在一起,试题命题点较多。复习时要遵循结构决定功能的
原则,呼吸的过程离不开细胞的结构
基础,要联系相关的知识复习,形成整体的
知识体系。掌握关于代谢类型的概念和举例,复习时要抓住本
质,找出差异,用
对比法进行复习和记忆。
【典型例题精讲】
[例1](2002年天津高考题)下列关于植物呼吸作用的叙述,正确的是
A.呼吸作用的中间产物丙酮酸可以通过线粒体双层膜
B.是否产生二氧化碳是有氧呼吸和无氧呼吸的主要区别
C.高等植物进行有氧呼吸,不能进行无氧呼吸
D.种子库中贮存的风干种子不进行呼吸作用
【解析】此题考查植物有氧呼吸和无氧呼吸及有关的结构问题。有氧呼吸和无氧
1
呼吸的第一步是相同的。有氧呼吸的第二步过程是丙酮酸进入线粒体,线粒体是
双层膜;
有氧呼吸和无氧呼吸的主要区别是是否需要氧气,而与能否产生二氧化
碳无关。任何活的细胞或生物体,
都要进行呼吸作用,如种子是具有活性的,只
是呼吸的速度很慢仍要进行呼吸作用。此题的关键是要明确
有氧呼吸和无氧呼吸
的基本原理和过程,明确其区别点。【答案】A
[例2]用酵母菌酿酒时,向原料中通入足够的空气,酵母菌与酒精的数量分别
会
A.死亡、增多 B.增多、增多 C.死亡、不再产生
D.增多、不再产
生
【解析】上述条件下,酵母菌只进行有氧呼吸生成CO
2
和H
2
O,并在此过程中大
量繁殖,不再产生酒精,这也是酿酒厂在发酵制酒时,先
向发酵罐内通气,让酵
母菌大量繁殖,再进行密封,产生酒精的原理所在。【答案】D
[例3
]让一只小白鼠吸入有放射性的
18
O
2
,该小白鼠体内最早出现含
18
O
2
的化
合物是
A.CO
2
B.水
C.丙酮酸 D.乳酸
【解析】此题考查有氧呼吸的过程。有氧呼吸分为三个阶段,吸收
的氧是与动物
体内分解有机物产生的[H]结合成水,也就是发生在有氧呼吸的第三步。该过
程
产生大量的能量。
【答案】B
[例4]一运动员正在进行长跑锻炼,从他的大腿肌细胞中检
测到3种化学物质,
其浓度变化如下图所示,图中P、Q、R三条曲线依次代表
体内的某些成
分就会发生较大的变化,这是由于剧烈运动需要消耗大量的能量,
而能量主要来自葡萄糖的氧化分解(有
氧呼吸、无氧呼吸同时进行)。肌细胞进
行有氧呼吸时,消耗O
2
、产生CO
2
,使肌细胞中的O
2
浓度下降,CO
2
的浓度升
高(事实
上,肌细胞中磷酸肌酸的含量亦下降)。肌细胞进行无氧呼吸时,除产
生少量的ATP供给肌肉收缩外,
还产生乳酸,故肌细胞中乳酸的含量上升。【答
案】B
[例5](2003年春季高考题)生
活污水中含有大量的有机和无机含氮化合物,
这些过量的含氮化合物会造成水体污染,危害水生生物生存
和人类的健康。脱氮
是污水处理的重要内容之一。下面是生物脱氮工艺流程示意图。
(1)在1级反应池内,有机物在细菌、原生动物等作用下会大量减少。从同化
和异化方式看,这些生
物的代谢类型主要是_________,这些生物在自然生态系
统中属于_________者。 <
br>(2)在2级反应池内,pH为8.0~8.4时,硝化细菌大量繁殖,它们能将NH
3
氧
化成NO和NO,并利用这一硝化过程所释放的_________合成_________,用于自身的生长发育和繁殖。
(3)实践发现,当2级反应池中有机物含量过多时,硝化细菌难以大
量繁殖起
来,原因是____________________________。
(4)
在3级反应池内加入适量的有机物(如甲醇),并在低氧或无氧条件下,反
2
3
A.O
2
、CO
2
、乳酸
B.乳酸、CO
2
、O
2
C.CO
2
、O
2
、乳酸
D.CO
2
、
乳酸、O
2
【解析】人在平静时,体内的各
种成分保持在一个相对稳定(平衡)的水平(该
题间接给出的条件是同平静时相比较)。当人剧烈运动时
,原先的平衡就被打破,
硝化细菌繁殖起来,通过无氧呼吸把NO
2
和NO
3
还原成N
2
,无氧呼吸除释放能
量外,还为还原反应提供了________
_。
【解析】此题是一个联系实际的消除生态系统污染的问题。实际上考查了生物的
代谢类型
和呼吸作用的过程。生态系统的分解者主要的代谢类型是异养需氧型;
2
硝化细菌是一种化能合成作用的生物,其能量来自氧化分解NH
3
,并利用化学能<
br>把二氧化碳等无机物合成有机物;反应池中有机物含量增多,导致异养生物大量
的繁殖,消耗氧气
,抑制了硝化细菌的繁殖;反硝化细菌无氧呼吸过程中,可以
产生还原剂氢。
【答案】(1)异养需氧型 分解(2)能量
有机物(3)异养生物大量繁殖,抑
制硝化细菌生长繁殖(4)氢
【达标训练】
一、选择题
1.(2003年上海高考题)刚进入西藏的上海援藏干部,对高原缺氧环境所产
生的
生理性反应是
①造血功能增强,红细胞数增多 ②呼吸频率加快
③细胞大多以无氧呼吸获得
能量④心率加快
A.①③ B.①② C.②③ D.②④
【解析】因刚进入缺氧环境(西藏)红细胞不可能立即大量增长。此时机体所需
要的能量其来源
有二:主要来源是有氧呼吸所释放的能量;部分能量来自于无氧
呼吸。因血液与外界空气的交换值下降,
故通过增加呼吸频率和提高血液循环速
度来满足机体对氧气的需求。
【答案】D
2.人体肌细胞通过呼吸作用可产生的物质有
A.二氧化碳和水 B.二氧化碳、水和乳酸
C.酒精 D.乳酸和酒精
【解析】生物体细胞无氧呼吸可产生乳酸,也可产生CO
2<
br>和酒精,这是由细胞中
所含酶的种类不同决定的,人体肌肉细胞无氧呼吸产生的是乳酸,而不是酒
精和
CO
2
,植物细胞的无氧呼吸主要产物是酒精和CO
2
,马铃薯
块茎和甜菜块根等少
数植物细胞无氧呼吸的产物是乳酸。
【答案】B
3.在大小两
个容器内加入等量的乳酸菌和葡萄糖的混合液,然后密封瓶口,过
一段时间后进行定量分析,应得到的结
果是
A.小容器的乳酸比大容器的多 B.小容器的乳酸比大容器的少
C.大容器的葡萄糖比小容器的少 D.大容器与小容器内乳酸的数量相等
【解析
】乳酸菌是厌氧型的细菌。根据厌氧型生物在有氧气存在时呼吸作用受到
抑制的特点可知,大容器中氧气
多,抑制了乳酸菌的呼吸作用,繁殖得比较慢,
小容器中氧气含量少,乳酸菌繁殖得快,无氧呼吸产生的
乳酸应比大容器的多。
而葡萄糖的量则相反,即大容器中的葡萄糖比小容器中的多。【答案】A
4.在酿酒时,应注意对原料采取
A.保持空气流通 B.保持缺氧环境
C.只通气、不搅拌 D.一阶段通气,另一阶段密封
【解析】酵母菌是兼性呼
吸的微生物,既能有氧呼吸也能无氧呼吸;有氧呼吸时
代谢旺盛,大量繁殖,不产生酒精;无氧呼吸时产
生酒精。因此应先通气一段时
间后,再密封发酵,以产生大量的酒精。【答案】D
5.在呼吸作用过程中,有CO
2
放出时,可判断此过程
A.一定是无氧呼吸 B.一定是有氧呼吸
C.一定不是酒精发酵
D.一定不是乳酸发酵
【解析】该题考查学生对有氧呼吸、无氧呼吸中的酒精发酵和乳酸发酵过程。在
呼吸作用过程中有CO
2
放出时,不能确定是无氧呼吸,还是有氧呼吸,这两种呼吸方式中都有CO
2
放出,因此有CO
2
放出时,既可能是无氧呼吸又可
能是有氧呼
吸,所以选项A、B均错。C选项一定不是酒精发酵,结论也不对,在酒精发酵
过程
中,分解1 mol葡萄糖,可释放2 mol CO
2
。因此有CO
2
放出
时,就可能是
酒精发酵。只有乳酸发酵不产生CO
2
。
【答案】D
6.人呼气所呼出的二氧化碳主要产生于
A.肺泡中 B.静脉血中
C.组织液中 D.细胞的线粒体中
【解析】从题干中分析,题目要求回答的
问题是二氧化碳在体内的产生部位。人
体呼出的二氧化碳(除一部分来自吸入的气体,未进入血液外),
大部分是由线
粒体内分解有机物形成的。这些二氧化碳扩散入组织液,由组织液进入血液,经
运
输至肺部毛细血管,经自由扩散进入肺泡,由肺泡内呼出。
【答案】D
7.在有氧呼吸的下列反应阶段中,不在线粒体中进行的只有
A.[H]传递给O
2
生成水
B.C
6
H
12
O
6
发酵为丙酮酸和[H]
C.丙酮酸分解为CO
2
和[H]
D.ADP与磷酸反应生ATP
【解析】此题的关键是分清有氧呼吸的全过程。在有氧呼吸的三个阶段中,第一
阶段由C
6<
br>H
12
O
6
分解为丙酮酸和[H]的过程,是在细胞质基质中进行的,
而A、
C、D过程是在线粒体中进行的。
【答案】B
3
8.贮藏水果和粮食时,充加CO
2
或抽取空气,能延长贮藏时间,主要是由于
A.抑制有氧呼吸 B.促进有氧呼吸
C.抑制无氧呼吸
D.促进无氧呼吸
【解析】有氧呼吸分解有机物产生H
2
O、CO
2
和热量,不利于水果和粮食的贮存。
有氧呼吸进行得快慢主要与氧的含量、周围二氧化碳浓度的高低有
关系;氧气的
含量低(抽取空气),有氧呼吸进行得慢,CO
2
对呼吸作用有抑制作用
。
【答案】A
9.(2003年上海高考题)让实验动物猴吸入混有
18
O
2
的空气,该猴体内最先出现
含
18
O的化合物是
A.CO
2
B.H
2
O
C.C
2
H
5
OH
D.C
3
H
6
O
3
【解析】在有氧呼吸的过程中
氧的去向是在有氧呼吸的第3阶段,吸进的氧与前
两个阶段脱下的氢结合形成水。
【答案】B
10.在营养丰富,水分充足,气温适宜,黑暗密闭的环境中,分别培养下列生物,
过一段时间
后,它们中仍能生存的是
A.乳酸菌 B.蘑菇 C.白菜 D.蚯蚓
【解析
】该环境条件的关键是不透空气和没有阳光,在这样的条件下,只有异养、
厌氧型的生物才能进行正常的
生命活动。白菜是自养需氧型,蚯蚓和蘑菇是异养
需氧型,只有乳酸菌是异养厌氧型。【答案】A
11.硝化细菌通过化能合成作用形成有机物,需要下列哪些环境条件
A.NH
3
、缺氧 B.具有NH
3
和氧
C.具有硝酸和氧 D.具有硝酸和缺氧
【解析】硝化细菌是通过氧化周围环境中的NH
3<
br>成亚硝酸或硝酸的过程中,释放
出的能量来合成有机物的,故需要氧气和环境中的NH
3
。【答案】B
12.分析下图,①②③④所代表的生理过程依次是
A.光合作用、化能合成作用、无氧呼吸、有氧呼吸
B.化能合成作用、乳酸发酵、酒精发酵、呼吸作用
C.光合作用、无氧呼吸、酒精发酵、有氧呼吸
D.主动运输、自由扩散、无氧呼吸、有氧呼吸
【解析】这类题目的分析应抓住反应物、反应
条件和生成物三个要点,图中①指
CO
2
和H
2
O在叶绿体中利用光
能合成C
6
H
12
O
6
的过程,这是光合作用;②是硝化<
br>细菌利用环境中NH
3
氧化产生的能量,把CO
2
和H
2O合成自身C
6
H
12
O
6
的过程,
是化能合
成作用;③是指C
6
H
12
O
6
在无氧条件下,在酶催化下
,生成酒精和CO
2
的过程,是无氧呼吸;④是C
6
H
12
O
6
在酶催化下彻底氧化为CO
2
和H
2
O的过程,
属于有氧呼吸。【答案】A
13.在生物生命活动中,能产生ATP的细胞结构有
A.细胞核、高尔基体、叶绿体 B.细胞核、线粒体、核糖体
C.线粒体、高尔基体、细胞质基质 D.线粒体、叶绿体、细胞质基质
【解析】植
物的光合作用能产生ATP;有氧呼吸的第一阶段及无氧呼吸是在细胞
质基质中进行的,能产生少量的A
TP;有机物在线粒体内进行彻底氧化分解,该
阶段能产生大量的ATP。
【答案】D
14.人体内脂肪和蛋白质共同的代谢终产物有
A.二氧化碳和尿素 B.胆固醇和氨
C.尿素和尿酸 D.二氧化碳和
水
【解析】从组成元素上看,蛋白质除了同脂肪一
样含有C、H、O外,还含有N
元素,蛋白质代谢的终产物除二氧化碳和水外还有含氮废物(尿素)。
【答案】
D
15.下图中能够说明运动员在中长跑过程中和长跑结束后血液乳酸浓度变化的曲
线是
4
A.曲线a B.曲线b
C.曲线c D.曲线d
【解析】人在跑步时,呼吸加深加快,但仍满足不了全身细胞对氧气的需
要,此
时,组织细胞通过无氧呼吸来分解有机物,产生少量能量,补充人体对能量的需
要,这是
一种应激性反应,此过程产生乳酸进入血液后,使血液中乳酸含量升高,
同时人会感到肌肉(特别是腿部
肌肉)酸痛。当跑步结束后,细胞无氧呼吸停止,
不再产生乳酸,血液中乳酸逐步分解、转化成其他物质
等,使其浓度降低。 【答
案】C
16.(2003年上海高考题)葡萄糖在细胞质内分解至丙酮酸的过程中,下列叙述
正确的是
A.在线粒体中进行的无氧呼吸 B.需在有氧条件下进行
C.不产生CO
2
D.反应速度不受温度影响
【解析】葡萄糖在细胞质基质中分解成2分子丙酮酸和少量的[H
]及少量的能
量,这一阶段也是无氧呼吸的第一阶段,因此不需氧的参与。【答案】C
17.用酵母菌通过发酵制葡萄酒时,一般葡萄酒中所含的酒精成分不超过14%,
其原因是
A.因人们喜欢低度酒精而配制的
B.原料中用于发酵的糖含量过
少
C.一定浓度的酒精妨碍了酵母菌的存活
D.发酵产生热造成了酵母菌的
死亡
【解析】酵母菌进行无氧呼吸产生酒精,当酒精产生达到
一定浓度后,影响了酵
母菌的生存,所以其酒精浓度限制在一定的水平。【答案】C
18.在马拉松长跑中,运动员骨胳肌肌纤维所消耗的能量,主要来自
A.葡萄糖的有氧分解
B.磷酸肌酸的水解
C.葡萄糖的酵解 D.脂肪酸的氧化
【解析】无氧呼吸
(糖酵解)其意义是可以满足人在特殊情况下(如:剧烈运动、
人从平原到高原的初期、大失血等)人体
对能量的需求;当人体内的ATP过分减
少时,磷酸肌酸可以释放出其能量使ADP形成ATP,但磷酸
肌酸等高能化合物
所储存的能量也是有限的,因此,在长时间的剧烈运动中,虽也有可能少部分的
脂肪氧化分解,释放能量,但与有氧呼吸提供的能量相比还是少量的。事实上,
细胞生命活动所需的能
量都主要来自有氧呼吸。【答案】A
19.人在剧烈运动后,血浆中的pH会明显下降,其原因是
A.血浆中碳酸增多 B.血浆中磷酸肌酸增多
C.血浆中乳酸增多
D.血浆中丙酮酸增多
【解析】动物的无氧呼吸产物全部是乳酸。人在剧烈运动时,肌肉细胞进行无氧
呼吸产生较多的乳酸,导致血浆中的pH下降。【答案】C
20.新鲜蔬菜放在冰箱的冷藏室中,能适当延长保鲜时间的生理原因是
A.呼吸作用减弱
B.呼吸作用加强 C.光合作用减弱 D.促进了
物质分解
【解析】新鲜蔬菜的细
胞是活细胞,活细胞不断进行着呼吸作用,而呼吸作用又
是在酶的作用下进行的,温度能影响呼吸酶的催
化效率,故当温度降低时,能降
低酶的活性,使细胞的呼吸作用减弱,能适当延长蔬菜的保鲜时间。【答
案】A
二、非选择题
21.下图的横坐标如果代表氧分压,据图回答问题:
(1)图中曲线_________表示酵母菌无氧呼吸产生二氧化碳的变化。
(2)图中曲线_________表示酵母菌有氧呼吸耗糖速度的变化。
(3)曲线_________表示根吸收矿质离子速度的变化。
(4)如果横坐标表示温度
,图中曲线_________反应根吸收离子速度与土壤温度
的关系。
【解析】根据氧气对
厌氧型呼吸和需氧型呼吸的影响,很易确定(1)A(2)B,
在一定的温度条件下,O
2分压增多能促进有氧呼吸,从而提高离子的吸收速度,
但根对离子的吸收又要受到载体数量的限制,
故(3)选C。考虑到氧分压不变时,
离子吸收速度主要受呼吸酶活性影响,故(4)选D。
【答案】(1)A (2)B (3)C (4)D
22.下图表示大气中氧的浓度对植物组织内CO
2
产生的影响,试据图回答:
5
(1)A点表示植物组织释放的CO
2
较多
,这些CO
2
是_________的产物。
(2)由A到B,CO
2的释放量急剧减少,其原因是
____________________________。 <
br>(3)由B到C,CO
2
的释放量又不断增加,其主要原因是
________
____________________。
(4)为了有利于贮藏蔬菜和水果,贮藏室内的氧气应
调节到图中的哪一点所对
应的浓度?_________。采取这一措施的理由是__________
__________________。
【解析】植物组织内CO
2
的产生是通过
细胞的呼吸作用完成的,在氧气浓度不同
的环境中,植物细胞呼吸作用的主要方式会发生变化。在氧气浓
度较低的环境中
(如A点),植物细胞主要进行无氧呼吸,在酶的作用下,将葡萄糖分解为不彻
底的氧化产物酒精,同时产生少量CO
2
。随着氧气浓度的增加(如B点),无氧
呼吸
受到抑制,有氧呼吸尚未开始,此时通过无氧呼吸产生的CO
2
会急剧减少。
在一定浓
度范围内,随着氧气浓度的继续升高(如B→C),植物细胞的无氧呼吸
不再进行,有氧呼吸开始后其速
度逐渐加快,在此过程中不断地将葡萄糖等有机
物进行彻底氧化分解,产生大量CO
2
。
生产实践中,人们应用以上原理,在贮运蔬菜、水果等农产品的仓库或车厢内,
通过调节和
控制其中氧的浓度,使植物细胞的呼吸作用控制在非常微弱的状态,
减少贮运过程中有机物的消耗。当然
,人们还可以应用降低温度,充填CO
2
气体
等措施来达到以上目的。【答案】(1)
无氧呼吸(2)氧气增加,无氧呼吸受到抑
制(3)氧气含量增加,有氧呼吸加强,释放的CO
2
量增多(4)B点
有氧呼吸
非常微弱,同时又抑制无氧呼吸,蔬菜、水果内有机物消耗得慢
23.禾谷类种子萌
发时,细胞内的主要储能物质_________在_________酶的催化
下水解成麦芽糖,麦芽
糖在酶的催化下进一步水解成葡萄糖。部分葡萄糖分解生
成的_________进入细胞的_____
____内,经有氧呼吸过程分解释放能量;能量中
的一部分储藏在_________中,并由它转移
,供幼苗生命活动所需。
【解析】考查禾谷类种子萌发时细胞内物质和能量的代谢过程及特点。禾谷类
种
子如玉米、小麦、水稻等,内藏丰富的营养物质。从种子的结构上分析,这些营
养物质主要以
胚乳的形式存在,其主要成分是植物淀粉。当这些种子在适宜的温
度、湿度条件下萌发时,种子细胞内发
生着旺盛的物质和能量转变,从而为种子
的顺利萌发提供必需的能量。我们知道,淀粉是禾谷类种子细胞
内的主要储能物
质,但它不能直接被氧化分解,必需先经过一系列转变,即先在淀粉酶作用下水
解成麦芽糖,再在麦芽糖酶的作用下水解成葡萄糖,然后才能被种子细胞加以氧
化分解释放能量。葡萄糖
被种子细胞氧化分解的主要形式是有氧呼吸,第一个阶
段是在细胞质基质内进行的,一分子葡萄糖分解成
两分子丙酮酸,同时产生少量
的ATP和少量的[H],第二、三阶段是在线粒体内完成的,即两分子丙
酮酸进
入线粒体后,和水一起被氧化分解成CO
2
,同时产生[H]和少量ATP。前
两个
阶段产生的[H]和O
2
结合生成H
2
O,同时生成大量的AT
P。这些ATP就是幼
苗生命活动所需能量的直接来源。在有氧呼吸过程中,所释放的能量中还有一部<
br>分以热能形式散失掉了。
【答案】淀粉 淀粉 丙酮酸 线粒体 ATP
24.(2003年新课程理综高考题)据下面的图解回答:
生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解如下。
(1)反应①②③④中,可在人体细胞
中进行的是
____________________________。
(2)粮食贮藏
过程中,有时会发生粮堆湿度增大现象,这是因为
_____________________。 <
br>(3)在微生物体内丙酮酸可以转为α-酮戊二酸,该酸在酶的催化下可以转化
为谷氨酸,当谷氨
酸增多并与酶结合时,可导致谷氨酸合成减少,其原因是
6
_______________________。
【解析】(1)根据图
示信息分析:①是呼吸作用的第一步骤,在细胞质的基质中
进行;②是有氧呼吸的第二阶段和第三阶段,
在线粒体内完成;③是无氧呼吸中
的酒精发酵,在人体细胞中没有此反应发生;④是无氧呼吸中产生乳酸
的过程,
在细胞质基质中进行,但人体剧烈运动,局部细胞会发生此反应,以补充能源的
不足。
所以在人体细胞内进行的是①、②和④。(2)粮食贮藏进程中有时会发生
粮堆湿度增大现象,是由于呼
吸过程中有水的产生。(3)代谢过程中产生的物质
与酶结合,使酶的结构发生变化,抑制酶的活性,所
以导致谷氨酸合成减少。
【答案】(1)①、②和④(2)呼吸作用产生水(3)酶的活性受到抑制
【资料补充】
1.关于酶的专一性
某酒厂生产的啤酒,放置久了产生了一些沉淀
,经化验得知沉淀物是蛋白质。为
解决这一问题,提出了两种方案:甲:在酒中加入少量的蛋白酶;乙:
在酒中加
入少量的氨基酸氧化酶。请评价这两种方案:
①_________方案合理,原因
是____________________________。
②_________方案不合理
,原因是____________________________。
酶具有高效性和专一性,蛋
白酶只能分解蛋白酶成多肽;氨基酸氧化酶氧化分解
氨基酸,啤酒中的氨基酸是生物体的营养物质,在酒
中不沉淀,应该保留。蛋白
质也是营养物质,应该也保留,但由于蛋白质在啤酒中形成沉淀,影响啤酒的
销
售,应该除去蛋白质,需要蛋白酶。因此,甲方案是合理的,用蛋白酶分解蛋白
质成多肽,既
除去沉淀,又保存养分;乙方案不合理,氨基酸氧化酶不能分解蛋
白质,不能除去沉淀,还分解氨基酸,
降低了啤酒的质量。
2.提高光合作用效率的措施
光合作用知识在生产实践中的应用是复习
的重要内容。光合速率通常以每小时每
平方分米叶面积吸收二氧化碳毫克数表示,一般测定光合速率的方
法都没有把叶
子的呼吸作用考虑在内,所以测定的结果实际是光合作用减去呼吸作用的差数,
叫
净光合速率。影响光合作用速率的主要因素有:
(1)光照:光照时间的长短、光质、光照强度的高低
都可以影响光合作用速率。
①就光照时间来讲:光照时间越长,产生的光合产物越多;②光质:由于色素
吸
收可见太阳光中的红光和蓝紫光最多,吸收绿光最少,故不同颜色的光对光合作
用的影响不一
样,建温室时,应选用无色透明的玻璃(或塑料膜)做顶棚,能提
高光能利用率;③光照强度:在一定光
强度范围内,增加光强度可提高光合作用
速率,如下图所示
光补偿点:指同一叶子
在同一时间内,光合过程中吸收的二氧化碳和呼吸过程放
出二氧化碳等量时的光照强度。
光饱
合点:指当达到某一光照强度时,光合速率就不再增加,这时的光照强度为
光饱合点。以光饱合点来说,
阳生植物的光饱合点是全光照的100%,而阴生植
物的则是全光照的10%~50%。
(2
)二氧化碳浓度:适当增加空气中二氧化碳的浓度,则会使植物对二氧化碳
的吸收大大增加,促进光合作
用的进行。如果空气中二氧化碳浓度低于0.033%(即
0.65 mgL),则光合作用速率会急剧
降低。夏日中午,叶片气孔关闭,二氧化碳
吸收量减少,光合作用降低,出现午休现象。
(3)温度:温度是通过影响光合作用的酶来影响光合作用速率的。一般植物可
在10℃~
35℃下正常进行光合作用,其中以25℃~30℃最为适宜,35℃以上
时开始下降,40℃~50℃
即完全停止。高温时:一方面高温破坏叶绿体和细胞质
的结构,并使叶绿体酶钝化;另一方面,在高温时
,呼吸速率大于光合速率。低
温时,酶促反应下降,限制了光合作用的进行。
3.内环境与稳态
也就是细胞直接生活的环境。内环境这一概念是19世纪法国生理学家巴贝
尔纳提出的。他认为:高等生物的绝大多数细胞,生活在一个与体外环境不同的
内部环境之中。
多种动物的细胞外液,不仅在成分上与身体周围的水或空气不同,
而且在外环境成分变动时,或食物等物
质进入体内后,仍能保持内环境的相对恒
定性。内环境的恒定性是生物体自由生存的必要条件。
细胞由细胞膜与其周围环境隔开,细胞内部情况与细胞周围液体有很大差
别,细胞与周围液体不断进行
物质交换并保持其内部的恒定性,这种恒定性的保
持就是细胞稳态的保持。保持整个身体稳态,在高等动
物要靠激素和神经系统的
整合作用。一方面激素保持身体的稳态,另一方面,身体中又有及时使激素开始
和停止分泌的能力,这种能力就是激素所产生的效应,也就是激素可以调节其本
7
身的分泌作用,这就是激素分泌的稳态的保持。中枢神经系统的稳态依赖于其所
接触的内
环境的恒定性和从身体各处来的传入神经冲动的作用。
保持稳态的各种调节作用,在细节上各有不同,
它们之间到底有无共同的原则,
却是生理学所关心的一个问题。20世纪50年代起,学者们考虑到生物
稳态调节
系统和工程控制系统具有相似之处,生物稳态调节系统与工程控制系统的作用
中,都包
括有负反馈过程,生理学中常把稳态的调节与负反馈作用联系起来。例
如,当细胞外液中的二氧化碳量增
加时,肺通气量随之增加,结果细胞外液的二
氧化碳量就会减少。在这种调节中,终末反应与始动刺激之
间表现反作用的关系,
所以是一种负反馈过程。反之,当二氧化碳量减少时,通过调节系统的负反馈过<
br>程,又可以使细胞外液的二氧化碳量再行增加。细胞外液的二氧化碳量由调节肺
通气量呼出适量的
二氧化碳而保持恒定,是生物稳态调节系统中的一种直接调节
方式。有些因素,例如,细胞外液的含氧量
,是间接被调节的。细胞外液的氧量
主要依赖于大气中氧量和肺通气量的多少,后者受细胞外液二氧化碳
量的调节,
这也就是细胞外液的二氧化碳量可以间接地影响它的氧量。另外,生物系统稳态
的保
持中,对某一因素常受反馈过程的调节,例如,动脉血压的调节中,包括多
种感受器和效应器的作用。这
也是生物稳态调节系统的特点之一。
4.糖类代谢的调节
在正常情况下,血糖含量总是保持
相对稳定的。当机体的内外环境发生变化时,
糖代谢也会发生变化以适应环境的变化和整体的需要,这与
糖代谢具有的双重调
节机制,即神经调节和神经体液调节是分不开的。
(1)神经调节:科学
实验表明,当刺激支配肝脏的交感神经时,会引起肝糖元
的减少和血糖含量的增加;刺激支配肝脏的副交
感神经时,会引起血糖含量降低。
科学家们还发现,把摄取糖与声音刺激多次结合以后,单独的声音刺激
就能够引
起几乎与摄取糖时同样的血糖含量增加,这说明大脑皮层在糖代谢中具有重要的
调节作
用。
(2)神经体液调节:脑垂体、肾上腺、甲状腺和胰岛的活动对糖代谢具有重要
的调节作
用,但是这些内分泌腺的活动又受着中枢神经系统的调节。例如,胰岛
分泌的胰岛素能够促进血糖合成糖
元,加速血糖的分解,从而降低血糖的含量。
但是,胰岛的活动是受副交感神经和更高级的神经中枢所支
配的。因此,当副交
感神经兴奋时,胰岛的活动增强,胰岛素的分泌增加,因而血糖含量降低。
5.肝脏在三大营养物质代谢中的作用
肝脏对于人体的内糖类、脂类和蛋白质的代谢具有重要
作用。肝脏在糖类代
谢中占有重要地位。在肝脏中,葡萄糖和糖元可以互相转化;从小肠吸收来的其他单糖(如果糖、半乳糖等)可以转化为葡萄糖;脂肪和蛋白质代谢过程中产生
的某些非糖物质也可
以转化成糖。其中特别重要的作用是维持血糖含量的相对恒
定,以保证全身(特别是脑组织)糖的供应。
血糖的含量通常维持在80~120 mgdL
的范围内。当大量的食物经过消化,陆续吸收到体内,血
糖含量会显著地增加。
这时,肝脏可以把一部分葡萄糖转变成糖元,暂时储存起来,使血糖含量仍然维<
br>持在80~120 mgdL的范围内。由于细胞进行生理活动要消耗血糖,血糖的含量
会逐渐降
低。这时,肝脏中的糖元又可以转变成葡萄糖,陆续释放到血液中,使
血糖的含量仍然维持在80~12
0 mgdL的范围内。
肝脏在脂类代谢中也有重要作用。肝细胞分泌的胆汁可以促进脂类的消化和<
br>吸收。肝功能障碍时,胆汁分泌减少,脂肪消化不良,就出现厌油食等症状,所
以肝病患者要少吃
脂肪。此时,肝脏还是合成磷脂、胆固醇等的重要场所。
肝脏在蛋白质的合成和分解的过程中都起着重
要的作用。人体的一般组织细
胞都能合成自己的蛋白质,但是肝脏除能合成自己的蛋白质以外,还能合成
大部
分的血浆蛋白质(如白蛋白、纤维蛋白原等)。据估计,肝脏合成的蛋白质占全
身合成蛋白
质问题的40%以上。所以患慢性肝炎或严重肝病变的病人,血中的白
蛋白含量显著降低。肝脏中氨基酸
代谢比其他组织中的氨基酸代谢活跃,这是因
为肝脏中含有丰富的催化氨基酸代谢的酶类,谷氨酸—丙酮
酸转氨酶(简称GPT)
就是其中之一。正常肝细胞中的GPT很少进入血液,只有肝病变时,由于肝细
胞
的细胞膜通透性增加,或肝细胞坏死,GPT可以大量进入血液。所以,临床上常
用测定血清
中GPT的数值,作为诊断肝脏疾病的重要指标之一。
6.水在植物体内的重要生理作用
(
1)水是原生质的主要成分。原生质的含水量一般在80%~90%,这些水使原生
质呈溶胶状态,从而
保证了新陈代谢旺盛地进行,例如根尖、茎尖就是这样。如
果含水量减少,原生质会由溶胶状态变成凝胶
状态,生命活动就大大减弱,例如
休眠的种子就是这样。如果细胞失水过多,就可能引起原生质破坏而招
致细胞死
亡。
(2)水是新陈代谢过程的反应物质。在光合作用、呼吸作用、有机物的合成和
分解的过程中,都必须有水分子参与。
(3)水是植物对物质吸收和运输的溶剂。一般说来,
植物不能直接吸收固态的
无机物和有机物,这些物质只有溶解在水中才能被植物吸收。同样,各种物质在
植物体内的运输也必须溶解于水中才能进行。
(4)水能保持植物体的固有状态。细胞含有大
量水分,能够维持细胞的紧张度
(即膨胀),植物体的枝叶挺立,便于充分接受光照和交换气体,同时也
使花朵
8
开放,有利于传粉。
(5)水能维持植物体的正常体温
。水具有很高的汽化热和比热,又有较高的导
热性,因此水在植物体内的不断流动和叶面蒸腾,能够顺利
地散发叶片所吸收的
热量,保证植物体即使在炎夏强烈的光照下,也不致被阳光灼伤。
从上面
的简要叙述可以知道,植物体内的水分状况涉及许多重要的植物生理活
动。同时,水又是植物体与周围环
境相互联系的重要纽带。水是生命发生的环境,
也是生命发展的条件。植物的水分代谢一旦失去平衡,就
会打乱植物体的正常生
理活动,严重时能使植物体死亡。
7.几种植物必需的元素
植物必需的矿质元素有13种,其中N、P、K、S、Ca、Mg属大量元素;Fe、
Mn、B、Zn、
Cu、Mo、Cl属微量元素。据最新版《植物生理学》(高等教育出版
社)介绍,现已证明有16种矿
质元素为植物生长所必需,除上述的13种外,还
有Si、Na、Ni也被列为植物必需的矿质元素,其
中Si为大量元素,Na、Ni为微
量元素。
作为植物必需的矿质元素,必须具备3个条件:
(1)如缺乏该元素,植物发育发
生障碍,不能完成生活史。(2)除去该元素,则植物表现出专一的缺
乏症,而这
种缺乏症是可以预防和恢复的。(3)该元素在植物营养生理上应表现直接的结果,
决不是因土壤或培养基的物理、化学、微生物条件的改变而产生的间接效果。
Si、Na、Ni都存在
于植物体内,但以前由于培养技术、药品不纯等原因,把它们
作为非必需元素,而现在则明确了它们的生
理作用,且具备成为必需矿质元素的
条件。下面介绍这3种元素的生理作用。
Si占植物体干
重的0.1%,在水溶液中主要以原硅酸(H
4
SiO
4
)的形式存在,并以
此形式被植物体吸收和运输。硅主要以非结晶水化合物的形式沉积在内质网、细
胞壁和细胞间隙
中,也可以与多酚类物质形成复合物成为细胞壁加厚的物质,以
增加细胞壁的刚性和弹性。
施
用适量的硅可促进作物生长和增加籽粒产量。缺硅时,蒸腾加快,生长受阻,
植株易倒伏且易被真菌感染
而发病。
Na占植物体干重的0.001%,以离子形式被吸收,是大多数C
4
植物
和景天科酸代
谢植物(例如景天、落地生根、仙人掌等)生长所必需。它能催化磷酸烯醇式丙
酮
酸的再生作用。缺钠时,这些植物呈现黄化和坏死现象。
另外Na
+
还能增加C3
植物细胞的膨压,从而促进生长,部分Na还可以代替K的
作用,提高细胞液的渗透势。
Ni占植物体干重的0.0001%,主要吸收形式是Ni
2+
。镍是脲酶的金属成分
。而脲
酶的作用是催化尿素水解成CO
2
和NH
4
+
。缺N
i时,叶尖处积累较多的脲,出现
坏死现象。
另外,Ni也是固氮菌脱氢酶的成分。
8.植物缺乏矿质元素病症检索表
病症 缺乏元素
A.老叶病症
B.病症常遍布整株,基部叶片干焦
C.植株浅绿,基部叶片黄色,干燥时呈褐色,茎短而细 氮
C.植株深绿,常呈红或紫色,基部叶片黄色,干燥时暗绿,茎短而细 磷
B.病症常限于局部,基部叶片不干焦,但杂色或缺绿,叶缘杯状卷起或卷皱
C.叶杂色或缺绿,有时呈红色,有坏死斑点,茎细 镁
C.叶杂色或缺绿,在叶脉间或叶尖和叶缘有坏死斑点,小,茎细 钾
A.嫩叶病症
B.顶芽死亡,嫩叶变形和枯坏
C.嫩叶初呈钩状,后从叶尖和叶缘向内枯死
钙
C.嫩叶基部浅绿,从叶基起枯死,叶卷曲 硼
B.顶芽仍活,但缺绿或萎蔫
C.嫩叶萎蔫,无失绿,茎尖弱 铜
C.嫩叶不萎蔫,有失绿
D.坏死斑点小,叶脉仍绿 锰
D.无坏死斑点
E.叶脉仍绿 铁
E.叶脉失绿
硫
9.相关网(页)站
(1)高中新课程教学设计生物:
http:
(2)科学(Science)http:
(3)自然(Nature)http:
(4)木子新闻 http:
【知识拓展】
1.设计淀粉分解实验
现有装于试管中的唾液10 mL,1%淀粉液20
mL,装于滴瓶中的碘液,滴管1支,
白瓷板一块,200
mL的烧杯一个(内装有少量水),酒精灯、温度计和秒表等共
9
9种物品
。请严格按照本题所给物品的种类和数量(不得多用,不得少用),设计
一个实验,证明在人体内大约需
要多少时间,10 mL唾液才能分解完20 mL 1%淀
粉液?
2.写一篇文章,结合内
外环境,谈一下“人体内的细胞是怎样获得氧气和营养
物质,怎样排出二氧化碳和废物及物质在细胞内的
变化情况”,从而加深对动物
代谢有关问题的理解与掌握。
3.探究某种植物细胞液的浓度
结合研究性学习课程,将学生分成若干小组,各小组分别选取不同的植物,按照
教材中质壁分离
复原实验的方法,配制一系列不同浓度的蔗糖溶液,测定植物细
胞液的浓度,写出实验报告进行交流。(
提示:如何设计实验,才能缩短实验时
间?)
4.配制植物不同的培养液,水培法栽培花卉,
看植物缺乏某种矿质元素离子时
出现何症状?是否符合植物缺乏矿质元素病症检索表中所给出的症状?
某生物科技小组为了证明镁和钾都是植物生活所必需的元素,他们设计了如下实
验:
(1)配制溶液:①配制完全营养液甲。
②配制无镁、钾的营养液乙。
(2)培养
植株:将长势相似、数量相同的两组玉米幼苗分别种植在两个盛有沙
土的容器内,分别浇灌甲和乙营养液
。
(3)观察记录:定期观察记录幼苗生长状况。
(4)结果结论:①一定时间后,发现浇
甲营养液的玉米生长旺盛,浇乙营养液
的玉米弱小瘦黄。
②镁、钾元素是植物生活必需的矿质元素。
(5)问题修正:
①该科技小组的实验方案不够完善、严谨。请指出秕漏:
②请依据秕漏加以完善
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