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生物的新陈代谢知识点总结


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第二单元 生物的新陈代谢
Ⅰ 植物代谢部分:酶与 ATP、光合作用、水分代谢、矿质营养、生物固氮

2.1 酶的分类
单纯酶 蛋白质类酶
(蛋白质本质)

仅含蛋白质

如胃蛋白质酶

蛋白质 复合酶 辅助因子 离子

唾液淀粉酶含 Cl细胞色素氧化酶含 Cu2+ 分解葡萄糖的酶含 Mg2+ 辅酶 NADP(辅酶Ⅱ) B 族维生素 生物素(羧化酶的辅酶)

酶 有机物 存在于低等生物中,将 RNA 自我催化。对生命起源的研 究有重要意义。

RNA

端粒酶含 RNA

RNA类酶
(核酸本质)

2.2 酶促反应序列及其意义
酶促反应序列 生物体内的酶促反应可以顺序连接起来, 即第一个反应的产物是第二个反应的 底物,第二个反应的产物是第三个反应的底物,以此类推,所形成的反应链叫酶促反应序列。如 A 酶1 B 酶2 C 酶3 D 酶4 …… 酶n 终产物

意义 各种反应序列形成细胞的代谢网络,使物质代谢和能量代谢沿着特定路线有序进行, 确 定了代谢的方向。

2.3 生物体内 ATP 的来源
ATP 来源 光合作用的光反应 化能合成作用 有氧呼吸 无氧呼吸 其它高能化合物转化 (如磷酸肌酸转化) C~P(磷酸肌酸)+ADP——→C(肌酸)+ATP ADP+Pi+能量——→ATP 反应式





2.4 生物体内 ATP 的去向
光合作用的暗反应 细胞分裂 矿质元素吸收 新物质合成 植株的生长 神经传导和生物电 肌肉收缩 吸收和分泌 合成代谢 生物发光

植物 酶 ATP ——→ADP+Pi+ 能量 动物

2.5 光合作用的色素
(橙黄色)胡萝卜素 快 (黄色)叶黄素 (蓝绿色)叶绿素 a (黄绿色)叶绿素 b 慢 分离 作用 吸收转化光能 吸收传递光能 胡萝卜素 叶黄素 大部分叶绿素 a 叶绿素 b 特殊状态的叶绿素 a

色素
叶绿体基粒的 类囊体薄膜上 类胡萝卜素 分布 组成 叶绿素 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素 a 叶绿素 b

2.6 光合作用中光反应和暗反应的比较
比较项目 反应场所 能量变化 物质变化 叶绿体基粒 光能——→电能 电能——→活跃化学能 H2O——→[H]+O2 NADP + H + 2e ——→NADPH ATP+Pi——→ATP 反应物 反应产物 反应条件 反应性质 反应时间 H2O、ADP、Pi、NADP+ O2、ATP、NADPH 需光 光化学反应(快) CO2、ATP、NADPH (CH2O)、ADP、Pi、NADP+ 、H2O 不需光 酶促反应(慢)
+ +

光反应 叶绿体基质

暗反应 活跃化学能——→稳定化学能 CO2+NADPH+ATP———→ (CH2O)+ADP+Pi+NADP++H2O

有光时(自然状态下,无光反应产物暗反应也不能进行)

2.7 C3 植物和 C4 植物光合作用的比较
C3 植物 光反应 暗反应 CO2 固定 叶肉细胞的叶绿体基粒 叶肉细胞的叶绿体基质 仅有 C3 途径 C4 植物 叶肉细胞的叶绿体基粒 维管束鞘细胞的叶绿体基质 C4 途径—→C3 途径

2.8 C4 植物与 C3 植物的鉴别方法
方法 生理 学方 法 原 理 条件和过程 现象和指标 生长状况: 正常生长 或 密闭、强光照、干旱、 高温 过叶脉横切,装片 维管束鞘的结构差异 ①是否有两圈花细胞 围成环状结构 ②鞘细胞是否含叶绿 体 ①合成淀粉的场所不 化学 方法 同 ②酒精溶解叶绿素 ③淀粉遇面碘变蓝 出现蓝色: 叶片脱绿→加碘→过 叶脉横切→制片→观 察 ①蓝色出现在维管束 鞘细胞 ②蓝色出现在叶肉细 胞 出现①现象时: C4 植物 出现②现象时: C3 植物 是:C4 植物 否:C3 植物 枯萎死亡 正常生长:C4 植物 枯萎死亡:C3 植物 结 论 在强光照、干旱、高 温、低 CO2 时,C4 植 物能进行光合作用, C3 植物不能。

形态 学方 法

2.9 C4 植物中 C4 途径与 C3 途径的关系
草酰乙酸(C4) NADPH PEP 羧化酶 CO2 AMP ATP 丙酮酸 C3 叶肉细胞 注:磷酸烯醇式丙酮酸英文缩写为 PEP。 丙酮酸 C3 暗反应 C5 维管束鞘细胞 苹果酸 C4 NADP+ 苹果酸 C4 NADP+

NADPH

CO2

磷 酸 烯醇 式 丙酮酸(C3)

(CH2O)

2.10 C4 植物比 C3 植物光合作用强的原因
C3 植物 结构原因: 维管束鞘细胞的结构 以育不良,无花环型结构,无叶 绿体。 光合作用在叶肉细胞进行,淀粉 积累,影响光合效率。 生理原因: PEP 羧化酶 磷酸核酮糖羧化酶 只有磷酸核酮糖羧化酶。 磷酸核酮糖羧化酶与 CO2 亲和力 弱,不能利用低 CO2。 两种酶均有。 PEP 羧化酶与 CO2 亲和力大,利 用低 CO2 能力强。 C4 植物 发育良好,花环型,叶绿体大。 暗反应在此进行。有利于产物运 输,光合效率高。

2.11 光能利用率与光合作用效率的关系
光合作用 光能利用率 在 光合作用 的有 物 的 的光能 的有 物 的能 的能 在 的 能 的能

光合作用效率

光合作用

的光能 能 光能 光能

与光合作用的能 的能

光 磷光 能 化 能

光合作用 关系 提高光能利用率 光合作用 积 提高光合作用效率 光 强弱 化 应 素 应

2.12 影响光合作用的外界因素与提高光能利用率的关系
光合作用 光合作用 积
提 高 光 能 利 用 率

提高 种 合理 植 种 不 因










光 强弱 光

: 生植物种 生植物种 影响: 光 , 光 ,糖 光, N: ATP NADP+的 P: K:糖 的合 和运输 Mg:叶绿素的




光 合 作 用







CO2

CO2
外 界 因 素



素 应



2.13 光合作用实验的常用方法
可同时使用

半叶法(遮盖法) 密封法

光合作用产生淀粉 验证(探索)光合作用需 CO2 并放 O2、光强的影响 验证(探索)光合 作用中物质的转变

割主叶脉法

打孔法(抽气法)

光质对光合作用的影响

同位素标记法

分光法

2.14 植物对水分的吸收和利用
2.14.1 植物对水分的吸收
液泡尚未形成或消失 通过亲水物质的亲水性吸水 吸水原
分 的 吸 收

吸胀吸水


主 由成 细胞的中 液泡构成渗透系统 通过渗透作用吸水 隔着半透膜的两种溶液构成的体系 ① 半透膜

渗透系统

渗透吸水

生 渗透

②膜两 溶液 溶液与 水 原生质层 两个系统 时 溶液一方 的

植物细胞构 成渗透系统

由细胞膜、液泡膜、两膜之间的细胞质构成 看作一层半透膜(本质是选择透过性) ①植物细胞与土壤溶液之间构成 ②每两个植物细胞之间构成

2.14.2 扩散作用与渗透作用的联系与区别
扩散作用 物质由相对多(密度高)的地方向相对少(密度低)的地方运动的过程,叫扩散

联系 区别

物质由高到低的移动方式,利用物质本身的属性,不需要能量 特指溶剂分子(如水、酒精等)的扩散,需特定的条件

渗透作用

溶剂分子的扩散叫渗透,具备一定条件才能发生

2.14.3 半透膜与选择透过性膜的区别与联系
半透膜 概念 性质 状态 材料 物质运 动方向 功能 共同点 小分子、离子能透过,大分子不能透过 半透性(存在微孔,取决于孔的大小) 活或死 合成材料或生物材料 不由膜决定,取决于物质密度 渗透作用 选择透过性膜 水自由通过,被选择的离子和其它小分子可以通过, 大分子和颗粒不能通过 选择透过性(生物分子组成,取决于脂质、蛋白质 和 ATP) 活 生物膜(磷脂和蛋白质构成的膜) 水和亲脂小分子:不由膜决定,取决于物质密度 离子和其它小分子:膜上载体(蛋白质)决定 渗透作用和其它更多的生命活动功能 水自由通过,大分子和颗粒都不能通过

2.14.4 植物体内水分的运输
方向 水分的运输 导管运输 动力 根压 导致吐水现象 向上:根—→茎—→叶 蒸腾作用 产生蒸腾拉力

2.14.5 植物体内水分的利用和散失
利用 水分 散失 蒸腾作用 绝大部分水分通过蒸腾作用散失 ①根持续吸水的动力 ②物质运输的载体 ③降低叶片温度 1-5%参与光合作用、呼吸作用等生命活动

生理意义

2.15 植物体内的化学元素(1)
植物体

有机物 水分(10-95%) 干物质(5-90%) 无机盐 燃烧

90% 10%

小部分 N C、H、O、N、S 形成气体: CO2、CO、N2、NH3、H2O 和氮氧化物等。 少量硫形成 H2S、SO2 等。 大部分 S 挥发部分 灰分元素 全部 P 全部金属元素

1.16 植物体内的化学元素(2)
体的种 量

C、H、O 的元素 (N 矿质元素 大量元素

) N、P、S、K、 Ca、Mg(6 种) Fe、Mn、B、Zn、 Cu、Mo、Cl、Ni N、P、K、Mg

大 量 元 素 需 元 微 量 元 素 植 物 体 素 素 元 必 质 矿

必需矿质元素 微量元素

的元素

的元素 Ca、S、B、 必需矿质元素 Al、Si、Na、I 等

非 必 需 元 素 素 元 质 矿 非

C、H、O

2.17 生物固氮
固氮 N2 e H+ ATP 固氮 NH3 ADP Pi



生物固氮



固氮



在生 中的作用

概 念 义 ① 将 大 为 气 氮 色 植 物 提 供 成 氮 素 营 养 绿

意 固 氮 ② 对 自 然 界 氮 循 环 有 重 要 作 用 类 种 的 物 生 微



固 氮 基 因 (固 氮 酶 )
生 自 ( 物 生 三 固氮

6 ( 生物 ) 的

固 氮 类 自 生 固 氮 类

) 固氮 (



2.18 氮循环
固氮 固氮

2.19 三类微生物在自然界氮循环中的作用
N2 固氮 NH3 固氮微生物 N2 循环 NH3 NO2- NO3NO2- NO3N2

(N2)
还 原

生生

)

NH3
的 过 程

的 生

生 生



N2 N2

生物固氮



NH3-

氮 NO3-

NO2- NO3-



Ⅱ 动物与微生物代谢部分:三大类营养代谢、细胞呼吸、代谢基本类型、微生物类群、 微生物的营养代谢与生长、发酵工程简介

2.20 人和动物体内三大营养物质的代谢
氧化 合成 淀粉 葡萄糖 分解 合成 转变 储存 脂肪 分解 甘油、脂肪酸 氧化 CO2+H2O+能量 肌糖元 脂肪、某些氨基酸 CO2+H2O+能量 肝糖元

皮下结缔组织、肠系膜 转变 糖元

合成

各种组织蛋白、酶及激素等

转氨基 蛋白质 氨基酸

新的氨基酸

含氮部分 脱氨基 不含氮部分

NH3

转变 分解 转变

尿素 CO2+H2O+能量 糖类、脂肪

2.21 人体的必需氨基酸
种类 非必需氨基酸 必需氨基酸 12 种 概念 概念 种类(8 种)

不同种动物有不同的必需氨基酸 苯丙氨酸 .. 赖氨酸 . 色氨酸 . 亮氨酸 . 缬氨酸 . 异亮氨酸 . 苏氨酸 . 甲硫氨酸 ..

在人和动物体细胞内能够合成的氨基酸 不能在人和动物体细胞内合成,只能从 食物中获得的氨基酸称为必需氨基酸 助记词

苯丙赖色亮,缬亮苏甲硫 (本秉赖色亮,谢亮输贾刘)

2.22 细胞的有氧呼吸
C6H12O6 2CH3COCOOH 热 ② 6H2O ① 2CH3COCOOH (丙酮酸)

能量

6CO2 6O2

20[H] ③ 呼吸链

4[H]

C6H12O6 (葡萄糖)

ATP(少) 12H2O ATP(多)

能量 ATP(少)

能量 热 线粒体 细胞质基质 热

2.23 细胞内的无氧呼吸
细胞膜 酶

C6H12O6 总反应式

2C2H5OH + 2CO2 + 能量

(丙酮酸) 2CH3COCOOH C6H12O6 (葡萄糖) 能量 热 ATP(少) ① 4[H] ②

2C2H5OH (酒精)



2CO2

线粒体 2C3H6O3 (乳酸)

细胞质基质

总反应式 酶

C6H12O6

2C3H6O3 + 能量

2.24 有氧呼吸与无氧呼吸的比较
比较项目 反应场所 反应条件 反应产物 产能多少 共同点 有氧呼吸 真核细胞:细胞质基质,主要在线粒体 原核细胞:细胞基质(含有氧呼吸酶系) 需氧 终产物(CO2、H2O)、能量 多,生成大量 ATP 细胞质基质 不需氧 中间产物(酒精、乳酸、甲烷等)、能量 少,生成少量 ATP 氧化分解有机物,释放能量 无氧呼吸

2.25 呼吸作用产生的能量的利用情况
呼吸类型 有氧呼吸 无氧呼吸 被分解的有机物 1mol 葡萄糖 储存的能量 2870kJ 2870 kJ 释放的能量 2870kJ 196.65 kJ 可利用的能量 1165 kJ 61.08 kJ 能量利用率 40.59% 2.13%

注:无氧呼吸释放的能量值为分解为乳酸时的值。不同的无氧呼吸类型释放的能量可能稍有不同。

2.26 新陈代谢的类型
细菌 有光时: 无光时: 生 ( 生 光合作用, 体不 , 有机物)




同 化 类

光能 型 化能
型 基 本 类

型 型

光合作用

绿色植物 光合细菌 化细菌

化能合成作用

特 殊 类 型 类 型 谢 代 陈




型 异 化 类 型

大多 植物

物, 生的真菌,大多 细菌

需氧型 多

氧型 性 氧型 有氧时:有氧呼吸 无氧时:无氧呼吸

细菌( 光合细菌, 等

体不

,不放 O2)



你知道吗

科学发现: 人们对消化过程的研究发现了酶 人们对向光性的研究发现了生长素 人们对溶菌现象的研究发现了青霉素

2.27 微生物的类群

DNA

DNA 的
原 核 细 胞 微 生 物 (单 细 胞 ) 细 胞 结 构









类的





类群

微 生 物 的 类 群

微生物

DNA 类 RNA
非 细 胞 结 构

DNA RNA

DNA

RNA 类

2.28 微生物的营养
水 无机盐 碳源 营养素 无机氮源 氮源 提供氮素营养 有机氮源 尿素、牛肉膏、蛋白胨等 N2、硝酸盐、铵盐等 提供碳素营养 有机碳源 糖、脂、石油等

无机碳源

CO2、NaHCO3 等

生长因子
微 生 物 的 营 养

微生物生长不可缺少的微量有机物 (包括维生素、氨基酸、碱基等)

目的要明确

根据培养种类、培养目的选择原材料

营养要协调 配制原则 (三要原则)

注意营养物质的浓度和比例 C/N=4:有利于繁殖; C/N=3:有利于产谷氨酸

碳氮比最重要

pH 要适宜 培养基
种类 物理 性质 固体培养基 半固体培养基 液体培养基 合成培养基 天然培养基 选择培养基 鉴别培养基

细 菌:pH=6.5—7.5 放线菌:pH=7.5—8.5 真 菌:pH=5.0—6.0
特点 加凝固剂 不加凝固剂 成分明确 天然成分 加抑制剂(如青霉素) 加特殊 C 源或 N 源 不加某物质(如 N 源) 加指示剂或药品 鉴别 功能 分离、鉴定 观察、保藏 工业生产 分类、鉴定 工业生产 选择、分离

种类

化学 成分

用途

你知道吗

加 浓度 盐可分离 加 青霉素可分离 菌和霉菌 不加 N 源可分离固氮微生物 加 可鉴别 菌



2.29 微生物的代谢
微生物
代 谢 产 物

生长

的物

代谢产物 产物

不断 产生 生

生长 代谢产物 产物 生

的物




肠 杆 菌



微 生 物 的 代 谢 节 调 谢 代

物 的

产生 生 的

的 的产物

代谢 的 产 的

代 谢 的 人 工 控 制







代谢产物



2.30 微生物的生长
不 代谢 长 代谢 代谢产物

微 生 物 的 生 长

微生物 生长的

2 生

n

生长 微生物生 长的 pH pH 不

25 37



2.31 微生物的生长曲线与生长速率的关系
菌 体 数 目

k k
2 0 a
生 长 速 率

2.32 发酵工程简介
工程 微生物
工程 工程

(lg)

b

c

d

时间

生长速率





0 a b c d 时间

a b c d



微生物 生 程的



工程

工程

pH

发 酵 工 程

发酵 与 的 物 发酵 程 发酵 物



微生物 生

pH







生 生 生



生 发酵










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