科学前沿 组装细胞ppt配用优秀教学设计

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 B C D 终产物

……

酶1 酶2 酶3 酶4 酶n

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）

酶

C~P（磷酸肌酸）＋ADP——→C（肌酸）＋ATP 反应式

ADP＋Pi＋能量——→ATP 酶

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2.4生物体内ATP的去向

WWW.ziyuanku.com植物

酶

ATP ——→ADP＋Pi＋

能量

动物

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

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

叶绿体基粒的

类囊体薄膜上

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

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 H2O、ADP、Pi、NADP+

O2、ATP、NADPH 需光

光化学反应（快）

WWW.ziyuanku.com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 CO2、ATP、NADPH （CH2O）、ADP、Pi、NADP+

、H2O 不需光

酶促反应（慢）

反应物

反应产物

反应条件

反应性质

反应时间

有光时（自然状态下，无光反应产物暗反应也不能进行）

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2.10 C4植物比C3植物光合作用强的原因

C3植物

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。

两种酶均有。

PEP羧化酶与CO2亲和力大，利用低CO2能力强。

结构原因：

以育不良，无花环型结构，无维管束鞘细胞的结构

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。

2.11光能利用率与光合作用效率的关系

光合作用制造的有机物所含的能量

光能利用率

＝

概念

光合作用效率

＝

照在该地面的总的光能

光合作用制造的有机物所含的能量

光合作用吸收的光能

照在地面上的总能

量中被转移的能量

WWW.ziyuanku.com参与光合作用的能

量中被转移的能量

去向

热能损失

光能损失→荧光、磷光

光能→电能→化学能（贮存）

延长光合作用时间

关系

提高光能利用率

增加光合作用面积

提高光合作用效率

控制光照强弱

二氧化碳供应

必需矿质元素供应

2.12影响光合作用的外界因素与提高光能利用率的关系

延长光合作用时间

增加光合作用面积

提高复种指数：改一年一季为一年多季

合理密植

套种（不同时播种）、间作（同时播种）

因地制宜：阳生植物种阳地

阴生植物种阴地

光质影响：蓝紫光照，蛋白质和脂类多

红光照，糖类增多

通风透光，增施农家肥；人工增CO2（温室）

N：

ATP、NADP+的成分

P：

K：糖类的合成和运输

Mg：叶绿素的成分

提高光能利用率温度

控制光照强弱

光

增加二氧化碳供应

CO2 必需矿质元素供应

矿物质

影响光合作用的外界因素

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水

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

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

吸水原理

主要由成熟细胞的中央液泡构成渗透系统

通过渗透作用吸水

隔着半透膜的两种溶液构成的体系

①具有半透膜

②膜两侧溶液具有浓度差

吸胀吸水

渗透系统

渗透吸水

发生条件

资源%库渗透压

溶液与纯水达平衡时，溶液一方所承受的外压差。

原生质层

两个系统

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

植物细胞构

成渗透系统

2.14.2扩散作用与渗透作用的联系与区别

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扩散作用

渗透作用

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

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

概念

性质

状态

材料

半透膜

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

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

ziyuanku.com物质运

不由膜决定，取决于物质密度

动方向

功能

共同点

渗透作用

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

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2.15植物体内的化学元素(1)

植物体

有机物

90% 水分(10-95%) 干物质(5-90%) 无机盐

10% 燃烧

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)

载体的种类与数量选择性吸收

吸收

主动运输

方式

大量

元必

素需

元素

微量

元

素植

物

体

非

必需

元

素

概念

除C、H、O外

由根系吸收的元素

（N放在矿质元素中讨论）

N、P、S、K、

大量元素

Ca、Mg（6种）

必需矿质元素

微量元素

Fe、Mn、B、Zn、

Cu、Mo、Cl、Ni N、P、K、Mg 能被再利用的元素

老叶先受损

缺乏症

幼叶先受损

不被再利用的元素

Ca、S、B、

非必需矿质元素

Al、Si、Na、I等

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非矿质元素C、H、O

2.17生物固氮

概

念

将

大气

氮

还原

成

的

过

程固氮过程

固氮酶

N2＋e＋H+＋ATP————→NH3＋ADP＋Pi （选学）

生物固氮

种

固氮原因及条件

类

共生固氮类

自生固氮类

代谢类型

同

化

异

化

常见类型

在生态系统

中的作用

意义①为绿色植物提供氮素营养

②对自然界氮循环有重要作用固氮微生物的种类固氮基因（

固氮酶）与豆科植物共生时

异养

需氧

根瘤菌（6种）

消费者

（大豆、菜豆、(取食于活的豌豆、苜蓿、羽生物体) 扇豆、三叶草）

固氮蓝藻

(念珠藻) 圆褐固氮菌

黄色分支杆菌

生产者

分解者

(腐生生活) 2.18氮循环

大气固氮

NO3-

工业固氮

脲酶

尿素

氮盐

2.19三类微生物在自然界氮循环中的作用

酶

NH3——→NO2-、NO3-

固氮酶

N2————→NH3 固氮微生物

（N2循环）

硝化细菌

酶

反硝化细菌

NO2-、NO3- ——→N2

自养

独立生活

异养

(N2)NH3

氮素化肥

注意：不同的根瘤菌具有共生专一性。如蚕豆根瘤菌与蚕豆、

豌豆、豇豆共生；大豆根瘤菌只能与大豆共生。

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大气氮库（N2）

N2

生物固氮

反硝化细菌

尿素

NH3- 脲酶

消费者

分解者

生产者

硝化细菌

NO2-、NO3-

遗体

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

淀粉

脂肪

蛋白质

氧化

合成

葡萄糖

分解

合成

转变

肌糖元

脂肪、某些氨基酸

CO2＋H2O＋能量

肝糖元

储存

皮下结缔组织、肠系膜

转变

分解

甘油、脂肪酸

氧化

CO2＋H2O＋能量

糖元

合成

各种组织蛋白、酶及激素等

转氨基

氨基酸

新的氨基酸

转变

含氮部分

NH3

尿素

脱氨基

不含氮部分

分解

转变

CO2＋H2O＋能量

糖类、脂肪

2.21 人体的必需氨基酸

种类

12种

非必需氨基酸

必需氨基酸

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

．．概念

在人和动物体细胞内能够合成的氨基酸

概念

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

种类(8种) 苯丙赖色亮，缬亮苏甲硫

（本秉赖色亮，谢亮输贾刘）

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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

总反应式

C6H12O6

(葡萄糖)

总反应式

细胞膜

酶

C6H12O6

2C2H5OH ＋

2CO2

＋

能量

(丙酮酸) 2CH3COCOOH ①

4[H] ②

2C2H5OH ＋

(酒精) 2CO2

线粒体

2C3H6O3 (乳酸) 能量

热

ATP(少) 细胞质基质

C6H12O6

酶

2C3H6O3 ＋

能量

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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

细胞质基质

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 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

特

殊类

型

红螺细菌

有光时：自养生活（进行光合作用，但供氢体不是水，而是有机物）

无光时：异养生活

绿色植物

光合细菌

兼性营养型

光能自养型

光合作用

新陈代谢类型基本类型同化类型自养型

化能自养型

化能合成作用

硝化细菌

异养型

绝大多数动物，腐生的真菌，大多数细菌

需氧型

多数动植物

一些细菌(如光合细菌，供氢体不是水，不放O2) 蛔虫等

异化类型兼性厌氧型

有氧时：有氧呼吸

无氧时：无氧呼吸

你知道吗

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酵母菌

厌氧型

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

微

生

物的

类

群

形态

杆形、球形、螺旋形（弧形）

细胞壁

细胞膜

细胞质（仅有核糖体）

核区（环状DNA）

质粒、荚膜、鞭毛、芽孢、

基本结构

结构

细菌

繁殖

特殊结构

二分裂（有DNA的复制和平分）

概念

细菌在固体培养基上繁殖

形成的细菌子细胞群体

大小、形状、颜色、

光泽度、透明度、硬度等

基内丝菌

吸收养料—营养

原核细胞微生物（单细胞）菌落

特征

结构

放线菌

分布

分枝状菌丝

气生丝菌

产生孢子—繁殖

土壤、空气、水中

细胞结构对人类的贡献

产抗生素（次级代谢产物）

其它类群

支原体、衣原体（无壁）、（蓝藻）

单细胞

真核细胞微生物

多细胞

霉菌

酵母菌

DNA病毒

蛋白质和DNA组成

分类

RNA病毒

蛋白质和RNA组成

基本单位：衣壳粒

功能：保护、抗原性

DNA或RNA 蛋白质、多糖、脂类组成

非细胞结构衣壳

病毒

结构

（可有）

囊膜（带刺突）

核衣壳

核酸

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增殖

吸附→注入→复制（核酸）→合成（蛋白质）→装配→释放

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

微生物生长不可缺少的微量有机物

（包括维生素、氨基酸、碱基等）

微生物的营养目的要明确

根据培养种类、培养目的选择原材料

营养要协调

注意营养物质的浓度和比例

配制原则

（三要原则）

碳氮比最重要

C/N=4：有利于繁殖；

C/N=3：有利于产谷氨酸

培养基

种类

用途

pH要适宜

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

功能

分离、鉴定

观察、保藏

工业生产

分类、鉴定

工业生产

种类

固体培养基

物理

半固体培养基

性质

液体培养基

化学合成培养基

成分

天然培养基

选择培养基

鉴别培养基

加抑制剂(如青霉素) 加特殊C源或N源

选择、分离

不加某物质（如N源）

加指示剂或药品

鉴别

加入高浓度食盐可分离金黄色葡萄球菌

加入青霉素可分离酵母菌和霉菌

不加N源可分离固氮微生物

加入伊红-美蓝可鉴别大肠杆菌

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你知道吗

2.29微生物的代谢

微

生

物的

代

谢

概念

微生物自身生长繁殖必需的物质

初级代谢产物

不断

产生

特点

代谢产物产物

氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素

或积累

或排除

概念

对自身生长繁殖非必需的物质

次级代谢产物

产物

抗生素、毒素、激素、色素

酶合成调节

组成酶

一直存在，只受遗传控制的酶

分解葡萄

糖的酶

分解乳

糖的酶

诱导酶

受环境中某物质的诱导产生

大肠杆菌

代谢调节同时存在

密切配合

协调作用

概念

酶活性调节

“好酶知时节，当需乃发生”

2.30微生物的生长

时期

调整期

微生物群体

生长的规律

对数期

稳定期

衰亡期

特点

菌体不增殖，代谢活跃，体积增大

以2n形式增长，代谢旺盛

生死平衡，活菌数最多，芽孢形成

死亡加速，形态多样，细胞裂解

作菌种和科研材料

收获菌体和代谢产物

作用

通过改变酶的催化活性，来调节代谢速率

谷氨酸脱氢

酶受谷氨酸

原理

负反馈：酶催化的产物增多抑制酶的活性

产量的调节

基因诱变

高产赖氨酸的黄色短杆菌

代谢的人工控制改变遗传特性

转基因

基因工程人胰岛素

控制发酵条件

改变细胞膜的通透性，即时输出代谢产物，解除对酶的抑制

微生物的生长

温度

最适生长温度：25—37℃

影响微生物生

长的环境因素

pH 氧

超过：蛋白质和核酸不可逆破坏

（最适pH见前）

超过：影响酶活性和细胞膜稳定性

需氧或不需氧

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2.31微生物的生长曲线与生长速率的关系

菌体数目(lg) 2 k k 注意

a b c d 时间

0 生长速率＝繁殖率—死亡率

生长速率

0 a b c d 时间

说明

a：调整期

b：对数期

c：稳定期

d：衰亡期

2.32发酵工程简介

发

酵工

程

概念

采用现代工程技术手段，利用微生物某些特定功能，为人类生产有用产品；

或者直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。

基因诱变——传统，常用。

菌种选育

培养基配制

灭菌

内容

基因工程————————

细胞工程——细胞融合

（三要原则）

改变原来基因

转基因

工程菌（工程细胞）

一般步骤：配制调→pH→分装→灭菌

严格杀灭培养基和发酵设备中的各种微生物，保证菌种是单一纯种

选育的良种要经多次扩大培养，才能满足大规模生产需要

扩大培养与接种

发酵过①检测菌体数目和产物浓度。

②添加培养基组成。

③严格控制发酵条件（温度、pH、溶氧、通气量、转速）

代谢产物

蒸馏、萃取、离子交换等方法提取

应用

分离提纯产品

菌体本身

过滤、沉淀等方法分离

医药工业上的应用

生产抗生素、维生素、动物激素、氨基酸、核苷酸等

生产传统发酵产品

生产食品添加剂

开发人类新食源

啤酒、果酒、食醋等

酸味剂、鲜味剂、甜味剂、色素

单细胞蛋白、真菌蛋白等新食品

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食品工业上的应用

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