普通生物学（笔记）no第章4
【细胞代谢】
1、请叙述酶作为生物催化剂的特性。
答：酶是生物催化剂。主要作用是降低化学反应的活化能，增加了反应物分子超过活化能屏障和完成反应的概率。酶促反应只催化热力学允许的反应，能加快化学反应的速度，不改变反应平衡点，对正逆反应催化作用相同。酶的催化效率很高，生物催化剂的效率比无机催化剂高106—1010倍。具有高度的专一性，一种酶只催化一种反应或一组密切相关的反应。酶的活性可调，要求适宜的ph和温度。酶的催化反应速度受酶浓度、底物浓度、反应温度和酸碱度的影响，抑制剂、激活剂也影响酶促反应的速度。
2、哪些因素影响酶的活性？
答：影响酶活性的因素有温度、ph、盐的浓度、激活剂和抑制剂。
度对酶促反应速度的影响很大，在一定范围内，温度升高可以增加活化分子数目，反应速度提高；温度过高，引起酶的变性失活，使酶促反应速度降低。
ph直接影响到酶和底物的解离状态，从而影响到酶和底物的结合，影响到酶促反应的速度。过酸或过碱影响酶蛋白的构象，使酶变性失活。
盐的浓度影响酶活性，高浓度盐干扰酶分子的某些化学键，破坏蛋白质结构，降低酶活性。
抑制剂能减弱、抑制甚至破坏酶的活性，有竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂。
3、酶的抑制剂是如何作用的？酶抑制剂应用举例（举两个例子）。
答：酶的抑制剂作用于或影响酶的活性中心或必需基团导致酶活性下降或丧失。分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂。竞争性抑制剂与被抑制的美德底物有结构上的相似性，能与底物竞争相夺酶分子上的结合位点，从而产生酶活性的可逆的抑制作用。非竞争性抑制剂与酶的活性中心以外的部位发生可逆或不可逆性结合，破坏酶分子的形状，使得活性部位不适于接纳底物分子。
酶抑制剂有重要的应用价值。如磺胺药与对氨基苯甲酸有类似的结构，而对氨基苯甲酸、二氢喋呤乃至谷氨酸是某些细菌合成二氢叶酸的原料，后者能转变为四氢叶酸，它是细菌合成核酸不可缺少的辅酶。由于磺胺药是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，进而减少菌体内四氢叶酸的合成，使核酸合成障碍，导致细菌死亡。有机磷杀虫药抑制虫体胆碱酯酶的活性，对人和动物的胆碱酯酶也有抑制作用，进入人和动物体内，与胆碱酯酶结合，形成磷酰化胆碱酯酶，使酶失去水解乙酰胆碱的活性，导致乙酰胆碱在体内蓄积，严重者有中毒表现。
4、物质跨膜运输的方式有哪几种？简要说明。
答：物质出入细胞都要穿过细胞膜，分子（o2，co2以及其他一些小分子如乙醇等）和离子主要是通过膜上小孔从高浓度的地区移动到低浓度的地区，称为扩散，依靠渗透作用完成；物质的运输速度既依赖于膜两侧的运输物质的浓度差，又与被运输物质的分子量大小、电荷、在脂双层中的溶解度等有关。有些物质，如葡萄糖等本身不易通过单纯扩散而进入细胞，但可以与质膜上称为载体的蛋白结合，由载体携带穿越质膜，这种扩散称为易化扩散；葡萄糖等顺浓度梯度扩散，有专一蛋白的结合。有饱和效应，对浓度差、在脂双层中的溶解度等的依赖均不如单纯扩散那么强烈。还有些离子逆浓度梯度移动是通过主动运输过程实现的，要载体协助并消耗能量。主动转运有运输物质的专一性；运输的速度有最大值；运输过程有严格的方向性；被选择性的抑制剂专一抑制；整个运输过程需要提供大量的能量。固体颗粒、液体等通过大分子胞吞和胞吐作用运输。
5、什么叫细胞呼吸？简述其过程
答：细胞呼吸指生活细胞氧化分解有机物质放出co2，同时释放能量的过程。葡萄糖（或糖原）在正常有氧的条件下，氧化后产生co2和水，这个总过程称作糖的有氧氧化，又称细胞氧化或生物氧化。
整个过程分为3个阶段：1糖酵解。一分子葡萄糖
进入细胞后经过一系列酶促反应生成2分子丙酮酸的过程，在细胞质中进行。2柠檬酸循环。丙酮酸进入线粒体基质在丙酮酸脱氢酶复合体催化下氧化脱羧生成乙酰coa，乙酰coa进入三羧酸循环，由四碳原子的草酰乙酸与二碳原子的乙酰辅酶a缩合生成具有三个羧基的柠檬酸开始，经过一系列脱氢脱羧反应后又以草酰乙酸的再生成结束。由于循环中首先生成含有三个羧基的柠檬酸，故被称为三羧酸循环或柠檬酸循环，简称tca循环。通过柠檬酸循环，丙酮酸彻底氧化，发生部位在线粒体；3电子传递与氧化磷酸化。经电子传递和化学渗透，将氧化与磷酸化相偶联，发生在线粒体内膜。
6、举例说明细胞无氧呼吸的代谢过程，并阐述其生物学意义。
答：酵母在舞阳条件利用nadh使丙酮酸还原成乙醇，即酒精发酵。在这一过程中生成nad+才能使糖酵解继续进行下去。高等动物在剧烈运动时，氧供应不足，葡萄糖酵解产生的丙酮酸不能氧化脱羧，因而不能进入三羧酸循环，这时丙酮酸就进入乳酸发酵途径。肌肉细胞产生乳酸，使血液中乳酸浓度升高，刺激呼吸，使呼吸加快以供应更多o2。乳酸进入肝细胞，在肝细胞中氧化成丙酮酸可进入三羧酸循环，这一过程产生的nad+可用来保证糖酵解过程中3—磷酸甘油醛的氧化和磷酸化。这是有氧呼吸的动物进行乳酸发酵的一个重要作用：保证nad+供应就保证了糖酵解的进行，无氧呼吸作为一种应急措施是必要的。生物学意义：某些生物无氧条件下生存的方式，迅速提供能量，给某些器官提供正常代谢所需的能量。
7、光合作用是自然界最重要的化学反应，请叙述该反应的具体步骤。
答：光合作用是地球上最重要的化学国学，分两个阶段进行：光反应和碳反应。
光反应又称光合电子转移反应。在反应过程中，来自于太阳的光能使绿色植物的叶绿素产生高能电子，从而将光能转变为电能；同时，叶绿素从光水解中获得电子，并将h+从叶绿体基质传递到类囊体腔，建立电化学质子梯度。光反应的最后一步是高能电子经电子传递链转移给nadp+，使其被还原成nadph。概括的说光反应是通过叶绿素等光合色素分子吸收光能，并将光能转化为化学能，形成atp和nadph的过程。光反应包括光能吸收、电子传递、光合磷酸化3个主要步骤。光反应的场所是类囊体。光合作用的第二阶段碳反应是进行co2的固定、合成糖的过程。叶绿体利用光反应产生的nadph和atp的化学能，使co2还原合成糖。这一过程不需要光直接参加，在叶绿体基质中进行
8、在密封环境中培养c3植物和c4植物，一段时间后c3植物枯萎死亡，c4植物正常生活，为什么？
答：1c4植物具有更强的光合作用。c3植物卡尔文循环中co2固定是通过核酮糖二磷酸羧化酶的作用来实现的，c4途径的co2固定是由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化来完成的。两种酶都可使co2固定，但它们对co2的亲和力却差异很大。试验证明，c4植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性比c3植物的强60倍，c4植物能利用叶肉细胞将低浓度的co2集聚起来供给维管束鞘细胞光合作用利用，因此c4植物的光合速率比c3植物快许多，尤其是在 co2浓度低的环境下，相差更是悬殊。由于磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶对co2的亲和力大，所以c4植物能够利用低浓度的co2，而c3植物不能。由于c4植物能利用低浓度的co2，当密封环境中培养，c4植物就能利用细胞间隙里的含量低的co2，继续生长。2c4植物的光呼吸低于c3植物。c3植物的光呼吸很明显，通过光呼吸耗损光合新形成有机物的1/2；c4植物的光呼吸很低，几乎测量不出，c4植物的光呼吸消耗很少。
9、光合作用和呼吸作用的关系
答：光合作用是生物界最重要的吸能反应，把co2和h2o转变成富含能量的有机物质并释放o2；通过呼吸作用把有机物质氧化分解为co2和h2o同时放出能量供生命活动利用。光合作用和呼吸作用既相互对立又相互依赖，它们共同存在于统一的有机体中。
光合作用与呼吸作用有相互依赖、紧密连接的关系。两大基本代谢过程在物质代谢和能量代谢方面相互联系。呼吸作用与光合作用的联系表现在：1光合和呼吸都涉及atp和dadp+。光合作用需要adp（供光合磷酸化产生atp之用）和nadp+（供产生nadph），呼吸作用也需要adp(供氧化磷酸化)和nadp+（ppp途径产生nadph）。2光合作用和呼吸作用代谢过程中有许多中间产物都是相同的。如光合碳循环与呼吸作用的中间产物都是三碳、四碳、五碳、六碳、七碳糖的磷酸酯。3光合释放的o2可供呼吸作用，呼吸释放的co2也可被光合作用所同化。
光合作用与呼吸作用在原料、产物、发生部位、发生条件以及物质、能量转换等方面有明显的区别。光合作用需要的原料是水、二氧化碳等无机物，呼吸作用的原料是有机物和氧气；光合作用在植物细胞的叶绿体内进行，呼吸作用在线粒体内进行；光合作用需要光照，呼吸作用光下、暗处都可发生。光合作用是有机物合成、储藏能量的过程，光能—电能—化学能；呼吸作用是有机物分解、释放能量的过程，稳定的化学能—活跃的化学能。
10、试从细胞学和生态学的角度分析“万物生长靠太阳”的生物学机制。
答：地球是一个开放的系统，生物通过光合作用合成有机物质，供给自身及其他生物生长发育。生态系统中的生产者主要依靠光合作用，给消费者、分解者提供生活所需的物质能量。阳光对植物生长有着举足轻重的影响，也直接、间接地影响其他一切生物的生长情况。细胞代谢是生命现象的核心，它包含两个方面：一是细胞呼吸，分解有机物质释放能量的过程；一时各种生物合成途径，建立细胞各种成分的过程。对整个生物界来说，能量最终来源于太阳光能或部分化学能，它通过植物、藻类或一些细菌的光合作用将光能固定在有机物中，并通过食物链传递给其他生物。归根到底，生命活动所需要的能量最终来自于有机物，而能够利用co2和h2o制造有机物的唯一过程是光合作用。毫无疑问，万物生长靠太阳，太阳能是地球上一切生物生长发育的源泉。
11、比较糖发酵作用和有氧氧化的相同和不同之处。
答：糖发酵作用和有氧氧化的相同之处：1实质上都是分解有机物释放能量；2从葡萄糖到丙酮酸这一阶段完全相同。
糖的分解方式
有氧氧化
无氧酵解
是否有氧气参与
有
无
最终产物
水和二氧化碳
乙醇、乳酸
能量变化
（以1mol葡萄糖为例）
肝：32atp
肌肉和大脑：30atp
2atp
反应场所
第一阶段：胞液
第二、三阶段：线粒体
细胞液
12、食物中的蛋白质摄入人体后，经过哪些过程才能产生atp被细胞利用
答：食物中的蛋白质摄入人体，消化部位是胃和小肠（主要在小肠），受多种蛋白水解酶的催化而水解成氨基酸和少量小肽，然后再被小肠粘膜所吸收。但小肽吸收进入小肠粘膜细胞后，即被胞质中的肽酶（二肽酶、三肽酶）水解成游离氨基酸，然后离开细胞进入血循环及全身各组织，氨基酸的主要功能是构成体内各种蛋白质和其他某些生物分子。氨基酸的供给量若超过所需时，它的α—氨基通过脱氨基作用脱去，剩下的碳骨架则转变为代谢中间产物如乙酰辅酶a、丙酮酸或三羧酸循环中的某个中间产物，进入三羧酸循环产生atp被细胞利用。
13、简述高等植物的光合色素。
答：光合作用中吸收光能的色素称为光合色素，高等植物中含有叶绿素和类胡萝卜素。叶绿素使植物呈现绿色，高等植物中含有a、b两种，叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇的“尾巴”。叶绿素a是直接参与光合作用的色素，叶绿素b吸收光能传递给叶绿素a才能被利用，又被称为辅助色素。类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素。类胡萝卜素吸收的光能也可以传递给叶绿素a用于光合作用，因此它们也被称为光合作用的辅助色素。
14、简述卡尔文循环的研究史和过程。
答：卡尔文和他的同事通过实验证明了碳的固定发生在叶绿体基质中，第一个中间体是三碳分子磷酸甘油酸（pga）。最终的研究结果发现，co2固定的途径是一个循环过程，称为c3循环，由于这一循环是卡尔文发现的，故又称卡尔文循环，可分为3个阶段：羧化、还原和rubp的再生。在co2的摄取阶段，在rubp羧化酶的催化下，以rubp作为co2受体，首先被固定形成羧基，然后裂解形成两分子的3—磷酸甘油酸（pga）。在还原阶段，3—磷酸甘油酸被还原成3—磷酸甘油醛（g3p）。这是一个吸能反应，光反应中合成的atp和nadph主要是在这一阶段被利用。还原反应是光反应和暗反应的连接点，一旦co2被还原成3—磷酸甘油醛，光合作用便完成了储能过程。由于rubp是co2的受体，所以参与co2固定的rubp必须迅速被还原，以便进行再循环。卡尔文循环的第三个阶段是rubp的再生。综上所述，卡尔文循环是靠光反应形成的atp及nadph作为能源，推动co2的固定、还原，每循环一次只能固定一个co2，循环6次，才能把6个co2分子同化成一个己糖分子。
15、简述c3和c4植物在光合作用上的差异。
答：c3和c4植物光反应的过程基本上相同，反应的实质相同，都是把二氧化碳同化为有机物，它们都要进行卡尔文循环。
16、为什么c4植物的光呼吸速率低？
答：1维管束鞘细胞中由高的co2浓度。c4植物的光呼吸代谢是发生在维管束鞘细胞中，由于c4途径的脱羧使维管束鞘细胞中co2浓度提高，这就促进了rubisco的羧化反应，抑制了rubisco的加氧反应。2pep羧化酶对co2的亲和力高。由于c4植物叶肉细胞中的pep羧化酶对co2的亲和力高，即使维管束鞘细胞中有光呼吸的co2释放，co2在未跑出叶片前也会被叶肉细胞中的pep羧化酶再固定。
17、为什么光呼吸与光合作用伴随发生？
答：光呼吸是植物的绿色细胞在光照下吸收氧气释放co2的反应，这种反应需叶绿体参与，仅在光下与光合作用同时发生，光呼吸底物乙醇酸主要由光合作用的碳代谢提供。光呼吸与光合作用伴随发生的根本原因主要是由rubisco的性质决定的，rubisco是双功能酶，它既可催化羧化反应，又可以催化加氧反应，即co2和o2竞争rubisco同一个活性部位，并互为加氧与羧化反应的抑制剂。因此在o2和co2共存的大气中，光呼吸与光合作用同时进行，伴随发生，既相互抑制又相互促进，如光合放氧可促进加氧反应，而光呼吸释放的co2又可作为光合作用的底物。