维持生命现象的能量.ppt

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1、高中生物,生命科學,國立新化高級中學呂念宗,呂亞立,第三章,1.生物如何獲得能量2.能量的流轉3.細胞的能量利用,焦點 1,生物與能量的關係,1953克列伯,克列伯循環細胞中養分轉換成為能量的過程,1961卡爾文,卡爾文循環利用C14追蹤發現葉綠體的暗反應,1966米奇爾,化學滲透原理細胞產生ATP機制,能量的型態,化學能 光能 機械能 熱能 聲波,生物獲得能量,進行生命活動,1.合成物質,2.運輸(主動運輸)3.傳導神經衝動4.運動(肌肉,鞭毛)5.維持體溫,生物獲得能量的方式,自營異營,自營生物,無機物有機物光合自營化學自營,光合自營,陸生植物 藻類 藍綠菌光合細菌,化學自營,硫細菌 硝化

2、菌 亞硝化菌,異營生物,動物真菌 原生生物細菌,試題範例,焦點 2,太陽輻射能,光波光子,太陽輻射能,無線電波 微波 可見光 X-ray-ray,無線電波,微波可見光X-ray-ray,波長,能量,可見光,380 760 nm生命世界能量來源葉綠素不吸收綠光光合作用藍,紅光,1,2000被綠色植物吸收2000億噸碳元素被轉變為醣類,可見光,淺海 濾去紅光,濾去橙光 濾去黃光 濾去綠光深海 僅存藍光,紫光,陽地植物,蒲公英,柳樹,樟陰地植物醡醬草,紅豆杉,長日照植物,菠菜,甘藍,蘿蔔短日照植物水稻,聖誕紅,菊,開花不受日照影響,中性日照植物蒲公英,蕃茄,胡瓜,晝行性動物,鳥類,昆蟲,松鼠夜行性動

3、物蝙蝠,壁虎,家鼠,試題範例,焦點 3,葉綠體,葉綠體,雙層膜胞器含DNA,核糖體自製部分蛋白質,葉綠體,基質含酵素 葉綠餅(葉綠囊)含光合色素,ATP合成,葉綠餅,葉綠囊,植物色素,光合色素 花青素 葉綠囊 液泡光合作用 無關,光合色素,葉綠素 類胡蘿蔔素葉綠素a 胡蘿蔔素葉綠素b 葉黃素,光合色素,主要色素葉綠素a輔助色素葉綠素b,葉黃素,胡蘿蔔素,葉綠素b,吸收橘紅光,藍光胡蘿蔔素吸收紫光,藍光,輔助色素,1.協助吸收光能2.保護葉綠素,英吉曼,水綿吸收紫,藍,紅光光合作用產生O2好氣性細菌聚集,作用光譜,光合作用產生氧氣吸收光譜葉綠素吸收的光波,作用光譜,吸收光譜,葉綠素a,葉綠素b,

4、吸收紅光,藍光類胡蘿蔔素吸收紫光,藍光,激動態(高能階),釋能 吸能基礎態(低能階),釋出電子,葉綠素吸收光能,試題範例,焦點 4 光合作用,1.光反應(葉綠囊)2.暗反應(基 質)碳反應,光反應,1.葉綠素吸收光能2.水分解釋出氧氣3.電子傳遞 ATP,NADPH,碳反應,1.梭化作用2.還原作用3.再生作用,光反應,光系統 II 光系統 I 反應中心 電子傳遞鏈,焦點 5,光系統,200300色素分子吸收光能轉移至反應中心,光系統(色素),葉綠素a 葉綠素b 葉黃素 胡蘿蔔素,天線色素,(類胡蘿蔔素)吸收光能能量傳至葉綠素,光系統 II,光系統 I,反應中心,(葉綠素a)釋出電子進入電子傳

5、遞鏈,光水解,H2OO2+2H+2eO2氣孔釋出H+葉綠囊內腔e被PSII吸收,電子傳遞鏈,釋出能量合成ATPH+主動運輸 至葉綠囊內腔,電子傳遞鏈,電子載體A 電子載體B 電子載體C 電子載體D,A,B C D,ATP,親和力,能階,電子傳遞鏈,釋出能量質子的主動運輸(葉綠囊囊腔),質子濃度,葉綠囊外葉綠囊內(基質)(囊腔)產生電化學梯度,葉綠囊腔 H+濃度高,葉綠體基質 H+濃度低,葉綠囊腔 H+濃度高,葉綠體基質,ATP合成,ATP合成,化學滲透假說,密契爾(英)1978諾貝爾化學獎,光反應,ATP,NADPH碳反應(暗反應)CO2C6H12O6,葉綠囊內腔累積H+,形成電化學梯度H+通

6、過囊狀膜合成ATP(用於暗反應),試題範例,焦點 6,光系統,光系統II 光系統I,天線色素 葉黃素 胡蘿蔔素反應中心 P680 P700,P680,色素分子吸收光能(光系統 II),P700,色素分子吸收光能(光系統 I),P700,P680NADP+光系統 I光系統 II,水分解,焦點 7,光水解,光水解,H2OO2+2H+2eO2氣孔釋出H+葉綠囊內腔e被PSII吸收,焦點 8,電子傳遞鏈非循環式循環式,P700,P680NADP+光系統 I光系統 II,水分解,非循環式電子傳遞,一對電子的傳遞形成1ATP,1NADPH,2H2OO2+4H+4e,光水解產生1O2可釋出4e形成2ATP,

7、2NADPH,循環式,電子 傳遞,循環式電子傳遞,P700回收電子僅形成1ATPPSII未參與,無水解不形成NADPH,O2,試題範例,焦點 9 暗反應,(卡爾文循環)1.固定CO2 2.合成G3P 3.再生RuBP,RuBP,雙磷酸核酮糖(5C)固定CO2RuBP+CO2+H2O2PGA,固定CO2,消耗3ATP,2NADPH,PGA,磷酸甘油酸(3C)RuBP+CO22PGA,ATPNADPH,PGA G3P,ATP 提供能量,NADPH 提供H+,ePGA G3P,ATPNADPH,G3P,磷酸甘油醛(3C)光合作用產物2G3P1C6H12O6,澱粉,蔗糖,纖維素,葡萄糖G3P 胺基酸

8、脂肪酸,6 CO2,6 RuBP 12 PGA,12 PGA,ATP NADPH12 G3P,G3P,5/6 1/6 RuBP C6H12O6,ATP,6 CO2,6 RuBP 12 PGA 碳循環 5 RuBP12 G3P C6H12O6,H2O,ATPNADPH O2,光反應,CO2,ATPNADPH C6H12O6 H2O,碳反應,H2O CO2,ATPNADPH O2 C6H12O6 H2O,光反應,碳反應,焦點 10,CO2的固定,C3植物,CO2固定為甘油酸甘油酸進入卡爾文循環ex.水稻,多數植物,RuBP,雙磷酸核酮糖(5C)固定CO2RuBP+CO2+H2O2PGA,固定CO2

9、,消耗3ATP,2NADPH,C4植物,CO2固定為草醋酸草醋酸分解釋出CO2再參與卡爾文循環,C4植物(玉米),C4植物,C4植物,熱帶,亞熱帶缺水地區甘蔗,玉米,CAM植物,景天酸代謝夜間氣孔開放CO2固定為蘋果酸,CAM植物,白天氣孔關閉蘋果酸分解釋出CO2再參與卡爾文循環,CAM植物,CAM植物,乾旱地區,沙漠地區景天科植物,石蓮,鳳梨,落地生根,仙人掌,試題範例,焦點 11,自營生物,光合自營,陸生植物 藻類 藍綠菌光合細菌,海生浮游植物,40%光合作用,藍綠菌,光合細菌,屬於原核生物缺乏葉綠體,粒線體,藍綠菌,藻膽體葉綠囊上的反應中心藍綠藻澱粉光合作用的產物,藻膽體,主要色素 輔助

10、色素葉綠素a 藻紅素胡蘿蔔素 藻藍素 異藻藍素,紅顫藻,(紅毛藻)紅海呈紅色,矽藻,雙鞭毛藻,3/4有機物大部分O2,矽藻,細胞壁含矽化物上殼下殼嵌合而成矽藻土隔熱絕緣材料,雙鞭毛藻(甲藻),數量暴增紅潮具有毒素危害神經系統(麻痺性甲殼類中毒),紅藻,完全海生 分佈不同深度 星狀葉綠體 大型澱粉核,淺海 濾去紅光,濾去橙光 濾去黃光 濾去綠光深海 僅存藍光,紫光,紅藻,淺海綠色 紅色 深海黑色,陸生植物,開花植物裸子植物蕨 類蘚 苔 類,根,擴散,主動運輸 吸收水分主動運輸 吸收無機鹽類,莖,導管,假導管 運輸水分,無機鹽篩管運輸有機養分伴細胞協助運輸,葉,表皮,角質層 防水分散失葉肉光合作用

11、氣孔蒸散水分,氣體交換,沙漠植物,葉呈針狀減少水分散失莖部綠色細胞進行光合作用,CAM植物,生活於乾燥環境仙人掌鳳 梨景天科,CAM植物,白天關閉氣孔夜晚打開氣孔固定CO2白天進行光合作用,酸性沼澤,土壤貧瘠,肉食性植物捕蠅草,豬籠草,化學自營,硫細菌 硝化菌 亞硝化菌,NH4+,亞硝化菌 NO2硝化細菌 NO3,硫細菌,H2SSO42-,試題範例,焦點 12,ATP三磷酸腺APPP(僅含二個高能鍵),ATP,ATP=能量貨幣,生物均直接利用ATP作為供能物質,ADP+Pi+8Kcal ATP+H2O,ATP+H2O ADP+Pi+7.3Kcal,ATPADP+7.3Kcal,ADP+8Kca

12、lATP轉換效率=90%,釋能反應,C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能ADP+Pi+能ATP,吸能反應,胺基酸+能蛋白質ATPADP+Pi+能,ATP,ADP細胞含能量高抑制氧化 促進合成,同化,比例高,ATP,ADP細胞含能量低促進氧化 促進分解,異化,比例低,偶聯反應,ATP+H2O 異化 同化 釋能 吸能ADP+Pi+能,磷酸化作用,ADP+PiATP化學滲透磷酸受質階層磷酸,化學滲透磷酸化,氧化的磷酸化作用發生於粒線體光合的磷酸化作用發生於葉綠囊,電子傳遞鏈,釋出能量質子的主動運輸(葉綠囊囊腔),葉綠囊腔 H+濃度高,葉綠體基質,ATP合成,受質階層磷酸化,發生於細胞質,磷酸

13、烯醇丙酮酸,PEP+ADP丙酮酸+ATP,試題範例,焦點 13,能量的流轉,生態系,生產者 自營生物消費者分解者,異營生物,能量的傳遞,單向傳遞不能循環,十分之一定律,僅10%能量傳遞至另一營養階層90%以熱能散失,能量塔,生產者,熱能,生產者,消費者,消費者,消費者,異營生物,動物 真菌 原生生物 細菌,獲得能量的方式,掠食 寄生腐生 共生,掠食,弱肉強食動物獲得食物掠食者(青蛙,獵豹)獵 物(昆蟲,羚羊),動物的食性,肉食性雜食性草食性,草食性動物,門齒切斷莖葉臼齒磨碎莖葉(寬大扁平),草食性動物,缺乏纖維素盲腸較長供醱酵小腸,大腸較長增加養分吸收,肉食性動物,門齒,犬齒(尖銳)咬殺,撕裂

14、肉體消化道較短,雜食性動物,門齒,犬齒,臼齒適合磨碎各種食物,真菌捕捉線蟲,三層細胞組成圈套圈套膨脹菌絲侵入蟲體 將蟲體消化,寄生,寄生蟲(寄生者)外寄生,內寄生 寄主(宿主),外寄生 內寄生,瘧原蟲 扁蝨 血絲蟲 血吸蟲 絛 蟲 華肝蛭,瘧原蟲瘧疾,血絲蟲象皮病絛 蟲營養不良華肝蛭肝炎扁 蝨萊姆病,菟絲子,無葉的蔓生植物不定根穿入維管束吸器吸取水分養分,腐生,分解動植物的遺體,排泄物具分解者功能,腐生,細菌分解有機物乳酸菌分解單糖醋酸菌分解酒精,真菌,酵母菌有氧有氧呼吸缺氧酒精醱酵,蕈類,菌絲分泌酵素分解森林中的落葉,枯木,共生,互利共生雙方皆獲得利益片利共生僅單方獲得利益,互利共生,螞蟻v

15、s刺槐 白蟻vs腸內鞭毛蟲 海葵vs小丑魚根瘤菌vs豆科植物,片利共生,鯊魚vs印魚山蘇vs紅檜,試題範例,細胞呼吸,(有氧呼吸)C6H12O6+6O26CO2+6H2O+36ATP,細胞呼吸,糖解作用2ATP形成乙醯輔A檸檬酸循環2ATP電子傳遞鏈32ATP,糖解作用,(細胞質,不需O2)葡萄糖2丙酮酸+2水+2ATP+2NADH,形成乙醯輔A,(粒線體)丙酮酸+輔A乙醯輔A+CO2+NADH,檸檬酸循環,(粒線體)乙醯輔A+4C檸檬酸,檸檬酸循環,檸檬酸3NADH+1FADH2+2CO2+1ATP,電子傳遞鏈,(粒線體內膜)H+主動運輸至膜外氧接受電子,與H+結合成水,細胞呼吸,C6H12

16、O6+6O26CO2+6H2O+36ATP,細胞呼吸,糖解作用2ATP形成乙醯輔A檸檬酸循環2ATP電子傳遞鏈32ATP,脂質,蛋白質代謝,脂肪酸,胺基酸形成乙醯輔A進入檸檬酸循環產生ATP,有氧呼吸 無氧呼吸,葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 乙醯輔A,乳酸醱酵 酒精醱酵,丙酮酸 丙酮酸 乳酸 乙醇+CO2 NAD+NAD+,乳酸醱酵,葡萄糖 2丙酮酸+2ATP2丙酮酸 2乳酸+NAD+,酒精醱酵,葡萄糖2丙酮酸+2ATP2丙酮酸2乙醇+2CO2+NAD+,試題演練,3-3,細胞的能量利用,細胞的能量利用,生化合成ATP 主動運輸 肌肉運動,細胞的生化合成,大分子不易進入細胞,細胞自行合成所需

17、的大分子物質基因控制合成所需的酵素,細胞特化,不同細胞合成不同的物質,植物細胞,木質細胞木質素木栓細胞木栓質表皮細胞角 質,活化能 Ea,活化物質分子引發化學反應酵素降低活化能 加速反應進行,酵素受質,酵素-受質複合體酵素生成物,活性位,酵素表面可與受質結合的部位,誘導式配合模式,活化位些微改變形狀酵素可與受質配合,細胞的主動運輸,主動運輸,載體改變構形載體運輸物質(逆濃度梯度),碘濃度低,甲狀腺碘濃度高,碘濃度低,主動運輸(逆濃度梯度),甲狀腺碘濃度高,主動運輸,單一運輸同向運輸反向運輸,單一運輸,載體膜蛋白每次僅運輸一個分子,單一運輸,質子幫浦(電能幫浦)將H+運出細胞外膜內外電位改變,細

18、胞質,細胞外,ATP水解,同向運輸,二種分子同時由載體運輸,同向運輸,小腸皮膜的載體同時將Na+,葡萄糖運入細胞內,反向運輸,載體依相反方向運輸二種離子,反向運輸,Na+-K+幫浦3Na+運至細胞外2K+運至細胞內,鈉鉀幫浦,(ATPase)常見於肌肉細胞,神經細胞,3Na+,2K+,ATPase與3Na+結合,ATPADP+PiATPase磷酸化ATPase改變形狀 3Na+運至細胞外,ATPase與2K+結合,ATPase釋放PiATPase恢復構形2K+運至細胞內,肌肉運動,肌肉+骨骼,產生運動,前臂彎曲,肱二頭肌收縮肱三頭肌舒張,前臂伸直,肱二頭肌舒張肱三頭肌收縮,拮抗作用,肱二頭肌(

19、屈肌)vs肱三頭肌(伸肌),拮抗作用,抗胰島素vs胰島素,拮抗作用,交感神經vs副交感神經,拮抗作用,IAA,GAvsABA,脊椎動物,(內骨骼)肌肉附於骨骼外,無脊椎動物,(外骨骼)肌肉附於骨骼內,肌肉的構造,肌肉 肌束 肌纖維 肌原纖維 肌小節 肌絲,肌纖維,肌肉構造的單位肌小節肌肉收縮的單位,肌絲,細肌絲(肌動蛋白)跨越Z線粗肌絲(肌凝蛋白)二端游離,肌肉收縮,滑動學說橫橋作用,滑動學說,粗細肌絲互相滑動粗細肌絲接觸粗肌絲的ATP水解,橫橋,粗肌絲的突出 細肌絲,橫橋,向肌小節中央彎曲拉動細肌絲發生滑動,肌肉收縮,肌小節縮短 I 帶消失 H區消失,試題演練-210-,探討活動,A.光合色素層析分離B.光反應的還原作用,光合色素層析分離,80oC烘乾菠菜葉片90%丙酮雙層紗布過濾,展開液,石油醚4.5ml+90%丙酮0.5ml,胡蘿蔔素,葉黃素葉綠素a葉綠素b,光反應的還原作用,0.5M蔗糖液=葉綠體的等張溶液,A B C D,DCPIP 葉綠體 蔗糖液 照光,DCPIP氧化型,藍色DCPIPH還原型 無色,光水解H+,e,A B C D,DCPIP 葉綠體 蔗糖液 照光 顏色+,試題演練-217-,