1、第二专题一、 知识网络本专题包括必修第三章生物的新陈代谢、选修第二章光合作用与生物固氮、选修第五章微生物与发酵工程。二、 结论性知识要点1. 新陈代谢是生物最基本的特征，是生物与非生物的最本质的区别。2. 酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。3. 酶的特性：高效性；专一性；需要适宜条件。酶的催化反应速率与底物浓度、酶浓度等因素有关。4. ATP是新陈代谢所需要能量的直接来源。5. 叶绿体中的色素分布在囊状结构的薄膜上。6. 叶绿体的色素有：叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）；类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素）。在色素带上从上到下排列的顺序是“胡黄ab”。
2、其中，解度最高、扩散最快、在色素带最上方的是胡萝卜素（橙黄色）；含量最多、色素带最宽的是叶绿素a； 7. 叶绿体的色素分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，它不仅能够吸收光能，还能使光能转换成电能。8. 渗透作用必须具备两个条件：一是具有一层半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。9. 原生质层（主要包括细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质）可以看做是一层半透膜。它具有选择透过性。当高温、过酸、过碱、过度失水或过度吸水胀破使细胞死亡时，原生质层失去选择透过性，变为全透性。10. 植物根吸收的水分，
3、一般只有1%5%保留在体内，参与光合作用和呼吸作用等生命活动，蓁水分几乎都通过蒸腾作用散失掉。11. 植物蒸腾作用产生的拉力是：植物吸水的重要动力；水分在植物内运输的动力；矿质元素在体内运输的动力。12. 植物吸收矿质元素的动力是呼吸作用。（根吸收矿质元素的过程是主动运输的过程，需要两个条件：能量和载体。）13. 植物成熟区表皮细胞吸收矿质元素和渗透吸水是两个相对独立的过程。14. 糖类、脂质和蛋白质之间是可以转化的。糖类、脂质和蛋白质之间的转化是有条件的，只有在糖类供应充足的情况下，糖类才有可能大量转化脂质。糖类可以大量转化为脂肪，脂肪不能大量转化为糖类。 糖类、脂质和蛋白质之间除了能转化外
4、，还相互制约着的。只有当糖类代谢发生障碍时，才由脂肪和蛋白质氧化分解供给能量。15. 为什么低血糖时会出现惊厥或昏迷呢？因为脑组织功能活动所需的能量主要来自葡萄糖的氧化分解，而脑组织中含糖元极少，需要随时从血液中摄取葡萄糖来氧化供能。当血糖低于45mg/dL时，脑组织就会因得不到足够的能量供给而发生功能障碍，出现上述低血糖晚期症状。16. 脂肪肝：病因：肝脏功能不好，或是磷脂等的合成减少时，脂蛋白的合成受阻，脂肪就不能顺利地从肝脏中运出去，因而造成脂肪在肝脏中的堆积，形成脂肪肝。 防治：合理膳食，适当的休息和活动，并注意吃一些含卵磷脂较多的食物，是防治脂肪肝的有效措施。17. 新陈代谢的类型：
5、（1）自养需氧型：绿色植物、蓝藻、硝化细菌、硫细菌、铁细菌等（2）自养厌氧型：绿硫细菌（在有光无氧的条件下，以H2S作为氢供体合成糖类。）（3）异养需氧型：各种固氮菌、谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌（4）异养厌氧型：乳酸菌、破伤风杆菌等特殊类型：酵母菌（兼性厌氧型）、红螺菌（兼性营养型细菌）18. 特殊状态叶绿素a吸收光能后，变成激发态而失去电子，失去电子的叶绿素a变成强氧化剂，能从水中夺取电子。19. NADPH（还原型辅酶）的作用：为暗反应提供能量；作为强的还原剂还原C3（三碳化合物）。）20. C4植物：玉米、甘蔗、高梁、苋菜 等21. 共生固氮微生物：根瘤菌（不同的根瘤菌，只能侵入特定种类
6、的豆科植物。） 自生固氮微生物：圆褐固氮菌22. 根瘤菌拌种，是提高豆科作物产量的一项有效措施。23. 菌落：当单个或少量细胞在固体培养基上大量繁殖时，便会形成一个肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群体，叫做菌落。每种细菌在一定条件下所形成的菌落可作为菌种鉴定的重要依据。例如：无鞭毛的球菌菌落较小较厚、边缘较整齐；有鞭毛的细胞菌落大而扁平，边缘呈波状或锯齿状。24. 病毒由核酸和衣壳两部分构成。一种病毒只含有一种核酸：DNA或RNA。核酸中贮存着遗传病毒的全部遗传信息，控制着病毒的一切性状。病毒的衣壳具有保护病毒核酸，决定病毒抗原特异性等功能。25. 生长因子是微生物生长不可缺少的微量有机物
7、，主要包括维生素、氨基酸和碱基等，它们一般是酶和核酸的组成成分。26. 微生物的代谢异常旺盛，这是由于微生物的表面积和体积的比很大，使它们能够迅速与外界环境起先物质交换。27. 初级代谢产物是指微生物通过代谢活动产生的，自身生长和繁殖所必需的物质，在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。28. 次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同。29. 组成酶是微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制。而诱导酶是在环境中存在某种物质的情况下才能合成的酶
8、。30. 诱导酶的合成与调节，既保证了代谢的需要，又避免了细胞内物质和能量的浪费，增强了微生物对环境的适应能力。31. 酶活性发生改变的主要原因是，代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构发生变化，但这种变化是可逆的，当代谢产物与酶脱离时，酶结构就会复原，又恢复原有的活性。32. 酶活性的调节是一种快速、精细的调节方式。33. 酶活性的调节和酶合成的调节两种方式同时存在，并且密切配合、协调起作用的。34. 环境中影响微生物生长的因素主要有温度、PH和氧。每种微生物只能在一定的温度范围内生长。在最适温度范围内，微生物的生长随温度的升高而加快。超过最适温度后，微生物的生长速率会急剧下降，这是由于
9、细胞内的蛋白质和核酸等发生了不可逆转的破坏。每种微生物的最适PH不同。当温度超过最适PH范围以后，就会影响酶的活性，细胞膜的稳定性等，从而影响微生物对营养物质的吸收。三、 专题突破（一） 植物的代谢1 酶与ATP（1） 关于酶的正确与错误说法正确说法错误说法产生场所活细胞(不考虑哺乳动物成熟红细胞等)具有分泌功能的细胞才能产生化学本质有机物(大多为蛋白质，少数为RNA)蛋白质作用场所可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用温度影响低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活 低温和高温均使酶变性失活 作用酶只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能来源生物体内合成有的可来源于食物等 （2）
10、 酶的特性：高效性；专一性；需要适宜的条件 酶的高效性的验证：实验四 比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率（见实验专题） 酶的专一性的验证：实验五 探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用（见实验专题） 酶需要适宜的条件：酶的催化作用需要适宜的条件，如适宜的温度、适宜的pH等，易受活化剂或抑制剂的影响。在高温、强酸或强碱、重金属盐等引起蛋白质变性的条件下，酶都会丧失活性。相比而言，无机催化剂则不易受影响，如同样加热到100，过氧化氢酶早已失去活性，而Fe3+仍可起催化作用。但要注意的是，低温仅是抑制酶的活性，随温度的升高（最适温度以下）酶的活性逐渐增强。（3） ATP并非新陈代谢唯一的直接能源。新陈代谢所需
11、的能量主要是由细胞内ATP提供的，但其他核苷酸的三磷酸酯也可以直接参与生命活动的供能。2 单一因子对光合作用的影响因素图像关键点的含义在生产上的应用光照强度 A点：光照强度为0，此时只进行呼吸作用，释放CO2的量即是此时的呼吸强度。 B点（光补偿点）：呼吸作用释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度=呼吸作用强度。 C点：此时的光照强度为光合作用的饱和点。(1)适当提高光照强度(2)对温室大棚用无色透明玻璃。(若要降低光合作用则用有色玻璃)。光合面积 OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点，随叶面积的增大，光合作用不再增强，原因是有很多叶被遮挡在光
12、补偿点以下。 OB段表示干物质量随光合作用增强而增加，而由于A点以后光合作用量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加呼吸量也不断增加（曲线OC），所以干物质积累量不断降低如BD段。 植物的叶面积指数不能超过D点，若超过D点，植物将入不敷出，无法生活下去。(1)适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免陡长；(2)合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施。CO2浓度CO2是光合作用的原料，在一定范围内，CO2越多，光合作用速率越大，但到A点时，即CO2达到饱和时，就不再增加了。温室栽培植物时适当提高室内CO2的浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使根部吸收的CO2增多。大田生产“正其行，通其风”，即为提
13、高CO2浓度、增加产量温度光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在1035下正常进行光合作用，如AB段(1035)，随温度的升高光合速率逐渐加强，B点(35)以上光合酶活性下降，光合作用开始下降， 50左右光合作用几乎完全停止(1)适时播种(2)温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温(3)植物“午休”现象的原因之一叶龄OA段为幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。AB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。BC段为老叶，随叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降
14、。农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理。又可降低其呼吸作用消耗有机物矿质元素矿质元素是光合作用的产物葡萄糖进一步合成许多有机物时所必需的物质。如缺少N，就影响蛋白质(酶)的合成；缺少P就会影响ATP的合成；缺少Mg就会影响叶绿素的合成合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，从而提高光合作用速率3 影响植物呼吸速率的因素及相关曲线(1). 内部因素 不同种类的植物呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。 同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同，如幼苗在开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。 同一植物的不同器官呼吸速率不同，如生殖器
15、官大于营养器官。(2). 环境因素 温度：呼吸作用在最适温度(2535)时最强，超过最适温度则减弱。温度主要通过影响呼吸酶的活性而影响呼吸作用强度。 O2的浓度：O2浓度不仅直接影响呼吸速率，还直接影响细胞呼吸的类型。如右图所示：绿色植物在完全缺氧条件下只进行无氧呼吸，在低氧条件下（浓度为2a以下时）既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；浓度为2a以上时，只进行有氧呼吸。O2的存在对无氧呼吸起抑制作用。在一定范围内；有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2。酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。 CO2浓度：增加CO2的浓度对呼吸作用
16、有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理，在蔬菜和水果的保鲜中，增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。4 从光合作用和呼吸作用分析物质循环和能量流动(1). 从反应式上追踪元素的来龙去脉光合作用总反应式 有氧呼吸反应式(2). 从具体过程中寻找物质循环和能量流动(3). 用图解的形式呈现总光合速率、净光合速率和呼吸速率三者之间的关系5 有关计算 同时进行光合作用和呼吸作用的植物的有关有机物的量：有机物积累量光合作用产量+呼吸消耗量 当O2的吸收量和CO2的释放量均为0时，光合作用强度=呼吸作用强度；当光照强度为0时，O2的消耗量CO2的产生量=有氧呼吸强度 同时进行有氧呼吸和
17、无氧呼吸的生物的有关气体体积：耗氧量=有氧呼吸CO2产生量无氧呼吸CO2产生量=CO2总产生量-有氧呼吸CO2产生量(耗氧量)；特别提醒：对于绿色植物来说，由于进行光合作用的同时，还在进行呼吸作用；因此，光下测定的值为净光合速率，而实际光合速率=净光合速率+呼吸速率。呼吸作用的底物一般是葡萄糖，以葡萄糖作为底物进行有氧呼吸时，吸收的O2和释放的CO2的量是相等的，但如果以其他有机物作为呼吸底物时，吸收的O2和释放的CO2的量就不一定相等，在计算时一定要写出正确反应方程式，并且要正确配平后才进行相关的计算。（二） 动物的代谢1 人和动物体内三大营养物质的代谢(1) 糖代谢(2) 蛋白质代谢(3)
18、 脂质代谢2 三大营养物质代谢的联系 三大营养物质在动物体内可以进行相互转化。由于三大营养物质代谢的中间产物基本相同，故这些中间产物构成了三大营养物质相互转化的枢纽物质。 三大营养物质在动物体内的转化是有条件的：糖类充足时可大量转化为脂肪，但脂肪不能大量转化为糖类；多余的氨基酸可以转化成糖类或脂肪，但糖类和脂肪只能转化为非必需氨基酸。 三大营养物质的代谢之间是相互制约的：人体所需要的能量主要来自于糖类的氧化分解，只有当糖类代谢发生障碍时，人体才会动用脂肪和蛋白质氧化分解供能。3 三大营养物质代谢与人体健康(1) 血糖含量与疾病 正常血糖浓度80120mg/dL血糖含量疾病症状治疗(预防)措施6
19、0 mgdL-1低血糖早期症状口服糖130 mgdL-1高血糖口服降糖药物160 mgdL-1糖尿病、糖尿注射胰岛素(2) 脂质代谢和疾病疾病名称原因治疗(预防)措施肥胖症供能物质摄人多、消耗少，遗传或内分泌失调控制饮食，加强锻炼，就医治疗高血脂血浆中脂质含量过高合理膳食，控制脂质物质摄入脂肪肝肝功能不好，磷脂等合成减少，脂蛋白合成受阻，使脂肪在肝脏中堆积食用含卵磷脂较多的食物，适当休息(3) 蛋白质缺乏的危害 由于蛋白质在人体内不能储存，且人体内的蛋白质每天都要分解一部分，如果每天蛋白质的摄人量不足，会使合成蛋白质的原料氨基酸种类和数量不足，导致营养不良而诱发其他疾病的发生。 蛋白质的缺乏时
20、，血浆蛋白浓度低，血浆的吸水能力下降，组织液中的水不能及时被运输到血浆，从而引起组织水肿。奶粉中蛋白质缺乏时，抗体的合成减少，使婴幼儿的免疫能力降低，导致疾病频发甚至死亡。（三） 微生物的代谢1 微生物的营养营养物质来源最常利用功能碳源无机化合物：CO2、NaHCO3、有机化合物：糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油等糖类(葡萄糖)提供碳素营养，能源物质、形成代谢产物、构成细胞成分氮源无机化合物：N2、NH3、铵盐、硝酸盐有机化合物；尿素、牛肉膏、蛋白胨等铵盐、硝酸盐等提供氮素营养，合成蛋白质、核酸、含氮代谢产物生长因子维生素、氨基酸、碱基等酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液酶和核酸的组成成分，微生物不
21、可缺少的微量有机物2 培养基的种类分类依据种类加入的特殊成分 用 途物理性质固体培养基加入凝固剂用于微生物的分离、计数半固体培养基加少量凝固剂观察微生物的运动，鉴定菌种液体培养基不加凝固剂用于工业生产化学成分天然培养基成分不明确的天然物质用于工业生产合成培养基成分已知的化学物质用于微生物的分类和鉴定用途一般培养基依微生物生长需要配制生产、培养等，如生产谷氨酸用的培养基选择培养基加某种化学物质分离所需微生物，如：在培养基中加入高浓度食盐选择金黄色葡萄球菌；加入青霉素分离酵母菌和霉菌等真菌鉴别培养基加一定的指示剂或化学药品鉴别某种微生物，如：培养基中加入“伊红-美蓝”，鉴别是否有大肠杆菌3 微生物
22、的代谢产物产物种类产生时期生理作用分布有无种的特异性举例初级代谢产物生长全过程生长、繁殖必需的细胞内无氨基酸、核苷酸、多糖、脂肪、维生素等次级代谢产物生长到一定阶段以后对自身无明显生理作用细胞内或细胞外有抗生素、毒素、激素、色素等4 微生物代谢的调节（1） 组成酶和诱导酶的比较种类合成存在举例(大肠杆菌)组成酶只受遗传物质控制，与营养物质无关细胞内一直存在分解葡萄糖的酶诱导酶既受遗传物质控制，又受诱导物制约环境中只存在诱导物时才能合成分解乳糖的酶（2） 两种调节方式的比较酶合成的调节酶活性的调节区别调节对象诱导酶的合成已有酶(组成酶和诱导酶)的活性调节机制基因水平调节，调节酶的合成代谢水平调节
23、，代谢产物与酶可逆性结合，使酶的结构发生可逆性改变调节结果细胞内酶的数量、种类增多细胞内酶的活性发生变化调节特点间接而缓慢快速、精细调节意义既保证代谢需要，又避免物质避免代谢产物积累过多联系两种调节方式同时存在，密切配合，高效、准确地控制代谢的正常进行5 微生物群体生长规律时期菌体数目变化菌体代谢特点形成原因生产应用与控制调整期增长不明显代谢活跃、体积增大；大量合成初级代谢产物短暂调整，以适应新环境通过选择菌种、增加接种量、改善培养条件等可以缩短调整期 对数期快速增长细胞分裂速率最快；繁殖速率大于死亡速率；个体形态和生理特性较稳定适应了环境；生存条件适宜(营养物质充足等) 可作生产用的菌种和科
24、研材料稳定期活菌数目达到最高峰(出现K值)繁殖速率和死亡速率达到动态平衡；积累大量次级代谢产物；某些种类细菌可形成芽孢生存条件恶化：营养物质消耗；有害代谢产物积累：pH变化(种内斗争最激烈) 获取代谢产物，特别是次级代谢产物；连续培养法可延长稳定期，增加代谢产物产量 衰亡期活菌数目急剧下降繁殖速率小于死亡速率；菌体出现多种形态(畸形)；细胞解体、释放代谢产物生存条件极度恶化(生存斗争最激烈)特别提醒：微生物的生长曲线与生长速率的关系6 发酵工程（以谷氨酸的发酵生产为例）(1) 发酵工程生产实例：谷氨酸发酵 选育菌种；对数期的谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌。 配制培养墓：豆饼水解液、玉米浆、尿素、K
25、H2PO4、K2O、MgSO4、生物素等。 灭菌：在发酵罐中通入98kPa的蒸汽进行灭菌。 无菌接种；冷却后加入菌种。 发酵：通气、搅拌、温度和pH调节；谷氨酸大量生成。 味精（谷氨酸钠）生成和提取：加Na2CO3、过滤、离心分离。(2) 发酵工程的内容：六个方面菌种的选育；培养基的配制；灭菌；扩大培养和接种；发酵过程；分离提纯。(3) 发酵过程的人工控制控制对象控制方式微生物的遗传特性诱变处理，选育符合生产要求的菌种 溶氧对需氧微生物保证氧的供应，厌氧型控制氧的供应，以通气量和搅拌速度控制氧pH加酸、加碱或缓冲液温度使温度控制在所培养微生物的最适宜温度特别提醒： 单细胞蛋白：微生物含有丰富的
26、蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的6080，酵母菌的占4565，而且它们的生长繁殖速度很快。因此，许多国家就利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液、石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体。这种微生物菌体就叫做单细胞蛋白。 举例说明发酵条件控制不好会出现的问题：在谷氨酸发酵过程中，当pH呈酸性时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺；当溶氧不足时，生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸。 产品不同，分离提纯的方法一般也不同。如果产品是菌体，可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来；如果产品是代谢产物，可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。（在味精生产过程中，提取出来的谷氨酸要用适量的Na2CO3溶液中和后，再经过过滤、浓缩、离心分离等步骤，才能能制成味精）。
