能量生命之動力

【摘要】能源物質和能量轉換是生物學中的重要知識點。本文以能量為專題，對高中教材進行梳理總結，希望能為廣大教師提供參考。

【關鍵詞】能源物質 ?能量轉換 ?ATP

【中圖分類號】G633.91 ?【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）27-0235-02

生命可以看作是一個恒定的能量流，生物體進行生命活動引導了能量流的形成。我們用來定義生命的所有顯著特征：有序性、生長現象、繁殖能力、應激性和內部的調控作用，都需要恒定的能量提供。一旦能量來源被剝奪，生命也就停止了。

一、能源物質

1.細胞內的能源物質有哪些？

糖類;脂肪;蛋白質。

（這也是細胞內能源物質的供能順序。長期不進食或因慢性疾病，糖類供能不足，脂肪大量供能，會引起體重減輕，若繼續(xù)發(fā)展，蛋白質被供能，細胞結構功能受到損傷，危及生命）（運用所學知識解決實際問題）

核糖，脫氧核糖和纖維素是不是細胞的能源物質？不是。

2.主要的能源物質是什么？

糖類。因為絕大多數能量中由糖類供給。

3.細胞中的貯能物質是什么？

脂肪;淀粉（植物細胞）;糖原（動物細胞）。

4.良好的儲能物質是什么？脂肪

5.主要直接能源物質是什么？

ATP。細胞中絕大多數需要能量的生命活動都是由ATP直接提供能量的。

吸能反應一般與ATP水解的反應相聯系;放能反應一般與ATP合成的反應相聯系。

（有些生命活動的直能源物質是UTP，CTP，GTP）。你能說出UTP，CTP，GTP的中文名稱嗎？

挖掘教材，注意教材中的思考題，人（還有鳥類和哺乳類）能保持體溫的相對穩(wěn)定。

體溫的維持與細胞呼吸是怎樣的關系？是否也需要ATP水解供能？

ATP水解釋放出的能量，除了維持各項生命活動外，有一部分也能轉化成熱能，用于提升體溫。

6.最終能源是什么？

太陽光能。地球上幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)所需的能量都來自太陽。

地球上幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)所需的能量都來自太陽，而不是全部？

化能合成細菌能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物，深海熱泉沒有光照 ，但有自養(yǎng)生物硫細菌。

7.與糖類中的淀粉和糖源相比，為什么脂肪才是良好的儲能物質但不是主要的能源物質？

（請從兩者的化學特性和貯能的多少和所占體積，耗氧量思考）

①脂肪是非極性化合物，以無水的形式儲存在體內。糖原是極性化合物，是高度的水合形式，在機體內貯存時所占的體積相當于同等重量的脂肪所占體積的4倍左右。

②1g糖原氧化分解釋放出約17 kJ的能量，而lg脂肪可以放出約39kJ的能量

③與糖類氧化相比，需要消耗大量氧氣。（脂質中氧的含量遠遠少于糖類，而氫的含量更多。因此脂肪是一種很“經濟”，“高效”的儲備能源。）

二、細胞中的能量轉換（呼吸過程中物質變化與能量變化的關系）

以能量變化的主線統(tǒng)領物質變化的過程，呼吸過程中的每步反應之間的邏輯關系，建構生命觀念。

1.細胞呼吸的能量轉換過程

有機物中穩(wěn)定的化學能轉變?yōu)闊崮芎虯TP中不穩(wěn)定的化學能

2.光合作用的能量轉換過程

光能轉變?yōu)锳TP中不穩(wěn)定的化學能再轉變?yōu)橛袡C物中穩(wěn)定的化學能。

3.挖掘教材：細胞質基因

線粒體和葉綠體是半自主性細胞器，都有DNA，并通過轉錄和翻譯控制某些蛋白質的合成。線粒體和葉綠體中的基因稱作細胞質基因。

聯想：線粒體、葉綠體除了進行有氧呼吸和光合作用外還有什么功能？

線粒體和葉綠體中的DNA，都能夠進行半自主自我復制，并通過轉錄和翻譯控制某些蛋白質的合成。

線粒體、葉綠體中除了含有氧呼吸和光合作用的酶還可能含有哪些酶？

解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶、蛋白質合成有關的酶和ATP水解酶

光反應產生的ATP只用于暗反應嗎？

光反應產生的ATP除了用于暗反應外，還可用于葉綠體DNA復制、蛋白質的合成。（2016年江蘇高考已考）。

葉綠體能利用外源ATP嗎？

能利用外源ATP進行合成代謝。一些證據表明，從細胞質基質中吸收ATP可以補充葉綠體的合成代謝，至少在某些條件下或者某些類型的葉綠體中是這樣的，當光合作用不能為其合成代謝提供足量的ATP時，葉綠體就需要吸收ATP。葉綠體的ATP/ADP轉運體負責將線粒體產生的ATP從細胞質基質轉運到葉綠體中。

沒有光照葉綠體能利用外源ATP進行光合作用嗎？不能。光合作用不但需要光反應提供的ATP，還需要其提供的NADPH。

4.細胞中的ATP數量很少，為什么細胞的生命活動能順利進行？

ATP與ADP相互轉化時刻不停地發(fā)生并且處于動態(tài)平衡中。

5.能量與酶

酶能降低活化能，并且比無機催化劑降低的活化能更多，所以催化效率更高，但酶不能為化學反應提供能量。

6.能量與跨膜運輸

主動運輸需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量。

主動運輸（ATP直接供能，ATP間接供能，光能驅動）和胞吞、胞吐需要ATP。

7.細胞骨架系統(tǒng)與能量轉換

真核細胞中有維持細胞形態(tài)、保持細胞內部結構有序性的細胞骨架。細胞骨架是由蛋白質纖維組成的網架結構，與細胞運動、分裂、分化以及物質運輸、能量轉換、信息傳遞等生命活動密切相關。

8.細胞的生物膜系統(tǒng)與能量轉換

生物膜系統(tǒng)在細胞的生命活動中作用極為重要。首先，細胞膜不僅使細胞具有一個相對穩(wěn)定的內部環(huán)境，同時在細胞與外部環(huán)境進行物質運輸、能量轉換和信息傳遞的過程中起著決定性作用。

9.遺傳信息的傳遞和表達過程中是否需要能量？

DNA復制;轉錄;翻譯均需ATP（但基因表達過程所需能量都來自ATP嗎？并非全部來自ATP）

10.線粒體是細胞內的動力車間，它的哪些生命活動需要ATP？（線粒體主動吸收無機鹽離子;DNA復制;轉錄;翻譯均需ATP等）

11.有氧呼吸的調節(jié)（生命之穩(wěn)態(tài)無處不在）

當細胞有了足夠的ATP后，，有氧呼吸的關鍵反應都被抑制，從而減緩了ATP的產生。這一由ATP水平來調節(jié)生化反應的機制，是反饋抑制的一個實例。反之，當ATP含量降到一定程度，ADP濃度上升時，ADP就激活控制糖分解代謝的某些酶，刺激更多ATP的合成。

細胞內的化學反應有別于體外化學反應：經濟高效（既能保證生命活動所需又不浪費能源物質）

人體細胞的細胞呼吸還受到激素的調節(jié)（引導建立更加上位和宏觀的觀念、思想和方法。）

三、體溫與穩(wěn)態(tài)

1.骨骼肌戰(zhàn)栗產熱和非戰(zhàn)栗產熱有什么不同？

骨骼肌戰(zhàn)栗產熱是在寒冷環(huán)境中，骨骼肌發(fā)生節(jié)律性收縮產生大量熱量受下丘腦支配。非戰(zhàn)栗產熱是受大腦皮層支配，產生的熱量相對少。

2.腎上腺素和甲狀腺激素對體溫調節(jié)的不同？

當人體暴露在寒冷環(huán)境中時，腎上腺素分泌增加，人體產熱增加;若人體長期處于寒冷環(huán)境中，則通過增加甲狀腺激素的分泌來提高基礎代謝。

參考文獻：

[1]蘇明學.“生態(tài)系統(tǒng)能量流動”的教學分析與設計[J].生物學通報.2010（12）

[2]Winkler H H.Nonmitochondrial ATP Transport[J].Elsevier Science，1999（2）

[3]Horton H R，et al.Principles of Biochemistry [J].5th ed.

作者簡介：

楊忠（1966.1-），男，任職于四川省渠縣中學，中學高級教師，四川省骨干教師、四川省名教師，渠縣高中生物名師工作室首席名教師。