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，若繼續發展，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系統所需的能量都來自太陽。

地球上幾乎所有的生態系統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

有機物中穩定的化學能轉變為熱能和ATP中不穩定的化學能

2.光合作用的能量轉換過程

光能轉變為ATP中不穩定的化學能再轉變為有機物中穩定的化學能。

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生并且處于動態平衡中。

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.細胞骨架系統與能量轉換

真核細胞中有維持細胞形態、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.細胞的生物膜系統與能量轉換

生物膜系統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定的內部環境，同時在細胞與外部環境進行物質運輸、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（生命之穩態無處不在）

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（引導建立更加上位和宏觀的觀念、思想和方法。）

三、體溫與穩態

1.骨骼肌戰栗產熱和非戰栗產熱有什么不同？

骨骼肌戰栗產熱是在寒冷環境中，骨骼肌發生節律性收縮產生大量熱量受下丘腦支配。非戰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的不同？

當人體暴露在寒冷環境中時，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.“生態系統能量流動”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。