能量生命之动力

【摘要】能源物质和能量转换是生物学中的重要知识点。本文以能量为专题，对高中教材进行梳理总结，希望能为广大教师提供参考。

【关键词】能源物质  能量转换  ATP

【中图分类号】G633.91  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）27-0235-02

生命可以看作是一个恒定的能量流，生物体进行生命活动引导了能量流的形成。我们用来定义生命的所有显著特征：有序性、生长现象、繁殖能力、应激性和内部的调控作用，都需要恒定的能量提供。一旦能量来源被剥夺，生命也就停止了。

一、能源物质

1.细胞内的能源物质有哪些？

糖类;脂肪;蛋白质。

（这也是细胞内能源物质的供能顺序。长期不进食或因慢性疾病，糖类供能不足，脂肪大量供能，会引起体重减轻，若继续发展，蛋白质被供能，细胞结构功能受到损伤，危及生命）（运用所学知识解决实际问题）

核糖，脱氧核糖和纤维素是不是细胞的能源物质？不是。

2.主要的能源物质是什么？

糖类。因为绝大多数能量中由糖类供给。

3.细胞中的贮能物质是什么？

脂肪;淀粉（植物细胞）;糖原（动物细胞）。

4.良好的储能物质是什么？脂肪

5.主要直接能源物质是什么？

ATP。细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。

吸能反应一般与ATP水解的反应相联系;放能反应一般与ATP合成的反应相联系。

（有些生命活动的直能源物质是UTP，CTP，GTP）。你能说出UTP，CTP，GTP的中文名称吗？

挖掘教材，注意教材中的思考题，人（还有鸟类和哺乳类）能保持体温的相对稳定。

体温的维持与细胞呼吸是怎样的关系？是否也需要ATP水解供能？

ATP水解释放出的能量，除了维持各项生命活动外，有一部分也能转化成热能，用于提升體温。

6.最终能源是什么？

太阳光能。地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来自太阳。

地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来自太阳，而不是全部？

化能合成细菌能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，深海热泉没有光照 ，但有自养生物硫细菌。

7.与糖类中的淀粉和糖源相比，为什么脂肪才是良好的储能物质但不是主要的能源物质？

（请从两者的化学特性和贮能的多少和所占体积，耗氧量思考）

①脂肪是非极性化合物，以无水的形式储存在体内。糖原是极性化合物，是高度的水合形式，在机体内贮存时所占的体积相当于同等重量的脂肪所占体积的4倍左右。

②1g糖原氧化分解释放出约17 kJ的能量，而lg脂肪可以放出约39kJ的能量

③与糖类氧化相比，需要消耗大量氧气。（脂质中氧的含量远远少于糖类，而氢的含量更多。因此脂肪是一种很“经济”，“高效”的储备能源。）

二、细胞中的能量转换（呼吸过程中物质变化与能量变化的关系）

以能量变化的主线统领物质变化的过程，呼吸过程中的每步反应之间的逻辑关系，建构生命观念。

1.细胞呼吸的能量转换过程

有机物中稳定的化学能转变为热能和ATP中不稳定的化学能

2.光合作用的能量转换过程

光能转变为ATP中不稳定的化学能再转变为有机物中稳定的化学能。

3.挖掘教材：细胞质基因

线粒体和叶绿体是半自主性细胞器，都有DNA，并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成。线粒体和叶绿体中的基因称作细胞质基因。

联想：线粒体、叶绿体除了进行有氧呼吸和光合作用外还有什么功能？

线粒体和叶绿体中的DNA，都能够进行半自主自我复制，并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成。

线粒体、叶绿体中除了含有氧呼吸和光合作用的酶还可能含有哪些酶？

解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶、蛋白质合成有关的酶和ATP水解酶

光反应产生的ATP只用于暗反应吗？

光反应产生的ATP除了用于暗反应外，还可用于叶绿体DNA复制、蛋白质的合成。（2016年江苏高考已考）。

叶绿体能利用外源ATP吗？

能利用外源ATP进行合成代谢。一些证据表明，从细胞质基质中吸收ATP可以补充叶绿体的合成代谢，至少在某些条件下或者某些类型的叶绿体中是这样的，当光合作用不能为其合成代谢提供足量的ATP时，叶绿体就需要吸收ATP。叶绿体的ATP/ADP转运体负责将线粒体产生的ATP从细胞质基质转运到叶绿体中。

没有光照叶绿体能利用外源ATP进行光合作用吗？不能。光合作用不但需要光反应提供的ATP，还需要其提供的NADPH。

4.细胞中的ATP数量很少，为什么细胞的生命活动能顺利进行？

ATP与ADP相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡中。

5.能量与酶

酶能降低活化能，并且比无机催化剂降低的活化能更多，所以催化效率更高，但酶不能为化学反应提供能量。

6.能量与跨膜运输

主动运输需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。

主动运输（ATP直接供能，ATP间接供能，光能驱动）和胞吞、胞吐需要ATP。

7.细胞骨架系统与能量转换

真核细胞中有维持细胞形态、保持细胞内部结构有序性的细胞骨架。细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构，与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转换、信息传递等生命活动密切相关。

8.细胞的生物膜系统与能量转换

生物膜系统在细胞的生命活动中作用极为重要。首先，细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转换和信息传递的过程中起着决定性作用。

9.遗传信息的传递和表达过程中是否需要能量？

DNA复制;转录;翻译均需ATP（但基因表达过程所需能量都来自ATP嗎？并非全部来自ATP）

10.线粒体是细胞内的动力车间，它的哪些生命活动需要ATP？（线粒体主动吸收无机盐离子;DNA复制;转录;翻译均需ATP等）

11.有氧呼吸的调节（生命之稳态无处不在）

当细胞有了足够的ATP后，，有氧呼吸的关键反应都被抑制，从而减缓了ATP的产生。这一由ATP水平来调节生化反应的机制，是反馈抑制的一个实例。反之，当ATP含量降到一定程度，ADP浓度上升时，ADP就激活控制糖分解代谢的某些酶，刺激更多ATP的合成。

细胞内的化学反应有别于体外化学反应：经济高效（既能保证生命活动所需又不浪费能源物质）

人体细胞的细胞呼吸还受到激素的调节（引导建立更加上位和宏观的观念、思想和方法。）

三、体温与稳态

1.骨骼肌战栗产热和非战栗产热有什么不同？

骨骼肌战栗产热是在寒冷环境中，骨骼肌发生节律性收缩产生大量热量受下丘脑支配。非战栗产热是受大脑皮层支配，产生的热量相对少。

2.肾上腺素和甲状腺激素对体温调节的不同？

当人体暴露在寒冷环境中时，肾上腺素分泌增加，人体产热增加;若人体长期处于寒冷环境中，则通过增加甲状腺激素的分泌来提高基础代谢。

参考文献：

[1]苏明学.“生态系统能量流动”的教学分析与设计[J].生物学通报.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.

作者简介：

杨忠（1966.1-），男，任职于四川省渠县中学，中学高级教师，四川省骨干教师、四川省名教师，渠县高中生物名师工作室首席名教师。