1、備課資料 一、在生物體能量代謝中鐵的載體作用 生物體內的能量代謝主要是通過氧完成的。氧的生物功能包括通過氧化有機營養物質向細胞內提供能量，參與某些氧化性代謝和生物合成等，其基本反應相當于有機物的完全氧化： C，H+O2,CO2+H2O C，H被氧化成CO2和H2O ，這一反應實質上是光合作用的逆向反應。從反應的起點和終點看，它無機生物的燃燒相同，但生物體內的能量和物質代謝有其本身的特點： (1)生物體以自由能形式釋放和貯存能量； (2)生物體內進行的物質及能量轉化需恒溫(37左右)，近中性的水溶液中完成； (3)生物體內的物質與能量轉化是多種多樣的，每個細胞都能產生、貯存和利用自由能，以保證定

2、時、定點、定量地提供能量和對物質加工。 (4)有機物氧化反應的最終產物CO2最終由肺呼出。 可以把能量代謝中氧的利用表示如下： 每一環節的完成都有一種或幾種生物物質作為其物質基礎。它包括運氧載體并運送CO2經肺呼出的血紅蛋白(Hb)，它存在于紅細胞內；也包括在組織中負責從Hb中獲得氧并貯存起來的肌紅蛋白(Mb)以及定位于線粒體內膜的呼吸鏈中電子傳遞系統，使有機代謝物最終氧化生成CO2和H2O。這里，Hb、Mb和電子傳遞系統中的細胞色素(Cyt)都是血紅素蛋白，即都是以鐵的卟啉絡合物為輔基的蛋白質。 鐵是人體的必需微量元素，其含量占人體約4.5 g，分布于人體各部，幾乎所有組織都有，其中以肝脾中

3、含量最高。鐵在體內的存在形式可分兩大類：血紅素類和非血紅素類。非血紅素類主要有運鐵蛋白、乳鐵蛋白、鐵蛋白、含鐵血黃素及一些酶類。而血紅蛋白、肌紅蛋白及細胞色素即為血紅素類，參與體內物質及能量的代謝的載體作用。 1含鐵氧載體 Hb和Mb的運氧和貯氧功能都是依靠血紅素中的Fe+3與O2的配位結合： Hb Fe2+ O2HbFe2+ O2 Mb Fe2+ O2Mb Fe2+ O2 所以都屬于載氧體。它們的作用是：Hb能在肺泡中盡量結合較多的、本來難溶于水的氧，在需氧組織中把氧轉給Mb，并在這里使CO2溶解在血液中，即要求下列氧轉移反應在氧分壓較低的組織中進行： Hb·O2+MbMb

4、3;O2+Hb 在氧分壓高些的肺泡處，Hb能較快較多地結合O2，而在氧分壓低些的組織中，它又能把O2轉給含氧的能力比它強的Mb，這一性質是由它們的分子結構決定的。 Hb含鐵O.34，每個紅細胞含2.8億個Hb分子，每個Hb分子由4個亞單位組成，每個亞單位以鐵原子為核心，與很多C、H、O、N結合成亞鐵血紅素，再與肽鏈結合。每個鐵原子和一個分子氧結合。可見，Hb的運氧效率是很高的。 Mb和Hb一樣，它存在于肌肉中，每個肌紅蛋白分子為單一的肽鏈，并含有一個亞鐵血紅素成為肌肉中的“氧庫”。 2含鐵遞電子體 有機物在生物體內氧化分解的產物是CO2、H2O和能量。 C6H12O6+6O26 CO2+6H2

5、O+能量(17.1 kJ·g-1)，這種氧化是與呼吸過程結合進行的。其釋能過程是由線粒體內膜上的一套酶系統催化而成的，此酶構成了鏈狀反應，稱之為呼吸鏈。有機營養物質消化、吸收進入細胞內的線粒體，脫氫，經呼吸鏈的逐步傳遞，最后交給氧使其變成水，與此同時產生能量供機體利用。 呼吸鏈的傳遞過程是： 呼吸鏈組成的前三種復合物中都含有鐵硫蛋白(FeS)，FeS是一種重要的電子傳遞體，這類蛋白的特征是含有非血紅素鐵和對酸不穩定的硫，稱它為非血紅素鐵蛋白。在氧化態時鐵硫蛋白中的鐵原子都是三價的；當鐵硫蛋白被還原時，其中一個鐵原子被還原成二價鐵，由此起傳遞電子的作用。 呼吸鏈中細胞色素的組成及電子傳

6、遞順序為bc1caa3，它們都是以血紅素為中心的含鐵蛋白，其分子內鐵卟啉中的鐵能夠進行可逆的氧化還原反應，Fe3+接受電子還原成Fe2+，然后再將電子傳遞給另一個Cyt，最后再由Cytaa3將電子傳遞給O2，使氧活化成氧離子(O2)，再與介質中的2H+結合成水。Cyt傳遞電子的過程如下：由此看來，鐵是重要的氧載體和電子傳遞體，影響著生物體的物質代謝和能量代謝。二、呼吸、呼吸作用與發酵1呼吸呼吸是指生物與外界環境進行氣體交換的全過程。主要為吸入氧氣和排出二氧化碳的過程。人和高等動物呼吸的全過程包括外呼吸、氣體在血液中運輸、內呼吸三個相互聯系的環節。外呼吸包括肺的通氣和肺泡內的氣體交換，即是指血液

7、與外界空氣在肺部進行的氣體交換過程。氣體在血液中的運輸是通過血液循環運輸O2和CO2的過程。內呼吸是指組織細胞之間的氣體交換過程。低等動物的呼吸方式與其生活環境和自身相應的呼吸結構相適應。如：蝗蟲用氣管呼吸，河蚌用鰓呼吸，蚯蚓用皮膚呼吸，草履蟲用表膜（細胞膜）呼吸。植物是以葉片等部位的氣孔和莖的皮孔及表皮等從外界空氣中吸入O2，排出CO2，本質上同動物一樣與外界環境進行著氣體交換。微生物（需氧型和兼性厭氧型）則是直接通過體表吸入O2，排出CO2，完成氣體交換。2呼吸作用呼吸作用是指生物體內的有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，最終生成CO2或其他產物，并且釋放出能量的總過程。呼吸作用嚴格屬于新

8、陳代謝的范籌，不論何種生物均在細胞內進行，因此，又稱之為脫氧化、細胞呼吸等。根據生物對氧氣的需求不同，呼吸作用又分為有氧呼吸和無氧呼吸兩種類型。人、動物、植物主要是以有氧呼吸的方式獲取生命活動所需能量的，好氧性微生物和兼性厭氧微生物也均能以有氧呼吸方式獲取能量。人、動物、植物、微生物在特定條件下，均能進行無氧呼吸，只是條件不同，產物不同。如：高等植物水淹、種子萌發初期、蘋果貯藏過久等情況下，均進行無氧呼吸，產生酒精和二氧化碳，獲得能量；高等植物的某些器官（馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、胡蘿卜的葉、玉米的胚）和人處于某特定環境（劇烈運動、剛進入高原等）都能進行無氧呼吸，但產物是乳酸，并獲得能量；某些寄生

9、蟲（蛔蟲、絳蟲、血吸蟲等）也進行無氧呼吸（只能無氧呼吸）產生二氧化碳和其他有機物。3發酵發酵是指通過微生物的培養，大量生產各種代謝產物的過程。發酵的種類很多，根據培養的物理狀態分為固體發酵和液體發酵；根據生成的產物不同分為抗生素發酵、維生素發酵和氨基酸發酵等；根據對氧的需求與否分為厭氧發酵和需氧發酵。醋酸桿菌發酵可以造醋（需氧）；乳酸菌發酵可以制泡菜、酸菜、青飼料（厭氧）；酵母菌發酵可以釀酒（先需氧增加菌數，再厭氧增產酒精）。三、范例析與解例1新鮮蔬菜放在冰箱的冷藏室中，能適當延長保鮮時間的生理原因是( )A.呼吸作用減弱 B.呼吸作用加強C.光合作用減弱 D.促進了物質分解分析：新鮮蔬菜的細

10、胞是活細胞，活細胞內不斷地進行著呼吸作用，當然也就在不斷地消耗有機物（削弱著營養價值），而呼吸作用又是在酶的作用下進行的，溫度能影響呼吸酶的催化效率，故溫度降低時可抑制呼吸酶的活性，適當延長蔬菜的保鮮時間。答案：A例2假如宇宙空間站內的綠色植物積累了120mol的O2，這些O2可供宇航員氧化分解多少mol的葡萄糖？分解葡萄糖所釋放的能量大約有多少kJ轉移給了ATP （）A.120和23220 B.20和2870 C.60和69660 D.20和23220酶分析：這是一道涉及光合作用、呼吸作用和能量轉移以及相關化學知識的綜合題。根據有氧呼吸的總反應式“C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+

11、12H2O+能量”可知，氧化分解1 mol葡萄糖消耗6 mol O2，則120 mol O2可分解葡萄糖為：120÷6=20(mol)；又因為1 mol葡萄糖徹底氧化分解后釋放的能量是2870 kJ，其中只有1161 kJ轉移給了ATP，則20 mol葡萄糖徹底氧化可轉移給ATP的能量為1161×20=23220(kJ)。答案：D例3在貯藏水果時需充加CO2或N2或抽取空氣，其目的是( )A.促進有氧呼吸 B.促進無氧呼吸C.抑制有氧呼吸 D.抑制無氧呼吸分析：本題是考查有氧呼吸的條件的。有氧呼吸需要氧氣，貯藏水果時，充加CO2或N2或抽取空氣，其目的都是使氧氣減少，抑制呼

12、吸作用，使代謝緩慢，營養物質消耗減少，延長貯存的時間。答案：C例4運動員在進行不同項目運動時，機體供能方式不同。對三種運動項目的機體需氧量、實際攝入氧量和血液中的乳酸增加量進行測定，結果如下：運動項目總需O2量（升）實攝O2量（升）血中乳酸增加量馬拉松跑600589略有增加400米跑162顯著增加100米跑80未見增加根據以上資料分析馬拉松跑、400米跑、100米跑運動時機體的主要供能方式分別是( )A.有氧呼吸、無氧呼吸、磷酸肌酸分解B.無氧呼吸、有氧呼吸、磷酸肌酸分解C.有氧呼吸、無氧呼吸、無氧呼吸D.有氧呼吸、磷酸肌酸分解、無氧呼吸分析：運動員的運動是肌肉收縮的結果。肌肉收縮的直接能源物

13、質是ATP，正常情況下肌細胞的ATP含量并不高，只能維持23秒的快速短跑，因此，需要通過呼吸作用分解有機物釋放能量、并轉移到ATP中，還可以通過貯存在細胞內的高能化合物磷酸肌酸釋放能量，合成ATP。依表中數據：馬拉松長跑過程中，機體實攝O2 589 L，接近總需O2量（600 L），乳酸含量略有增加，說明此過程機體供能方式主要是有氧呼吸，其次是無氧呼吸。在400米中長跑過程中，機體實攝O2 2 L，遠小于總需O2量（16 L），乳酸含量增加，說明此過程機體供能方式主要是無氧呼吸。在100米短跑過程中，機體實攝O2為0，說明沒有耗氧，乳酸含量也未見增加，說明此過程機體供能既沒通過有氧呼吸，也沒通

14、過無氧呼吸，故此僅10秒左右的運動過程是磷酸肌酸分解提供能量的。答案：A例5酵母菌在氧充足時，也進行有氧呼吸。但一般來說，乙醇發酵是衡量它的一個標準。酵母菌在含有葡萄糖的培養液里進行培養，做了測定單位時間內吸氧量（氣體體積）和CO2發生量（氣體體積）的實驗。回答跟這個實驗有關的問題，分別從中選出它們的正確答案。（1）在酵母菌只進行有氧呼吸時，比較吸氧量和CO2產生量哪一個大？吸氧量大；CO2發生量大；兩者相等（2）酵母菌同時進行有氧呼吸和乙醇發酵，假如等量的葡萄糖在有氧呼吸和乙醇發酵過程中被消耗掉，這時的吸氧量和CO2產生量之比是多少？12 23 34（3）酵母菌同時進行有氧呼吸和乙醇發酵，根

15、據有氧呼吸和乙醇發酵所產生的CO2量，如果相等，這時吸氧量和CO2產生量之比又是多少？11 12 21（4）根據乙醇發酵消耗了360 mg葡萄糖，可生成多少mol的乙醇？0.004 mol0.03 mol0.25 mol分析：本題屬考試熱點之一。（1）根據有氧呼吸的反應式：C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量，可以判斷兩者相等。（2）在有氧呼吸中吸收6O2，放出6CO2；在乙醇發酵中只放出2CO2，因為酒精發酵的反應式是C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量。所以，O2CO2=68。（3）O2CO2=24。（4）180 g92 g=360 mgx mg，x=18

16、4 mg（生成的酒精量）。因此，1 mol酒精為46 g，0.184/46=0.004 mol。答案：（1） （2） （3） （4）例6植物在有氧呼吸與無氧呼吸過程中，產生同樣數量ATP所消耗糖的摩爾數是( )A.前者比后者約多9倍 B.后者比前者約多9倍C.前者比后者約多19倍 D.后者比前者約多19倍答案：D例7將10 mL酵母液放在適宜溫度下培養，并于不同時間內等量均勻取樣4次，分別測定樣品中酵母菌的數量和pH，結果如下表。請分析回答：樣品酵母菌數量（個/立方毫米）pH112104.828205.4312103.7410005.0（1）表中樣品的取樣先后順序為_。（2）對酵母菌而言，10 mL該培養液的環境負荷量