高中生物竞赛辅导:专题(3)《细胞代谢的基础》专题讲析及答案
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高中生物竞赛辅导:专题(3)《细胞代谢的基础》专题讲析及答案
专题三:细胞代谢的基础
[竞赛要求]
1.细胞代谢与能量
2.ATP(三磷酸腺苷)结构和功能
2.酶的功能
3.细胞膜:理化性质、分子结构与物质运输等
[知识梳理]
一、细胞代谢与能量
1.细胞代谢与能量
生物的新陈代谢,或称代谢,是生物体内所进行的全部物质和能量变化的总称,它是最基本的生命活动过程。生活的细胞通过代谢活动,不断从环境中取得各种必需的物质,来维持自身高度复杂的有序结构,并保证细胞生长、发育和分裂等活动的正常进行。
细胞中能的转换类型是多种多样的。由于细胞成分中的蛋白质、核酸等分子相当脆弱,遇到高温就要变性失活,所以细胞内不能利用热能来做功。在细胞和生物体的能量转换中起重要作用的是化学能。三磷酸腺苷(ATP)常常充当各种类型的能量相互转换的媒介物。许多放能反应总是和ATP的合成相耦联,将放出的能贮存在ATP中;许多需能反应总是和ATP分解相耦联,从ATP中获得自由能(在压力和温度都恒定的条件下能够做功的能称为自由能)。
2.三磷酸腺苷(ATP)
(1) ATP的结构特性
三磷酸腺苷(ATP)也叫做腺苷三磷酸、是高能磷酸化合物的典型代表。ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起,依次分别称为 α、β、γ磷酸基团。ATP的结构式是:
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ATP分子中的γ磷酸基团水解时(有关酶的催化下),能释放30.5 kJ/mol的能量。ATP分子既可以水解一个磷酸基团(γ磷酸基团),而形成二磷酸腺苷(ADP)和磷酸(Pi);也可以同时水解两个磷酸基团(β磷酸基团和γ磷酸基团),而形成一磷酸腺苷(AMP)和焦磷酸(PPi)。后一种水解方式在某些生物合成中具有特殊意义。AMP可以在腺苷酸激酶的作用下,由ATP提供一个磷酸基团而形成ADP,ADP又可以迅速地接受另外的磷酸基团而形成ATP。
(2) ATP系统的动态平衡
ATP是活细胞内一种特殊的能量载体,在细胞核、线粒体、叶绿体以及细胞质基质中广泛存在着,但是ATP在细胞内的含量是很少的。ATP与ADP在细胞内的相互转化却是十分迅速的。在活细胞中,ATP末端磷酸基团的周转是极其迅速的,其消耗与再生的速度是相对平衡的,ATP的含量因而维持在一个相对稳定的、动态平衡的水平。这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。
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