普通生物学课后习题答案---第三章生物营养与代谢

第三章生物营养与代谢

一、名词解释

1.营养⒉自养3.异养4.消化5.细胞外消化6.结合酶7.辅酶8.趋近效应9.氧化作用10.乳酸发酵11.氧化磷酸化12.光合磷酸化13.聚光色素14.反应中心色素15.光反应16.暗反应17.初生代谢18.次生代谢19.反射弧20.非条件反射

二、问答题

l .双子叶与单子叶植物气孔器的结构和运动方式有何不同?2.植物的大量元素有那些?N、P、K缺乏时有哪些症状?3.动物的消化机能是如何进化的?

4.酶促反应的特点是什么?

5.酶促反应的作用机理是什么?6.光合原初反应过程和实质是什么?

7.非环式光合磷酸化和循环式光合磷酸化有何区别?8.什么是光反应?什么是暗反应?二者有什么不同?

9.为什么说太阳能是地球上一切生物生存所需要能量的最终来源?10.光合作用与呼吸作用有哪些共同点?

11.Calvin循环和糖酵解有相似之处吗?在哪里?I2.氧化磷酸化的机理是什么?

13.糖酵解发生在细胞内的什么场所?通过糖酵解净合成的ATP数量是多少?为什么少于总的ATP合成数量?

14.为什么说细胞呼吸与汽油的燃烧在本质上是一样的?15.细胞呼吸与动物通过口腔和肺呼吸的差剃是什么?

16.细胞呼吸的3个阶段是什么?其中哪个阶段生成的ATP分了最多?

17.人体在剧烈运动后，乳酸浓度会迅速上升，使肌肉有酸痛的感觉，之后其浓度会慢慢下降。请分析一下其中的生化机理。

18.在食物中，除了多糖之外，蛋白质和脂肪也可以为我们的生命活动提供能量，它们是怎样进行能量提供的?

19.简述动物激素调节的一般特点有那些?20.非条件反射与条件反射有何区别?[参考答案]

一、名词解释

1.营养:生物的生存需要不断从外界摄取各种物质以合成细胞物质、提供能量及在新陈代

谢中起调节作用，这些物质称为营养物质，而有机体吸收和利用营养物质的过程就称为营养。

2.自养:以无机物为碳源，以光能或化学能为能源的营养方式。3。异养:以有机物为碳源，以光能或化学能为能源的营养方式。

4.消化:动物把摄入的食物经过机械作用和化学作用，以形成易于被吸收的简单化合物的

过程称为消化。

5。细胞外消化:对多细胞生物来说，食物的消化过程是在细胞外的消化腔或消化管内进行

的，叫细胞外消化。

6.结合酶:酶的催化活性，除蛋白质部分外，还需要非蛋白质的物质，两者结合成的复合物称作全酶,这样的酶叫结合酶

7．辅酶:与酶蛋白结合疏松，易与酶蛋白分开的有机分子，叫辅酶。辅酶可以用透析或超滤

方法除去，如 NAD（辅酶I)，NADP(辅酶Ⅱ )。

8.趋近效应。“酶—底物复合物""使底物与底物、酶的催化基团与底物，结合于同一分子，

使有效浓度得以极大地升高，从而使反应速度大大增加，这种效应称为趋近效应。9.氧化作用:生活细胞内的有机物，在酶的参与下，逐步氧化分解并释放能量的过程，亦称为呼吸作用、生物氧化或细胞呼吸。

10.乳酸发酵:氧供应不足的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸无法氧化脱羧，因而不能进入柠檬酸循环，而产生乳酸的代谢过程。

11.氧化磷酸化:线粒体中的电子传递链（呼吸链）在电子传递过程中，把无机磷和ADP

转化成ATP，并形成高能磷酸键的过程,称为氧化磷酸化。

12.光合磷酸化:叶绿体在光照条件下,经光合链的电子传递把无机磷和ADP转化成ATP,

形成高能磷酸键的过程。

13.聚光色素:由全部的叶绿素b、大部分叶绿素a、胡萝卜素和叶黄素组成，具有吸收聚

集光能的作用，而无光化学活性。又称为天线色素。

14.反应中心色素:是一类特殊的叶绿素a分子，一种为P700(在700nm波长处有一吸收高峰)，一种为P680《在680nm 波长处有一吸收高峰)。

15.光反应:由于光合原初反应和光合磷酸化是在叶绿体的类囊体上进行的，是直接把光能转化为化学能的光化学过程，因此称为光反应.

16.暗反应:是指植物利用光反应中形成的ATP和NADPH等同化力，将CO,固定并还原

为碳水化合物的过程。由于这个过程是在叶绿体的基质中进行的,并且不需要光照条件，所以叫暗反应。

17.初生代谢:是指碳水化合物、脂肪、蛋白质，核酸等生命物质的新陈代谢，是所有生物

都具备的基本代谢途径。

18．次生代谢:在特定条件下，以一些初生代谢产物〈如乙酰CoA、氨基酸、莽草酸等〉作为原料或前体，再进一步经历不同的代谢过程，产生一些通常对植物生长发育无明显作用的化合物，如生物碱、黄酮、蘑类等化合物。合成这些天然产物的过程就是次生代谢。19.反射弧:哺乳动物的行为都是通过①感受器→②传入神经/感觉神经→③反射中枢→

④传出神经/运动神经→⑤效应器""这样的顺序引起的,这样的解剖学通路,或者说机能单位就称为反射弧。

20。非条件反射:是指人生来就有的先天性反射。是一种比较低级的神经活动，由大脑皮层以下的神经中枢（如脑干、脊髓〉参与即可完成。膝跳反射、眨眼反射、缩手反射、婴儿的吮乳、排尿反射等都是非条件反射。

二、问答题

1.答:(1）双子叶植物保卫细胞细胞壁的结构特点:①面向气孔口一侧的细胞壁加厚，而背向气孔口一侧的细胞壁较薄:②细胞壁上有许多从气孔口一侧向外，呈辐射状的微纤丝。保卫细胞吸水膨胀时，由于细胞壁外侧较薄，细胞向外侧膨胀，同时带动微纤丝向外运动，微纤丝拉动内侧细胞壁向外运动，使气孔张开。保卫细胞失水时，气孔关闭。

(2〉单子叶植物哑呤形保卫细胞的细胞壁结构与双子叶植物的不同之处在于:①细胞纵轴的中央部分细胞壁很厚，两端壁较薄:②细胞壁纵向排列有微纤丝。

细胞吸水时，两端薄壁部分膨胀，但由于纵向微纤丝的拉动，只能横向膨胀，使保卫细胞中央部分出现空阳，气孔张开。细胞失水时，膨压消失，两端薄壁部分体积变小，气孔关闭。

⒉答:植物大量元素有:碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、硫(S)、钾(K)、镁(Mg)-钙(Ca)等。

(1)氮(N）是蛋白质、核酸、磷脂、叶绿素、植物激素、维生素等组成元素。缺素症状:植株矮小:叶小色淡:花少:籽粒不饱满。老叶症状明显。

(2）磷(P）是磷脂、核酸、辅酶Ⅱ、ATP的重要成分。缺素症状:细胞分裂减慢;植株矮小;叶色暗绿/呈红色:花果少并延迟发育。老叶症状明显。

(3)钾(K)是60多种酶的活化剂，调节渗透压和气孔开闭，促进有机物的合成和积累。缺素症状:叶具黄褐色斑点，叶缘和叶尖枯焦坏死;叶片卷曲皱缩;茎弱易倒伏。老叶症状明显。

3.答:在动物的不同进化阶段，消化过程的进行也不相同。构造简单的动物，如单细胞动物,借助胞吞或胞饮作用在周围环境中获取食物,在细胞内靠酶的作用把食物颗粒分解为简单的化合物，这称为细胞内消化。高等动物和人也有部分细胞保留着细胞内消化的能力，如白细胞的吞噬作用。

随着动物从单细胞向多细胞的进化，细胞内消化也随之为细胞外消化所代替。所有脊椎动物和许多无脊椎动物的消化是在细胞外进行的,即在一个特殊的管道(消化道)内进行。这是与动物摄食大颗粒食物协同进化的结果。大颗粒食物在细胞外的消化道内被粉碎、消化和分解以便进入血液和淋巴管，最后被全身的细胞所吸收。

4.答:酶与一般催化剂共性是:用量少、反应中不消耗;可改变反应速度，而不改变平衡点;降低反应活化能,使反应物仅需较少能量就可以进入活化状态。但酶又有其自身的独特之处t(1〉易失活，酶促反应要求一定的 pH、温度等温和的条件，强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线、剧烈震荡等任何使蛋白质变性的理化因素都可使酶变性而失去其催化活性。(2）高效性，酶的催化效率比无催化剂的自发反应速度高108~102倍，比一般催化剂的催化效率高10'～101倍。这种高度加速的酶促反应机制，主要是因为大幅度降低了反应的活化能。(3)专一性，酶对其所催化的底物和催化的反应具有较严格的选择性，通常一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应，常将这种选择性称为酶的特异性或专一性。5.答:(1)酶能与底物形成中间复合物。酶催化底物反应时，首先是酶的活性中心与底物结合生成""酶―底物复合物”，此复合物再进行分解而释放出酶，同时生成一种或数种产物。酶一底物复合物的形成,改变了原来反应的途径,大幅度降低了反应活化能,从而使反应加速。

(2）趋近效应和定向效应。酶与底物形成复合物后，使底物与底物、酶的催化基团与底物，结合于同一分子，使有效浓度得以极大地升高，从而使反应速度大大增加，这种效应称为趋近效应。趋近效应使酶活性中心处的底物浓度急剧增高，从而增加底物分子的有效碰撞。酶还能使靠近活性中心处的底物分子的反应基团与酶的催化基团取得正确定向，这就是定向作用。定向作用提高了酶与底物反应的适宜时机，从而降低了反应活化能，加快了反应速度。

(3 )“变形”与“"契合”"。酶与底物接触后，酶在底物的诱导下其空间构象发生变化:另一方面底物也因某些敏感键受力而发生“变形""。酶构象的改变与底物的变形，使两者彼此互补“契合”，导致底物分子内部产生张力，受牵拉力影响底物化学键易断裂，容易反应。

(4〉酸碱催化作用。酶的活性中心具有某些氨基酸残基的侧链，这些侧链有许多是酸碱功能基团（如氨基、羧基等)，它们在体液条件下，往往是良好的质子供体或受体，极有利于进行酸碱催化作用，从而提高酗的催化效能。

(5)共价催化作用。某些酶能与底物形成极不稳定的、共价结合的酶—―底物复合物,这些复合物极易变成过渡态，从而降低反应的活化能，加快化学反应速度。

6.答:原初反应发生于光合作用最初始阶段，是指光合色素分子对光能的吸收、传递与转换过程，是直接与光能利用紧密相关的光化学反应。光化学反应实质上是由光引起的反应中心色素分子与原初电子受体和次级供体之间的氧化还原反应。天线色素分子将光能吸收和传递到反应中心后，使反应中心色素分子激发而成为激发态，释放电子给原初电子受体，反应中

心色素分子失去的电子可由次级电子供体来补充，于是反应中心色素分子恢复原态，而次级电子供体氧化。这样不断地氧化还原，就把电子持续地送给原初电子受体，完成光能转变为电能的过程

7.答:(1）非环式光合磷酸化由PSI和 PSII联合参与，电子传递的最终受体是NADP*，电子不回到起点，产物为ATP和NADPH，同时发生HO的裂解和O的释放。

(2〉循环式光合磷酸化由PSI独立完成，电子经传递后又回到起点，产物只有ATP,也不发生HO的裂解和O的释放。

8.答:光反应:叶绿素吸收光能，被激发出自由电子，光能转换为电能，并进一步通过电子传递链发生生物化学反应,将电能转换为贮存在ATP和NADPH中的化学能。电子传递链:PSII中氧化态的P680吸收水光解时放出的电子，传递给PSI中氧化态的P700，再传递给电子受体NADP'，生成NADPH。

暗反应:是一种不断消耗ATP和NADPH.固定CO,,并将它还原成葡萄糖的循环反应，通过卡尔文( Calvin)循环完成。

二者的不同点有:(1)发生场所不同:光反应基本上在类囊体的内部和膜上进行，即在基粒中进行;而暗反应则是在叶绿体基质中反应。(2）发生反应的条件不同:光反应必须在光照条件下进行，而暗反应有光无光都能发生;同时二者要求的反应物也是不同的。(3）能量转换也不同，光反应将光能转变为化学能，暗反应将化学能稳定化〈转化到葡萄糖中)。(4)二者的产物不同，光反应释放氧气并为暗反应提供反应物，暗反应合成葡萄糖供植物利用。

9.答t首先，在地球上，绿色植物和光合细菌等光合自养生物是地球上生物圈的生产者，其他绝大多数生物只能利用贮存在有机化合物中的由光能转变成的化学能,而几乎全部的这些化学能都是由绿色植物通过光合作用，吸收太阳能转化而来的。生产者本身的生命活动所需要的能量也来源于它们自己的光合作用,即使是人类利用的矿物燃料的能量也是来源于远古时代植物光合作用固定的太阳光能。

其次，虽然有些生物不是利用光能获得能量，例如硝化细菌，但它们利用的无机物等原料基本也是在有太阳能的情况下由简单元素转变而来的，其最终能源仍是太阳能。

因此说太阳能是地球上一切生物生存所需能量的最终来源。

10。答:(1）光合作用和呼吸作用都涉及物质转化和能量转换这两个方面。(2)二者都要依靠大量膜系统以及膜上的相关酶。

(3）在两种生命活动中都产生了NADPH和ATP，且两者的形成机理是基本一致的。NADPH的生成都是通过电子的传递使它的能量逐步降低，用来还原NADP'，从而把电能转换为贮存在NADPH中的化学能。ATP的形成也是通过利用电子的传递中释放的能量把H转运到膜内部，形成H梯度，再通过H'从膜内到膜外的渗透促使ATP聚合酶生成ATP。11．答:都发生在非膜区域，都存在3-磷酸甘油酸(PGA）和 PGAL间的平衡，并以此作为决定反应速率的关键步骤。

12.答:在细胞进行氧化作用时，线粒体中的电子传递链（呼吸链〉在电子传递过程中，把无机磷和ADP转化成ATP，并形成高能磷酸键，这一过程称为氧化磷酸化。呼吸链上电子传递的结果，使线粒体内膜内侧（基质侧〉的H转移到内外膜间隙，H在质子动力势的作用下具有从内膜外侧返回内侧趋势。但由于内膜除ATP合成酶外，其他部分对H是不能透过的。故H只能通过ATP合成酶返回内膜内侧，由质子梯度和电位梯度生成的能量就会促成ATP的形成，即当2个质子穿过内膜上的ATP酶，再回到内膜内侧时，就由ADP和无机磷酸形成1分子ATP。

13，答:糖酵解发生在细胞线粒体外的细胞质中。1分子葡萄糖通过糖酵解净产生2分子ATP。对于Ⅰ分子的葡萄糖，糖酵解的后期可以产生4分子ATP，但在起始阶段还要消耗2分子ATP来启动整个葡萄糖的代谢过程,故而净产生的ATP分子数少于总的ATP合成数量。14.答。细胞呼吸和汽油燃烧过程本质上都是通过有机物的氧化反应来获得能量的过程。所不同的是汽油的燃烧过程是剧烈的氧化反应——燃烧,而细胞呼吸则是在多种酶的作用下进行的一种较为温和的氧化反应。汽油的燃烧，将蕴藏在有机物中的化学能转化为机械能和热能，其中机械能部分用于推动机械使之运转。与其相似的，细胞呼吸过程中，有机物的化学能转化为蕴藏在高能磷酸键中的化学能和热能，蕴藏的化学能可用于人体生命活动之用。虽然二者的本质是相同的，但比较一下二者的效率:最好的汽车发动机的效率并不超过30%,而细胞呼吸的能量利用率则高达40~50%，我们发现细胞呼吸的效率高得多。

15.答:首先，二者进行的场所不同，细胞呼吸发生在细胞体内，而通常意义的呼吸是通过口腔和肺部等呼吸系统器官完成的。其次，二者的机制和作用也不同，细胞呼吸是一系列的氧化还原反应的生物过程，是一个物质能量的转化转变过程，可以捕获能量并为生命体的构建提供原料。而动物通过口腔的呼吸是Oz的吸入CO,的排出，是通过CO,和O在肺泡和肺部毛细血管中的浓度梯度的扩散作用完成的，这种宏观的呼吸是为细胞呼吸服务的，本身不能直接获得能量。O。由口腔吸入，经肺部被输送到血液中运至全身各处为细胞呼吸提供必要的氧分子;而细胞呼吸释放出的CO,又随血液输送回肺部，由口腔呼出。可见，细胞呼吸与口腔、肺的呼吸有着本质的不同但又是密不可分的。

16.答:第一个阶段是糖酵解阶段，发生在线粒体外的细胞质中;第二个阶段称为卡尔文(Krebs）循环，发生在线粒体中;糖酵解和卡尔文循环最终是为细胞呼吸的第三个阶段，即电子传递链（呼吸链)的进一步氧化还原反应提供电了，高能电子传递到氧，逐步释放的能量和第三个阶段中最多的ATP。

17、答。剧烈运动时，肌肉进行无氧呼吸，酵解速度加快导致大量乳酸生成;剧烈运动后生成的乳酸再经丙酮酸转化为葡萄糖，此过程耗能并且需要其他物质的参与，所以比较慢。18．答:蛋白质和脂肪消化水解后的氨基酸和脂肪酸都可以经过氧化分解为细胞提供能量，它们的氧化都是先转化为某种中间产物，然后进入糖酵解和卡尔文循环，产生能量。

19.答:(1）调节蛋白质、糖和脂肪等物质的代谢〔如胰岛素)。

(2）调节细胞外液的量和组成成分。

(3）调节机体的生长发育和生殖机能〈如性别、第二性征)。

(4〉配合神经系统对有害刺激和环境变化产生抵抗和适应能力（突遇狼)。

(5〉具有特异性。只作用于能够识别该激素的细胞，这种细胞称为靶细胞。靶细胞的表面或细胞内有能与激素信息进行特异性结合的受体。

(6〉激素在体内不断形成和被灭活/排出体外，血液中的激素浓度处于动态平衡之中。(7〉具有协同性。机体功能的调节并不取决于单一的激素，各种激素的作用往往是互相联系和互相影响的《如血糖调节)。

20。答:(1〉非条件反射是先天具有的反射;条件反射是后天建立的。

(2)非条件反射中枢在皮层下:条件反射中枢在大脑皮层。

(3）非条件反射固定不变;条件反射可建立、可改变、可消失。(4）条件反射必须在非条件反射的基础上建立。