| Big Idea | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
Big Idea 2 — Energetics | 3.1.A |
|
细胞能量学
AP 生物 · 第 3 主题
3.1
酶
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个酶(enzyme)是一个蛋白质催化剂(catalyst),通过降低反应的活化能(activation energy)加速反应,而不被消耗。每个酶有一个活性位点(active site),结合一个特定的底物(substrate)("锁和钥匙"或诱导契合),所以酶是高度特异的。它们不改变一个反应是否有利——只改变它进行得多快。


Raise substrate and watch the rate saturate
An enzyme speeds a reaction by lowering activation energy. As substrate rises the rate climbs, then levels off once every active site is busy (saturation).
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| enzyme | 酶 | méi |
| catalyst | 催化剂 | cuī huà jì |
| activation energy | 活化能 | huó huà néng |
| active site | 活性位点 | huó xìng wèi diǎn |
| substrate | 底物 | dǐ wù |
3.2
环境对酶功能的影响
大纲
| Big Idea | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
Big Idea 2 — Energetics | 3.2.A |
|
3.2.B |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
酶的活性取决于条件。每个酶有一个最适温度和 pH;超过它,蛋白质变性(denatures)(失去形状)并停止工作。底物浓度提高速率直到酶饱和。抑制剂(inhibitors)减慢酶——竞争性的堵塞活性位点,非竞争性的结合到别处并改变形状。


Change temperature and watch enzyme activity
Each enzyme has an optimum temperature and pH. Too cold is slow; too hot denatures the enzyme so its active site loses shape and activity crashes.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| denatures | 变性 | biàn xìng |
| Inhibitors | 抑制剂 | yì zhì jì |
3.3
细胞能量
大纲
| Big Idea | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
Big Idea 2 — Energetics | 3.3.A |
|
3.3.B |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
ATP(三磷酸腺苷)是细胞的能量货币。能量储存在它的磷酸键里;断掉一个磷酸(ATP → ADP)释放能量来驱动细胞工作,而重新附上一个储存能量。细胞不断回收 ATP,把释放能量的反应与需要能量的反应耦合。

3.4
光合作用
大纲
| Big Idea | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
Big Idea 2 — Energetics | 3.4.A |
|
3.4.B |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
光合作用(photosynthesis)捕获光能以从 $\text{CO}_2$ 和水构建糖,释放 $\text{O}_2$。它有两个阶段:

- 光反应(light reactions)(在类囊体膜里)用光制造 ATP 和 NADPH 并分裂水,释放氧。
- 卡尔文循环(Calvin cycle)(在基质里)用那些 ATP 和 NADPH 把 $\text{CO}_2$ 固定成糖。
所以光能变成储存在葡萄糖里的化学能。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Photosynthesis | 光合作用 | guāng hé zuò yòng |
| Calvin cycle | 卡尔文循环 | kǎ ěr wén xún huán |
3.5
细胞呼吸
大纲
| Big Idea | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
Big Idea 2 — Energetics | 3.5.A |
|
3.5.B |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
细胞呼吸(cellular respiration)释放葡萄糖里的能量来制造 ATP,大多使用氧。它的阶段:

- 糖酵解(glycolysis)(在细胞质里)分裂葡萄糖,制造少量 ATP。
- 克雷布斯循环(Krebs cycle)(线粒体基质)释放 $\text{CO}_2$ 并装载电子载体。
- 电子传递链(electron transport chain)(内膜)用那些电子泵送质子并制造大部分 ATP,以氧作为最终电子受体。
没有氧,细胞用发酵(fermentation)来保持糖酵解运行,制造远少的 ATP。光合作用和呼吸是互补的——一个的产物是另一个的反应物。
Worked example. 一分子葡萄糖的有氧呼吸大约净得糖酵解的 2 ATP、克雷布斯循环的 2 ATP,和氧化磷酸化的约 28 ATP,共 $\approx$ 32 ATP。没有氧时只有糖酵解运行,所以发酵每分子葡萄糖只净得 2 ATP——大约少 16 倍的能量,这就是为什么有氧途径在富氧细胞中占主导。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Cellular respiration | 细胞呼吸 | xì bāo hū xī |
| Glycolysis | 糖酵解 | táng jiào jiě |
| Krebs cycle | 克雷布斯循环 | kè léi bù sī xún huán |
| electron transport chain | 电子传递链 | diàn zi chuán dì liàn |
| fermentation | 发酵 | fā jiào |
3.5
考试技巧
- 一个酶降低活化能并不被消耗;它的活性位点对一个底物是特异的(锁和钥匙)。
- 速率只随温度上升到最适值——超过它酶变性而速率下降(不像一个普通的反应)。
- 知道 ATP↔ADP 循环:断掉一个磷酸释放能量来驱动细胞。
- 写总方程:光合作用储存能量(构建葡萄糖);呼吸释放它(分解葡萄糖)——它们是相反的。
- 把每个阶段匹配到它的位置以及它是否需要氧。
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