资源简介 第五章 细胞的能量供应和利用第一节 降低化学反应活化能的酶考点一 酶的本质、作用及其实验验证1.酶的本质及生理功能2.酶化学本质的实验验证3.酶的催化作用的实验验证(2)实验设计:对照组:H2O2溶液在常温下几乎不分解[知识拓展]上述实验中的②和③对比,还能说明酶与无机催化剂相比,具有高效性。4.酶和一般催化剂的比较(1)共性①用量少而催化效率高酶与一般催化剂一样,虽然在细胞中的相对含量很低,却能使一个慢速反应变为快速反应。②反应前后酶的性质和数量均没有变化和一般催化剂一样,酶仅能改变化学反应的速度,并不能改变化学反应的平衡点。酶本身在反应前后不发生变化。③可降低反应的活化能催化剂包括酶在内,能降低化学反应的活化能,如图所示,由于在催化反应中,只需较少的能量就可使反应物进入“活化态”,所以和非催化反应相比,活化分子的数量大大增加,从而加快了反应速度。(2)酶作为生物催化剂的特性①催化效率高,即高效性;②高度的专一性;③酶的作用条件较温和。强酸、强碱、高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比较温和的条件,如常温、常压、接近中性的酸碱度等。1.(2011年广州测试)下列图中,①表示有酶催化的反应曲线,②表示没有酶催化的反应曲线,E表示酶降低的活化能。正确的图解是( )解析:本题考查酶催化作用的实质以及识图能力、分析判断能力。酶催化作用的本质是降低反应的活化能,活化能是分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。酶虽然能降低反应的活化能,但却不会改变反应的平衡点。答案:C考点二 关于酶特性的实验1.酶的催化作用和高效性的验证实验分析(1)实验原理②比较H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe3+等不同条件下气泡产生多少或卫生香燃烧剧烈程度,了解过氧化氢酶的作用和意义。(2)实验设计及现象分析(3)实验过程的变量及对照分析(4)实验结论①酶具有催化作用,同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。②酶具有高效性,同无机催化剂相比,酶的催化效率更高。[知识拓展] (1)点燃卫生香的时间一般为实验(加入试剂)后的2~3 min,这一时间要因气温和试剂的新鲜程度而定,不可千篇一律。(2)本实验成功的关键是实验用的肝脏要新鲜,肝脏必须进行研磨,使过氧化氢酶释放出来。(3)H2O2有腐蚀性,不要使其接触皮肤。(4)卫生香不要插到气泡中,以免卫生香因潮湿而熄灭。2.酶的专一性的实验探究(1)实验原理②用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后,再用斐林试剂鉴定,根据是否有砖红色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用,从而探索酶的专一性。(2)实验操作程序2.如图所示,下列4支试管中都加入3 mL浆糊。另外A、C内分别注入2 mL清水,B、D内分别注入2 mL α 淀粉酶。甲、乙两水槽水温分别为37 ℃、65 ℃。保温5 min后,再向4支试管内分别滴入碘液,最可能不变蓝的是( )解析:试管D中有酶且条件(温度)适宜,可最先将淀粉分解为麦芽糖,加碘液可能不变蓝。答案:D考点三 与酶有关的曲线分析1.表示酶高效性的曲线(1)催化剂可加快化学反应速率,与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。(2)酶只能缩短达到化学平衡所需时间,不改变化学反应的平衡点。(3)酶只能催化已存在的化学反应。2.表示酶专一性的曲线(1)在A反应物中加入酶A,反应速率较未加酶时明显加快,说明酶A催化底物A参加反应。(2)在A反应物中加入酶B,反应速率和未加酶时相同,说明酶B不催化底物A参加反应。3.影响酶活性的曲线(1)甲、乙曲线表明:①在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围,酶的催化作用逐渐减弱。②过酸、过碱、高温都会使酶失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,温度升高可恢复活性。(2)从丙图可以看出:反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。4.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响(1)甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率随底物浓度增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受酶数量和酶活性限制,酶促反应速率不再增加。(2)乙图:在底物充足,其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。[知识拓展] (1)温度和pH是通过影响酶活性而影响酶促反应速率的。(2)底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触而影响酶促反应的速率,并不影响酶的活性。(3)抑制剂、激活剂也会影响酶活性。3.(2011年广州质检)左图表示的是pH对植物和人的淀粉酶活性的影响;右图表示的是3种脱氢酶(A、B、C)的活性受温度影响的情况。下列叙述正确的是( )A.从左图中可以知道pH=6时植物淀粉酶的活性最高B.从右图中无法知道酶C的最适温度C.从左图中可以知道若细胞由酸性变成碱性时,淀粉酶的活性逐渐升高D.从右图中可以知道活性温度范围最广的酶是B解析:温度过高、过酸、过碱都能使酶彻底失活,且这种失活是不可逆转的,从左图可以看出,植物淀粉酶的最适pH在5和6之间,人的淀粉酶的最适pH在7左右。在右图中酶活性温度范围最窄的是酶B。酶C的活性受温度影响的曲线不完整,因此从右图中无法知道酶C的最适温度。答案:B探究影响酶活性的实验生命现象:细胞生活在一定的环境中,体内的酶(如消化酶)也是在一定的环境条件(如pH、温度)下发挥作用。提出问题:环境因素会不会影响酶的活性?作出假设:由于多数酶是蛋白质,具有一定的结构和功能,其结构会因外界温度、pH等的变化而改变,进而影响催化活性。实验方案:使同一种酶分别处于不同的温度或pH条件下,分别催化同一种底物 ,观察其催化活性的变化。实验预期:高温、过酸或过碱都会使酶失活。1.温度对酶活性的影响(1)实验原理②温度影响酶的活性,从而影响淀粉的水解,滴加碘液,根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。(2)实验设计思路(3)实验设计程序(4)实验程序:(5)实验的变量分析[知识拓展]本实验不宜选用过氧化氢酶催化H2O2分解,因为过氧化氢酶催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。2.pH对酶活性的影响(1)实验原理②pH可影响酶活性,从而影响O2的产生量,据O2产生量的多少可判断pH对酶活性的影响。(2)实验程序3.实验结论酶的活性需要适宜的温度和pH,高温、低温以及过酸、过碱都将影响酶的活性。[知识拓展] (1)在探索温度与酶活性实验中,操作2与操作3一定不能颠倒顺序;(2)在探索pH与酶活性实验中,操作2与操作3顺序一定不能颠倒。4.将某种玉米子粒浸种发芽后研磨匀浆、过滤,得到提取液。取6支试管分别加入等量的淀粉溶液后,分为3组并分别调整到不同温度,如下图所示,然后在每支试管中加入少许等量的玉米子粒提取液,保持各组温度30分钟后,继续进行实验(提取液中还原性物质忽略不计):(1)若向A、C、E 3支试管中分别加入适量的班氏试剂或斐林试剂,沸水浴一段时间,观察该3支试管,其中液体颜色呈砖红色的试管是______;砖红色较深的试管是______,颜色较深的原因是______________________;不变色的试管是________;不变色的原因是__________。(2)若向B、D、F 3支试管中分别加入等量的碘液,观察3支试管,发现液体的颜色都是蓝色,产生该颜色的原因是____。(3)以上实验的三种处理温度不一定是玉米子粒提取液促使淀粉分解的最适温度,你怎样设计实验才能确定最适温度?(只要求写出设计思路) _______________。解析:发芽的玉米子粒中有淀粉酶,在不同温度下,淀粉酶的活性不同,对淀粉液的催化程度也不相同。40 ℃情况下酶的活性比20 ℃情况下强,催化分解淀粉的速度快,产生的麦芽糖多,因此加入班氏试剂或者斐林试剂加热后颜色较深,100 ℃情况下,酶因高温而失活,因此该试管中没有反应。遇碘变蓝是淀粉的特性,3支试管都变蓝色说明3支试管中都有淀粉存在。要确定酶的最适温度,需增加试管数量,并设置成温度梯度,重复上述实验。酶的最适温度应位于砖红色最深的两个温度之间,或者就是砖红色最深的试管所对应的温度。答案:(1)A和C C 淀粉酶在40 ℃时活性相对较高,淀粉酶催化淀粉水解产生的还原糖多 E 酶失活(2)剩余的淀粉遇碘变蓝 (3)在20 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组,其他实验条件保持一致,以反应液和上述试剂(或答碘液或答班氏试剂或答斐林试剂)发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。类型一 酶促反应的曲线分析(2011年南京模拟)表示在不同条件下,酶催化反应的速度(或生成物)变化,有关叙述不正确的是( )A.图①虚线表示酶量增加一倍时,底物浓度和反应速度关系B.图②虚线表示增加酶浓度,其他条件不变时,生成物量变化的示意曲线C.若图②中的实线表示Fe3+的催化效率,则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率D.图③不能表示在反应开始后的一段时间内反应速度与时间的关系【解析】 酶量增加一倍时,在底物浓度相同的情况下,反应速度加快,但是整个反应中,生成物的总量不变。在其他条件一定的情况下,反应开始时,底物浓度高反应速度快,随着底物浓度的降低,反应速度逐渐减慢,因此图③能表示在反应开始后的一段时间内反应速度与时间的关系。【答案】 D类型二 温度对酶活性的影响(2009年高考宁夏卷)右图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是( )A.当反应温度由t2调到最适温度时,酶活性下降B.当反应温度由t1调到最适温度时,酶活性上升C.酶活性在t2时比t1高,故t2时更适合酶的保存D.酶活性在t1时比t2低,表明t1时酶的空间结构破坏更严重【解析】 由图可知,在一定温度范围内,随温度的升高酶活性增强,t1属于此区间;超过适宜温度后,随温度升高酶活性而下降,t2属于此区间。在高温没有使酶失活的温度范围内,酶活性可随温度的变化而变化,只有较高的温度才能破坏酶的空间结构。【答案】 B类型三 酶催化作用的实验证明(2009年高考全国Ⅰ卷)已知2H2O2===2H2O+O2↑,可以通过观察反应过程中O2的生成速度(即气泡从溶液中释放的速度)来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验,使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤、预测实验结果、得出结论,并回答问题。实验材料与用具:适宜浓度的H2O2溶液,蒸馏水,3.5%FeCl3溶液,0.01%过氧化氢酶溶液,恒温水浴锅,试管。(1)实验步骤:(2)实验结果预测及结论:整个实验中,不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢依次是:_________。由此可得出的结论是______。(3)如果仅将实验中的恒温水浴改为80 ℃,重做上述实验,O2释放的速度最快的是______,原因是______。【解析】 (1)要验证过氧化氢酶具有催化作用,需将有无过氧化氢酶设置为单一变量进行对照实验。而验证过氧化氢酶具有高效性,则需要将催化剂的种类(即:催化剂为过氧化氢酶或Fe3+)设置为单一变量进行对照实验。(2)与Fe3+相比,酶具有高效性,所以不同处理的试管中释放O2的速度从快到慢依次是:加酶溶液的试管,加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管。(3)因80 ℃的高温环境中,酶因失活而失去催化作用,而FeCl3催化作用加快,故加FeCl3溶液的试管O2释放速度最快。而另两支试管O2释放速度无明显差异。【答案】 (1)①取3支试管,各加入等量且适量的H2O2溶液,放入37 ℃恒温水浴锅中保温适当时间;②分别向上述3支试管加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液;③观察各管中释放气泡的快慢。(2)加酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管 酶具有催化作用和高效性(3)加FeCl3溶液的试管 在此温度下,FeCl3催化作用加快,而过氧化氢酶因高温变性而失去了活性第 5 章 细胞的能量供应和利用“通货”—ATP考纲内容 能力要求 命题展望1.酶在代谢中的作用 2.ATP 在能量代谢中的作用 3.光合作用的基本过程 4.影响光合作用速率的环境因素 5.细胞呼吸 6.探究影响酶活性的因素 7.叶绿体色素的提取和分离 8.探究酵母菌的呼吸方式 ⅡⅡⅡⅡⅡ 1.以酶的作用、本质、特性设置新的实验背景,以非选择题形式命制探究实验 2.以绿色植物为实验对象,以 非选择题形式考查光合作用、 呼吸作用、物质循环、能量流 动等知识第 1、2 节 降低化学反应活化能的酶、细胞的能量一、细胞代谢1.概念:细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为①细胞代谢。2.作用:是细胞②生命活动的基础。3.细胞代谢能在温和条件下快速进行,是由于酶的催化作用。二、酶1.活化能:分子从③常态转变为容易发生化学反应的④活跃状态所需要的能量。酶的催化效率高,是因为同无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著。2.概念酶是⑤活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数酶是⑥蛋白质,少数是 RNA。3.特性(1)⑦高效性:酶的催化效率大约是无机催化剂的107~1013倍。(2)⑧专一性:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。(3)酶的作用条件⑨较温和:酶在⑩最适宜的温度和 pH条件下,其活性最高。温度和 pH 偏高或偏低,酶的活性都 明显降低。三、ATP1.生理功能:细胞生命活动所需能量的 直接来源。2.结构简式A—P~P~P,中文名称是 三磷酸腺苷。3.ATP 与 ADP 的相互转化能量4.ATP 的形成途径子(1)自养生物如光合细菌、藻类、绿色植物等的 ADP 转化成 ATP 的能量有两个来源,即来源于 光合作用和 细胞呼吸;化能合成细菌是来自外界无机物的氧化(即 )化能合成作用和 细胞呼吸。(2)异养生物如人、动物、绝大多数细菌、真菌等,ADP 转化成 ATP 时所需要的能量来自细胞内 呼吸作用过程中释放出来的能量和高能磷酸化合物磷酸肌酸水解释放的能量。5.意义能量通过 ATP 分子在吸能反应和放能反应之间的循环流通,保证了 生命活动所需能量的持续供应。酶的本质及验证1.酶的本质及生理功能化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是 RNA合成原料 氨基酸 核糖核苷酸合成场所 核糖体 细胞核(真核生物)来源 一般来说,活细胞都能产生酶生理功能 生物催化作用作用原理 降低化学反应的活化能2.酶化学本质的实验验证(1)证明某种酶是蛋白质①实验组:待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应。②对照组:已知蛋白液+双缩脲试剂→出现紫色反应。(2)证明某种酶是 RNA①实验组:待测酶液+吡罗红染液→是否呈现红色。②对照组:已知 RNA 溶液+吡罗红染液→出现红色。【突破题1】下列有关酶的叙述中,正确的是()A.合成 ATP 与分解 ATP 的酶相同 B.酶只能在细胞内起催化作用C.高温和低温都会使酶永久失活 D.酶在 0℃左右时空间结构保持稳定【解题指导】合成ATP与分解ATP 的酶不相同,前者是合成酶,后者是分解酶;有些酶能在细胞外起催化作用;低温不会使酶永久失活,只是抑制了酶的活性,此时的酶最稳定。【答案】D。通过实验验证酶的催化作用和高效性1.实验原理(1)鲜肝提取液中含有过氧化氢酶。(2)过氧化氢酶和Fe3+都能催化H2O2分解,放出O22.实验步骤、注意事项及变量、对照的分析3.实验结论(1)酶具有催化作用,同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。(2)酶具有高效性,与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。【突破题2】在验证酶具有高效性的实验时,酶浓度、温度等条件适宜且不变,过氧化氢被分解的速率曲线如图 5-1-1所示,则下列说法中正确的是( )图 5-1-1A.曲线表明酶具有高效性B.浓度 a 对应曲线比浓度 b 对应曲线的酶活性高C.浓度 a 大于浓度 bD.该实验的实验变量为反应物浓度【解题指导】酶的高效性是针对无机催化剂而言的,本题中的三个反应都为酶催化的反应;三条曲线的最大区别是达到平衡点所需的时间不同。据图可知,达到平衡点所需时间浓度a小于浓度b,其原因是在酶活性相同的条件下,反应物浓度越低,完成反应所需时间就越短,所以浓度a小于浓度b。【答案】D通过实验验证酶的专一性1.实验原理(1)淀粉酶能催化淀粉产生还原性的麦芽糖,但不能催化蔗糖(非还原糖)。(2)斐林试剂能使还原糖产生砖红色沉淀。2.实验程序注意事项:(1)实验选用蔗糖,不能用还原性的糖(如葡萄糖或果糖等),否则影响实验结果。(2)实验中要将试管的下部浸在温水中,以创造试管内淀粉酶所需的适宜温度条件,使淀粉酶的催化能力最强。(3)制备的可溶性淀粉溶液,一定要冷却后才能使用,因为温度过高会使酶活性降低甚至失去催化能力。(4)在淀粉酶分解淀粉和蔗糖的实验中鉴定试剂只能用斐林试剂而不能用碘液。(5)酶和反应底物不能同时加入。(6)淀粉酶的来源不同,其最适温度也不一定相同,在保温时必须加以考虑。市售的淀粉酶的最适温度一般在 60℃左右,唾液淀粉酶的最适温度为 37℃。【突破题 3】(2010 年深圳一模)下表是某同学为验证酶的专一性而设计的实验方案,a~d代表试管,①~⑦代表实验步骤。对该实验方案的有关评价中,错误的是( )① 淀粉溶液2 mL 蔗糖溶液2 mL 唾液淀粉酶溶液2 mL 唾液淀粉酶溶液 2 mL② 50~65℃温水中水浴加热 10 min③ 将 c 倒入 a,将 d 倒入 b④ 50~65℃温水中水浴加热 10 min⑤ 加入现配的斐林试剂溶液 2 mL⑥ 37℃恒温水浴⑦ 观察并记录颜色变化A.淀粉酶的用量属于自变量 B.②和④会影响酶的活性C.②﹑④和⑥的温度设置错误 D.④和⑤的顺序有误【解题指导】自变量是底物种类,淀粉酶的用量属于无关变量;②和④是高温,会影响酶的活性;②、④和⑥的温度设置错误,应是②﹑④为 37℃恒温水浴,⑥为 50~65℃温水中水浴加热,才能产生砖红色沉淀;④和⑤的顺序应反过来。【答案】A通过实验探究影响酶活性的条件1.温度对酶活性的影响(1)原理解读①淀粉遇碘后,形成紫蓝色的复合物。②淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖(淀粉水解过程中,不同阶段的中间产物遇碘后,会呈现红褐色或红棕色)。麦芽糖和葡萄糖遇碘后不显色。(2)方法步骤2.pH 对酶活性的影响(1)原理解读①淀粉遇碘后,形成紫蓝色的复合物。②淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖(淀粉水解过程中,不同阶段的中间产物遇碘后,会呈现红褐色或红棕色。)麦芽糖和葡萄糖遇碘后不显色。③斐林试剂与可溶性的还原糖(麦芽糖、葡萄糖等)在加热条件下,生成砖红色沉淀。(2)实验步骤(注意操作顺序不能错)【易错易混】①探究温度对酶活性影响的实验中,不能用过氧化氢酶催化过氧化氢分解,因为过氧化氢在加热的条件下分解会加快。②温度和 pH 是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。【突破题4】几位同学在探索 pH 对α-淀粉酶活性的影响)时,设计的实验方案如下。其中操作顺序最合理的是( )①在三个试管中各加入可溶性淀粉溶液 2 mL②在三个试管中各加入新鲜的α-淀粉酶溶液 1 mL③置于适宜温度下保温 5 min④分别置于 100℃、60℃、0℃环境中保温 5 min⑤加入斐林试剂后,水浴加热,观察现象⑥将试管中溶液的 pH 分别调到 3、7、11,保持 5 minA.①④②③⑤ B.①⑥④②⑤C.①②⑥③⑤ D.②⑥①③⑤【解题指导】在加底物前一定要先控制好酶的pH,由于是探索pH对α-淀粉酶活性的影响,所以pH为自变量,温度为无关变量。【答案】DATP 的结构及再生途径1.ATP 的结构(1)ATP 的结构简式:A—P~P~P,两个高能磷酸键位于远离腺苷的一侧,一个普通化学键与腺苷相连。①A 代表腺苷,由核糖和腺嘌呤构成;P 代表磷酸。②“—”代表普通化学键,“~”代表高能磷酸键。③T 代表 3 个;D 代表 2 个(ADP);M 代表 1 个(AMP)。(3)ATP、ADP、AMP 的相互转化(下式只表示主要物质的相互转化)(4)ATP 的各种小分子物质2.ATP 与 ADP 的相互转化 ATP 的合成 ATP 的水解反应式 酶 ADP+Pi+能量 — ATP 酶ATP— ADP+Pi+能量所需酶 ATP 合成酶 ATP 水解酶能量来源 光能(光合作用),化学能(细胞呼吸) 储存在高能磷酸键中的能量能量去路 储存于形成的高能磷酸键中 用于各项生命活动反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位因此,ATP 与 ADP 的相互转化不是可逆反应。3.ATP 的形成途径(1)含有叶绿体的细胞可通过光合作用、细胞呼吸产生 ATP,但是,在无光的条件下,只能通过细胞呼吸产生 ATP ,光合作用产生的 ATP 不能为各种生命活动提供能量,只能贮存在有机物中。(2)不含叶绿体的真核细胞通过细胞呼吸产生 ATP①在氧气充足时进行有氧呼吸。②在氧气相对不足时,有氧呼吸和无氧呼吸同时进行。③在无氧时,暂时通过无氧呼吸产生 ATP 。细胞长时间无氧呼吸,将产生大量的酒精或乳酸,使细胞中毒死亡。【易错易混】生物体内的能源物质①能源物质——糖类、脂肪、蛋白质。②主要能源物质——糖类。③主要储能物质——脂肪。④直接能源物质——ATP(不是唯一)。⑤根本能源——光能。⑥植物细胞内的储能物质——淀粉。⑦动物细胞内的储能物质——糖原。A.高温和低温均能破坏酶 1 和酶 2 的结构,使其失去活性B.酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率C.ATP 中的 A 代表腺嘌呤,T 代表三个,P 代表磷酸基团D.人在饥饿时,细胞中 ATP 与 ADP 的含量难以达到动态平衡【解题指导】酶1和酶2的化学本质都是蛋白质,在高温下结构被破坏,使其失去活性,而低温只是抑制酶的活性;酶的催化原理是通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率;ATP中的A代表腺苷(由腺嘌呤和核糖构成),T代表三个,P代表磷酸基团;细胞中 ATP与ADP的含量维持在一定的动态平衡中 。【答案】B二、酶的本质酶是①__________产生的具有催化功能的有机物,其中绝大多数酶是②__________,少数酶是③__________。三、酶的特性1.①__________:酶的催化效率大约是无机催化剂的107~1013倍。2.专一性:一种酶只能催化②__________化学反应。3.酶的作用条件较温和:酶所催化的化学反应一般是在③__________的条件下进行的,过酸、过碱或温度过高,都会使酶的④__________遭到破坏,使酶永久失活;而在低温下,酶的活性⑤__________,但⑥__________稳定。四、ATP的结构和功能1.结构:ATP是①__________的英文名称缩写,其结构简式是②__________,一个ATP分子中含有一个腺苷,三个③__________,两个④__________,ATP分子中大量的化学能储存在⑤__________中。2.功能:ATP是细胞内的一种⑥__________化合物,直接给细胞生命活动提供能量。五、ATP和ADP的相互转化1.在有关酶的催化下,ATP分子中远离①__________的高能磷酸键很容易水解,并释放能量。2.在有关酶的催化下,ADP可以接受能量,同时与一个游离的②__________结合,重新形成ATP。3.ATP和ADP相互转化的能量供应机制,是生物界的③__________,ADP转化为ATP时所需能量,对于动物、人、真菌和大多数细菌来说来自于④__________,对于绿色植物来说,还可以来自于⑤__________。六、ATP的利用1.ATP可用于细胞的①__________、各种②__________反应,还可用于生物发光、发电、肌肉收缩、大脑思考等生命活动。2.细胞内的化学反应吸收和释放的能量通过③_______________分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。自我校对一、①化学反应 ②催化 ③催化效率高 ④活化能二、①活细胞 ②蛋白质 ③RNA三、①高效性 ②一种或一类 ③比较温和 ④空间结构 ⑤降低 ⑥空间结构四、①三磷酸腺苷 ②A—P~P~P ③磷酸基团 ④高能磷酸键 ⑤高能磷酸键 ⑥高能五、①A ②Pi ③共性 ④呼吸作用 ⑤光合作用六、①主动运输 ②吸能 ③ATP走进高考1 (2010·上海,2分)下列有关人体中酶和激素的叙述正确的是( )A.酶和激素都是蛋白质B.酶和激素都与物质和能量代谢有关C.酶和激素都由内分泌细胞分泌D.酶和激素都要释放到血液中才能发挥作用【解析】 本题考查酶与激素的异同,意在考查考生的辨别比较能力。A项中少数酶是RNA,只有部分激素如胰岛素、生长激素等是蛋白质;B项中酶能催化物质和能量代谢,而激素对物质和能量代谢的相关反应起调节作用;C项中人体的酶并非仅由内分泌细胞分泌;D项中酶不一定要释放到血液中,有的酶在细胞内发挥作用。【答案】 BA.当反应温度由t2调到最适温度时,酶活性下降B.当反应温度由t1调到最适温度时,酶活性上升C.酶活性在t2时比t1高,故t2时更适合酶的保存D.酶活性在t1时比t2低,表明t1时酶的空间结构破坏更严重【解析】 本题考查温度对酶活性的影响,考查考生对不同温度对酶活性影响的分析能力,同时还考查考生的识图能力。从图中可看出,当反应温度t1调到最适温度时,酶活性逐渐上升,所以B正确。当反应温度t2调到最适温度时,酶活性不变,因此A错误。当温度超过最适温度后,随温度的升高酶逐渐变性失活,而在温度低于最适温度时,随温度的降低酶的活性减弱,但酶的分子结构并没有被破坏,故酶适合在低温下保存,A、D两项均错误。【答案】 B走进高考3 (2008·天津理综,6分)下列有关ATP的叙述,正确的是( )①人长时间剧烈运动时,骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量与安静时相等②若细胞内Na+浓度偏高,为维持Na+浓度的稳定,细胞消耗ATP的量增加③人在寒冷时,肾上腺素和甲状腺素分泌增多,细胞产生ATP的量增加④人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡A.①② B.②③C.③④ D.①④【解析】 本题考查ATP的相关知识。人长时间剧烈运动时,骨骼肌细胞中因缺氧进行无氧呼吸,而安静时进行有氧呼吸,氧化分解等摩尔葡萄糖,安静时生成ATP的量较多。细胞中ATP和ADP的含量少,人在饥饿时,两者的含量仍会达到动态平衡。Na+进出细胞的方式是主动运输,主动运输要消耗能量。人在寒冷时,肾上腺素和甲状腺激素分泌增多,细胞代谢增强,使细胞中的ATP的量增加,以维持体温的恒定。【答案】 B【特别关注】 (1)选择好检测反应物的试剂。如反应物选择淀粉和蔗糖,酶溶液为淀粉酶,验证酶的专一性,检测反应物是否被分解的试剂宜选用斐林试剂,不能选用碘液,因为碘液无法检测蔗糖是否被水解。(2)保证蔗糖的纯度和新鲜程度是做好实验的关键。(3)实验设计程序淀粉 淀粉酶↓ ↓各自在所控制的温度下处理一段时间↓淀粉与相应温度的淀粉酶混合↓在各自所控制的温度下保温一段时间↓滴加碘液,观察颜色变化【特别关注】 操作时必须先将酶置于不同环境条件下(加蒸馏水、加氢氧化钠、加盐酸),然后再加入反应物(如可溶性淀粉液)。不能在加入酶后,先加入反应物,再加入盐酸或氢氧化钠,这样容易使反应物在酶的作用下水解,无法证实环境过酸和过碱对酶活性的影响。命题设计例 (2009·全国卷Ⅱ)请用所给的实验材料和用具,设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性,要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出结论,并回答问题。实验材料与用具:适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液,斐林试剂、试管、37℃恒温水浴锅、沸水浴锅。(1)若“+”代表加入适量的溶液,“-”代表不加溶液,甲、乙等代表试管标号,请用这些符号完成下表实验设计。溶液试管 蔗糖溶液 淀粉溶液 蔗糖酶溶液 唾液淀粉酶溶液甲 + - + -2)实验步骤:①按照上表中的设计,取试管、加溶液。________________________________________________。(3)结果预测:_________________________________(4)结论:________________________________________。(5)在上述实验中,如果仅将37℃恒温水浴锅的温度调到20℃,而在其他条件不变的情况下重做上述实验,出现砖红色试管中的颜色会比37℃时的浅,其原因是______________________________________________________________。【解析】 (1)要验证酶的专一性,可根据底物相同酶不同或底物不同酶相同时,还原糖是否产生来确定酶是否发挥催化作用。由于要求验证两种酶的专一性,故实验分为4组。(2)补充实验步骤,一般要根据题目给定的器材及提出的实验目的,设计或补全实验步骤,并预期结果,分析原因。根据步骤①的提示和题干所给的材料及用具,可以推出,接下来要做的是“恒温反应”、通过斐林试剂检测实验结果、观察实验现象和记录实验结果。(3)根据实验设计,试管甲和试管乙中的反应能够进行,会出现砖红色沉淀;其他实验处理反应不能进行,不会出现砖红色沉淀。(4)由(3)易得出“酶的催化作用具有专一性”的结论。(5)因为酶的活性受温度影响,20℃低于酶的最适温度,酶的活性较弱,产生的还原糖较少,因此,试管中的颜色比37℃时浅。【答案】 (1)如表:溶液试管 蔗糖溶液 淀粉溶液 蔗糖酶溶液 唾液淀粉酶溶液甲 + - + -乙 - + - +丙 + - - +丁 - + + -(2)②混匀,37℃恒温水浴一段时间。 ③取出试管,分别加入适量的斐林试剂,混匀,沸水水浴一段时间。 ④观察实验现象并记录实验结果。(3)含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管,以及含淀粉和淀粉酶溶液的试管中出现砖红色沉淀,其他试管中不出现砖红色沉淀(4)酶的催化作用具有专一性(5)20℃低于酶的最适温度,酶活性低,水解产生的还原糖少A.物质a可以是麦芽糖但不可以是乳糖B.曲线④表示在某实验条件下物质a在2分钟时间内完全分解C.若曲线①②③表示不同温度下酶促反应速率,则曲线①温度一定低于曲线②和③D.若曲线①②③表示不同酶浓度下酶促反应速率,则曲线①酶浓度高于曲线②和③【解析】 图1中酶促反应后的两种产物是相同的,因此可以是麦芽糖但不可以是乳糖,因为乳糖水解后的产物为葡萄糖和半乳糖,因此A项正确。曲线④中物质a在2分钟时间内物质浓度降为0,意味着被酶完全分解,因此B项正确。若曲线①②③表示不同温度下酶促反应速率,则曲线①代表的温度为最适温度,曲线②③代表的温度可以在最适温度的同一侧或两侧,因此C项错误。在底物一定的前提下,酶浓度越高,分解底物所用的时间越短,因此D项正确。【答案】 CA.从左图中可以知道pH=7时植物淀粉酶的活性最高B.从左图中可以知道若使人淀粉酶的pH由2升到7时该酶活性逐渐升高C.右图影响AB、BC段反应速率的主要原因不同D.右图曲线Ⅰ显示,该酶促反应的最适温度为37℃【解析】 从左图知,pH=7时,人的淀粉酶活性最高,pH=5.5左右,植物淀粉酶的活性最高,所以A、B两项错误。右图中影响AB段反应速率的主要原因是底物的浓度,而BC段反应达到平衡,因此主要限制因子是酶量,C项正确。右图曲线只设置了两个温度梯度,没有高于37℃的实验数据,因此不能说明37℃是该酶促反应的最适温度,D项错误。【答案】 C【规律总结】 识图应注意以下几点:(1)明确横、纵坐标表示的变量。横、纵坐标不同,曲线表示的意义不同。(2)理解曲线所表示的意义。曲线中横坐标是自变量,纵坐标是因变量,曲线表示纵坐标随横坐标的变化而变化。【解析】 此题考查细胞中能量转换的相关知识。光能转换为活跃的化学能,发生在类囊体薄膜上。无氧呼吸的场所发生在细胞质基质中。物质A表示多糖,在动植物细胞中都能合成和分解多糖,但物质A在植物中主要是淀粉和纤维素,而在动物中主要是糖原。⑤过程表示葡萄糖的氧化供能,在任何活细胞中都能发生。【答案】 A基础达标1.(2011·广州调研)2010年6月,北京师范大学贾宗超教授、郑积敏博士,在研究中发现了在同一蛋白的同一活性中心上行使相反功能的新机制,其研究成果首先公布在顶级专业期刊《Nature》上。下列有关说法错误的是( )A.“活性中心”指的是酶的识别位点B.“同一蛋白”指的是酶C.每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应,所以活性中心与反应物是一一对应关系D.要较长时间保持酶活性,各种酶制剂都应保存在低温的条件下答案 C解析 由题干信息可知,新的科技发现证明同一种酶也可以起相反的两种作用,所以C项是错误的;低温有利于酶的保存。本题主要考查考生获取信息的能力。答案 A解析 B、C两项分别说明酶需要适宜的温度和pH;D选项曲线描述错误,催化剂不改变达到平衡时的浓度;A选项,加入过氧化氢酶后,达到平衡点所需时间明显缩短,说明酶具有高效性。3.(2010·山东淄博高三模拟)某同学进行以下实验:在2支试管中分别加入等量2%可溶性淀粉溶液,再分别加入等量稀释10倍的唾液和未稀释的唾液,然后分别滴入1滴碘液,37℃水浴恒温条件下,观察蓝色消失所需时间,结果所需时间几乎相等。这项实验的目的是验证( )A.唾液含有淀粉酶 B.淀粉遇碘变蓝C.酶具有高效性 D.酶具有专一性答案 C解析 据题意知,稀释10倍的唾液和未稀释的唾液催化淀粉水解的时间相同,这说明了酶具有高效性。A.①② B.②③C.②④ D.②③④答案 C解析 该实验底物只有H2O2不能说明酶具有专一性,若证明酶是蛋白质或RNA,需要用物质鉴定的相关实验;表中方法③与④的实验结果说明酶在高温环境中变性而失去活性;方法①②③对照说明,酶催化反应具有高效性。5.(2010·安徽安庆质检)下列关于ATP的合成和作用的描述中,错误的是( )A.在叶肉细胞中,能产生ATP的部位有细胞质基质、叶绿体和线粒体B.在无氧条件下,酵母菌产生ATP的部位只有细胞质基质C.人体在运动过程中,氧化分解有机物释放的能量大部分转移到ATP中D.ATP与ADP之间不断相互转化是细胞供能的机制答案 C解析 本题考查ATP的合成和利用。ATP是生命活动的直接能源物质,在叶肉细胞中,光合作用的光反应阶段可以产生ATP,发生在叶绿体基粒片层薄膜上。细胞质基质是无氧呼吸和有氧呼吸第一阶段的场所,也可以合成ATP。线粒体是有氧呼吸的主要场所,有氧呼吸的第二、三阶段分别发生在线粒体基质和线粒体内膜上,所以也可以合成ATP。酵母菌是兼性厌氧生物,在无氧条件下可以在细胞质基质中进行无氧呼吸,合成ATP。因为ATP中远离腺苷的高能磷酸键既容易分解也容易合成,所以ATP与ADP之间可以相互转化,这是细胞供能机制。无论是有氧呼吸还是无氧呼吸,氧化分解有机物释放的能量大部分转变成热能,一小部分转移到ATP中,所以C项错。(2)乙兴趣小组的同学为了探究蛋白酶洗衣粉中的蛋白酶成分是蛋白质,用以下所给的条件进行了探究,请你帮他们完成下列实验。实验原理:蛋白质能与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应。实验材料:0.1 g/mL的NaOH溶液(双缩脲试剂A)、0.01 g/mL的CuSO4溶液(双缩脲试剂B)、蛋白酶洗衣粉、普通洗衣粉、滴管、试管、蒸馏水。实验步骤:①取两支试管编号1、2;②_________________________________________________;③_________________________________________________;④观察两支试管中的颜色变化。可能的现象及结论:_________________________________。答案 (1)酶的专一性 洗衣粉的用量、污染程度、水质、pH A与B、A与C(2)②分别向1、2号试管中加入2 mL蛋白酶洗衣粉溶液和普通洗衣粉溶液③然后向两支试管中各加入0.1 g/mL的NaOH溶液,振荡;再向两支试管中加入3~4滴0.01 g/mL的CuSO4溶液,振荡可能的现象及结论;1号试管中出现紫色,2号试管中未出现紫色,说明该蛋白酶洗衣粉中的蛋白酶成分是蛋白质;1、2号试管中均未出现紫色,说明该生物活性洗衣粉中的蛋白酶成分不是蛋白质解析 (1)该题考查实验探究中自变量与研究目的之间的关系、无关变量的控制、因变量的观测等知识点。该实验自变量是洗衣粉所含有的酶与污染物成分之间的对应关系,因此可用来探究酶的专一性。洗衣粉的用量、污染物的含量以及水质、pH等都有可能构成无关变量。(2)本实验的目的是探究蛋白酶的成分是否为蛋白质,加酶洗衣粉和普通洗衣粉的差异在于有没有蛋白酶,所以用双缩脲试剂对两种洗衣粉进行检测,如果含加酶洗衣粉的试管出现紫色,说明蛋白酶的成分为蛋白质,反之则不是。检验能力的超越 ·见证水平的攀升完成 课时作业(九)第五章 细胞的能量供应和利用第1讲 酶和ATP3.探究影响酶活性的因素的实验原理、材料选择及实验过程。3.探究影响酶活性的因素2.ATP的化学组成和特点、在能量代谢中的作用。2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)1.酶的化学本质、催化特性。1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)权威解读考纲要求考点梳理一、酶在细胞代谢中的作用1.细胞代谢:细胞中每时每刻进行着的许多①_____________,是细胞生命活动的基础。2.酶的作用:通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,可以说明酶在细胞代谢中具有②__________作用,同时还证明了酶与无机催化剂相比,具有③__________的特性。3.酶的作用机理:降低化学反应的④__________。要点归纳探究一、酶的概念及催化原理1.酶概念的理解2.催化原理酶和无机催化剂均能降低反应的活化能,酶降低活化能的效果更显著,如下图所示,由于在催化反应中,只需较少的能量就可使反应物进入“活化态”,所以和非催化反应相比,活化分子的数量大大增加,从而加快了反应速度。具有生物催化作用生理功能一般说来,活细胞都能产生酶来源核糖核苷酸氨基酸合成原料少数是RNA绝大多数是蛋白质化学本质特别提醒与无机催化剂一样,酶仅能改变化学反应的速度,并不能改变化学反应的平衡点,且性质在化学反应前后不发生改变。二、酶催化作用的特点与曲线解读1.表示酶高效性的曲线解读:①催化剂可加快化学反应速率,与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。②酶只能缩短达到化学平衡所需时间,不改变化学反应的平衡点。③酶只能催化已存在的化学反应。2.表示酶的专一性的图像和曲线(1)图像解读:①图中A表示酶,B表示被催化的底物,E、F表示B分解后的产物,C、D表示不能被该酶催化的物质。②酶和被催化的底物分子都有特定的空间结构。3.影响酶活性的曲线解读:①在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围酶催化作用逐渐减弱。②过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,当温度升高时可恢复活性。③反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。走进高考2 (2009·宁夏理综、辽宁理综,6分)如图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是( )三、ATP1.ATP结构式及各组分的含义(1)结构 :ATP是一种核苷酸衍生物,由一个核糖、一个腺嘌呤和三个磷酸基团组成。其中腺苷一磷酸与RNA中腺嘌呤核苷酸组成相同。(2)特点含有两种磷酸键:普通磷酸键(1个)、高能磷酸键(2个)末端的高能磷酸键易断裂和重新生成ATP的两个高能磷酸键全部水解后所剩的部分为AMP(腺嘌呤核糖核苷酸),是RNA的基本组成成分之一,可作为RNA的合成原料。可见细胞中物质间可相互转化。2.ATP与ADP的相互转化过程分析【归纳总结】 ATP和ADP的相互转化过程中,反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同,因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应,但物质是可循环利用的。生物体的需能部分细胞质基质、线粒体、叶绿体反应场所用于各项生命活动储存于形成的高能磷酸键中能量去路储存在高能磷酸键中的能量光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)能量来源ATP水解酶ATP合成酶所需酶ATP ADP+Pi+能量ADP+Pi+能量 ATP反应式ATP的水解ATP的合成酶酶3.ATP的再生与利用【归纳总结】 能源之间的关系实验强化在平时9.探究酶的特性及影响酶活性的因素理论指导1.酶的高效性的实验验证(1)实验原理①2H2O2 2H2O+O2↑过氧化氢酶或Fe3+②H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe3+等不同条件下气泡产生多少或卫生香燃烧剧烈程度不同。(2)实验过程实验组:H2O2+过氧化氢酶 气泡产生大而多木条迅速剧烈燃烧混合均匀用带火星木条插入试管内液面上方对照组:H2O2+Fe3+ 气泡产生小而少燃烧但不剧烈混合均匀用带火星木条插入试管内液面上方(3)实验结论酶具有高效性,与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。2.酶专一性的验证实验(1)实验原理还原糖+斐①淀粉(非还原性糖) 麦芽糖酶蔗糖(非还原性糖) 葡萄糖+果糖酶林试剂砖红色Cu2O↓②用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后,再用斐林试剂鉴定,根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有催化作用,从而探索酶的专一性。(2)实验程序淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解结论无砖红色沉淀有砖红色沉淀观察实验结果72 min2 min将试管下部放入60℃热水中61 mL振荡1 mL振荡加斐林试剂55 min5 min50℃温水保温42 mL 振荡2 mL振荡注入新鲜淀粉酶溶液32 mL无注入蔗糖溶液2无2 mL注入可溶性淀粉121试管项目序号②温度影响酶的活性,从而影响淀粉的水解,滴加碘液,根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。3.温度对酶活性的影响(1)原理解读蓝色 无蓝色出现①淀粉 麦芽糖淀粉酶碘液碘液(2)实验设计思路淀粉t1温度下+淀粉酶t1温度下淀粉t2温度下+淀粉酶t2温度下……淀粉tn温度下+淀粉酶tn温度下检测是否出现蓝色及蓝色深浅碘液4.pH对酶活性的影响(1)原理解读②pH影响酶的活性,从而影响氧气的生成量,可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。(2)实验设计①H2O2 H2O+O2↑。过氧化氢酶酶溶液+pH1+反应物酶溶液+pH2+反应物……酶溶液+pHn+反应物检测O2的生成情况热点分析突破类型一 酶的催化作用例1 (2011·茂名模拟)下图1表示某酶促反应过程,图2表示图1的反应过程中有关物质浓度随时间变化的曲线(物质a的起始浓度为10 mmol/L)。下列叙述不正确的是( )类型二 酶催化特性辨析例2 (2011·杭州质检)如下左图表示的是pH对植物和人的淀粉酶活性的影响;右图表示在不同条件下的酶促反应速率变化曲线。下列与此图相关叙述中正确的是( )类型三 ATP的生理作用例3 (2011·广州六中调研)下图是真核细胞内部分能量转换关系图解,下列叙述错误的是( )A.①过程表示将光能转换为活跃的化学能,发生在叶绿体的基质中B.若⑤过程发生在缺氧状态下,则发生的场所是细胞质基质C.通常在动植物细胞中都能发生的过程是③④⑤D.动植物细胞中都可以含有物质A,但具体结构不同2.(2010·南宁模拟)如图中的曲线是用过氧化氢作实验材料,根据有关实验结果绘制的。其中能说明酶具有高效性的是( )4.(2011·苏、锡、常、镇调查)为了认识酶作用的特性,以体积分数为3%的H2O2溶液为反应底物进行的一组实验结果见下表。通过分析实验结果,从表中可得到的实验结论是( )①从化学本质看,酶是蛋白质或RNA②从催化活性看,酶变性后就失去活性③从催化底物范围看,酶有专一性④从催化反应效率看,酶有高效性氧气泡少而小④加入煮沸后冷却的新鲜动物肝脏提取液氧气泡极多而大③常温下加新鲜动物肝脏提取液氧气泡稍多而小②常温下加Fe3+氧气泡少而小①常温下自然分解实验结果方法6.(2011·江南十校联考)在日常生活中,洗衣粉是人们生活的必备品,各种含酶制剂的洗衣粉因洗涤效果好被人们所青睐。下面是两生物兴趣小组的同学针对含酶制剂的洗衣粉所做的实验,请你分析回答相关问题。(1)甲组同学用含有不同种类酶制剂的洗衣粉进行了下列实验,他们做该实验的目的是探究__________。该实验需要控制的无关变量有__________。该实验中__________分别构成两组对照实验。40℃淀粉膜5×5 cmC(蛋白酶洗衣粉)40℃蛋白膜5×5 cmB(脂肪酶洗衣粉)40℃蛋白膜5×5 cmA(蛋白酶洗衣粉)水温污染物布料组别 展开更多...... 收起↑ 资源列表 2012高考生物总复习精品学案集: 必修1 降低化学反应活化能的酶(2).doc 2012高考生物总复习精品学案集: 必修1 酶和ATP(3).doc 2012高考生物总复习精品学案集: 必修1 降低化学反应活化能的酶、细胞的能量“通货”(1).doc