高中生物 1.3.2.1、2细胞中的能源物质酶在代谢中的作用课件 中图版必修1.ppt

第一 二节细胞中的能源物质 酶在代谢中的作用 一 细胞中的atp 1 写出atp的结构简式和简式中a p所代表的含义 1 结构简式 2 a p 2 图中 是 其中 易形成和断裂3 图中 为 的过程 其作用是 a p p p 腺苷 磷酸基 高能磷酸键 远离a的高能磷酸键 高能磷酸键水解释放能量 生命活动提供能量 为各项 4 过程 中未标出的另一种反应物是 atp与adp相互转化的反应式是5 atp的来源 1 动物和人 2 绿色植物 酶1酶2 adp pi 能量atp 糖类 脂肪等有机物的氧化分解 糖类 脂肪等有机物的氧化分解和光能的转化 水 点拨 1 atp中含有两个高能磷酸键 若它们都断裂 剩下的结构是腺嘌呤核糖核苷酸 2 真核生物合成atp的场所有线粒体 叶绿体和细胞质基质 二 糖类和脂质1 糖类 单糖 五碳糖 核糖 核糖核酸的组成成分 脱氧核糖 脱氧核糖核酸的组成成分 六碳糖 葡萄糖 主要的能源物质 果糖 半乳糖 提供能量 不能水解 二糖 麦芽糖 蔗糖 乳糖 提供能量 能水解生成两分子单糖 多糖 淀粉 储存能量的物质 纤维素 细胞壁的主要成分 糖元 储存能量和调节血糖 水解后能够生成许多单糖 自然界含量最多的糖 点拨 淀粉 糖元分别是植物和动物细胞中的储能物质之一 2 脂质将下列脂质与相应功能连线 点拨 脂质分子中氧的含量远远少于糖类 而氢的含量多于糖类 因此等质量的糖类和脂质氧化分解耗氧量 脂质远多于糖类 释放能量 脂质远多于糖类 三 酶在代谢中的作用产生部位 1 酶的概念作用 作用成分 绝大多数是 少数是 2 影响酶活性的因素 活细胞 催化 蛋白质 rna 1 温度 a点的温度称为 分析b c点反应速率较低的原因 b点 温度较低 c点 温度较高 2 ph d点的ph称为 导致e f反应速率较低的原因 最适温度 酶活性较低 酶分子结构遭到破坏而变性 最适ph ph过高或过低 酶的分子 结构遭到破坏而变性 3 酶的专一性和高效性 1 高效性 酶的催化效率比 的效率高得多 2 专一性 一种酶只能催化 底物的化学反应 点拨 酶与无机催化剂的相同之处 1 化学反应前后数量和性质不变 2 改变化学反应速度 但并不能改变平衡点 3 都通过降低化学反应的活化能而加快化学反应速度 无机催化剂 一种或一类 思维判断 1 酶的基本组成单位是氨基酸 分析 绝大多数酶是蛋白质 少部分酶是rna 因此其基本组成单位是氨基酸和核糖核苷酸 2 能催化淀粉酶水解的酶是蛋白酶 分析 淀粉酶的化学本质是蛋白质 根据酶的专一性 蛋白质由蛋白酶来水解 3 atp中的 a 和腺嘌呤脱氧核苷酸中的a所代表的含义不一样 分析 atp中的 a 表示的是腺苷 由腺嘌呤和核糖组成 腺嘌呤脱氧核苷酸中的 a 只表示腺嘌呤 4 糖类是细胞的主要能源物质 生命活动所需要的能量有70 是由其供给的 所以糖类是生物体生命活动的直接能源 分析 糖类氧化分解所释放的能量不能直接用于各项生命活动 必须转移到atp中才能被各项生命活动利用 因此atp是生物体各项生命活动的直接能源 酶的概念拓展及其实验验证1 六方面拓展酶的概念 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成场所 核糖体 主要是细胞核 真核生物 来源 一般来说 活细胞都能产生酶 作用场所 细胞内 外或生物体外均可 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 两实验验证酶的化学本质 1 酶的化学本质是蛋白质的实验设计思路 实验组 待测酶液 双缩脲试剂 是否出现紫色反应对照组 已知蛋白液 双缩脲试剂 紫色实验结果分析 通过对照 实验组若出现紫色 证明待测酶液的化学本质是蛋白质 否则 不是蛋白质 2 酶的化学本质是rna的实验设计思路 实验组 待测酶液 派洛宁 是否出现红色对照组 已知rna 派洛宁 红色实验结果分析 通过对照 实验组若出现红色 证明待测酶液的化学本质是rna 否则 不是rna 3 酶的催化作用的实验验证 1 原理 2h2o22h2o o2 肝细胞中含有过氧化氢酶 酶 2 实验设计及现象 3 实验结论 酶具有催化作用 同无机催化剂一样 都可以加快化学反应速率 酶具有高效性 同无机催化剂相比 酶的催化效率更高 高考警示钟 不要认为酶只在细胞内发挥作用 1 酶可以在细胞内发挥作用 如细胞内的呼吸氧化酶 2 酶可以分泌到细胞外发挥作用 如各种消化酶 3 酶在生物体外 适宜的条件下也能发挥作用 如实验证明唾液淀粉酶水解淀粉的实验 典例训练1 2011 海南高考 关于酶的叙述 正确的是 a 酶提供了反应过程所必需的活化能b 酶活性的变化与酶所处环境的改变无关c 酶结构的改变可导致其活性部分或全部丧失d 酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸 解题指南 1 知识储备 1 酶的活性受环境条件的影响 2 酶结构改变可导致其活性部分或全部丧失 3 酶在催化反应前后不会改变 2 解题关键 理解酶的作用原理和特点 解析 选c 酶能降低化学反应的活化能 但不提供反应的活化能 酶的活性受外界环境的影响 如温度 ph等 结构决定功能 酶的结构改变 酶的活性就会部分或全部丧失 酶是一种催化剂 催化反应前后不会改变 变式训练 下面关于酶的叙述正确的是 对底物有严格的选择性 酶在体内不能更新 温度越高酶的活性越大 酶制剂通常在低温下保存 酶能降低化学反应的活化能 酶只能在细胞内发挥催化作用 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物a b c d 解析 选a 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 其作用原理是降低化学反应的活化能 其反应场所不仅是细胞内 还可以是细胞外和生物体外 其具有专一性 对底物有严格的选择性 其作用受温度的影响 但有最适温度 变式备选 酶是生物催化剂 下列有关酶的叙述不正确的是 a 所有酶都含有c h o n四种元素b 酶不一定只在细胞内起催化作用c 高温 低温 过酸 过碱都会使酶永久失活d 一般来说 活细胞都能产生酶 解析 选c 酶主要是蛋白质 少数是rna 蛋白质和rna都含有c h o n四种元素 酶在细胞内和细胞外都可起催化作用 酶是由活细胞产生的 低温并不会使酶永久失活 与酶有关的曲线分析1 表示酶高效性的曲线 未加酶 加入酶 加入无机催化剂酶 平衡点 时间 1 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的时间 不能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 无酶条件 加酶a 加酶b 10 1 2 3 4 5 反应速率 a反应物浓度 加入酶b的反应速率和无酶条件下的反应速率相同 说明酶b对此反应无催化作用 而加入酶a的反应速率随反应物浓度的增大明显加快 说明酶具有专一性 3 两类因素影响酶促反应 1 温度和ph 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 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 温度升高可恢复活性 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 2 底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响 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 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 高考警示钟 不同影响因素的作用机理有差异 1 温度和ph是通过影响酶活性来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来影响酶促反应速率 并不影响酶的活性 典例训练2 2011 海南高考 某一不可逆化学反应 s p w 在无酶和有酶催化时均可以进行 当该反应在无酶条件下进行到时间t时 向反应液中加入催化该反应的酶 如图中能正确表示加酶后反应物浓度随反应时间变化趋势的曲线是 a 甲b 乙c 丙d 丁 解题指南 1 题眼 坐标曲线纵坐标为反应物浓度 2 解题关键 酶促反应加快反应速率 缩短达到反应平衡点的时间 解析 选d 当反应进行到t时加入催化该反应的酶 由于酶的高效性 将促进化学反应的快速进行 反应物浓度迅速降低 最后反应物浓度降为0 互动探究 1 丁曲线后来变化趋势变缓的原因是由于酶活性降低了吗 提示 不是 分析 因为随着反应物浓度的降低 反应速率逐渐减慢 但酶的活性保持不变 2 能单独根据上题曲线丁说明酶具有高效性吗 为什么 提示 不能 酶具有高效性是与无机催化剂相对照而言的 只有曲线丁缺少对照 变式备选 如图表示某反应物剩余量随ph及温度的变化情况 正确的是 a 该酶的最适温度是37 b 随着ph的升高 酶的活性先降低后升高c 随着温度的升高 酶的最适ph不变d 随着温度的升高 酶的活性逐渐降低 解析 选c 据图可知 该酶的最适温度是35 左右 低于35 时 随温度升高 酶活性逐渐升高 ph在0 8范围内 随ph的升高 酶活性逐渐升高 超过8时 随ph的升高 酶活性逐渐降低 atp的结构和转化1 atp的结构式由结构式可看出 atp的结构特点可用 一 二 三 来总结 即一个腺苷 两个高能磷酸键 三个磷酸基团 腺嘌呤 磷酸基团 核糖 2 atp的形成途径 3 五方面比较atp合成与水解 atp合成酶 atp水解酶 光能 光合作用 化学能 细胞呼吸 储存在高能磷酸键中的化学能 储存于形成的高能磷酸键中 用于各项生命活动 细胞质基质 线粒体 叶绿体 生物体的需能部位 4 atp产生量与o2供给量之间的关系模型分析 1 生物细胞可以通过无氧呼吸产生少量atp 因此在o2为0的时候 其产生量仍有一定数值 而非0 2 当o2供给量增多 有氧呼吸明显加强 atp的产生随之增加 但当o2供给量达到一定值后 其产生量不再增加 是由于酶 有机物 adp或磷酸的限制因素所致 3 当横坐标表示呼吸强度时 atp的产生量曲线应该从原点开始 高考警示钟 1 细胞中atp含量很少atp是生命活动的直接能源物质 但它在细胞内的含量并不高 因此细胞内atp的形成与分解相当频繁 2 atp和adp的相互转化不是可逆反应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相同 但物质是可循环利用的 典例训练3 2012 济宁模拟 如图为atp的结构和atp与adp相互转化的关系式 下列说法不正确的是 a 图1中的a代表的是腺嘌呤 b c为高能磷酸键b atp生成adp时图1中的c键断裂并释放能量c atp与adp相互转化过程中物质是可逆的 能量不可逆d 酶1 酶2具有催化作用 不受其他因素的影响 解题指南 1 考查实质 本题综合考查atp的结构及atp与adp的相互转化 2 解题关键 1 理解atp的结构简式 2 理解atp与adp相互转化的过程 解析 选d atp中的 a 代表腺苷 而图1中的 a 代表腺嘌呤 b c为高能磷酸键 内含有大量能量 a正确 atp水解时 远离腺苷的高能磷酸键c断裂 释放出能量 生成adp和磷酸 b正确 生成atp时需要光能或化学能 atp分解释放的能量可转化为光能 电能 机械能 化学能 热能等形式 故atp与adp相互转化过程中能量不可逆 但物质可逆 c正确 酶1是atp水解酶 酶2是atp合成酶 它们的活性均受温度等外界因素的影响 d错误 互动探究 1 上题图1中a能组成rna吗 提示 能 分析 a是腺嘌呤核糖核苷酸 是rna的基本单位之一 2 上题图2中反应从右向左进行时能量的来源是什么 提示 光能或化学能 分析 光合作用中合成atp的能量来自光能 细胞呼吸中合成atp的能量来自有机物分解释放的化学能 变式备选 人体细胞进行正常的生命活动 每天需要水解200 300摩尔atp 但人体细胞中atp的总量只有约0 1摩尔 下列有关atp的叙述错误的是 a atp和adp的相互转化保证了机体对能量的需求b atp由3个磷酸基和1个腺嘌呤构成c 有氧呼吸的第三阶段为人体细胞活动提供的atp最多d 人体细胞内形成atp的场所是细胞质基质和线粒体 解析 选b atp中远离腺苷的高能磷酸键容易断裂也容易形成 即atp与adp二者可以相互转化 这可以保障生物体对能量的需求 atp即三磷酸腺苷 由3个磷酸基和1个腺苷组成 在有氧呼吸的第三个阶段 在利用前两个阶段生成的大量 h 和o2结合形成水的同时释放大量atp 人体细胞产生atp的过程有有氧呼吸和无氧呼吸 有氧呼吸在细胞质基质和线粒体中完成 无氧呼吸在细胞质基质中完成 糖类和脂质的比较 高考警示钟 糖类和脂质的理解误区 1 并非所有的糖都是能源物质 如核糖 纤维素不提供能量 2 并非所有的糖都可以用班氏试剂鉴定 如蔗糖 淀粉均为非还原性糖 3 并非所有的脂质都能构成膜结构 如脂肪是主要的储能物质 典例训练4 淀粉 麦芽糖 葡萄糖 糖元 这是某生物体内糖类的某些变化 下面说法不正确的是 a 此生物一定是动物 因为能合成糖元b 淀粉和糖元 都属于多糖c 此生物一定是动物 因为能利用葡萄糖d 麦芽糖为二糖 葡萄糖为单糖 解题指南 1 知识储备 1 动物特有的糖是糖元 而植物特有的糖是淀粉 麦芽糖 2 淀粉被消化 吸收的过程 淀粉首先在淀粉酶的作用下分解为麦芽糖 然后在麦芽糖酶的作用下分解为葡萄糖 2 题眼 题干中 葡萄糖 糖元 过程 由此可推出该生物为动物 解析 选c 生物体内的多糖有糖元 淀粉和纤维素 糖元为动物体内特有的多糖 淀粉和纤维素为植物体内特有的多糖 在动 植物体内都有葡萄糖的存在 所以不能根据是否利用葡萄糖 来辨别完成该过程的生物是动物还是植物 变式训练 如图是生物体内几种有机物组成以及它们各自功能的关系图 m1 m2 m3 m4分别是大分子物质m1 m2 m3 m4的组成单位 下列说法正确的是 a 相同质量的m1和m2被彻底氧化分解 则m1的耗氧量多b 同一个体不同细胞中m3的种类不同取决于基因的选择性表达c m3和m4之间的区别主要是五碳糖和碱基的种类不同d 不同的m4在结构上的区别主要是m4的连接方式不同 解析 选b 根据有机物的主要功能 可以推断出m1 m2 m3 m4依次表示糖类 脂肪 蛋白质和核酸 脂肪彻底氧化分解时比糖类耗氧多 基因的选择性表达使同一个体不同的细胞中产生不同的mrna 合成出不同的蛋白质 组成蛋白质的m3是指氨基酸 组成核酸的m4是指核苷酸 不同的核酸在结构上核苷酸的连接方式是相同的 探究实验的步骤及结果分析 影响酶活性的因素 案例 2011 江苏高考 为探究植酸酶对鲈鱼生长和消化酶活性的影响 研究者设计并进行了相关实验 实验步骤及结果如下 鲈鱼的驯养 将从海洋中捕获的鲈鱼鱼苗在浮式海水网箱中饲养14d 用普通饲料投喂 备用 饲料的配制 在每千克普通饲料中添加200mg植酸酶 配制成加酶饲料 并将普通饲料和加酶饲料分别制成大小相同的颗粒 烘干后储存 鲈鱼的饲养 挑选体格健壮 大小一致的鲈鱼随机分组 放养于规格相同的浮式海水网箱中 放养密度为60尾 箱 给对照组的鲈鱼定时投喂适量的普通饲料 给实验组的鲈鱼同时投喂等量加酶饲料 称重并记录 投喂8周后 从每个网箱中随机取20尾鲈鱼称重 结果显示 对照组 实验组鱼体平均增重率分别为859 3 947 2 根据上述实验 回答下列问题 1 步骤 中选用鲈鱼鱼苗而不是成体的主要原因是 实验前的驯养是为了 制备鲈鱼肠道中消化酶样品 并分别测定消化酶的活性 结果如下表 2 步骤 中将配制好的饲料进行烘干要特别注意 其原因是 3 步骤 中还应控制好的无关变量主要有 4 本实验得出的初步结论是 5 推测鲈鱼的食性并说明理由 命题人透析 1 鲈鱼的两个生理特性 鲈鱼鱼苗的生长特性 鲈鱼鱼苗生长较快 成体生长缓慢 因此在 探究植酸酶对鲈鱼生长的影响 时 选择鱼苗作为实验材料 便于在实验过程中能明显地观察其效果 另外 环境的改变影响其生长 据题意 实验需要在网箱中进行较长的时间 8周 所以在实验前让鲈鱼适应实验养殖环境 否则有可能因为鲈鱼因不适应新环境而影响生长 导致实验结果出现较大误差 鲈鱼的食性 鱼的食性有植食性 肉食性和杂食性 据题干表格给予的信息 鲈鱼肠道中蛋白酶活性显著高于脂肪酶和淀粉酶 说明其食物中含有丰富的蛋白质 所以可判定为肉食性 2 分析影响实验结果的无关变量 酶受温度的影响 实验组的饲料中已添加了植酸酶 因此在烘干过程中要特别注意温度不能过高 否则会因高温处理使植酸酶变性而失去活性 分析实验环境深挖无关变量 实验过程中除注意温度的影响之外 还要将可能影响实验结果的其他无关变量进行严格的控制 体格健壮 大小一致的鲈鱼 随机分组 规格相同的浮式海水网箱 放养密度为60尾 箱 投喂等量饲料 等 除此之外 还要充分考虑生活环境的 水温 盐度和溶解氧 等对实验结果的影响 3 提炼题中信息归纳实验结论 题干实验过程中的结果和表中数据给出了分析归纳结论的依据 结果显示 对照组 实验组鱼体平均增重率分别为859 3 947 2 由此可得出 添加植酸酶的饲料促进鲈鱼幼体的生长 表格显示 实验组蛋白酶活性明显较对照组高 而脂肪酶和淀粉酶活性则相近 可归纳得出 植酸酶能提高肠道中蛋白酶的活性 而对肠道中脂肪酶和淀粉酶的活性影响较小 标准答案 1 成体生长缓慢 实验效果不明显让鲈鱼适应实验养殖环境 2 温度不能过高高温会使植酸酶变性而失去活性 3 水温 盐度和溶解氧等 4 添加植酸酶的饲料促进鲈鱼幼体的生长 植酸酶能提高肠道中蛋白酶的活性 而对肠道中脂肪酶和淀粉酶的活性影响较小 5 肉食性 其肠道中蛋白酶活性显著高于脂肪酶和淀粉酶 阅卷人点评 得分要点 1 必须体现 成体生长缓慢 适应环境 2 必须体现 温度过高使植酸酶变性失活 3 必须体现主要因素 水温 盐度 溶解氧 4 必须体现 提高肠道中蛋白酶的活性 对脂肪酶和淀粉酶的活性影响较小 5 必须是 肉食性 蛋白酶活性高 失分案例 1 错答成 成体消耗饲料多 让鲈鱼生长加快 等 2 错答成 防止烫伤 或 高温会使植酸酶变性而死亡 4 错答成 植酸酶能促进鲈鱼的生长 5 错答成 杂食性 1 下列关于酶的叙述正确的是 a 具有多样性 专一性 高效性b 其活性不受温度的影响c 酶只有在细胞内才具有催化功能d 只能由生物体腺细胞内产生 解析 选a 酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物 大多数是蛋白质 少数是rna 其活性受温度的影响 酶虽然是活细胞产生的 但酶不仅在细胞内具有催化作用 在细胞外的适宜环境中也同样具有催化作用 典型的如消化道内消化酶的催化作用 2 在甲 乙 丙3支分别装有2ml可溶性淀粉溶液的试管中 依次分别加入1ml淀粉酶制剂 麦芽糖酶制剂和新鲜唾液 摇匀后将试管放在适宜的温度下 过一段时间后 在3支试管中各加入一滴碘液 摇匀 试管中溶液变为蓝色的是 a 甲试管b 乙试管c 丙试管d 甲和丙试管 解析 选b 只有试管中有淀粉存在 加入碘液才会显蓝色 甲试管中有淀粉酶 会催化分解淀粉 所以一段时间后甲试管中的可溶性淀粉会被分解掉 加入碘液不会显蓝色 唾液中也有淀粉酶的存在 所以丙试管一段时间后也没有了淀粉的存在 由于酶的高度专一性 乙试管中的麦芽糖酶只可以催化分解麦芽糖 不可以催化分解淀粉 一段时间后 乙试管中依然有淀粉的存在 所以加入碘液后 就会变为蓝色 3 2012 青岛模拟 如图表示在最适温度下 麦芽糖酶的催化速率与麦芽糖量的关系 有关叙述正确的是 a a点时 麦芽糖酶全部参与催化b 如果温度上升5 b点向左下方移动c 可用班氏试剂鉴定麦芽糖的分解情况d 因受酶活性的限制 bc段催化速率不再增加 解析 选b a点时 麦芽糖量太低 只有部分麦芽糖酶参与催化反应 a错误 麦芽糖及其分解产物葡萄糖均是还原性糖 都能遇班氏试剂生成砖红色沉淀 c错误 bc段催化速率不再增加的原因不是受到酶活性的限制 而是受到酶数量的限制 d错误 图示为麦芽糖酶在最适温度下的催化速率 若温度提高 酶活性降低 b点向左下方移动 b正确 4 下列物质水解后所释放出的能量可直接用于肌肉收缩的是 a 肝糖元b 肌糖元c 葡萄糖d 三磷酸腺苷 解析 选d 三磷酸腺苷即atp是直接的能源物质 肝糖元 肌糖元和葡萄糖是主要的能源物质 5 下列关于人体细胞内atp的叙述 正确的是 a atp中含有c h o n p元素b 人体细胞内贮有大量atp 以备生理活动需要c atp只能在线粒体中生成d 动植物形成atp的途径分别是呼吸作用和光合作用 解析 选a atp中含有c h o n p元素 人体细胞内atp含量很少 但可以通过atp和adp的快速转化满足生命活动的需要 atp能在细胞质基质 叶绿体和线粒体中生成 动物形成atp的途径是呼吸作用 植物形成atp的途径是呼吸作用和光合作用 6 如图示意生命活动有关能源物质之间的联系 请分析回答 1 生物细胞内主要的储能物质是图中的 2 当动物体内atp不足时 会发生c的变化补充atp 丙 请写出生成atp需要的条件 3 生物体内最终的能源物质是图中的 它表示 4 图中三项生理活动的名称分别是 a b d 解析 本题的解答需要明确生物体内能量物质的转变过程与条件 由图分析 形成葡萄糖的途径为甲 丙 葡萄糖或乙 丙