必修1 第5章 第1、2节 降低化学反应活化能的酶、细胞的能量“通货”——atp.ppt

第5章细胞的能量供应和利用 第1 2节 降低化学反应活化能的酶 细胞的能量 通货 ATP 一 酶1 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 细胞代谢 生命活动 2 作用 是细胞 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 2 活化能 分子从 转变为容易发生化学反应的 所需要的能量 酶的催化效率高 是因为同无机 常态 活跃状态 催化剂相比 酶降低活化能的作用更显著 3 酶的概念 酶是 产生的具有催化作用的有机物 其中绝大 多数酶是 少数是RNA 蛋白质 4 酶的特性 1 酶的催化效率大约是无机催化剂的107 1013倍 高效性 活细胞 2 每一种酶只能催化一种或一类化学反应 3 酶的作用条件 酶在 其活性最高 温度和pH偏高或偏低 酶的活性都 较温和 最适宜的温度和 明显降低 酶与无机催化剂有何相同点 答案 反应前后数量和性质不变 加快反应速度 缩短到达平衡的时间 但不改变平衡点 降低化学反应的活化能 专一性 pH条件下 二 ATP 直接来源 三磷酸腺苷 1 生理功能 细胞生命活动所需能量的 2 结构简式 A P P P 中文名称是 3 ATP与ADP的相互转化 ADP ATP 酶1 酶2 Pi 能量 4 ATP的形成途径 1 自养生物 光合作用 呼吸作用 1 光合细菌 藻类 绿色植物等 ADP转化成ATP的能量有两个来源 和 2 化能合成细菌 来自外界无机物的氧化 即 和 化能合成作用 呼吸作用 2 异养生物人 动物 真菌 绝大多数细菌等 ADP转化成ATP时所需要的能量来自细胞内 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 呼吸作用 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 所需能量的持续供应 生命活动 真核生物合成ATP的场所是 C 叶绿体 线粒体A C 细胞质基质B D 考点 酶的本质及验证 1 酶的本质及生理功能 2 酶化学本质的实验验证 1 证明某种酶是蛋白质 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 出现紫色反应 2 证明某种酶是RNA 实验组 待测酶液 吡罗红染液 是否呈现红色 对照组 已知RNA溶液 吡罗红染液 呈现红色 典例1 2011年三明联考 下列有关酶的叙述 正确的是 是由有分泌功能的细胞产生的 有的从食物中获得 有的在体内转化而来 凡是活细胞都能产生酶 酶都是蛋 白质 有的酶是蛋白质 酶在代谢中有多种功能 在新 陈代谢和生殖发育中起调控作用 酶只是起催化作用 其催 化作用的实质是降低反应的活化能 病毒也能合成酶 A C B D 解题思路 酶是由活细胞产生的 食物中的酶经消化后变成氨基酸 所以酶本身不能被直接吸收 绝大多数酶的化学本质是蛋白质 少数是RNA 酶只是起催化作用 其催化作用的实质是降低反应的活化能 对生命活动起调节作用的是激素 病毒只有核酸和蛋白质 其所需的酶在宿主细胞中合成 答案 A 考点对应练1 2011年唐山模拟 下面关于酶的表述中 全面而准确的 是 D A 酶不能脱离生物体起作用B 酶是蛋白质C 酶与无机催化剂没有本质区别D 酶是活细胞产生的有催化作用的有机物解析 酶在体外也能起催化作用 考点 与酶有关的曲线解读 1 表示酶催化作用实质的曲线 1 酶催化化学反应进行 降低了化学反应的活化能 使反 应物中的活化分子增多 反应更容易进行 2 没有催化剂时 化学反应需要的活化能最多 3 同无机催化剂相比 酶降低活化能的作用更显著 因而 催化效率更高 2 表示酶高效性的曲线 1 酶可通过降低活化能从而加快化学反应速率 2 酶只能缩短达到化学平衡所需的时间 不改变化学反应 的平衡点 3 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 表示酶专一性的图解 A表示酶 B表示被催化的反应物 酶和被催化的反应物分子都有特定的结构 4 表示酶促反应受条件影响的曲线 1 在未达到最适温度和pH时 随温度和pH的逐渐升高 酶的催化效率增强 当达到最适温度和pH后 随温度和pH的逐渐升高 酶的催化效率下降 2 在最适温度和pH时 酶的催化作用最强 高于或低于 最适温度和pH 酶的催化作用都将减弱 3 过酸 过碱 高温都会破坏酶的分子结构 使酶失活 而低温只是抑制酶的活性 酶的分子结构未被破坏 温度升高可恢复活性 5 表示酶促反应速率受底物浓度和酶浓度影响的曲线 1 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 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 典例2 2011年福州质检 图甲是H2O2酶活性受pH影响的曲线 图乙表示在最适温度下 pH b时H2O2分解产生的O2量随时间的变化 若该酶促反应过程中改变某一初始条 件 以下改变正确的是 A pH a时 e点下移 d点左移B pH c时 e点为0 C 温度降低时 c点不移 d点右移D H2O2量增加时 e点不移 d点左移 甲图的b点是其最适pH a c点的酶活性受到影响 乙图的d点是氧气生成量达到最高值 e 所需的最小时间 解题思路 第一步 分析曲线 第二步 分析选项 A项 当pH a时 酶的活性下降 e点不变 d点右移 B项 当pH c时 酶失去一切活性 e点将趋于0 但仍 有少量O2来自于自然状态下的分解 C项 当温度降低时 同样影响酶活性 但不影响强碱性 物质对酶活性的影响 c点不移 d点右移 D项 当H2O2量增加时 e点上移 d点右移 答案 C 考点对应练2 图甲表示温度对淀粉酶活性的影响 图乙是将一定量的淀粉酶和足量的淀粉混合后 麦芽糖积累量随温度变化的情况 下列说法中不正确的是 A 图甲中T0表示淀粉酶催化反应的最适温度 B 图甲中 Ta Tb时淀粉酶催化效率都很低 但对酶活性 的影响有本质的区别 C 图乙中Tb到Tc的曲线表明随温度的升高 麦芽糖不再 上升 酶的活性已达到最大 D 图乙中A点对应的温度为T0 解析 图乙中纵坐标是麦芽糖的积累量 从Tb到Tc的曲线麦芽糖不再上升 说明酶失活 A点时的积累量增长最快 说明此时的温度为最适温度 答案 C 考点 ATP的结构及再生途径 1 ATP的结构 1 组成ATP的各种小分子物质 2 ATP的分子结构 3 ATP ADP AMP的相互转化简式 下式只表示主要物质的相互转化 ATP 酶 ADP 酶 AMP T代表3个 ATP D代表2个 ADP M代表1个 AMP 2 ATP与ADP的相互转化 真核细胞 1 ATP与ADP的相互转化不是可逆反应 酶 续表 2 ADP与ATP转化发生的场所及相关生理过程小结 续表 3 ATP的形成途径 1 含叶绿体的细胞 可通过光合作用 光反应阶段 细胞呼吸产生ATP 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 只能储存在有机物中 2 不含叶绿体的真核细胞 通过细胞呼吸产生ATP 在氧气充足时进行有氧呼吸 在氧气相对不足时 有氧呼吸和无氧呼吸同时进行 在无氧时 暂时通过无氧呼吸产生ATP 细胞长时间进行无氧呼吸 将产生大量的酒精或乳酸 使细胞中毒死亡 生物体内的能源物质 能源物质 糖类 脂肪 蛋白质 主要能源物质 糖类 主要储能物质 脂肪 直接能源物质 ATP 不是唯一的直接能源物质 根本能源 光能 植物细胞内的储能物质 淀粉 动物细胞内的储能物质 糖原 植物细胞中ATP的产生与利用 典例3 2011年佛山二模 ATP是细胞的能量 通货 有关说法正确的是 A 细胞需要储备大量的ATPB ATP与ADP相互转化是生物界生物能量利用的共性C ATP的合成总是伴随有机物的氧化分解D 黑暗条件下 只有线粒体可以产生ATP 解题思路 细胞需要大量的ATP ATP可由ADP转化而来 人体细胞中不储备大量ATP 生物界的共性有很多 如 ATP与ADP相互转化 核酸 细胞膜 核糖体等 合成ATP的能量来源 有机物的氧化分解 光能的吸收 无机物分解等 真核细胞在黑暗条件下 产生ATP的场所有线粒体 细胞质基质 答案 B 考点对应练3 2011年潍坊统考 下列关于人体内ATP的叙述 错误的 是 C A 细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的B 线粒体中大量产生ATP时 一定伴随着氧气的消耗C 在生命活动旺盛的细胞中ATP的含量较多D 1分子ATP脱去两个磷酸基团可形成1分子腺嘌呤核糖核苷酸解析 在生命活动旺盛的细胞中ATP的含量较少 4 易错 在人和动物皮下含量丰富的储能物质是 A 糖原C 脂肪 B ATPD 蛋白质 解析 糖原是细胞内的储能物质 ATP为直接能源物质 脂肪则是体内的主要储能物质 C 一 探究实验的方法与技巧1 对照实验 1 定义 除了一个因素以外 其余因素都保持不变的实验 分为空白对照 条件对照 自身对照 相互对照等 2 一般要设置对照组和实验组 对照组 能排除无关变量产生的误差 使实验结果更具 有真实性 实验组 得出实验的实际结果 3 原则 单一变量原则 只有一个自变量 2 对照实验中变量的控制 续表 3 变量和对照的实例分析 典例1 2011年济南质检 下列关于酶特性实验设计的叙 述中 正确的是 A 验证酶的专一性时 自变量是酶的种类B 验证酶的高效性时 自变量是酶的浓度C 探究温度对酶活性影响时 自变量是温度D 探究酶催化作用的最适pH时 应设置过酸 过碱 中性三组 解题思路 验证酶的专一性时 自变量是底物的种类 验证酶的高效性时 自变量是不同的催化剂 如无机催化剂与生物催化剂 探究温度对酶活性的影响时 自变量是温度 探究酶催化作用的最适pH时 应先进行预实验确定范围 再设置一定梯度的pH进行实验 从而确定其最适pH 答案 C 2 过氧化氢酶和Fe3 都能催化H2O2分解 放出O2 二 通过实验验证酶的催化作用和高效性 1 鲜肝提取液中含有过氧化氢酶 2 实验步骤及分析 1 实验步骤 取4支洁净试管 编号 分别加入2mLH2O2溶液 将2号试管放在90 左右的水浴中加热 观察气泡冒出 情况 与1号对照 向3号 4号试管内分别滴入2滴FeCl3溶液和2滴肝脏 研磨液 观察气泡产生情况 2 3min后 将点燃的卫生香分别放入3号和4号试管 内液面的上方 观察复燃情况 1 实验原理 2 分析 自变量为90 左右的水浴加热 FeCl3溶液和肝脏研磨液 因变量为H2O2分解的速度 用产生气泡数量多少来表示 无关变量为加入H2O2的量 实验室的温度 FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜度等 1号试管为对照组 2 3 4号试管为实验组 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 典例2 下图为验证酶高效性实验时酶浓度 温度等条件适宜且不变时 过氧化氢被分解的速率曲线 则下列说法中 正确的是 A 曲线表明酶具有高效性B 浓度a对应曲线比浓度b对应曲线酶的活性高C 浓度a大于浓度bD 该实验的实验变量为反应物浓度 解题思路 第一步 分析曲线 三条曲线的最大区别是达 到平衡点所需的时间不同 而平衡点可理解为反应物被消耗的量或生成物浓度达到最大时的状态 第二步 分析选项 酶的高效性是针对酶与无机催化剂而 言的 本题中的三个反应都为酶催化的反应 因此 研究对象与酶的活性无关 据图 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 该实验的实验变量为反应物浓度 因变量为达到平衡所需要的时间 答案 D 三 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 实验步骤 续表 3 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 使淀粉酶在适宜的温度条件下催化能力最强 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 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 典例3 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 代表实验步骤 对该实验方案的 有关评价 错误的是 A 淀粉酶的用量属于自变量B 和 会影响酶的活性 C 和 的温度设置错误D 和 的顺序有误 解题思路 从实验步骤中可知被人为改变的是底物的种类 故自变量是底物种类 淀粉酶的用量属于无关变量 和 是高温 会影响酶的活性 和 的温度设置错误 应是 为37 恒温水浴 为50 65 温水中水浴加热 才能产生砖红色沉淀 和 的顺序有误 应反过来 答案 A 本实验不能用碘液来鉴定 因为碘液无法检测蔗糖是否被 水解 四 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 实验原理 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 实验步骤 续表 3 实验分析 自变量为温度 因变量为淀粉分解量 也可用是否出现蓝 色及蓝色的深浅来表示 必须用同样温度处理淀粉溶液或酶溶液 防止混合时 由于两种溶液的温度不同而使混合后温度发生变化 影响实验结果 碘液不能滴加太多 防止影响实验现象的观察 本实验不宜选用斐林试剂 因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成 而该实验需严格控制不同的温度 2 pH对酶活性的影响 1 实验原理 斐林试剂与还原性糖反应形成砖红色沉淀 淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖 麦芽糖和葡萄糖属于还原性糖 2 实验步骤 用表格形式显示 注意操作顺序不能错 续表 典例4 下列验证某种加酶洗衣粉需要的最适温度的实 验 正确的是 A 取一系列不同温度 其他条件相同的水 加入相同的污物及等量加酶洗衣粉 看哪一个温度中酶的效果最好B 在不同温度的水中 加入不等量洗衣粉 看哪种效果好C 将加酶洗衣粉加入30 水中发现不如加到45 的水中洗涤效果好 说明45 为最适温度D 将加酶洗衣粉与普通洗衣粉分别加入37 的水中洗涤同样的污物 发现加酶洗衣粉效果好 说明加酶洗衣粉的最适温度为37 解题思路 探究酶的最适温度的自变量是不同温度 在不同温度的水中 加入不等量洗衣粉 则实验出现两个自变量 将加酶洗衣粉加入30 水中发现不如加到45 的水中洗涤效果好 只能说明在45 水中的催化效率比在30 水中好 将加酶洗衣粉与普通洗衣粉分别加入37 的水中洗涤同样的污物 发现加酶洗衣粉效果好 自变量是洗衣粉种类 不能说明加酶洗衣粉的最适温度 答案 A 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 温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的 在温度影响酶的实验中鉴定试剂只能用碘液而不能用斐林试剂 在pH对酶活性影响实验中鉴定试剂只能用斐林试剂而不能用碘液 1 2012年汕头统考 下列关于生物体内化合物的叙述中正 确的是 D A 细胞内的化合物都是以碳链为骨架B 蔗糖和乳糖水解的产物都是葡萄糖C 蛋白质是细胞代谢的主要能源物质D 腺苷是构成ATP和RNA的基本成分解析 水和无机盐没有碳链 蔗糖和乳糖水解的产物都有葡萄糖 但前者还有果糖 后者还有半乳糖 细胞代谢的主要能源物质是糖类 腺苷是由腺嘌呤和核糖构成 也是ATP和RNA的基本成分 2 2012年揭阳统考 下图表示在不同条件下 酶催化反应 情况 以下有关叙述错误的是 A 图 实线 虚线可依次表示增加酶量前后 生成物量 与反应时间的关系 B 图 实线 虚线可依次表示H2O2在Fe3 过氧