生物高考一轮复习 第5章 第12节 细胞的能量供应和利用课件 新人教版必修1.ppt

第5章细胞的能量供应和利用 第1节降低化学反应活化能的酶 第2节细胞的能量 通货 atp 基础梳理 基础梳理 1 酶的定义 酶是 产生的具有作用的 其中 酶是蛋白质 产生场所 活细胞 作用 催化作用 本质 有机物 多数酶是蛋白质 2 酶的特性 1 2 3 酶的作用条件比较温和 活细胞 催化 有机物 绝大多数 高效性 专一性 归纳整合 一 酶的特性1 高效性 一般地说 酶的催化效率是无机催化剂的107 1013倍 2 专一性 一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应 酶的专一性 生化反应的多样性 蛋白质的结构多样性 酶的多样性 3 温度 酸碱度影响酶的活性 高温 低温以及过酸和过碱 都会影响酶的活性 酶的催化作用需要适宜的温度和ph 影响曲线如下 甲曲线在最适温度两侧不对称 乙曲线在最适ph两侧基本对称 1 过酸 过碱和高温 都能使酶的酶分子结构遭到破坏而失去活性 不可逆 2 低温虽然使酶的活性明显降低 但酶的分子结构没有破坏 酶的活性在适宜的温度下可以恢复 3 不同的酶有不同的最适温度和最适ph 一般来说 动物体内的酶的最适ph大多在6 5 8 0之间 而植物与微生物体内的酶 其最适ph多在4 5 6 5之间 唾液淀粉酶的最适ph为6 8 脂肪酶的最适ph为8 3 胃蛋白酶的最适ph为1 5 2 2 一般来说 动物体内的酶的最适温度多在37 50 而植物体内酶的最适温度多在50 60 4 底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响 1 在其他条件适宜 酶量一定的条件下 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 其他条件适宜的条件下 酶促反应速率与酶浓度成正比 跟踪训练 1 2009年上海卷 将刚采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻 可保持其甜味 这是因为加热会 a 提高淀粉酶活性b 改变可溶性糖分子结构c 防止玉米粒发芽d 破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶 解析 玉米放入沸水中 使玉米中的把可溶性糖转化为淀粉的酶受热失活 不能催化可溶性糖转化为淀粉的反应 答案 d 2 2009年广东卷 水稻细胞内合成的某物质 能够在常温下高效分解淀粉 该物质 a 在4 条件下易变性b 只含有c hc 也能催化淀粉合成d 含有羧基 解析 能在常温下分解淀粉的是酶 酶在高温下才会变增加性失活 a项不对 淀粉酶的化学本质为蛋白质 一定含有c h o n 所以b项不对 酶具有专一性 只能催化分解的而不能催化合成的 c项不对 蛋白质的基本组成单位为氨基酸 氨基酸含有羧基 答案 d 基础梳理 在任何化学反应中 反应物分子必须超过一定的阈能 成为活化的状态 才能发生变化 形成产物 这种提高低能分子达到活化状态的能量 称为活化能 催化剂的作用 主要是降低反应所需的活化能 以致相同的能量能使更多的分子活化 从而加速反应的进行 酶能显著地降低活化能 故能表现为高度的催化效率 例如课本的h2o2酶的例子 可以显著地看出 酶能降低反应活化能 使反应速度提高千百万倍以上 目前一般认为 酶催化某一反应时 首先在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 此过程可用下式表示 e s es e p 上式中e代表酶 s代表底物 es代表酶 底物复合物 p代表反应产物 由于es的形成速度很快 且很不稳定 一般不易得到es复合物存在的直接证据 但从溶菌酶结构的研究中 已制成它与底物形成复合物的结晶 并得到了x线衍射图 证明了es复合物的存在 es的形成 改变了原来反应的途径 可使底物的活化能大大降低 从而使反应加速 跟踪训练 1 2009年海南卷 酶a b c是大肠杆菌的三种酶 每种酶只能催化下列反应链中的一个步骤 其中任意一种酶的缺失均能导致该菌因缺少化合物丁而不能在基本培养基上生长 化合物丁 化合物甲 酶 化合物乙 酶 化合物丙 酶 现有三种营养缺陷型突变体 在添加不同化合物的基本培养基上的生长情况如下表 由上述可知 酶a b c在该反应链中的作用顺序依次是 a 酶a 酶b 酶cb 酶a 酶c 酶bc 酶b 酶c 酶ad 酶c 酶b 酶a 解析 添加化合物乙 丙 突变体a均不生长 说明酶a的作用是催化丙形成丁 突变体b在添加化合物甲的培养基上不生长 添加乙时能生长 说明酶b的作用是促使乙形成丙 突变体c在添加化合物乙和丙的培养基上均能生长 说明突变体c既能由乙形成丙 也能由丙形成丁 酶c的作用只能是催化甲形成乙 所以反应链中酶的顺序为酶c 酶b 酶a 答案 d 2 2009年全国卷 下图是某种微生物体内某一物质代谢过程的示意图 下列有关酶活性调节的叙述 错误的是 a 丁物质既是酶 催化生成的产物 又是酶 的反馈抑制物b 戊物质通过与酶 结合导致酶 结构变化而使其活性下降c 当丁物质和戊物质中任意一种过量时 酶 的活性都将受到抑制d 若此代谢途径的终产物不断排出菌体外 则可消除丙物质对酶 的抑制作用 解析 本题考查酶活性调节的机理 微生物代谢的调节主要有两种形式 酶合成的调节和酶活性的调节 酶活性的调节是微生物通过改变已有酶的催化活性来调节代谢速率 酶活性发生改变的主要原因是代谢过程中产生的物质与酶结合 致使酶的结构产生变化 但这种变化是可逆的 当代谢产物与酶脱离时 酶结构便会复原 又恢复原有的活性 因此a b d正确 当丁物质和戊物质中任意一种过量时 不一定会导致丙物质积累 以抑制酶 的活性 答案 c 基础回顾 1 atp的结构特点 atp c10h16o13n5p3 是 的英文名称缩写 atp分子的结构式可以简写成 其中a代表 p代表 代表 代表一种特殊的化学键 叫做 atp分子中大量的化学能就储存在 中 高能磷酸键 三磷酸腺苷 a p p p 腺苷 磷酸基团 一般的共价键 高能磷酸键 atp可以水解 这实际上是指 高能磷酸键水解时释放的能量多达 所以说atp是细胞内的一种 2 atp与adp相互转化 1 adp是 atp和adp之间可以发生相互转换 上述反应向右进行时 atp分子中 的那个高能磷酸键很容易水解 其中储存的能量释放出来 用于各种生命活动 高能磷酸化合物 atp分子中高能磷酸 键的水解 30 54kj mol 二磷酸腺苷 atp 酶 酶 adp pi 能量 远离a 上述反应向左进行时 合成atp所需的能量 对于动物 人 真菌和大多数细菌来说 均来自细胞进行 分解有机物所释放的能量 对于绿色植物来说 除了依赖 所释放的能量外 在叶绿体进行 时 可以利用 来合成atp 2 吸能反应一般与atp 的反应相联系 放能反应一般与atp的 相联系 释放的能量储存在atp中 也就是说 能量通过 在吸能反应和放能反应之间循环流通 因此 可以形象地把atp比喻成细胞内流通的 光能 呼吸作用 呼吸作用 光合作用 能量 通货 水解 合成 atp分子 探究思考 atp是唯一的高能化合物吗 答案 不是 在肌肉或其他兴奋性组织 如脑和神经 中还有一种高能磷酸化合物 磷酸肌酸 是高能磷酸基的暂时贮存形式 磷酸肌酸水解时 每摩尔化合物释放10 3千卡的自由能 比atp释放的能量 每摩尔7 3千卡 多些 磷酸肌酸能在肌酸激酶的催化下 将其磷酸基转移到adp分子中 当一些atp用于肌肉收缩时 就会产生adp 其化学反应为 adp 磷酸肌酸 c p atp 肌酸 c 磷酸肌酸激酶 肌酸激酶 特别说明 细胞中重要的能源物质 葡萄糖 植物细胞中储存能量的物质 淀粉 动物细胞中储存能量的物质 糖原 生物体内主要储存能量的物质 脂肪 生物体进行各项生命活动的主要能源物质 糖类 生物体进行各项生命活动的直接能源物质 atp 生物体进行各项生命活动的最终能源 太阳能 归纳整合 一 三磷酸腺苷 atp 的分子结构atp是由一分子腺嘌呤 一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的 这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起 依次分别称为 磷酸基团 atp的结构式是 a p p p 分析 从atp的结构式可以看出 腺嘌呤与核糖结合形成腺苷 腺苷通过核糖中的第5位羟基 与3个相连的磷酸基团结合 形成atp atp分子中的 磷酸基团水解时 能释放30 5kj mol的能量 而6 磷酸葡萄糖水解时释放的能量只有13 8kj mol 需要指出的是 atp分子既可以水解一个磷酸基团 磷酸基团 而形成二磷酸腺苷 adp 和磷酸 pi 又可以同时水解两个磷酸基团 磷酸基团和 磷酸基团 而形成一磷酸腺苷 amp 也称为腺嘌呤核糖核苷酸 是组成rna的基本单位之一 和焦磷酸 ppi 后一种水解方式在某些生物合成中具有特殊意义 amp可以在腺苷酸激酶的作用下 由atp提供一个磷酸基团而形成adp adp又可以迅速地接受另外的磷酸基团而形成atp 总之 在活细胞中 atp末端磷酸基团的周转是极其迅速的 其消耗与再生的速度是相对平衡的 atp的含量因而维持在一个相对稳定的 动态平衡的水平 二 atp与adp的相互转化atp与adp的相互转化伴随着吸能和放能 因此与生物体的新陈代谢密切相关 可用下式表示二者的转化过程 能量 物质可逆 能量和酶不可逆 atp 酶 adp pi 酶 化学中讲到可逆反应的特点 正逆反应都能在同一条件下同时进行 1 从反应条件上看 atp的分解是一种水解反应 催化该反应的酶属水解酶 而atp的合成是一种合成反应 催化该反应的酶属合成酶 酶具有专一性 因此反应条件不同 2 从能量上看 atp水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能 而合成atp的能量主要有化学能和太阳光能 因此能量的来源是不同的 3 从atp合成与分解的场所上看 atp合成的场所是细胞质基质 线粒体和叶绿体 而atp分解的场所较多 因此其合成与分解的场所不尽相同 很显然上述反应并不是同时进行的 综上所述 atp与adp相互转化的反应不是可逆的 但我们不能单纯地利用化学上的观点来判断该反应是否可逆 因为atp与adp在活细胞中永无止境地循环着 该反应能够明确地表示二者在一定条件下的循环过程 所以该循环使atp不会因能量的不断消耗而用尽 从而保证了生命活动的顺利进行 跟踪训练 1 2009年广东卷 正常精细胞形成精子的过程中 细胞的很多结构退化消失 但保留了大量线粒体 因为线粒体可以合成精子运动所需的 a 乙醇b atpc 胰岛素d 淀粉 解析 本题考查线粒体的功能 线粒体是产生atp的主要场所 答案 b 2 2008年广东卷 关于叶肉细胞在光照条件下产生atp的描述 正确的是 a 无氧条件下 光合作用是细胞atp的唯一来源b 有氧条件下 线粒体 叶绿体和细胞质基质都能产生atpc 线粒体和叶绿体合成atp都依赖氧d 细胞质中消耗的atp均来源于线粒体和叶绿体 解析 本题考查细胞中atp的产生部位及条件 叶肉细胞在光照条件下进行的且能产生atp的生理过程有光合作用的光反应和呼吸作用 光合作用的光反应产生的atp 只用于光合作用的暗反应 而不能用于其他活动 在叶肉细胞的细胞质基质中可进行无氧呼吸 其合成的atp用于各项生命活动 在有氧条件下 细胞质基质和线粒体共同完成有氧呼吸且都可以产生atp 除光合作用外的生命活动 所需要的atp都来源于细胞质基质和线粒体 答案 b 热点聚焦 酶的催化作用及其催化条件 2009年全国卷 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 淀粉四种溶液 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 2 实验步骤 按照上表中的设计 取试管 加溶液 3 结果预测 4 结论 5 在上述试验中 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 出现砖红色的试管中的颜色会比37 时的浅 其原因是 答案 1 答案 1 2 混匀 37 恒温水浴一段时间 取出试管 分别加入适量的斐林试剂 混匀 沸水浴一段时间 观察实验现象并记录实验结果 3 含有蔗糖和淀粉酶溶液的试管 试管甲 以及含有淀粉和淀粉酶溶液的试管 试管乙 中出现砖红色沉淀 其他试管中不出现砖红色沉淀 4 哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶 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名师点睛 来源于书上的实验 但是又不同于书上的实验 根据已给的材料及步骤 完成实验设计的试题再次考察了实验设计 热点训练 2009年全国卷 已知2h2o22h2o 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 该题要同时验证酶具有催化作用和高效性 因此应遵循对照性原则 科学性原则和单一变量原则 1 实验步骤 取3支试管 编号 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 分别向上述3支试管中加入等量且适量的蒸馏水 fecl3溶液和过氧化氢酶溶液 观察现象 3支试管中气泡产生的快慢 2 整个实验中 不同处理的试管中o2释放最快的是加酶溶液的试管 其次是加fecl3溶液的试管 再次是加蒸馏水的试管 由此可得出的结论是酶具有催化作用和高效性 3 将恒温水浴改为80 重做上述实验 过氧化氢酶因高温变性而失去了活性 因此释放o2最快的是加fecl3溶液的试管 答案 1 取3支试管 编号 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 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 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溶液的试管过氧化氢酶因高温变性而失去了活性 因此释放o2最快的是加fecl3溶液的试管 走进实验室 基础再现 实验课题 影响酶活性的条件 实验1 探究温度对唾液淀粉酶活性的影响实验原理 淀粉遇碘后 形成紫蓝色的复合物 淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖 麦芽糖和葡萄糖遇碘后不显色 实验2 探究ph对唾液淀粉酶活性的影响实验原理 淀粉酶可使淀粉水解成麦芽糖和葡萄糖 麦芽糖和葡萄糖具有还原性 能够与斐林试剂发生氧化还原反应 生成砖红色氧化亚铜沉淀 一 探究温度对唾液淀粉酶活性的影响1 实验步骤 1 取3支试管 编上号 然后分别注入2ml可溶性淀粉溶液 2 另取3支试管 编上号 然后分别注入1ml唾液 3 将装有淀粉溶液和酶溶液的试管分成3组 分别放入热水 约37 沸水和冰块中 维持各自的温度5min 4 分别将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液中 摇匀后 维持各自的温度5min 5 在3支试管中各滴入1 2滴碘液 然后摇匀 6 观察这3支试管中溶液颜色的变化情况 并将观察结果记录在 实验报告册 上 2 实验现象及结论1号试管中的溶液不呈紫蓝色 2号和3号试管中的溶液均呈现紫蓝色 上述现象说明 1号试管中的淀粉已经被淀粉酶水解 2号和3号试管中的淀粉未被淀粉酶水解 由此推知 1号试管中的淀粉酶发挥了正常的催化作用 2号和3号试管中的淀粉酶没有发挥催化作用 由此证明 酶的催化活性需要适宜的温度 高温 低温都会影响酶的活性 二 探究ph对唾液淀粉酶活性的影响1 实验步骤 2 实验现象及结论试管1出现砖红色沉淀 试管2和试管3无砖红色沉淀产生 该实验表明 过酸 过碱都影响唾液淀粉酶的催化活性 酶的催化作用需要适宜的ph 易错归纳 1 在探究温度对酶活性的影响时 对照组加入等量的反应物如2ml可溶性淀粉后 要先放入不同的环境中保温5分钟 使反应物达到所处不同环境的温度 然后再加处于对应温度下的新鲜酶液 摇匀维持5分钟 否则若加入酶后再放入不同温度的环境中 由于酶的高效性 在升温或降温的过程中已把反应物分解 这样会造成实验误差 2 关于探究ph对酶活性影响的实验 操作时必须注意在调好ph的情况下 加清水 加氢氧化钠溶液 加盐酸 再让反应物与酶接触 方可证明环境过酸或过碱对酶活性的影响 避免在未达到预设的ph时反应物已与酶接触发生反应 此实验中要注意保持酶在最适温度下发挥作用 排除温度对酶活性的影响 3 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在37 左右 精题演习 1 2009年汕头二模 几位同学在探索ph对 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 在三个试管中各加入可溶性淀粉溶液2ml 在三个试管中各加入新鲜的 淀粉酶溶液1ml 置于适宜温度下保温5min 分别置于100 60 0 环境中保温5min 加入斐林试剂后 水浴加热 观察现象 将试管中溶液的ph分别调到3 7 11 保持5mina b c d 答案 d 2 双选 在证明酶的催化作用受温度影响的实验时 有学生取两支试管分别将淀粉溶液与唾液混合后 分别将试管放在冰水 沸水中5min后 待试管冷却后分别加入3滴碘液 结果两支试管都变蓝 证明酶的催化作用需要适宜的温度 此实验的不足之处是 a 酶与淀粉不能在设置各自温度之前接触b 缺少温度为37 的对照实验c 这两支试管都不应变蓝d 不能用碘液检验是否存在淀粉 答案 ab 课时作业 1 2009年江门二模 当你品尝各种美味佳肴时 你可能不得不感谢三磷酸腺苷 atp 这种化学物质 新的研究显示 atp这种传统上与细胞能量供应相关的物质在把食物的味道信息传递给大脑的过程中起到了关键的作用 据以上信息我们不能推出的结论是 a atp与能量供应相关 b 作为信息分子的atp不能提供能量 c atp也可作为信息传递分子 d 神经细胞膜外表面可能有atp的受体 答案 b 8 2009年揭阳二模 关于激素与酶的比较 下列说法正确的是 a 酶有专一性 激素对