[原创]2012年《高考风向标》高考生物一轮复习 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” [配套课件].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 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 细胞代谢 2 作用 是细胞 的基础 生命活动 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 通货 ATP 二 酶 常态 活跃状态 1 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 是因为同无机催化剂相比 酶降低活化能的作用更显著 2 概念 活细胞 蛋白质 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 3 特性 高效性 1 酶的催化效率大约是无机催化剂的107 1013倍 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 明显降低 三 ATP 直接来源 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 三磷酸腺苷 专一性 最适宜的温度和pH 条件下 3 ATP与ADP的相互转化 能量 4 ATP的形成途径子 光合作用 细胞呼吸 1 自养生物 化能合成作用 细胞呼吸 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 和 化能合成细菌是来自外界无机物的氧化 即 和 2 异养生物 呼吸作用 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 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 生命活动 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 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 出现红色 突破题1 下列有关酶的叙述中 正确的是 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 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 2 过氧化氢酶和Fe3 都能催化H2O2分解 放出O2 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 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 1 A 曲线表明酶具有高效性 B 浓度a对应曲线比浓度b对应曲线的酶活性高C 浓度a大于浓度b D 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 代表实验步骤 对该实验方案的有关评价中 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 解题指导 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 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 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 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 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 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 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 突破题4 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5min A C B D 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 淀粉酶活性的影响 所以pH为自变量 温度为无关变量 答案 D ATP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 A代表腺苷 由核糖和腺嘌呤构成 P代表磷酸 代表普通化学键 代表高能磷酸键 T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 酶 续表 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 细胞长时间无氧呼吸 将产生大量的酒精或乳酸 使细胞中毒死亡 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 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 易错易混 生物体内的能源物质 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 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 解题指导 酶1和酶2的化学本质都是蛋白质 在高温 一 解读与酶有关的曲线1 表示酶高效性的曲线 图5 1 2 1 催化剂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 图5 1 3 1 在A反应物中加入酶A 反应速度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 反应速度和未加酶时相同 说 明酶B不催化底物A参加反应 2 酶的专一性 图5 1 4 图中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 3 表示酶专一性的图解 图5 1 5 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 3 表示影响酶活性的曲线 4 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 4 底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响 图5 1 6 底物浓度增加而加快 但当底物达到一定浓度后 受酶数量和酶活性的限制 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 1 在其他条件适宜 酶量一定的条件下 酶促反应速率随 据有关实验结果绘制的 其中能说明酶具有高效性的是 解题指导 酶的高效性是相对于无机催化剂来讲的 所以必须是酶与无机催化剂催化同一种物质的化学反应作对照 并且催化剂只能改变化学反应速率而不能改变反应的平衡点 答案 A 演绎题1 下列图中的曲线是用过氧化氢作实验材料 根 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 图5 1 7 备选题 图甲表示温度对淀粉酶活性的影响 图乙是将一定 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 图乙中横坐标为Tb到Tc时 曲线基本稳定 麦芽糖的积累量不再上升 表明化学反应已停止 高温使酶丧失活性 答案 C A T0表示淀粉酶催化反应的最适温度 酶通过降低化学反应的活化能来催化化学反应进行 使反应物中的活化分子增多 反应更容易进行 如图5 1 8所示 图5 1 8 从图中可看出 没有催化剂时 化学反应需要的活化能最多 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 二 酶催化作用的实质的图解分析 曲线 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 演绎题2 经典题 下列选项中 表示有酶催化的反应 时需要的活化能与 有酶时需要的活化能的差 只有C项的E表示两者之差 答案 C 相关叙述正确的是 解题指导 E表示酶降低的活化能 则E应为 没有酶 备选题 图5 1 9中曲线 分别表示物质A在无催化条件和有酶催化条件下生成物质P所需的能量变化过程 下列 图5 1 9 A ad段表示在无催化剂条件下 物质A生成物质P需要 的活化能 B 若将酶催化改为无机催化剂催化该反应 则b在纵轴上 将向下移动 C 若仅增加反应物A的量 则图中曲线的原有形状均发 生改变 D 若曲线 为最适酶促条件下的曲线 改变酶促条件后 则b在纵轴上将向上移动 解析 之间的差值为酶所降低的活化能 若曲线 为最适酶促条件下的曲线 改变酶促条件后 酶的催化效率下降 则b在纵轴上将向上移动 答案 D 三 探究实验的方法与技巧 科学思维方法 对照实验中对照的设置与变量的控制对照实验是指除了一个因素以外 其余因素都保持不变的实验 它一般要设置对照组和实验组 关于对照和变量的设置及作用如下表 演绎题3 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 并回答下列问题 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 2 实验步骤 按照上表中的设计 取试管 加溶液 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50 65 水浴加热2min 观察实验现象并记录实验结果 乙 丙 丁 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 试管中出现的砖红色的颜色会比37 时的浅 其原因是 解题指导 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 关键是要确定自变量 本题目有两个自变量分别为不同底物或不同酶 因此要设计多组实验才能说明问题 含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管 以及含有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