高中生物 第一节 ATP和酶知识导航 苏教版

用心 爱心 专心1 第四章第四章 光合作用和细胞呼吸光合作用和细胞呼吸 第一节第一节 ATPATP 和酶和酶 思维激活思维激活 1 一般洗衣粉不易清除衣物的奶渍 但生物活性洗衣粉则可以 一袋生物活性洗衣粉包装 袋上印有以下资料 成分 蛋白酶 0 2 清洁剂 15 用法 洗涤前先将衣服浸于加有适量洗衣粉的水 内一段时间 使用温水效果最佳 切勿用 60 以上的热水 注意 切勿用于丝质及羊毛 衣料 用后须彻底清洗双手 请根据以上资料完成有关问题 1 为什么该生物活性洗衣粉能较易清除衣物上的奶渍 2 为什么洗涤前须先将衣物浸于有这种洗衣粉的水内一段时间 3 试提供一个方法以缩短衣物浸水的时间 并加以解释 4 为什么包装盒上的用法指明切勿在 60 以上的热水中使用此洗衣粉 5 试解释为什么此洗衣粉不能用于丝质及羊毛衣料 提示提示 1 因为其中含有蛋白酶 能分解污渍中的蛋白质 2 是为了使洗衣粉中的蛋白酶充分分解衣物中的蛋白质污渍 3 用温水浸泡衣物 因为酶的催化作用需要适宜的温度 4 因为温度过高会使酶失去活性 或高温破坏了酶的结构 5 因为丝质及羊毛衣料中含有蛋白质 此种洗衣粉会损坏衣物 2 随着社会的发展 各种各样的垃圾越来越多 垃圾处理也成为必须解决的重大问题 试 想有哪些方法可以处理垃圾 提示提示 垃圾污染成为当今社会的重要污染源之一 各国政府为了处理垃圾采取了多种措施 如填埋法 生物降解法等 随着酶工程技术的深入 人们开始探索采用酶降解技术处理污 染物 并收到了良好的经济效益 生物科学已成为 21 世纪发展最快的学科 生物技术将是 未来经济发展的新动力 它们将在农业 动物饲养业 能源 生物法处理环境污染 纤维 和包装材料 药物和医学等领域形成巨大的产业 以重组 DNA 和基因克隆为标志的生物技 术被称为 第三次技术革命 自主整理自主整理 1 生命活动的能量 通货 ATP 1 ATP 结构简式是 A P P P 其中 A 代表腺嘌呤核苷 T 代表三 P 代表磷酸基团 代表共价键 代表高能磷酸键 2 ATP 结构特点 ATP 有两个高能磷酸键 ATP 第二个高能磷酸键易断裂也易形成 ATP 由 1 分子腺嘌呤 1 分子核糖和 3 分子磷酸组成 用心 爱心 专心2 3 ATP 与 ADP 的相互转化 ATPADP Pi 能量 在生物体内能量的转换和利用中 ATP 起着关键的作用 它直接为各种需能反应提 供能量 人体细胞中 ATP 和 ADP 的相互转化在活细胞中永不停息地进行着 这既可以避免能 量的浪费 又保证了及时供应生命活动所需能量 2 酶与酶促反应 1 酶的概念 由活细胞产生的 具有催化活性的一类特殊蛋白质 又称为生物催化剂 2 酶的特性 催化效率高 酶的作用具有高度的专一性 一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应 酶易失活 凡使蛋白质变性的因素 如强酸 强碱 高温等条件都能使酶破坏而完 全失去活性 3 影响酶活性的因素 温度和 pH 温度 在一定温度范围内 酶的催化效率随着温度升高而加快 酶的活性最强 催 化效率最高的温度称为酶的最适温度 超过最适温度 酶的催化效率随着温度的上升而减 弱 低温和高温都能抑制酶的活性 但低温不使酶失活 高温使酶 蛋白质 变性而失去 活性 酸碱度 同温度影响酶活性的情况基本一样 但过酸 过碱会使蛋白质变性而失去 活性 不同的酶最适 pH 是不同的 4 影响酶促反应的速率的因素 温度 pH 酶的浓度 底物的浓度等 高手笔记高手笔记 1 ATP 是一切生命活动的直接能源 ATP 与 ADP 的相互转化保证了细胞正常生命活动的能量 的供应 2 酶的本质为大部分是蛋白质 少部分是核酸 酶的特性是具有高效性 专一性和多样性 3 影响酶活性的因素是温度 pH 影响酶促反应的因素是温度 pH 酶的浓度 底物浓度 和反应产物的浓度 名师解惑名师解惑 1 酶与一般催化剂的区别 剖析 剖析 1 酶作为生物催化剂 同样具有一般催化剂的特点 改变化学反应速率 降低反应活化能 不改变化学反应的平衡点 而反应前后本身并不发生变化 2 酶在催化过程中又有不同于一般无机催化剂的特点 酶的催化效率高 是一般催化剂的 107 1013倍 酶具有高度的专一性 酶更容易失去活性 对环境条件的改变十分敏感 酶的活性与辅酶 辅基及金属离子有关 2 影响酶催化作用的因素有哪些 剖析 剖析 有的化合物能增强酶的活性 这种化合物叫做酶的激活剂 有的化合物能抑制酶的 活性 这种化合物叫做酶的抑制剂 1 温度对酶的影响 酶促反应都有一个最适温度 在此温度以上或以下酶活性均要下降 这是因为温度对酶促反应的影响有两个方面 其一 酶所催化的反应都是化学反应 化学 用心 爱心 专心3 反应的特点总是温度升高 反应速度加快 如下图中的曲线 a 其二 酶分子本身会随温 度的升高而发生热变性 温度升得越高 酶变性的速率也越快 升到一定温度 酶将完全 失去活性 如曲线 b 将这两个作用叠加在一起 使得酶所催化的反应表现出最适温度 如曲线 c 大约在 0 40 的范围内 一般酶的活性随温度升高而升高 高温使酶变性失活 活 性不能恢复 低温仅降低酶活性 不失活 活性可以恢复 2 pH 对酶的影响 酶通常在 pH 范围内才起作用 而且在某一 pH 下作用最强 下图为 pH 对酶作用影响的典型曲线 最适的 pH 范围可能很窄 也可能较宽 这取决于不同酶的 特性 在过酸 过碱的环境中 酶失去活性 并且不能再恢复 pH 对酶作用的影响 3 酶促反应速率与底物浓度的关系 在酶量一定的条件下 在一定范围内会随着底物浓 度的增加 反应速率也增加 但达到一定浓度后酶促反应的速率也就不再增加了 原因是 酶饱和了 如下图曲线所示 3 怎样区别生命活动的直接能源物质 主要能源物质和最终能源 剖析 剖析 生物体生命活动的直接能源是 ATP ATP 水解时释放的能量直接用于各种生命活动 生物体内的糖类 脂类和蛋白质等有机物中都含有大量的能量 但生命的主要能源物质是 糖类 糖类在体内氧化分解 释放的能量有一部分转移到 ATP 以人体为例 在一般情况 下 生命活动所需要的能量大约有 70 左右是由糖类提供的 糖类等有机物中所储存的能 量最终来自绿色植物光合作用所固定的太阳能 所以生物体生命活动的最终能源是太阳能 4 ATP 可以分解得到 ADP 同样 ADP 也可以合成 ATP 那么 ATP 与 ADP 的相互转变是化学 上的可逆反应吗 为什么 剖析 剖析 首先要搞清楚相互转化与可逆反应之间的本质区别 然后再联系细胞内 ATP 的合成 与分解是两个完全不同的生理过程 就会明确其中的道理 ATP 和 ADP 相互转化实际上表 示 ATP 和 ADP 的循环过程 并不表示化学上的可逆反应 因为 ATP 转化为 ADP 的反应为 水解反应 而 ADP 转化为 ATP 的反应为合成反应 根据酶的专一性特点 二者所需酶的种 类不同 从能量的来源看 ATP 水解所释放的能量来自远离腺苷的那个高能磷酸键断裂 反应进行的部位也各不相同 产生 ATP 的部位主要是细胞质基质 线粒体 叶绿体 ATP 分解的场所较广泛 很显然 ATP 与 ADP 的相互转变并不是同时进行的 所以不是化学上的可 用心 爱心 专心4 逆反应 5 ATP 中的能量是如何利用的 剖析 剖析 ATP 是细胞内的直接能源物质 生物体的一切生命活动所需能量几乎都要靠 ATP 提 供 但是 ATP 只是作为细胞内能量转换的 中转站 ATP 中的能量可以直接转换为其他各 种形式的能量 用于各项生命活动 这些能量形式主要有机械能 电能 化学能 光能 热能 渗透能等 6 我们知道酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 在生物体内所有的化学反应都需要 有酶的参与 那么 酶是否一定在细胞内发挥作用呢 剖析 剖析 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 活细胞中的每一个化学变化都是在酶的 催化作用下进行的 很多酶都是在细胞内发挥作用 但是有些酶要分泌到细胞外 如各种 消化酶 另外 人们通过基因工程生产的很多酶 如洗衣粉中的酶 都是在细胞外发挥作 用 讲练互动讲练互动 例题 1 对 ATPADP Pi 能量 的叙述中 正确的一项是 A 反应向左进行和向右进行时所需要的酶都是一样的 B 反应向右进行时释放能量 向左进行时储存能量 C 整个反应是一个动态平衡的过程 D 植物细胞和动物细胞发生这个反应的生理过程都一样 解析 解析 生物体进行的从 ATPADP Pi 能量的过程和从 ADP Pi 能量ATP 的过程 是两个截然不同的生理过程 它们发生的场所 所需要的酶是不同的 所以 A 项错 也正是 两个过程发生的场所 所需要的酶不同 所以就不存在动态平衡问题 故 C 项不对 植物细 胞可以通过光合作用产生 ATP 和消耗 ATP 也可通过呼吸作用产生 ATP 而动物细胞不能通过 光合作用产生 ATP 主要通过呼吸作用产生 所以 D 项也不对 答案 答案 B 绿色通道绿色通道 产生 ATP 的能量来源 植物和动物都来自呼吸作用 植物还来自光合作用 ATP 的含 量在细胞内是一个动态平衡 但是转化的场所不同 变式训练变式训练 1 下列生理过程不需要消耗 ATP 的是 A 在核糖体中合成血红蛋白 B 在肺泡表面进行气体交换 C 小肠吸收氨基酸 D 神经冲动在中枢传导 解析 解析 考查对能量利用知识的理解与掌握 生物体内不断进行的各项生理活动绝大多数是 需要消耗能量的 但也有一些并不消耗能量 如组织和肺泡内的气体交换 某些小分子物质 出入细胞等 在题目给的四个选项中 只有在肺泡表面进行的气体交换不需要消耗能量 答案 答案 B 例题 2 2006 高考广东卷 7 多选 下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用实验设计 及结果 试管编号 2 mL 3 淀粉溶液 2 mL 3 蔗糖溶液 1 mL2 的新鲜淀粉酶溶液 反应温度 406080406080 用心 爱心 专心5 2 mL 斐林试剂 砖红色深浅 注 表示有 表示无 此行 的多少代表颜色的深浅 根据实验结果 以下结论正确的是 A 蔗糖被水解成非还原糖 B 淀粉在淀粉酶的作用下水解成还原糖 C 该淀粉酶活性在 60 比 40 高 D 淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性 解析 解析 该题考查的是淀粉酶催化作用的专一性和温度对酶活性的影响 与 与 与 对照说明淀粉酶只能催化淀粉分解 体现了酶的催化作用具有专一性 对照说明酶的催化作用受温度的影响 答案 答案 BC 绿色通道绿色通道 酶的催化作用受温度的影响 在一定范围内随温度升高而增强 达到最适温度时酶活 性最强 超过最适温度随温度升高酶活性降低 酶的催化作用具有专一性 变式训练变式训练 2 取 1 5 号五支试管 分别加入 2 mL 0 5 mol L 的过氧化氢溶液 进行如下实验 试管编号加入物质实验结果 1 1 mL 唾液几乎无气泡 2 锈铁钉少量气泡 3 生土豆块大量气泡 4 熟土豆块几乎无气泡 5 生土豆块和稀盐酸少量气泡 根据上述实验 判断下列说法正确的是 能说明酶具有专一性的是 1 号和 3 号试管的实验 能说明酶具有高效性的是 3 号和 4 号试管的实验 2 号实验说明氧化铁可将过氧化氢氧化成氧气 5 号实验说明酶的催化 效率受溶液酸度的影响 A B C D 解析 解析 1 号试管中唾液淀粉酶不能催化过氧化氢分解 3 号试管中生土豆块所含的过氧化氢 酶催化过氧化氢快速分解 产生大量气泡 1 号和 3 号对照说明了酶具有专一性 4 号试管 中熟土豆块中的过氧化氢酶已在煮熟过程中变性失活 3 号和 4 号对照说明酶的催化能力 受温度影响 2 号试管有少量气泡产生说明无机催化剂氧化铁催化过氧化氢的效率比较低 而不仅仅是将过氧化氢氧化成氧气 5 号试管中加入生土豆块和稀盐酸产生少量气泡 说 明酸性条件下过氧化氢酶的催化能力降低 正确的说法是 答案 答案 C 例题 3 对植物叶肉细胞内的关于 ATP 的叙述中 正确的是 A ATP 主要在线粒体 叶绿体中生成 B 它含有三个高能磷酸键 C ATP 转变为 ADP 的反应是可逆的 D 细胞内储存有大量的 ATP 以供生理活动需要 解析 解析 根据 ATP 的分子简式 A P P P 可知 ATP 含有两个高能磷酸键 ATP 和 ADP 之间 可以相互转化 但是两个反应所需要的反应条件 能量 进行的场所并不相同 所以 ATP 与 ADP 之间的相互转化并不是可逆的 生物细胞内并没有储存大量的 ATP 当 ATP 大量消 耗时 其他的高能化合物就释放出其中的能量 供给 ADP 生成 ATP 所以 B C D 三项都 有错误 答案 答案 A 绿色通道绿色通道 本题是对识记水平的考查 我们应牢记 ATP 的分子简式 同时对 ATP 的生成途径以及 用心 爱心 专心6 在细胞内的含量 ATP 与 ADP 的相互转化应灵活掌握 这样才能正确解答本题 变式训练变式训练 3 ATP 在细胞中能够释放能量和储存能量 从其化学结构看其原因是 腺嘌呤核苷很容易吸收能量和释放能量 第三个高能磷酸键很容易断裂和再结合 第三个磷酸基团很容易从 ATP 上脱离 即第二个高能磷酸键断裂 使 ATP 转变成 ADP 同 时释放能量 ADP 可以在酶作用下迅速与一分子磷酸结合 吸收能量形成第二个高能 磷酸键 使 ADP 转变成 ATP A B C D 答案 答案 C 例题 4 关于酶的叙述中 正确的是 A 酶只有在生物体内才能起催化作用 B 酶都有消化作用 C 调节新陈代谢的物质不是酶 D 酶都是在核糖体上合成的 解析 解析 酶虽然是由活细胞产生的 但它的催化作用不一定局限于生物体内 只要条件适宜 体内体外都可起催化作用 例如探究活动 比较过氧化氢酶和 Fe3 的催化效率 中过氧化 氢酶就是在试管中发挥作用的 故 A 项不正确 酶的催化作用表现在多方面 有的酶促进 物质合成 有的酶促进物质分解 只有消化酶才能促进消化 故 B 项也不正确 调节新陈 代谢的物质有激素 无机盐等 故 C 项正确 在核糖体上合成的物质是蛋白质 所以只有 蛋白质类的酶才在核糖体上合成 核酶不能在核糖体上合成 故 D 项也不正确 答案 答案 C 绿色通道绿色通道 本题考查的是对酶的概念及其化学本质的理解 属于理解水平上的考查 要正确解答 此题 一要了解酶的化学本质 二要知道酶在生物体外也有催化作用 三要知道生物的新 陈代谢由一系列的化学反应组成 其中的每一个化学反应都有酶的催化 所以说新陈代谢离 不开酶 活细胞是合成酶的场所 变式训练变式训练 4 下列关于酶的叙述中 不正确的是 A 酶是具有催化能力的蛋白质或 RNA B 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 C 食物的消化过程需要酶催化 而细胞内的其他化学反应不需要酶催化 D 绝大多数的酶是蛋白质 少数酶是 RNA 答案 答案 C 例题 5 2005 高考江苏卷 42 为了研究酶的有关特性 取两支洁净的试管并编号 A B 各注入 2 mL 体积分数 3 的 H2O2溶液 再向 A 管滴入 2 滴 3 5 FeCl3溶液 向 B 管滴入 2 滴 质量分数 20 的肝脏研磨液 堵住管口 轻轻振荡 用点燃但无火焰的卫生香检验 观察并 记录结果 1 本实验的主要目的是探索 2 如果两支试管的现象均不明显 从实验材料分析 原因可能是 3 过氧化物酶也能催化 H2O2的分解 产生的 O2能使溶于水的无色焦性没食子酸氧化生成橙 红色沉淀 为了鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化物酶 设计了如下实验 用心 爱心 专心7 参照上图所给信息 回答下列问题 3 号试管内加入的物质是 设计 2 号试管作为对照的具体目的是 如果 2 号试管未产生颜色反应 则出现橙红色沉淀的是第 号试管 解析 解析 本实验为探究性实验 是为了探究生物催化剂 H2O2酶 与无机催化剂 Fe3 催化 效率的高低 若实验现象不明显 原因有二 一是加入的肝脏研磨液不新鲜 一部分被细 菌分解了 二是 H2O2溶液不是刚刚配制的 放置时间太长分解了 但题干说明两实验都不 明显 则可确定是第二个原因 要鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化物酶 题目给出了四组 实验 很显然 第 1 2 4 组为对照组 第 3 组为实验组 遵循单一变量原则 所以 3 号 试管内加入的物质应是 2 mL 焦性没食子酸溶液 2 滴 H2O2溶液和 2 mL 马铃薯块茎提取液 1 号试管是为了排除马铃薯块茎提取液中的其他物质对实验结果的影响 4 号试管是为了验 证失活的过氧化物酶分解 H2O2产生的颜色