3.1 细胞与能量、酶

第三单元细胞的代谢 第6讲细胞与能量 酶 本讲目录 回归教材 夯实基础 实验探究 专项突破 高频考点 深度剖析 易错辨析 技法提升 知能演练 强化闯关 一 细胞与能量1 能量转化 1 细胞内最主要的能量形式是 2 植物绿色细胞内最重要的吸能反应是 所有细胞中最重要的放能反应是 2 ATP是细胞中的能量通货 1 ATP中文名 2 ATP的组成结构 化学能 光合作用 糖的氧化 腺苷三磷酸 ATP是由 1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成 其结构简式表示为 式中的 A 代表腺苷 由核糖和腺嘌呤合成 P 代表 代表高能磷酸键 3 ATP ADP循环 通过ATP的合成和水解使放能反应所释放的能量用于 的过程 称为ATP ADP循环 1个核糖 A P P P 磷酸基团 吸能反应 ATP和ADP相互转化的反应式 循环示意图 ATP ADP循环的意义 可以提供源源不断的能量 想一想1 如果ATP水解脱去了两个磷酸基后 该物质是组成何种化合物的基本单位之一 提示 RNA 二 酶1 酶的发现 1 18世纪末 意大利科学家斯帕兰扎尼的实验说明了胃液中有一种能消化肉的物质 2 19世纪50年代 巴斯德提出酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果 李比希认为 酒精发酵最多只需要酵母菌中某种物质的参与 3 1897年 德国毕希纳证明促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质 酶 而不是酵母菌本身 4 1926年 美国的萨姆纳尔得到脲酶的结晶后 证实酶的本质是蛋白质 5 20世纪80年代初 科学家发现极少数特殊的酶是RNA 想一想2 酶在催化反应前后 其数量和性质是否发生变化 提示 均不变化 蛋白质 RNA 2 影响酶促反应的因素 1 ATP 腺苷三磷酸 的结构及特点 1 结构 ATP是由一个核糖 一个腺嘌呤和三个磷酸基团组成 其中腺苷一磷酸与RNA中腺嘌呤核苷酸组成相同 2 ATP的形成途径 3 ATP与ADP的相互转化ATP分子中 远离A的那个高能磷酸键容易水解和重新生成 这对于细胞中能量的捕获 贮存和释放非常重要 ATP在细胞内含量并不多 但可迅速转化循环利用 如下图所示 从上表可看出 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完全相同 因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应 但物质是可循环利用的 解析 细胞呼吸以及光合作用的光反应过程都可以产生ATP 所以A B D三个选项所涉及的部位均可合成ATP 而内质网的膜上不能合成ATP 答案 C 解析 选A 本题主要考查ATP代谢 所有细胞都能合成ATP Na 运出细胞是主动转运需要消耗能量 ATP中的A是腺嘌呤和核糖而DNA和RNA中的A只代表腺嘌呤 质壁分离和质壁分离复原实验过程中不消耗ATP ATP中的能量可以来源于光能 化学能 也可以转化为光能和化学能 所以以上都正确 1 酶催化活性的表示方法单位时间内底物的减少量或产物的生成量 2 表示酶高效性的曲线 1 催化剂可加快化学反应速率 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反应平衡所需时间 不改变化学反应的平衡点 3 酶只能催化已存在的化学反应 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 4 酶作用的影响因素 1 温度影响酶活性的曲线绝大多数的酶是蛋白质 酶的作用存在一个最适温度 在此温度上下酶的活性均会下降 当温度过高时 酶的空间结构会被破坏 导致酶失去活性 但低温只会降低酶的活性 适当温度下酶的活性仍然能够恢复 值得注意的是 温度对酶活性的影响曲线在最适温度的两侧是非对称变化的 2 pH影响酶活性的曲线酶促反应存在一个最适pH 过酸过碱都会导致酶的活性降低 甚至破坏酶的空间结构使其失去活性 3 底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响 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 特别提醒 1 温度和pH是通过影响酶活性而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面积而影响酶促反应的速率 并不影响酶的活性 2011 高考海南卷 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 解析 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 答案 D 变式训练 2013 广东揭阳调研 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 过氧化氢酶作用下的分解速率 C 图 能用来表示反应物浓度与反应时间的关系D 图 能用来表示酶活性与pH的关系解析 选D 本题主要考查酶的催化速率与各种影响因素的关系 当底物一定时 增加酶的浓度 可缩短到达反应平衡的时间 A正确 酶与无机催化剂相比催化效率更高 B正确 当酶一定时 反应物浓度越高 达到反应平衡的时间越长 可用图 表示 C正确 在最适pH下 酶的活性最高 低于或高于这个pH值 酶的活性都会降低 图 曲线不能正确表示酶活性与pH的关系 D错误 易错警示有关酶促反应的曲线图分析不到位 解析 此图可以反映温度和pH对酶促反应速率的影响 但是影响反应速率的因素 不仅包括温度和pH 还有酶浓度等 在反应底物充足的条件下 增大酶浓度 可以提高反应速率 所以A C正确 B项错误 题图显示 该酶的最适pH为2左右 因此这种酶可能是胃蛋白酶 而不会是唾液淀粉酶 D项正确 答案 B 纠错笔记 看到图中c点化学反应速率已经达到最大 因此误认为再增加酶浓度 不会提高反应速率 这种情况只发生在反应底物一定的条件下 但在反应物充足的条件下 增大酶浓度 还可以提高反应速率 方法体验与酶相关的实验设计方法 2013 江苏南通调研 萌发的禾谷类种子中淀粉酶活性较强 主要有 淀粉酶和 淀粉酶 淀粉酶不耐酸 较耐热 在pH为3 6以下时迅速失活 而 淀粉酶不耐热 在70 条件下15min后失活 实验材料 萌发3天的小麦种子 芽长约1cm 主要试剂及仪器 麦芽糖标准液 5 淀粉溶液 本尼迪特试剂 蒸馏水 恒温水浴锅等 实验步骤 步骤一 制作麦芽糖梯度液 取7支干净的具塞刻度试管 编号 按下表加入试剂 再将试管置于60 水浴中加热2min 取出后按试管号顺序排列 步骤二 利用萌发3天的小麦种子制备淀粉酶溶液 步骤三 将装有淀粉酶溶液的试管置于70 水浴中15min 取出后迅速冷却 步骤四 另取四支试管 编号A B C D 向A B试管中各加5mL5 淀粉溶液 向C D试管中分别加入2mL已经处理的酶溶液 忽略其中含有的少量麦芽糖 和蒸馏水 将四支试管置于40 恒温水浴中保温10min 然后将C D试管中的溶液分别加入到A B试管中 摇匀后继续在40 恒温水浴中保温10min 步骤五 取A B试管中反应溶液各2mL分别加入到E F试管中 然后向E F试管中分别加入 后 观察颜色变化 结果分析 将E试管中颜色与步骤一中获得的麦芽糖标准液进行比较 获得该试管中麦芽糖浓度 并计算出 淀粉酶催化效率 请分析回答 1 本实验的目的是测定 2 步骤一的5 7试管中加入蒸馏水的量 X Y Z 分别是 单位mL 3 实验中B试管所起的具体作用是 4 请补全步骤五的做法 5 若要测定另一种淀粉酶的活性 则需在步骤 进行改变 解析 1 将装有淀粉酶溶液的试管置于70 水浴中15min 取出后迅速冷却 淀粉酶不耐热 在70 条件下15min后失活 因此 本实验的目的是测定小麦种子中 淀粉酶的催化效率 2 根据探究实验中一定要遵循对照原则和单一变量原则 各个试管中液体的总量要相等 所以步骤一的5 7试管中加入蒸馏水的量 X Y Z 分别是0 6 0 4 0 单位mL 3 实验中B试管起对照作用 具体作用是检测实验使用的淀粉溶液中是否存在还原性糖 4 本尼迪特试剂可鉴定还原糖的存在 必要条件是水浴加热 所以步骤五的做法中要补上2mL本尼迪特试剂 60 水浴加热2min 5 淀粉酶不耐酸 较耐热 在pH为3 6以下迅速失活 要测定 淀粉酶活性 则需在步骤三进行改变 答案 1 小麦种子中 淀粉酶的催化效率 2 0 6 0 4 0 3 检测实验使用的淀粉溶液中是否存在还原糖 4 2mL本尼迪特试剂60 水浴加热2min 5 三 2 方法步骤及结果分析 由上述实验分析可知 淀粉酶只能催化淀粉水解 蔗糖酶只能催化蔗糖水解 说明酶具有专一性 特别提醒证明酶的专一性实验中 实战演练 1 下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用的实验设计及果 注 表示有 表示无 此行 的多少表示颜色的深浅 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 上述 反应的自变量为温度C 淀粉酶活性在40 比60 高D 淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性解析 选B 分析本题的实验设计可知 本实验研究酶的专一性及温度对酶活性的影响 淀粉酶只能催化淀粉水解为还原糖 不能催化蔗糖水解 通过 的结果说明 淀粉酶的活性在60 比40 高 2 实验研究pH对酶活性的影响 准备5支含有等量酶溶液但pH各不相同的试管 每支试管加1块1cm3的正方体凝固蛋白块 试管均置于25 室温条件下 将各试管蛋白块消失的时间记录于下表 1 酶活性最强时的pH是 2 蛋白块消失的时