1、第5讲 细胞与能量及酶,知识1 ATP在能量代谢中的作用,知识2 酶的本质、特性和作用,知识梳理,考点一 ATP在细胞代谢中的作用,考点二 酶的功能与特性,考点突破,考点三 酶的特性实验探究,知识1 ATP在能量代谢中的作用 一、吸能反应和放能反应 1.吸能反应 (1)细胞中的许多反应是吸能反应,因为其产物分子中的势能比反应物 分子中的势能 高 ,如由氨基酸合成蛋白质的反应就是吸能反应。,教材研读,(2)吸能反应所需要的能量一般来自 放 能反应。 光合作用 是植物绿色细胞中最重要的吸能反应,这个吸能反应所需的能量来自 太阳光 。,2.放能反应 (1)所有细胞中最重要的放能反应是 糖的氧化 ,人
2、们通常把这个 过程称为 细胞呼吸 。 (2) ATP 不仅是细胞中放能反应和吸能反应的纽带,更是 细 胞 中的能量通货。,二、ATP是细胞中的能量通货 1.ATP是由1个 核糖 、1个 腺嘌呤 和3个磷酸基团组成的。 2.核糖与腺嘌呤结合成的基团叫 腺苷 ,3个磷酸基团中的一个磷 酸基团连接在 糖 分子上,其余2个则相继连接在前一个磷酸基团 上。两个磷酸基团之间的化学键称为 高能磷酸键 ,在酶的作用 下,该键容易断裂。,3.ATP在细胞中易于 再生 ,是细胞中普遍使用的 能量载体 。通过ATP的合成和水解使放能反应所释放的能量用于吸能反应的 过程称为 ATPADP循环 。,知识2 酶的本质、特
3、性和作用 一、发现过程,二、本质 绝大多数酶是 蛋白质 ,少数酶是 RNA 。,三、特性,1.(2017浙江4月选考,11,2分)下列关于细胞中吸能反应和放能反应的叙 述,错误的是 ( D ) A.糖的氧化反应是放能反应 B.光合作用的碳反应是吸能反应 C.ATP是吸能反应和放能反应的纽带 D.氨基酸合成蛋白质的过程是放能反应,解析 糖的氧化反应是放能反应,A正确;光合作用的碳反应是吸能 反应,B正确;ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带,C正确;在氨基酸 合成蛋白质的过程中利用了ATP所提供的能量,属于吸能反应,D错误。,2.(2016浙江10月选考,18,2分)某同学进行有关酶的实验:
4、组1 1%淀粉溶液+新鲜唾液+本尼迪特试剂红黄色沉淀 组2 2%蔗糖溶液+新鲜唾液+本尼迪特试剂无红黄色沉淀 组3 2%蔗糖溶液+蔗糖酶溶液+本尼迪特试剂 下列叙述错误的是 ( C ) A.自变量是底物和酶 B.组3的结果是红黄色沉淀 C.指示剂可用碘碘化钾溶液替代 D.实验结果证明酶有专一性,解析 新鲜唾液中含有唾液淀粉酶,三组实验的自变量是底物和酶, A正确;蔗糖水解后产生还原糖葡萄糖和果糖,可以与本尼迪特试剂 在水浴加热的条件下产生红黄色沉淀,B正确;碘碘化钾溶液不能用于 检验蔗糖是否被水解,C错误;实验结果证明淀粉酶只能催化淀粉水解, 蔗糖酶只能催化蔗糖水解,即酶有专一性,D正确。,3
5、.(2016海南单科,11,2分)下列有关植物细胞能量代谢的叙述,正确的是 ( D ) A.含有两个高能磷酸键的ATP是DNA的基本组成单位之一 B.加入呼吸抑制剂可使细胞中ADP生成减少,ATP生成增加 C.无氧条件下,丙酮酸转变为酒精的过程中伴随有ATP的合成 D.光下在叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成,解析 ATP中含核糖,DNA中含有脱氧核糖,A项错误;呼吸抑制剂抑 制呼吸作用,会使ADP生成增加,ATP生成减少,B项错误;厌氧呼吸的第 二阶段不产生ATP,C项错误;光下叶肉细胞的细胞质和线粒体可以进行 细胞呼吸,叶绿体中可进行光合作用,均可产生ATP,D项正确。,
6、4.温度对甲、乙两种酶活性的影响如图所示,下列叙述正确的是 ( D )A.甲酶保持活性的温度范围大于乙酶 B.甲酶的活性始终高于乙酶 C.乙酶在55 后完全失去活性 D.乙酶的最适温度高于甲酶,解析 由图可知,甲酶保持活性的温度范围为0 50 ,乙酶的范 围为10 70 ,因此甲酶保持活性的温度范围小于乙酶,A错误;甲酶 的活性约在45 之后小于乙酶,B错误;乙酶在55 后仍有较高的催化 活性,C错误;甲酶的最适温度在40 左右,乙酶的最适温度在60 左右, 乙酶的最适温度大于甲酶,D正确。,考点一 ATP在细胞代谢中的作用,考点突破,1.ATP分子结构特点,(1)组成元素:C、H、O、N、P
7、。 (2)简称:腺苷三磷酸。 (3)各字母代表的含义:A腺苷(腺嘌呤+核糖);P磷酸基团; 高能磷酸键。一个ATP分子中含有一个普通磷酸键,两个高能磷酸键, 三个磷酸基。 (4)结构简式:APPP(远离腺苷的那个高能磷酸键容易断裂,也容易 形成)。,2.ATP与ADP的相互转化及其生理意义(1)在有关酶的催化作用下,ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键很容易 水解,并释放能量。细胞内的绝大多数生命活动都以ATP作为直接能源,物质,但ATP不是唯一的直接能源物质,其他物质如CTP、TTP等都可作 为直接能源物质。 (2)在有关酶的催化作用下,ADP可以接受能量,同时与磷酸结合,重新形 成ATP。细胞
8、内的放能反应主要是细胞呼吸。 (3)ATP形成的能量来源:对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,均来 自细胞呼吸;对于绿色植物来说,则来自光合作用和细胞呼吸。,细胞内产生ATP与消耗ATP的生理过程对比,知识拓展 人体在不同运动状况下的能量供应问题 (1)在100米赛跑时,由ATP磷酸肌酸供能系统供能,维持时间仅为数 秒。 (2)在400米-800米赛跑时,ATP磷酸肌酸供能系统供能不够,但需氧呼 吸尚未达到峰值,整体看来,主要靠厌氧呼吸供能。 (3)在马拉松长跑过程中,由于厌氧呼吸产生了大量乳酸,内环境的pH下 降,厌氧呼吸减弱,但前两个供能系统供能时产生了大量的ADP和消耗 掉H后形成的NA
9、D+,对需氧呼吸具有强烈的促进作用,使得需氧呼吸 速率提高,产生大量的ATP。,典例1 ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP的叙 述,错误的是 ( D ) A.酒精发酵过程中有ATP生成 B.ATP可为物质跨膜运输提供能量 C.ATP中高能磷酸键水解可释放能量 D.ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成解题关键 掌握ATP在生物体中的产生途径(如光合作用和呼吸作 用)、作用(为各项生命活动提供能量)、组成与水解。,解析 本题主要考查ATP的相关知识。酒精发酵即厌氧呼吸产生酒精 和二氧化碳,同时释放少量能量,该过程中有ATP生成,A项正确;物质跨 膜运输的方式如果是主动转运,需要消
10、耗能量,这部分能量可由ATP提 供,B项正确;ATP中高能磷酸键水解可释放能量,C项正确;ATP由腺嘌 呤、核糖和磷酸组成,D项错误。,1-1 如图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法错 误的是 ( A )A.图1中的A代表腺苷,b、c为高能磷酸键 B.图2中反应向右进行时,图1中的c键断裂并释放能量 C.ATP与ADP快速转化依赖于酶催化作用的高效性 D.图1方框部分是RNA结构单位之一,解析 图1中的A代表腺嘌呤,b、c为高能磷酸键,A错误;图2中反应向右 进行时,图1中的远离腺苷的c键断裂并释放能量,B正确;ATP与ADP快速 转化依赖于酶的高效催化作用,C正确;图1
11、方框部分是腺嘌呤核糖核苷 酸,是RNA的组成单位之一,D正确。,1-2 如图是生物界中能量“通货”ATP的循环示意图。下列相关 叙述正确的是 ( B )A.图中的M指的是腺苷,N指的是核糖 B.食物为ATP“充电”指的是呼吸作用分解有机物 C.图中不同来源的ATP均可用于胞吞和胞吐 D.ATP的“充电”需要酶的催化,而“放能”不需要,解析 题图中M指的是腺嘌呤,A项错误;食物中稳定的化学能转化成 ATP中活跃的化学能,需通过呼吸作用来完成,B项正确;如果ATP来自光 反应,则这部分ATP只能用于碳反应,不能用于胞吞和胞吐,C项错误; ATP的合成和分解均需要酶的催化,D项错误。,考点二 酶的功
12、能与特性,1.酶的本质及生理功能,2.酶与无机催化剂的比较,3.有关酶的正确理解,知能拓展,与酶有关的曲线分析方法,分析酶促反应曲线时主要注意以下两点: (1)首先要弄清横坐标和纵坐标表示的意义,相同的曲线在不同的坐标 系中表示的含义不同。其次明确曲线中的几个关键点,如:起点、与纵 横轴的交点、拐点、最低点、最高点等。 (2)在分析影响酶促反应的因素时,一般情况下,生成物的量未达到饱和 时,影响因素是横坐标所表示的因素;在生成物达到饱和后,限制因素是 横坐标所表示的因素之外的其他因素。,典例2 以下关于酶和ATP相互关系的叙述,正确的是 ( B ) A.ATP的合成与分解需要的酶相同 B.少数
13、酶的元素组成与ATP相同 C.酶的催化作用需要ATP提供能量 D.酶的合成过程不消耗ATP,解析 ATP的合成与分解为两种不同的化学反应,需要的酶分别为ATP 合成酶和ATP水解酶,A错误;少数酶为RNA,元素组成与ATP相同,都是 C、H、O、N、P,B正确;酶通过降低化学反应活化能来提高反应速率, 不需要ATP提供能量,C错误;酶为蛋白质或RNA,其合成过程需要消耗 ATP,D错误。,2-1 当细胞内某种RNA存在时,某一生化反应能正常进行,当这种RNA 被有关水解酶水解后,该化学反应停止。导致这一现象的可能原因是 ( D ) A.该生化反应的酶是RNA水解酶 B.该种RNA上具有控制生物
14、性状的遗传基因 C.该种RNA能调控细胞内所有的生化反应 D.该种RNA在此生化反应中能起催化作用,解析 据题意可知,细胞内的某一生化反应需要在RNA存在的条件下 才能够进行,而极少数酶的化学本质是RNA,所以这里的RNA应该是起 催化作用的。,2-2 (2018浙江11月选考,7,2分)酶是生物催化剂,其作用受pH等因素的 影响。下列叙述错误的是 ( A ) A.酶分子有一定的形状,其形状与底物的结合无关 B.绝大多数酶是蛋白质,其作用的强弱可用酶活性表示 C.麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解,不能催化蔗糖的水解 D.将胃蛋白酶加入到pH10的溶液中,其空间结构会改变,解析 酶分子有一定的形状,恰
15、好能和底物分子结合,酶的活性部位与 底物结合形状发生改变进行催化作用,作用完成恢复原状,A错误;绝大 多数酶的本质是蛋白质,少数酶的本质是RNA,酶作用的强弱可用酶活 性表示,B正确;酶具有专一性,麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解,不能催化 蔗糖的水解,C正确;酶发挥作用需要适应的pH,胃蛋白酶的最适pH为2, 当加入pH10的溶液时,其空间结构会改变,且变性失活,D正确。,考点三 酶的特性实验探究,1.酶的专一性的实验探究方法对比法 (1)设计思路:常见的方案有两种,即底物相同但酶不同或底物不同但酶 相同,最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。,(2)设计方案,2.温度对酶活性的影响 (1)实验原
16、理 淀粉 麦芽糖蓝色 无蓝色出现 温度影响酶的活性,从而影响淀粉的水解,滴加碘液,根据是否出现蓝色 及蓝色的深浅来判断酶的活性。,(2)实验设计思路,3.pH对酶活性的影响 (1)实验原理 2H2O2 2H2O+O2 pH影响酶的活性,从而影响O2的生成量,可用点燃但无火焰的卫生香 燃烧的情况来检验O2生成量的多少。,O2的产生速率,(2)实验设计思路,1.探究酶作用特性实验中自变量的处理 (1)在探究酶作用的最适温度实验时,酶溶液和反应物混合之前,要把两 者先分别放在各自所需温度下保温一段时间。若选择淀粉和淀粉酶来 探究酶的最适温度,检测的试剂宜选用碘液,不应该选用本尼迪特试 剂。因选用本尼
17、迪特试剂需热水浴加热,而该实验中需严格控制温度。 (2)在探究酶作用的最适pH时,实验操作时必须先将酶置于不同环境条 件下(加清水、加氢氧化钠、加盐酸),然后再加入反应物。不能把酶加,入反应物中后,再加入盐酸或氢氧化钠,以防止反应物在酶的作用下先发生反应。 (3)酶促反应速率不同于酶活性: 温度、pH都能影响酶的空间结构,改变酶的活性,进而影响酶促反应 速率。 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 速率的,并不影响酶的活性。,2.与酶相关的实验设计与分析方法,3.酶的实验探究中的“变量分析”,典例3 (2017浙江11月选考,23,2分)为验证酶的特性,进行了实验,基本
18、过程如下表所示。 单位:mL,据此分析,下列叙述正确的是 ( A ) A.试管1和试管2的作用是检测淀粉和蔗糖中是否含有还原糖 B.试管36需在沸水浴中保温23 min以利于酶的催化作用 C.试管3和6的实验结果说明酶的作用具有专一性 D.若试管5中出现阳性反应说明蔗糖酶也能分解淀粉解题关键 熟悉书本中实验设计的思路,明确实验设计的对照原则、 等量原则、单一变量原则等。,解析 试管1和试管2的作用是检测淀粉和蔗糖中是否含有还原糖,A正 确;试管36需在沸水浴中保温23 min以利于显色反应,B错误;试管3和 6的实验结果不能说明酶具有专一性,因为这两组之间存在两个自变量, C错误;若试管5中出
19、现阳性反应,说明实验所用的淀粉中本身可能存在 还原糖,D错误。,3-1 在3支试管中均加入等量的5%的过氧化氢溶液,再分别加入适量 的二氧化锰、鲜猪肝研磨液、唾液,一段时间内测得底物含量变化如 图。则对图的表述正确的是 ( ),曲线B表示二氧化锰的催化作用,A与B的对照反映了无机催化剂的专一性特点 曲线C表示猪肝中过氧化氢酶的催化作用,A与C对照反映了酶的专 一性特点 曲线C与B的对照可以说明酶的高效性 曲线A不下降的原因可能是唾液淀粉酶与该底物不能形成酶底物复 合物 A. B. C. D. 答案 D,解析 A为唾液的催化作用,B为二氧化锰的催化作用,A与B的对照不能 反映无机催化剂的专一性特
20、点,错误;A为唾液的催化作用,C为鲜猪肝 中过氧化氢酶的催化作用,唾液中的唾液淀粉酶不能催化过氧化氢的分 解,过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解,A与C对照反映了酶的专一性特 点,正确;B为二氧化锰的催化作用,C为鲜猪肝中过氧化氢酶的催化作 用,与无机催化剂相比,酶具有高效性,正确;A为唾液中的唾液淀粉酶 的催化作用,由于唾液淀粉酶与该底物不能形成酶底物复合物,底物的 量没有减少,正确。,3-2 关于探究酶特性实验的叙述中,正确的是 ( B ) A.若探究pH对淀粉酶活性的影响,可选择可溶性淀粉溶液为底物 B.若探究过氧化氢酶的高效性,可选择无机催化剂作为对照 C.若探究温度对淀粉酶活性的影响,可
21、以选择本尼迪特试剂对实验结果 进行检测 D.若用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性,可用碘液对实验结果进 行检测,解析 若探究pH对酶活性的影响,不宜选用淀粉溶液作为底物,因为淀 粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应,A错误;酶的高效 性是相对于无机催化剂而言的,所以探究过氧化氢酶的高效性时,可选 择无机催化剂作对照,B正确;本尼迪特试剂鉴定还原糖时需要水浴加 热,所以探究温度对淀粉酶活性的影响时,不宜选择本尼迪特试剂对实 验结果进行检测,C错误;用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性时, 不宜用碘液对实验结果进行检测,因为用碘液进行检测蔗糖时,实验前 后现象相同,不能说明蔗糖是否被水解,D错误。,
