1、第三部分 细胞的代谢,第5讲 细胞中的能量和酶,-3-,-4-,教材梳理,题型探究,真题演练,细胞与能量,1.吸能反应与放能反应 (1)在植物绿色细胞中最重要的吸能反应 。 (2)在所有细胞中最重要的放能反应 。 (3)吸能反应与放能反应的纽带 (ATP)。,光合作用,细胞呼吸,腺苷三磷酸,-5-,教材梳理,题型探究,真题演练,2.ATP的结构 (1)结构,(3)结构特点:在酶的催化下, 的高能磷酸键容易水解释放大量能量。 (4)再生特点:ATP在细胞中易于再生,可以作为源源不断的能源。,腺嘌呤,核糖,腺苷,磷酸基团,高能磷酸键,ADP,能量,Pi,能量,远离A,-6-,教材梳理,题型探究,真
2、题演练,3.ATP在能量代谢中的作用,主动转运,一,光,碳,二、三,-7-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向一 吸能反应和放能反应 【典例1-1】 (2018浙江3月超级全能生考试)下列细胞内的反应或变化过程不属于吸能反应的是( ) A.叶绿体类囊体的光反应 B.细胞溶胶中发生的糖酵解过程 C.叶绿体基质淀粉的合成 D.肌肉细胞受刺激后收缩的过程,答案,解析,-8-,教材梳理,题型探究,真题演练,易错提醒(1)吸能反应指反应物中的势能比产物中低,放能反应则相反。前者一般指合成反应,后者一般指分解反应,ATP是吸能反应与放能反应的纽带。 (2)常见能量转化与吸能反应、放能反应的关系:光合作用属
3、于吸能反应,细胞呼吸属于放能反应。 (3)ATP与吸能反应和放能反应的关系:可总结为:ATP水解释放能量,用于吸能反应,如肌肉收缩;ATP合成消耗能量,能量来自放能反应,如细胞呼吸。,-9-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向二 ATP的结构与功能 【典例1-2】 (2018浙江名校协作体高三下学期3月考试)下列关于ATP和ADP的叙述,错误的是( ) A.ATP合成过程中会生成水 B.ATP分子中共有3个磷酸键 C.ATP水解所释放的能量可用于吸能反应 D.蛋白质的可逆性形变一定会改变细胞中ADP含量,答案,解析,-10-,教材梳理,题型探究,真题演练,A.A表示腺苷三磷酸,含有三个高能磷酸
4、键 B.B表示腺苷,由腺嘌呤和脱氧核糖组成 C.过程释放的能量用于一切生命活动 D.和不是可逆反应,物质可逆,能量不可逆,考向三 ATP与ADP之间的转化 【典例1-3】 如图表示生物细胞内的重要反应,A、B代表化学结构或物质,、代表反应过程。下列叙述中,正确的是( ),答案,解析,-11-,教材梳理,题型探究,真题演练,基础题型,加试探究,归纳提升与ATP相关的生理过程,-12-,教材梳理,题型探究,真题演练,A.ATP推动细胞做功,存在吸能反应与放能反应过程 B.磷酸化的蛋白质做功,失去的能量主要用于再生ATP C.ATP水解与磷酸化的蛋白质做功均属于放能反应 D.肌肉在收缩过程中,肌肉中
5、的能量先增加后减少,考向四 基于ATP和ADP转化的生理活动 【典例1-4】 ATP可将蛋白质磷酸化,磷酸化的蛋白质会改变形状做功,从而推动细胞内系列反应的进行(机理如图所示)。下列说法不正确的是( ),答案,解析,-13-,教材梳理,题型探究,真题演练,易错警示ATP和ADP转化过程中的一些认知误区 (1)ATP合成本身属于吸能反应,但是所需的能量来自放能反应,如细胞呼吸。 (2)ATP水解本身属于放能反应,但释放的能量用于其他吸能反应,如肌肉收缩、物质运输等一些耗能生理过程。 (3)并不是所有放能反应放出的能量都能用于ATP的再生,如二肽的分解等,该过程中有能量释放,但不会贮存到ATP中,
6、而是以热能的形式散失。,-14-,教材梳理,题型探究,真题演练,A.过程中叶绿体中的四种色素都主要吸收蓝紫光和红光 B.过程只发生在叶绿体基质中,过程释放的能量用于三碳酸的还原 C.过程产生NADPH,过程消耗NADPH,过程既产生H也消耗H D.若过程的速率大于过程的速率,则甘蔗的干重就会增加,【典例1-5】 如图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程,下列有关说法正确的是( ),答案,解析,-15-,教材梳理,题型探究,真题演练,1.(2018浙江4月选考,10)ATP是细胞中的能量通货。下列叙述正确的是( ) A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量 B.ATPADP循环使得细胞储存了大
7、量的ATP C.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团 D.ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解,答案,解析,-16-,教材梳理,题型探究,真题演练,2.(2018浙江6月选考,22)ATPADP循环的示意图如下。下列叙述正确的是( )A.能量只能来自化学能 B.蛋白质的合成过程需要反应供能 C.反应中ATP中的高能磷酸键都断裂 D.能量可用于乳酸在人体肝脏再生成葡萄糖,答案,解析,-17-,教材梳理,题型探究,真题演练,3.(2017浙江4月选考,11)下列关于细胞中吸能反应和放能反应的叙述,错误的是( ) 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
8、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,答案,解析,-18-,教材梳理,题型探究,真题演练,酶 1.酶的发现过程,化学消化,酵母菌代谢活动,化学反应,某种物质,酶,-19-,教材梳理,题型探究,真题演练,蛋白质,RNA,-20-,教材梳理,题型探究,真题演练,2.酶的产生部位、本质、功能及常见种类,细胞内或细胞外,蛋白质,RNA,氨基酸或核糖核苷酸,核糖体或细胞核,催化剂,化学性质,-21-,教材梳理,题型探究,真题演练,需氧呼吸,消化,-22-,教材梳理,题型探究,真题演练,3.酶的催化机理及特性 (1)催化机理:酶与底物结合,形成 复合物,然后复合物会发生形状变化,使底物
9、变成产物,并从复合物上脱落,同时酶分子 。 (2)酶的专一性原理模型图中A表示 ,B表示 ,E、F表示B被分解后产生的物质,C、D表示 的物质。 酶和被催化的反应物分子都有特定的空间结构。,酶底物,恢复原状,酶,被A催化的底物,不能被A催化,-23-,教材梳理,题型探究,真题演练,(3)酶的特性 :催化效率大约是无机催化剂的1071013倍。 :一种酶只能催化 的反应。 作用条件较温和:在 条件下,酶的活性最高。 会使酶的空间结构遭到破坏而失活; 条件下酶的活性很低,但空间结构稳定。 4.活动:探究pH对过氧化氢酶的影响 (1)实验目的:通过实验了解pH对 的影响。 (2)方法步骤 将托盘中的
10、水加到快满为止。 将大小 的8片滤纸片放入培养皿的鲜肝匀浆中(目的是让滤纸片上粘有鲜肝匀浆中含有的 )。,高效性,专一性,一种底物或少数几种相似底物,最适宜的温度和pH,高温、过酸、过碱,低温,酶活性,相同,过氧化氢酶,-24-,教材梳理,题型探究,真题演练,将滤纸放入反应小室中,使其贴于小室内壁上。将反应小室稍立起,使贴有滤纸片的一侧在 面,小心加入pH为 的缓冲液2 mL,再加入2 mL 3%的H2O2溶液,切勿使上述混合液接触到贴在内壁上的滤纸片,以防 。,上,5.0,酶与底物反应,-25-,教材梳理,题型探究,真题演练,将25 mL量筒横放于盘中使之灌满水(若有气泡需赶出),将量筒倒立
11、,使筒口一直处于水中。 小心将反应小室平放于盘中水里,保持滤纸片一侧在上方,将量筒移至反应小室口上伸出的玻璃管上方并扶好。 将反应小室小心旋转180,使 。开始计时,分别在0.5 min和1 min时,读取 并做好标记,且记录。 反复冲洗反应小室后,重复上述步骤,测量在pH 6.0、pH 7.0、pH 8.0条件下过氧化氢在酶的催化下所释放的气体量。,H2O2溶液接触滤纸片,量筒中水平面的刻度,-26-,教材梳理,题型探究,真题演练,记录实验结果。,-27-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向一 酶的发现过程 【典例2-1】 酶的发现经过了许多科学家的研究,以下科学家及其成果不对应的是( )
12、A.斯帕兰扎尼发现胃存在化学性消化 B.毕希纳证明促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质,而不是细胞本身 C.李比希认为酒精发酵是酵母菌代谢活动的结果 D.萨母纳尔提取脲酶结晶,答案,解析,-28-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向二 酶的本质、特性及在细胞代谢中的功能 【典例2-2】 (2018浙江温州高三第二次模拟)下列关于酶的叙述,正确的是( ) A.鸡肝或马铃薯块茎是否制成匀浆对酶促反应速率没有影响 B.酶只能催化一种或几种相似底物的反应 C.H2O2溶液中加入H2O2酶后出现大量气泡,说明酶具有高效性 D.只比较唾液淀粉酶对蔗糖和淀粉的作用不能证明酶具有专一性,答案,解析,-29-,教
13、材梳理,题型探究,真题演练,【典例2-3】 (2018浙江宁波十校高三上学期期末联考)核酶能特异地结合并切断特定的某RNA,且可重新结合和切割其他的RNA分子。下列关于核酶的叙述,正确的是 ( ) A.向核酶滴加双缩脲试剂,水浴加热可发生紫色反应 B.核酸具有一定的热稳定性,故核酶的活性通常不受温度的影响 C.核酶与特异性底物结合时,有化学键的断裂 D.与不加核酶组相比,加核酶组RNA降解较快,由此可反映核酶具有高效性,答案,解析,-30-,教材梳理,题型探究,真题演练,知识归纳常见酶归类 (1)DNA聚合酶催化脱氧核苷酸间缩聚形成3,5-磷酸二酯键,用于DNA复制。 (2)RNA聚合酶催化核
14、糖核苷酸间缩聚形成3,5-磷酸二酯键,用于RNA合成(转录)及RNA复制。 (3)基因工程工具酶,-31-,教材梳理,题型探究,真题演练,(4)核酸水解酶,(5)各种消化酶可对应催化相关大分子的水解,如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。 (6)细胞工程工具酶:纤维素酶、果胶酶(除去细胞壁)、胰蛋白酶(动物细胞培养)。,-32-,教材梳理,题型探究,真题演练,A.pH从2逐步上升到8的过程中,酶活性逐步增强 B.不同酶对pH的耐受范围不相同 C.酶、酶可以对应人体的胃蛋白酶、胰蛋白酶 D.若适当升高温度,图中曲线趋势基本不变,考向三 影响酶活性的因素 【典例2-4】 如图为适宜温度下,pH对人体内两种酶
15、作用的影响。下列相关叙述错误的是( ),答案,解析,-33-,教材梳理,题型探究,真题演练,拓展提升与酶有关的曲线模型分析 (1)酶的高效性曲线由曲线可知:酶比无机催化剂的催化效率更高;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。因此,酶不能改变最终生成物的量。,-34-,教材梳理,题型探究,真题演练,(2)酶的专一性曲线在A反应物中加入酶A,反应速率较未加酶时的变化是明显加快,说明酶A能催化该反应。 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不能催化该反应。,-35-,教材梳理,题型探究,真题演练,(3)酶活性影响因素的曲线分析图A、B中曲线可知,在最适宜的温度和p
16、H条件下,酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低,酶活性都会明显降低。 分析图C中的曲线可知,反应溶液中pH的变化不会影响酶作用的最适温度。,-36-,教材梳理,题型探究,真题演练,注“+”表示有;“-”表示无;最后一行“+”的多少表示颜色的深浅。,考向四 与酶的特性相关的实验探究 【典例2-5】 下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖作用的实验设计及结果,根据实验结果判断,下列结论正确的是 ( ),-37-,教材梳理,题型探究,真题演练,A.蔗糖被水解成还原糖 B.上述反应的自变量为温度 C.40 为淀粉酶的最适温度 D.淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性,答案,解析,-38-,教材梳理,题型探究,真题演练,拓
17、展提升对比法探究酶的专一性 (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,-39-,教材梳理,题型探究,真题演练,【典例2-6】 为了探究pH对过氧化氢酶活性的影响,某小组同学进行了如下实验。 实验材料:直径4 cm、厚度0.5 cm的马铃薯块茎圆片若干,随机平均分为三组。,-40-,教材梳理,题型探究,真题演练,实验步骤:,注“”表示不做处理。,-41-,教材梳理,题型探究,真题演练,请分析回答问题。 (1)表格中的是 ,是 。 (2)该实验的无关变量有 (至少写出两项)。 (3)及时观察时,第1、2组马铃薯块
18、茎圆片上均无气泡产生,是因为 。 (4)放置几分钟后,该组同学发现第3组马铃薯块茎圆片上基本无气泡继续产生,第1、2组马铃薯块茎圆片上竟然有少量气泡产生。请分析:第3组基本无气泡继续产生的原因是 ;第1、2组有少量气泡产生的原因可能是 (写出一点即可)。,-42-,教材梳理,题型探究,真题演练,答案:(1)浸泡5 min 有大量气泡产生 (2)马铃薯块茎圆片的大小、浸泡时间(过氧化氢溶液的浓度和用量、观察时间等) (3)强酸、强碱使马铃薯块茎圆片(表面)的过氧化氢酶失活 (4)过氧化氢分解完毕 过氧化氢自然分解的气体得到积累,形成少量气泡(浸泡时间短,盐酸、氢氧化钠只破坏了马铃薯块茎圆片中部分
19、过氧化氢酶的结构,使得过氧化氢分解减慢,放置几分钟后气体积累形成气泡),解析:(1)对第1、2、3组的处理分别是用盐酸、氢氧化钠、蒸馏水浸泡,且浸泡时间均为5 min,故是浸泡5 min。第1、2组分别用盐酸和氢氧化钠处理后,滴加过氧化氢溶液后不产生气泡,说明强酸和强碱影响了马铃薯块茎中过氧化氢酶的活性,第3组没有用酸和碱处理,该组马铃薯块茎中过氧化氢酶的活性强,会催化过氧化氢分解产生氧气,从而产生大量气泡,故是有大量气泡产生。,-43-,教材梳理,题型探究,真题演练,(2)该实验的自变量是pH,无关变量有多种,如马铃薯块茎圆片的大小、浸泡时间、过氧化氢溶液的浓度和用量、观察时间等。(3)强酸
20、和强碱会使过氧化氢酶变性失活,因此,在及时观察时,第1、2组马铃薯块茎圆片上无气泡产生。(4)第3组马铃薯块茎圆片起初有大量气泡产生是过氧化氢酶催化过氧化氢分解的结果,当过氧化氢全部被分解后,不再产生气泡。一段时间后,第1、2组马铃薯块茎圆片有少量气泡产生,可能是过氧化氢自然分解,产生的氧气积累,也可能是强酸、强碱浸泡时间短,只使马铃薯块茎圆片中部分酶失活,使得过氧化氢分解减慢,几分钟以后产生的气体逐渐积累。,-44-,教材梳理,题型探究,真题演练,拓展提升变量法分析酶的实验设计 (1)变量的种类 变量是实验设计中可以变化的因素或条件,依据变量间的相互关系,可分为以下两类: 自变量与因变量:自
21、变量是实验中由实验者所操纵的因素,该因素的改变将引起实验结果的相应改变,是实验要研究的因素。因变量是因自变量不同而导致的不同的实验结果。它们之间是因果关系,自变量是原因,因变量是结果。 无关变量与额外变量:无关变量是指实验中除自变量外也能影响实验现象或结果的其他因素。由无关变量引起的实验结果就是额外变量。它们之间也是因果关系。,-45-,教材梳理,题型探究,真题演练,(2)自变量的确定和控制 根据实验目的,确定实验变量,进而确定控制的措施。 例如:“探究淀粉酶的最适温度”的实验。 自变量的确定:自变量是相同的酶处在不同温度下即温度梯度,即要“探究什么”,则“什么”就是自变量。 自变量的控制:在
22、确定了自变量是温度梯度后,应将淀粉酶置于温度梯度下,如25 、26 、27 等。 控制变量的方法,常用的有“施加”“改变”“去除”等。,-46-,教材梳理,题型探究,真题演练,(3)无关变量的确定与控制 例如:请指出探究pH对唾液淀粉酶活性的影响实验中的无关变量是什么?应如何控制? 分析:在该实验中,自变量是“pH的大小”。无关变量有温度、唾液淀粉酶的量、淀粉溶液的量、反应时间、加入碘碘化钾溶液的量及时间等,在做实验时,对照组和实验组的以上因素都要相同且适宜。,-47-,教材梳理,题型探究,真题演练,考向五 酶的特性相关实验的应用拓展 【典例2-7】 (2018浙江宁波3月新高考模拟)为探究N
23、aCl和CuSO4对唾液淀粉酶活性的影响,某同学进行下表实验。下列叙述错误的是( ),A,-48-,教材梳理,题型探究,真题演练,A.本实验结果也可用本尼迪特试剂鉴定 B.加入缓冲液的目的是维持反应液中pH的稳定 C.根据实验结果可得出对酶活性有影响的离子是Cl-和Cu2+ D.设置丙试管可确定Na+和 对唾液淀粉酶催化活性是否有影响,-49-,教材梳理,题型探究,真题演练,解析:由表中信息可知:本实验是利用淀粉遇碘液变蓝的原理来检测淀粉的剩余量,以此反映酶活性的高低。本实验的目的是探究NaCl和CuSO4对唾液淀粉酶活性的影响,自变量是不同的离子,实验有干扰,因此本实验结果不能用本尼迪特试剂
24、检测,A项错误;溶液的pH为无关变量,加入缓冲液的目的是维持反应液中pH的稳定,B项正确;甲试管加入的是NaCl溶液,其实验结果是无色,说明淀粉已经完全被分解,进而推知:Cl-对唾液淀粉酶活性有促进作用,乙试管加入的是CuSO4溶液,其实验结果是深蓝色,说明淀粉没有被分解,-50-,教材梳理,题型探究,真题演练,进而推知:Cu2+对唾液淀粉酶活性有抑制作用,即根据实验结果可得出对酶活性有影响的离子是Cl-和Cu2+,C项正确;丁试管加入的是蒸馏水,属于空白对照,丙试管加入的是Na2SO4溶液,其实验结果呈现浅蓝色与丁试管的结果相同,说明淀粉没有被分解,进而推知:,-51-,教材梳理,题型探究,
25、真题演练,1.(2018浙江11月选考,7)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.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pH 10的溶液中,其空间结构会改变,答案,解析,-52-,教材梳理,题型探究,真题演练,2.(2017浙江11月选考,23)为验证酶的特性,进行了实验,基本过程如下表所示。 单位:mL,-53-,教材梳理,题型探究,真题演练,据表分析,下列叙述正确的是( ) A.试管1和2的作用是检测淀粉和蔗糖中是否含有还原糖 B.
26、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,答案,解析,-54-,教材梳理,题型探究,真题演练,3.(2016浙江10月选考,18)某同学进行有关酶的实验: 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( ) 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.实验结果证明酶具有专一性,答案,解析,-55-,教材梳理,题型探究,真题演练,4.(2016浙江4月选考,21)为研究酶的特性,进行了实验,基本过程及结果如下表所示。,据此分析,下列叙述错误的是( ) A.实验的自变量是底物 B.检测指标是颜色的变化 C.酶的作用具有高效性 D.37 是该酶作用的最适温度,答案,解析,-56-,教材梳理,题型探究,真题演练,5.(2015浙江10月选考,17)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 ( )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,答案,解析,
