1、第第5章章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用第一节第一节 酶和酶和ATP(一一)、酶在细胞代谢中的作用、酶在细胞代谢中的作用细胞代谢：细胞代谢：细胞中每时每刻进行的细胞中每时每刻进行的化学反应的统称。化学反应的统称。一一 酶的作用和本质酶的作用和本质比较过氧化氢在不同比较过氧化氢在不同条件下的条件下的分解分解实验探究：实验探究：酶在细胞代谢中的作用酶在细胞代谢中的作用常温常态的状态下常温常态的状态下、有适合的生物催化剂有适合的生物催化剂酶酶 对照原则对照原则: :设计对照实验设计对照实验, ,一般既一般既要设置对照组又要设置实验组。要设置对照组又要设置实验组。 单一变量原则：单一变量原
2、则：在对照实验中在对照实验中, ,除除了要观察的变量发生变化外了要观察的变量发生变化外, ,其他变其他变量都应保持相同。量都应保持相同。实验设计原则实验设计原则: :步骤步骤试管编号试管编号 说明说明1 12 23 34 4 一一二二 观观察察结论结论2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温常温90FeCl3肝脏研肝脏研磨液磨液2 2滴滴2 2滴滴不明显不明显少量少量较多较多大量大量不复燃不复燃 不复燃不复燃变亮变亮复燃复燃过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快反应条件反应条件
3、自变量自变量因变量因变量无关变量无关变量变量变量 H H2 2O O2 2 浓度浓度剂量剂量剂量剂量气泡产生气泡产生带火星的木条带火星的木条对照实验对照实验对照组对照组实验组实验组实验步骤：实验步骤： 跟一般催化剂相同，化学反应前后，跟一般催化剂相同，化学反应前后，酶的酶的化学性质化学性质和和数量数量保持不变。保持不变。 酶只是改变反应酶只是改变反应速率速率，不改变化学，不改变化学反应平衡。反应平衡。反应进程反应进程能量能量无酶无酶Fe3+ 酶酶反应物反应物生成物生成物Fe3+和酶对反应的影响曲线图和酶对反应的影响曲线图同无机催化剂相比较，酶降低活化能的作同无机催化剂相比较，酶降低活化能的作用
4、更显著，因而催化效率更高。用更显著，因而催化效率更高。练习一：练习一：化学本质化学本质酶是活细胞产生的具催化能力的有机物酶是活细胞产生的具催化能力的有机物合成原料合成原料合成场所合成场所来源来源生理功能生理功能作用原理作用原理绝大多数是蛋白质绝大多数是蛋白质少数是少数是RNA氨基酸氨基酸核糖核苷酸核糖核苷酸核糖体核糖体细胞核（真核细胞）细胞核（真核细胞）一般来说，活细胞都能产生酶一般来说，活细胞都能产生酶生物催化剂生物催化剂降低反应分子的活化能降低反应分子的活化能活细胞就能产生活细胞就能产生生物体内合成生物体内合成绝大多数是蛋白质，少数是绝大多数是蛋白质，少数是RNA只有催化功能只有催化功能有
5、胞内酶和胞外酶有胞内酶和胞外酶试剂检测法鉴定酶的本质试剂检测法鉴定酶的本质来源来源功能功能化学本质化学本质多数是蛋白质类化合多数是蛋白质类化合物，少数是物，少数是RNA。活细胞产生的活细胞产生的催化剂催化剂 酶是酶是活细胞活细胞产生的具有催化作用的有机物产生的具有催化作用的有机物二二、酶的特性、酶的特性（2）酶具有专一性酶具有专一性每一种酶只能催化每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物一种化合物或一类化合物的化学反应的化学反应（1）酶）酶的高效性的高效性酶的催化效率是无机催化剂的酶的催化效率是无机催化剂的107 1013 倍倍酶作用的机理酶作用的机理淀粉溶液淀粉溶液蔗糖溶液蔗糖溶液实实验验步步
6、骤骤一一二二三三实验实验现象现象结论结论加入淀粉酶加入淀粉酶2 2滴，振荡，试管下半部浸入滴，振荡，试管下半部浸入6060左右的热水中，反应左右的热水中，反应5min5min2号试管中加入号试管中加入2mL蔗糖溶液蔗糖溶液加入斐林试剂加入斐林试剂 振荡振荡约约60水浴水浴2min1号试管中加入号试管中加入2mL淀粉溶液淀粉溶液蓝色蓝色无变化无变化棕色棕色砖红色沉淀砖红色沉淀一、常考易错的一、常考易错的“三类酶曲线三类酶曲线”1.酶的作用原理酶的作用原理(1)由图可知由图可知,酶的作用原理是降低反应的活化能。酶的作用原理是降低反应的活化能。(2)若将酶变为无机催化剂若将酶变为无机催化剂,则则b在
7、纵轴上向上移动。在纵轴上向上移动。用加热的用加热的方法不能降低活化能方法不能降低活化能,但会提供活化能。但会提供活化能。2.酶的特性酶的特性(1)图图1中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较表明酶具有中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较表明酶具有高效性。高效性。(2)图图2中两曲线比较表明酶具有专一性。中两曲线比较表明酶具有专一性。凡能影响蛋白质的理化因素都能影响酶的凡能影响蛋白质的理化因素都能影响酶的活性。因此活性。因此温度温度、酸碱度酸碱度、重金属离子重金属离子都都能影响酶的活性。能影响酶的活性。高温、强酸、强碱高温、强酸、强碱等因等因素均可引起酶丧失催化能力。素均可引起酶丧失催化能力。三、
8、影响酶活性的因素三、影响酶活性的因素四、四、酶的催化作用酶的催化作用需要适宜的条件需要适宜的条件1）需要适宜温度）需要适宜温度2）需要适宜的）需要适宜的pH值值 一般来说，动物体内的酶的最适温度多在一般来说，动物体内的酶的最适温度多在35-40，而植物体内酶的最适温度多在，而植物体内酶的最适温度多在40-50 一一般来说，动物体内的酶的最适般来说，动物体内的酶的最适PH多在多在6.5-8之间，而植物与微生物体内的酶，最适之间，而植物与微生物体内的酶，最适PH多多在在4.5-6.5之间。之间。试管试管123456淀粉溶液淀粉溶液2mL2mL2mL淀粉酶溶淀粉酶溶液液1mL1mL1mL分别保分别保
9、温温5分钟分钟060100060100将将4加入加入1，5加入加入2，6加入加入3，摇匀，摇匀分别保温分别保温5min060100滴加碘液滴加碘液2滴滴2滴滴2滴滴结果现象结果现象变蓝变蓝不变蓝不变蓝变蓝变蓝探究温度对淀粉酶活性的影响探究温度对淀粉酶活性的影响图图 5-3 酶活性受温度影响示意图酶活性受温度影响示意图 AB段、段、B点、点、BC段表示反段表示反应的趋势如何应的趋势如何?AB段段 表示随温度升高表示随温度升高,酶酶活性活性(催化效率催化效率)增强增强.B 点点表示酶活性表示酶活性(催化效催化效率率)达到最大达到最大,此时的温度此时的温度为催化的最适温度为催化的最适温度BC段段 表
10、示随温度升高表示随温度升高,酶酶活性活性(催化效率催化效率)减慢减慢高温高温会使酶会使酶永久失活永久失活,不可恢复不可恢复;低温低温使酶使酶活性降低活性降低,酶制剂常在低温下保存酶制剂常在低温下保存.(人体内的最适温度为人体内的最适温度为37度度)探究探究pHpH对过氧化氢酶活性的影响对过氧化氢酶活性的影响项目项目试管试管过氧化氢酶溶液过氧化氢酶溶液1mL1mL1mLHCl1mL 蒸馏水蒸馏水1mLNaOH1mL过氧化氢溶液过氧化氢溶液2mL2mL2mL实验结果实验结果无气泡无气泡大量气大量气泡泡无气泡无气泡图图 5-4 酶活性受酶活性受pH值影响示意图值影响示意图 在在最适最适pH条件下，酶
11、的活条件下，酶的活性性最高最高。 pH偏高或偏低偏高或偏低，酶活性都会酶活性都会明显降低明显降低。 过酸或过碱过酸或过碱都会使酶都会使酶永久失永久失活活.人体环境中几种常见酶的人体环境中几种常见酶的最适最适pH值值:唾液淀粉酶唾液淀粉酶: pH=7; 胃蛋白酶胃蛋白酶: pH=1.5; 胰蛋白酶胰蛋白酶: pH=8酶促反应速率酶促反应速率酶的浓度酶的浓度酶促反应速率酶促反应速率底物浓度底物浓度酶量一定酶量一定ABC考点二考点二ATPATP一、一、ATPATP的结构与功能的结构与功能1.生物体中的能源物质生物体中的能源物质细胞中的细胞中的糖类、脂肪糖类、脂肪等有机物都储存着化学能等有机物都储存着
12、化学能,但是直接给细但是直接给细胞的生命胞的生命活动提供能量的却是活动提供能量的却是 ATP 。2.ATP分子的化学组成和结构分子的化学组成和结构 3.ATP分子的特点分子的特点ATP分子中远离分子中远离A的那个高能磷酸键容易水解断裂的那个高能磷酸键容易水解断裂,释放出释放出 能量能量也可以接受能量而重新形成。因此也可以接受能量而重新形成。因此,ATP分子结构具有分子结构具有不稳定性不稳定性。高能。高能磷酸键水解时释放的能量多达磷酸键水解时释放的能量多达30.54 kJ/mol,所以说所以说ATP是细胞内的是细胞内的一种一种 高能磷酸化合物高能磷酸化合物 。二、二、ATPATP与与ADPADP
13、的转化的转化1.构成生物体的活细胞构成生物体的活细胞,内部时刻进行着内部时刻进行着ATP与与ADP的相互转化的相互转化,同时也同时也就伴随有能量的就伴随有能量的释放和储存释放和储存,故把故把ATP比喻成细胞内流通着的比喻成细胞内流通着的 能量能量“通货通货”。2.反应式反应式:ATPADP+Pi+能量。能量。3.植物细胞可以通过植物细胞可以通过 光合作用光合作用和和 细胞呼吸细胞呼吸 形成形成ATP,而动而动物细胞只能通过物细胞只能通过 细胞呼吸细胞呼吸 形成形成ATP。 二、突破二、突破ATPATP的的“三个重难点三个重难点”(1)ATP与与ADP相互转化相互转化:ATP与与ADP的相互转化
14、的相互转化,从从物质方面来看物质方面来看是可逆的是可逆的,从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。(2)ATP是与能量有关的一种物质是与能量有关的一种物质,不等同能量不等同能量:ATP是种高能磷酸是种高能磷酸化合物化合物,高能磷酸键水解时能够释放出高达高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol的能量。的能量。(3)细胞中细胞中ATP含量很少含量很少,只是只是ATP与与ADP转化非常迅速及时。转化非常迅速及时。无论是饱食还是饥饿无论是饱食还是饥饿,ATP与与ADP。(4)ATP转化为转化为ADP又称又称“ATP的水解反应的水解反应”,这一过程
15、需这一过程需ATP水水解酶的催化解酶的催化,同时也同时也需要消耗水需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。也都需要消耗水。2.不同物质结构中不同物质结构中“A”的含义不同的含义不同 3.能源物质的能源物质的“一、一、一、二一、一、一、二” 二、二、“曲线法曲线法”分析分析ATPATP与与O O2 2供给量的关系供给量的关系 甲图甲图 乙图乙图考向一以基础判断的形式考向一以基础判断的形式,考查酶与考查酶与ATP知识知识1.(2017湖北荆州中学摸底考湖北荆州中学摸底考,12)下列关于酶的叙述下列关于酶的叙述,正确的是正确的是()A.酶具有催化作用并都能与
16、双缩脲试剂反应呈紫色酶具有催化作用并都能与双缩脲试剂反应呈紫色B.细胞代谢能够有条不紊地进行与酶的专一性有关细胞代谢能够有条不紊地进行与酶的专一性有关C.酶适宜在最适温度及最适酶适宜在最适温度及最适pH条件下长期保存条件下长期保存D.可用过氧化氢作底物来探究温度对酶活性的影响可用过氧化氢作底物来探究温度对酶活性的影响答案答案 B大多数酶是蛋白质大多数酶是蛋白质,能与双缩脲试剂反应呈紫色能与双缩脲试剂反应呈紫色,而少数酶是而少数酶是RNA,RNA不能与双缩脲反应呈现紫色不能与双缩脲反应呈现紫色,A错误错误;每一种酶只能催化一种每一种酶只能催化一种或者一类化学反应或者一类化学反应,这是细胞代谢能够
17、有条不紊地进行的重要原因这是细胞代谢能够有条不紊地进行的重要原因,B正正确确;在最适温度和在最适温度和pH条件下条件下,酶的活性最强酶的活性最强,不适合酶的长期保存不适合酶的长期保存,C错误错误;过氧化氢高温易分解过氧化氢高温易分解,所以一般不选择过氧化氢溶液作为底物来探究温所以一般不选择过氧化氢溶液作为底物来探究温度对酶活性的影响度对酶活性的影响,D错误。错误。2.(2015海南单科海南单科,3,2分分)ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于物。关于ATP的叙述的叙述,错误错误的是的是()A.酒精发酵过程中有酒精发酵过程中有ATP生成生成B.ATP
18、可为物质跨膜运输提供能量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由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成答案答案 D本题主要考查本题主要考查ATP的相关知识。酒精发酵即无氧呼吸产生的相关知识。酒精发酵即无氧呼吸产生酒精和二氧化碳酒精和二氧化碳,同时释放少量能量同时释放少量能量,该过程中有该过程中有ATP生成生成,A项正确项正确;物物质跨膜运输的方式如果是主动运输质跨膜运输的方式如果是主动运输,需要消耗能量需要消耗能量,这部分能量可由这部分能量可由ATP提供提供,B项正确项正确;ATP中高能磷酸键水解可释放能量中高能磷酸键水
19、解可释放能量,C项正确项正确;ATP由由腺嘌呤、核糖和磷酸组成腺嘌呤、核糖和磷酸组成,D项错误。项错误。考向二借助曲线或模型考向二借助曲线或模型,考查酶与考查酶与ATP3.(2016辽宁沈阳东北育才中学二模辽宁沈阳东北育才中学二模,13)下图表示的是在最适温度下下图表示的是在最适温度下,反反应物浓度对胃蛋白酶所催化的化学反应速率的影响。下列有关说法正应物浓度对胃蛋白酶所催化的化学反应速率的影响。下列有关说法正确的是确的是()A.若在若在A点时温度升高点时温度升高10 ,则反应速率加快则反应速率加快B.若在若在A点时温度升高点时温度升高10 ,则反应速率不变则反应速率不变C.若在若在B点时往混合
20、物内加入少量胃蛋白酶点时往混合物内加入少量胃蛋白酶,则反应速率会加快则反应速率会加快D.若在若在B点时往混合物内加入少量胃蛋白酶点时往混合物内加入少量胃蛋白酶,则反应速率不变则反应速率不变答案答案 C图中曲线为最适温度下得到的图中曲线为最适温度下得到的,若温度升高若温度升高10 ,酶促反应酶促反应速率会下降速率会下降,A、B错误错误;B点时限制反应速率的因素包括酶的量点时限制反应速率的因素包括酶的量,故往混故往混合物内加入少量胃蛋白酶合物内加入少量胃蛋白酶,则反应速率会加快则反应速率会加快,C正确、正确、D错误。错误。4.(2016河北定州中学第一次月考河北定州中学第一次月考,13)据图判断据
21、图判断,有关叙述错误的是有关叙述错误的是( )A.酶酶1能催化能催化ATP甲甲,但不能催化甲但不能催化甲乙乙,表明酶表明酶1具有专一性具有专一性B.图中含有磷酸键的化合物有三种图中含有磷酸键的化合物有三种C.丙物质为腺苷丙物质为腺苷,丁可用于某些脂质的合成丁可用于某些脂质的合成D.ATP为生命活动提供能量需要经过图示的整个过程为生命活动提供能量需要经过图示的整个过程答案答案 D根据磷酸基团可判断甲、乙、丙、丁分别为根据磷酸基团可判断甲、乙、丙、丁分别为ADP、AMP、腺苷和腺苷和Pi,酶酶13分别催化分别催化ATP、ADP和和AMP的水解。不同种酶对应不的水解。不同种酶对应不同底物同底物,可反
22、映酶的专一性可反映酶的专一性,A正确正确;图中图中ATP、物质甲、物质乙均含有、物质甲、物质乙均含有磷酸键磷酸键,B正确正确;丙物质为腺苷丙物质为腺苷,丁物质为磷酸丁物质为磷酸,磷酸可用于磷脂的合成磷酸可用于磷脂的合成,C正确正确;ATP为生命活动提供能量需经过图示的为生命活动提供能量需经过图示的ATP甲过程甲过程,D错误。错误。 考向一借助实验分析或基础判断考向一借助实验分析或基础判断,考查有关酶的对照实验考查有关酶的对照实验5.(2016山东莱州一中第一次质量检测山东莱州一中第一次质量检测,20)下列有关酶的实验设计正确下列有关酶的实验设计正确的是的是()A.利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验
23、证酶的专一性利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性B.利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响C.利用过氧化氢、鲜肝匀浆和利用过氧化氢、鲜肝匀浆和FeCl3研究酶的高效性研究酶的高效性D.利用胃蛋白酶、蛋清和利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为分别为5、7、9的缓冲液验证的缓冲液验证pH对酶活性对酶活性的影响的影响答案答案 C碘液不能用于检测蔗糖是否水解碘液不能用于检测蔗糖是否水解,A错误错误;过氧化氢在高温下过氧化氢在高温下分解加快分解加快,从而影响实验结果从而影响实验结果,B错误错误;比较过氧化氢在过氧化氢酶比较过氧化氢在过氧化氢酶(鲜肝鲜肝中中)和和Fe3+(无机催化剂无机催化剂)作用下分解的快慢可证明酶的高效性作用下分解的快慢可证明酶的高效性,C正确正确;胃胃蛋白酶的最适蛋白酶的最适pH为为1.5,D项实验设计缺乏最适项实验设计缺乏最适pH的组别的组别,D错误。错误。
