生物必修1复习(第5章)5细胞的能量供应和利用5-1降低化学反应活化能的酶5-1-1酶在细胞代谢中的作用（1）细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多的化学反应，统称细胞代谢细胞代谢是个体代谢的基础。细胞代谢与个体代谢合称新陈代谢。（2）酶对于细胞代谢顺利进行起至关重要的作用。正因酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行酶还可清除对细胞有害的物质（如H2O2）。（3）实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解1.质量分数20%新鲜肝脏研磨液1滴=1单位数量酶质量分数3.5%FeCl3溶液1滴=250000单位数量Fe3+2.实验处理A。肝脏要求新鲜，避免过氧化氢酶被微生物分解B。肝脏要研磨，以使肝细胞破裂，释放酶分子C。卫生香不要插入过深，以免插入气泡或液体中而熄灭D。过氧化氢有一定的腐蚀性，不要让其溅在皮肤上，如有不慎则应迅速用清水冲洗 E。加入催化剂后，应用棉花塞塞紧试管口。拔棉花塞、插入卫生香速度要快F。不要合用滴管，会影响实验结果。4.控制变量与对照实验人为改变的变量称为自变量，随自变量变化而变化的变量称为因变量。除了自变量外，影响实验结果的变量称为无关变量实验过程中除一个因素外，其余因素都保持不变的实验叫对照实验。对照实验的原则：（1）单一变量原则（e.g.植物实验要求长势相同）（2）对照原则（3）等量原则对照的类型（1）空白对照：不给对照组任何处理（如本实验的1号试管）（2）条件对照：给对照组施以不是研究因素的部分实验因素（如研究温度对酶的影响中，0C与100C的试管）（3）自身对照：处理前后互为对照（如质壁分离、鉴别物质）（4）相互对照：几个实验组互为对照（如本实验3、4号试管）（4）酶的作用机理1.分子从常态转变为易于发生化学反应的活跃状态所需的能量，称为活化能2.加热是直接供能使分子从常态转变为易发生化学反应的活跃状态酶则是通过降低活化能提高反应速率5-1-2酶的本质（1）对酶本质的探索1773意大利斯巴兰扎尼：让鹰吞下装肉块的笼子胃有化学性消化作用1836德国施旺：提取出胃蛋白酶1976美国萨姆纳：从刀豆种子中提取脲酶证明酶的本质是蛋白质20世纪80年代美国切赫、奥特曼：发现少数DNA有催化作用少数的酶是RNA （2）酶的本质酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA隐含问题：酶的合成原料（水解产物）是氨基酸或核糖核苷酸酶反应前后量与化学性质不变酶在离体后亦能作用活细胞都能产生酶5-1-3酶的特性（1）酶的高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107-1013倍（2）酶具有专一性：无机催化剂催化的化学反应范围比较广每种酶只能催化一种或一类化学反应（3）酶的多样性：生物体内约有4000多种酶参加各种化学反应（4）酶的作用条件较温和：无机催化剂可在高温、高压、强酸、强碱条件下催化反应进行酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行一般动物酶的最适温度都是35-40C间，植物则是40-50C间细菌和真菌体内酶最适温度差较大，可高达70C动物体内酶最适pH在6.5-8.0间，胃蛋白酶约为1.5，唾液淀粉酶约为7，胰蛋白酶约为8.5植物体内酶最适pH在4.5-6.5间，植物淀粉酶约为5过酸、过碱或温度过高，以及酒精、有机磷农药、氯农药会造成酶永久失活酶制剂适合在0-4C环境保存（5）自然界中的酶不一定适用与生产生活，可利用酶工程改造。5-1-4实验：探究影响酶活性的条件（1-6指试管编号）（1）温度对酶活性的影响（2）pH对酶活性的影响（实际建议使用过氧化氢酶）（3）结论：酶的活性需要适宜的温度和pH（4）注意事项：1.每组实验都必须事先将反应物和酶事先用控制因素处理，使反应一开始就达到所需温度或pH，减少实验误差。不能先加酶升温、降温过程中底物已经分解/在加入pH剂前底物已分解无法证实pH/温度对酶活性影响2.唾液淀粉酶的最适温度约为37C，普通淀粉酶最适温度约为60C3.临时制取淀粉溶液时应该先冷却后使用4.蔗糖溶液要现配现用以免被微生物分解成还原性糖5.要洗净试管以免残留的酶对下次实验造成影响（5）实验设计思路1.酶是蛋白质（同样的原理可证明酶是RNA）实验组：酶溶液+双缩脲试剂对照组：标准蛋白质溶液+双缩脲试剂2.酶的催化作用实验组：反应物+酶溶液对照组：反应物+等量蒸馏水观察底物是否分解3.酶的专一性实验组：反应物+酶溶液对照组：等量另一种反应物+酶溶液/反应物+等量另一种酶溶液（1）如果使用的是蔗糖与淀粉作为两种对照的反应物，应选用斐林试剂，因碘液不能检测蔗糖是否水解（2）关键是保证蔗糖纯度和新鲜程度（3）如果选用淀粉酶和另一种酶做对照酶，而选用淀粉做底物的话，斐林试剂和碘液都可选用（斐林试剂检测产物，碘液检测底物）4.酶的高效性实验组：反应物+酶溶液对照组：反应物+等量无机催化剂观察反应分解速度5.寻找酶的适宜条件间隔一定温度（pH）设置一个实验组，以反应液与试剂发生颜色反应程度为指标确定最适温度/pH。注意确定最适温度时用碘液检测，因斐林试剂需加热，如此一来无法控制温度。5-1-5有关于酶的图像（1）活化能图像（2）高效性图像1.酶只能缩短达到平衡的时间，不会改变化学反应平衡点2.催化剂可加快反应速率3.酶的催化效率更高（3）影响酶促反应条件图像A、速度pH/温度图在一定温度（pH）范围内，随温度（pH）升高，酶的催化作用增强，超过最适温度（pH）后，随温度（pH）升高，催化作用减弱.B、酶浓度、反应物浓度图在其他条件适宜，酶浓度一定状况下酶促反应速率随反应物浓度增加而加快；但当反应物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。C、催化能力时间图酶会发生“钝化“现象，即时间久后酶催化能力减弱，需要更新。5-2细胞的能量通货ATP5-2-1ATP的结构（1）结构简式：APPP1.A：腺苷 T：三个 P：磷酸基团故ATP中文名为三磷酸腺苷：高能磷酸键，：普通磷酸键2.1分子ATP=1分子腺苷+3个磷酸基团=1分子腺嘌呤+1分子核糖+3分子磷酸3.远离A的高能磷酸键易水解释能（30.54kJ/mol）故称高能磷酸化合物此种形式的能是生物体内唯一可被细胞生命活动直接利用的能量（2）结构式5-2-2ATP与ADP的相互转化（1）反应式：（2）ATP转化过程特点：ATP和ADP含量少且相对稳定，其间转化迅速并时刻发生，两者处于动态平衡。该转化过程的能量供应机制是生物界共性之一。（3）磷酸肌酸（CP）：另一种高能磷酸化合物，可在大量消耗ATP时分解供能使ATP合成（4）ATP的来源：植物光合作用、细胞呼吸；动物、微生物：细胞呼吸（5）ATP的去向：光合作用产生ATP暗反应中C化合物的还原3细胞呼吸产生ATP生物各种生理活动（6）转化过程的理解：酶不同，发生场所不同，反应类型不同，能量转化方式与去向不同反应是不可逆的，能量是不可逆的，物质是可逆的5-2-3ATP的利用（1）生物各种形式能量转化都以ATP为中心环节吸能反应一般与ATP水解相关，放能反应一般与ATP合成相关（2）生物体利用能源总结最终能源：太阳能三大能源物质：糖类、脂肪、蛋白质主要能源物质：葡萄糖主要储能物质：脂肪植物细胞储能物质：淀粉、脂肪动物细胞储能物质：糖原、脂肪直接能源物质：ATP辅助能源物质：CP（3）ATP释能转变成的能量1.机械能：草履虫纤毛摆动、精子鞭毛摆动、肌细胞收缩（运动、心跳、呼吸运动）、细胞分裂时纺锤丝收缩与染色体运动、胞吞、胞吐（分泌蛋白排出细胞）2.主动运输3.电能：大脑思考，神经冲动的传递、电鳐和电鳗的生物电4.化学能：小分子物质合成大分子物质5.光能：萤火虫、磷虾发光6.热能（4）ATP产生量氧气量图像A：无氧条件下可通过无氧呼吸分解有机物产生少许ATPAB：有氧呼吸加强，分解有机物释能增加，ATP量增加BC：酶、ADP、磷酸数量等限制，导致ATP产生量不再增加5-3ATP的主要来源细胞呼吸5-3-1实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式（1）原理：1.酵母菌是兼性厌氧菌便于研究细胞呼吸不同方式2.CO可使澄清石灰水变混浊，使溴麝香草酚蓝碘水从蓝色变为绿色再变黄2产生情况根据混浊程度或变色时间长短检测CO23.橙色重铬酸钾溶液在酸性条件下和乙醇发生灰绿色反应（2）步骤配制酵母菌培养液：向容量500ml锥形瓶A、B各加入10g新鲜食用酵母菌，然后分别注入240ml质量分数5%葡萄糖溶液的产生：将甲装置连通橡皮球或气泵，让空气间断而持续的依次通入3个锥形检测CO2瓶（约通气50min，既保证氧气充分供应，又使进入A瓶中的空气先经过NaOH的锥形瓶，洗除空气中的二氧化碳，保证第三个锥形瓶中澄清石灰水变浑浊是因为酵母菌有氧呼吸产生二氧化碳所致）B瓶应封口放置一段时间后，待酵母菌将B瓶中氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。两装置放置到25-35C环境中培养8-10h，每1h记录一次石灰水的混浊情况检测酒精的产生：分别取A、B瓶中培养液2ml并分别注入洁净的两个试管（1、2）中，两个试管分别滴加0.5ml体积分数为95-99%的溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，轻轻震荡试管，观察颜色变化（3）现象分析甲乙装置石灰水都变混浊。装置甲的混浊快且程度高，2号试管变灰绿色，1号试管不变分析：1.酵母菌有氧呼吸、无氧呼吸都放出二氧化碳，有氧时放出多且快2.无氧时酵母菌分解葡萄糖产生酒精（4）注意事项：1.使用新鲜酵母菌出芽生殖快，细胞呼吸旺盛，实验效果明显2.温度控制在25-35C：酶活性高，生命活动旺盛，细胞呼吸最明显3.不可用蒸馏水取代葡萄糖溶液，因葡萄糖是细胞呼吸的底物（能源物质）（5）对比实验设置2-3个实验组，通过对比结果、比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系5-3-2细胞的呼吸方式（1）细胞呼吸：指有机物在细胞内经过一系列氧化分解后生成水和二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。（2）细胞呼吸可分为两种类型：1.有氧呼吸：细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，生成水、二氧化碳，释放大量能量，生成许多ATP的过程2.无氧呼吸：细胞在无氧或缺氧的条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，释放少量能量，生成少量ATP的过程。（3）细胞呼吸的实质：分解有机物，释放能量，产生ATP（4）细胞呼吸的意义：1.为生命活动提供能量2.中间产物（如丙酮酸）为体内其他化合物合成提供原料（5）细胞呼吸主要利用底物是葡萄糖，其他有机物也能作为底物（6）能量变化：有机物中稳定化学能ATP中活跃化学能+热能5-3-3有氧呼吸（1）线粒体1.形状：粒状/棒状2.功能：有氧呼吸主要场所3.结构：内膜向内折叠形成嵴，大大增加内膜表面积（酶分子附着表面积）。其周围充满液态基质，内膜与基质含多种有氧呼吸酶，内膜上有基粒。外膜使线粒体相对独立存在于细胞质基质中，并控制与细胞质基质的物质交换，保证线粒体内部环境相对稳定。4.分布：能量代谢水平高的细胞多，特化（如哺乳动物成