第5章细胞的能量供应和利用第第1 1讲降低化学反应活化能的酶讲降低化学反应活化能的酶细胞的能量通货细胞的能量通货ATPATP展示考纲考频1.酶在代谢中的作用()2.ATP在能量代谢中的作用()3.探究影响酶活性的因素(实验)一、酶的本质和作用1酶的本质和作用解惑要验证某种酶是蛋白质可用双缩脲试剂，要验证某种酶是RNA，可选用吡罗红染液。2酶本质的探索(将正确对应组合顺序填入_上)组合顺序：f_a_c_d、e_b二、酶的特性1高效性：催化效率约是无机催化剂的 倍。2专一性：每一种酶只能催化 化学反应。3作用条件较温和：在 条件下，酶的活性最高。巧记助学酶的来源与特性：活细胞内来合成，降低化能是本领，高效专一需温和，催化反应属它行。三、ATP的结构、功能和利用(1)ATP的结构：1071013一种或一类一种或一类最适温度和最适温度和pH巧记助学ATP的结构特点可用“一、二、三”来总结，即一个腺苷、两个高能磷酸键、三个磷酸基团。(2)生成ATP的途径(4)ATP的功能：ATP是细胞生命活动的 能源物质。直接直接思考辨析1判断下列有关酶说法的正误。(1)同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中(2013年高考新课标全国卷)()(2)激素都是通过影响细胞内酶活性来调节细胞代谢(2013年高考安徽卷)()(3)随着温度下降，酶促反应的活化能下降(2013年高考海南卷)()(4)淀粉酶溶液中加入蛋白酶不会导致淀粉酶活性发生变化()(5)酶提供了反应过程所必需的活化能()(6)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸()(7)酶是活细胞产生的并具有催化作用的蛋白质()(8)高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性()2判断下列有关ATP叙述的正误。(1)物质通过协助扩散进出细胞时需消耗ATP(2013年高考海南卷)()(2)线粒体内膜上不能合成ATP(2012年高考北京卷)()(3)无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源()(4)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡()1酶的本质及催化作用的实验验证(1)酶化学本质的实验验证酶的本质及特性分析酶的本质及特性分析易混易错明确酶的正确理解与错误说法，对比如下：2.酶的特性及曲线分析(1)高效性：酶的催化效率是无机催化剂的1071013倍，这说明酶具有的特点。酶的高效性是和 相比较来说的，故下图曲线中只有曲线a、b相比较才可说明酶催化的高效性，a、c曲线的对比只可说明酶具有催化作用。(2)专一性：每一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应，这说明酶的催化作用具有专一性的特点，酶的专一性的解释常用“锁和钥匙学说”。如图所示：高效性高效性无机催化剂无机催化剂(3)作用条件较温和：绝大多数的酶是蛋白质，过酸、过碱和高温都会破坏蛋白质分子的 ，从而引起蛋白质分子变性，使酶永久失活。但低温只是使 下降，适宜的温度下，酶活性可以恢复。空间结构空间结构酶活性酶活性3影响酶促反应的因素曲线分析(1)温度和pH对酶促反应的影响(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响甲图：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。易混易错(1)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)人在发烧时，不想吃东西，其原因是温度过高导致消化酶的活性降低。(3)唾液淀粉酶随食物进入胃内，不能继续将淀粉分解为麦芽糖。原因是唾液淀粉酶的最适pH在7左右，而胃液的pH在2左右，在胃中唾液淀粉酶失活并以蛋白质的形式被胃蛋白酶水解。1(2014年唐山模拟)图乙表示图甲的反应过程中有关物质浓度随时间变化的曲线，下列叙述正确的是()A图甲中物质a可以是麦芽糖也可以是乳糖，该过程为吸能反应B图甲中物质b能降低该化学反应的活化能，其化学本质与无机催化剂相同C图乙中若曲线表示不同温度下酶促反应速率，则曲线温度曲线曲线D图乙中若曲线表示不同酶浓度下酶促反应速率，则曲线酶浓度曲线曲线解析：图甲为水解的酶促反应过程，由图可知，其中a为反应底物，b反应前后无变化，故b为酶。若a为二糖，水解后变为单糖，是一个放能反应且a不可能为乳糖。酶是指由生物体内活细胞产生的一种生物催化剂，其本质是蛋白质或RNA，与无机催化剂不同。在适宜的温度下，酶促反应速率随温度的升高而加快，超过最适温度，酶活性降低，酶促反应速率降低，故可能表示高于最适温度。在底物量足够、其他条件不变、反应系统中不含有抑制酶活性的物质的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比，故曲线酶浓度曲线曲线。答案：D2甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示。下列分析错误的是()A甲酶能够抗该种蛋白酶降解B甲酶不可能是具有催化功能的RNAC乙酶的化学本质为蛋白质D乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变解析：酶具有专一性，蛋白酶能催化蛋白质降解。在蛋白酶的作用下，甲酶没有变化，因此甲酶能够抗该种蛋白酶降解，故甲酶的化学本质不是蛋白质，有可能是具有催化功能的RNA，故A项正确、B项错误；因为用该种蛋白酶处理后，乙酶活性逐渐降低，所以乙酶的化学本质是蛋白质，C项正确；在蛋白酶的作用下，蛋白质的空间结构遭到破坏，进而使蛋白质的分子结构发生改变，D项正确。答案：B1ATP分子的结构特别提醒(1)ATP的一个高能磷酸键水解，形成ADP(二磷酸腺苷)Pi；两个高能磷酸键水解，形成AMP(一磷酸腺苷)2Pi。(2)ATP中去掉2个磷酸基团即是构成RNA的基本单位之一腺嘌呤核糖核苷酸。(3)ATP水解释放的能量是储存于高能磷酸键中的化学能，可直接用于各项生命活动(光反应阶段合成的ATP只用于暗反应)；而合成ATP所需能量则主要来自有机物氧化分解释放的化学能或光合作用中吸收的光能。ATP的结构功能及转化的结构功能及转化2ATP和ADP相互转化是不可逆反应由表可以看出，ATP的合成和ATP的水解在所需的酶、能量来源、能量去路和反应场所方面不尽相同，因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应，物质是可逆的，能量不可逆。3ATP与光合作用及细胞呼吸的关系(1)与光合作用的关系：(2)与细胞呼吸的关系：4细胞内产生与消耗ATP的生理过程5.ATP产生量与O2供给量之间的关系(1)在无氧条件下，生物细胞可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。(2)随O2供给量增多，有氧呼吸明显加强，ATP产生量随之增加；但当O2供给量达到一定值后，ATP产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。(3)当横坐标表示呼吸强度时，ATP产生量曲线应从原点开始。易混易错(1)化合物中“A”的辨析(2)误认为ATP等同于能量ATP是一种高能磷酸化合物，其分子式可以简写为APPP，高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol的能量，所以ATP是与能量有关的一种物质，不可将ATP与能量等同起来。3(2012年高考北京卷)细胞中不能合成ATP的部位是()A线粒体的内膜B叶绿体中进行光反应的膜结构C内质网的膜D蓝藻(蓝细菌)中进行光反应的膜结构解析：本题主要考查细胞代谢过程中ATP合成的相关知识。细胞代谢产生ATP的生理过程主要是细胞呼吸和光合作用的光反应，所以A、B、D三个选项中所涉及的部位均可合成ATP；而内质网的膜上不能产生ATP，故C项符合题意。答案：C探究酶活性的影响因素1温度对酶活性的影响(1)实验原理温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解；滴加碘液，根据是否出现 及出现来判断酶的活性。蓝色蓝色蓝色的深浅蓝色的深浅(2)实验流程(3)实验结论：温度能影响酶的活性，酶的活性有一定的 范围。2pH对酶活性的影响(1)实验原理pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香来检验氧气生成的多少。最适温度最适温度燃烧的情况燃烧的情况(2)实验流程(3)实验结论：pH影响酶的活性，酶活性有一定的范围。最适最适pH特别提醒(1)在探究温度或pH对酶活性影响的实验中，操作步骤2与3一定不能颠倒顺序，否则会在调节温度或pH的过程中，酶先将底物分解，导致实验失败。(2)在探究温度对酶活性影响的实验中，不宜选用过氧化氢酶催化H2O2分解，因为过氧化氢在加热的条件下自身会加快分解；不宜选用斐林试剂检测，因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才能生成砖红色沉淀，但实验需要控制温度。(3)过酸、过碱、高温都会使酶的空间结构破坏而变性失活，但低温只能降低酶活性而不会使它变性失活。4回答下列有关过氧化氢酶实验的问题：(1)为验证过氧化氢酶具有催化作用，同学甲设计了如下实验：指出不合理之处并进行改正：_。B组试管中没有气泡产生，能否说明过氧化氢酶没有活性？为什么？_。(2)一般情况下，不能用过氧化氢酶为材料探究温度对酶活性的影响，原因是_。同学乙查资料发现，在70 以上时，过氧化氢分解速率较快，在70 以下分解较慢，30 以下相对稳定。为探究温度对过氧化氢酶活性的影响，应进行如下几方面的研究：确定实验设置的温度范围：_。本实验的自变量为_，因变量为_，观测指标为_。如何设计实验，排除在较高温度下过氧化氢自身分解对实验结果的影响？解析：甲同学设计的实验中，无论B组是否加入过氧化氢酶，都不会有气泡产生，因此，不能产生气泡不是酶没有活性，而是试管中没有底物，故需对B组进行调整。过氧化氢不稳定，较高温度下分解速率很快，因此温度不但影响酶的活性，还影响底物的分解，故需添加对照实验。实验目的是“探究温度对过氧化氢酶活性的影响”，然后确定自变量为温度。确定了自变量，我们就基本明确了人为控制的条件是不同温度，实验设计思路也由此展开。每组再设置一个空白对照，将实验组与空白对照组间生成的气体量的差值作为衡量过氧化氢酶活性大小的标准。答案：(1)应该将B试管中的H2O换为过氧化氢溶液，5滴过氧化氢酶溶液换为5滴清水(或蒸馏水)不能，因为没有底物(2)过氧化氢不稳定，较高温度下易分解(或温度会影响过氧化氢的分解速率)70 以下温度酶的活性气泡(氧气)的产生速率在每一温度下设置一个只加过氧化氢溶液不加过氧化氢酶的试管。例1据表分析，下列说法正确的是()酶的特点酶的特点注：表中“”表示没有添加。A淀粉酶溶液的用量是自变量B两组实验可用于验证酶的专一性C三组实验可说明温度能影响酶活性D设计上述实验的目的是验证酶的专一性和探究温度对酶活性的影响解析从反应温度上看，有0 、60 、100 三种情况，因此，温度为自变量之一，探究的是温度对酶活性的影响；在每组相同温度条件下均设置了两组实验：底物不同，所用酶的种类相同。因此，底物种类为另一个自变量，验证的是酶的专一性，淀粉溶液、蔗糖溶液、淀粉酶溶液、碘液的用量均为无关变量。由于两组实验温度太低，导致酶基本无活性，反应不能正常进行，故B错。三组实验根本不能进行，无法进行温度对酶活性影响的探究，故C错。答案D例2ATP是能量“通货”，下列有关ATP的说法，正确的是()A人在寒冷时，肾上腺素和甲状腺激素分泌增多，细胞中ATP的合成速率会大大超过分解速率，细胞产生ATP的量增加B若细胞内Na浓度偏高，为维持Na浓度的稳定，细胞消耗ATP的量增加C人体成熟的红细胞高度特化，没有细胞器，因此既不能产生酶，也不能产生ATPD人在饥饿时，一个ATP可水解为一个腺苷和三个磷酸，因此细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡ATP的结构和功能的结构和功能解析寒冷条件下，肾上腺素和甲状腺激素分泌增多，以促进物质的氧化分解，增加产热，活细胞中ATP与ADP的含量始终处于动态平衡状态，即细胞中ATP的合成速率和分解速率始终处于动态平衡状态，A项错；Na在人体内环境中主要是维持细胞外液的渗透压，若细胞内Na浓度偏高，需要通过主动运输把Na排到细胞外，B项正确；人体成熟的红细胞高度特化，没有细胞器，但红细胞可通过无氧呼吸产生ATP，C项错；ATP水解时一般是远离A的那个高能磷酸键断裂，形成一个ADP和一个磷酸，D项错。答案B例3下面是某同学所做的有关过氧化氢在不同条件下分解的验证性实验。一、实验材料和用具：新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液、体积分数为3%的过氧化氢溶液、质量分数为3.5%的FeCl3溶液、新鲜的马铃薯泥、蒸馏水、酒精灯、温度计等。酶促反应的实验及影响因素酶促反应的实验及影响因素二、实验步骤请根据该实验回答下列问题：(1)在上述实验中，产生气泡最多的试管是_号，原因是_。(2)如果仅将上述实验条件由常温改为90 水浴，重复实验，气泡产生最多的试管是_号。(3)假如b、c两试管的实验现象均不明显，从所给的实验材料分析，原因可能是_。该同学设计e组的实验目的是：_。(4)假若ad号的实验都是为了验证酶的某项特性而设置的对照，那么，实验组设置的不科学的是_号，主要违背了_原则，应如何改进？_。(5)假若要证明马铃薯中也含有过氧化氢酶，你的实验设计思路是_。解析(1)由于酶在适宜条件下具有高效性，因此滴加新鲜肝脏研磨液的c试管产生气泡最多。(2)90 时酶活性丧失，加FeCl3溶液的b试管在高温下产生气泡最多。(3)b、c两试管加了催化剂而实验现象却均不明显，从实验材料分析，可能是H2O2溶液放置时间过长而分解。(4)d试管的设计存在两个变量，即温度和酶的活性。将0 改成常温即可。(5)要证明马铃薯中也含有过氧化氢酶，需再增设两组实验，处理方法参考c试管。如果f试管(含马铃薯泥)产生大量气泡而经高温处理过的马铃薯泥产生的气泡很少，说明马铃薯中也含有过氧化氢酶。答案(1)c酶在适宜条件下具有高效性(2)b(3)H2O2溶液放置时间过长而分解排除肝脏研磨液中其他物质对实验结果的影响(合理即可)(4)d单一变量将0 改为常温(5)再增设两组实验，分别编号为f、g，实验处理方法同c组，只是将滴加肝脏研磨液分别改为马铃薯泥和高温处理过的马铃薯泥(对g组设置可不作要求)