第5章 细胞的能量供应和利用复习向导要点探究栏目导航课前导学实验平台走近高考复 习 向 导考纲展示高频考点考纲解读1.酶在代谢中的作用()知道酶的概念、来源、化学本质,理解酶的作用及机理2.ATP在能量代谢中的作用()简述ATP的结构和特点,结合具体生命活动分析ATP来源、去路及ATP与ADP的相互转化关系3.细胞呼吸()阐述细胞呼吸的类型和细胞呼吸过程,理解细胞呼吸的影响因素,探讨细胞呼吸原理在实践中的应用4.光合作用的基本过程()说出色素的种类和作用,了解人类对光合作用的认识过程,阐述光反应与暗反应中的物质和能量的变化5.影响光合作用速率的环境因素()说出光合作用速率的制约因素及提高植物光合作用的有效措施,会分析环境因素对光合作用的影响6.探究影响酶活性的因素探究酶活性的影响因素,掌握实验方法,并能对实验进行分析和评价7.叶绿体色素的提取和分离掌握色素提取和分离的原理和方法,并会对实验中出现的误差进行分析8.探究酵母菌的呼吸方式理解实验目的和原理,掌握实验方法,并用于其他类似问题的探究第第1节降低化学反应活化能的酶节降低化学反应活化能的酶基础梳理一、酶在细胞代谢中的作用一、酶在细胞代谢中的作用1.细胞代谢细胞代谢:细胞中各种化学反应的统称,是细胞生命活动的基础。2.酶的作用机理酶的作用机理(1)活化能活化能:分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。(2)作用机理作用机理:降低化学反应的活化能。二、酶的本质二、酶的本质1.探索历程探索历程2.酶的本质:酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,绝大多数是蛋白质,少数是RNA。【思维激活1】活细胞内,酶合成的场所在哪儿?提示:主要在核糖体上,少数酶在细胞核、线粒体、叶绿体内转录形成。三、酶的特性2.专一性:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。3.酶的作用条件较温和:过酸、过碱或温度过高,都会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活;而在低温下,酶的活性明显降低,但不会失活。【思维激活2】哪种酶能使脂肪酶水解?提示:脂肪酶的本质是蛋白质,由于酶具专一性,因此催化脂肪酶水解的是蛋白酶。知识导图探究点 一酶的本质、作用及实验验证酶的本质、作用及实验验证问题引领:(1)怎样鉴定某种酶的化学本质是蛋白质?(2)怎样设计实验能证明酶具催化作用?1.酶的本质及生理功能酶的本质及生理功能化学本质绝大多数是蛋白质少数是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成场所核糖体细胞核(真核生物)来源一般来说,活细胞都能产生酶作用场所细胞内、外或生物体外均可生理功能生物催化作用作用原理降低化学反应的活化能要要 点点 探探 究究2.酶是蛋白质的验证实验酶是蛋白质的验证实验(1)实验设计思路实验设计思路(2)实验结果分析:通过对照,实验组若出现紫色,证明待测酶液的化学本质是蛋白质;不出现紫色,则该酶液的化学本质不是蛋白质。(3)实验变量:自变量是待测酶液和已知蛋白液,因变量是是否有紫色反应。3.酶的催化作用验证实验酶的催化作用验证实验(1)实验设计思路实验设计思路(2)实验结果分析:根据底物性质利用相应试剂检测底物是否被分解,而对照组底物不被分解则证明酶具有催化作用。(3)实验变量:自变量是相应酶液的有无,因变量是底物是否被分解。酶与激素的比较酶激素来源活细胞产生专门的内分泌腺或特定部位细胞产生化学本质绝大多数是蛋白质,少数是RNA固醇类、多肽、蛋白质、氨基酸衍生物等生理功能催化作用调节作用共性在生物体内均属高效能物质,即含量少、作用大、生物代谢不可缺少【例1】(2012上杭一中月考)下列关于酶的叙述中正确的是()A.酶是由有分泌功能的细胞产生的并且能调节生物体的生命活动B.活细胞都可产生酶,酶可在细胞外起作用C.酶都是在核糖体上合成的D.所有的酶与双缩脲试剂发生作用都可产生紫色反应思维导引思维导引:酶的化学本质及合成场所是?酶在生命活动中的作用是?酶的作用场所有哪些?解析:酶是活细胞产生的,只起催化作用,不具有调节生物体生命活动的作用,A项错误;凡是活细胞都可产生酶,酶既可在细胞内起作用,也可在细胞外起作用,B项正确;绝大多数酶是蛋白质,在核糖体上合成,少数酶是RNA,由DNA转录形成,C项错误;只有是蛋白质成分的酶与双缩脲试剂作用才产生紫色反应,D项错误。答案:B。探究点 二酶的作用特性及实验探究酶的作用特性及实验探究问题引领:(1)怎样证实酶具有高效性?(2)怎样设计实验来证明酶具有专一性?1.酶高效性的验证实验分析(1)实验原理2 2H H2 2O O2 22 2H H2 2O+OO+O2 2比较H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe3+等不同条件下气泡产生多少或卫生香燃烧剧烈程度,了解过氧化氢酶的作用。(2)实验过程的变量及对照分析自变量2号:90 水浴加热3号:加入3.5% FeCl3溶液2滴4号:加入20%肝脏研磨液2滴因变量H2O2分解速度(用产生气泡的数目多少表示)无关变量加入H2O2的量;实验室的温度;FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度等对照组1号试管实验组2、3、4号试管(3)实验结论酶具有催化作用,同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。酶具有高效性,与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。2.酶专一性的验证实验分析(1)实验设计思路(2)结果分析:根据底物性质选用相应试剂检测,若实验组底物被分解,对照组底物不被分解,则证明酶具专一性。【例2】(2011天津宝坻区质检)下列有关酶特性的实验设计中,最科学、严谨的一项是()选项实验目的主要实验步骤A酶催化具有高效性实验组:2 mL 3% H2O2+1 mL 过氧化氢酶保温5 min对照组:2 mL 3% H2O2+1 mL蒸馏水保温5 minB酶催化具有专一性实验组:2 mL 3%可溶性淀粉+1 mL新鲜唾液保温5 min碘液检验对照组:2 mL 3%蔗糖+1 mL新鲜唾液保温:5 min碘液检验C探究酶作用的适宜温度5 mL 3%可溶性淀粉+2 mL新鲜唾液+碘液每隔5分钟将溶液温度升高10 ,观察溶液颜色变化DpH影响酶的催化活性向三支试管中依次各加入:2 mL 3%可溶性淀粉、1 mL不同pH缓冲溶液和1 mL新鲜唾液,在适宜温度下保持5 min,斐林试剂检验解析:酶催化具有高效性是指酶与无机催化剂相比较而言的,用酶与蒸馏水作对照,只能证明酶具有催化作用,不能证明酶催化具有高效性,A错误;B项,蔗糖不与碘液反应,不应该用碘液检测,应用斐林试剂检测是否有还原糖产生,B错误;C项应设置多支试管,分别设置不同的温度条件进行比较,C错误。答案:D。规律方法与酶有关的实验设计方法(1)应遵循单一变量原则,同时还要设置对照实验。(2)实验设计的一般思路:分析课题把握原理确认变量设置对照一般步骤。其关键:实验变量如何操纵、无关变量如何控制、反应变量如何检测。在此分析的基础上,设计步骤、预测结果并得出结论。探究点 三与酶有关的曲线分析与酶有关的曲线分析问题引领:(1)同种酶在不同的pH下,最适温度发生改变吗?(2)你所知道的影响酶促反应速率的因素有哪些?1.与酶特性相关的曲线与酶特性相关的曲线酶只能催化已存在的化学反应;酶只能缩短达到化学平衡所需时间,不改变化学反应的平衡点。2.与酶活性相关的曲线与酶活性相关的曲线(1)酶催化活性的表示方法:单位时间内底物的减少量或产物的生成量。(2)温度和pH对酶活性的影响(1)每一种酶都有一个最适温度和最适pH。低温及温度略高和pH略微偏高、偏低都可抑制酶的活性;高温、过酸、过碱破坏酶的分子结构,将使酶永久失活,而低温只是抑制酶的活性,酶分子结构未被破坏,温度升高可恢复活性。(2)反应溶液pH变化不影响酶作用的最适温度。3.其他因素影响酶促反应速率的曲线其他因素影响酶促反应速率的曲线(1)底物浓度底物浓度酶量一定的条件下,在一定范围内随着底物浓度的增加,反应速率也增加,但达到一定浓度后不再增加,原因是受到酶数量和酶活性的限制。(2)酶浓度酶浓度在底物充足、其他条件适宜且固定的条件下,酶促反应速率与酶浓度成正比。【例3】甲图表示温度对淀粉酶活性的影响;乙图是将一定量的唾液淀粉酶和足量的淀粉混合后麦芽糖积累量随温度变化的情况。下列说法不正确的是()A.T0表示淀粉酶催化该反应的最适温度B.图甲中,Ta、Tb时淀粉酶催化效率都很低,但对酶活性的影响却有本质的区别C.图乙中Tb至Tc的曲线表明随温度升高,麦芽糖的积累量不再上升,酶的活性已达到最高D.图乙中A点对应的温度为T0思维导引思维导引:解析:图甲中,T0时淀粉酶的活性最大,说明T0是淀粉酶催化反应的最适温度,A项正确;低温(Ta)时酶的活性降低,高温(Tb)时淀粉酶变性失活,B项正确;图乙中麦芽糖的积累量不再上升,说明温度过高酶已失活,C项错误;图乙中A点斜率最大说明麦芽糖的积累量增加最快,即酶活性最高,因此对应图甲的T0,D项正确。答案:C。规律方法酶的坐标曲线题解题方法(1)熟记与酶相关的几种曲线,据此准确识别题图;(2)理解曲线的纵、横坐标的含义;(3)结合酶特性方面的知识对曲线上重要的点和段进行分析。【迁移应用】(2012安庆期末)下面左图表示的是pH对植物和人的淀粉酶活性的影响;右图表示的是3种脱氢酶(A、B、C)的活性受温度影响的情况。下列叙述正确的是(B)A.从左图中可以知道pH=6时植物淀粉酶的活性最高B.从右图中无法知道酶C的最适温度C.从左图中可以知道若细胞由酸性变成碱性时,淀粉酶的活性逐渐升高D.从右图中可以知道酶活性温度范围最广的酶是B解析:温度过高、过酸、过碱都能使酶彻底失活,且这种失活是不可逆转的。从左图可以看出,植物淀粉酶的最适pH在5和6之间,人的淀粉酶的最适pH在6和7之间。在右图中可以看出,酶活性温度范围最窄的是酶B。酶C的活性受温度影响的曲线不完整,因此从右图中无法知道酶C的最适温度。实验实验:探究影响酶活性的因素探究影响酶活性的因素实验基础1.实验原理实验原理(1)环境中的一些因素,如温度、pH、溶液浓度等对酶的催化作用有一定影响。(2)2.实验流程实验流程(1)温度对酶活性的影响温度对酶活性的影响序号实验操作内容试管1试管2试管31加等量可溶性淀粉溶液2 mL2 mL2 mL2控制不同温度条件60 热水(5分钟)沸水(5分钟)冰块(5分钟)3加等量新鲜淀粉酶溶液1 mL(5分钟)1 mL(5分钟)1 mL(5分钟)4加等量碘液1滴1滴1滴5观察实验现象不出现蓝色(呈现碘液颜色)蓝色蓝色(注:植物淀粉酶的最适温度为5565)(2)pH对酶活性的影响对酶活性的影响序号实验操作内容试管1试管2试管31注入等量的新鲜肝脏研磨液2滴2滴2滴2注入等量的不同pH的溶液1 mL蒸馏水1 mL NaOH溶液1 mL盐酸3注入等量的过氧化氢溶液2 mL2 mL2 mL4观察实验现象气泡较多气泡较少或没有气泡较少或没有5将点燃的卫生香插入试管内液面的上方燃烧猛烈燃烧较弱燃烧较弱3.实验结论实验结论:酶活性的发挥需要最适宜的温度、pH;温度过高或过低都影响酶的活性;过氧化氢酶在中性条件下活性最大。方法透析1.变量的概念自变量:指实验中由实验者所操纵的因素或条件,也称为实验变量。因变量:指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。无关变量:指实验中除实验变量以外的影响实验结果的因素或条件。(说明:自变量是原因,因变量是结果,二者具有因果关系,实验的目的在于获得和解释这种前因后果。)2.本实验的变量分析自变量因变量无关变量温度淀粉分解速率(用相同时间内是否出现蓝色及蓝色深浅表示)淀粉和淀粉酶的量、溶液的pH、反应时间等pH过氧化氢分解速率(用相同时间内释放气泡数表示)过氧化氢和肝脏研磨液的量、反应温度、反应时间等3.实验注意问题实验注意问题(1)温度对酶活性的影响本实验不宜选用“过氧化氢酶催化H2O2分解”,因为过氧化氢酶催化的底物H2O2在加热的条件下分解也会加快。本实验不宜选用斐林试剂做鉴定试剂,因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成,而该实验需严格控制不同的温度。本实验中第1、2步一定不能颠倒顺序,否则会使实验失败,即先控制条件再混合。(2)pH对酶活性的影响本实验不宜选用“淀粉酶催化淀粉水解”,因为强酸也能催化淀粉的水解,如果用淀粉酶来研究pH对酶活性的影响,会造成无关变量对实验结果的影响,实验结果不可信。本实验应先将H2O2酶和H2O2分别调至不同pH,再混合,以保证反应一开始便达到预设pH。命题设计用用淀粉酶作实验材料淀粉酶作实验材料,探索温度、探索温度、pHpH、反应物浓度等对酶催化作用的影响、反应物浓度等对酶催化作用的影响,实验实验结果如图所示结果如图所示,请根据图回答下列问题请根据图回答下列问题:(1)在探索温度对酶活性影响的实验中,自变量是,除自变量和因变量外,还需要考虑、及等因素。该实验需进行如下步骤:取3支试管,编号并注入2mL淀粉溶液;向各试管注入1mL淀粉酶溶液;向各试管滴1滴碘液;将3支试管分别放在60的热水、沸水和冰块中维持温度5min;观察实验现象。最合理的实验顺序应为()A.B.C.D.(2)将装有酶和反应物的甲、乙两试管分别放入冰水和90水浴锅中处理10min后取出,加入碘液振荡后再转入60的水浴锅中保温5min,两试管内溶液颜色的变化分别为:甲,乙。(3)若用人的唾液淀粉酶做实验,则图A中a点所对应的温度应为,由此说明。(4)图B中,反应物达到某一浓度时,反应速度不再上升,其原因是(5)图C曲线所表示的酶的活性与pH的关系是在该实验中用来检测实验结果的试剂是。解析:探索温度对酶活性的影响实验中,温度是自变量。底物浓度、pH、添加试剂的量、酶浓度等是无关变量。做本类实验的第一步应该先进行分组标号,所以先进行,其次应再进行,再进行、。这是为了先为酶反应营造不同的外界环境,否则会由于外界条件不确定,导致实验失败,碘液应在实验将要结束时加入,否则不能排除碘液对实验的影响,最佳顺序应为。由于低温只能暂时抑制酶的答案:(1)温度pH酶浓度底物浓度D(2)溶液蓝色褪去溶液仍为蓝色(3)37不同生物体中酶催化作用所需的最适温度不同(4)受反应液中酶浓度的限制(5)在一定的pH范围内,随pH增大,酶活性增强,反应速度加快,超过最适pH,随pH增大,酶活性下降斐林试剂(或用班氏试剂,不能用碘液)活性,所以温度恢复后,酶活性恢复,分解淀粉,而高温可破坏酶的空间结构,使酶发生不可逆转的失活,即使温度恢复最适宜时,也不能催化淀粉的分解。唾液淀粉酶、血液凝固酶等一系列人体内的酶,最适温度应为人体体温37,这体现了不同酶所需最适温度是不同的。验证一系列pH对酶活性的影响,主要检测不同pH条件下淀粉分解的多少,而碘液只能验证淀粉的有无,所以本实验不能选择碘液。1.(2011年海南高考)关于酶的叙述,正确的是(C)A.酶提供了反应过程所必需的活化能B.酶活性的变化与酶所处环境的改变无关C.酶结构的改变可导致其活性部分或全部丧失D.酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸解析:本题考查酶的作用及特性。酶通过降低反应的活化能加快反应进行,但不为反应过程提供能量,A错误。在酶促反应前后,酶的数量和性质不变,D错误。环境的改变会引起酶活性的变化,如高温、过酸、过碱条件下可使酶变性失活,故B错误、C正确。2.(2011年新课标全国高考)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(B)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:由图可以看出,在蛋白酶的作用下,甲酶的活性没有变化,说明甲酶的化学本质不是蛋白质,只能是RNA;乙酶的活性逐渐降低,说明该蛋白酶能使乙酶降解,则乙酶的化学本质是蛋白质;蛋白酶催化水解肽键,破坏蛋白质的分子结构。3.(2011年大纲全国高考)某同学从温度为5565的泉水中筛选出能合成脂肪酶的细菌,并从该细菌中提取了脂肪酶。回答问题:(1)测定脂肪酶活性时,应选择作为该酶作用的物质,反应液中应加入溶液以维持其酸碱度稳定。(2)要鉴定该酶的化学本质,可将该酶液与双缩脲试剂混合,若反应液呈紫色,则该酶的化学本质为。(3)根据该细菌的生活环境,简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路。解析:(1)测定脂肪酶活性应选择脂肪作为该酶作用的底物,反应液中应加入缓冲溶液以维持其酸碱度稳定。(2)能与双缩脲试剂反应呈现紫色,说明该酶的化学本质为蛋白质。(3)明确要求写出的是“实验思路”而不是实验步骤。主要描述自变量的控制和操纵、因变量的观察和检测。答案:(1)脂肪缓冲(2)蛋白质(3)在一定温度范围(包括5565)内设置温度梯度,分别测定酶活性,若所测得的数据出现峰值,则峰值所对应的温度即为该酶催化的最适温度。否则,扩大温度范围继续实验,直到出现峰值。点击进入课时作业