1、第8讲 酶、ATP与新陈代谢新陈代谢的基本类型考试要求1酶的发现。回顾科学家探索发现酶的历程，理解酶具有生物催化作用并认识酶的本质。2酶的特性（高效性、专一性、酶需要适宜的条件）。理解酶作为生物催化剂与一般的无机催化剂相比所具有的高效性、专一性的特性。通过实验设计探究温度、酸碱度等因素对酶催化作用的影响，从而理解酶的催化作用需要适宜的条件。3高能磷酸化合物。明确ATP是生物体细胞内普遍存在着的一种高能磷酸化合物，并阐明ATP在能量代谢中的作用。4ATP与ADP的互相转化。理解并比较两个反应的场所、条件、反应式中的“能量”的不同。5ATP的形成途径。识记在动、植物细胞内能使ADP转化为ATP的途
2、径。6新陈代谢的概念。理解新陈代谢的概念，正确把握新陈代谢中同化作用、异化作用、物质代谢、能量代谢之间的关系。7新陈代谢的基本类型。举例并分析生物新陈代谢的类型。知识整理一、 新陈代谢1新陈代谢的概念： 。把从外界环境中获得的营养物质，转变为自身的营养物质新 陈 储存能量 代 分解自身的一部分组成物质，谢 并将代谢终产物排出体外 释放能量新陈代谢过程中，既有 ，又有 。同化作用中有物质代谢，也有能量代谢，同样异化作用中有物质代谢，也有能量代谢。生物体在进行物质代谢的同时，一定伴随着 。2新陈代谢的基本类型 特点举例同化作用自养型光能自养型化能自养型异养型异化作用需氧型 厌氧型兼性厌氧型二、酶
3、1773年，斯帕兰扎尼巧妙设计实验说明 。1酶的发现 1836年，施旺解开了 。 1926年，萨姆纳通过化学实验证实 。 20世纪80年代，切赫和奥特曼发现 。2酶的概念：酶是 产生的一类具有 作用的 ，其中，胃蛋白酶、唾液淀粉酶等绝大多数的酶是 ，少数的酶是 。 3酶的特性 t1 温度酶的活性受温度影响的示意图反应速度pH1 pH 酶的活性受pH影响的示意图酸碱度对酶催化作用的影响酸碱度对酶催化作用的影响反应速度（t1是最适温度） （pH1是最适pH）4酶与新陈代谢的关系：新陈代谢过程极其复杂，它包括生物体内的全部化学反应，而所有这些反应都必须在 的催化下才能顺利而迅速地进行。三、ATP（三
4、磷酸腺苷）1ATP的结构简式： ，其中A代表 ，它的全称是 ；P代表 ；代表 ；代表 。:2ATP与新陈代谢的关系：ATP是生物细胞内普遍存在的一种高能化合物，是生物进行各种生命活动的 。3ATP与ADP的相互转换（反应式）： 。ATP与ADP之间的相互转化过程并不是可逆反应。反应的场所、条件、反应式中的“能量”均不同ATP合成（反应式从右至左）ATP分解（反应式从左至右）场所 包括细胞内所有需要 的进行生命活动的结构条件由 酶催化由 酶催化“能量”合成ATP的能量主要来自 和 注意：ATP水解释放的能量不会再参与 的合成ATP水解释放的能量是储存在 化学能4ATP的形成途径 ：生物体内的AT
5、P含量很低，所以ATP与ADP总是不断地进行着相互转化。在动、植物细胞内能使ADP转化为ATP的途径有： 动物与人： 绿色植物： 命题研究考点搜索出题方向解题策略酶的发现。（2002年）要求识记酶的本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA。能根据酶的生物催化作用判断实验结果。把握绝大多数酶是蛋白质，蛋白质在高温、强酸碱度、重金属等的作用下容易发生空间结构的改变或破坏，从而失去催化活性。酶的特性（高效性、专一性、酶需要适宜的条件）。（2000年）命题紧紧围绕酶的特性进行，可以通过实验设计或实验分析考查对酶的高效性、专一性的正确把握，或验证、探究温度、pH等因素对酶催化作用的影响。命题时要求能将温度、
6、pH等对酶的影响转换为坐标曲线，并对各区段进行分析。把握酶的高效性和专一性的含义。通过实验研究某一因素对酶催化反应速度的影响时，应在保持其他因素不变的情况下单独改变研究的因素。因酶的特性的考核往往是与实验相结合，解题时对相关的实验要进行详细分析，搞清楚实验的条件、结论、过程和应注意的问题。高能磷酸化合物。（2000年）考查ATP中高能磷酸键的特点及ATP在新陈代谢的能量代谢中的作用生物体进行生命活动的直接能源。解题时，不仅需要明确ATP的作用，还需要比较ATP与最终能源、主要能源、能源物质之间的关系。ATP与ADP的互相转化。（2000年）考查ATP与ADP的互相转化反应式的书写；要求比较从左
7、至右、从右至左两个反应的生物学含义。 解题时结合具体的生命活动分析ATP的来源和去路；把握ATP与ADP之间的相互转化在活细胞中是永无止境的；ATP与ADP之间的相互转化过程并不是可逆反应。反应的场所、条件、反应式中的“能量”均不同。ATP的形成途径。考查动、植物细胞内ATP再生的能量来源。正确区分ATP与ADP之间的相互转化过程中的“能量”，ATP水解释放的能量是储存在ATP的高能磷酸键中的化学能，合成ATP的能量主要来自有机物分解释放的化学能，另外植物还来自于光合作用中吸收的太阳能。需要特别注意的是，ATP水解释放的能量不会再参与ATP的合成。新陈代谢的概念。 考查对新陈代谢概念的理解及新
8、陈代谢中同化作用、异化作用、物质代谢、能量代谢之间的关系。把握新陈代谢过程中，既有同化作用，又有异化作用。同化作用中有物质代谢，也有能量代谢，同样异化作用中有物质代谢，也有能量代谢。生物体在进行物质代谢的同时，一定伴随着能量代谢。新陈代谢的基本类型（2001年）考查同化作用中自养型和异养型、自养型中光能自养型和化能自养型、异化作用中需氧型和厌氧型的特点并能根据生物的生活环境及获能方式正确判断新陈代谢的类型。分析问题要注意联系实际，在分析、比较中找出切合题意、合理的答案。对熟悉的生物一般根据生活环境及获能方式即可以判断，对不熟悉的生物需要仔细从题干中获取信息进行判断。提分关键1高温和低温条件下酶
9、催化效率都很低，两者有什么本质区别？答：从温度对酶催化作用的影响的曲线图中可以看出，高温对酶的抑制作用要比低温强。一般地说，超过60，绝大多数的酶已失去活性，失去活性的酶即使恢复到最适温度，也不能起催化作用了。低温仅抑制酶的活性，但不破坏酶的活性，如果恢复到最适温度，又能恢复催化作用。2除了温度、pH外，影响酶催化作用的因素还有什么？它们是如何影响酶的催化作用的？答：除了温度、pH外，影响酶催化作用的因素还有酶的浓度和反应物(底物)浓度等。在反应物（底物）足够且温度、pH等条件适合时，酶的催化反应速度与酶的浓度成正比（如图81所示）。在一定范围内，随着反应物浓度上升，酶的催化反应速度上升，但当
10、与酶作用饱和后，其反应速度几乎不再改变而保持稳定（如图82所示）。反应物（底物）浓度图82酶的活性受底物的浓度影响的示意图酶的浓度图81酶的活性受酶的浓度影响的示意图反应速度反应速度 3酶的催化作用一定是发生在细胞内吗？答：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。活细胞中几乎每一个化学变化都是在酶的催化作用下进行的，很多酶都是在细胞内发挥催化作用。但有些酶要分泌到细胞外，如消化腺细胞分泌的消化酶，很多菌类分泌纤维素酶、淀粉酶等。另外人们通过基因工程生产很多酶，广泛地应用到生产中，如生产高果糖浆利用的淀粉酶，洗衣粉中添加的蛋白酶，化妆品中添加的SOD（超氧化物歧化酶）等。4硝化细菌与绿色植物同化作
11、用方式的相同点与不同点有哪些？答：硝化细菌的化能合成作用：2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 能量2HNO3 + O2 2HNO3 + 能量 化学能无机物（二氧化碳+水） 有机物 绿色植物的光合作用： 光能无机物（二氧化碳+水） 有机物两者同化方式同属自养，即都能将无机物合成为有机物，不过硝化细菌利用的是NH3被氧化成HNO3时所释放的化学能，而绿色植物利用的是光能。名师点拨例1（2002年上海生物卷）催化脂肪酶水解的酶是A肽酶 B蛋白酶 C脂肪酶 D淀粉酶考点分析 本题考查的是酶的本质和酶催化作用的专一性。解题思路 脂肪酶的化学本质是蛋白质，故催化脂肪酶水解的酶是能催化蛋白质
12、水解的酶。本题正确答案是 B。失分陷阱 解答该题时容易把思路定格在酶的专一性上，忽略脂肪酶的化学本质而误选C。例2（2000上海生物卷）下列A、B、C3张图依次表示酶浓度一定时，反应速度和反应物浓度、温度、PH值的关系，请据图回答下列问题：(1)图A中，反应物达到某一浓度时，反应速度不再上升，其原因是_。(2)图B中，a点所对应的温度称_。(3)图B中，a点到b点曲线急剧下降，其原因是_。(4)将装有酶与反应物的甲、乙两试管分别放入12和75水浴锅中，20分钟后取出转入37的水浴锅中保温，两试管内反应分别应为：甲_，乙_。(5)图C表示了_催化反应的速率变化曲线。A唾液淀粉酶 B胃蛋白酶 C胰
13、蛋白酶 D植物淀粉酶考点分析 本题主要考查酶的特性之一：酶需要适宜的条件。同时还需要分析高温和低温条件下酶催化效率低的本质区别。解题思路 （1）在一定范围内，随着反应物浓度上升，酶的催化反应速度上升，但当与酶作用饱和后，其反应速度几乎不再改变而保持稳定。（2）在一定温度范围内，酶的催化作用随温度升高而加快并逐渐达到最大，此时的温度是酶反应的最适温度。（3）从温度对酶催化作用的影响的曲线图中可以看出，高温对酶的抑制作用要比低温强。（4）一般地说，超过60，绝大多数的酶已失去活性。失去活性的酶即使恢复到最适温度，也不能起催化作用了（5）所给的4个选项中只有胰蛋白酶的最适PH值在8左右。答案：（1）
14、受反应液中的酶浓度的抑制 （2）酶反应的最适温度 （3）温度升高使酶活性下降 （4）速度加快 无催化反应 （5）C 失分陷阱 失分原因主要有：不能将数学图形与生物语言合适组织，导致不能得高分。不清楚高温和低温条件下酶催化效率低的本质区别。例3（2000年上海生物卷）下列生理过程中，不需要消耗ATP的是A.核糖体上合成血红蛋白 B.在肺泡表面进行气体交换C.小肠吸收氨基酸 D.神经冲动在中枢传导考点分析 本题主要考查ATP的功能，即ATP是生物体各项生命活动的直接能量来源。同时考查学生能否辨别哪些生理过程需要耗能，哪些生理过程不需要耗能。解题思路 以上4个生理活动中，除氧气、二氧化碳等气体在肺泡
15、表面的交换是自由扩散的过程不需要消耗能量外，其余生理过程均需要ATP作为生命活动的直接能量来源。本题正确答案是B。失分陷阱 失分的原因在于忽略了物质进出细胞的两种方式，不能辨别哪些生理过程需要耗能，哪些生理过程不需要耗能。例4（2000全国理综卷）核糖是一种五碳糖，它的衍生物腺苷也可与磷酸成酯如三磷酸腺苷，后者的分子简式为_；三磷酸腺苷释放能量的表示式是_ _。考点分析 本题考查的是ATP的分子简式和ATP与ADP的互相转化的反应式。解题思路 本题考查的内容属于识记，比较简单，出题时一般是与其它知识综合在一起考查。本题答案是APPP ATPADPPi（磷酸）能量 失分陷阱 在2000年高考阅卷
16、中，ATP的分子简式错误率相当高，原因有两个，一个是学生混淆了“简称”、“分子简式”、“结构式”等。另一个原因该题占6分，第一年参加理综考试的学生将简单问题复杂化。例5高等植物体内产生ATP的生理过程有A.呼吸作用、渗透作用 B.呼吸作用、蒸腾作用C.光合作用、主动运输 D.光合作用、呼吸作用考点分析 本题考查ATP的形成途径。解题思路 在高等植物体内，光合作用的光反应阶段和呼吸作用均可以产生ATP。本题答案是D失分陷阱 少数同学不能正确区分ATP的合成与水解导致失分。拓展提升1酶的来源 绝大多数酶在活细胞的核糖体上合成。游离核糖体合成的酶保留在细胞内起催化作用，如叶绿体上的光合酶、细胞质基质
17、和线粒体中的呼吸酶、细胞核和核糖体中的合成酶；固着核糖体上合成的酶经内质网运输到高尔基体形成分泌泡，外排到细胞外起催化作用，如人的消化道中的消化酶，血小板释放到血浆中的凝集酶等。2酶的催化作用机理 酶对于它所作用的底物有着严格的选择，它只能催化一定结构或者一些结构近似的化合物。为什么会这样呢？科学家提出了一些假说。现在认为，酶进行催化作用时，首先要和底物结合，形成一中间络合物，它很容易转变为产物和酶；该过程可表示为：S（底物）E（酶）SE（中间络合物）E（酶）P（反应产物）。酶分子中直接与底物结合并与酶催化作用直接有关的部位称为“活性（力）中心”。一般认为，酶的活性中心有两个功能部位：结合部位
18、和催化部位。图833ATP、ADP和AMP 如图84所示： 图84ATP分子组成中的一磷酸腺苷即AMP就是组成核酸RNA的基本单位之一腺嘌呤核糖核苷酸。4ATP中能量的利用 ATP是生物体细胞内普遍存在着的一种高能化合物，是生物体各项生命活动的直接能量来源，故ATP被誉为能量代谢的“通用货币”。ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量形式主要有以下几种： 化学能：生物体内物质的合成需要化学能，物质分解的开始阶段也需要化学能。在生物体的物质代谢中，到处都需要由ATP转换的化学能。机械能：如纤毛和鞭毛的摆动，肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等，都是由ATP提
19、供能量来完成的。渗透能：细胞的主动运输消耗的渗透能来自ATP。如根吸收矿质元素等。热能：大部分热能通过各种途径散发到外界环境，一小部分用于维持细胞或恒温动物的体温。电能：神经系统传导冲动和某些生物能够产生电流消耗的就是电能。 光能：生物发光的能量直接来源于ATP,但目前对生物发光的生理机制还不完全清楚。5细菌代谢类型的特点细菌的代谢类型之多，代谢能力之强，分布范围之广，是其他类生物所不及的。细菌代谢类型在一些题中常常涉及到，归纳如下：（1）异养需氧型：这类菌是细菌大家族中的主要成员，种类和数量最多，如枯草杆菌。一般的病原菌大多数属于这一类。（2）异养厌氧型：这类菌是地球上最早出现的细菌类型，它
20、们在无氧的环境中生活，故又称为嫌气性细菌。如能分解蛋白质，产生对人畜有毒害作用的烈性毒素的肉身芽孢梭菌。（3）自养需氧型：细菌除大多数异养外，也有少数是自养的，在这少数自养菌中，需氧菌主要是指化能合成作用的细菌。它能够从无机物氧化中得到能量，并以CO2作惟一的碳源来制造有机养料。例硫细菌能将元素硫或还原态硫化物氧化成硫酸或硫，并利用氧化过程中释放的能量，将CO2和水合成有机物营养自己。（4）自养厌氧型：主要指光合细菌。该类细菌具有类似于植物叶绿素a的光合色素细菌叶绿素。由于这类细菌只有一个光反应系统，不以H2O为供氢体，而是利用硫化氢等无机的还原剂，把CO2还原为有机物，但无氧气产生。例红硫细
21、菌的光合作用，反应式如下： 光6 CO2+12H2S C6H12O6+6H2O+12S 细菌叶绿素细菌的代谢类型划分不是绝对的，也存在着中间过渡类型，如：（1）兼性自养型：指既能进行自养生长又能进行异养生长的细菌。如嗜糖假单胞菌。（2）光能异养型：介于自养型与异氧型之间的类型，这类细菌利用光能，有机物作供氢体，还原CO2合成有机物，例如红螺细菌。（3）兼性厌氧型：例酵母菌、反硝化细菌等。巩固练习 1.下列各项关于酶的叙述，其中正确的一项是 酶是活细胞产生的酶都有消化功能蛋白质都是酶酶具有多样性酶可促进反应,与酸碱度无关淀粉酶能促进淀粉水解A B C D2同一个体内的各类活细胞所含酶的A种类有差
22、异，数量相同 B种类有差异，数量不同C种类无差异，数量相同 D种类无差异，数量不同3生命活动中，酶是不可缺少的生物催化剂，以下四种酶的作用部位分别是 转氨酶 解旋酶 肠肽酶 ATP水解酶 A氨基、氢键、肽键、磷酸高能键 B氨基、氢键、羧基、腺苷 C氢键、肽键、氨基酸、磷酸基团 D氨基、脱氧核苷酸、多肽、ADP将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量水混合装入一容器中，调整PH值至2.0，保存于37的水浴锅内。过一段时间后，容器内剩余的物质是A淀粉、胃蛋白酶、多肽、水 B唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水C唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水 D唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水在测定胃蛋白酶活性
23、时,将溶液pH由10降到2的过程中,胃蛋白酶的活性将 A不断上升 B没有变化 C先升后降 D先降后升6常温常压下，要使过氧化氢溶液迅速放出大量的氧气，应投入A.新鲜猪肝 B.煮熟猪肝 C.冰冻猪肝 D.生锈铁钉7以下是关于酶特性的实验：取标号为A、B、C的三支试管，各加入2毫升稀淀粉糊。（1）在三支试管内各滴5滴革兰氏碘液，摇匀，可见试管内溶液呈_色。（2）再在 A管内加2 mL在冰水混合物中放置过的唾液,B管内加入2 mL煮沸的唾液,C管内加入2 mL胰液，然后将这三支试管放入3740水浴锅中，1520分钟后，三支试管内溶液的确切变化分别是：A管溶液的颜色 。这是因为 。B管溶液的颜色 。这
24、是因为 。C管溶液的颜色 。这是因为 。8有些糖厂用淀粉作原料进行工业制糖。制糖的基本技术要求是：调整温度来影响淀粉酶的生物活性。图85左图表示温度对淀粉酶活性的影响，右图表示(一定量的)淀粉酶在催化(足够量的)淀粉水解为麦芽糖时，温度对麦芽糖产量的影响(图中累积量表示一段时间内生成麦芽糖的总量)。请回答以下问题：（1）左图中To表示淀粉酶催化该反应的 。图左中Ta和Tb两温度条件下淀粉酶催化效率都很低，两者有什么本质区别？ 。（2）如果左图中的纵坐标改变为表示麦芽糖产生的速率，横坐标仍表示温度，请在左图的坐标中再画出一条表示麦芽糖产生速率的新的曲线图(说明：所绘制的曲线大体符合事实即可，不作
25、精确要求)。（3）请依据左图提供的信息，在右图的横坐标中标出To的位置，再用虚线画出经该点的横坐标的垂线，交曲线AB于O点。图85图86示测量过氧化氢酶与过氧化氢反应放出的实验装置水槽内注有清水，倒置的量筒内也充满了清水提前制作大小相同的圆形小滤纸片若干实验过程如下：图86实验一制备新鲜动物肝脏的研磨液；将4片圆形小滤纸片在肝脏研磨液浸泡后取出，并贴在反应小室上侧的内壁上（如图A所示）；向反应小室内加入10mL3溶液（如图A所示）；将反应小室旋转180度，成图B所示状态；每隔30秒读取并记录量筒中水面的刻度一次，共进行5分钟实验二除了将圆形小滤纸片的数量改成2片，其它均与实验一相同请回答：（）
26、上述两实验探究的问题是：_与酶促反应速度的关系（）请你设计一个用于记录观察结果的表格，记录的单位是秒10在新陈代谢过程中，具有极其重要作用的两大物质是A淀粉和脂肪 B核酸和蛋白质 C酶和ATP DADP和磷酸112个ATP分子中含有的高能磷酸键数目是A2 B4 C6 D812能为生物体的生命活动直接提供能量的生理活动是A.葡萄糖的分解 B.生物的呼吸作用C.三磷酸腺苷的水解 D.二磷酸腺苷转变为三磷酸腺苷的过程13下列物质在生物体内的转化过程中需要ATP的是A.葡萄糖乙醇二氧化碳 B.葡萄糖乳酸C.二氧化碳水葡萄糖 D.蛋白质氨基酸14.ATP分子与ADP分子相互转化的条件是A酶 B酶和能量
27、C酶、能量和Pi D光合作用 15.下列关于人体细胞内ATP的描述，正确的是A.ATP只能在线粒体中生成B.ATP中含有一个在一定条件下很容易水解并重新形成的高能磷酸键C.细胞内贮存有大量的ATP，以备生理活动需要D.ATP转变为ADP的反应是不可逆的16.ATP分子在细胞内能够释放能量与储存能量，从结构上看，其原因是第二个磷酸根很容易从ATP上脱离的结果腺苷很容易吸收能量和释放能量第三个磷酸根很容易从ATP上脱离和结合，第二个高能磷酸键断裂，使ATP转化成ADPADP可以迅速地与磷酸根结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键，使ADP转变成ATPA B. C. D.17图87为某同学根据实验所做的
28、不同温度下，A、B、C、D四种酶的催化效率曲线图，请据图回答下列问题：(1) A酶的催化效率达到最高值时温度约为 。(2) 曲线能反映出温度对人体内酶的影响。(3) 曲线很可能是错误的，因图87为 。18图88是有关ADP转化成ATP时所需能量的主要来源示意图，据图回答下列问题：(1)1分子ATP中含有 个高能磷酸键。(2) 图中的a、b分别代表 、 。(3)C指 。(4)在动物肌细胞中，进行反应时，能量来自 。(5)反应进行时所需要的酶一样吗？为什么 。(6)进行反应时能量用于 ，进行图88反应时能量用于 ，由此可见能量是 ，物质是 。19生物体通过新陈代谢不断进行自我更新，主要是指A细胞成分的不断更新 B细胞个体的不断更新 C生物个体的不断更新 D生物种族的不断更新20给含氨（NH3）较多的土壤中耕松土，有利于提高土壤肥力，其原因主要是A土壤通气改善，根呼吸作用加强 B土壤通气改善，根主动运输加强C土壤通气改善，硝化细菌繁殖增快，有利于土壤中硝酸盐增加D根呼吸加强，吸附矿质元素能力加强21图89表示培养液中氧气浓度变化对草履虫和乳酸菌呼吸作用的影响。请据图回答：图89（1）图中曲线A代表的生物是_，它的异化作用代谢类型是_。（2）曲线B代表的生物，能在葡萄糖分解成_的过程中获得能量，它的呼吸作用的一个主要特征是在有氧存在时发酵作用会被_。