1、第1讲 新陈代谢与酶和ATP 高频考点突破 实验专题探究 命题视角剖析 第1讲 新陈代谢与酶和ATP基础自主梳理 即时达标训练 基础自主梳理 一、酶1酶的发现(1)1773年：斯帕兰札尼发现胃具有_的作用。(2)1836年：施旺提取出了_。(3)1926年：萨姆纳提取出_并证实其成分是_。(4)20世纪30年代：某些科学家指出酶是一类具有_作用的蛋白质。化学性消化消化蛋白质的物质脲酶的结晶蛋白质催化(5)20世纪80年代：切赫和奥特曼发现少数_也具有生物催化作用。2酶的概念 活细胞产生的一类具有_作用的有机物。绝大多数的酶是_，少数的酶是_。3酶的特性(1)_：比一般的无机催化剂高107101
2、3倍。(2)专一性：每一种酶只能催化_物质的化学反应。RNA催化蛋白质RNA高效性一种或一类(3)多样性：生物体内具有种类繁多的酶，这与蛋白质的分子结构具有多样性有关，与代谢的复杂性统一。(4)易受温度和酸碱度的影响温度：_使酶变性失活，_降低酶的活性，但不会失活。pH：有一最适pH，高于或低于最适pH时，酶的活性要下降。低温高温思考感悟 加酶洗衣粉为何用温水浸泡？【提示】高温会使酶变性失活。4酶与新陈代谢的关系新陈代谢包括生物体内全部有序的化学反应。而这些化学反应之所以能够顺利而迅速的进行，是因为生物体内有酶的催化，酶的缺乏或不足会引起_。代谢紊乱二、ATP1分子简式：APPP(A：腺苷 T
3、：三个 P：磷酸基：普通化学键：高能磷酸键)3相互转化的比较ATP的合成 ATP的水解 所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶 能量来源 _和_ 储存在_中的能量 能量去路 储存于形成的_中 用于各项生命活动 反应场所 细胞质基质、_、叶绿体 生物体的需能部位 高能磷酸键光能化学能高能磷酸键线粒体4.特点(1)两者之间的相互转化_可逆反应。(2)两者之间的相互转化速度十分迅速。5意义：构成了生物体内部稳定的_。不是供能环境1酶促反应的表示方法 用单位时间内(每分钟)底物减少量或产物生成量表示。2研究影响酶促反应因素的方法 研究某一因素对酶促反应速率的影响，应在保持其他因素不变的情况下，单独改变研究
4、的因素。高频考点突破 影响酶促反应的曲线图分析 3表示酶高效性的曲线(1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。(2)酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。(3)酶只能催化已存在的化学反应。4影响酶促反应的因素分析(1)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响甲图中：在其他条件适宜，酶量一定的条件下，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，受酶数量限制，酶促反应速率不再增加。在乙图中：在其他条件适宜，底物量一定时，酶促反应速率随酶浓度增加而加快，当酶达到一定浓度时，受底物数量的限制，酶促反应速率不再增加。在其他条件适宜的情况下，若底物足
5、量，则酶促反应速率与酶浓度成正比(丙图)，若酶足量，则酶促反应速率与底物浓度成正比(丁图).(2)温度和pH对酶促反应速率的影响甲、乙曲线表明：a在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用逐渐减弱。b过酸、过碱、高温都会使酶分子结构被破坏而失活，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。从丙图中可以看出：a图中反映出影响酶活性的两个因素：pH和温度。b反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。(3)反应时间与酶促反应速率之间的关系Oa段由于底物充足，酶是限制因素，酶促反应速率处于一个最大值水平。ab段酶促反应速率下降的原因是
6、：随着时间的推移，底物越来越少，在ab段限制因素不是酶，而是底物的量，即底物越来越少，酶促反应速率越来越慢，当达到b点时，底物变为0，酶促反应速率也变为0。在ab段虽然酶促反应速率下降，但酶的催化效率没有发生变化。【名师点拨】不同酶所需的最适温度不同，如人的唾液淀粉酶最适温度一般为37，但市场上销售的淀粉酶最适温度却是60。不同酶所需的最适pH不同，如人的胃蛋白酶的适宜pH约为1.52.2，胰蛋白酶的最适pH约为8.09.0。温度和pH是通过影响酶活性而影响酶促反应速率的。底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触而影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性酶在细胞内、外均能发生作用，且反应前后本身不
7、发生改变。即时应用(随学随练，轻松夺冠)1将一个土豆(含有过氧化氢酶)切成大小和厚薄相同的若干片，放入盛有一定体积和浓度的过氧化氢溶液的针筒中(如下图所示)，以探究酶促反应的相关问题。根据实验现象与数据分析答题。(1)若土豆片为4片，每隔5 min收集一次数据，根据数据绘制出右图。20 min后，气体量不再增加的原因是 _。(2)若土豆片为8片，和上述实验所得的曲线(实线)相比，实验结果的曲线可能是下列_图中的虚线。如果要获得更多的气体，在不改变溶液体积的条件下，可采取的方法是_，其结果可用_图中的虚线表示。(3)为保证上述实验的科学性，需要控制的其他外界因素有_。解析：过氧化氢酶广泛存在于植
8、物的组织中，能将过氧化氢分解为氧气和水，可使生物机体免受过氧化氢的毒害作用。过氧化氢酶和其他酶一样，也受底物浓度、温度等因素的影响。4片土豆片和8片土豆片含的酶量差一倍，会影响反应速度，但不会影响生成物的总量。答案：(1)过氧化氢量有限(2)c 增加过氧化氢浓度 a(3)温度(或光照或气压等)酶的本质、生理作用及适宜条件的实验分析 1酶的本质及生理作用的实验验证(1)酶是蛋白质的实验验证 实验设计思路：实验组：待测酶液双缩脲试剂是否出现紫色对照组：已知蛋白液双缩脲试剂紫色反应通过对照，实验组若出现紫色，证明待测酶液是蛋白质，不出现紫色，则该酶液不是蛋白质。实验中自变量是待测酶液和已知蛋白液，因
9、变量是是否有紫色反应。(2)酶的催化作用实验设计思路：实验中自变量是相应酶液的有无，因变量是底物是否被分解。实验组：底物相应酶液检测 底物被分解对照组：底物等量蒸馏水检测 底物不被分解2酶的适宜条件的实验探究(1)实验设计的基本思路先设置较大梯度的实验组，初步确定最适值的范围，再缩小梯度，确定最适值。明确每个实验的自变量与因变量，并且恰当处理自变量；确保其他无关变量的统一性，即：严格遵循单一变量原则。(2)最适温度的实验探究实验设计思路：底物t1酶液底物t2酶液底物t3酶液 底物tn酶液检测 底物分解速率或存在的量实验单一变量控制：不同的温度处理。(3)最适pH的实验探究实验设计思路：酶液pH
10、1底物酶液pH2底物酶液pH3底物 底物pHn酶液检测 底物分解速率或存在的量实验单一变量控制：不同pH处理。实验步骤设计：【名师点拨】因变量应选择一种可观测、检验或易记录的指标，如气泡的生成量、颜色的明显变化等。若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度时，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不应选择斐林试剂，因为斐林试剂需要加热，而该实验需要严格控制温度。在探究最适pH时，必须先将酶液调节到所需pH，再加入底物，切不可将底物加入到酶液中再调节pH，以防止酶在未改变pH之前水解底物，从而无法证实pH改变对酶活性的影响。即时应用(随学随练，轻松夺冠)2(2011年河北衡水一模)研究人员设计一实验探究温度对
11、淀粉酶活性的影响，该实验中正确的操作顺序是()在三个试管中各加入可溶性淀粉溶液2mL在三个试管中各加入新鲜的淀粉酶溶液1 mL分别将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液中，维持各自温度5 min分别置于100、60、0环境中保温5 min观察三支试管中溶液的颜色变化在三支试管中各滴入12滴碘液，摇匀A B CD 解析：选A。探究温度对的实验中，实验变量是温度，在特定的温度在相应温度下保温，而后再进行混合，不同温度条件下淀粉酶的活性不同，淀粉的分解量不同，通过滴加碘液观察实验现象可以推断 1ATP的来源ATP在生物体内含量不多，需要不断合成，其产生途径可总结如下：ATP与ADP相互转化的分析(1)
12、植物产生ATP的途径有光合作用与呼吸作用，动物产生ATP的途径是呼吸作用。(2)热能是有机物氧化分解时与ATP同时产生的，热能不能转化为ATP中的能量。(3)呼吸作用中ATP的产生速率与O2供应量之间的关系可用如图表示：在无氧条件下，可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。随O2供应量增多，有氧呼吸明显加强，ATP产生速率随之增加，但当O2供应量达到一定值后，ATP产生速率不再增加，此时的限制因素可能是酶、有机物、ADP、磷酸等。2ATP的去路(1)光反应产生的ATP：用于暗反应过程中C3的还原，ATP中的能量被转移到暗反应所生成的有机物中。(2)呼吸作用产生的ATP：作为细胞的能量通货，直
13、接用于各项生命活动，如肌肉收缩、神经传导、主动运输、物质合成、发光、发电等。3ATP与ADP的相互转化上式中ATP与ADP的相互转化实际上表示细胞内ATP与ADP的循环过程，这是ATP的合成和ATP水解两个不同的生理过程，并不表示化学上的可逆反应，这主要表现在以下几方面的不同：(1)从反应条件来看，正反应和逆反应所需的酶不同，其中酶1是合成酶，酶2是水解酶；(2)从能量来看，正反应和逆反应所需或释放的能量不同；(3)从反应场所来看，ATP合成的场所主要是细胞质基质、线粒体、叶绿体，而ATP水解的场所是生物体需能的部位。总之，ATP和ADP在细胞内永不停止地相互转化，从而使ATP不会因被利用而耗
14、尽，保证了生命活动的顺利进行。【名师点拨】生物体的能源物质能源物质糖类、脂肪、蛋白质主要能源物质糖类重要能源物质葡萄糖直接能源物质ATP即时应用(随学随练，轻松夺冠)3绿色植物通过细胞呼吸合成的ATP通常比同化作用中消耗的ATP多还是少？动物通过细胞呼吸合成的ATP通常比同化作用中消耗的ATP多还是少？()A少、少B少、多C多、多D多、少解析：选B。绿色植物的同化作用即光合作用，消耗的ATP储存在有机物中，细胞呼吸合成的ATP用于各项生命活动，显然细胞呼吸合成的ATP少于同化作用中消耗的ATP。动物细胞呼吸合成的ATP用于动物的各项生命活动，同化作用消耗的ATP也包含在其中，所以动物细胞呼吸合
15、成的ATP通常比同化作用中消耗的ATP多。实验专题探究 比较过氧化氢酶和Fe3的催化效率探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用【实验原理】1比较过氧化氢酶和Fe3的催化效率催化底物 催化剂 反应式 现象 H2O2 Fe3 2H2O22H2OO2 产生氧气少 过氧化氢酶 产生氧气多 2.探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用(3)用淀粉酶分别催化淀粉溶液和蔗糖溶液后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性。(1)非还原糖淀粉酶麦芽糖蔗糖酶葡萄糖果糖还原糖(2)还原糖斐林试剂 沸水浴1 min砖红色沉淀【实验流程】1比较过氧化氢酶和Fe3的催化效率实验现象：1号试
16、管产生气泡大而多，卫生香燃烧猛烈2号试管产生气泡小而少，卫生香燃烧较弱结论：过氧化氢酶对过氧化氢的催化效率比Fe3高，说明酶具有高效性2探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用观察现象：1号试管有砖红色沉淀，2号试管不出现砖红色沉淀结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，说明酶具有专一性【问题探究】1比较过氧化氢酶和Fe3的催化效率实验过程中应注意哪些问题？提示：(1)滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液不能合用一支滴管。原因是酶的催化效率具有高效性，少量酶带入氯化铁溶液中也会影响实验结果的准确性。(2)过氧化氢有一定的腐蚀性，使用时不要让其接触皮肤。(3)观察实验现象时，通过观察同一时间内两支试管中气泡产
17、生量和产生速率来比较过氧化氢酶和Fe3的催化效率。观察指标：气泡产生速率、卫生香燃烧程度等。2探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用实验的自变量、因变量是什么？除教材实验设计思路外还有哪些设计思路？提示：(1)教材实验的自变量是底物不同，因变量是有无还原糖产生。自变量是酶的不同，因变量是底物是否被水解。(2)该实验的另一设计思路为：实验组：底物1酶1检测 底物1被水解对照组：底物1酶2检测 底物1不被水解3探索淀粉酶对淀粉和蔗糖作用的实验中，应注意哪些问题？提示：(1)酶与底物混合后，应将试管在相应温度下(淀粉酶为60，唾液淀粉酶为37)保持一段时间后，再加入斐林试剂共热，否则会导致酶因温度过高而失活。
18、(2)制备的可溶性淀粉溶液，必须完全冷却后才能使用，如果用刚煮沸的可溶性淀粉溶液进行实验，会因温度过高而破坏淀粉酶的活性。(3)鉴定试剂不能选用碘液，因蔗糖及其分解产物葡萄糖和果糖与碘液都无颜色变化，这样淀粉酶是否能催化蔗糖水解就得不到验证。4探索淀粉酶对淀粉和蔗糖作用实验时，加入蔗糖的试管内最终也出现砖红色沉淀，其可能原因有哪些？提示：(1)蔗糖不纯，混有还原糖。(2)蔗糖溶液放置时间过长，被微生物分解生成还原糖。(3)试管不干净，试管壁上带有还原糖。特别提醒实验中使用肝脏研磨液的目的是增大过氧化氢酶与过氧化氢的接触面积，从而加速过氧化氢的分解。由于两支试管中加入的过氧化氢溶液量相等，因此最
19、终产生的氧气量也是相等的，所以在描述实验现象时，应强调同一段时间内气泡的产生量或产生速率。实战演练(专项提能，小试牛刀)(2009年高考全国卷)请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性，要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题：实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液，斐林试剂、试管、37 恒温水浴锅、沸水浴锅。(1)若“”代表加入适量的溶液，“”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用这些符号完成下表实验设计。溶液 试管 蔗糖溶液 淀粉溶液 蔗糖酶溶液 唾液淀粉酶溶液 甲 (2)实验步骤：按照上表中
20、的设计，取试管、加溶液。_；_；_。(3)结果预测：_。(4)结论：_。(5)在上述实验中，如果仅将37 恒温水浴锅的温度调到20，而在其他条件不变的情况下重做上述实验，出现砖红色试管中的颜色会比37 时的浅，其原因是_。解析：本题主要考查酶的专一性的相关知识，考查考生的实验设计能力。本题要求考生完成实验设计、补全实验步骤、预测实验结果、得出实验结论，并回答相关问题，考查的比较全面。(1)对于本实验的设计，根据教材中实验的设计思路，结合题干中表格的设计提示，是很容易完成的。对照试管甲，易知试管乙要添加的是淀粉溶液和唾液淀粉酶溶液；试管丙和试管丁就应该是试管甲和乙的交叉处理。(2)关于补充实验步
21、骤，考生一般要根据题目给定的器材及提出的实验目的，设计或补全实验步骤，并预期结果，分析原因。这类题目体现了高考试题理论联系实际的原则和学以致用的趋势。根据步骤的提示和题干所给的材料及用具，可以推出，接下来要做的是“恒温反应”、通过斐林试剂检测实验结果、观察实验现象和记录实验结果。(3)(4)根据实验设计，试管甲和试管乙的反应能够进行，会出现砖红色沉淀；其他实验处理反应不能进行，不会出现砖红色沉淀，因此，易得出“酶的催化作用具有专一性”的结论。(5)因为酶的活性受温度影响，20 低于酶的最适温度，酶的活性较弱，产生的还原糖较少，因此，试管中的颜色比37 时浅。答案：(1)如表：溶液试管 蔗糖溶液
22、 淀粉溶液 蔗糖酶溶液 唾液淀粉酶溶液 甲 乙 丙 丁 (2)混匀，37 恒温水浴一段时间 取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，沸水水浴一段时间 观察实验现象并记录实验结果(3)含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管，以及含淀粉和淀粉酶溶液的试管中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀(4)酶的催化作用具有专一性(5)20 低于酶的最适温度，酶活性低，水解产生的还原糖少视角1 紧扣教材重点 ATP的生理功能 1细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性(生物界具统一性)。2热能是有机物氧化分解时和ATP同时产生的，热能不能转化成ATP中的能量。命题视角剖析(2011年湖北孝感高中第一
23、次模拟)人体骨骼肌细胞中ATP的含量仅够剧烈运动时3秒以内的能量供应。某运动员参加短跑比赛过程中，肌细胞中ATP的相对含量随时间的变化如图所示。请据图回答：例1(1)ab的变化过程可用反应式表示为：_，其生理意义是_，从整个曲线看，肌肉细胞中ATP含量不会降为零，说明_。(2)在动物体内能产生ATP的细胞结构有_，植物光合作用过程中合成的ATP是供给_。在光合作用的光反应中，反应方向向_，能量来自_。在光合作用暗反应中，反应方向向_，能量用于_。在细胞呼吸中反应方向向_，能量来自_。根吸收矿质元素离子的过程，反应方向向_，能量用于_。【尝试解答】(1)ATP酶ADPPi能量 为生命活动提供能量
24、 在细胞中 ATP 与 ADP 的相互转化是永不停止的(2)线粒体和细胞质基质 暗反应合成有机物(3)左 光能 右 还原三碳化合物(或 C3)左 有机物中的化学能 右 主动运输【解析】(1)由图可以看出，起始段ATP的相对含量减少，这是因为剧烈运动时ATP被消耗，此后ATP数量增加，说明ATP又重新合成，这依赖于ADP与ATP的相互转化，从而维持正常的生命活动。(2)在动物细胞中产生的ATP主要来自细胞呼吸，其场所是细胞质基质和线粒体。植物光合作用产生的ATP被用于光合作用的暗反应阶段合成有机物。(3)光合作用光反应中，光能转变成化学能贮存在ATP中，反应向左进行，能量来自光能；暗反应中，AT
25、P水解，反应向右进行，ATP水解释放的能量用来还原三碳化合物，最终贮存在葡萄糖中。而细胞呼吸分解的主要是葡萄糖，将葡萄糖中的能量转移到ATP中，反应向左进行。根吸收矿质元素离子的过程是主动运输过程，需要消耗能量，反应向右进行。视角2 洞察高考热点验证性实验的设计(2009 年 高 考 全 国 卷)已 知2H2O2=2H2OO2，可以通过观察反应过程中O2的生成速度(即气泡从溶液中释放的速度)来判断H2O2分解的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液、蒸馏水
26、、3.5%FeCl3溶液、0.01%的过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅、试管。例2(1)实验步骤：_。_。_。(2)实验结果预测及结论：整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢依次是：_。由此可得出的结论是_。(3)如果仅将实验中的恒温水浴改为80，重做上述实验，O2释放的速度最快的是_，原因是_。【尝试解答】(1)取3支试管，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37 恒温水浴锅中保温适当时间；分别向上述3支试管中加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液；观察各试管中释放气泡的快慢(2)加酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管 酶具有催化作用和高效性(3)加Fe
27、Cl3溶液的试管 在此温度下，FeCl3催化作用加快，而过氧化氢酶因高温而失去了活性【解析】该题要同时验证酶具有催化作用和高效性，因此应遵循对照性原则、科学性原则和单一变量原则。(1)实验步骤：取3支试管，编号，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37 恒温水浴锅中保温适当时间。分别向上述3支试管中加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液。观察3支试管中气泡产生的快慢。(2)整个实验中，不同处理的试管中O2释放最快的是加酶溶液的试管，其次是加FeCl3溶液的试管，再次是加蒸馏水的试管，由此可得出的结论是酶具有催化作用和高效性。(3)将恒温水浴改为80，重做上述实验，由于过氧化氢酶
28、因高温变性而失去了活性，因此释放O2最快的是加FeCl3溶液的试管。视角3 突破易错疑点对酶概念的理解正确说法 错误说法 产生场所 凡是活细胞都能产生(不考虑人的成熟红细胞)具有分泌功能的细胞才能产生 化学本质 有机物(或多数是蛋白质，少数为RNA)蛋白质 基本单位 氨基酸或核糖核苷酸 氨基酸 正确说法 错误说法 合成场所 核糖体或细胞核 核糖体 作用场所 既可在细胞内，也可在细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用 温度影响 低温影响酶的活性，不破坏酶的结构，高温使酶变性失活 低温引起酶变性失活 作用 酶只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能 来源 生物体内合成 有的来源于食物 下列有关
29、生物体内酶的叙述正确的是()是由有分泌功能的细胞产生的 有的从食物获得，有的从体内转化而来 凡是活细胞，都能产生酶 绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA 有的酶是蛋白质，有的是固醇 酶在代谢中有多种功能 在新陈代谢和生殖发育中起调控作用酶只是起催化作用A BCD例3【尝试解答】C【解析】有分泌功能的细胞能产生激素，而凡是活细胞均能产生酶；机体所需的酶无法从食物中获取，因为新陈代谢的结构单位是细胞，酶是大分子物质(蛋白质或RNA)，外界的酶无法直接进入细胞参与反应；酶所起的作用只是催化作用，降低分子的活化能。对生物体正常的生理活动起调控作用的一般是激素、维生素等物质。即时达标训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录按ESC键退出全屏播放谢谢使用