1、第 5 章 细胞的能量供应和利用 考纲内容能力要求命题展望 1酶在代谢中的作用2ATP 在能量代谢中的作用3光合作用的基本过程4影响光合作用速率的环境因素5细胞呼吸6探究影响酶活性的因素7叶绿体色素的提取和分离8探究酵母菌的呼吸方式 1以酶的作用、本质、特性设置新的实验背景，以非选择题形式命制探究实验2以绿色植物为实验对象，以 非选择题形式考查光合作用、呼吸作用、物质循环、能量流动等知识第 1、2 节 降低化学反应活化能的酶、细胞的能量 一、细胞代谢1概念：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为_。细胞代谢 2作用：是细胞_的基础。生命活动 3细胞代谢能在温和条件下快速进行，是由于酶的催化
2、作用。“通货”ATP 二、酶常态 活跃状态 1活化能：分子从_转变为容易发生化学反应的_所需要的能量。酶的催化效率高，是因为同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。2概念 活细胞 蛋白质 酶是_产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是_，少数是 RNA。3特性 高效性(1)_：酶的催化效率大约是无机催化剂的1071013倍。(2)_：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。(3)酶的作用条件_：酶在_，其活性最高。温度和 pH 偏高或偏低，酶的活性都_。较温和明显降低三、ATP直接来源1生理功能：细胞生命活动所需能量的_。2结构简式 APPP，中文名称是_。三磷酸腺苷专一性最适宜的温度和
3、pH条件下3ATP 与 ADP 的相互转化能量4ATP 的形成途径子光合作用细胞呼吸(1)自养生物化能合成作用细胞呼吸如光合细菌、藻类、绿色植物等的 ADP 转化成 ATP 的能量有两个来源，即来源于_和_；化能合成细菌是来自外界无机物的氧化(即)_和_。(2)异养生物呼吸作用如人、动物、绝大多数细菌、真菌等，ADP 转化成 ATP 时所需要的能量来自细胞内_ 过程中释放出来的能量和高能磷酸化合物磷酸肌酸水解释放的能量。5意义 生命活动能量通过 ATP 分子在吸能反应和放能反应之间的循环流通，保证了_所需能量的持续供应。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
4、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 生理功能 生物催化作用 作用原理 降低化学反应的活化能 酶的本质及验证 1酶的本质及生理功能2.酶化学本质的实验验证(1)证明某种酶是蛋白质实验组：待测酶液双缩脲试剂是否出现紫色反应。对照组：已知蛋白液双缩脲试剂出现紫色反应。(2)证明某种酶是 RNA实验组：待测酶液吡罗红染液是否呈现红色。对照组：已知 RNA 溶液吡罗红染液出现红色。【突破题1】下列有关酶的叙述中，正确的是()【解题指导】合成ATP与分解ATP 的酶不相同，前者是合 成酶，后者是分解酶；有些酶能在细胞外起催化作用；低温不 会使酶永久失活，只是抑制了酶的活性
5、，此时的酶最稳定。【答案】DA合成 ATP 与分解 ATP 的酶相同B酶只能在细胞内起催化作用C高温和低温都会使酶永久失活D酶在 0左右时空间结构保持稳定(2)过氧化氢酶和Fe3+都能催化H2O2分解，放出O2。通过实验验证酶的催化作用和高效性 1实验原理(1)鲜肝提取液中含有过氧化氢酶。2实验步骤、注意事项及变量、对照的分析3.实验结论(1)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。(2)酶具有高效性，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。【突破题2】在验证酶具有高效性的实验时，酶浓度、温度等条件适宜且不变，过氧化氢被分解的速率曲线如图 511所示，则下列说法中正确的是()图 51
6、1A曲线表明酶具有高效性B浓度 a 对应曲线比浓度 b 对应曲线的酶活性高C浓度 a 大于浓度 bD该实验的实验变量为反应物浓度【解题指导】酶的高效性是针对无机催化剂而言的，本题 中的三个反应都为酶催化的反应；三条曲线的最大区别是达到 平衡点所需的时间不同。据图可知，达到平衡点所需时间浓度a 小于浓度b，其原因是在酶活性相同的条件下，反应物浓度越低，完成反应所需时间就越短，所以浓度a小于浓度b。【答案】D通过实验验证酶的专一性 1实验原理(1)淀粉酶能催化淀粉产生还原性的麦芽糖，但不能催化蔗糖(非还原糖)。(2)斐林试剂能使还原糖产生砖红色沉淀。2实验程序 注意事项：(1)实验选用蔗糖，不能用
7、还原性的糖(如葡萄糖或果糖等)，否则影响实验结果。(2)实验中要将试管的下部浸在温水中，以创造试管内淀粉酶所需的适宜温度条件，使淀粉酶的催化能力最强。(3)制备的可溶性淀粉溶液，一定要冷却后才能使用，因为温度过高会使酶活性降低甚至失去催化能力。(4)在淀粉酶分解淀粉和蔗糖的实验中鉴定试剂只能用斐林试剂而不能用碘液。(5)酶和反应底物不能同时加入。abcd淀粉溶液2 mL蔗糖溶液2 mL唾液淀粉酶溶液 2 mL唾液淀粉酶溶液 2 mL5065温水中水浴加热 10 min(6)淀粉酶的来源不同，其最适温度也不一定相同，在保温时必须加以考虑。市售的淀粉酶的最适温度一般在 60左右，唾液淀粉酶的最适温
8、度为 37。【突破题 3】(2010 年深圳一模)下表是某同学为验证酶的专一性而设计的实验方案，ad 代表试管，代表实验步骤。对该实验方案的有关评价中，错误的是()将 c 倒入 a，将 d 倒入 b 5065温水中水浴加热 10 min 加入现配的斐林试剂溶液 2 mL 37恒温水浴 观察并记录颜色变化A淀粉酶的用量属于自变量B和会影响酶的活性C和的温度设置错误D和的顺序有误【解题指导】自变量是底物种类，淀粉酶的用量属于无关 变量；和是高温，会影响酶的活性；、和的温度设 置错误，应是为 37恒温水浴，为 5065温水中水 浴加热，才能产生砖红色沉淀；和的顺序应反过来。【答案】A通过实验探究影响
9、酶活性的条件 1温度对酶活性的影响(1)原理解读淀粉遇碘后，形成紫蓝色的复合物。淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖(淀粉水解过程中，不同阶段的中间产物遇碘后，会呈现红褐色或红棕色)。麦芽糖和葡萄糖遇碘后不显色。(2)方法步骤2.pH 对酶活性的影响(1)原理解读淀粉遇碘后，形成紫蓝色的复合物。淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖(淀粉水 解过程中，不同阶段的中间产物遇碘后，会呈现红褐色或红棕 色。)麦芽糖和葡萄糖遇碘后不显色。斐林试剂与可溶性的还原糖(麦芽糖、葡萄糖等)在加热条 件下，生成砖红色沉淀。(2)实验步骤(注意操作顺序不能错)【易错易混】探究温度对酶活性影响的实验中，不能用
10、过氧化氢酶催 化过氧化氢分解，因为过氧化氢在加热的条件下分解会加快。温度和 pH 是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。【突破题4】几位同学在探索 pH 对淀粉酶活性的影响)时，设计的实验方案如下。其中操作顺序最合理的是(在三个试管中各加入可溶性淀粉溶液 2 mL在三个试管中各加入新鲜的淀粉酶溶液 1 mL置于适宜温度下保温 5 min分别置于 100、60、0环境中保温 5 min加入斐林试剂后，水浴加热，观察现象将试管中溶液的 pH 分别调到 3、7、11，保持 5 minACBD【解题指导】在加底物前一定要先控制好酶的pH，由于是 探索pH对淀粉酶活性的影响，所以pH为自变量，温度为
11、无关变量。【答案】DATP 的结构及再生途径1ATP 的结构(1)ATP 的结构简式：APPP，两个高能磷酸键位于远离腺苷的一侧，一个普通化学键与腺苷相连。A 代表腺苷，由核糖和腺嘌呤构成；P 代表磷酸。“”代表普通化学键，“”代表高能磷酸键。T 代表 3 个；D 代表 2 个(ADP)；M 代表 1 个(AMP)。(3)ATP、ADP、AMP 的相互转化(下式只表示主要物质的相互转化)ATP 的合成ATP 的水解反应式酶ADPPi能量ATPATP ADPPi能量所需酶ATP 合成酶ATP 水解酶能量来源光能(光合作用)，化学能(细胞呼吸)储存在高能磷酸键中的能量(4)ATP 的各种小分子物质
12、2ATP 与 ADP 的相互转化酶ATP 的合成ATP 的水解能量去路 储存于形成的高能磷酸键中 用于各项生命活动 反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位 续表因此，ATP 与 ADP 的相互转化不是可逆反应。3ATP 的形成途径(1)含有叶绿体的细胞可通过光合作用、细胞呼吸产生 ATP，但是，在无光的条件下，只能通过细胞呼吸产生 ATP，光合作用产生的 ATP 不能为各种生命活动提供能量，只能贮存在有机物中。(2)不含叶绿体的真核细胞通过细胞呼吸产生 ATP在氧气充足时进行有氧呼吸。在氧气相对不足时，有氧呼吸和无氧呼吸同时进行。在无氧时，暂时通过无氧呼吸产生 ATP。细胞长时
13、间无氧呼吸，将产生大量的酒精或乳酸，使细胞中毒死亡。能源物质糖类、脂肪、蛋白质。主要能源物质糖类。主要储能物质脂肪。直接能源物质ATP(不是唯一)。根本能源光能。植物细胞内的储能物质淀粉。动物细胞内的储能物质糖原。【易错易混】生物体内的能源物质A高温和低温均能破坏酶 1 和酶 2 的结构，使其失去活性B酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率CATP 中的 A 代表腺嘌呤，T 代表三个，P 代表磷酸基团D人在饥饿时，细胞中 ATP 与 ADP 的含量难以达到动态平衡下结构被破坏，使其失去活性，而低温只是抑制酶的活性；酶 的催化原理是通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速 率；ATP中的A
14、代表腺苷(由腺嘌呤和核糖构成)，T代表三个，P代表磷酸基团；细胞中 ATP与ADP的含量维持在一定的动态 平衡中。【答案】B【解题指导】酶1和酶2的化学本质都是蛋白质，在高温 一、解读与酶有关的曲线1表示酶高效性的曲线 图 512(1)催化剂可通过降低活化能从而加快化学反应速率。(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。图 513(1)在 A 反应物中加入酶 A，反应速度较未加酶时明显加快，说明酶 A 催化底物 A 参加反应。(2)在 A 反应物中加入酶 B，反应速度和未加酶时相同，说明酶 B 不催化底物 A 参加反应。2酶的专一性 图 514图中 A 表示酶，B 表示被
15、催化的反应物。酶和被催化的反应物分子都有特定的结构。(3)表示酶专一性的图解图 515(1)在未达到最适温度和 pH 时，随温度和 pH 的逐渐升高，酶的催化效率增强，当达到最适温度和 pH 后，随温度和 pH 的逐渐升高，酶的催化效率下降。(2)在最适温度和 pH 时，酶的催化作用最强，高于或低于最适温度和 pH，酶的催化作用都将减弱。(3)过酸、过碱、高温都会破坏酶的分子结构，使酶失活。3表示影响酶活性的曲线(4)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。4.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响 图 516底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性的限制，
16、酶促反应速率不再增加。(2)在底物充足，其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。(1)在其他条件适宜、酶量一定的条件下，酶促反应速率随据有关实验结果绘制的。其中能说明酶具有高效性的是()【解题指导】酶的高效性是相对于无机催化剂来讲的，所以必须是酶与无机催化剂催化同一种物质的化学反应作对照，并且催化剂只能改变化学反应速率而不能改变反应的平衡点。【答案】A【演绎题1】下列图中的曲线是用过氧化氢作实验材料，根量的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，下列说法中不正确的是()图 517【备选题】图甲表示温度对淀粉酶活性的影响；图乙是将一定 B图甲中，Ta、Tb时淀粉酶催化
17、效率都很低，但对酶活性的影响有本质的区别C图乙中 Tb到 Tc的曲线表明随温度的升高，麦芽糖不再上升，酶的活性已达到最大D图乙中 A 点对应的温度为T0【解析】图乙中横坐标为Tb到Tc时，曲线基本稳定，麦芽 糖的积累量不再上升，表明化学反应已停止，高温使酶丧失活 性。【答案】CAT0表示淀粉酶催化反应的最适温度酶通过降低化学反应的活化能来催化化学反应进行，使反应物中的活化分子增多，反应更容易进行。如图 518 所示：图 518从图中可看出，没有催化剂时，化学反应需要的活化能最 多，同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催 化效率更高。二、酶催化作用的实质的图解分析曲线，表示没有酶催化
18、的反应曲线，E 表示酶降低的活化能。正确的图解是()【演绎题2】(经典题)下列选项中，表示有酶催化的反应 时需要的活化能与有酶时需要的活化能的差，只有C项的E 表示两者之差。【答案】C相关叙述正确的是()【解题指导】E表示酶降低的活化能，则E应为没有酶【备选题】图 519 中曲线、分别表示物质 A 在无催化条件和有酶催化条件下生成物质 P 所需的能量变化过程。下列图 519Aad 段表示在无催化剂条件下，物质 A 生成物质 P 需要的活化能B若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则 b 在纵轴上将向下移动C若仅增加反应物 A 的量，则图中曲线的原有形状均发生改变D若曲线为最适酶促条件下的曲线，改
19、变酶促条件后，则 b 在纵轴上将向上移动【解析】、之间的差值为酶所降低的活化能；若曲 线为最适酶促条件下的曲线，改变酶促条件后，酶的催化效 率下降，则 b 在纵轴上将向上移动。【答案】D实验项目名称 实验项目内容 实验项目作用 自变量 实验过程中可以变化的因素 称为变量。其中人为改变的 变量称为自变量 针对实现实验目的而确立 的可行性的措施，通过自变 量直接达到预期效果 因变量 随着自变量的变化而变化的 变量称为因变量 是实际发生的实验现象，能 直观呈现出实验结果 三、探究实验的方法与技巧科学思维方法对照实验中对照的设置与变量的控制对照实验是指除了一个因素以外，其余因素都保持不变的 实验。它一
20、般要设置对照组和实验组，关于对照和变量的设置 及作用如下表：无关变量 除自变量外，实验过程中可 能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些 变量称为无关变量 对预期结果产生干扰即产 生误差，并有对误差产生校 正的效果 对照实验 除了一个因素以外，其余因 素都保持不变的实验叫做对 照实验 在实验室条件下，把自然发 生的变化科学直观地和理 想化地进行再现 对照组和 实验组 对照实验一般要设置对照组 和实验组。在对照实验中，除了观察的变量外，其他变 量都应当始终保持相同 对照组：排除无关变量产生 的误差，使实验结果更具有 真实性 实验组：得出实验实际结果【演绎题3】请用所给的实验材料和用具，设
21、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，并回答下列问题：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。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的设计，取试管、加溶液。_。_ _。_。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 5065水浴加热
22、 2 min观察实验现象并记录实验结果乙丙丁(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，试管中出现的砖红色的颜色会比 37时的浅，其原因是_。【解题指导】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，关键是要确定自变量；本题目有两个自变量分别为不同底物或不同酶，因此要设计多组实验才能说明问题。含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管，以及含有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。酶的催化作用具有专一性20低于酶的最适温度，酶活性较低，水解产生的还原糖少)1(2011 年佛山质检
23、)关于酶与 ATP 的叙述正确的是(A人体成熟的红细胞既能产生酶又能产生 ATPB酶的形成需要消耗 ATP，ATP 的形成需要酶的催化C酶与 ATP 均具有高效性与专一性DATP 含有核糖，而所有的酶均不含核糖【解析】酶是大分子物质，形成时需要消耗 ATP。【答案】B2(2010 年惠州二模)图 5110 表示某反应物剩余量随pH 及温度的变化情况，正确的是()图 5110A该酶的最适温度是 37B随着 pH 的升高，酶的活性先降低后增大C随着温度的升高，酶的最适 pH 不变D随着温度的升高，酶的活性逐渐降低【解析】该图表示反应物剩余量随 pH 及温度的变化情况，所以剩余量越少，代表反应越快，该酶的最适温度(4 种温度中)为 35。B 项，随着 pH 的升高，酶的活性先升高后降低；D 项，随着温度的升高，酶的活性也是先升高后降低。从图中可 以看出随温度的升高，酶的最适 pH 约为 8，保持不变。【答案】C3(2011 年广州调研)(双选)下列关于酶和 ATP 的叙述合理的是()AATP 的水解产物仍可存在高能磷酸键B酶都是通过转录和翻译合成的C无氧呼吸的各阶段均生成少量的 ATPD溶菌酶可以溶解细菌的细胞壁，属于非特异性免疫【解析】ATP的水解产物是ADP，含一个高能磷酸键；无 氧呼吸只有第一阶段生成少量的ATP。【答案】AD
