1、第7讲 细胞与能量 酶,细胞代谢,生命活动,活跃状态,降低活化能,保持不变,对照组,活酵母细胞,死亡裂解后,脲酶,RNA,活细胞,有机物,高,放能反应,腺苷三磷酸,ATP,吸能反应,放能反应,ATP,三磷酸腺苷,远离A的那个高能磷酸键,细胞呼吸, 探究点一 酶和一般催化剂的比较,(1)用量少而催化效率高酶与一般催化剂一样，虽然在细胞中的相对含量很低，却能使一个慢速反应变为快速反应。(2)反应前后酶的性质和数量均没有变化和一般催化剂一样，酶仅能改变化学反应的速度，并不能改变化学反应的平衡点。酶本身在反应前后不发生变化。,(3)可降低反应的活化能在一个化学反应体系中，反应开始时，反应物(S)分 子
2、的平均能量水平较低，为“常态”。在反应的任何一瞬间反应物中都有一部分分子具有比常态更高一些的能量，高出的这一部分能量称为活化能，使这些分子进入“活化态”(过渡态)，这时就能形成或打破一些化学键，形成新的物质产物(P)，即S变为P。这些具有较高能量、处于活化态的分子称为活化分子；反应物中这种活化分子愈多，反应速度就愈快。活化能的定义是在一定温度下1 g底物分子全部进入活化态所需要的自由能。,催化剂包括酶在内，能降低化学反应的活化能，如图71所示，由于在催化反应中，只需较少的能量就可使反应物进入“活化态”，所以和非催化反应相比，活化分子的数量大大增加，从而加快了反应速度。图71,2.酶作为生物催化
3、剂的特性(1)催化效率高，即高效性；(2)高度的专一性；(3)酶的作用条件较温和。酶较其他催化剂更加脆弱，易失去活性。强酸、强碱、高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比较温和的条件，如常温、常压、接近中性的酸碱度等。3.(1)关于酶的正确与错误说法,3.(1)关于酶的正确与错误说法,(2)酶的特性：高效性；专一性；需要适宜的条件酶的高效性的验证：实验比较过氧化氢酶和Fe3的催化效率酶的专一性的验证：实验探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用酶需要适宜的条件：酶的催化作用需要适宜的条件，如适宜的温度、适宜的pH等，易受活化剂或抑制剂的影响。在高温、强酸或强碱、重金属盐等引起蛋白质,蛋
4、白质变性的条件下，酶都会丧失活性。相比而言，无机催化剂则不易受影响，如同样加热到100 ，过氧化氢酶早已失去活性，而Fe3仍可起催化作用。但要注意的是，低温仅是抑制酶的活性，随温度的升高(最适温度以下)酶的活性逐渐增强。,【答案】 D 【解析】 本题考查酶的特性和使用方法。酶的活性容易受到温度、酸碱度影响而失活，所以要保持酶的活性，才能使之发挥作用。ABC在反应之前都经高温处理了，所以酶失去活性，只有D，先让酶反应，后炒熟，不影响酶的作用发挥。,【点评】 酶的化学本质不同于无机催化剂。酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，
5、使酶永久失活。本题能加深学生对“酶的作用条件较温和”的理解。而下面的变式题是从不同方面来考查酶的特性。,【答案】 (1)蛋白质 (2)底物量一定，底物已被消耗尽 (3)见下图 (4)不变 在pH2时酶已经失活 (5)C,【解析】 酶具有专一性的特点，故胰蛋白酶只能作用于蛋白质。酶的活性受多种因素的影响。如底物浓度、酸碱度、温度等。底物量一定时随着反应的进行，底物耗尽，生成物量不再增加。若只增加酶的浓度，在较短的时间内生成物较快地达到最大值。酶在强酸、强碱条件下会失去活性，如反应液起始pH是2，则酶已失去了活性，即使随着pH升高，酶的活性也不可能恢复，反应速度不会改变。酶在低温下，不能发挥活性，
6、但并没有失去活性，故在一定温度的范周内随着温度上升，活性增强。但在高温下，酶会失去活性，随着温度的下降酶活性不会恢复。, 探究点二 与酶有关的图表、曲线解读,1.表示酶高效性的曲线 图74(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。2.表示酶专一性的图解图75(1)图中A表示酶，B表示被催化的底物。(2)酶和被催化的底物分子都有特定的结构。,3.影响酶活性的曲线图76(1)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。(2
7、)过酸、过碱、高温都会使酶遭到破坏，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。,(3)反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。4.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响图77(1)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，受酶数量和酶活性限制，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。,【答案】 C 【解析】 本题重点考查影响酶活性的几种因素(酶浓度、温度、pH、底物浓度等)对酶催化反应速率的影响，同时重点考查了考生能正确运用曲线图准确描述生物学现象的能力以及运用生物学语言解释
8、生物学现象的能力，很好地体现了高考考试内容改革的方向。生物体内的化学反应受温度、pH、酶浓度和反应物浓度的影响。在一定范围内，随着反应物浓度增大，化学反应速率加快，之后受酶数量和活性的限制，化学反应速率不再增加，故呈现出C选项所示的曲线图。,【点评】 本题考查的知识是影响酶活性的因素。解题的切入点是横坐标所表示的因素与酶的活性以及反应速率三者之间建立联系。酶相关曲线分析题是高考常考常新的考点，本题推陈出新，综合考查识图、读图能力。解此类题时，还需要注意纵坐标所表示的含义，对于酶的活性和反应速率二者并不等同，如反应物浓度与酶的活性、反应速率的关系为如图所示。下面的变式题是以表格形式考查酶的催化效
9、率的实验。,【答案】 (1)为了使细胞壁与酶充分接触，提高酶解效果 (2)果胶酶和纤维素酶 、 排除无关变量的干扰 (3)等渗溶液 (4)低渗涨破法【解析】 本题考查有关酶的催化效率的实验，(1)实验过程中，需要轻摇试管，可以使细胞壁与酶充分接触，可以提高酶解效果。(2)蜗牛以植物为食，所以唾液酶中含有果胶酶和纤维素酶，、没有添加酶溶液为空白对照组，其目的是排除无关变量的干扰。(3)离心后收集沉淀物，并用等渗溶液清洗，目的是保持细胞正常形态。(4)要用低渗涨破法来检验原生质体是否符合要求，若没有细胞壁则可以涨破，有则不能涨破。, 探究点三 ATP和ADP的相互转化和利用,1.ATP的结构简式A
10、TP是细胞内一种高能磷酸化合物，是三磷酸腺苷的英文缩写，其结构简式为APPP，A代表腺苷，P代表磷酸基团，代表高能磷酸键。ATP分子中大量的能量贮存在高能磷酸键中。2.ATP与ADP的相互转化如图79所示：图79,ATP中远离腺苷的高能磷酸键很容易水解，以保证能量及时供应；也很容易形成，以保证能量相对稳定和能量持续供应；ATP在生物体内含量很少，又不断通过各种生命活动大量消耗，但ATP在细胞内的转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡中。3.ATP的利用糖类是细胞的主要供能物质，脂肪是生物体内主要的贮能物质，这些有机物中的能量都不能直接被生物体利用，需经氧化分解后转移到ATP中，
11、才能供生物体利用，所以ATP是细胞生命活动的直接能源物质。ATP主要为肌肉收缩、神经传导、生物电、合成和分泌、主动运输、胞吐和胞吞、,暗反应中C3的还原等生命活动提供能量。4.ATP 和ADP的相互转化不是一个可逆的过程(1)从反应条件看：ATP水解是水解反应，需水解酶；ATP合成是合成反应，需合成酶。(2)从能量来源和去路看：ATP水解释放的能量是贮存在高能磷酸键中的化学能；合成ATP所需能量主要有化学能和太阳光能。(3)从反应场所看：ATP合成的场所有：细胞质基质、线粒体和叶绿体；ATP分解的场所较多，如细胞膜、叶绿体基质、细胞质基质、细胞核等等。,(4)从反应时间看：ATP 的合成和分解
12、并不是同时发生的。总的说来，细胞中能量供应充足时，更多地发生ATP的合成反应；细胞中耗能反应多时，更多地发生ATP的分解反应。总之，ATP与ADP的相互转化，从物质方面看是可逆的，从酶的种类、进行的场所、能量的来源方面看不可逆，即整体来看二者的反应不可逆，而是细胞内ATP与ADP的循环过程。ATP并非新陈代谢唯一的直接能源。新陈代谢所需的能量主要是由细胞内ATP提供的，但其他核苷酸的三磷酸酯也可以直接参与生命活动的供能。,【答案】 B,【解析】 无氧条件下，光合作用不是细胞ATP的唯一来源，还有无氧呼吸；线粒体合成ATP依赖氧，叶绿体合成ATP不依赖氧；细胞质中消耗的ATP来源于细胞质基质、线
13、粒体和叶绿体。,【点评】 本题以绿色植物叶肉细胞ATP的产生入手，加深学生对ADP转化成ATP时所需能量主要来源的理解。对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量；对于绿色植物来说，除了依赖呼吸作用所释放的能量外，在叶绿体内进行光合作用时，ADP转化为ATP还利用了光能。细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。下面的变式题侧重点是考查ATP的消耗。,【答案】 B,【解析】 该题考查细胞呼吸和光合作用产生ATP，属于理解水平，试题中等难度。酵母菌细胞质基质中无氧呼吸和有氧呼吸第一阶段均产生ATP叶肉细胞叶绿体基质中消耗ATP；人体唾液腺细胞线粒体基质中有氧呼吸第二阶段产生ATP；根尖细胞的线粒体内膜有氧呼吸阶段产生大量的ATP；高尔基体膜上不能产生ATP。,
