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,第三单元 细胞的能量供应和利用,第一讲 酶和ATP,一、填写酶的本质和作用,知识梳理,蛋白质,RNA,氨基酸,核糖核苷酸,核糖体,催化,活化能,二、酶的特性,【思考】 酶与无机催化剂相比有哪些相同之处？ 提示：化学反应前后酶的数量和性质不变；加快化学反应速率，缩短达到平衡的时间，但不改变平衡点；都能降低化学反应的活化能。,三、细胞的能量“通货”ATP,1.写出ATP的结构简式和简式中A、P所代表的含义 (1)结构简式： (2)A：腺苷； P： 。 2图中是 。 3图中为 的过程。,APPP。,高能磷酸键,高能磷酸键水解释放能量,磷酸基团,4写出ATP与ADP相互转化的反应式：,【点拨】原核生物合成ATP的场所是细胞质基质和细胞膜；真核生物合成ATP的场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质。,判断下列说法的正误 1酶在生物体内有催化调节作用。( ) 2酶催化作用的实质是提高化学反应的活化能，使化学反应顺利进行。( ) 3高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。(2009重庆卷)( ),自主检测,4不同酶的最适温度可能相同。(2013海南卷) ( ) 5酶活性最高时的温度不适合酶的保存。(2013海南卷)( ) 61个ATP分子中只含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。( ) 7线粒体内膜上不能合成ATP。(2012北京卷) ( ),考点一 酶的作用和特性,【核心突破】,1酶是蛋白质的验证实验 (1)实验设计思路： 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紫色反应,(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：自变量为待测酶液和已知蛋白液，因变量为是否有紫色反应。,2酶的高效性 (1)实验验证,小、少、慢,燃烧,大、多、快,剧烈燃烧,(2)变量分析,无机催化剂（FeCl3）和过氧化氢酶,产生的气泡的数目多少,温度,新鲜程度,(3)曲线模型,与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不能改变化学反应的平衡点。,3酶的专一性 (1)实验验证,用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性。 (2)曲线模型,加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。 而加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶具有专一性。,【命题预测】,考向预测一 以坐标曲线图的形式考查酶的本质及作用,1. (2014宁波名校联考)图表示甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系，图表示外界环境温度与某一哺乳动物体内酶活性的关系。下列叙述不正确的是,A图中乙酶活性的改变可能是因为其分子结构的改变 B图中甲酶可能是具有催化功能的RNA C图表示的酶可以是人体细胞内的呼吸酶 D图表示酶的活性不随环境温度的变化而变化，说明酶已经失活,【解题关键】,解析 图中乙酶经蛋白酶处理，分子结构改变，活性下降，A正确；图中甲酶经蛋白酶处理后活性不变，说明甲酶本质不是蛋白质而是RNA，B正确；图的酶活性不随外界温度变化而变化表明其可以是恒温动物体内的酶，C正确，D错误。 答案 D,考向预测二 通过读图析图考查酶的催化机理 2下图曲线、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。下列相关叙述正确的是,Aad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，改变酶促条件后，则b在纵轴上将向上移动,解析 物质A生成物质P需要的活化能用ac表示。酶降低活化能比无机催化剂更明显，若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b在纵轴上将向上移动。若仅增加反应物A的量，图中曲线的原有形状不会发生改变。若曲线为最适酶促条件下的曲线，改变酶促条件后，所需活化能增加，b在纵轴上将向上移动。 答案 D,考向预测三 以实验为背景，考查酶的作用及特性 3. 下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖作用的实验设计及结果。根据实验结果，以下结论正确的是,注：“”表示添加，“”表示不加，“*”的多少代表颜色的深浅，#表示无颜色变化。 A蔗糖被水解成非还原糖 B淀粉在淀粉酶的作用下水解成还原糖 C淀粉酶活性在40时比在60时高 D淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性,【思路点拨】,解析 号试管中均有淀粉和淀粉酶，且均有砖红色，说明淀粉在淀粉酶的作用下水解成还原糖，砖红色越深，说明淀粉酶活性越高，B正确、C错误；号试管均未出现砖红色，说明淀粉酶不能催化蔗糖的水解，A、D错误。 答案 B,考点二 ATP的结构与功能,1ATP的结构及组成部分的含义,【核心突破】,3ATP产生速率与O2供给量之间的关系,(1)A点表示在无氧条件下，细胞可进行无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。 (2)AB段表示随O2供应量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生速率随之增加。 (3)BC段表示O2供应量超过一定范围后，ATP的产生速率不再加快，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。,【易考明示】 对ATP和ADP之间的相互转化是不可逆反应的分析 (1)反应条件不同：ATP分解是一种水解反应，催化该反应的酶属于水解酶；而ATP合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶。,(2)能量来源不同：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能，供代谢消耗， 这个能量不能再反过来用于合成ATP，而合成ATP的能量主要有化学能和太阳能。 (3)反应场所不同：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，而ATP分解的场所较多，凡是生命活动需要能量的地方都有ATP的分解。,【命题预测】,考向预测一 ATP的结构,4(2013郑州质检)ATP是细胞的能量“通货”，下列说法正确的是 AATP脱去2个磷酸基团后是DNA的基本组成单位之一 BATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性 CATP的合成总是伴随有机物的氧化分解 D黑暗条件下，植物细胞中只有线粒体可以产生ATP,解析 ATP脱去2个磷酸基团后是RNA的基本组成单位之一；ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性；ATP的合成可发生在光反应过程；黑暗条件下，植物细胞中线粒体和细胞质基质都可以产生ATP。 答案 B,【题后反思】 ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系 ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中表示的含义不同，如图：,(1)ATP中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成； (2)DNA分子中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成； (3)RNA分子中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成； (4)核苷酸中的A为腺嘌呤。可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。,考向预测二 ATP的功能 5(2013海南单科)关于真核细胞中生命活动与能量关系的叙述，错误的是 ADNA复制需要消耗能量 B光合作用的暗反应阶段需要消耗能量 C物质通过协助扩散进出细胞时需要消耗ATP D细胞代谢所需的ATP可在细胞质基质中产生,解析 合成物质的过程需要消耗能量，细胞内DNA复制过程中需要的能量由ATP提供，A项正确；光合作用的暗反应阶段中C3的还原需要消耗光反应阶段所产生的H和ATP，B项正确；协助扩散需要载体蛋白的参与，但不消耗能量，C项错误；有氧呼吸的第一阶段和无氧呼吸都在细胞质基质中完成，均能产生ATP，D项正确。 答案 C,【归纳提升】 生物体内的能源物质分类, 易错易混,ATP与ADP相互转化过程中的误区 1误认为ATP与ADP的相互转化是可逆反应,由表可以看出，ATP的合成和ATP的水解在所需的酶、能量来源、能量去路和反应场所方面都不尽相同，因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应，但物质可重复利用。 2ATP转化为ADP也需要消耗水 ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需酶的催化，同时也需要消耗水。凡是大分子有机物(如蛋白质、脂肪、淀粉等)的水解都需要消耗水。,3ATP能量 ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，不能将两者等同起来。 4误认为细胞中含有大量ATP 生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少。由于ADP、Pi等可重复利用，只要提供能量(光能或化学能)，生物体就可不断合成ATP，满足生物体的需要。,【典例训练】 1下列有关ATP的叙述，不正确的是 AATP中的能量可以来源于光能或化学能 BATP的合成不一定伴随有机物的氧化分解 C人体在紧张或愤怒状态下，细胞内产生ATP的速率大大超过产生ADP的速率 D人体剧烈运动过程中，机体通过神经调节和体液调节，使细胞产生ATP的速率迅速增加,解析 光合作用光反应阶段产生的ATP中的能量来源于光能，该过程无有机物的氧化分解；呼吸作用过程中有机物分解释放出来的一部分能量储存于ATP中；在任何状态下，机体ATP的合成和分解都处于动态平衡状态；剧烈运动时，机体通过神经调节和体液调节使有机物分解加快，ATP合成加快。 答案 C, 图示解读,解读与酶促反应速率有关的模型 多因子对酶促反应速率的影响,图乙所示的变量有温度和pH；pH为7时，反应物的剩余量最少，说明反应速率最快，该pH为最适pH；在虚线对应的温度下，不同pH条件下的反应物的剩余量都最少，说明对应的温度为最适温度，且随着pH的变化，酶的最适温度不变。同样图甲酶的最适温度为35 ，最适pH为8。,【典例训练】 2. (2014湖南六校联考)利用麦芽酿造啤酒时，麦芽中多酚氧化酶(PPO)的作用会降低啤酒质量。图为不同pH和温度对PPO活性影响的曲线，有关叙述错误的是,APPO催化多酚类物质的生化反应 B相同温度时，pH 7.8的酶促反应产物比pH 8.4的少 C在制备麦芽过程中应将反应条件控制在温度80、pH 8.4 D高于90，若PPO发生热变性，一定温度范围内温度越高变性越快,解析 在温度80、pH 8.4的条件下，多酚氧化酶(PPO)的活性高，降低啤酒质量，C错误。 答案 C,重点实验课 酶特性的实验探究,1探究温度对酶活性的影响 (1)原理 完善下面的反应原理,【核心突破】,蓝色,无蓝色出现,鉴定原理：温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。,(2)步骤,不同温度,新配制的,碘液,变蓝,变蓝,不变蓝,淀粉,变量分析：,温度,淀粉和淀粉酶,pH值,碘液,蓝色及蓝色深浅,(3)若要探究某种酶的最适温度，实验又该如何设计(请写出思路)？_ _。,提示,的分解速率或反应物的剩余量(或生成物的生成速度或 生成量),2探究pH对酶活性的影响 (1)原理鉴定原理：pH影响酶的活性，从而影响 ，可 用 来检验O2生成量的多少。,O2的生成量,点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况,(2)步骤,等量过氧,化氢酶,不同pH,等量的H2O2,无气泡 产生,无气泡 产生,(3)若要探究该酶的最适pH，实验又该如何设计(请写出思路)?,提示 :,【特别提醒】 有关四类探究实验的注意事项 (1)在验证酶的专一性实验中的注意事项 选择好检测反应物的试剂，如反应物选择淀粉和蔗糖，酶溶液为淀粉酶，则适宜选用斐林试剂检测反应物是否被分解，不能选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。,保证蔗糖的纯度和新鲜程度是做好实验的关键。 (2)在验证酶的高效性实验中的注意事项 实验时必须用新鲜的、刚从活的动物体中取出的肝脏作实验材料。肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生细菌的作用下分解，使组织中酶分子的数量减少且活性降低。,实验中使用肝脏的研磨液，可以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中过氧化氢的接触面积，从而加速过氧化氢的分解。 滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液时不能共用一支滴管，因为酶的催化效率具有高效性，少量酶带入FeCl3溶液中就会影响实验结果的准确性，甚至使人产生错觉，作出错误的判断。 H2O2分解过程有气泡冒出，若反应一段时间，不再有气泡冒出，说明反应结束；若在不增加H2O2量的前提下，使气泡(O2)的生成量增加，可采取的措施是提高H2O2浓度。,(3)在探究温度对酶活性的影响实验中的注意事项 实验室使用的淀粉酶最适温度为60 。 由于H2O2不稳定，因此探究温度对酶活性影响时，不选择H2O2作反应物。 本实验不宜选用斐林试剂鉴定，温度是干扰条件。 本实验中步骤2、步骤3一定不能颠倒顺序，否则会使实验失败，即先控制条件再混合。,(4)在探究pH对酶活性的影响实验中的注意事项 实验程序中2、3步一定不能颠倒，否则实验失败。 本实验中也可将过氧化氢酶和H2O2分别调至同一pH再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。 本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉水解，因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。,实验中操作步骤要规范： 在探究温度对酶活性影响的实验中，操作过程中第一步与第二步不能颠倒；在探究pH对酶活性影响的实验中，操作步骤第二步与第三步也不能颠倒顺序，否则在调节温度或pH的过程中，酶会将淀粉或过氧化氢分解，导致实验失败。,【命题预测】,考向预测一 变量的控制,1(2011江苏)为探究植酸酶对鲈鱼生长和消化酶活性的影响，研究者设计并进行了相关实验，实验步骤及结果如下： 鲈鱼的驯养：将从海洋中捕获的鲈鱼鱼苗在浮式海水网箱中饲养14 d，用普通饲料投喂，备用。 饲料的配制：在每千克普通饲料中添加200 mg植酸酶，配制成加酶饲料；并将普通饲料和加酶饲料分别制成大小相同的颗粒，烘干后储存。,鲈鱼的饲养：挑选体格健壮、大小一致的鲈鱼随机分组，放养于规格相同的浮式海水网箱中，放养密度为60尾/箱。给对照组的鲈鱼定时投喂适量的普通饲料，给实验组的鲈鱼同时投喂等量加酶饲料。 称重并记录：投喂8周后，从每个网箱中随机取20尾鲈鱼称重。结果显示，对照组、实验组鱼体平均增重率分别为859.3% 、947.2%。 制备鲈鱼肠道中消化酶样品，并分别测定消化酶的活性，结果如下表。,根据上述实验，回答下列问题。 (1)步骤中选用鲈鱼鱼苗而不是成体的主要原因是_；实验前的驯养是为了_。 (2)步骤中将配制好的饲料进行烘干要特别注意_，其原因是_。,(3)步骤中还应控制好的无关变量主要有_。 (4)本实验得出的初步结论是 _。 (5)推测鲈鱼的食性并说明理由：_。,解析 (1)因该实验的观察指标是鱼体的增重量，而成体鱼增重较慢，实验结果不明显。实验前，将鲈鱼放在网箱中驯养是为了让鲈鱼适应实验养殖环境，从而减小环境对鲈鱼的影响。(2)植酸酶为蛋白质，高温会使其失去活性，因此烘干处理时需要注意温度不要过高。 (3)除植酸酶外，影响鲈鱼增重的外界环境因子还有水体温度、盐度和溶解氧等，根据实验设计的单一变量原则，实验过程中需要控制这些无关变量。 (4)因实验组的平均增重高于,对照组的平均增重，可初步得出添加植酸酶的饲料可促进鱼体生长的结论。(5)因动物蛋白质含量多，肉食性动物的消化酶中的蛋白酶活性应比脂肪酶或淀粉酶活性高。根据表格数据可知，鲈鱼的蛋白酶的活性高于其他两种消化酶的活性，因此鲈鱼应为肉食性动物。 答案 (1)成体生长缓慢，实验效果不明显 让鲈鱼适应实验养殖环境 (2)温度不能过高 高温会使植酸酶变性而失去活性 (3)水温、盐度和溶解氧等 (4)添加植酸酶的饲料促进鲈鱼幼体的生长；植酸酶能提高肠道中蛋白酶的活性，而对肠道中脂肪酶和淀粉酶的活性影响较小 (5)肉食性，其肠道中蛋白酶活性显著高于脂肪酶和淀粉酶。,【方法规律】 实验变量及其控制 实验中的变量，指的是可被操纵的特定因素或条件。对照实验中的变量有4种，分别为自变量、因变量、无关变量和额外变量。,1自变量和因变量 自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件；因变量，指实验中由于自变量而引起的变化和结果。通常，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。例如，在“温度对酶活性的影响”的实验中，所给定的低温(冰块)、适温(37)、高温(沸水浴)就是自变量，而由于低温、适温、高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是因变量，该实验即在于获得和解释温度变化(自变量)与酶的活性(因变量)的因果关系。,2无关变量与额外变量 无关变量，指实验中除自变量以外，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。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。显然，额外变量会对因变量有干扰作用。例如上述实验中除自变量(低温、适温、高温)以外，试管洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度、实验操作程序、温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温3组实验是等同、均衡、稳定的；如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对3个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会在实验结果中产生额外变量，出现干扰，造成误差。实验的关键之一在于控制无关变量或减少额外变量，以减少误差。,3单一变量原则 在实验设计中仅仅改变实验中的某一项变量，其它因子不变，在此条件下，观察、研究该变量对实验材料和实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要做到前后一致。,考向预测二 影响酶活性的因素 2为探究NaCl和CuSO4对唾液淀粉酶活性的影响，某同学进行了实验，实验步骤和结果见下表。请回答问题。,(1)实验中加入缓冲液的作用是_。 (2)分析实验结果可知：对酶活性有影响的离子是_，其中对酶活性有抑制作用的离子是_，对酶活性有促进作用的离子是_。 (3)该实验中设置4号试管的目的是_；设置3号试管的目的是_。,(4)上述实验中若用斐林试剂代替碘溶液进行检测，14号试管中的颜色依次是_、_、_、_。根据上述实验结果，在操作过程中，保温之前不能加入斐林试剂，其原因是_。,解析 本题考查外界因素对酶活性的影响。加入缓冲液是防止加入的物质及反应前后对反应液pH的影响，从而维持pH的稳定。从表格来看，Na2SO4对酶的影响不大，而加入NaCl、CuSO4与对照组相比，对酶都有影响。对照组是加入蒸馏水的第四组，影响程度通过加入碘液后的颜色变化来体现，颜色变浅的为抑制酶的活性，颜色变深的为促进酶的活性。加入斐林试剂后，再加热时酶的活性越高，生成还原糖越多，生成砖红色沉淀颜色越深。,答案 (1)维持反应液中pH的稳定(其他合理答案也可) (2)Cl和Cu2 Cu2 Cl (3)对照 确定Na和SO对唾液淀粉酶催化活性是否有影响 (4)深砖红色 无砖红色 浅砖红色 浅砖红色 斐林试剂中含有Cu2，其可抑制唾液淀粉酶的活性,蛋白质,RNA,高效性,专一性,作用条件较温和,降低活化能,物质运输、生物发电、肌肉收缩、物质合 成、大脑思考,A-PPP,高考体验,1(2013四川理综)下列实验所采取的的措施，不涉及“降低化学反应活化能”原理的是 A利用果胶酶提高水果的出汁率 B滴加肝脏研磨液促使过氧化氢的分解 C滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率 D利用水浴加热提高胡萝卜素的萃取效率,解析 酶和无机催化剂都有催化作用，都能降低反应的活化能，选项A用了果胶酶，B用了过氧化氢酶，C用了无机催化剂，只有D选项中没有使用任何催化剂，水浴加热只是提高了分子的热运动没有降低反应的活化能，故选D 答案 D,2(2014大纲卷)ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物。下列有关ATP的叙述，错误的是 A线粒体合成的ATP可在细胞核中发挥作用 B机体在运动时消耗ATP，睡眠时则不消耗ATP C在有氧与缺氧的条件下细胞质基质中都能形成ATP D植物根细胞吸收矿质元素离子所需的ATP来源于呼吸作用,解析 细胞核无法进行细胞呼吸，细胞核需要的ATP主要由线粒体提供，A项正确；ATP是生命活动直接的能源物质，机体无时无刻不在消耗ATP，睡眠时生命活动并没停止，也需要消耗能量，故B项错误；有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段都在细胞质基质中有ATP形成，C项正确；根细胞吸收矿质元素离子主要通过主动运输的形式，其消耗的能量主要是由细胞呼吸所提供的ATP，故D项正确。 答案 B,3(2013江苏单科)为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计不合理的是(多选),A.实验 B实验 C实验 D实验 解析 过氧化氢受热会加快分解，不宜用于探究温度对酶活性的影响；溶液的PH会影响淀粉的水解，并且碘液可与碱反应，斐林试剂可与酸反应，不宜用淀粉酶探究PH对酶活性的影响；因此一般用过氧化氢酶探究PH对酶活性的影响，用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，综上答案为ACD。 答案 ACD,4. (2011海南卷)某一不可逆化学反应(SPW)在无酶和有酶催化时均可以进行。当该反应在无酶条件下进行到时间t时，向反应液中加入催化该反应的酶。下图中能正确表示加酶后反应物浓度随反应时间变化趋势的曲线是,A甲 B乙 C丙 D丁 解析 酶能降低化学反应的活化能，提高反应速率，缩短反应时间，但不改变反应结果。甲曲线反应速率减慢，不正确；乙曲线同样未能体现酶的高效性，不正确；丙曲线反应物浓度不可能迅速下降后又上升，不正确；丁曲线反应物浓度迅速下降且达到一定浓度后保持平衡状态，正确。 答案 D,
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