第一、三节细胞与能量酶高三复习

第三章细胞的代谢第一、三节细胞与能量酶考点突破实验探究知识梳理题组演练知识梳理·温故串知

透析实验分析误差一、细胞与能量1.吸能反应与放能反应(1)吸能反应:产物分子中的势能比反应物分子中的势能

。(2)放能反应:产物分子中的势能比反应物分子中的势能

。(3)最重要的吸能反应是

,最重要的放能反应是

。(4)吸能反应和放能反应的纽带是

。2.ATP是细胞中的能量通货(1)

不仅是细胞中放能反应和吸能反应的纽带,更是细胞中的能量通货。(2)ATP是由1个

、1个

、3个

组成。一分子ATP含有

个高能磷酸键。高低光合作用细胞呼吸ATPATP核糖腺嘌呤磷酸基团2二、酶1.酶的发现过程[连一连]2.酶的本质、特性化学本质绝大多数是

,少数是

1合成原料氨基酸或

1来源

1生理功能只有

作用催化机理酶分子具有

,恰好能和

1

结合影响因素

、pH和各种化合物等特性催化活性

、具

等蛋白质RNA核糖核苷酸活细胞生物催化一定的形状底物分子温度极高专一性【思维激活】如何确定某酶的化学本质是RNA还是蛋白质?提示:可用物质检测试剂来进行鉴定。建网络图考点突破·悟法提能核心归纳重点突破ATP的结构及其与ADP的相互转化考点一问题引领:(1)ATP中储存的能量来源有哪些?(2)细胞内哪些场所可以产生ATP?知识归纳1.ATP的结构(1)组成元素:C、H、O、N、P。(2)简称:腺苷三磷酸。(3)ATP的结构简式和简式中各部分代表的含义:ATP的结构简式:A—P～P～P。“A”表示腺苷(腺嘌呤+核糖),“T”表示3个,“P”表示磷酸基团,“～”表示高能磷酸键,“—”表示普通磷酸键。ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。2.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:②DNA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。③RNA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。3.ATP合成与水解的比较4.ATP的形成途径【例1】(2014·杭州学军中学期中)下列有关ATP的叙述正确的是()A.一个ATP分子水解可以生成一个脱氧核苷酸分子和两个磷酸分子B.在耗氧量相同的情况下,植物叶肉细胞和根尖细胞产生的ATP量可能相等C.植物叶肉细胞的线粒体基质、叶绿体基质和细胞溶胶中都能产生ATPD.长时间剧烈运动时,骨骼肌细胞中平均每摩尔葡萄糖生成的ATP量与安静时相等典例训练【解题指导】

ATP中的五碳糖是核糖,所以A选项错误;在耗氧量相同的情况下,植物叶肉细胞和根尖细胞都可进行需氧呼吸,则产生的ATP相等,B选项正确;植物叶肉细胞的细胞溶胶、线粒体基质和内膜及叶绿体的基粒均可产生ATP,C选项错误;长时间的剧烈运动通常要进行一定的厌氧呼吸产生ATP,而安静状态下只通过需氧呼吸提供ATP,D选项错误。答案:B【前连后挂】

(1)植物细胞产生的ATP,均可用于一切生命活动吗?答案提示:不是,植物细胞叶绿体类囊体膜上产生的ATP只能用于碳反应,不能用于其他生命活动。(2)细胞消耗能量的物质跨膜运输方式有哪些?答案提示:细胞消耗能量的物质跨膜运输方式除主动转运外,还有胞吞作用和胞吐作用。【例2】如图表示生物体内发生的两个化学反应,请回答下列相关问题:(1)ATP分子水解时,图中所示的化学键

(填序号)最易断裂,产物ADP的分子结构简式是

。

(2)酶2在人体细胞内分布在

(细胞结构)。

(3)细胞中的吸能反应一般由

提供能量,放能反应一般与

相联系,释放的能量贮存在

中。

(4)细胞内

的能量供应机制,是生物界的共性。

【解题指导】

(1)ATP是生命活动的直接能源物质,ATP水解时,远离A的高能磷酸键断裂,因此ADP的分子结构简式是A—P～P。(2)在人体细胞内ATP主要来自细胞呼吸,因此酶2分布在细胞溶胶和线粒体中。(3)细胞中需要吸收能量的吸能反应由ATP水解提供能量,而释放能量的反应(放能反应)将能量贮存在ATP中。(4)生物界的共性之一:细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制。答案:(1)④A—P～P(2)细胞溶胶和线粒体(3)ATP水解ATP合成ATP(4)ATP与ADP相互转化误区1误以为ATP与ADP相互转化是可逆反应。点拨:ATP与ADP的相互转化过程中,反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同,因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应,但物质是可循环利用的。误区2误以为细胞中ATP的含量较多。点拨:ATP在细胞内的含量也很少,但ATP与ADP间能不断地相互转化,以满足生命活动对能量的需求。误区3误以为ATP中能量全在高能磷酸键中。点拨:ATP中能量不全在高能磷酸键中,只是大量能量贮存在高能磷酸键中,其他化学键中同样含有能量,但“量”较少。走出误区误区4误以为不同细胞产生ATP的场所一样。点拨:不同细胞产生ATP的场所有差异:动物、植物细胞都能在细胞溶胶和线粒体中产生ATP,叶绿体也是植物细胞产生ATP的场所,而原核细胞只能在细胞溶胶中产生ATP。误区5误认为产生ATP一定需要氧气。点拨:光反应阶段、需氧呼吸第一阶段及厌氧呼吸生成ATP,都不需要氧气。考点二与酶有关的图、曲线解读问题引领:(1)酶的特性有哪些?(2)低温和高温对酶活性的影响机理一样吗?知识归纳1.表示酶高效性的曲线(1)曲线a和c比较,说明酶具有催化作用;曲线a和b比较,说明酶具有高效性。(3)酶只能催化已存在的化学反应。2.表示酶专一性的图解(1)图像(2)曲线3.酶促反应与反应时间的关系曲线解读(1)甲、乙、丙三图的时间t0、t1和t2是一致的。(2)随着反应的进行反应物因被消耗而减少,生成物因生成而增多。(3)t2时,反应物被消耗干净,生成物也不再增加,此时反应速率为0。4.影响酶活性的曲线(3)反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。5.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响【例3】如图甲是H2O2酶活性受pH影响的曲线,图乙表示在最适温度下,pH=b时H2O2分解产生的O2量随时间的变化。若该酶促反应过程中改变某一初始条件,以下叙述正确的是()典例训练A.pH=a时,e点下移,d点左移B.pH=c时,e点为0C.温度降低时,e点不移,d点右移D.H2O2量增加时,e点不移,d点左移【解题指导】

pH=a时,e点不变,d点应该是右移;pH=c时,e点不为0,因为过氧化氢不稳定,所以过氧化氢酶即使是失效的,过氧化氢也会分解;由于乙图是最适pH和最适温度下的催化速率变化,因此温度降低,d点右移,但e点不变;过氧化氢量增加时,e点上移,d点右移。答案:C【例4】(2014·临海模拟)如图曲线b表示在最适温度、最适pH条件下,反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是()A.酶量是限制曲线AB段反应速率的主要因素B.酶量减少后,图示反应速率可用曲线a表示C.升高温度后,图示反应速率可用曲线c表示D.减小pH,重复该实验,A、B点位置都不变【解题指导】

在AB段,酶促反应速率随反应物浓度的增大而增大,说明限制曲线AB段反应速率的主要因素是反应物浓度。酶量减少时,在较低反应物浓度下,即可达到最高催化速率。因为该实验是在最适温度、最适pH条件下测得的相关数据,所以升高温度后,部分酶失活,酶促反应速率会下降。减小pH,酶的活性也下降,A、B点位置会发生变化。答案:B走出误区误区1误认为酶的本质只是蛋白质点拨:酶的本质多数是蛋白质,少数为RNA。误区2误认为酶只在细胞内起催化作用。点拨:既可在细胞内,也可在细胞外、体外发挥作用误区3误认为只有具分泌功能的细胞才能产生酶。点拨:凡是活细胞都能产生(不考虑成熟红细胞)。误区4误认为酶在反应前后发生了变化。点拨:酶催化化学反应的过程是:酶与底物结合,形成酶—底物复合物,然后这个复合物会发生一定的形状变化,使底物变成产物,并从复合物上脱落,同时酶分子又恢复原状。误区5误把酶的活性等同于酶促反应速率。点拨:酶的活性改变会影响酶促反应速率,但酶促反应速率的改变不全是由酶的活性改变引起的。温度和pH是通过影响酶的活性来影响酶促反应速率的,而底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触来影响酶促反应速率的,并不影响酶的活性。不同因素对酶促反应速率的影响机理不同。误区6误认为低温对酶活性的影响与高温对酶活性的影响相同。点拨:低温下,酶活性只是受到抑制而下降,并未变性而失活,温度升高时酶活性会逐渐恢复。高温、过酸、过碱则不同,它们改变酶的结构,酶失去活性,直到丧失活性,即使恢复最适条件,酶也不会恢复活性。误区7混淆酶与激素化学本质、生理作用及来源。点拨:酶激素来源活细胞专门的内分泌腺或具有内分泌功能的细胞化学本质绝大多数是蛋白质,极少数是RNA多肽、蛋白质、氨基酸衍生物、脂质等生理功能催化化学反应调节新陈代谢考点三与酶相关的实验探究问题引领:(1)如何验证酶的特性?(2)如何探究酶的最适温度、最适pH?知识归纳1.验证酶的本质验证酶是蛋白质实验组:待测酶溶液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应;对照组:标准蛋白质溶液+双缩脲试剂→紫色反应。变量分析:自变量为待测酶溶液和标准蛋白质溶液;因变量为是否有紫色反应。实验结果分析:通过对照,实验组若出现紫色,证明待测酶的化学本质是蛋白质;不出现紫色,则该酶的化学本质不是蛋白质。2.验证酶的催化作用实验组:底物+相应的酶液→底物是否被分解;对照组:底物+等量蒸馏水→底物不被分解。变量分析:自变量为相应的酶液的有无;因变量为底物是否被分解。实验结果分析:根据底物性质利用相应试剂检测,若底物被分解,则证明酶具有催化作用,否则不具有催化作用。3.验证酶的专一性(1)设计思路:常见的方案有两种,即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同,最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。(2)设计方案项目方案一方案二实验组对照组实验组对照组材料同种底物(等量)与酶相对应的底物另外一种底物试剂与底物相对应的酶另外一种酶同一种酶(等量)现象发生反应不发生反应发生反应不发生反应结论酶具有专一性酶具有专一性4.验证酶的高效性(举例——比较过氧化氢在不同条件下的分解)变量分析:注意事项(1)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。(2)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。(3)滴加二氧化锰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,少量酶带入二氧化锰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。5.探究某种酶的最适温度典例训练【例5】下图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解实验”。有关分析合理的是()A.本实验的因变量是不同的催化剂B.本实验的无关变量有温度和酶的用量等C.1号与3号,1号与4号可分别构成对照实验D.分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应的活化能【解题指导】

分析题图可发现有两个自变量,即温度和催化剂的种类;当观察温度对化学反应的影响时,除温度外其他条件为无关变量,若观察不同催化剂对化学反应的影响时,除催化剂的种类外其他均为无关变量;1号与3号相比,唯一不同的是没有滴加FeCl3溶液,1号与4号相比,不同的是没有滴加肝脏研磨液,因此它们都可构成一组对照实验;比较1号和2号试管的实验结果,发现2号试管中释放的气泡多,说明加热能提高反应速率,但不是降低反应的活化能。答案:C【前连后挂】

(1)实验步骤的设计应遵循的原则是什么?答案提示:①遵循对照原则,如为验证酶具有催化作用,需要加酶的实验与无催化剂的实验形成对照;为验证酶具有高效性,需要加酶的实验与加无机催化剂的实验形成对照。②遵循单一变量原则,实验组与对照组间只有一个变量。③控制无关变量原则,不同组别的实验中,试剂应加相同的量;应在相同的外界条件下进行等。④平行重复原则。(2)无关变量就是不起作用的变量吗?答案提示:无关变量并不是不起作用的变量,在实验中无关变量需要保持最适状态,否则会影响实验结果。【例6】在“探究影响酶活性的因素”实验中正确的操作是()A.若探究pH对酶活性的影响,可选择过氧化氢溶液为底物B.若探究温度对酶活性的影响,可选择过氧化氢溶液为底物C.若探究温度对淀粉酶活性的影响,可将淀粉与淀粉酶两溶液混合后再调控温度D.若探究温度对淀粉酶活性的影响,可选择本尼迪特试剂对实验结果进行检测【解题指导】

过氧化氢加热即可分解,如果用其探究温度对酶活性的影响,则结果会不准确,故A正确、B错误。在探究温度对酶活性的影响时,必须将底物淀粉与淀粉酶分别先用相同温度处理后再混合,如果先混合再处理,由于酶的高效性,底物与酶可能已经反应,使实验结果不准确,故C错误。本尼迪特试剂反应的条件需要热水浴加热,而加热会对酶活性产生影响;可选用碘—碘化钾溶液鉴定剩余淀粉的量来确定酶的活性,故D错误。答案:A与酶有关的实验中相关试剂选择的方法(1)酶的专一性验证实验中,不能选用碘—碘化钾溶液作检测试剂,因为碘—碘化钾溶液无法检测蔗糖是否发生了水解;应该用本尼迪特试剂检测。(2)探究温度对酶活性的影响实验中,不宜选用过氧化氢酶催化过氧化氢分解,因为在加热条件下,不加过氧化氢酶,过氧化氢分解也加快。(3)探究温度对酶活性的影响实验中,不宜选用本尼迪特试剂检测淀粉分解情况,而应选择碘—碘化钾溶液,因为本尼迪特试剂需要用热水浴加热后才会显出红黄色沉淀,而加热会对酶活性产生影响。突破方法实验:探究pH对过氧化氢酶的影响实验基础实验探究·积累技能

透析实验分析误差(2)pH影响酶的活性,从而影响氧气的生成量,可用

1

来测量。2H2O+O2

倒置量筒中的气体量【材料分析】(1)动物肝脏细胞和马铃薯中过氧化氢酶的浓度很高,使用前要将新鲜的动物肝脏或马铃薯制成匀浆,以释放细胞中的

,并保证其活性。(2)量筒要灌满水并倒置于水槽中,保证收集到的气体只有过氧化氢分解产生的

。过氧化氢酶氧气【实验步骤】设置实验装置

将

放入反应小室的一侧内壁上

向反应小室中加入pH为5.0的缓冲液和H2O2溶液

将一个量筒充满水倒置于水中,用一玻璃管与反应小室相连

将反应小室小心旋转180°,使H2O2溶液接触

1

记录数据

分别选取pH为6.0、7.0、8.0的缓冲液重复实验浸有过氧化氢酶的滤纸片滤纸片透析实验1.实验中使用鲜肝匀浆的原因是什么?透析:动物肝脏细胞中过氧化氢酶的含量很高,使用前将新鲜的动物肝脏制成匀浆,以释放肝脏细胞中的过氧化氢酶,并保证过氧化氢酶的活性。2.本实验的自变量是什么?至少设计几组实验?透析:自变量是pH,应该设置具有一定梯度的多个不同的pH条件。至少设置“低pH、最适pH、高pH”三组实验。3.向反应小室中加入各种液体时,为什么不要接触到贴在内壁上的滤纸片?透析:滤纸片中含有过氧化氢酶,向反应小室中加入液体时若接触到贴在内壁上的滤纸片,会导致过氧化氢酶催化液体中的过氧化氢分解,影响实验结果。4.为什么每次实验前都要反复冲洗反应小室?透析:所有的实验都要严格保证不混淆,不应该有上一次反应后的剩余溶液,每次实验完后,应充分冲洗,然后用相应的缓冲液再冲洗一遍。误差分析误差1:实验现象不明显。原因分析:过氧化氢不新鲜、肝脏的新鲜程度低、温度的不适宜等。误差2:量筒里面收集的气体比实际释放值高。原因分析:收集气体前,没有排尽量筒内的空气,或在收集过程中空气再次进入了量筒。命题设计根据以下探究影响酶活性因素的实验,回答问题。Ⅰ.为验证pH对唾液淀粉酶活性的影响,实验操作步骤如下:①在1～5号试管中分别加入0.5%的唾液1mL。②加完唾液后,向各试管中加入相应的缓冲液3mL。使各试管中的pH依次稳定在5.00、6.20、6.80、7.40、8.00。③分别向1～5号试管中加入0.5%的淀粉液2mL,然后放入37℃温水中恒温水浴。④反应过程中,每隔1min从第3号试管中取出一滴反应液滴在比色板上,加1滴碘液显色。待呈橙黄色时,立即取出5支试管,加碘液显色并比色,记录结果如下表:项目12345pH5.006.206.807.408.00颜色+++橙黄色+++注:“+”表示蓝色程度。(1)实验设计中,因变量是

。

实验过程中选择37℃恒温的理由是

。

(2)3号试管加碘液后出现橙黄色,说明

。

(3)如果反应速率过快,应当对唾液进行怎样的处理?

。

(4)该实验得出的结论是

。

Ⅱ.为探究高温对酶活性的影响,某同学设计了如下实验:实验步骤与结果:(1)①取两支洁净试管,编号为1和2。②在1号管中加入2mL3%的新鲜过氧化氢溶液,2号管中加入1mL20%的新鲜肝脏研磨液,分别置于100℃恒温水浴5分钟。③将2号管中的肝脏研磨液加入1号管,振荡摇匀,再置于100℃恒温水浴5分钟,结果未观察到气泡产生。(2)结果分析:推断观察不到气泡产生的两种可能原因:

,

。

解析:Ⅰ.本实验的目的是验证pH对酶活性的影响,所以在实验过程中,pH是唯一的自变量,其他的条件都是无关变量,应保持一致;从实验结果分析,第三组是对照组,选择37℃的原因有两个,一是保证温度恒定,排除温度对实验过程的干扰,二是37℃是唾液淀粉酶的最适催化温度。酶活性高低为因变量,通过观察颜色的变化来判断淀粉的分解情况,颜色变化为观察指标。如果反应速率过快,应当适当地稀释酶溶液,降低反应速率;根据实验目的,从反应的结果分析,该实验的结论是唾液淀粉酶催化的最适pH是6.80,高于或低于此值,酶的活性都会降低。Ⅱ.由于过氧化氢具有热不稳定性,实验过程中高温可使底物过氧化氢全部分解,从而观察不到气泡产生;也可能是因为高温使过氧化氢酶变性失活,不能催化过氧化氢分解产生气体。答案:Ⅰ.(1)酶活性高低保证温度恒定,排除温度对实验过程的干扰;37℃是唾液淀粉酶的最适催化温度(2)淀粉已经完全分解(3)适当稀释唾液(4)唾液淀粉酶催化的最适pH是6.80,高于或低于此值,酶的活性都会降低Ⅱ.(2)高温使过氧化氢酶变性,失去活性高温使底物过氧化氢全部分解(或既有过氧化氢酶变性,又有底物被全部分解)题组演练·科学高效

题组集训对点落实题组一ATP的组成、功能及ATP与ADP的相互转化1.如图ATP(甲)是生命活动的直接能源物质,下列叙述正确的是()A.在主动转运过程中,乙的含量会显著增加B.甲→乙和丙→乙过程,起催化作用的酶空间结构相同C.丙中不含磷酸键,是RNA的基本组成单位之一D.丁由腺嘌呤和核糖组成,而戊可用于甲的合成解析:生物体内ATP与ADP的含量比较少,且处于动态平衡,A项错误;甲→乙过程是水解酶起作用,而丙→乙过程是合成酶起作用,酶的种类不同,空间结构不相同,B项错误;丙中含有一个普通磷酸键,C项错误;ATP合成时要消耗磷酸(戊),D项正确。D2.(2014·温州联考)图示为生物界能量转换关系图解,下列叙述中正确的是()A.①在叶绿体基粒上进行,②主要在线粒体中进行B.⑥发生在动物细胞中,且条件是细胞中ATP较多时C.对于能量代谢来说,③属于能量的释放和转移D.⑦释放的能量可以用于CO2的固定和胆固醇的吸收C解析:光合作用过程中的光反应①可以将光能转化成化学能储存在ATP中,ATP中的化学能又可通过②碳反应(发生在叶绿体基质中)转移到有机物(葡萄糖)中,葡萄糖再通过聚合反应形成多糖,从而将能量转存在多糖等有机物中。同理,多糖可通过④水解形成葡萄糖,然后通过③细胞呼吸作用,将有机物中的能量释放出来,一部分转移到ATP中,⑦指ATP可以通过水解释放出高能磷酸键中的化学能,供各种需能的生命活动利用。磷酸肌酸转化成ATP的条件是细胞中ATP较少时。题组二酶的概念、本质及作用机理3.关于酶的叙述,错误的是()A.同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中B.低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构C.酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度D.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个化学反应的底物解析:有些酶是生命活动所必需的,比如与细胞呼吸有关的酶,在分化程度不同的细胞中都存在,A正确;导致酶空间结构发生破坏变形的因素有过酸、过碱、高温等,低温只能降低酶的活性,不会破坏其空间结构,B错误;酶的作用实质即为降低反应所需活化能从而提高反应速度,C正确;酶是蛋白质或者RNA,本身是催化剂,也可作为底物被蛋白酶或者RNA酶降解,D正确。B4.如图甲表示麦芽糖酶催化麦芽糖水解的模型,图乙表示在最适温度下,麦芽糖酶的催化速率与麦芽糖量的关系。下列相关叙述错误的是()A.该模型能解释酶的催化作用具有专一性,其中a代表麦芽糖酶B.可用本尼迪特试剂鉴定麦芽糖酶是否完成对麦芽糖的催化水解C.如果温度升高或降低5℃,f点都将下移D.限制f～g段上升的原因是酶的数量,故整个实验中应设置“麦芽糖酶