高一生物单元速记与巧练（人教版）第五章 细胞的能量供应与利用（一）速记清单（解析版）

细胞的能量供应与利用（一）第一节降低化学反应活化能的酶考点1:酶的作用和本质1.细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢，包括分解代谢和合成代谢。2.酶在细胞代谢中的作用（1）作用：酶在细胞代谢中具有催化作用。（2）作用机理：降低化学反应的活化能。（3）意义：正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。【探究实践】比较过氧化氢在不同条件下的分解123434123434实验讨论：①1.2号管现象与1号管不同，说明了什么？【答案】加热能促进H2O2的分解,提高反应速率；②2.3号和4号管并未加热，也有大量气泡产生，说明什么？【答案】FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。③3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快,这说明什么？【答案】过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。④2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多,为什么？【答案】一样多，几支试管的H2O2溶液的体积和浓度都相同。实验结论：（1）水浴加热、FeCl3、过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。（2）与无机催化剂FeCl3相比，过氧化氢酶的催化效率要高得多。（3）过氧化氢酶在细胞外（或体外）也能发挥作用。3.酶的作用机理（1）在常态下，几乎所有H2O2分子都不易分解，为什么加热后，一小部分则可以分解。【答案】因为加热使H2O2分子获得了能量。活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量。（2）无机催化剂和酶是通过怎样的途径加快化学反应速率的？【答案】降低化学反应所需要的活化能，使活跃态的分子增多。（3）为什么酶的催化效率比无机催化剂快？【答案】酶更显著地降低了化学反应所需要的活化能。（4）为什么说酶对于细胞代谢的顺利进行至关重要？【答案】细胞的正常代谢需要在温和的条件下快速进行化学反应，而酶满足以上要求。4.分析酶的作用机理曲线①表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是AC①表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是AC段。②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是BC段。③表示酶降低的活化能是AB段。酶的本质（1）本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA。（2）合成原料：氨基酸、核酸核苷酸。（3）合成场所：核糖体、细胞核等。（4）来源：大多数活细胞。（5）功能：具有催化作用。【注意】反应前后，酶的化学性质和数量保持不变。【拓展】鉴定酶本质的实验原理和方法例题：某科研小组经研究得知X酶存在于人的肝细胞中，能将糖原分解为还原糖。酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，请利用这一原理设计实验，探究X酶的化学本质究竟是蛋白质还是RNA。简要写出实验思路，并预期实验结果及结论(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)。A.酶解法B.试剂检测法从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。因此可利用双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反应，RNA与吡罗红染液作用显红色的原理。考点2:酶的特性酶具有高效性（1）含义：与无机催化剂相比，酶的催化效率是无机催化剂的107～103倍。（2）图解：（3）分析：①酶比无机催化剂的催化效率更高；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酶不能改变最终生成物的量。酶具有专一性（1）含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。（2）图解：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的反应速率明显较快，说明酶A可催化该反应，即酶具有专一性。（3）图解酶的专一性如图表示酶促反应的过程,图中A表示酶,B表示被催化的反应物,C、D表示生成物,酶在反应前后的性质和数量均不发生变化。3.酶的作用条件较温和（1）含义：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。（2）图解：①在最适温度和pH条件下，酶的活性最高，温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会降低。②过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。考点3:影响酶促反应速率的因素1.酶促反应速率:在酶的催化作用下化学反应进行的速率称为酶促反应速率,一般用单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。2.酶活性:可用在一定条件下酶催化某一化学反应的速率表示。3.影响酶促反应速率的因素可分为影响酶活性的因素和不影响酶活性的因素,前者通过影响酶的空间结构影响酶活性,包括温度、pH、抑制剂、激活剂、重金属等;后者包括底物浓度、酶浓度。4.影响酶促反应的因素曲线分析(1)温度和pH对酶促反应的影响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,酶的催化作用逐渐减弱。②过酸、过碱、高温会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活;低温只是会影响酶促反应速率,但不会破坏酶的空间结构,在适宜升高温度的情况下,酶促反应速率会逐步提高。③在0℃左右时,酶促反应速率很低,但酶的空间结构稳定,因此酶制剂适宜在低温保存。④从下图可以看出:反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响乙甲乙甲a.甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率随底物浓度的增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受酶量的限制,酶促反应速率不再增加。b.乙图:在其他条件适宜、底物充足的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。第二节细胞的能量“货币”ATP考点1:ATP的分子结构与功能1.组成元素：C、H、O、N、P。2.名称：腺苷三磷酸。3.化学组成：1分子腺苷和3分子磷酸基团。4.结构简式：A-P~P~P。ATP中，A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖构成；T代表三，P代表磷酸基团；一代表普通化学键，～代表一种特殊的化学键。5.特点（1）ATP是一种高能磷酸化合物，含有2个“~”。（2）由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥，使得“～”不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。（6）功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。【注意】生物体内的能源物质总结(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。(2)主要能源物质：糖类。(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。(4)主要储能物质：脂肪。(5)直接能源物质：ATP。(6)最终能量来源：太阳能。考点2:ATP与ADP可以相互转化转化原因ATP中远离腺苷的“～”既容易水解，也容易形成，伴随着“～”的水解实现ATP到ADP的转化，而“～”的形成与ADP到ATP的转化相伴随。ATP与ADP可以相互转化ATP与ADP的相互转化分析项目ATP的合成ATP的水解反应式ADP+Pi+能量→ATPATP→ADP+Pi+能量能量来源光能（光合作用）、化学能（细胞呼吸）储存在特殊化学键中的能量能量去路形成特殊的化学键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联系（1）ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP和ADP总是处于一种动态平衡（2）ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。因为转化过程中所需的酶、能量的来源和去路及反应场所不完全相同（3）合成ATP的过程中有水生成，水解ATP的过程中有水消耗意义（1）保证细胞内有一个相对稳定的能量供应库。（2）ATP在能源物质供能过程中处于核心地位，绝大多数能源物质中的能量只有先转移到ATP中才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可以转化为不同形式的能量。（3）能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。考点3:ATP的利用1.ATP的利用形式ATP中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于各项生命活动，这些能量主要有以下6种形式。渗透能、机械能、电能、化学能、光能、热能。2.ATP为主动运输供能（1）参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。（2）在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。（3）载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2+的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。考点4:细胞中的吸能和放能反应1．概念：吸能反应中产物分子中的势能比反应物分子中的势能高；放能反应中产物分子中的势能比反应物分子中的势能低。2．吸能、放能反应与ATP的关系ATP是吸能反应与放能反应之间的纽带，ATP水解产生的能量用于吸能反应，ATP合成的能量来自细胞中的放能反应。绿色植物细胞中最重要的吸能反应是光合作用，所有细胞中最重要的放能反应是细胞呼吸。3.如果一个反应发生时释放ATP，则这个反应为放能反应；相反，则为吸能反应。疑难1：酶与无机催化剂的共同点1．降低化学反应的活化能，使化学反应速率加快，但不改变生成物的量。2．只改变化学反应速率，不为化学反应提供物质和能量，本身不被消耗，反应前后性质不变。3．缩短达到平衡的时间，但不改变化学反应的方向和平衡点。疑难2:验证酶的作用及特性的实验设计与分析实验目的实验组对照组实验组衡量标准自变量验证酶具有催化作用底物+相应酶液底物+等量蒸馏水等底物是否被分解或底物分解速率酶溶液的有无验证酶的专一性底物+相应酶液另一底物+等量同种酶液底物是否被分解不同底物底物+相应酶液相同底物+等量另一种酶液不同酶溶液验证酶具有高效性底物+相应酶液底物+等量无机催化剂底物分解速率或产物生成速率无机催化剂和酶溶液【拓展】（1）探究温度对酶活性的影响时，一定要让底物和酶在所需的温度下保温一段时间，再进行混合。（2）若选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度，检测的试剂不可用斐林试剂代替碘液。因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会与还原糖发生特定的颜色反应，而该实验中需严格控制温度。（3）探究温度对酶活性的影响时，不适宜用H2O2为底物，因为高温条件下H2O2会分解。疑难3:影响酶活性的抑制剂和激活剂1.抑制剂（1）竞争性抑制剂：抑制剂与底物竞争酶。①第一类竞争性抑制剂：抑制剂的结构与酶的活性中心相似，当抑制抑制与酶结合时，就阻止了底物与酶结合，如果底物与酶结合也会阻止抑制与酶结构。②第二类竞争性抑制剂：抑制剂与酶的活性中心以外的部位结合，从而使酶的活性中心结构改变，阻止了酶与底物结合。如果酶与活性中心结合，使抑制剂结合部位的空间结构发生改变，从而阻止抑制与酶结合。（2）非竞争性抑制剂：抑制剂与底物不存在竞争关系。如图，抑制剂与酶的活性中心以外的部位结合，但是不会使酶活性中心的结构改变，因此，不影响酶与底物的结合，这样就形成了底物-酶-抑制剂的三元复合物，但是底物不会被酶催化为产物，从而达到抑制的作用。疑难4:辨析下列物质中A的含义1.ATP与核苷酸的关系组成ATP和核苷酸的元素是相同的，都是C、H、O、N、P。ATP分子去掉2个磷酸基团后剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸（AMP），是RNA的基本组成单位之一。2.不同物质结构中“A”的含义不同（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。（5）联系：它们的共同点是都含有腺嘌呤。其中，AMP（腺苷一磷酸，又名腺嘌呤核糖核苷酸）是RNA的基本组成单位之一。疑难5:ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质的实验验证(拓展)1.实验证据2.应用：ATP荧光检测仪ATP荧光检测仪基于萤火虫发光原理，利用“荧光素酶—荧光素体系”快速检测三磷酸腺苷（ATP）。由于所有生物活细胞中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明样品中(食品、药品、水体等)微生物与其他生物残余的多少，用于判断卫生状况。荧光素+O2+ATP→氧化荧光素(发出荧光)荧光强度越强→ATP含量越多→微生物数量越多疑难6:ATP拓展ATP不是唯一的直接能源物质，除ATP外，还有UTP、GTP和CTP。UTP是由一个尿嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的；GTP是由一个鸟嘌呤、一个核糖、三个磷酸连接而成的；CTP是由一个胞嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的。每个分子去掉两个磷酸基团后都是构成RNA的基本单位，它们的关系如下图所示：这四种物质中，ATP是生物体的直接能源物质，当人体在运动、吸收氨基酸、葡萄糖等营养物质时都会消耗ATP，ATP是能量“货币”。GTP可用于合成蛋白质，CTP可用于合成脂质，UTP可用于合成多糖。另外，ATP中的核糖若改变为脱氧核糖，就转变为dATP(脱氧腺苷三磷酸)。疑难7:ATP与ADP的相互转化不是可逆反应1.从反应条件上看，ATP的水解属于水解反应，催化该反应的酶属于水解酶。而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶。由于酶具有专一性，因此，两者反应条件有所不同。2.从反应场所上看，ATP合成的场所为细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP水解的场所较多。因此，ATP的合成场所与水解场所不完全相同。3.从能量来源上看，ATP水解释放的能量来源于储存在特殊化学键中的化学能；而合成ATP的能量主要来源于化学能和光能，即两者的能量来源不同。酶该考点基础层级训练内容为酶的作用、本质和作用机理,重难、综合层级多结合代谢知识考查酶的特性、影响酶活性的因素及相关实验。ATP该考点基础层级训练内容为ATP的结构和功能、ATP与ADP的相互转化,重难、综合层级多结合光合作用和呼吸作用来考查ATP的形成和利用。【真题再现】1．（2023·浙江·统考高考真题）某同学研究某因素对酶活性的影响，实验处理及结果如下：己糖激酶溶液置于45℃水浴12min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45℃水浴12min，酶活性仅丧失3%。该同学研究的因素是（

）A．温度 B．底物 C．反应时间 D．酶量【答案】B【分析】影响酶活性的因素有温度、PH、抑制剂和激活剂。由题干分析，己糖激酶溶液置于45℃水浴12min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45℃水浴12min，酶活性仅丧失3%。这两组实验的不同条件在于是否加入底物。【详解】A、由题干可知，两组实验的温度都为45℃，所以研究的因素不是温度，A错误；B、由题干分析，己糖激酶溶液置于45℃水浴12min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45℃水浴12min，酶活性仅丧失3%。这两组实验的不同条件在于是否加入底物。所以研究的因素是底物，B正确；C、由题干可知，两组实验的反应时间均为12min，所以研究的因素不是反应时间，C错误；D、由题干可知，两组实验的酶量一致，所以研究的因素不是酶量，D错误。故选B。2．（2022秋·福建泉州·高一福建省南安市侨光中学校联考阶段练习）头孢拉定是一种常见的医用口服抗生素，某人因长期服用头孢拉定，医生在其肠道中发现某种大肠杆菌的数量显著增加，下列分析正确的是（）A．该菌经化学成分分析，其含量最多的化合物是以碳链为骨架的生物大分子B．该菌含有的多种抗性基因都分布于细胞核中C．该菌中核糖体上合成的、能降解抗生素的酶活性比普通细菌中的强D．头孢拉定是一种蛋白质，强酸性环境会改变头孢拉定的空间结构，抑制其杀菌效果【答案】C【分析】原核细胞与真核细胞共有的特征是均有细胞膜、细胞质，均有核糖体这一种细胞器，均以DNA作为遗传物质，原核细胞与真核细胞最明显的差异是有无核膜包被的成形的细胞核。【详解】A、大肠杆菌细胞内含量最多的化合物是水，水不属于以碳链为骨架的生物大分子，A错误；B、大肠杆菌属于原核生物，没有细胞核，B错误；C、某人因长期服用头孢拉定，医生在其肠道中发现某种大肠杆菌的数量显著增加，说明该大肠杆菌中核糖体上合成的酶降解抗生素的能力比普通细菌的强，C正确；D、头孢拉定是一种常见的医用口服抗生素，属于小分子有机物，不是蛋白质，D错误。故选C。3．（2023春·北京大兴·高一统考期末）下列关于ATP的叙述，正确的是（

）A．ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成B．ADP转化成ATP所需能量均来自光能C．酶催化的生化反应必须由ATP提供能量D．ATP中的“A”与DNA中的碱基“A”含义不同【答案】D【分析】ATP的结构式可简写成A-P～P～P，式中A代表腺苷，T代表3个，P代表磷酸基团，～代表特殊的化学键。【详解】A、ATP由腺嘌呤、核糖和磷酸组成，A错误；B、ADP转化成ATP所需能量不都来自光能，还来自有机物中的化学能，B错误；C、酶催化的生化反应不一定需要ATP提供能量，C错误；D、ATP中的“A”为腺苷，与DNA中的碱基“A”—腺嘌呤，含义不同，D正确。故选D。4．（2023春·云南红河·高一校考开学考试）如图所示为ATP的结构及ATP与ADP之间的相互转化过程，下列说法正确的是（

）A．图一中的a代表腺苷，A代表的是腺嘌呤B．ATP生成ADP时图一中的c键断裂释放的能量伴随着细胞内许多的吸能反应C．ATP与ADP相互转化过程中物质和能量是可循环利用的D．酶1和酶2若为蛋白质，从功能上属于调节蛋白【答案】B【分析】据图一分析，a表示腺嘌呤核糖核苷酸，bc表示特殊化学键；图二ATP的水解释放能量供给细胞内吸能反应，以及生命活动的能量消耗，ATP的合成所需能量主要来自细胞呼吸，绿色植物还可来自光合作用。【详解】A、图一中的a代表腺嘌呤核糖核苷酸，不是腺苷，A错误；B、ATP生成ADP为ATP的水解过程，图一中的c键不稳定，容易断裂水解并释放能量，所释放的能量常用于吸能反应，B正确；C、ATP与ADP相互转化过程中，物质是可循环利用的，能量是不可逆的，ATP水解释放能量供给细胞内吸能反应，以及生命活动的能量消耗，ATP合成所需能量主要来自细胞呼吸，绿色植物还可来自光合作用。C错误；D、酶1和酶2若为蛋白质，从功能上属于催化作用，D错误。故选B。5．（2023春·云南红河·高一校考开学考试）生态酶制剂是一种无毒、无残留、无污染的微生物制剂，它能提高饲料营养成分的利用率，使质量差的饲料和优质饲料具有同样的饲喂效果，从而提高了饲料行业和养殖行业的经济效益。下列有关叙述错误的是（

）A．组成酶的基本单位是氨基酸或