专题09 降低化学反应活化能的酶 细胞的能量通货—atp

专题09 降低化学反应活化能的酶 细胞的能量通货—atp 第三单元 细胞代谢 专题09 降低化学反应活化能的酶 细胞的能量通货—ATP 考点一 酶在细胞代谢中的作用 1(酶的催化作用 概括地说，酶是一种生物催化剂，它可以使原本较难发生的化学反应在生物体内温和的条件下，快速、高效地进行，这些反应一方面为生命活动提供必需的物质，一方面化解代谢产生的有毒物质。 2(变量与对照实验 溶液 FeCl肝脏研磨液 3 (1)控制变量: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作自变量，上述实验中氯化铁溶液和肝脏研磨液，都属于自变量，随着自变量的变化而变化的变量称作因变量，上述实验中酶的活性(以过氧化氢分解速率来表示)就是因变量。除自变量外，实验过程中可能还存在一些可变因素，会对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。 (2)对照实验:除一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。上述实验中只有催化剂是改变的，其余因素(如反应物的性质和浓度)都没有变化。对照实验一般要设置对照组和实验组，上述实验中的1号试管就是对照组，2号、3号和4号试管是实验组。在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。 例1、(2013四川卷4)下列所采取的措施中，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FeCl溶液提高过氧化氢的分解速率 3 D(利用水浴加热提高胡萝卜素的萃取效率 变式训练1、(2015届湖南省雅礼中学高三第二次月考生物试卷)下图曲线表示在不同条件下某化学反应的能量变化过程，相关分析正确的是( ) A(若?表示加酶的反应，?表示加无机催化剂的反应，则BC表示酶降低的活化能 B(若?表示加酶的反应，?表示不加催化剂的反应，则BC表示酶降低的活化能 C(若?表示加无机催化剂的反应，则?表示加酶反应时B点上移 D(若?表示加酶的反应，?表示不加催化剂的反应，则该图可表明酶的高效性 【误区警示】 1(酶的催化作用 (1)加热促使过氧化氢分解，是因为加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。 3，(2)Fe和过氧化氢酶促使过氧化氢分解，但它们并未供给过氧化氢能量，而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。如果把化学反应比做驾车翻越一座高山，加热、加压相当于给汽车加大油门，用催化剂则相当于帮司机找到一条穿山隧道。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。 2(与酶有关实验的易混易误点分析 (1)探究温度对酶活性的影响:?不能用过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响，因为加热本身也能使过氧化氢分解加快。?必须在达到预设的温度条件后，再让反应物与酶接触，避免在未达到预设的温度时反应物与酶接触发生反应，影响实验结果。?在探究温度对淀粉酶活性影响的实验时，最好不用斐林试剂来检测淀粉是否在淀粉酶的催化下水解生成麦芽糖等还原糖，因为加入斐林试剂后需要加热才能出现砖红色沉淀，这样原处于低温条件下的淀粉酶的活性会慢慢恢复，催化淀粉水解产生还原糖，导致形成错觉，从而得出错误的结论。 (2)用不同底物、同种酶来探究酶的专一性时，若是用淀粉酶作用于淀粉、蔗糖两种底物，则应用斐林试剂作为检测试剂，不能选用碘液作为检测试剂，因为碘液无法检测蔗糖是否发生了水解。 考点二 酶的本质 1、酶的本质 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 合成场所 核糖体 细胞核(主要) 来源 一般活细胞中均能产生 生理功能 具有生物催化功能 化学本质 绝大多数是蛋白质 2(高中生物常见酶归纳 种类 作 用 DNA连接酶 连接DNA末端;催化形成磷酸二酯键;用于基因工程拼接目的基因和运载体(连接不具特异性) DNA聚合酶 把单个的脱氧核苷酸聚合成单链DNA;催化形成磷酸二酯键;用于DNA复制及逆转录 DNA解旋酶 将双链DNA解旋为两单链;作用于氢键;用于DNA复制 RNA聚合酶 把单个的核糖核苷酸聚合成RNA;催化形成磷酸二酯键;用于转录 例2、(2014福建卷1)用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是( ) A(蛋白酶 B(RNA聚合酶 C(RNA D(逆转录酶 变式训练2、(2015届广西柳州市第一中学高三第一次模拟考试生物试卷)RNaseP酶由20,的蛋白质和80,的RNA所组成,科学家发现如果将该酶中的蛋白质除去,留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性。这一结果表明( ) A.酶都是由RNA和蛋白质组成的 B.绝大多数酶是蛋白质,少数是RNA C.某些RNA具有生物催化作用 D.酶的化学本质是蛋白质 考点三 酶的作用特性 1、酶的特性 713(1)高效性:酶的催化效率大约是无机催化剂的10,10倍。 (2)专一性:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (3)作用条件较温和:高温、过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活;在低温下，酶的活性降低，但不会失活。 2(曲线解读 1)表示酶高效性的曲线: ( ?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。 ?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。 (2)表示酶专一性的曲线: ?在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物A参加反应。 ?在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化底物A参加反应。 (3)影响酶活性的曲线: ?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。 ?过酸、过碱、高温都会使酶失活，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。 ?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: ?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。如图甲。 ?在底物充足，其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。如图乙。 知识拓展:与酶相关的实验探究 1(酶的专一性的实验探究方法——对比法 (1)设计思路:常见的有两种，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 方案一 方案二 项目 实验组 对照组 实验组 对照组 与酶相对 另外一 材料 同种底物(等量) 应的底物 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 (3)实例:探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用 实验原理: 酶,淀粉，非还原糖，――?麦芽糖,还原糖 斐林试剂， 酶 ,蔗糖，非还原糖，――?葡萄糖，果糖 ?水浴加热 砖红色沉淀 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(酶的高效性实验探究 实验中自变量是无机催化剂和酶，因变量是反应物分解速率。 3(影响酶活性的外界因素的实验探究 实验的自变量(即单一变量)为温度或pH，因变量是反应速率，可用生成物的量或反应物的剩余量表示。 实验的注意事项 ?研究酶的适宜温度实验时，不宜选用过氧化氢酶催化HO的分解，因为过氧化氢在加热的条件下分解会22 加快。鉴定淀粉是否分解用碘液，不应选用斐林试剂，因为斐林试剂需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。 ?研究酶的适宜pH实验时，由于酸对淀粉有分解作用，并且碘—碘化钾可与碱反应，所以一般不选用淀粉和淀粉酶作为实验材料，常选用HO和过氧化氢酶。 22 例3、(2015江苏卷7)下列关于酶的叙述,正确的是( ) 食欲减退是因为唾液淀粉酶失去了活性 A. 发烧时, B. 口服多酶片中的胰蛋白酶可在小肠中发挥作用 C. 用果胶酶澄清果汁时,温度越低澄清速度越快 D. 洗衣时,加少许白醋能增强加酶洗衣粉中酶的活性 变式训练3、(2015届湖南省雅礼中学高三第二次月考生物试卷) 下列关于酶的曲线图的相关叙述正确的是( ) A(甲图所示的酶可代表唾液淀粉酶，低温时酶并未失活 B(乙图所示的酶可代表胰蛋白酶，PH过高或过低时酶失活 C(丙图中随着底物增加，酶的活性增强，反应速率增大 D(丁图中P点增加酶的量不会改变最终产物的量 知识延伸:常见酶的最适温度和最适pH 1.人体内酶的最适温度多为37?左右，一些嗜热菌内酶的最适温度可达50?以上。 2.常见酶最适pH 唾液淀粉酶 6.6-7.1 胰蛋白酶为 7.8-8.5 胃蛋白酶为 2-3 过氧化氢酶 6.8 凝血酶 7-9 马铃薯的酪氨酸酶活性最适合的PH为8.2 考点四 ATP的结构 1(ATP的结构 (1)元素组成:C、H、O、N、P。 (2)化学组成:1分子腺苷和3分子磷酸基团。 (3)结构式: 由结构式可看出，ATP的结构特点可用“一、二、三”来总结，即一个腺苷 、二个高能磷酸键、三个磷酸基团。 思维拓展 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总是处于一种动态平衡中。 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都不完全相同，但是物质是可循环利用的。 3(ATP的形成需要满足4个条件:2种原料(ADP和Pi)、能量和酶。另外合成ATP的过程中有水生成。 4(ATP并不都是能用于各项生命活动，光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反应，转化成有机物中的能量。 5(生物体进行生命活动主要由ATP直接提供能量。但ATP并非新陈代谢所需能量的唯一直接来源，其他核苷的三磷酸酯也可以直接为生命活动提供能量。 例4、(2015年海南卷)ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP的叙述，错误的是 A(酒精发酵过程中有ATP生成 B(ATP可为物质跨膜运输提供能量 C(ATP中高能磷酸键水解可释放能量 D(ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成 变式训练4、(2015届湖南省雅礼中学高三第二次月考生物试卷)下图是生命活动的最常用的直接的能源物 质的结构式，相关描述正确的是( ) A.?是腺嘌呤 B.?是腺嘌呤脱氧核苷酸 C.?是ADP，其高能磷酸键非常容易断裂 D.?是ATP，人体细胞中主要在线粒体内合成 考点五 ATP在细胞代谢中的作用 1( ATP与ADP的相互转化 ATP的合成 ATP的水解 ADP，Pi，能量?ATP ATP?ADP，Pi，能量 反应式 ATP合成酶 ATP水解酶 所需酶 能量来源 光能(光合作用)，化学能(细胞呼吸) 储存于高能磷酸键中的能量 储存于形成的高能磷酸键中 用于各项生命活动 能量去路 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位 反应场所 2(ATP的形成途径 3(ATP产生量与O2供给量、呼吸强度的关系 甲图表示ATP产生量与O2供给量的关系，乙图表示ATP产生量与呼吸强度的关系。 (1)A点表示在无氧条件下，细胞可通过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的产生量随之增加。 (3)BC段表示O2供应量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。 4(ATP的产生场所 植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体，而动物产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。 思维拓展 有关“生物与能量”的知识归纳 (1)“物质合成”:如细胞分裂间期蛋白质的合成和DNA的复制、葡萄糖合成糖原、甘油和脂肪酸合成脂肪等，需要消耗ATP。但蛋白质在消化道内被消化为氨基酸不消耗ATP。 (2)“神经传导”:在神经纤维上表现为动作电位，需要消耗ATP;在突触小体内，进行神经递质的合成与释放，需要消耗ATP。 (3)病毒等少数种类的生物不具有独立代谢能力，其增殖或复制过程也要消耗ATP，这些ATP是由宿主细胞代谢产生的。ATP与ADP相互转化的供能机制是生物界的共性。 (4)植物光合作用光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段C3的还原，不用于其他生命过程;植物或动物细胞呼吸产生的ATP才能用于多种生命过程。 (5)光能进入生物群落后，以化学能的形式储存于有机物中，以有机物为载体通过食物链流动。 (6)能量在生物群落中单向流动，不能重复利用。 (7)吸能反应与放能反应:在生物体内，消耗ATP的反应即为吸能反应，合成ATP的反应即为放能反应。 例5、(2014新课标?卷2) 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 变式训练5、(2015届河南省南阳市高三4月模拟理综生物试卷)细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP直接供能，下列叙述正确的是( ) A(ATP合成酶通过为ADP供能和降低活化能来催化ATP的合成 B(无光条件下，线粒体是植物叶肉细胞中能产生ATP的唯一场所 C(马拉松运动中，骨骼肌细胞内ATP的水解速率远大于合成速率 D(细胞中的能量通过ATP在吸能和放能反应之间的循环实现流通