高中生物-第一节-ATP和酶知识导航-苏教版.doc

第四章 光合作用和细胞呼吸
第一节 ATP和酶
思维激活
1.一般洗衣粉不易清除衣物的奶渍，但生物活性洗衣粉则可以。一袋生物活性洗衣粉包装袋上印有以下资料：

成分：蛋白酶0.2％，清洁剂15％；用法：洗涤前先将衣服浸于加有适量洗衣粉的水内一段时间，使用温水效果最佳；切勿用60 ℃以上的热水。注意：切勿用于丝质及羊毛衣料；用后须彻底清洗双手。
请根据以上资料完成有关问题：
(1)为什么该生物活性洗衣粉能较易清除衣物上的奶渍
(2)为什么洗涤前须先将衣物浸于有这种洗衣粉的水内一段时间
(3)试提供一个方法以缩短衣物浸水的时间，并加以解释。
(4)为什么包装盒上的用法指明切勿在60 ℃以上的热水中使用此洗衣粉
(5)试解释为什么此洗衣粉不能用于丝质及羊毛衣料。
提示:(1)因为其中含有蛋白酶，能分解污渍中的蛋白质。
(2)是为了使洗衣粉中的蛋白酶充分分解衣物中的蛋白质污渍。
(3)用温水浸泡衣物，因为酶的催化作用需要适宜的温度。
(4)因为温度过高会使酶失去活性(或高温破坏了酶的结构)。
(5)因为丝质及羊毛衣料中含有蛋白质，此种洗衣粉会损坏衣物。
2.随着社会的发展，各种各样的垃圾越来越多，垃圾处理也成为必须解决的重大问题，试想有哪些方法可以处理垃圾？
提示:垃圾污染成为当今社会的重要污染源之一，各国政府为了处理垃圾采取了多种措施，如填埋法、生物降解法等，随着酶工程技术的深入，人们开始探索采用酶降解技术处理污染物，并收到了良好的经济效益。生物科学已成为21世纪发展最快的学科，生物技术将是未来经济发展的新动力，它们将在农业、动物饲养业、能源、生物法处理环境污染、纤维和包装材料、药物和医学等领域形成巨大的产业。以重组DNA和基因克隆为标志的生物技术被称为“第三次技术革命”。
自主整理
1.生命活动的能量“通货”——ATP
（1）ATP结构简式是A－P—P—P，其中，A代表腺嘌呤核苷，T代表三，P代表磷酸基团，“—”代表共价键，“—”代表高能磷酸键。
（2）ATP结构特点
①ATP有两个高能磷酸键。
②ATP第二个高能磷酸键易断裂也易形成。
③ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸组成。
（3）ATP与ADP的相互转化
ATPADP+Pi+能量
①在生物体内能量的转换和利用中，ATP起着关键的作用，它直接为各种需能反应提供能量。
②人体细胞中ATP和ADP的相互转化在活细胞中永不停息地进行着，这既可以避免能量的浪费，又保证了及时供应生命活动所需能量。
2.酶与酶促反应
（1）酶的概念：由活细胞产生的、具有催化活性的一类特殊蛋白质，又称为生物催化剂。
（2）酶的特性
①催化效率高。
②酶的作用具有高度的专一性。一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。
③酶易失活。凡使蛋白质变性的因素，如强酸、强碱、高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。
（3）影响酶活性的因素：温度和pH
①温度：在一定温度范围内，酶的催化效率随着温度升高而加快。酶的活性最强，催化效率最高的温度称为酶的最适温度。超过最适温度，酶的催化效率随着温度的上升而减弱。低温和高温都能抑制酶的活性，但低温不使酶失活，高温使酶（蛋白质）变性而失去活性。
②酸碱度：同温度影响酶活性的情况基本一样，但过酸、过碱会使蛋白质变性而失去活性。不同的酶最适pH是不同的。
（4）影响酶促反应的速率的因素：温度、pH、酶的浓度、底物的浓度等。
高手笔记
1.ATP是一切生命活动的直接能源。ATP与ADP的相互转化保证了细胞正常生命活动的能量的供应。
2.酶的本质为大部分是蛋白质，少部分是核酸。酶的特性是具有高效性、专一性和多样性。
3.影响酶活性的因素是温度、pH。影响酶促反应的因素是温度、pH、酶的浓度、底物浓度和反应产物的浓度。
名师解惑
1.酶与一般催化剂的区别。
剖析：(1)酶作为生物催化剂，同样具有一般催化剂的特点：
①改变化学反应速率，降低反应活化能。
②不改变化学反应的平衡点，而反应前后本身并不发生变化。
（2）酶在催化过程中又有不同于一般无机催化剂的特点：
①酶的催化效率高，是一般催化剂的107—1013倍。
②酶具有高度的专一性。
③酶更容易失去活性(对环境条件的改变十分敏感)。
④酶的活性与辅酶、辅基及金属离子有关。
2.影响酶催化作用的因素有哪些？
剖析：有的化合物能增强酶的活性，这种化合物叫做酶的激活剂，有的化合物能抑制酶的活性，这种化合物叫做酶的抑制剂。
(1)温度对酶的影响：酶促反应都有一个最适温度，在此温度以上或以下酶活性均要下降。这是因为温度对酶促反应的影响有两个方面。其一，酶所催化的反应都是化学反应，化学反应的特点总是温度升高，反应速度加快，如下图中的曲线a；其二，酶分子本身会随温度的升高而发生热变性，温度升得越高，酶变性的速率也越快，升到一定温度，酶将完全失去活性，如曲线b。将这两个作用叠加在一起，使得酶所催化的反应表现出最适温度。如曲线c。
大约在0—40 ℃的范围内，一般酶的活性随温度升高而升高。高温使酶变性失活，活性不能恢复。低温仅降低酶活性，不失活，活性可以恢复。

（2）pH对酶的影响：酶通常在pH范围内才起作用，而且在某一pH下作用最强。下图为pH对酶作用影响的典型曲线。最适的pH范围可能很窄，也可能较宽，这取决于不同酶的特性。在过酸、过碱的环境中，酶失去活性，并且不能再恢复。

pH对酶作用的影响
（3）酶促反应速率与底物浓度的关系：在酶量一定的条件下，在一定范围内会随着底物浓度的增加，反应速率也增加，但达到一定浓度后酶促反应的速率也就不再增加了，原因是酶饱和了，如下图曲线所示。

3.怎样区别生命活动的直接能源物质、主要能源物质和最终能源？
剖析：生物体生命活动的直接能源是ATP，ATP水解时释放的能量直接用于各种生命活动；生物体内的糖类、脂类和蛋白质等有机物中都含有大量的能量，但生命的主要能源物质是糖类，糖类在体内氧化分解，释放的能量有一部分转移到ATP，以人体为例，在一般情况下，生命活动所需要的能量大约有70%左右是由糖类提供的；糖类等有机物中所储存的能量最终来自绿色植物光合作用所固定的太阳能，所以生物体生命活动的最终能源是太阳能。
4.ATP可以分解得到ADP，同样ADP也可以合成ATP，则，ATP与ADP的相互转变是化学上的可逆反应吗？为什么？
剖析：首先要搞清楚相互转化与可逆反应之间的本质区别，然后再联系细胞内ATP的合成与分解是两个完全不同的生理过程，就会明确其中的道理。ATP和ADP相互转化实际上表示ATP和ADP的循环过程,并不表示化学上的可逆反应。因为:①ATP转化为ADP的反应为水解反应，而ADP转化为ATP的反应为合成反应。根据酶的专一性特点，二者所需酶的种类不同。②从能量的来源看,ATP水解所释放的能量来自远离腺苷的那个高能磷酸键断裂。③反应进行的部位也各不相同。产生ATP的部位主要是细胞质基质、线粒体、叶绿体。ATP分解的场所较广泛。很显然ATP与ADP的相互转变并不是同时进行的,所以不是化学上的可逆反应。
5.ATP中的能量是如何利用的？
剖析：ATP是细胞内的直接能源物质，生物体的一切生命活动所需能量几乎都要靠ATP提供。但是ATP只是作为细胞内能量转换的“中转站”，ATP中的能量可以直接转换为其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量形式主要有机械能、电能、化学能、光能、热能、渗透能等。
6.我们知道酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，在生物体内所有的化学反应都需要有酶的参与，则，酶是否一定在细胞内发挥作用呢？
剖析：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。活细胞中的每一个化学变化都是在酶的催化作用下进行的，很多酶都是在细胞内发挥作用。但是有些酶要分泌到细胞外，如各种消化酶。另外，人们通过基因工程生产的很多酶，如洗衣粉中的酶，都是在细胞外发挥作用。
讲练互动
【例题1】对“ATPADP+Pi+能量”的叙述中,正确的一项是（ ）
A.反应向左进行和向右进行时所需要的酶都是一样的
B.反应向右进行时释放能量,向左进行时储存能量
C.整个反应是一个动态平衡的过程
D.植物细胞和动物细胞发生这个反应的生理过程都一样
解析：生物体进行的从ATPADP+Pi＋能量的过程和从ADP+Pi＋能量ATP的过程是两个截然不同的生理过程,它们发生的场所、所需要的酶是不同的,所以A项错。也正是两个过程发生的场所、所需要的酶不同,所以就不存在动态平衡问题,故C项不对。植物细胞可以通过光合作用产生ATP和消耗ATP,也可通过呼吸作用产生ATP,而动物细胞不能通过光合作用产生ATP,主要通过呼吸作用产生,所以D项也不对。
答案：B
绿色通道
产生ATP的能量来源：植物和动物都来自呼吸作用，植物还来自光合作用。ATP的含量在细胞内是一个动态平衡，但是转化的场所不同。
变式训练
1．下列生理过程不需要消耗ATP的是（ ）
A.在核糖体中合成血红蛋白 B.在肺泡表面进行气体交换
C.小肠吸收氨基酸 D.神经冲动在中枢传导
解析：考查对能量利用知识的理解与掌握。生物体内不断进行的各项生理活动绝大多数是需要消耗能量的,但也有一些并不消耗能量,如组织和肺泡内的气体交换、某些小分子物质出入细胞等。在题目给的四个选项中,只有在肺泡表面进行的气体交换不需要消耗能量。
答案：B
【例题2】(2006高考广东卷，7)（多选）下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用实验设计及结果。
试管编号
①
②
③
④
⑤
⑥
2 mL 3%淀粉溶液
+
+
+
-
-
-
2 mL 3%蔗糖溶液
-
-
-
+
+
+
1 mL2%的新鲜淀粉酶溶液
+
+
+
+
+
+
反应温度（℃）
40
60
80
40
60
80
2 mL斐林试剂
+
+
+
+
+
+
砖红色深浅*
++
+++
+
-
-
-
注：“+”表示有；“-”表示无。“*”：此行“+”的多少代表颜色的深浅
根据实验结果，以下结论正确的是（ ）
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.该淀粉酶活性在60 ℃比40 ℃高 D.淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性
解析：该题考查的是淀粉酶催化作用的专一性和温度对酶活性的影响。①与④，②与⑤，③与⑥对照说明淀粉酶只能催化淀粉分解，体现了酶的催化作用具有专一性。①②③对照说明酶的催化作用受温度的影响。
答案：BC
绿色通道
酶的催化作用受温度的影响，在一定范围内随温度升高而增强，达到最适温度时酶活性最强。超过最适温度随温度升高酶活性降低。酶的催化作用具有专一性。
变式训练
2．取1—5号五支试管，分别加入2 mL、0.5 mol／L的过氧化氢溶液，进行如下实验：
试管编号
加入物质
实验结果
1
1 mL唾液
几乎无气泡
2
锈铁钉
少量气泡
3
生土豆块
大量气泡
4
熟土豆块
几乎无气泡
5
生土豆块和稀盐酸
少量气泡
根据上述实验，判断下列说法正确的是（ ）
①能说明酶具有专一性的是1号和3号试管的实验 ②能说明酶具有高效性的是3号和4号试管的实验 ③2号实验说明氧化铁可将过氧化氢氧化成氧气 ④5号实验说明酶的催化效率受溶液酸度的影响
A.①② B.②③ C.①④ D.②④
解析：1号试管中唾液淀粉酶不能催化过氧化氢分解，3号试管中生土豆块所含的过氧化氢酶催化过氧化氢快速分解，产生大量气泡，1号和3号对照说明了酶具有专一性，4号试管中熟土豆块中的过氧化氢酶已在煮熟过程中变性失活，3号和4号对照说明酶的催化能力受温度影响。2号试管有少量气泡产生说明无机催化剂氧化铁催化过氧化氢的效率比较低，而不仅仅是将过氧化氢氧化成氧气。5号试管中加入生土豆块和稀盐酸产生少量气泡，说明酸性条件下过氧化氢酶的催化能力降低。正确的说法是①④。
答案：C
【例题3】对植物叶肉细胞内的关于ATP的叙述中，正确的是（ ）
A.ATP主要在线粒体、叶绿体中生成 B.它含有三个高能磷酸键
C.ATP转变为ADP的反应是可逆的 D.细胞内储存有大量的ATP，以供生理活动需要
解析：根据ATP的分子简式A－P—P—P可知，ATP含有两个高能磷酸键，ATP和ADP之间可以相互转化，但是两个反应所需要的反应条件、能量、进行的场所并不相同，所以ATP与ADP之间的相互转化并不是可逆的，生物细胞内并没有储存大量的ATP，当ATP大量消耗时，其他的高能化合物就释放出其中的能量，供给ADP生成ATP。所以B、C、D三项都有错误。
答案：A
绿色通道
本题是对识记水平的考查。我们应牢记ATP的分子简式，同时对ATP的生成途径以及在细胞内的含量、ATP与ADP的相互转化应灵活掌握，这样才能正确解答本题。
变式训练
3．ATP在细胞中能够释放能量和储存能量，从其化学结构看其原因是（ ）
①腺嘌呤核苷很容易吸收能量和释放能量 ②第三个高能磷酸键很容易断裂和再结合 ③第三个磷酸基团很容易从ATP上脱离（即第二个高能磷酸键断裂，使ATP转变成ADP，同时释放能量） ④ADP可以在酶作用下迅速与一分子磷酸结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键，使ADP转变成ATP
A.①③ B.②④ C.③④ D.①④
答案：C
【例题4】关于酶的叙述中，正确的是（ ）
A.酶只有在生物体内才能起催化作用 B.酶都有消化作用
C.调节新陈代谢的物质不是酶 D.酶都是在核糖体上合成的
解析：酶虽然是由活细胞产生的，但它的催化作用不一定局限于生物体内，只要条件适宜，体内体外都可起催化作用，例如探究活动“比较过氧化氢酶和Fe3＋的催化效率”中过氧化氢酶就是在试管中发挥作用的。故A项不正确。酶的催化作用表现在多方面，有的酶促进物质合成，有的酶促进物质分解，只有消化酶才能促进消化，故B项也不正确。调节新陈代谢的物质有激素、无机盐等，故C项正确。在核糖体上合成的物质是蛋白质，所以只有蛋白质类的酶才在核糖体上合成，核酶不能在核糖体上合成，故D项也不正确。
答案：C
绿色通道
本题考查的是对酶的概念及其化学本质的理解，属于理解水平上的考查。要正确解答此题，一要了解酶的化学本质，二要知道酶在生物体外也有催化作用，三要知道生物的新陈代谢由一系列的化学反应组成,其中的每一个化学反应都有酶的催化,所以说新陈代谢离不开酶,活细胞是合成酶的场所。
变式训练
4．下列关于酶的叙述中，不正确的是（ ）
A.酶是具有催化能力的蛋白质或RNA
B.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物
C.食物的消化过程需要酶催化,而细胞内的其他化学反应不需要酶催化
D.绝大多数的酶是蛋白质,少数酶是RNA
答案：C
【例题5】(2005高考江苏卷,42)为了研究酶的有关特性,取两支洁净的试管并编号A、B,各注入2 mL体积分数3%的H2O2溶液，再向A管滴入2滴3.5%FeCl3溶液,向B管滴入2滴质量分数20%的肝脏研磨液；堵住管口,轻轻振荡；用点燃但无火焰的卫生香检验；观察并记录结果。
(1)本实验的主要目的是探索_____________________________________________________。
(2)如果两支试管的现象均不明显,从实验材料分析,原因可能是_______________________。
(3)过氧化物酶也能催化H2O2的分解,产生的O2能使溶于水的无色焦性没食子酸氧化生成橙红色沉淀。为了鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化物酶,设计了如下实验。

参照上图所给信息,回答下列问题。
①3号试管内加入的物质是______________________________________________________。
②设计2号试管作为对照的具体目的是___________________________________________。
③如果2号试管未产生颜色反应,则出现橙红色沉淀的是第___________号试管。
解析：本实验为探究性实验，是为了探究生物催化剂（H2O2酶）与无机催化剂（Fe3+）催化效率的高低。若实验现象不明显，原因有二：一是加入的肝脏研磨液不新鲜，一部分被细菌分解了；二是H2O2溶液不是刚刚配制的，放置时间太长分解了，但题干说明两实验都不明显，则可确定是第二个原因。要鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化物酶，题目给出了四组实验，很显然，第1、2、4组为对照组，第3组为实验组，遵循单一变量原则，所以3号试管内加入的物质应是2 mL焦性没食子酸溶液，2滴H2O2溶液和2 mL马铃薯块茎提取液。1号试管是为了排除马铃薯块茎提取液中的其他物质对实验结果的影响，4号试管是为了验证失活的过氧化物酶分解H2O2产生的颜色反应，因此，对照组将都不会出现橙红色沉淀，即只有3号试管能产生颜色反应。
答案：(1) 酶的高效性（过氧化氢酶和Fe3＋催化效率的高低） （2）H2O2溶液放置时间过长而分解 （3）①2 mL焦性没食子酸溶液，2滴H2O2溶液，2 mL马铃薯块茎提取液 ②排除马铃薯块茎提取液中的其他物质对实验的影响 ③3
绿色通道
酶具有高效性和专一性的特性，酶的活性还受温度和酸碱度的影响；探究实验一般遵循的原则是单一变量原则、等量原则、对照原则等。
变式训练
5．在唾液淀粉酶催化淀粉水解的实验中，将唾液稀释10倍，与用唾液原液（没稀释）实验效果基本相同，这表明酶具有（ ）
A.专一性 B.稳定性 C.多样性 D.高效性
解析：分析题意，稀释10倍的唾液与唾液原液的实验效果基本相同，这表明酶的催化效率具有高效性的特点。
答案：D
体验探究
【问题】向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴葡萄糖溶液,肌肉不收缩;向同一条肌肉上滴ATP溶液,肌肉很快就能发生收缩。
为什么离体肌肉上滴葡萄糖溶液,肌肉不收缩；向同一条肌肉上滴ATP溶液,肌肉很快就能发生收缩。
导思:能源物质和直接能源物质有什么区别？如果用刚刚失去收缩功能的离体肌肉作为实验材料，向同一条肌肉上依次滴加ATP溶液、葡萄糖溶液、氨基酸溶液、蒸馏水，肌肉能否收缩？
探究:生物体的能源物质有糖类、脂质和蛋白质。糖类是主要的能源物质,生物体生命活动所需的能量70%是由糖类分解释放的。脂肪中储存的能量较多，生物体内糖类物质减少时，脂肪分解供能。各种能源物质释放的能量在用于生命活动之前都要转移到ATP中，由ATP直接供应生命活动的需要。由此说明葡萄糖虽然是能源物质,但是不能被肌肉直接利用。