第1讲降低化学反应活化能的酶细胞的能量“通货”——ATP1-3-1.ppt

单击此处编辑母版文本样式,双基自主落实,核心互动突破,实验专项突破,高考真题集训,限时规范训练,第三单元,细胞的能量供应和利用,第1讲降低化学反应活化能的酶,细胞的能量,“,通货,”,ATP,酶在代谢中的作用(,)ATP在能量代谢中的作用(,),实验：探究影响酶活性的因素,知识点一酶的作用和本质,1,酶的作用,(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_。细胞代谢是细胞_的基础,(2)活化能：分子从_转变为容易发生化学反应的_所需要的能量。催化剂(酶及无机催化剂)的作用机理是_,细胞代谢,生命活动,常态,活跃状态,降低化学反应的活化能,(3)实验：通过,“,比较过氧化氢在不同条件下的分解,”,实验，证明酶具有_能力，而且酶比无机催化剂降低活化能的作用更显著，具有_,(4)作用意义：细胞代谢能在_条件下快速进行，是由于酶的催化作用,催化,高效性,温和,酵母活细胞,酵母细胞死亡,酿酶,知识点二酶的特性,(1),_：,酶,催化效率大约是无机催化剂的10,7,10,13,倍,(2)_：每一种酶只能催化一种或一类化学反应,(3)酶的作用条件_：酶在_的温度和pH条件下，其活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶的活性都_,议一议：,加酶洗衣粉为何用温水浸泡？这种洗衣粉能否用于毛料、丝织品的洗涤？,答案：,温水为酶发挥洗涤作用提供最适温度(冷水抑制酶活性，热水则使酶丧失活性)。不能高效性,专一性,较温和,最适宜,明显降低,知识点三ATP的结构、功能、利用和转化,1,ATP的结构、功能和利用,(1),结,构：ATP的结构简式是_，一个ATP分子中含有一个腺苷、两个_、三个_,(2)功能：是一种高能磷酸化合物，直接给细胞的生命活动_,(3)利用：ATP可用于_、生物发电和发光、_、大脑思考及各种吸能反应,AP,PP,高能磷酸键,磷酸基团,提供能量,细胞的主动运输,肌肉收缩,2,ATP与ADP的相互转化,(1)ATP,水,解：在有关酶的催化作用下，ATP分子中_的高能磷酸键很容易水解，并释放出大量的能量,(2)ATP形成：在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与_结合，重新形成ATP,(3)ATP形成的能量来源,对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自_，对于绿色植物来说，则来自于,.,细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的_,远离腺苷,一个游离的磷酸(Pi),和光合作用,细胞呼吸,细胞呼吸,共性,看一看：,ATP中末端的高能磷酸键有何特点？,答案：,ATP中末端的高能磷酸键易断裂和再生成，断裂时释放出大量的自由能，是一般化学键放出能量的2倍以上。例如：每摩尔的高能磷酸键放出的能量约是30.54 kJ，而一般的PO键只放出能量8.3720.92 kJ。,诱导契合模型,酶,与反应物的契合关系在某种程度上像锁与钥匙的关系，酶改变形状，使反应物与酶的活性部位相契合(称为诱导契合)，这种结合使反应更快地进行。,实验变量分析与对照实验设置,1,自,变量：是指人为改变的变量，如氯化铁和肝脏研磨液。,2因变量：是指随着自变量的变化而变化的变量，如H,2,O,2,的分解速率或酶活性。,3无关变量：是指除自变量外，其他对实验结果能造成影响的可变因素，如H,2,O,2,浓度、肝脏研磨液新鲜程度等。,4对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。它一般要设置对照组和实验组。,巧记：能源物质的三个,“,一,”,与一个,“,二,”,根本能源：太阳光能。,主要能源物质：糖类。,直接能源物质：ATP。,酶的本质、生理功能及其实验验证,高考地位：5年13考,(,2012天津卷、海南卷、全国卷、,福建卷，2011全国课标卷、天津,卷、海南卷,),1酶的本质及生理功能,来源及化学本质,活细胞产生的具有生物催化作用的有机物,绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,合成场所,核糖体,细胞核(真核生物),生理功能,催化作用(生物催化剂),作用原理,降低化学反应的活化能,与无,机催,化剂,对比,4酶的高效性比较过氧化氢在不同条件下的分解,(1)实验过程中的理论分析：,(2)酶具有高效性的机理是其能够显著降低反应活化能，缩短反应达到平衡点的时间，并使细胞代谢在温和条件下快速进行。,本考点高考命题多以选择题形式出现，命题时往往联系不同章节涉及的具体酶促反应，或者给以文字、图表曲线信息考查学生分析问题和解决问题的能力。,【典例1】,下,列有关酶的叙述，正确的是,()。,是有分泌功能的细胞产生的,有的从食物中获得，有的从体内转化而来,凡是活细胞都能产生酶,绝大多数酶是蛋白质,有的酶是蛋白质，有的酶是固醇,酶在代谢中有多种功能,在新陈代谢和生殖发育中起调控作用,酶只是起催化作用,酶只在细胞内发挥作用,酶在体内不能更新,酶制剂通常在低温下保存,A,B,C,D,解析,酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物；酶大多数是蛋白质，少数为RNA；酶只有催化功能，在个体发育中起调控作用的是激素。,答案,C,酶知识的正误辨析,正确说法,错误说法,来源,生物体内合成,有的来源于食物,产生场所,凡是活细胞都能产生(不考虑人的成熟红细胞),具有分泌功能的细胞才能产生,化学本质,有机物(或多数是蛋白质，少数为RNA),蛋白质,作用场所,既可在细胞内，也可在细胞外、体外发挥作用,只在细胞内起催化作用,作用条件,酶的作用条件较温和，当酶处于高温、低温、过酸、过碱环境时，酶的催化效率可能会低于无机催化剂,作用,酶只起催化作用,酶具有调节、催化等多种功能,【训练1】,(2013黄冈联考),下,列有关酶的叙述，正确的是,()。,A酶提供使反应开始所必需的活化能,B在叶绿体类囊体薄膜上存在ATP合成酶,C低温下酶的活性降低是因为酶的空间结构被破坏,D酶的催化效率总是高于无机催化剂,解析,酶能够降低反应的活化能，而不是提供活化能；在叶绿体内ATP的合成是在光反应阶段发生的，叶绿体的类囊体薄膜上存在有ATP合成酶；低温只是暂时抑制酶的活性，其空间结构并没有被破坏；酶的作用条件较温和，当酶处于高温、低温、过酸、过碱环境时，酶的催化效率可能会低于无机催化剂。,答案,B,1表示酶高效性的曲线,(1),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。,(2)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。,(3)酶只能催化自然条件,下能发生的化学反应。,与酶相关的曲线解读,高考地位：5年6考,(,2011海南卷、全国新课标卷，,2010全国卷，2009宁夏卷,),2表示酶专一性的曲线,加入酶B的反应速率与无酶A或空白对照条件下的反应速率相同，而加入酶A的反应速率随反应物浓度增大明显加快，说明酶B对此反应无催化作用。进而说明酶具有专一性。,(1)甲、乙曲线表明：,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。,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。,(2)从丙图可以看出：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。,3影响酶活性的曲线,(1)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。,(2)在底物充足，其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。,4底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响,以曲线图表形式综合考查考生对酶的特性的理解能力及探究影响酶活性的因素(温度、pH等)是命题专家最常用的命题手段，应重视。,【典例2】,如,图甲是过氧化氢酶活性受pH影响的示意图，图乙表示在最适温度下，pHb时，H,2,O,2,分解产生O,2,的量随时间的变化情况。若该酶促反应过程中某一个条件发生变化，下列说法正确的是,()。,ApH,a,时，,E,点下移，,D,点左移,BpH,c,时，,E,点为0,C温度降低时，,E,点不变，,D,点右移,DH,2,O,2,的量增加时，,E,点下移，,D,点左移,破题关键,解析,O,2,的最大释放量只与H,2,O,2,的量有关，与酶的活性无关。与pHb时相比，pHa时酶的活性下降，,E,点不变，,D,点右移，A错误；H,2,O,2,不稳定，在过氧化氢酶失活时，H,2,O,2,仍能分解，B错误；温度降低时酶的活性降低，,E,点不变，但H,2,O,2,完全分解所用的时间延长，,D,点右移，C正确；增加H,2,O,2,量，,E,点上移，,D,点右移，D错误。,答案,C,酶促反应只改变反应速率，缩短达到平衡的时间，不改变平衡点。本题中O,2,的最大释放量只与H,2,O,2,的量有关，与酶的活性无关。,【训练2】,请,针对下列酶的有关曲线回答问题。,(1)图一表示人体内某种酶在适宜的温度和pH条件下，作用于一定量的底物时，生成物量与反应时间的关系。在140 min后，曲线变成水平，这是因为_。若其他条件不变，将该酶的浓度增加一倍，请在原图上画出生成物的量变化曲线。,(2)图二表示该酶促反应速率与底物浓度的关系。若酶量增加一倍，曲线应如何变化？请在图中画出。,(3)图三可以表示人体_在37,条件下酶促反应速率与pH的关系。,A唾液淀粉酶 B胃蛋白酶,C胰脂肪酶 D呼吸氧化酶,解析,本题考查底物浓度、pH对酶活性的影响，正确分析坐标曲线的变化原因、自变量与因变量是解题的关键。(1)在温度和pH适宜的条件下，140 min后，生成物量不再增加可能是因为底物已消耗完毕。若在其他条件不变的情况下，将酶的量增加一倍，则反应会加快，达到平衡的时间会提前，但生成物量与未增加前的最大值一致。(2)在其他条件保持适宜时，酶量增加一倍，反应速率会加快，达到最大反应速率时的底物浓度高于增加酶量前。(3)由曲线可知：该种酶达到最大反应速率时pH约为2，故该种酶为胃蛋白酶。,答案(1),底,物量一定，底物已经被消耗尽如图一所示(2)如图二所示(3)B,1ATP的结构简析,图析ATP的结构与作用,高考地位：5年4考,(,2012北京卷，2008广东卷、,天津卷,),(1)组成元素：C、H、O、N、P。,2)简称：三磷酸腺苷。,(3)各字母代表的含义：A腺苷(腺嘌呤核糖)；P磷酸基团；高能磷酸键。,(4)结构简式：APPP(远离腺苷A的那个高能磷酸键容易断裂，也容易形成)。,2,ATP的形成途径,3,ATP与ADP的相互转化,注意,酶1、酶2不同：酶1合成酶，酶2水解酶。,转化式：ADPPi能量,ATP。,(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。因为转化过程中的所需酶、能量的来源和去路和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。,本考点近年命题频率较低，已有命题多与其他相关知识点融合起来考查。复习时注意ATP与其他知识的综合。,【典例3】,ATP,是,细胞的能量,“,通货,”,，是生命活动的直接能源物质，下图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法不正确的是,()。,A图1中的A代表腺苷，b、c为高能磷酸键,B图2中进行,过程时，图1中的c键断裂并释放能量,CATP与ADP快速转化依赖于酶催化作用具有高效性,D夜间有O,2,存在时，图2中过程,主要发生在线粒体,破题关键,解析,A项中A代表的是腺嘌呤，A错误。ATP水解一般是远离A的高能磷酸键断裂，也就是c键，所以B项正确；ATP水解产生的能量来自ATP的高能磷酸键的水解，合成ATP的能量来自细胞呼吸和光合作用；酶的催化作用具有高效性。夜间有O,2,存在时，ATP合成的主要场所是线粒体。,答案,A,【训练3】,请,分析下列关于ATP的有关数据和实验，并回答下面的问题。,(1)经测定一个成年人静止状态下24 h将有40 kg的ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP等仅有210 mg。为满足能量的需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是_。,(2)用,32,P标记的磷酸加入细胞培养液，短时间内快速分离出细胞内的ATP，结果ATP浓度变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团却已带上了放射性标记。这一事实证明_，,你得出结论的依据是_。,解析,ATP在活细胞内的含量较少，但与ADP之间的转化速度却很快，维持在一定水平，处于动态平衡状态。,答案,(1)ADP与ATP之间可以快速相互转变(2)ATP在细胞内的含量处于动态平衡状态细胞内ATP浓度变化不大，部分ATP末端磷酸基团带上了放射性标记，说明这是重新合成的，同时也说明原有ATP部分被分解了,探究影响酶活性的条件及酶的专一性,高考地位：5年8考,(,2012福建卷、全国卷，2011全,国卷、江苏卷,),一、温度对酶活性的影响,1原理解读,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实验设计思路,3实验设计程序,本实验不宜选用过氧化氢酶催化过氧化氢分解，因为过氧化氢酶催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。,归纳不同酸碱度对酶的活性和结构的影响,三、酶的专一性,该实验,探究中的自变量可以是不同反应物，也可以是不同酶溶液，因变量是反应物是否被分解。,(1)方案一：用同一种酶催化两种不同物质,近几年高考对酶相关实验的考查力度有加大的趋势，尤其全国卷。命题多通过实验描述及给出的图表信息考查学生对实验的分析评价能力或探究能力，综合性强，考生易丢分，应高度重视。,【典例】,(2012福建理综，26),大,菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。,(1)查询资料得知，18,时，在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知，在各自最适pH下，三种蛋白酶催化效率最高,的是_。,(2)资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在1518,之间。学习小组假设：大菱鲆蛋白酶的最适温度在1518,间。他们设置15,、16,、17,、18,的实验温度，探究三种酶的最适温度。,探究实验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是_，可用_试剂鉴定。,胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在_。,为了控制实验温度，装有酶和底物的试管应置于_中以保持恒温。单位时间内_可以表示蛋白酶催化效率的高低。,实验结果如图2，据此能否确认该假设成立？_。,理由是3)研究还发现大菱鲆消化道淀粉酶和脂肪酶含量少、活性低，所以人工养殖投放的饲料成分中要注意降低_的比例，以减少对海洋的污染。,解析,(1)分析图可知，在各自最适pH下，幽门盲囊蛋白酶活性最高，故其催化效率最高。(2)酶具有专一性，蛋白酶的作用底物只能是蛋白质。由图1可知胃蛋白酶最适pH为2，幽门盲囊蛋白酶最适pH为8。实验中为了控制温度常用水浴保持恒温。酶催化效率的高低常用单位时间内底物消耗量或产物生成量来表示。,图2显示随着温度的提高，酶的活性逐渐升高，酶活性峰值并未出现，故学习小组作出的,“,大菱鲆蛋白酶的最适温度在1518,间,”,的假设不成立。(3)大菱鲆消化道中淀粉酶和脂肪酶含量少，活性低，故应减少饲料中淀粉和脂肪的比例。,答案(1),幽门盲囊蛋白酶(2),蛋白质双缩脲,2和8,水浴底物消耗量(或产物生成量),不能据图可知随着温度提高酶活性逐步升高，酶活性峰值未出现,(3)淀粉、脂肪,【训练】,(2012襄阳调研),某,同学将马铃薯磨,碎、过滤得到提取液进行以下实验。,.在30,的条件下，取等量提取液分别加到4支盛有等量过氧化氢溶液，pH分别为3、5、7、9的试管中，结果发现每支试管都产生气体。请回答下列问题：,(1)该实验的课题是_。,(2)该实验中的自变量是_。,(3)各实验组均在30,下进行的原因是：,_；,_。,.将加入4支试管中的马铃薯提取液的量减半，重复实验,。分别测定实验,、,中过氧化氢的含量在相同时间内的变化，绘制成如图所示曲线，请回答下列问题。,(4)曲线,a,是实验_(填,“”,或,“”,)的结果。,(5)曲线,a,和,b,中，过氧化氢含量的,最低点基本位于横坐标,同一位置的原因是_。,解析,.根据题干可知，该实验的自变量是pH，因变量是酶的活性，故该实验的研究课题是探究不同pH对酶活性的影响。除了pH外，其他影响酶活性的因素是该实验的无关变量(如温度)，在实验过程中，各实验组的无关变量应保持一致且适宜，故均在30 下进行。.马铃薯提取液的量减半，导致过氧化氢酶的量减半，酶促反应速率减慢，则在相同pH下，剩余的过氧化氢量较多，故曲线a是实验的结果。两实验中，过氧化氢酶的最适pH是一样的。,答案,(1),探,究不同pH对过氧化氢酶活性的影响,(2)pH(3)30,是过氧化氢酶的适宜温度排除温度变化(无关变量)对实验结果的影响(4),(5)同一种酶的最适pH是一定的,1.,(2012海南单科，4),下,列操作中，不可能导致淀粉酶活性发生变化的是 ()。,A淀粉酶溶液中加入强酸,B淀粉酶溶液中加入蛋白酶,C淀粉酶溶液中加入淀粉溶液,D淀粉酶经高温烘干制成粉剂,酶的本质及作用,解析,本题考查了酶及其特性的相关知识。酶是有催化作用的有机物，大多数酶是蛋白质，遇高温、强酸、强碱、重金属会发生变性，故A、D可能发生。淀粉酶是蛋白质，淀粉酶溶液中加入蛋白酶会使淀粉酶水解失活，故B能发生。淀粉酶能把淀粉水解成麦芽糖，且反应前后酶活性不变，C选项符合题意。,答案,C,2,(2012天津理综，7),生,物分子间特异性结合的性质广泛用于生命科学研究。以下实例为体外处理,“,蛋白质DNA复合体,”,获得DNA片段信息的过程图。,据图回答下列问题。,(1)过程,酶作用的部位是_键，此过程只发生在非结合区DNA。过程,酶作用的部位是_键。,(2),、,两过程利用了酶的_特性。,(3)若将得到的DNA片段用于构建重组质粒，需要将过程,的测序结果与_酶的识别序列进行比对，以确定选用何种酶。,(4)如果复合体中的蛋白质为RNA聚合酶，则其识别结合的DNA序列区为基因的_。,(5)以下研究利用了生物分子间特异性结合性质的有_,(多选),。,A分离得到核糖体，用蛋白酶酶解后提取rRNA,B用无水乙醇处理菠菜叶片，提取叶绿体基粒膜上的光合色素,C通过分子杂交手段，用荧光物质标记的目的基因进行染色体基因定位,D将抑制成熟基因导入番茄，其mRNA与催化成熟酶基因的mRNA互补结合，终止后者翻译，延迟果实成熟,解析,本题主要考查酶的专一性及相关物质间特异性结合的知识。(1)分析题图，过程,所利用的酶是DNA酶，其作用部位是磷酸二酯键；过程,所利用的酶是蛋白酶，其作用部位是肽键。(2),两过程利用了酶的专一性。(3)因不同的限制酶识别的核苷酸序列不同，故需对DNA分子的特殊片段进行测序，以确定选用的限制酶种类。(4)RNA聚合酶识别的DNA位点是转录起始区。即启动子部位。(5)蛋白酶可与蛋白质分子特异性结合，催化蛋白质水解，故A符合题意；选项B利用的是物质的相似相溶原理，故B不符合题意；C、D选项均利用了碱基分子间的互补配对原则，故C、D符合题意。,答案(1),磷,酸二酯肽(2)专一性(3)限制性核酸内切(4)启动子(转录起始区)(5)ACD,3.(,2011海南单科，5,),某,一不可逆化学反应(S,PW)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。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,()。,影响酶活性的因素与探究,A甲 B乙 C丙 D丁,解析,酶能降低化学反应活化能，增大反应速率，故加入酶后，反应物浓度迅速下降，直至反应结束。,答案,D,4,(2012全国大纲卷，33),某,同学为了探究pH对人唾液淀粉酶活性的影响，设计了如下实验步骤：,在A、B、C、D、E 5支试管中分别加入pH 5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的适宜浓度缓冲液5 mL，再分别加入质量分数为1%的淀粉液1 mL。,各试管中分别加入适当浓度的唾液稀释液1 mL，摇匀。,将5支试管放入70,恒温水浴中，保温时间相同且合适。,取出各试管，分别加入斐林试剂2 mL，摇匀。观察各试管溶液的颜色，通过颜色深浅判断唾液淀粉酶作用的最适pH。,上述实验步骤中有2处错误，请更正并说明更正的理由(不考虑试剂的浓度和加入量、pH梯度以及实验重复次数)，以便实验能得到正确的预期结果。,(1)_。,(2)_。,解析,(1)唾液淀粉酶的最适温度为37,，70,环境中该酶将失活。,(2)斐林试剂与还原糖在5065,水浴加热条件下，才产生砖红色沉淀。,答案,(1),中70,应改为37,。因为人唾液淀粉酶作用的最适温度为37,(2)在观察各试管中溶液的颜色之前应将各试管放在5065,水浴中一段时间。因为在高温条件下斐林试剂与还原糖反应显色,5.,(2012北京理综，1),细,胞中不能合成ATP的部位是,()。,A线粒体的内膜,B叶绿体中进行光反应的膜结构,C内质网的膜,D蓝藻(蓝细菌)中进行光反应的膜结构,ATP相关知识的考查,解析,本题主要考查细胞代谢过程中ATP合成的相关知识。细胞代谢产生ATP的生理过程主要是细胞呼吸和光合作用的光反应，所以A、B、D三个选项中所涉及的部位均可合成ATP；而内质网的膜上不能产生ATP，故C项符合题意。,答案,C,见Word版活页训练,