2013届高考生物总复习（第1轮）广东专版课件：必修1 第10讲 降低化学反应活化能的酶和细胞的能量“通货”——ATP.ppt

1、第10讲 降低化学反应活化能的酶和细胞能量“通货”ATP（实验设计中的变量分析）一、酶的产生、作用、本质和分类 3本质绝大多数为蛋白质，少数为RNA。故而酶为高分子化合物，组成它们的单体是氨基酸或核糖核苷酸。因为绝大多数酶是蛋白质，因此酶的合成受基因控制，在核糖体上合成；少数的酶是RNA，其合成场所主要在细胞核。4分类(1)根据酶在细胞中的分布可分为：胞外酶(如各种消化酶)、胞内酶(如呼吸酶、与光合作用有关的酶)。(2)根据酶作用的反应物和产生器官可分为：胃蛋白酶、胰蛋白酶、唾液淀粉酶、胰和肠麦芽糖酶、胰脂肪酶、肠脂肪酶等。(3)根据酶所催化的化学反应性质可分为：水解酶、氧化酶、转录酶、逆转录

2、酶、合成酶等。【友情提醒】(1)活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活化态所需要的能量。(2)酶可加快反应速率，缩短到达反应平衡的时间，但并不改变反应的方向和平衡点。【例1】下列有关酶的说法中，不正确的是()A不是所有的酶都在核糖体上合成 B酶在化学反应前后自身化学性质不发生改变 C酶都是活细胞产生的 D细胞环境是酶正常发挥催化作用的必要条件D【解析】本题考查酶的产生、化学本质与作用特点。酶都是活细胞产生的；在化学反应前后自身化学性质不发生改变；大多数酶是蛋白质，少数是RNA，所以不是所有的酶都在核糖体上合成；酶在适宜的条件下，就能发挥作用，不一定在细胞内。二、“比较过氧化氢在不同条件

3、下的分解”实验1实验原理 (1)(2)比较H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe3等不同条件下气泡产生的数量多少或卫生香燃烧的剧烈程度，了解过氧化氢酶的作用和意义。2实验流程及现象分析续表3.实验过程的理论分析4.实验证明的结论(1)酶具有催化作用，同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。(2)酶具有高效性，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。【例2】下列对“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验结果的分析，正确的是()A在过氧化氢酶的作用下，过氧化氢分解最快，是因为20%的肝脏研磨液的浓度高于3.5%的FeCl3溶液B3.5%的FeCl3溶液对过氧化氢分解速率慢是因为其催化效率低C肝脏研磨液中过

4、氧化氢分解速率快，是因为酶的催化效率比一般无机催化剂的效率高D如果将四支试管都放在90 水浴中，第4支试管(加肝脏研磨液的试管)反应速率仍为最快BC【解析】本题主要考查过氧化氢在不同条件下的分解实验。在过氧化氢酶的作用下，过氧化氢分解最快，是因为酶降低化学反应活化能的作用更显著，催化效率更高，与摩尔浓度无关。酶受温度的影响，90 条件下酶已经变性失活，不能起到催化作用。三、酶的特性1高效性酶的催化效率是无机催化剂的1071013倍，这说明酶具有高效性的特点。酶的高效性是和无机催化剂相比较来说的，下图曲线中只有曲线a、b相比较才可说明酶催化的高效性，a、c曲线的对比可以说明酶具有催化性。2专一性

5、每一种酶只能催化一种或一类化学反应，这说明酶的催化作用具有专一性的特点。(1)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。(2)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温和性绝大多数的酶是蛋白质，过酸、过碱和高温都能使蛋白质分子空间结构被破坏(除肽键以外的其他化学键的断裂)，从而引起蛋白质分子变性，使酶永久失活。低温只使酶活性下降，在适宜的温度下，酶活性可以恢复。【例3】现提供如下实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液，斐林试剂、恒温水浴锅。探究哺乳动物蔗糖酶和淀粉酶的催化作用是否具有专一性，请分

6、析回答：(1)实验设计：下表中“”代表加入适量的溶液，“”代表不加溶液。请分析：验证蔗糖酶具有专一性，可选用的试管组合是_；验证淀粉酶具有专一性，可选用的试管组合是_；根 据 单 一 变 量 原 则，无 法 形 成 对 照 的 是_。(2)实验步骤：取四只洁净的试管，分别编号甲、乙、丙、丁；_；_；观察实验现象并记录实验结果。(3)结果预测：_。(4)结论：_。【解析】要验证酶的专一性，可不改变酶的种类，改变不同的底物。所以验证蔗糖酶具有专一性，选择甲、丁，都有蔗糖酶，而底物不同；同理验证淀粉酶具有专一性，选择乙和丙，两支试管中都有淀粉酶，而底物不同，从而鉴定反应产物来检测酶的专一性。【答案】

7、(1)甲和丁 乙和丙 甲和乙、丙和丁(2)按照上表中的设计，向四支试管加入溶液并混匀，将试管放入37 恒温水浴锅一段时间取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，沸水浴一段时间(3)甲、乙试管中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀(4)酶的催化作用有专一性四、“影响酶活性的条件”的探究分析1温度对酶活性的影响(1)原理温度影响酶的活性和结构，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)实验设计思路淀粉t1温度下淀粉酶t1温度下淀粉t2温度下淀粉酶t2温度下淀粉tn温度下淀粉酶tn温度下检测是否出现蓝色及蓝色深浅(3)实验设计程序(4)实验的变量分析【友情

8、提醒】本实验不宜选用斐林试剂，因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同的温度。本实验不宜选用过氧化氢酶催化H2O2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。2pH对酶活性的影响 (1)原理pH影响酶的活性和结构，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。(2)实验设计程序取n支试管分别加入等量的同种新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)分别滴加等量的质量分数为3%的过氧化氢溶液用点燃但无火焰的卫

9、生香来检验氧气的生成情况。【友情提醒】本实验中也可将过氧化氢酶和H2O2分别调至同一pH，再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉分解，因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。【例4】甲图表示温度对淀粉酶活性的影响；乙图是将一定量的唾液淀粉酶和足量的淀粉混合后麦芽糖积累量随温度变化的情况。下列说法不正确的是()CAT0表示淀粉酶催化该反应的最适温度B图甲中，Ta、Tb时淀粉酶催化效率都很低，但对酶活性的影响却有本质的区别C图乙中Tb至Tc的曲线表明随温度升高，麦芽糖的积累量不再上升，酶的活性已达到最高 D图乙中A点对应的温度为T0【解析】图甲中，Ta、

10、Tb时淀粉酶催化效率都很低，Tb时酶已失活。图乙中A点麦芽糖的积累量增加最快，酶活性最高，对应图甲的T0点。五、影响酶促反应的因素酶促反应受到多种因素的影响，这些因素主要包括温度、pH、酶的浓度、底物浓度等。1温度对酶促反应的影响：酶促反应在一定温度范围内反应速率随温度的升高而加快；在一定条件下，每一种酶在某一适宜温度时活性最大，这个温度称为这种酶的最适温度。如下图所示。2pH对酶促反应的影响：每一种酶只能在一定限度的pH范围内才表现活性，超过这个范围，酶就会失去活性。(过酸或碱会使酶的分子结构遭到破坏而失去活性)，在一定条件下，每种酶在某一pH时的活力最大，这个pH称为这种酶的最适pH。如图

11、所示。3酶浓度对酶促反应的影响：在底物充足、其他条件适宜、反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时，酶促反应速率与酶浓度成正比。如图所示。4底物浓度对酶促反应的影响：在底物浓度较低时，反应速率随底物浓度增加而加快，反应速率与底物浓度成正相关，在底物浓度较高时，增加底物浓度，反应速率也随之加快，但不显著；当底物浓度很大且达到一定限度时，反应速率达到一个最大值此时即使再增加底物浓度，反应速率不变。如右图所示。【例5】下图表示在不同条件下，酶催化反应的速度(或生成物)变化，有关叙述不正确的是()A图虚线表示酶量增加一倍时，底物浓度和反应速度关系B图虚线表示增加酶浓度，其他条件不

12、变时，生成物质量与时间的关系C图不能表示在反应开始后的一段时间内，反应速度与时间的关系D若图中的实线表示Fe3的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率C【解析】本题考查酶浓度、底物浓度等因素对酶活性的影响。图可以表示在反应开始后的一段时间内，反应速度与时间的关系，例如底物浓度一定时，随时间的延续，底物浓度越来越小，反应速度越来越小，或者时间较长后引起酶的钝化，也可导致酶促反应速度下降。六、ATP的结构和功能1ATP的结构简式：APPP。(1)A表示腺苷，T表示3个，P表示磷酸基团，表示高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。如果ATP只去掉2个P，就是腺嘌呤核糖核苷酸，即构

13、成RNA的一种基本单位。(2)一个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸基团、2个高能磷酸键。(3)ATP的一个高能磷酸键水解，形成ADP(二磷酸腺苷)，两个高能磷酸键水解，形成AMP(一磷酸腺苷)。2ATP的生理功能生物体一切生命活动都需要能量，这些能量形式主要有机械能、电能、渗透能、化学能、光能、热能等，各种形式的能量的转化都是靠ATP中能量的直接转换。【友情提醒】ATP分子去掉两个磷酸基后的剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的基本单位之一。【例6】（双选）下列有关ATP的叙述，错误的是()A人体内成熟的红细胞中没有线粒体，不能产生ATPBATP中的能量可以来源于光能和化学能，也可以转化

14、为光能和化学能C在有氧与无氧的条件下，细胞质基质中都能形成ATPDATP中的“A”与构成DNA或RNA中的“A”表示同一物质AD【解析】本题考查了ATP的相关知识：A考查了红细胞的结构特点，红细胞无线粒体，不能进行有氧呼吸，但能通过无氧呼吸产生ATP，A错误；B考查了ATP中的能量相互转换，正确；有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段都发生在细胞质基质，都能形成ATP，C正确；ATP中的“A”是腺苷，DNA或RNA中的“A”是腺嘌呤脱氧核苷酸或腺嘌呤核糖核苷酸，故D错误。七、ATP与ADP的相互转化1图解2ATP合成与ATP水解的比较ATP的合成ATP的水解反应式类型合成反应水解反应反应场所细胞质基质、

15、线粒体、叶绿体活细胞内多种场所续表ATP的合成ATP的水解所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量来源光能(光合作用)，化学能(细胞呼吸)储存在高能磷酸键中的能量能量去路储存于形成的高能磷酸键中用于各项生命活动综上所述，虽然从物质方面看，ATP和ADP的相互转化过程，是可逆反应；但从酶、反应场所、能量来源方面看，不是可逆反应，所以ATP和ADP相互转化是不可逆的。3特点(1)在正常生活的细胞中，ATP在细胞内的含量是很少的。但是，ATP与ADP在细胞内的相互转化迅速，时刻不停地发生并且处于动态平衡中。(2)细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。4意义(1)保证细胞内有一个相对稳

16、定的能量供应库。ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键极容易水解，以保证能量及时供应；ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键极容易形成，以保证能量相对稳定和能量持续供应。(2)ATP在能源物质供能过程中处于核心地位，其他能源物质只有转化为ATP才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量，如光能、动能、电能等。【例7】分析ATP与ADP相互转化示意图，下列有关说法正确的是()A若图中Pi代表磷酸，则B为ADP，C为ATP B在BC的反应中，产生的E2来源于高能磷酸键的断裂而释放出的能量 CE1不是物质，对于人、动物、真菌、植物和细菌来说，E1来自细胞呼吸 DCB与BC都可以伴随着

17、放能反应和吸能反应B【解析】若图中Pi代表磷酸，则B为ATP，C为ADP。E1不是物质，则为能量，其来源对于人、动物、真菌和大多数细菌来说，来自细胞呼吸，对于绿色植物来说，则来自光合作用和呼吸作用。CB为合成ATP的过程，伴随着放能反应；而BC表示ATP的水解过程，其伴随着吸能反应。1不能用过氧化氢酶催化过氧化氢分解的实验验证温度对酶活性的影响，因为过氧化氢在高温下会分解；不能用淀粉酶水解淀粉的实验验证pH对酶活性的影响，因为无机酸也可以作为淀粉水解的催化剂。2ATP和ADP的相互转化中，物质可逆，能量不可逆。一、理论归纳1变量的种类变量是实验设计中可以变化的因素或条件，依据变量间的相互关系，

18、可分为以下两类：(1)自变量与因变量：自变量是实验中由实验者所操纵的因素，该因素的改变将引起实验结果的相应改变，是实验要研究的因素。因变量是因自变量不同而导致的不同的实验结果。它们之间是因果关系，自变量是原因，因变量是结果。(2)无关变量：无关变量是指实验中除自变量外也能影响实验现象或结果的其他因素。2自变量的确定和控制根据实验目的，确定实验变量，进而确定控制的措施。例如：“探索淀粉酶的最适温度”的实验。(1)变量的确定：自变量是相同的酶处在不同温度下即温度梯度，即要“探究什么”，则“什么”就是自变量。(2)自变量的控制：在确定了自变量是温度梯度后，应将淀粉酶置于温度梯度下，如：25、26、2

19、7 控制变量的方法，常用的有“施加”“改变”“去除”等。3无关变量的确定与控制例如：请指出探究pH对唾液淀粉酶活性的影响实验中的无关变量是什么？应如何控制？分析：在该实验中，自变量是“pH的大小”。无关变量有温度、唾液淀粉酶的量、淀粉溶液的量、反应时间、加入碘液的量及时间等，在做实验时，对照组和实验组的以上因素都要相同且适宜。二、演练某学生为了证明唾液能够使淀粉水解，进行了下面的实验：先用碘液检验一块干面包，变蓝色；他嚼碎了另一块干面包，一段时间后用斐林试剂检验，嚼碎的面包出现砖红色；得出结论。此实验设计最大的失误在于()A未对面包做还原糖检验 B未对唾液做淀粉检验 C未对嚼碎的面包做淀粉检验

20、 D应该用双缩脲试剂检验A【解析】用斐林试剂检验嚼碎的面包出现砖红色说明嚼碎的面包中含有还原糖，要证明该还原糖是由唾液的催化作用产生的，还需要对面包做还原糖的检验，即需要设置对照实验。1.(2010江苏)某种蛋白酶是由129个氨基酸脱水缩合形成的蛋白质。下列叙述正确的是()A该蛋白酶分子结构中至少含有129个氨基和129个羧基B该蛋白酶溶液与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应C利用透析法纯化该蛋白酶时，应以蒸馏水作为透析液D用含该蛋白酶的洗衣粉去除油渍，效果比其他类型加酶洗衣粉好B【解析】本题考查蛋白酶的化学本质、组成、结构及鉴定等。该蛋白酶只有一条链时，所含有的氨基和羧基数目都至少含有一个，A

21、项错误。因其本质为蛋白质，故可与双缩脲试剂反应产生紫色反应，B项正确。用透析法纯化蛋白酶时，应用缓冲液作为透析液以保持蛋白酶的活性，C项错误。因酶具有专一性，油渍为脂肪，故利用蛋白酶去污比用含脂肪酶的效果差，D项错误。2.(2009重庆)下列有关酶的叙述，正确的是()A高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性B酶是活细胞产生并具有催化作用的蛋白质 C细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶 D细胞质中没有作用于DNA的解旋酶C【解析】高温能破坏酶的结构使其失去活性。低温抑制酶的活性，但没有破坏酶的结构，当温度升高时，酶活性可以恢复；酶是活细胞产生并具有催化作用的有机物，大多数是蛋白质，少数是RNA；细胞

22、质基质中有催化葡萄糖分解形成丙酮酸的酶(即细胞呼吸第一阶段的酶)；细胞质中线粒体和叶绿体中的DNA可复制转录，故其内有解旋酶。3.(2011海南)某一不可逆化学反应(SPW)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。下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()A甲B乙 C丙 D丁D【解析】考查酶的作用(催化作用)和特点(高效性)。加入酶后，反应物迅速消耗，浓度迅速降低。4.甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如下图所示。下列分析错误的是()BA甲酶能够抗该种蛋白酶降解B甲酶不可能是具有催化功能的RNAC乙

23、酶的化学本质为蛋白质D乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变【解析】考查酶的本质。首先需要了解大部分酶的本质是蛋白质，少量的酶是RNA，用蛋白酶处理后，乙酶活性降低，说明乙酶的成分是蛋白质，被蛋白酶处理后被分解；而甲酶不变，则说明甲酶的可能成分是RNA或者甲酶能够抗这种蛋白酶的降解。5.(双选)下列关于酶的叙述中，不正确的是()A酸碱度变化引起的酶失活不可逆，但温度变化引起的酶失活可逆B酶的形成都要经过核糖体的合成、内质网和高尔基体的加工等阶段C在人体细胞中酶不断地合成与分解，以防止代谢失控D酶能降低化学反应的活化能，因此能加快化学反应速度AB【解析】低温条件下，酶活性降低但不会失活，高温条件下

24、酶变性失活，且是不可逆的，故A错。酶的化学本质是大多数为蛋白质，少数为RNA，如果酶是分泌蛋白质，它的形成要经过核糖体的合成、内质网和高尔基体的加工等阶段，但如果酶是在细胞内起作用的蛋白质或RNA，就不要经过内质网和高尔基体的加工等阶段，故B错。6.(双选)下列有关ATP叙述，正确的是()AATP是三磷酸腺苷的结构简式B神经纤维兴奋后恢复为静息电位时需要ATPC细胞内的放能反应一般与ATP的合成无关DATP水解释放的能量可用生物发电、发光【解析】ATP是三磷酸腺苷的英文名称简写，APPP才是ATP的结构简式。细胞内的放能反应一般与ATP的合成相联系，细胞内的吸能反应一般与ATP的分解相联系。B

25、D7.请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。要求完成实验设计、补充实验步骤、预测试验结果、得出结论，并回答问题。实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液，斐林试剂、37 恒温水浴锅、沸水浴锅。(1)若“”代表加入适量的溶液，“”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用这些符号完成下表实验设计。(2)实验步骤：按照上表中的设计，取试管、加溶液。混匀，37 恒温水浴一段时间取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，沸水水浴一段时间观察实验现象并记录实验结果(3)结果预测：。(4)结论：。(5)在上述实验中，如果仅将37 恒温水浴

26、锅的温度调到20，而在其他条件不变的情况下重做上述实验，出现砖红色试管中的颜色会比37 时浅，其原因是。含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管，以及含淀粉和唾液淀粉酶溶液的试管中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀酶的催化作用有专一性20 低于酶的最适温度，酶活性低，水解产生的还原糖少【解析】该题是要验证蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性，因此应遵循对照性原则、科学性原则和单一变量原则。(3)应该只有在含蔗糖和蔗糖酶溶液的甲试管以及含淀粉和唾液淀粉酶溶液的乙试管出现砖红色沉淀，其他试管不应该出现砖红色沉淀。(4)结论：说明酶的催化作用具有专一性。(5)如果将37 恒温水浴锅的温度调到20，由于20 低于酶的最适温度，酶的活性会下降，水解产生的还原糖少，所以出现砖红色试管中的颜色会比37 时的浅。