第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用復(fù)習(xí)向?qū)бc(diǎn)探究欄目導(dǎo)航課前導(dǎo)學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)走近高考復(fù)習(xí)向?qū)Э季V展示高頻考點(diǎn)考綱解讀1.酶在代謝中的作用(Ⅱ)☆☆知道酶的概念、來源、化學(xué)本質(zhì),理解酶的作用及機(jī)理2.ATP在能量代謝中的作用(Ⅱ)簡述ATP的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),結(jié)合具體生命活動(dòng)分析ATP來源、去路及ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系3.細(xì)胞呼吸(Ⅱ)☆☆闡述細(xì)胞呼吸的類型和細(xì)胞呼吸過程,理解細(xì)胞呼吸的影響因素,探討細(xì)胞呼吸原理在實(shí)踐中的應(yīng)用4.光合作用的基本過程(Ⅱ)☆☆☆說出色素的種類和作用,了解人類對光合作用的認(rèn)識(shí)過程,闡述光反應(yīng)與暗反應(yīng)中的物質(zhì)和能量的變化5.影響光合作用速率的環(huán)境因素(Ⅱ)☆☆☆說出光合作用速率的制約因素及提高植物光合作用的有效措施,會(huì)分析環(huán)境因素對光合作用的影響6.探究影響酶活性的因素☆☆探究酶活性的影響因素,掌握實(shí)驗(yàn)方法,并能對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和評價(jià)7.葉綠體色素的提取和分離☆掌握色素提取和分離的原理和方法,并會(huì)對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行分析8.探究酵母菌的呼吸方式☆理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?掌握實(shí)驗(yàn)方法,并用于其他類似問題的探究第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶

基礎(chǔ)梳理一、酶在細(xì)胞代謝中的作用1.細(xì)胞代謝:細(xì)胞中各種化學(xué)反應(yīng)的統(tǒng)稱,是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。2.酶的作用機(jī)理(1)活化能:分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。(2)作用機(jī)理:降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。二、酶的本質(zhì)1.探索歷程2.酶的本質(zhì):酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物,絕大多數(shù)是蛋白質(zhì),少數(shù)是RNA。【思維激活1】活細(xì)胞內(nèi),酶合成的場所在哪兒?提示:主要在核糖體上,少數(shù)酶在細(xì)胞核、線粒體、葉綠體內(nèi)轉(zhuǎn)錄形成。三、酶的特性2.專一性:每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。3.酶的作用條件較溫和:過酸、過堿或溫度過高,都會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,使酶永久失活;而在低溫下,酶的活性明顯降低,但不會(huì)失活。【思維激活2】哪種酶能使脂肪酶水解?提示:脂肪酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì),由于酶具專一性,因此催化脂肪酶水解的是蛋白酶。知識(shí)導(dǎo)圖探究點(diǎn)一酶的本質(zhì)、作用及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證問題引領(lǐng):(1)怎樣鑒定某種酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)?(2)怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明酶具催化作用?1.酶的本質(zhì)及生理功能化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成場所核糖體細(xì)胞核(真核生物)來源一般來說,活細(xì)胞都能產(chǎn)生酶作用場所細(xì)胞內(nèi)、外或生物體外均可生理功能生物催化作用作用原理降低化學(xué)反應(yīng)的活化能要

點(diǎn)

探

究2.酶是蛋白質(zhì)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:通過對照,實(shí)驗(yàn)組若出現(xiàn)紫色,證明待測酶液的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì);不出現(xiàn)紫色,則該酶液的化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)。(3)實(shí)驗(yàn)變量:自變量是待測酶液和已知蛋白液,因變量是是否有紫色反應(yīng)。3.酶的催化作用驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:根據(jù)底物性質(zhì)利用相應(yīng)試劑檢測底物是否被分解,而對照組底物不被分解則證明酶具有催化作用。(3)實(shí)驗(yàn)變量:自變量是相應(yīng)酶液的有無,因變量是底物是否被分解。酶與激素的比較酶激素來源活細(xì)胞產(chǎn)生專門的內(nèi)分泌腺或特定部位細(xì)胞產(chǎn)生化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì),少數(shù)是RNA固醇類、多肽、蛋白質(zhì)、氨基酸衍生物等生理功能催化作用調(diào)節(jié)作用共性在生物體內(nèi)均屬高效能物質(zhì),即含量少、作用大、生物代謝不可缺少【例1】(2012上杭一中月考)下列關(guān)于酶的敘述中正確的是(

)A.酶是由有分泌功能的細(xì)胞產(chǎn)生的并且能調(diào)節(jié)生物體的生命活動(dòng)B.活細(xì)胞都可產(chǎn)生酶,酶可在細(xì)胞外起作用C.酶都是在核糖體上合成的D.所有的酶與雙縮脲試劑發(fā)生作用都可產(chǎn)生紫色反應(yīng)思維導(dǎo)引:酶的化學(xué)本質(zhì)及合成場所是?↓酶在生命活動(dòng)中的作用是?↓酶的作用場所有哪些?解析:酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的,只起催化作用,不具有調(diào)節(jié)生物體生命活動(dòng)的作用,A項(xiàng)錯(cuò)誤;凡是活細(xì)胞都可產(chǎn)生酶,酶既可在細(xì)胞內(nèi)起作用,也可在細(xì)胞外起作用,B項(xiàng)正確;絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),在核糖體上合成,少數(shù)酶是RNA,由DNA轉(zhuǎn)錄形成,C項(xiàng)錯(cuò)誤;只有是蛋白質(zhì)成分的酶與雙縮脲試劑作用才產(chǎn)生紫色反應(yīng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:B。探究點(diǎn)二酶的作用特性及實(shí)驗(yàn)探究問題引領(lǐng):(1)怎樣證實(shí)酶具有高效性?(2)怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明酶具有專一性?1.酶高效性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)分析(1)實(shí)驗(yàn)原理①2H2O22H2O+O2↑②比較H2O2在常溫、高溫、過氧化氫酶、Fe3+等不同條件下氣泡產(chǎn)生多少或衛(wèi)生香燃燒劇烈程度,了解過氧化氫酶的作用。(2)實(shí)驗(yàn)過程的變量及對照分析自變量2號(hào):90℃水浴加熱3號(hào):加入3.5%FeCl3溶液2滴4號(hào):加入20%肝臟研磨液2滴因變量H2O2分解速度(用產(chǎn)生氣泡的數(shù)目多少表示)無關(guān)變量加入H2O2的量;實(shí)驗(yàn)室的溫度;FeCl3溶液和肝臟研磨液的新鮮程度等對照組1號(hào)試管實(shí)驗(yàn)組2、3、4號(hào)試管(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論①酶具有催化作用,同無機(jī)催化劑一樣都可加快化學(xué)反應(yīng)速率。②酶具有高效性,與無機(jī)催化劑相比,酶的催化效率更高。2.酶專一性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)分析(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路(2)結(jié)果分析:根據(jù)底物性質(zhì)選用相應(yīng)試劑檢測,若實(shí)驗(yàn)組底物被分解,對照組底物不被分解,則證明酶具專一性。【例2】(2011天津?qū)氎鎱^(qū)質(zhì)檢)下列有關(guān)酶特性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,最科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊豁?xiàng)是()選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕獙?shí)驗(yàn)步驟A酶催化具有高效性實(shí)驗(yàn)組:2mL3%H2O2+1mL過氧化氫酶保溫5min對照組:2mL3%H2O2+1mL蒸餾水保溫5minB酶催化具有專一性實(shí)驗(yàn)組:2mL

3%可溶性淀粉+1mL新鮮唾液保溫5min碘液檢驗(yàn)對照組:2mL3%蔗糖+1mL新鮮唾液保溫:5min碘液檢驗(yàn)C探究酶作用的適宜溫度5mL3%可溶性淀粉+2mL新鮮唾液+碘液→每隔5分鐘將溶液溫度升高10℃,觀察溶液顏色變化DpH影響酶的催化活性向三支試管中依次各加入:2mL3%可溶性淀粉、1mL不同pH緩沖溶液和1mL新鮮唾液,在適宜溫度下保持5min,斐林試劑檢驗(yàn)解析:酶催化具有高效性是指酶與無機(jī)催化劑相比較而言的,用酶與蒸餾水作對照,只能證明酶具有催化作用,不能證明酶催化具有高效性,A錯(cuò)誤;B項(xiàng),蔗糖不與碘液反應(yīng),不應(yīng)該用碘液檢測,應(yīng)用斐林試劑檢測是否有還原糖產(chǎn)生,B錯(cuò)誤;C項(xiàng)應(yīng)設(shè)置多支試管,分別設(shè)置不同的溫度條件進(jìn)行比較,C錯(cuò)誤。答案:D。規(guī)律方法與酶有關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法(1)應(yīng)遵循單一變量原則,同時(shí)還要設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)。(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般思路:分析課題→把握原理→確認(rèn)變量→設(shè)置對照→一般步驟。其關(guān)鍵:實(shí)驗(yàn)變量如何操縱、無關(guān)變量如何控制、反應(yīng)變量如何檢測。在此分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)步驟、預(yù)測結(jié)果并得出結(jié)論。探究點(diǎn)三與酶有關(guān)的曲線分析問題引領(lǐng):(1)同種酶在不同的pH下,最適溫度發(fā)生改變嗎?(2)你所知道的影響酶促反應(yīng)速率的因素有哪些?1.與酶特性相關(guān)的曲線酶只能催化已存在的化學(xué)反應(yīng);酶只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需時(shí)間,不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)。2.與酶活性相關(guān)的曲線(1)酶催化活性的表示方法:單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的生成量。(2)溫度和pH對酶活性的影響(1)每一種酶都有一個(gè)最適溫度和最適pH。低溫及溫度略高和pH略微偏高、偏低都可抑制酶的活性;高溫、過酸、過堿破壞酶的分子結(jié)構(gòu),將使酶永久失活,而低溫只是抑制酶的活性,酶分子結(jié)構(gòu)未被破壞,溫度升高可恢復(fù)活性。(2)反應(yīng)溶液pH變化不影響酶作用的最適溫度。3.其他因素影響酶促反應(yīng)速率的曲線(1)底物濃度酶量一定的條件下,在一定范圍內(nèi)隨著底物濃度的增加,反應(yīng)速率也增加,但達(dá)到一定濃度后不再增加,原因是受到酶數(shù)量和酶活性的限制。(2)酶濃度在底物充足、其他條件適宜且固定的條件下,酶促反應(yīng)速率與酶濃度成正比。【例3】甲圖表示溫度對淀粉酶活性的影響;乙圖是將一定量的唾液淀粉酶和足量的淀粉混合后麥芽糖積累量隨溫度變化的情況。下列說法不正確的是(

)A.T0表示淀粉酶催化該反應(yīng)的最適溫度B.圖甲中,Ta、Tb時(shí)淀粉酶催化效率都很低,但對酶活性的影響卻有本質(zhì)的區(qū)別C.圖乙中Tb至Tc的曲線表明隨溫度升高,麥芽糖的積累量不再上升,酶的活性已達(dá)到

最高D.圖乙中A點(diǎn)對應(yīng)的溫度為T0思維導(dǎo)引:解析:圖甲中,T0時(shí)淀粉酶的活性最大,說明T0是淀粉酶催化反應(yīng)的最適溫度,A項(xiàng)正確;低溫(Ta)時(shí)酶的活性降低,高溫(Tb)時(shí)淀粉酶變性失活,B項(xiàng)正確;圖乙中麥芽糖的積累量不再上升,說明溫度過高酶已失活,C項(xiàng)錯(cuò)誤;圖乙中A點(diǎn)斜率最大說明麥芽糖的積累量增加最快,即酶活性最高,因此對應(yīng)圖甲的T0,D項(xiàng)正確。答案:C。規(guī)律方法酶的坐標(biāo)曲線題解題方法(1)熟記與酶相關(guān)的幾種曲線,據(jù)此準(zhǔn)確識(shí)別題圖;(2)理解曲線的縱、橫坐標(biāo)的含義;(3)結(jié)合酶特性方面的知識(shí)對曲線上重要的點(diǎn)和段進(jìn)行分析。【遷移應(yīng)用】(2012安慶期末)下面左圖表示的是pH對植物和人的淀粉酶活性的影響;右圖表示的是3種脫氫酶(A、B、C)的活性受溫度影響的情況。下列敘述正確的是(

B

)A.從左圖中可以知道pH=6時(shí)植物淀粉酶的活性最高B.從右圖中無法知道酶C的最適溫度C.從左圖中可以知道若細(xì)胞由酸性變成堿性時(shí),淀粉酶的活性逐漸升高D.從右圖中可以知道酶活性溫度范圍最廣的酶是B解析:溫度過高、過酸、過堿都能使酶徹底失活,且這種失活是不可逆轉(zhuǎn)的。從左圖可以看出,植物淀粉酶的最適pH在5和6之間,人的淀粉酶的最適pH在6和7之間。在右圖中可以看出,酶活性溫度范圍最窄的是酶B。酶C的活性受溫度影響的曲線不完整,因此從右圖中無法知道酶C的最適溫度。實(shí)驗(yàn):探究影響酶活性的因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)1.實(shí)驗(yàn)原理(1)環(huán)境中的一些因素,如溫度、pH、溶液濃度等對酶的催化作用有一定影響。(2)2.實(shí)驗(yàn)流程(1)溫度對酶活性的影響序號(hào)實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容試管1試管2試管31加等量可溶性淀粉溶液2mL2mL2mL2控制不同溫度條件60℃熱水

(5分鐘)沸水(5分鐘)冰塊(5分鐘)3加等量新鮮淀粉酶溶液1mL(5分鐘)1mL(5分鐘)1mL(5分鐘)4加等量碘液1滴1滴1滴5觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不出現(xiàn)藍(lán)色(呈現(xiàn)碘液顏色)藍(lán)色藍(lán)色(注:植物淀粉酶的最適溫度為55℃~65℃)(2)pH對酶活性的影響序號(hào)實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容試管1試管2試管31注入等量的新鮮肝臟研磨液2滴2滴2滴2注入等量的不同pH的溶液1mL蒸餾水1mLNaOH溶液1mL鹽酸3注入等量的過氧化氫溶液2mL2mL2mL4觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象氣泡較多氣泡較少或沒有氣泡較少或沒有5將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香插入試管內(nèi)液面的上方燃燒猛烈燃燒較弱燃燒較弱3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:酶活性的發(fā)揮需要最適宜的溫度、pH;溫度過高或過低都影響酶的活性;過氧化氫酶在中性條件下活性最大。

方法透析1.變量的概念自變量:指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操縱的因素或條件,也稱為實(shí)驗(yàn)變量。因變量:指實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化和結(jié)果。無關(guān)變量:指實(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量以外的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素或條件。(說明:自變量是原因,因變量是結(jié)果,二者具有因果關(guān)系,實(shí)驗(yàn)的目的在于獲得和解釋這種前因后果。)2.本實(shí)驗(yàn)的變量分析自變量因變量無關(guān)變量溫度淀粉分解速率(用相同時(shí)間內(nèi)是否出現(xiàn)藍(lán)色及藍(lán)色深淺表示)淀粉和淀粉酶的量、溶液的pH、反應(yīng)時(shí)間等pH過氧化氫分解速率(用相同時(shí)間內(nèi)釋放氣泡數(shù)表示)過氧化氫和肝臟研磨液的量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等3.實(shí)驗(yàn)注意問題(1)溫度對酶活性的影響①本實(shí)驗(yàn)不宜選用“過氧化氫酶催化H2O2分解”,因?yàn)檫^氧化氫酶催化的底物H2O2在加熱的條件下分解也會(huì)加快。②本實(shí)驗(yàn)不宜選用斐林試劑做鑒定試劑,因?yàn)殪沉衷噭┡c還原糖只有在加熱的條件下才有磚紅色沉淀生成,而該實(shí)驗(yàn)需嚴(yán)格控制不同的溫度。③本實(shí)驗(yàn)中第1、2步一定不能顛倒順序,否則會(huì)使實(shí)驗(yàn)失敗,即先控制條件再混合。(2)pH對酶活性的影響①本實(shí)驗(yàn)不宜選用“淀粉酶催化淀粉水解”,因?yàn)閺?qiáng)酸也能催化淀粉的水解,如果用淀粉酶來研究pH對酶活性的影響,會(huì)造成無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可信。②本實(shí)驗(yàn)應(yīng)先將H2O2酶和H2O2分別調(diào)至不同pH,再混合,以保證反應(yīng)一開始便達(dá)到預(yù)設(shè)pH。命題設(shè)計(jì)用α淀粉酶作實(shí)驗(yàn)材料,探索溫度、pH、反應(yīng)物濃度等對酶催化作用的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示,請根據(jù)圖回答下列問題:(1)在探索溫度對酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中,自變量是

,除自變量和因變量外,還需要考慮

、

及

等因素。該實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行如下步驟:①取3支試管,編號(hào)并注入2mL淀粉溶液;②向各試管注入1mL淀粉酶溶液;③向各試管滴1滴碘液;④將3支試管分別放在60℃的熱水、沸水和冰塊中維持溫度5min;⑤觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。最合理的實(shí)驗(yàn)順序應(yīng)為(

)

A.①→②→③→④→⑤ B.①→③→②→④→⑤C.①→③→④→②→⑤ D.①→④→②→③→⑤(2)將裝有酶和反應(yīng)物的甲、乙兩試管分別放入冰水和90℃水浴鍋中處理10min后取出,加入碘液振蕩后再轉(zhuǎn)入60℃的水浴鍋中保溫5min,兩試管內(nèi)溶液顏色的變化分別為:甲

,乙

。

(3)若用人的唾液淀粉酶做實(shí)驗(yàn),則圖A中a點(diǎn)所對應(yīng)的溫度應(yīng)為

℃,由此說明

。

(4)圖B中,反應(yīng)物達(dá)到某一濃度時(shí),反應(yīng)速度不再上升,其原因是

(5)圖C曲線所表示的酶的活性與pH的關(guān)系是

在該實(shí)驗(yàn)中用來檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果的試劑是

。

解析:探索溫度對酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中,溫度是自變量。底物濃度、pH、添加試劑的量、酶濃度等是無關(guān)變量。做本類實(shí)驗(yàn)的第一步應(yīng)該先進(jìn)行分組標(biāo)號(hào),所以先進(jìn)行①,其次應(yīng)再進(jìn)行④,再進(jìn)行②、③。這是為了先為酶反應(yīng)營造不同的外界環(huán)境,否則會(huì)由于外界條件不確定,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗,碘液應(yīng)在實(shí)驗(yàn)將要結(jié)束時(shí)加入,否則不能排除碘液對實(shí)驗(yàn)的影響,最佳順序應(yīng)為①→④→②→③→⑤。由于低溫只能暫時(shí)抑制酶的答案:(1)溫度pH酶濃度底物濃度D

(2)溶液藍(lán)色褪去溶液仍為藍(lán)色(3)37不同生物體中酶催化作用所需的最適溫度不同(4)受反應(yīng)液中酶濃度的限制(5)在一定的pH范圍內(nèi),隨pH增大,酶活性增強(qiáng),反應(yīng)速度加快,超過最適pH,隨pH增大,酶活性下降斐林試劑(或用班氏試劑,不能用碘液)活性,所以溫度恢復(fù)后,酶活性恢復(fù),分解淀粉,而高溫可破壞酶的空間結(jié)構(gòu),使酶發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的失活,即使溫度恢復(fù)最適宜時(shí),也不能催化淀粉的分解。唾液淀粉酶、血液凝固酶等一系列人體內(nèi)的酶,最適溫度應(yīng)為人體體溫——37℃,這體現(xiàn)了不同酶所需最適溫度是不同的。驗(yàn)證一系列pH對酶活性的影響,主要檢測不同pH條件下淀粉分解的多少,而碘液只能驗(yàn)證淀粉的有無,所以本實(shí)驗(yàn)不能選擇碘液。1.(2011年海南高考)關(guān)于酶的敘述,正確的是(

C

)A.酶提供了反應(yīng)過程所必需的活化能B.酶活性的變化與酶所處環(huán)境的改變無關(guān)C.酶結(jié)構(gòu)的改變可導(dǎo)致其活性部分或全部喪失D.酶分子在催化反應(yīng)完成后立即被降解成氨基酸解析:本題考查酶的作用及特性。酶通過降低反應(yīng)的活化能加快反應(yīng)進(jìn)行,但不為反應(yīng)過程提供能量,A錯(cuò)誤。在酶促反應(yīng)前后,酶的數(shù)量和性質(zhì)不變,D錯(cuò)誤。環(huán)境的改變會(huì)引起酶活性的變化,如