高三數(shù)學第5章　細胞的能量供應和利用 第1節(jié)　第2節(jié)人教實驗版知識精講

1、高三數(shù)學第5章細胞的能量供應和利用 第1節(jié)第2節(jié)人教實驗版【本講教育信息】一. 教學內(nèi)容：第5章細胞的能量供應和利用第1節(jié)降低化學反應活化能的酶 第2節(jié)細胞的能量“通貨” 二. 重點和難點1. 教學重點酶的作用、本質(zhì)和特性。ATP化學組成的特點及其在能量代謝中的作用2. 教學難點（1）酶降低化學反應活化能的原理。（2）控制變量的科學方法（3）ATP化學組成的特點及其在能量代謝中的作用。（4）ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化。三. 具體內(nèi)容（一）酶的作用和本質(zhì)（1）酶的概念：（2）酶的化學本質(zhì)：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。實驗 比較過氧化氫在不同條件下的分解注意事項及幾點說明：注意： 本實驗成功

2、的關鍵是實驗材料（肝臟）的新鮮程度（新鮮肝臟中含有較多的H2O2酶）。如果肝臟不新鮮，在一些微生物的作用下，H2O2酶被分解，影響實驗效果。因此，取材時一定取新鮮的肝臟研磨液。 向試管中插入快要熄滅的衛(wèi)生香時，動作要快，但不要插到氣泡中，以免使衛(wèi)生香因潮濕而熄滅。 試管最好使用20mm200mm的，這是因為如果試管過小，整個試管就會因充滿了稠密的氣泡而影響衛(wèi)生香復燃。 H2O2溶液有一定的腐蝕性，實驗時應小心，切勿濺到皮膚上。否則：用清水及時洗掉。幾點說明：（1）實驗使用的是肝臟的研磨液，這樣可以加大肝細胞內(nèi)過氧化氫酶與試管中過氧化氫的接觸面積，從而加速過氧化氫的分解。（2）滴加氯化鐵溶液和肝

3、臟研磨液不能合用一支滴管。否則，由于酶的催化效率的高效性，少量酶帶入FeCl3溶液中也會影響實驗結(jié)果的準確性，甚至使人產(chǎn)生錯覺，做出錯誤的判斷。（3）實驗時要特別注意比較產(chǎn)生氣泡多少、衛(wèi)生香燃燒情況，冒氣泡時間長短的比較（時間短的是因為酶很快將過氧化氫分解完了）等。（4）加入催化劑后，要用棉花塞緊試管口，以免O2逸出。輕輕振蕩，使試管中物質(zhì)混合均勻，為下一步使用衛(wèi)生香驗證做準備。理解：什么是活化能？在一個化學反應體系中，反應開始時，反應物分子的平均能量水平較低，為“初態(tài)”。在反應的任何一瞬間反應物中都有一部分分子具有了比初態(tài)更高一些的能量，高出的這一部分能量稱為“活化能”?；罨艿亩x是，在一

4、定溫度下一摩爾底物全部進入活化態(tài)所需要的自由能，單位是焦摩爾，單位符號是J/mol。（二）酶的特性：1. 酶的基本功能：催化各種化學反應。酶是一種生物催化劑，它作為催化劑與一般的無機催化劑有相同的地方，如只改變反應速度，但不改變反應方向，也不能改變反應的最終分子濃度。實際上酶只能催化那些在沒有酶時也能發(fā)生的反應，如葡萄糖的氧化分解，在自然狀態(tài)下也能發(fā)生，只速度極慢，我們很難覺察到，但在一系列酶的作用下葡萄糖被分解的速度就大大加快了。但酶是一種高分子有機物，具有一般的無機催化劑所不具備的特性，如專一性、高效性、易受pH值和溫度的影響等。2. 酶的特性：（1）酶的高效性：酶的高效性是指與無機催化劑

5、相比較，酶的催化效率要高出很多，一般要高出1071013倍。（2）酶的專一性：酶的專一性是指每一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學反應。（3）酶需要適宜的外界條件： 溫度對酶的影響：酶促反應的正常進行需要適宜的溫度。在最適溫度條件下，酶的催化能力最高。溫度對酶催化能力的影響可用如圖1所示的曲線表示。 圖1 圖2 pH對酶的影響：酶促反應的正常進行需要適宜的pH值。（如圖2曲線所示） 酶的催化能力與時間關系：酶的催化能力與時間的關系（如圖3曲線所示） 圖3 圖4（3）酶促反應速度與底物濃度的關系：（如圖4曲線所示）酶促反應的速度與底物濃度的關系是：在酶量一定的條件下，在一定范圍內(nèi)會隨著底物

6、濃度的增加，反應速度也增加，但達到一定濃度后酶促反應的速度也就不再增加了。原因是酶飽和了。（4）酶濃度與酶促反應的關系第2節(jié) 細胞中的能量“通貨”ATP一. ATP的生理功能為生物體的新陳代謝過程直接提供能量。ATP是生物體進行新陳代謝所需能量的直接來源。生物體中與能量有關的物質(zhì)有哪幾種？ 葡萄糖細胞內(nèi)的重要能源物質(zhì)。 淀粉植物細胞中儲存能量的物質(zhì)。 糖元動物細胞中儲存能量的物質(zhì)。 糖類是生物體進行生命活動的主要能源物質(zhì)。 脂肪是生物體內(nèi)儲存能量的物質(zhì)。 糖類、脂肪、蛋白質(zhì)生物體內(nèi)的能源物質(zhì)。 三磷酸腺苷（ATP）是生物體內(nèi)的直接能源物質(zhì)。有人將人和高等動物中的幾種能源物質(zhì)按使用的“輕重緩急”

7、作了如下比喻：1. ATP零花錢，直接用，相當于平?？诖械模S用隨??；2. 磷酸肌酸家中的錢，轉(zhuǎn)移用，可先支?。?. 糖類活期存折，主要用，隨時支??；4. 脂肪定期存折，儲備用，輕易不取。二. ATP分子的結(jié)構(gòu)：1. ATP分子的結(jié)構(gòu)簡式：APPP ATP的結(jié)構(gòu)簡式可寫成：APPP。其中A代表腺苷（即腺嘌呤核苷），T表示3個，P表示磷酸，所以ATP也稱為三磷酸腺苷?！啊北硎靖吣芰姿徭I，即“PO”鍵，“”表示一般的共價鍵。2. ATP的分子式：C10H16O13N5P33. ATP分子結(jié)構(gòu)式：ATP是一種高能磷酸化合物，一分子ATP中含有兩個高能磷酸鍵，每個高能磷酸鍵中貯存了大量的自由能，所謂

8、自由能是指能直接用于作功的能量。ATP中高能磷酸鍵貯存的自由能在鍵斷裂時釋放出來，能直接推動各項生命活動而作功，普通共價鍵斷裂時釋放的能量不能直接用于各項生命活動。經(jīng)測定每摩爾高能磷酸鍵貯存的能量約為30.54kJ。所以ATP被稱為生命活動的直接能源物質(zhì)。三. ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化（ATP在細胞中含量很少，但轉(zhuǎn)化很快）ATP ADP+Pi+能量（能量不循環(huán)，但物質(zhì)可以循環(huán)；且ATP生成時，有水生成）（1）從反應條件上看：ATP的分解是一種水解反應，催化該反應的酶屬于水解酶；而ATP的合成是一種合成反應，催化該反應的酶屬于物質(zhì)的合成酶。由酶的專一性可知，正逆反應條件是不同的。（2）從AT

9、P合成與分解的場所上看：ATP合成的場所有細胞質(zhì)的基質(zhì)、線粒體和葉綠體；而ATP分解的場所有細胞質(zhì)膜（供主動運輸消耗的能量）、葉綠體的基質(zhì)（將ATP中的能量釋放出來，貯存在合成的有機物中）、細胞質(zhì)的基質(zhì)（由ATP供能，活化氨基酸，將活化的氨基酸轉(zhuǎn)移到相應的tRNA上）、細胞核（DNA復制和RNA合成所消耗的能量）等等。因此，其合成與分解的場所不盡相同。顯然上述正逆反應并不是同時進行的。（3）從能量上看：ATP水解釋放的能量原是儲存在高能磷酸鍵內(nèi)的化學能，釋放出來后供各種生命活動之用，不能再由Pi與ADP形成ATP而儲存，而合成ATP的能量主要是有機物中的化學能和太陽能。因此，反應物和反應產(chǎn)物中

10、的能量來源是不同的；正反應中釋放出的能量的流向也是不可逆的。綜上所述，對反應式ATPADP+Pi+能量，在生物體內(nèi)的過程應判斷為“物質(zhì)是可逆的，能量不是可逆的”，或解釋為“物質(zhì)是循環(huán)的，能量是不循環(huán)的”更為確切。四. ATP的形成場所與途徑1. 場所：葉綠體、線粒體、細胞質(zhì)基質(zhì)。2. 形成途徑注意： 在ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過程中，有一個能量的來源和能量的去向的問題，即形成ATP時，能量來源于細胞呼吸和光合作用（綠色植物），當ATP形成時，釋放出的能量用于各項生命活動。 生物體的各項生命活動需要能量作動力，ATP為高能化合物，既可儲能，又可作為生命活動的直接能源，源源不斷地為生命活動提供能量

11、（見下圖）【典型例題】例1 在比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率的實驗中，把肝臟制成研磨液的目的是（ ）A. 有利于過氧化氫酶的釋放 B. 保護過氧化氫酶 C. 提高過氧化氫酶的活性 D. 以上說法都不對解析：酶是活細胞產(chǎn)生的，因為過氧化氫酶位于肝細胞內(nèi)，所以把肝臟制成研磨液的目的是將肝細胞內(nèi)的過氧化氫酶釋放出來。答案：A例2 關于酶促反應中酶的作用的敘述，正確的是（ ）A. 提高化學反應的活化能B. 降低化學反應的活化能C. 促進正反應的速度，降低負反應的速度D. 促進負反應的速度，降低正反應的速度解析：酶的作用是降低化學反應的活化能，從而加快化學反應的速度，包括正反應和負反應。答案：B例3

12、 關于酶的性質(zhì)，下列敘述不正確的一項是（ ）A. 酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化能力的蛋白質(zhì) B. 化學反應前后，酶的化學性質(zhì)和質(zhì)量不變C. 酶的活性易受酸堿度和溫度的影響 D. 酶一旦離開活細胞，不一定就失去催化能力解析：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化能力的有機物，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。答案：A例4 在測定胃蛋白酶活性時，將溶液pH由10降到2的過程中，胃蛋白酶的活性將（ ） A. 不斷上升 B. 沒有變化 C. 先升后降 D. 先降后升 解析：胃蛋白酶的最適pH為1.5，當pH為10時，遠大于1.5，此時胃蛋白酶在過堿條件下，其分子結(jié)構(gòu)已發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的改變，由pH為10降至2時已，胃蛋白

13、酶無法恢復其活性了。答案：B例5 下列敘述錯誤的是（ ）A. ATP、葡萄糖、太陽能依次是生命活動的直接能源、主要能源和最終能源B. ADP可接受細胞內(nèi)呼吸作用、光合作用的能量生成ATPC. ATP在酶作用下水解釋放的能量用于各項生命活動D. ATP是一類特殊的蛋白質(zhì)解：D 規(guī)律總結(jié)：A、B、C都是符合ATP的生理特性的，而ATP是一種高能磷酸化合物，并非是蛋白質(zhì)。可見，解此類題，應從ADP在轉(zhuǎn)化成ATP時的能量來源途徑以及ATP的本質(zhì)的角度下手。例6 ATP在細胞中能夠釋放能量和儲存能量，從其化學結(jié)構(gòu)看，原因是（ ） 腺苷很容易吸收能量和釋放能量 第三個高能磷酸鍵很容易斷裂和再結(jié)合 第三個磷

14、酸基團很容易從ATP上脫離（即第二個高能磷酸鍵斷裂），使ATP轉(zhuǎn)變成ADP，同時釋放能量 ADP可以在酶的作用下迅速與一分子磷酸結(jié)合，吸收能量形成第二個高能磷酸鍵，使ADP轉(zhuǎn)變成ATPA. B. C. D. 解：C 課標剖析：從ATP結(jié)構(gòu)簡式APPP看，其中含有兩個高能磷酸鍵，在酶的作用下，遠離腺苷的高能磷酸鍵斷裂，形成ADP和Pi，該鍵又可接受能量，加一分子磷酸重新形成ATP。在這里，高能磷酸鍵的斷裂和再形成，保證了能量的釋放和儲存。例7 如在過氧化氫酶溶液中加入雙縮脲試劑，其結(jié)果應該是（ ）A. 產(chǎn)生氣泡 B. 溶液呈藍色 C. 溶液呈紫色 D. 產(chǎn)生磚紅色沉淀解析：過氧化氫酶的化學本質(zhì)是

15、蛋白質(zhì)，過氧化氫酶溶液中加入雙縮脲試劑即檢驗蛋白質(zhì)。結(jié)果蛋白質(zhì)和雙縮脲試劑反應，溶液呈紫色。答案：C例8 能說明酶不同于一般催化劑的催化特征之一是（ ）A. 酶是活細胞產(chǎn)生的，必須在活細胞中起作用B. 酶有專一性，每一種酶只能催化一種或一類物質(zhì)的化學反應C. 酶具有高效性，所以酶的數(shù)量與反應速率沒有關系D. 能產(chǎn)生酶的細胞一定能產(chǎn)生激素，能產(chǎn)生激素的細胞不一定能產(chǎn)生酶解析：酶一般是在活細胞中產(chǎn)生的，但只要條件適宜，在細胞內(nèi)外都能起作用，如淀粉酶在消化道中、試管中都能催化淀粉水解。在一定范圍內(nèi)酶濃度越高，反應速率越快。能產(chǎn)生激素的細胞一定能產(chǎn)生酶，能產(chǎn)生酶的細胞不一定能產(chǎn)生激素。 答案：B【模擬

16、試題】1. 每個碳酸酐酶分子每秒能催化6105個CO2與相同數(shù)量的H2O結(jié)合成H2CO3，這比非酶催化的反應速度快l07倍。由此說明酶具有（ ）A. 高效性 B. 專一性 C. 多樣性 D. 作用需適宜條件2. 取兩支潔凈試管，分別按下表處理：編號溶液處理酶試劑處理13%可溶性淀粉2mL60水浴5min淀粉酶各2mL斐林試劑各2mL加熱煮沸1min23%蔗糖溶液2 mL有磚紅色沉淀生成的試管及所說明的問題是（ ）A. 1號，酶具有高效性B. 2號，酶具有專一性C. 1號，酶具有專一性D. 2號，酶需要適宜的條件3. 某學生為了驗證唾液的功能，做了如下一組實驗：取甲、乙兩支試管，分別加入等量的淀

17、粉糊2 mL，甲試管又加入2 mL唾液，兩試管同時在37溫水中放置10 min后取出，再各加入0.5 mL碘液。實驗設計方案上的錯誤是（ ） A. 乙試管內(nèi)未加入胃液B. 甲、乙兩試管均呈藍色反應 C. 乙試管未加入等量清水D. 以上選項都不正確 4. 下列A、B、C三圖依次表示酶濃度一定時，反應速度和反應物濃度、溫度、pH的關系。請據(jù)圖完成下列問題：（1）圖A中，反應物達到某一濃度時，反應速度不再上升，其原因是_。（2）圖B中，a點所對應的溫度稱_。（3）圖B中，a點到b點曲線急劇下降，其原因是_。（4）將裝有酶與反應物的甲、乙兩試管分別放入12和75水浴鍋中，20分鐘后取出轉(zhuǎn)入37的水浴鍋

18、中保溫，附試管內(nèi)反應分別應為甲_，乙_。5. 用-淀粉酶作實驗材料，探索溫度對酶催化作用的影響，需進行如下步驟： 取三支試管，編號并注入2 mL淀粉溶液 另取三支試管，編號并注入1 mL淀粉酶溶液 向各試管滴一滴碘液 將三支試管分別放在60的熱水、沸水和冰塊中維持5 min 觀察實驗現(xiàn)象 將1 mL淀粉酶溶液倒入對應的已注入2 mL淀粉溶液的試管中（1）最合理的實驗順序應為：（ ） A. B. C. D. （2）將上述經(jīng)冰水和沸水處理的甲、乙兩試管取出轉(zhuǎn)入60的水浴鍋中保溫5 min，兩試管內(nèi)溶液顏色的變化分別為甲_；乙_。6. 下列關于ATP的敘述中，正確的是（ ）A. ATP分子中所有化學

19、鍵都儲存著大量的能量，所以被稱為高能化合物B. 三磷酸腺苷可以簡寫為APPPC. ATP中大量的能量都儲存在腺苷和磷酸基團中D. ATP中大量的能量儲存在高能磷酸鍵中7. 生物體內(nèi)既能儲存能量，又能為生命活動直接提供能量的物質(zhì)是（ ）A. 葡萄糖B. 糖原C. 三磷酸腺苷D. 脂肪8. 某作家腦溢血導致右側(cè)肢體癱瘓，為盡快改善患者新陳代謝狀況，盡快恢復其右手書寫能力，在治療時可用下列哪種方法輔助治療（ ）A. 靜脈滴注葡萄糖溶液B. 口服含鈣片劑C. 服用多種維生素液D. 肌肉注射ATP制劑9. 在植物細胞里可以形成ATP的細胞結(jié)構(gòu)是（ ） 高爾基體 核糖體 線粒體 葉綠體 細胞質(zhì)基質(zhì) A. B. C. D. 10. 人體在劇烈運動時，骨骼肌中ATP的含量僅能維持3s的供能需要，3s以后肌肉消耗的能量來