浙江省2021高考生物一轮复习第三单元第5讲细胞与能量及酶课件

浙江省2021高考生物一轮复习第三单元第5讲细胞与能量及酶课件

第5讲　细胞与能量及酶 教材研读 知识1　ATP在能量代谢中的作用 一、吸能反应和放能反应 1.吸能反应 (1)细胞中的许多反应是吸能反应,因为其产物分子中的势能比反应物分子中 的势能①      高      ,如由氨基酸合成蛋白质的反应就是吸能反应。 (2)吸能反应所需要的能量一般来自②      放      能反应。③      光合作用      是植 物绿色细胞中最重要的吸能反应,这个吸能反应所需的能量来自④    太阳光     。 2.放能反应 (1)所有细胞中最重要的放能反应是⑤      糖的氧化      ,人们通常把这个过程称 为⑥      细胞呼吸      。 (2)⑦      ATP      不仅是细胞中放能反应和吸能反应的纽带,更是⑧      细胞      中 的能量通货。 二、ATP是细胞中的能量通货 1.ATP是由1个①      核糖      、1个②      腺嘌呤      和3个磷酸基团组成的。 2.核糖与腺嘌呤结合成的基团叫③      腺苷      ,3个磷酸基团中的一个磷酸基团 连接在④      糖      分子上,其余2个则相继连接在前一个磷酸基团上。连接两 个磷酸基团之间的化学键称为⑤      高能磷酸键      ,在酶的作用下,该键容易断 裂。 3.ATP在细胞中易于⑥      再生      ,是细胞中普遍使用的⑦      能量载体      。通 过ATP的合成和水解使放能反应所释放的能量用于吸能反应的过程称为⑧      ATP—ADP循环      。 知识2　酶的本质、特性和作用 一、发现过程 二、作用与本质 酶在细胞代谢中具有催化作用,绝大多数酶是⑨      蛋白质      ,少数酶是⑩      RNA      。 三、特性     1. 下列关于细胞中吸能反应和放能反应的叙述,错误的是   (　 D 　) A.糖的氧化反应是放能反应 B.光合作用的碳反应是吸能反应 C.ATP是吸能反应和放能反应的纽带 D.氨基酸合成蛋白质的过程是放能反应 答案    D 　糖的氧化反应是放能反应,A正确;光合作用的碳反应是吸能反应, B正确;ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带,C正确;在氨基酸合成蛋白 质的过程中利用了ATP所提供的能量,属于吸能反应,D错误。 2. 下列物质作为细胞中“能量通货”的是   (　 A 　) A.ATP　　B.DNA　　C.油脂　　D.蛋白质 答案    A      3. 某同学进行有关酶的实验: 组1　1%淀粉溶液+新鲜唾液+本尼迪特试剂→红黄色沉淀 组2　2%蔗糖溶液+新鲜唾液+本尼迪特试剂→无红黄色沉淀 组3　2%蔗糖溶液+蔗糖酶溶液+本尼迪特试剂→ 下列叙述错误的是   (　 C 　) A.自变量是底物和酶 B.组3的结果是红黄色沉淀 C.指示剂可用碘—碘化钾溶液替代 D.实验结果证明酶有专一性 答案    C 　新鲜唾液中含有唾液淀粉酶,三组实验的自变量是底物和酶,A正 确;蔗糖水解后产生还原糖——葡萄糖和果糖,可以与本尼迪特试剂在水浴加 热的条件下产生红黄色沉淀,B正确;碘—碘化钾溶液不能用于检验蔗糖是否 被水解,C错误;实验结果证明淀粉酶只能催化淀粉水解,蔗糖酶只能催化蔗糖 水解,即酶有专一性,D正确。 4. 温度对甲、乙两种酶活性的影响如图所示,下列叙述正确的是   (　 D 　) A.甲酶保持活性的温度范围大于乙酶 B.甲酶的活性始终高于乙酶 C.乙酶在55 ℃后完全失去活性 D.乙酶的最适温度高于甲酶 答案    D 　由图可知,甲酶保持活性的温度范围为0 ℃~50 ℃,乙酶的范围为 10 ℃~70 ℃,因此甲酶保持活性的温度范围小于乙酶,A错误;甲酶的活性约在 45 ℃之后小于乙酶,B错误;乙酶在55 ℃后仍有较高的催化活性,C错误;甲酶的 最适温度在37 ℃左右,乙酶的最适温度在55 ℃左右,乙酶的最适温度大于甲 酶,D正确。 考点一　ATP在细胞代谢中的作用   考点突破 1.ATP分子结构特点 (1)组成元素:C、H、O、N、P。 (2)简称:腺苷三磷酸。 (3)结构简式:A—P~P~P(含义:A——腺苷(腺嘌呤+核糖);P——磷酸基团;~— —高能磷酸键。一个ATP分子中含有一个普通磷酸键,两个高能磷酸键,三个 磷酸基团,远离腺苷的那个高能磷酸键容易断裂,也容易形成)。 2.ATP与ADP的相互转化及其生理意义   (1)在有关酶的催化作用下,ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键很容易水解,并 释放能量。细胞内的绝大多数生命活动都以ATP为直接能源物质,但ATP不 是唯一的直接能源物质,其他物质如CTP、TTP等都可作为直接能源物质。 (2)在有关酶的催化作用下,ADP可以接受能量,同时与磷酸结合,重新形成 ATP。细胞内的放能反应主要是细胞呼吸。 (3)ATP形成的能量来源:对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,这种能量均 来自细胞呼吸;对于绿色植物来说,这种能量则来自光合作用和细胞呼吸。   转化场所 生理过程 消耗ATP 产生ATP 细胞膜 主动转运、胞吞、胞吐等 好氧细菌的呼吸作用 细胞溶胶 原核细胞的转录过程、胞内物质的运输等 细胞需氧呼吸和厌氧呼吸的第一阶段 叶绿体 碳反应、自身DNA复制、转录、蛋白质合成等 光反应 线粒体 自身DNA复制、转录、蛋白质合成 需氧呼吸第二、第三阶段 核糖体 蛋白质合成 细胞核 DNA复制、转录等 细胞内产生ATP与消耗ATP的生理过程对比   知识拓展 　ATP产生量与O 2 供给量之间的关系   (1)在无氧条件下,生物细胞可通过厌氧呼吸分解有机物,产生少量ATP。 (2)随O 2 供给量增多,需氧呼吸明显加强,ATP产生量随之增加;但当O 2 供给量 达到一定值后,ATP产生量不再增加,此时的限制因素可能是酶、有机物、 ADP、磷酸等。 (3)当横坐标表示呼吸强度时,ATP产生量曲线应从原点开始。 典例1　 ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。下列关于ATP的叙 述,错误的是   (　 D 　) A.酒精发酵过程中有ATP生成 B.ATP可为物质跨膜运输提供能量 C.ATP中高能磷酸键水解可释放能量 D.ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成   解题关键　掌握ATP在生物体中的产生途径(如光合作用和呼吸作用)、作 用(为各项生命活动提供能量)、组成与水解。 答案    D 解析 　酒精发酵即厌氧呼吸产生酒精和二氧化碳,同时释放少量能量的过程, 该过程中有ATP生成,A正确;物质跨膜运输的方式如果是主动转运,需要消耗 能量,这部分能量可由ATP提供,B正确;ATP中高能磷酸键水解可释放能量,C 正确;ATP由腺嘌呤、核糖和磷酸组成,D错误。 1-1 　如图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法错误的 是   (　 A 　)   A.图1中的A代表腺苷,b、c为高能磷酸键 B.图2中反应向右进行时,图1中的c键断裂并释放能量 C.ATP与ADP快速转化依赖于酶催化作用的高效性 D.图1方框部分是RNA组成单位之一 答案    A 解析 　图1中的A代表腺嘌呤,b、c为高能磷酸键,A错误;图2中反应向右进行 时,图1中的远离腺苷的c键断裂并释放能量,B正确;ATP与ADP快速转化依赖 于酶的高效催化作用,C正确;图1方框部分是腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的组 成单位之一,D正确。 1-2　 一分子ATP(A—P~P~P)中含有高能磷酸键的个数是       (　 B 　) A.4　　B.2　　C.1　　D.0 答案    B 解析 　一个ATP分子中含有2个高能磷酸键,B正确。 考点二　酶的功能与特性 1.酶的本质及生理功能 类别 知识要点 来源 活细胞产生的具有生物催化作用的有机物 化学本质 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 起催化作用(生物催化剂) 作用原理 降低化学反应的活化能 2.酶与无机催化剂的比较     3.有关酶的正确理解 正确说法 错误说法 产生场所 活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等) 具有分泌功能的细胞才能产生 化学本质 有机物(大多数为蛋白质,少数为RNA) 蛋白质 作用场所 可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用 温度影响 低温只抑制酶的活性,不会使酶变性失活 低温和高温均使酶变性失活 作用 酶只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能 来源 生物体内合成 有的可来源于食物等   知能拓展 　高中生物涉及的部分酶及其作用 分类 酶的名称 酶的作用 消化酶 唾液淀粉酶、胰淀粉酶、肠淀粉酶 将淀粉分解为麦芽糖 胰麦芽糖酶、肠麦芽糖酶 将麦芽糖分解为葡萄糖 胃蛋白酶、胰蛋白酶 将蛋白质分解为多肽 肠肽酶 将多肽分解为氨基酸 胰脂肪酶、肠脂肪酶 将油脂分解为脂肪酸和甘油   DNA酶 分解DNA 纤维素酶 分解纤维素 果胶酶 分解果胶   谷丙转氨酶 将谷氨酸转化成丙氨酸 酪氨酸酶 利用酪氨酸合成黑色素,衰老的细胞中酪氨酸酶活性降低,白化病人体内不能合成酪氨酸酶 与转录、逆转录、 翻译等有关的酶 解旋酶 断开DNA碱基对间的氢键 逆转录酶 催化RNA形成DNA分子 RNA聚合酶 催化DNA分子转录形成RNA 与基因工程有 关的酶 DNA连接酶 将DNA片段连接起来 限制性核酸内切酶 切割DNA形成粘性末端或平末端 与DNA复制有 关的酶 DNA聚合酶 以DNA的一条链为模板,催化单个脱氧核苷酸 之间形成磷酸二酯键的酶 其他 溶酶体酶 水解细胞中的代谢废物、衰老的细胞组织以 及外源杂质 与酶有关的曲线分析方法 项目 曲线 分析 酶的高效性   与无机催化剂相比,酶的催化效率更高;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 酶的专一性 (特异性)   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能够催化该反应;在A反应物 中加入酶B,反应速率与未加酶时相同,说明酶B 不能催化该反应 影响酶活 性的因素   甲   乙   丙 ①在一定温度范围内,随温度的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围酶催化作用将减弱 ②在最适pH时,酶的催化作用最强,高于或低于最适pH,酶的催化作用都将减弱 ③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 ④反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度 影响酶促反应 速率的因素       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,此时限制因素是底物浓度;当底物浓度达到一定限度时,所有的酶均与底物结合,反应速率达到最大,再增加底 物浓度,反应速率不再增加,此时限制因素是酶的浓度   在底物充足,而其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。整个过程中限制因素是酶的浓度 分析酶促反应曲线时主要注意以下两点: (1)首先要弄清横坐标和纵坐标表示的意义,相同的曲线在不同的坐标系中表 示的含义不同。其次明确曲线中的几个关键点,如起点、与纵横轴的交点、 拐点、最低点、最高点等。 (2)在分析影响酶促反应的因素时,一般情况下,生成物的量未达到饱和时,影 响因素是横坐标所表示的因素;在生成物达到饱和后,限制因素是横坐标所表 示的因素之外的其他因素。 典例2     (2018浙江十校联盟联考)下列关于酶的叙述,正确的是   (　 C 　) A.一种酶只能催化一种底物的反应,这体现了酶的专一性 B.蔗糖酶的活性大小可用该酶在1 min内使多少克蔗糖水解表示 C.酶促反应都有一个最适温度 D.酶催化的反应需要在水溶液中进行,所以酶均分布在细胞溶胶中   解题关键　把握酶专一性的实质是指一种酶只作用于一种或者一类的底 物反应,且探究酶的专一性需在适宜的条件下(适宜的温度、pH)进行。 答案    C 解析 　酶的专一性是指一种酶只能催化一种底物或几种相似底物的反应,A 错误;蔗糖酶的活性大小可以用1克蔗糖酶在1 min内使多少克蔗糖水解表示, B错误;酶促反应中每种酶的最适温度不同,但都有一个最适温度,C正确;酶催 化的反应既可以在细胞内进行,也可以在细胞外进行,此外,在一些细胞器中, 也有一些反应需要酶催化,D错误。 2-1     (2018 浙江 11 月选考 ,7,2 分 ) 酶是生物催化剂 , 其作用受 pH 等因素的影 响。下列叙述错误的是   ( 　 A 　 ) A. 酶分子有一定的形状 , 其形状与底物的结合无关 B. 绝大多数酶是蛋白质 , 其作用的强弱可用酶活性表示 C.麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解,不能催化蔗糖的水解 D.将胃蛋白酶加入到pH=10的溶液中,其空间结构会改变 答案    A 解析 　酶分子有一定的形状,恰好能和底物分子结合,酶的活性部位与底物结 合形状发生改变进行催化作用,作用完成后恢复原状,A错误;绝大多数酶的本 质是蛋白质,少数酶的本质是RNA,酶作用的强弱可用酶活性表示,B正确;酶 具有专一性,麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解,不能催化蔗糖的水解,C正确;酶 发挥作用需要适宜的pH,胃蛋白酶的最适pH为2,当加入pH=10的溶液时,其空 间结构会改变,而变性失活,D正确。 2-2 　 当细胞内某种 RNA 存在时 , 某一生化反应能正常进行 , 当这种 RNA 被有 关水解酶水解后 , 该化学反应停止。导致这一现象的原因可能是   ( 　 D 　 ) A. 催化该生化反应的酶是 RNA 水解酶 B.该种RNA上具有控制生物性状的遗传基因 C.该种RNA能调控细胞内所有的生化反应 D.该种RNA在此生化反应中能起催化作用 答案    D 解析　 据题意可知,细胞内的某一生化反应需要在某种RNA存在的条件下才 能够进行,而极少数酶的化学本质是RNA,所以这里的RNA应该是起催化作 用的酶。 考点三　酶的特性实验探究 1.酶的专一性的实验探究方法——对比法 (1)设计思路:常见的方案有两种,即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同, 最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。 (2)设计方案 项目 方案一 方案二 实验组 对照组 实验组 对照组 材料 同一种底物(等量) 与酶相对应的底物 另外一种底物 试剂 与底物相对应的酶 另外一种酶 同一种酶(等量) 现象 发生反应 不发生反应 发生反应 不发生反应 结论 酶具有专一性 酶具有专一性 2.温度对酶活性的影响 (1)实验原理 淀粉   麦芽糖   　　　　　　　　　　　　　       蓝色　　　　　　　　　　　　　无蓝色出现 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。     检测是否出现蓝色及蓝色深浅 (2)实验设计思路 3.pH对酶活性的影响 (1)实验原理 ①2H 2 O 2   2H 2 O+O 2 ②pH影响酶的活性,从而影响O 2 单位时间的生成量,可用点燃但无火焰的卫 生香的燃烧情况来检验O 2 生成量的多少。 (2)实验设计思路     O 2 的产生速率 1.探究酶作用特性实验中自变量的处理 (1)在探究酶作用的最适温度实验时,酶溶液和反应物混合之前,要把两者先 分别放在各自所需温度下保温一段时间。若选择淀粉和淀粉酶来探究酶的 最适温度,检测的试剂宜选用碘液,不应该选用本尼迪特试剂。因选用本尼迪 特试剂需热水浴加热,而该实验中需严格控制温度。 (2)在探究酶作用的最适pH时,实验操作前必须先将酶置于不同环境条件下 (加清水、加氢氧化钠、加盐酸),然后再加入反应物。不能把酶加入反应物 中后,再加入盐酸或氢氧化钠,以防止反应物在酶的作用下先发生反应。 (3)酶促反应速率不同于酶活性 ①温度、pH都能影响酶的空间结构,改变酶的活性,进而影响酶促反应速 率。 ②底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积而影响酶促反应速率 的,并不影响酶的活性。 2.与酶相关的实验设计与分析方法 实验名称 实验组 对照组 实验组衡量标准 验证酶是 蛋白质 待测酶液+ 双缩脲试剂 已知蛋白液+ 双缩脲试剂 是否出现紫色 验证酶具有 催化作用 底物+相应酶液 底物+等 量蒸馏水 底物是否被分解 验证酶的专一性 底物+相应酶液 另一底物+ 相同酶液 底物是否被分解 验证酶具 有高效性 底物+相应酶液 底物+ 无机催化剂 底物分解速度 探索酶的最适 温度(或pH) 温度(或pH)梯度下的同一温度 (或pH)处理后的底物和酶混合 底物的分解速度 或底物的剩余量 3.酶的实验探究中的“变量分析” 项目 实验变量分析 酶的专 一性 ①自变量:不同底物或不同酶液;②因变量:底物是否被分解或有无产物生成;③无关变量:试剂量、反应温度、pH等 酶的温和性 温度 ①自变量:一系列温度梯度(至少三组);②因变量:底物的分解速度或剩余量(产物的生成速度或产生量);③无关变量:底物浓度、试剂量、 酶浓度、pH等 pH ①自变量:一系列pH梯度(至少三组);②因变量:底物的分解速度或剩余量(产物的生成速度或产生量);③无关变量:底物浓度、试剂量、酶 浓度、温度等 典例3　 为验证酶的特性,进行了实验,基本过程如表所示。 单位:mL     据此分析,下列叙述正确的是   (　 A 　) 试管号 1 2 3 4 5 6 本尼迪特试剂 2 2 2 2 2 2 1%淀粉溶液 3 3 3 2%蔗糖溶液 3 3 3 稀释的人新鲜唾液 1 1 蔗糖酶溶液 1 1 A.试管1和试管2的作用是检测淀粉和蔗糖中是否含有还原糖 B.试管3~6需在沸水浴中保温2~3 min以利于酶的催化作用 C.试管3和6的实验结果说明酶的作用具有专一性 D.若试管5中出现阳性反应说明蔗糖酶也能分解淀粉   解题关键 　熟悉书本中实验设计的思路,明确实验设计的对照原则、等量 原则、单一变量原则等。 答案    A 解析 　试管1和试管2的作用是检测淀粉和蔗糖中是否含有还原糖,A正确;试 管3~6需在沸水浴中保温2~3 min以利于显色反应,B错误;试管3和6的实验结 果不能说明酶具有专一性,因为这两组之间存在两个自变量,C错误;若试管5 中出现阳性反应,说明实验所用的淀粉中本身可能存在还原糖,D错误。 3-1　 为研究酶的特性,进行了实验,基本过程及结果如下表所示: 步骤 基本过程 试管A 试管B 1 加入淀粉溶液 3 mL — 2 加入蔗糖溶液 — 3 mL 3 加入新鲜唾液 1 mL 1 mL 4 37 ℃保温15 min,加本尼迪特试剂 2 mL 2 mL 5 沸水浴2~3 min,观察 红黄色沉淀 无红黄色沉淀 据此分析,下列叙述错误的是   (　 C 　) A.实验的自变量是底物 B.检测指标是颜色的变化 C.酶的作用具有高效性 D.37 ℃是该酶作用的适宜温度 答案    C 解析 　本题考查活动:探究酶的专一性。根据实验分组及结果,可知试管A与 试管B相互对照,两组的唯一不同是底物的不同,即底物为自变量,A正确;观测 指标是用本尼迪特试剂来检测有无还原糖的生成(通过颜色的变化),从而确 定淀粉或蔗糖有无水解产生还原糖,B正确;37 ℃在本实验中为无关变量,应 保持相同且适宜,37 ℃为唾液淀粉酶的最适催化温度,D正确;综合上述分析, 本实验的目的为探究酶的专一性,即唾液淀粉酶只能催化淀粉的水解,而不能 催化蔗糖的水解,体现不出酶的作用具有高效性,C错误。