高三數(shù)學(xué)第5章　細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 第1節(jié)　第2節(jié)人教實(shí)驗(yàn)版知識(shí)精講

1、高三數(shù)學(xué)第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 第1節(jié)第2節(jié)人教實(shí)驗(yàn)版【本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容：第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 第2節(jié)細(xì)胞的能量“通貨” 二. 重點(diǎn)和難點(diǎn)1. 教學(xué)重點(diǎn)酶的作用、本質(zhì)和特性。ATP化學(xué)組成的特點(diǎn)及其在能量代謝中的作用2. 教學(xué)難點(diǎn)（1）酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理。（2）控制變量的科學(xué)方法（3）ATP化學(xué)組成的特點(diǎn)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(xué)本質(zhì)：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。實(shí)驗(yàn) 比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解注意事項(xiàng)及幾點(diǎn)說(shuō)明：注意： 本實(shí)驗(yàn)成功

2、的關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)效果。因此，取材時(shí)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(shí)，動(dòng)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?yàn)槿绻嚬苓^(guò)小，整個(gè)試管就會(huì)因充滿(mǎn)了稠密的氣泡而影響衛(wèi)生香復(fù)燃。 H2O2溶液有一定的腐蝕性，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)小心，切勿濺到皮膚上。否則：用清水及時(shí)洗掉。幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）實(shí)驗(yàn)使用的是肝臟的研磨液，這樣可以加大肝細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化氫酶與試管中過(guò)氧化氫的接觸面積，從而加速過(guò)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(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至使人產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，做出錯(cuò)誤的判斷。（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)間長(zhǎng)短的比較（時(shí)間短的是因?yàn)槊负芸鞂⑦^(guò)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(yàn)證做準(zhǔn)備。理解：什么是活化能？在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系中，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)物分子的平均能量水平較低，為“初態(tài)”。在反應(yīng)的任何一瞬間反應(yīng)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(chēng)為“活化能”?；罨艿亩x是，在一

4、定溫度下一摩爾底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的自由能，單位是焦摩爾，單位符號(hào)是J/mol。（二）酶的特性：1. 酶的基本功能：催化各種化學(xué)反應(yīng)。酶是一種生物催化劑，它作為催化劑與一般的無(wú)機(jī)催化劑有相同的地方，如只改變反應(yīng)速度，但不改變反應(yīng)方向，也不能改變反應(yīng)的最終分子濃度。實(shí)際上酶只能催化那些在沒(méi)有酶時(shí)也能發(fā)生的反應(yīng)，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(jué)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(jī)物，具有一般的無(wú)機(jī)催化劑所不具備的特性，如專(zhuān)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(wú)機(jī)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(zhuān)一性：酶的專(zhuān)一性是指每一種酶只能催化一種化合物或一類(lèi)化合物的化學(xué)反應(yīng)。（3）酶需要適宜的外界條件： 溫度對(duì)酶的影響：酶促反應(yīng)的正常進(jìn)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(duì)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(duì)酶的影響：酶促反應(yīng)的正常進(jìn)行需要適宜的pH值。（如圖2曲線所示） 酶的催化能力與時(shí)間關(guān)系：酶的催化能力與時(shí)間的關(guān)系（如圖3曲線所示） 圖3 圖4（3）酶促反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系：（如圖4曲線所示）酶促反應(yīng)的速度與底物濃度的關(guān)系是：在酶量一定的條件下，在一定范圍內(nèi)會(huì)隨著底物

6、濃度的增加，反應(yīng)速度也增加，但達(dá)到一定濃度后酶促反應(yīng)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(yīng)的關(guān)系第2節(jié) 細(xì)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(guò)程直接提供能量。ATP是生物體進(jìn)行新陳代謝所需能量的直接來(lái)源。生物體中與能量有關(guān)的物質(zhì)有哪幾種？ 葡萄糖細(xì)胞內(nèi)的重要能源物質(zhì)。 淀粉植物細(xì)胞中儲(chǔ)存能量的物質(zhì)。 糖元?jiǎng)游锛?xì)胞中儲(chǔ)存能量的物質(zhì)。 糖類(lèi)是生物體進(jìn)行生命活動(dòng)的主要能源物質(zhì)。 脂肪是生物體內(nèi)儲(chǔ)存能量的物質(zhì)。 糖類(lèi)、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(dòng)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(qián)，直接用，相當(dāng)于平常口袋中的，隨用隨??；2. 磷酸肌酸家中的錢(qián)，轉(zhuǎn)移用，可先支?。?. 糖類(lèi)活期存折，主要用，隨時(shí)支??；4. 脂肪定期存折，儲(chǔ)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(jiǎn)式：APPP ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可寫(xiě)成：APPP。其中A代表腺苷（即腺嘌呤核苷），T表示3個(gè)，P表示磷酸，所以ATP也稱(chēng)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(jià)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(gè)高能磷酸鍵，每個(gè)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(shí)釋放出來(lái)，能直接推動(dòng)各項(xiàng)生命活動(dòng)而作功，普通共價(jià)鍵斷裂時(shí)釋放的能量不能直接用于各項(xiàng)生命活動(dòng)。經(jīng)測(cè)定每摩爾高能磷酸鍵貯存的能量約為30.54kJ。所以ATP被稱(chēng)為生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。三. ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化（ATP在細(xì)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(shí)，有水生成）（1）從反應(yīng)條件上看：ATP的分解是一種水解反應(yīng)，催化該反應(yīng)的酶屬于水解酶；而ATP的合成是一種合成反應(yīng)，催化該反應(yīng)的酶屬于物質(zhì)的合成酶。由酶的專(zhuān)一性可知，正逆反應(yīng)條件是不同的。（2）從AT

9、P合成與分解的場(chǎng)所上看：ATP合成的場(chǎng)所有細(xì)胞質(zhì)的基質(zhì)、線粒體和葉綠體；而ATP分解的場(chǎng)所有細(xì)胞質(zhì)膜（供主動(dòng)運(yùn)輸消耗的能量）、葉綠體的基質(zhì)（將ATP中的能量釋放出來(lái)，貯存在合成的有機(jī)物中）、細(xì)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(yīng)的tRNA上）、細(xì)胞核（DNA復(fù)制和RNA合成所消耗的能量）等等。因此，其合成與分解的場(chǎng)所不盡相同。顯然上述正逆反應(yīng)并不是同時(shí)進(jìn)行的。（3）從能量上看：ATP水解釋放的能量原是儲(chǔ)存在高能磷酸鍵內(nèi)的化學(xué)能，釋放出來(lái)后供各種生命活動(dòng)之用，不能再由Pi與ADP形成ATP而儲(chǔ)存，而合成ATP的能量主要是有機(jī)物中的化學(xué)能和太陽(yáng)能。因此，反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物中

10、的能量來(lái)源是不同的；正反應(yīng)中釋放出的能量的流向也是不可逆的。綜上所述，對(duì)反應(yīng)式ATPADP+Pi+能量，在生物體內(nèi)的過(guò)程應(yīng)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(chǎng)所與途徑1. 場(chǎng)所：葉綠體、線粒體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。2. 形成途徑注意： 在ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中，有一個(gè)能量的來(lái)源和能量的去向的問(wèn)題，即形成ATP時(shí)，能量來(lái)源于細(xì)胞呼吸和光合作用（綠色植物），當(dāng)ATP形成時(shí)，釋放出的能量用于各項(xiàng)生命活動(dòng)。 生物體的各項(xiàng)生命活動(dòng)需要能量作動(dòng)力，ATP為高能化合物，既可儲(chǔ)能，又可作為生命活動(dòng)的直接能源，源源不斷地為生命活動(dòng)提供能量

11、（見(jiàn)下圖）【典型例題】例1 在比較過(guò)氧化氫酶和Fe3+的催化效率的實(shí)驗(yàn)中，把肝臟制成研磨液的目的是（ ）A. 有利于過(guò)氧化氫酶的釋放 B. 保護(hù)過(guò)氧化氫酶 C. 提高過(guò)氧化氫酶的活性 D. 以上說(shuō)法都不對(duì)解析：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的，因?yàn)檫^(guò)氧化氫酶位于肝細(xì)胞內(nèi)，所以把肝臟制成研磨液的目的是將肝細(xì)胞內(nèi)的過(guò)氧化氫酶釋放出來(lái)。答案：A例2 關(guān)于酶促反應(yīng)中酶的作用的敘述，正確的是（ ）A. 提高化學(xué)反應(yīng)的活化能B. 降低化學(xué)反應(yīng)的活化能C. 促進(jìn)正反應(yīng)的速度，降低負(fù)反應(yīng)的速度D. 促進(jìn)負(fù)反應(yīng)的速度，降低正反應(yīng)的速度解析：酶的作用是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，從而加快化學(xué)反應(yīng)的速度，包括正反應(yīng)和負(fù)反應(yīng)。答案：B例3

12、 關(guān)于酶的性質(zhì)，下列敘述不正確的一項(xiàng)是（ ）A. 酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的蛋白質(zhì) B. 化學(xué)反應(yīng)前后，酶的化學(xué)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(kāi)活細(xì)胞，不一定就失去催化能力解析：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的有機(jī)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(cè)定胃蛋白酶活性時(shí)，將溶液pH由10降到2的過(guò)程中，胃蛋白酶的活性將（ ） A. 不斷上升 B. 沒(méi)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(dāng)pH為10時(shí)，遠(yuǎn)大于1.5，此時(shí)胃蛋白酶在過(guò)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(shí)已，胃蛋白

13、酶無(wú)法恢復(fù)其活性了。答案：B例5 下列敘述錯(cuò)誤的是（ ）A. ATP、葡萄糖、太陽(yáng)能依次是生命活動(dòng)的直接能源、主要能源和最終能源B. ADP可接受細(xì)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(xiàng)生命活動(dòng)D. ATP是一類(lèi)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(jiàn)，解此類(lèi)題，應(yīng)從ADP在轉(zhuǎn)化成ATP時(shí)的能量來(lái)源途徑以及ATP的本質(zhì)的角度下手。例6 ATP在細(xì)胞中能夠釋放能量和儲(chǔ)存能量，從其化學(xué)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(gè)高能磷酸鍵很容易斷裂和再結(jié)合 第三個(gè)磷

14、酸基團(tuán)很容易從ATP上脫離（即第二個(gè)高能磷酸鍵斷裂），使ATP轉(zhuǎn)變成ADP，同時(shí)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(gè)高能磷酸鍵，使ADP轉(zhuǎn)變成ATPA. B. C. D. 解：C 課標(biāo)剖析：從ATP結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式APPP看，其中含有兩個(gè)高能磷酸鍵，在酶的作用下，遠(yuǎn)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(chǔ)存。例7 如在過(guò)氧化氫酶溶液中加入雙縮脲試劑，其結(jié)果應(yīng)該是（ ）A. 產(chǎn)生氣泡 B. 溶液呈藍(lán)色 C. 溶液呈紫色 D. 產(chǎn)生磚紅色沉淀解析：過(guò)氧化氫酶的化學(xué)本質(zhì)是

15、蛋白質(zhì)，過(guò)氧化氫酶溶液中加入雙縮脲試劑即檢驗(yàn)蛋白質(zhì)。結(jié)果蛋白質(zhì)和雙縮脲試劑反應(yīng)，溶液呈紫色。答案：C例8 能說(shuō)明酶不同于一般催化劑的催化特征之一是（ ）A. 酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的，必須在活細(xì)胞中起作用B. 酶有專(zhuān)一性，每一種酶只能催化一種或一類(lèi)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)C. 酶具有高效性，所以酶的數(shù)量與反應(yīng)速率沒(méi)有關(guān)系D. 能產(chǎn)生酶的細(xì)胞一定能產(chǎn)生激素，能產(chǎn)生激素的細(xì)胞不一定能產(chǎn)生酶解析：酶一般是在活細(xì)胞中產(chǎn)生的，但只要條件適宜，在細(xì)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(yīng)速率越快。能產(chǎn)生激素的細(xì)胞一定能產(chǎn)生酶，能產(chǎn)生酶的細(xì)胞不一定能產(chǎn)生激素。 答案：B【模擬

16、試題】1. 每個(gè)碳酸酐酶分子每秒能催化6105個(gè)CO2與相同數(shù)量的H2O結(jié)合成H2CO3，這比非酶催化的反應(yīng)速度快l07倍。由此說(shuō)明酶具有（ ）A. 高效性 B. 專(zhuān)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(hào)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(shuō)明的問(wèn)題是（ ）A. 1號(hào)，酶具有高效性B. 2號(hào)，酶具有專(zhuān)一性C. 1號(hào)，酶具有專(zhuān)一性D. 2號(hào)，酶需要適宜的條件3. 某學(xué)生為了驗(yàn)證唾液的功能，做了如下一組實(shí)驗(yàn)：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(shí)在37溫水中放置10 min后取出，再各加入0.5 mL碘液。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案上的錯(cuò)誤是（ ） A. 乙試管內(nèi)未加入胃液B. 甲、乙兩試管均呈藍(lán)色反應(yīng) C. 乙試管未加入等量清水D. 以上選項(xiàng)都不正確 4. 下列A、B、C三圖依次表示酶濃度一定時(shí)，反應(yīng)速度和反應(yīng)物濃度、溫度、pH的關(guān)系。請(qǐng)據(jù)圖完成下列問(wèn)題：（1）圖A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_。（2）圖B中，a點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度稱(chēng)_。（3）圖B中，a點(diǎn)到b點(diǎn)曲線急劇下降，其原因是_。（4）將裝有酶與反應(yīng)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(yīng)分別應(yīng)為甲_，乙_。5. 用-淀粉酶作實(shí)驗(yàn)材料，探索溫度對(duì)酶催化作用的影響，需進(jìn)行如下步驟： 取三支試管，編號(hào)并注入2 mL淀粉溶液 另取三支試管，編號(hào)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 將1 mL淀粉酶溶液倒入對(duì)應(yīng)的已注入2 mL淀粉溶液的試管中（1）最合理的實(shí)驗(yàn)順序應(yīng)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(guān)于ATP的敘述中，正確的是（ ）A. ATP分子中所有化學(xué)

19、鍵都儲(chǔ)存著大量的能量，所以被稱(chēng)為高能化合物B. 三磷酸腺苷可以簡(jiǎn)寫(xiě)為APPPC. ATP中大量的能量都儲(chǔ)存在腺苷和磷酸基團(tuán)中D. ATP中大量的能量?jī)?chǔ)存在高能磷酸鍵中7. 生物體內(nèi)既能儲(chǔ)存能量，又能為生命活動(dòng)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(dǎo)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(fù)其右手書(shū)寫(xiě)能力，在治療時(shí)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(xì)胞里可以形成ATP的細(xì)胞結(jié)構(gòu)是（ ） 高爾基體 核糖體 線粒體 葉綠體 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) A. B. C. D. 10. 人體在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨骼肌中ATP的含量?jī)H能維持3s的供能需要，3s以后肌肉消耗的能量來(lái)