632011届生物高考一轮复习课件：必修1 第5章 第1-2节 细胞的能量供应和利用

第5章细胞的能量供应和利用考纲内容及能力要求考向定位1．降低化学反应活化能的酶Ⅱ2．细胞的能量“通货”——ATPⅡ3．ATP的主要来源——细胞呼吸Ⅱ4．能量之源——光与光合作用Ⅱ5．酶性质的实验验证Ⅱ6．呼吸作用和光合作用实验Ⅱ7．叶绿体色素的提取和分离Ⅱ1．设计实验探究酶的本质2．分析影响酶活性的因素及实验验证3．ATP的结构特点及形成ATP的生理过程4．影响细胞呼吸的因素分析及其应用5．综合考查光合作用和细胞呼吸各阶段的物质变化及相互联系6．以实验设计和分析题形式考查光合速率和呼吸速率的测定及影响因素第1节降低化学反应活化能的酶第2节细胞的能量“通货”——ATP基础梳理酶的本质基础梳理1.酶的定义：酶是__________产生的具有作用的__________，其中__________酶是蛋白质。产生场所：活细胞。作用：催化作用。本质：有机物，多数酶是蛋白质。2.酶的特性(1)__________；(2)__________；(3)酶的作用条件比较温和。活细胞催化有机物绝大多数高效性专一性归纳整合一、酶的特性1．高效性：一般地说，酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍。2．专一性：一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。酶的专一性生化反应的多样性蛋白质的结构多样性酶的多样性3．温度、酸碱度影响酶的活性：高温、低温以及过酸和过碱，都会影响酶的活性，酶的催化作用需要适宜的温度和pH。影响曲线如下：甲曲线在最适温度两侧不对称；乙曲线在最适pH两侧基本对称。（1）过酸、过碱和高温，都能使酶的酶分子结构遭到破坏而失去活性（不可逆）。（2）低温虽然使酶的活性明显降低，但酶的分子结构没有破坏，酶的活性在适宜的温度下可以恢复。（3）不同的酶有不同的最适温度和最适pH一般来说，动物体内的酶的最适pH大多在6.5~8.0之间，而植物与微生物体内的酶，其最适pH多在4.5~6.5之间。唾液淀粉酶的最适pH为6.8，脂肪酶的最适pH为8.3，胃蛋白酶的最适pH为1.5~2.2。一般来说，动物体内的酶的最适温度多在37~50℃，而植物体内酶的最适温度多在50~60℃。4.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响（1）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，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。（2）在底物充足、其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。跟踪训练1.（2009年上海卷）将刚采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其甜味。这是因为加热会（）A．提高淀粉酶活性B．改变可溶性糖分子结构C．防止玉米粒发芽D．破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶解析：玉米放入沸水中，使玉米中的把可溶性糖转化为淀粉的酶受热失活，不能催化可溶性糖转化为淀粉的反应。答案：D2.（2009年广东卷）水稻细胞内合成的某物质，能够在常温下高效分解淀粉，该物质（）A.在4℃条件下易变性B.只含有C、HC.也能催化淀粉合成D.含有羧基解析：能在常温下分解淀粉的是酶。酶在高温下才会变增加性失活，A项不对；淀粉酶的化学本质为蛋白质，一定含有C、H、O、N，所以B项不对；酶具有专一性，只能催化分解的而不能催化合成的，C项不对。蛋白质的基本组成单位为氨基酸，氨基酸含有羧基。答案：D酶的作用机制基础梳理在任何化学反应中，反应物分子必须超过一定的阈能，成为活化的状态，才能发生变化，形成产物。这种提高低能分子达到活化状态的能量，称为活化能。催化剂的作用，主要是降低反应所需的活化能，以致相同的能量能使更多的分子活化，从而加速反应的进行。酶能显著地降低活化能，故能表现为高度的催化效率。例如课本的H2O2酶的例子，可以显著地看出，酶能降低反应活化能，使反应速度提高千百万倍以上。目前一般认为，酶催化某一反应时，首先在酶的活性中心与底物结合生成酶－底物复合物，此复合物再进行分解而释放出酶，同时生成一种或数种产物，此过程可用下式表示：E+SESE+P上式中E代表酶，S代表底物，ES代表酶—底物复合物，P代表反应产物。由于ES的形成速度很快，且很不稳定，一般不易得到ES复合物存在的直接证据。但从溶菌酶结构的研究中，已制成它与底物形成复合物的结晶，并得到了X线衍射图，证明了ES复合物的存在。ES的形成，改变了原来反应的途径，可使底物的活化能大大降低，从而使反应加速。跟踪训练1.（2009年海南卷）酶A、B、C是大肠杆菌的三种酶，每种酶只能催化下列反应链中的一个步骤，其中任意一种酶的缺失均能导致该菌因缺少化合物丁而不能在基本培养基上生长。化合物丁化合物甲酶化合物乙酶化合物丙酶现有三种营养缺陷型突变体，在添加不同化合物的基本培养基上的生长情况如下表：突变体添加物突变体a(酶A缺陷)突变体b(酶B缺陷)突变体c(酶C缺陷)化合物乙不生长不生长生长化合物丙不生长生长生长由上述可知，酶A、B、C在该反应链中的作用顺序依次是（）A．酶A、酶B、酶CB．酶A、酶C、酶BC．酶B、酶C、酶AD．酶C、酶B、酶A解析：添加化合物乙、丙，突变体a均不生长，说明酶A的作用是催化丙形成丁；突变体b在添加化合物甲的培养基上不生长、添加乙时能生长，说明酶B的作用是促使乙形成丙；突变体c在添加化合物乙和丙的培养基上均能生长，说明突变体c既能由乙形成丙，也能由丙形成丁，酶C的作用只能是催化甲形成乙。所以反应链中酶的顺序为酶C、酶B、酶A。答案：D2.(2009年全国卷Ⅰ)下图是某种微生物体内某一物质代谢过程的示意图。下列有关酶活性调节的叙述，错误的是（）A．丁物质既是酶③催化生成的产物，又是酶③的反馈抑制物B．戊物质通过与酶④结合导致酶④结构变化而使其活性下降C．当丁物质和戊物质中任意一种过量时，酶①的活性都将受到抑制D．若此代谢途径的终产物不断排出菌体外，则可消除丙物质对酶①的抑制作用解析：本题考查酶活性调节的机理。微生物代谢的调节主要有两种形式：酶合成的调节和酶活性的调节。酶活性的调节是微生物通过改变已有酶的催化活性来调节代谢速率。酶活性发生改变的主要原因是代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构产生变化，但这种变化是可逆的，当代谢产物与酶脱离时，酶结构便会复原，又恢复原有的活性。因此A、B、D正确。当丁物质和戊物质中任意一种过量时，不一定会导致丙物质积累，以抑制酶①的活性。答案：CATP的结构特点及其转化基础回顾1.ATP的结构特点ATP（C10H16O13N5P3）是_________________的英文名称缩写。ATP分子的结构式可以简写成____________，其中A代表__________，P代表_________________，“—”代表_________________，“～”代表一种特殊的化学键，叫做_____________，ATP分子中大量的化学能就储存在_________________中。高能磷酸键三磷酸腺苷A－P～P～P腺苷磷酸基团一般的共价键高能磷酸键ATP可以水解，这实际上是指_________________高能磷酸键水解时释放的能量多达_________________，所以说ATP是细胞内的一种_________________。2.ATP与ADP相互转化（1）ADP是_________________，ATP和ADP之间可以发生相互转换：_________________，上述反应向右进行时，ATP分子中_________的那个高能磷酸键很容易水解，其中储存的能量释放出来，用于各种生命活动。高能磷酸化合物ATP分子中高能磷酸键的水解30.54kJ／mol二磷酸腺苷ATP酶Ⅰ酶ⅡADP+Pi+能量远离A上述反应向左进行时，合成ATP所需的能量，对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞进行_________分解有机物所释放的能量；对于绿色植物来说，除了依赖_________所释放的能量外，在叶绿体进行__________________时，可以利用__________________来合成ATP。（2）吸能反应一般与ATP__________的反应相联系，放能反应一般与ATP的__________相联系，释放的能量储存在ATP中。也就是说，能量通过_________在吸能反应和放能反应之间循环流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的_________________。光能呼吸作用呼吸作用光合作用能量“通货”水解合成ATP分子探究思考：ATP是唯一的高能化合物吗？答案：不是。在肌肉或其他兴奋性组织（如脑和神经）中还有一种高能磷酸化合物——磷酸肌酸，是高能磷酸基的暂时贮存形式。磷酸肌酸水解时，每摩尔化合物释放10.3千卡的自由能，比ATP释放的能量（每摩尔7.3千卡）多些。磷酸肌酸能在肌酸激酶的催化下，将其磷酸基转移到ADP分子中。当一些ATP用于肌肉收缩时，就会产生ADP。其化学反应为：ADP+磷酸肌酸(C~P)ATP+肌酸(C)磷酸肌酸激酶肌酸激酶特别说明：细胞中重要的能源物质——葡萄糖；植物细胞中储存能量的物质——淀粉；动物细胞中储存能量的物质——糖原；生物体内主要储存能量的物质——脂肪；生物体进行各项生命活动的主要能源物质——糖类；生物体进行各项生命活动的直接能源物质——ATP；生物体进行各项生命活动的最终能源——太阳能。归纳整合一、三磷酸腺苷(ATP)的分子结构ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起，依次分别称为α、β、γ磷酸基团。ATP的结构式是：A—P～P～P分析：从ATP的结构式可以看出，腺嘌呤与核糖结合形成腺苷，腺苷通过核糖中的第5位羟基，与3个相连的磷酸基团结合，形成ATP。ATP分子中的γ磷酸基团水解时，能释放30.5kJ/mol的能量，而6磷酸葡萄糖水解时释放的能量只有13.8kJ/mol。需要指出的是，ATP分子既可以水解一个磷酸基团（γ磷酸基团），而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi），又可以同时水解两个磷酸基团（β磷酸基团和γ磷酸基团），而形成一磷酸腺苷（AMP）（也称为腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的基本单位之一）和焦磷酸（PPi）。后一种水解方式在某些生物合成中具有特殊意义。AMP可以在腺苷酸激酶的作用下，由ATP提供一个磷酸基团而形成ADP，ADP又可以迅速地接受另外的磷酸基团而形成ATP。总之，在活细胞中，ATP末端磷酸基团的周转是极其迅速的，其消耗与再生的速度是相对平衡的，ATP的含量因而维持在一个相对稳定的、动态平衡的水平。二、ATP与ADP的相互转化ATP与ADP的相互转化伴随着吸能和放能，因此与生物体的新陈代谢密切相关，可用下式表示二者的转化过程：+能量（物质可逆，能量和酶不可逆）ATP酶ⅡADP+Pi酶Ⅰ化学中讲到可逆反应的特点：正逆反应都能在同一条件下同时进行。1.从反应条件上看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶属水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属合成酶。酶具有专一性，因此反应条件不同。2.从能量上看：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成ATP的能量主要有化学能和太阳光能。因此能量的来源是不同的。3.从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所较多。因此其合成与分解的场所不尽相同，很显然上述反应并不是同时进行的。综上所述，ATP与ADP相互转化的反应不是可逆的。但我们不能单纯地利用化学上的观点来判断该反应是否可逆，因为ATP与ADP在活细胞中永无止境地循环着，该反应能够明确地表示二者在一定条件下的循环过程，所以该循环使ATP不会因能量的不断消耗而用尽，从而保证了生命活动的顺利进行。跟踪训练1.（2009年广东卷）正常精细胞形成精子的过程中，细胞的很多结构退化消失，但保留了大量线粒体，因为线粒体可以合成精子运动所需的（）A.乙醇B.ATPC.胰岛素D.淀粉解析：本题考查线粒体的功能，线粒体是产生ATP的主要场所。答案：B2.(2008年广东卷)关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是