高中生物必修一 | 第5章 《细胞的能量供应和利用》知识点+同步练习

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5.细胞的能量供应和利用

 1.酶 

（一）酶的作用和本质

（1）酶的概念：

（2）酶的化学本质：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。

实验   比较过氧化氢在不同条件下的分解

注意：① 本实验成功的关键是实验材料（肝脏）的新鲜程度（新鲜肝脏中含有较多的H2O2酶）。如果肝脏不新鲜，在一些微生物的作用下，H2O2酶被分解，影响实验效果。因此，取材时一定取新鲜的肝脏研磨液。

② 向试管中插入快要熄灭的卫生香时，动作要快，但不要插到气泡中，以免使卫生香因潮湿而熄灭。

③ 试管最好使用20mm×200mm的，这是因为如果试管过小，整个试管就会因充满了稠密的气泡而影响卫生香复燃。

④ H2O2溶液有一定的腐蚀性，实验时应小心，切勿溅到皮肤上。否则：用清水及时洗掉。

几点说明：

（1）实验使用的是肝脏的研磨液，这样可以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中过氧化氢的接触面积，从而加速过氧化氢的分解。

（2）滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液不能合用一支滴管。否则，由于酶的催化效率的高效性，少量酶带入FeCl3溶液中也会影响实验结果的准确性，甚至使人产生错觉，做出错误的判断。

（3）实验时要特别注意比较

产生气泡多少、卫生香燃烧情况，冒气泡时间长短的比较（时间短的是因为酶很快将过氧化氢分解完了）等。

（4）加入催化剂后，要用棉花塞紧试管口，以免O2逸出。轻轻振荡，使试管中物质混合均匀，为下一步使用卫生香验证做准备。

理解：什么是活化能？

在一个化学反应体系中，反应开始时，反应物分子的平均能量水平较低，为“初态”。在反应的任何一瞬间反应物中都有一部分分子具有了比初态更高一些的能量，高出的这一部分能量称为“活化能”。活化能的定义是，在一定温度下一摩尔底物全部进入活化态所需要的自由能，单位是焦／摩尔，单位符号是J/mol。

 

（二）酶的特性：

（1）酶的高效性：酶的高效性是指与无机催化剂相比较，酶的催化效率要高出很多，一般要高出107～1013倍。

（2）酶的专一性：酶的专一性是指每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。

（3）酶需要适宜的外界条件：

① 温度对酶的影响：酶促反应的正常进行需要适宜的温度。在最适温度条件下，酶的催化能力最高。温度对酶催化能力的影响可用如图1所示的曲线表示。

  

  

② pH对酶的影响：酶促反应的正常进行需要适宜的pH值。（如图2曲线所示）

③ 酶的催化能力与时间关系：酶的催化能力与时间的关系（如图3曲线所示）

 

（3）酶促反应速度与底物浓度的关系：（如图4曲线所示）

酶促反应的速度与底物浓度的关系是：在酶量一定的条件下，在一定范围内会随着底物浓度的增加，反应速度也增加，但达到一定浓度后酶促反应的速度也就不再增加了。原因是酶饱和了。

（4）酶浓度与酶促反应的关系

 

 

 2、细胞中的能量“通货”——ATP 

（一）ATP的生理功能

为生物体的新陈代谢过程直接提供能量。ATP是生物体进行新陈代谢所需能量的直接来源。

生物体中与能量有关的物质有哪几种？

① 葡萄糖——细胞内的重要能源物质。           ② 淀粉——植物细胞中储存能量的物质。

③ 糖元——动物细胞中储存能量的物质。         ④ 糖类——是生物体进行生命活动的主要能源物质。

⑤ 脂肪——是生物体内储存能量的物质。         ⑥ 糖类、脂肪、蛋白质——生物体内的能源物质。

⑦ 三磷酸腺苷（ATP）——是生物体内的直接能源物质。

有人将人和高等动物中的几种能源物质按使用的“轻重缓急”作了如下比喻：

1. ATP——零花钱，直接用，相当于平常口袋中的，随用随取； 2. 磷酸肌酸——家中的钱，转移用，可先支取；

3. 糖类——活期存折，主要用，随时支取；                  4. 脂肪——定期存折，储备用，轻易不取。

 

（二）ATP分子的结构：

1. ATP分子的结构简式：A—P～P～P  。其中A代表腺苷（即腺嘌呤核苷），T表示3个，P表示磷酸，所以ATP也称为三磷酸腺苷。“~”表示高能磷酸键，即“P~O”键，“—”表示一般的共价键。

2. ATP的分子式：C10H16O13N5P3

3. ATP分子结构式：

 

ATP是一种高能磷酸化合物，一分子ATP中含有两个高能磷酸键，每个高能磷酸键中贮存了大量的自由能，所谓自由能是指能直接用于作功的能量。ATP中高能磷酸键贮存的自由能在键断裂时释放出来，能直接推动各项生命活动而作功，普通共价键断裂时释放的能量不能直接用于各项生命活动。经测定每摩尔高能磷酸键贮存的能量约为30.54kJ。所以ATP被称为生命活动的直接能源物质。

 

三. ATP和ADP之间的相互转化（ATP在细胞中含量很少，但转化很快）

 

（“物质是可逆的，能量不是可逆的”，且ATP生成时，有水生成）

（1）从反应条件上看：正逆反应条件是不同的。

（2）从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所有细胞质的基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所有细胞质膜（供主动运输消耗的能量）、叶绿体的基质（将ATP中的能量释放出来，贮存在合成的有机物中）、细胞质的基质（由ATP供能，活化氨基酸，将活化的氨基酸转移到相应的tRNA上）、细胞核（DNA复制和RNA合成所消耗的能量）等等。因此，其合成与分解的场所不尽相同。显然上述正逆反应并不是同时进行的。

（3）从能量上看：ATP水解释放的能量原是储存在高能磷酸键内的化学能，释放出来后供各种生命活动之用，不能再由Pi与ADP形成ATP而储存，而合成ATP的能量主要是有机物中的化学能和太阳能。因此，反应物和反应产物中的能量来源是不同的；正反应中释放出的能量的流向也是不可逆的。

四. ATP的形成场所与途径

1. 场所：叶绿体、线粒体、细胞质基质。

2. 形成途径

 

注意：① 在ATP和ADP的相互转化过程中，有一个能量的来源和能量的去向的问题，即形成ATP时，能量来源于细胞呼吸和光合作用（绿色植物），当ATP形成时，释放出的能量用于各项生命活动。

② 生物体的各项生命活动需要能量作动力，ATP为高能化合物，既可储能，又可作为生命活动的直接能源，源源不断地为生命活动提供能量（见下图）

 

 

 3、ATP的主要来源—细胞呼吸 

项目	有氧呼吸	无氧呼吸
过程阶段	①C6H12O6 ®2C3H4O3（丙酮酸）+2[2H]+2ATP（细胞质基质） 22C3H4O3+6H2O®6CO2+10[2H]+2ATP（线粒体基质）                           ③12[2H]+6O2®12H2O+34ATP（线粒体内膜） 总反应式 ： C6H12O6+6H2O+6O2酶→6CO2+12H2O+（38ATP）	①C6H12O6 ®2C3H4O3（丙酮酸）+2[2H]+2ATP ②乳酸发酵： 2C3H4O3+2[2H] ®2C3H6O3（乳酸）+2ATP 或 酒精发酵： 2C3H6O3®2C2H5OH+2CO2+2ATP （整个过程始终都在细胞质基质中）
场所	①在细胞质基质中，②、③分别在线粒体基质和内膜上	①、②始终都在细胞质基质中
物质变化	分解有机物需氧参与，分解彻底，终产物是无机小分子（CO2+ H2O）	分解有机物不需氧参与，不彻底，产物为小分子有机物（CO2或乳酸或酒精）
能量变化	释放能量多，2870kJ/mol，其中1255kJ/mol转移到ATP，1615kJ/mol热能散失	释放能量少，乳酸发酵196.65kJ/mol,酒精发酵225.94kJ/mol,均有61.05kJ/mol合成ATP
联系	1有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进化发展而来，第一阶段（葡萄糖分解为丙酮酸的过程）完全相同 2实质：分解有机物，释放能量，合成ATP 3意义：为生物体的各项生命活动提供能量，为体内其他化合物的合成提供能量

 

 4、光与光合作用 

项目	光反应	碳反应（暗反应）
实质	光能→ 化学能，释放O2	同化CO2形成（CH2O）（酶促反应）
时间	短促，以微秒计	较缓慢
条件	需色素、光、ADP、和酶	不需色素和光，需多种酶
场所	在叶绿体内囊状结构薄膜上进行	在叶绿体基质中进行
物质转化	2H2O→4[H]+O2↑（在光和叶绿体中的色素的催化下） ADP+Pi→ATP（在光、酶和叶绿体中的色素的催化下）	CO2+C5→2C3（在酶的催化下） C3+【H】→（CH2O）+ C5 （在酶和ATP的催化下）
能量转化	叶绿素把光能转化为活跃的化学能并储存在ATP中	ATP中活跃的化学能转化变为糖类等有机物中稳定的化学能

 二、典型例题 

【典型例题】

[例1] 在比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率的实验中，把肝脏制成研磨液的目的是（    ）

A. 有利于过氧化氢酶的释放  B. 保护过氧化氢酶

C. 提高过氧化氢酶的活性  D. 以上说法都不对

[例2] 关于酶促反应中酶的作用的叙述，正确的是（    ）

A. 提高化学反应的活化能

B. 降低化学反应的活化能

C. 促进正反应的速度，降低负反应的速度

D. 促进负反应的速度，降低正反应的速度

 [例3] 关于酶的性质，下列叙述不正确的一项是（    ）

A. 酶是活细胞产生的具有催化能力的蛋白质    

B. 化学反应前后，酶的化学性质和质量不变

C. 酶的活性易受酸碱度和温度的影响

D. 酶一旦离开活细胞，不一定就失去催化能力

[例4] 在测定胃蛋白酶活性时，将溶液pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶的活性将（    ）

 A. 不断上升   B. 没有变化    C. 先升后降      D. 先降后升

 [例5] 下列叙述错误的是（    ）

A. ATP、葡萄糖、太阳能依次是生命活动的直接能源、主要能源和最终能源

B. ADP可接受细胞内呼吸作用、光合作用的能量生成ATP

C. ATP在酶作用下水解释放的能量用于各项生命活动

D. ATP是一类特殊的蛋白质

 [例6] ATP在细胞中能够释放能量和储存能量，从其化学结构看，原因是（    ）

① 腺苷很容易吸收能量和释放能量 ② 第三个高能磷酸键很容易断裂和再结合 ③ 第三个磷酸基团很容易从ATP上脱离（即第二个高能磷酸键断裂），使ATP转变成ADP，同时释放能量 ④ ADP可以在酶的作用下迅速与一分子磷酸结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键，使ADP转变成ATP

A. ①③B. ②④C. ③④D. ①④

 [例7] 如在过氧化氢酶溶液中加入双缩脲试剂，其结果应该是（    ）

A. 产生气泡    B. 溶液呈蓝色    C. 溶液呈紫色    D. 产生砖红色沉淀

[例8] 能说明酶不同于一般催化剂的催化特征之一是（    ）

A. 酶是活细胞产生的，必须在活细胞中起作用

B. 酶有专一性，每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应

C. 酶具有高效性，所以酶的数量与反应速率没有关系

D. 能产生酶的细胞一定能产生激素，能产生激素的细胞不一定能产生酶

 三、课堂练习 

1. 每个碳酸酐酶分子每秒能催化6×105个CO2与相同数量的H2O结合成H2CO3，这比非酶催化的反应速度快l07倍。由此说明酶具有（    ）

A. 高效性    B. 专一性    C. 多样性    D. 作用需适宜条件

2. 取两支洁净试管，分别按下表处理：

编号	溶液	处理	酶	试剂	处理
1	3%可溶性淀粉2mL	60℃水浴5min	淀粉酶各2mL	斐林试剂各2mL	加热煮沸1min
2	3%蔗糖溶液2 mL

有砖红色沉淀生成的试管及所说明的问题是（    ）

A. 1号，酶具有高效性B. 2号，酶具有专一性

C. 1号，酶具有专一性D. 2号，酶需要适宜的条件

3. 某学生为了验证唾液的功能，做了如下一组实验：取甲、乙两支试管，分别加入等量的淀粉糊2 mL，甲试管又加入2 mL唾液，两试管同时在37℃温水中放置10 min后取出，再各加入0.5 mL碘液。实验设计方案上的错误是（    ）

  A. 乙试管内未加入胃液B. 甲、乙两试管均呈蓝色反应

  C. 乙试管未加入等量清水D. 以上选项都不正确    

4. 下列A、B、C三图依次表示酶浓度一定时，反应速度和反应物浓度、温度、pH的关系。请据图完成下列问题：

 

（1）图A中，反应物达到某一浓度时，反应速度不再上升，其原因是_______。

（2）图B中，a点所对应的温度称_______________________。

（3）图B中，a点到b点曲线急剧下降，其原因是___________________。

（4）将装有酶与反应物的甲、乙两试管分别放入12℃和75℃水浴锅中，20分钟后取出转入37℃的水浴锅中保温，附试管内反应分别应为甲_______，乙_____。

5. 用α-淀粉酶作实验材料，探索温度对酶催化作用的影响，需进行如下步骤：

  ① 取三支试管，编号并注入2 mL淀粉溶液

  ② 另取三支试管，编号并注入1 mL淀粉酶溶液

  ③ 向各试管滴一滴碘液

  ④ 将三支试管分别放在60℃的热水、沸水和冰块中维持5 min

  ⑤ 观察实验现象

  ⑥ 将1 mL淀粉酶溶液倒入对应的已注入2 mL淀粉溶液的试管中

（1）最合理的实验顺序应为：（    ）

  A. ①→②→⑥→③→④→⑤

  B. ①→②→⑥→④→③→⑤

  C. ①→③→⑥→④→②→⑤

  D. ①→④→②→④→⑥→④→③→⑤

（2）将上述经冰水和沸水处理的甲、乙两试管取出转入60℃的水浴锅中保温5 min，两试管内溶液颜色的变化分别为甲________；乙_______。

6. 下列关于ATP的叙述中，正确的是（    ）

A. ATP分子中所有化学键都储存着大量的能量，所以被称为高能化合物

B. 三磷酸腺苷可以简写为A~P~P—P

C. ATP中大量的能量都储存在腺苷和磷酸基团中

D. ATP中大量的能量储存在高能磷酸键中

7. 生物体内既能储存能量，又能为生命活动直接提供能量的物质是（    ）

A. 葡萄糖B. 糖原C. 三磷酸腺苷D. 脂肪

8. 某作家脑溢血导致右侧肢体瘫痪，为尽快改善患者新陈代谢状况，尽快恢复其右手书写能力，在治疗时可用下列哪种方法辅助治疗（    ）

A. 静脉滴注葡萄糖溶液B. 口服含钙片剂

C. 服用多种维生素液D. 肌肉注射ATP制剂

9. 在植物细胞里可以形成ATP的细胞结构是（    ）

① 高尔基体② 核糖体 ③ 线粒体 ④ 叶绿体 ⑤ 细胞质基质 

A. ①②③B. ②③C. ③④D. ③④⑤

10. 人体在剧烈运动时，骨骼肌中ATP的含量仅能维持3s的供能需要，3s以后肌肉消耗的能量来自再生的ATP，其再生过程中的能量来自（    ）

A. 光合作用B. 有氧呼吸C. 无氧呼吸D. 以上B和C

11. 如果一个ATP脱去两个磷酸基，该物质就是构成核酸的基本单位之一，称为（    ）

A. 腺嘌呤核苷酸B. 鸟嘌呤核苷酸

C.胞嘧啶核苷酸D. 尿嘧啶核苷酸

12. 如图所示生命活动有关能源物质之间的联系，请分析回答：

 

（1）生物细胞内主要的储能物质是图中的________________。

（2）当动物体内ATP不足时，会发生C的变化补充ATP（丙），请写出生成ATP需要的条件____________________。

（3）生物体内最终的能源物质是图中的___________，它表示_____________。

（4）图中三项生理活动的名称分别是：A_________，B___________，D__________。

 

 

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