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新陈代谢与酶

和ATP 知识精华 新陈代谢是活细胞中全部有序的化学变化的总称。生物体内的化学变化是在酶的催化下完成的。ATP是生物体进行生命活动的直接能源物质。

1.新陈代谢与酶

酶的发现和研究简史

酶的发现 酶的概念： 3+实验五：比较过氧化氢酶和Fe的催化效率

高效性 结论； 酶的特性 实验六：探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用

专一性 结论： 多样性：生物体内化学反应的种类极多，

而酶又具有专一性，因此酶具有多样性

酶的催化作用需要适宜的条件 温度

pH ——实验七：探索影响淀粉酶活性的条件 酶与新陈代谢的关系，保证新陈代谢过程中的生化反应顺利迅速进行

2新陈代谢与ATP 全称：三磷酸腺苷

(1) ATP(高能磷酸化合物) 结构简式；A一P～P～P 生理功能：是新陈代谢的直接能源

(2)

(3)

光合作用（叶绿体中）

(4)ATP形成途径、部位 呼吸作用（主要在线粒体中）

其它高能磷酸化合物转化（动物细胞中）

难点剖析

1、酶的概念及其外延

20世纪80年代科学家发现少量的RNA也具有生物催化作用，因此，酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。具有酶活性的蛋白质可分为①简单蛋白质类，如胃蛋白酶等，由氨基酸组成；②结合蛋白质类的酶。蛋白质所具有的理化性质，酶都具有。

酶的特性是酶概念的延伸，酶是生物催化剂，它除了具有无机催化剂的特性（如实施催化作用前后化学本质即结构和数量等是不改变的）以外，还具有一些下同于无机催化剂的特性。其特性主要是①高效性，它的催化能力远远超过无机催化剂；②高度的专一性；这就是说，一种酶只能作用于一种底物，或一类分子结构相似的底物，促使底物进行一定的化学反应，产生一定的反应产物；③因为生物体内蛋白质的多样性，酶的催化作用的专一性必定意味着酶的多样性。

④酶的催化作用需要适宜的条件 温度 pH

2．ATP的生理功能

动植物用于生命活动的能量最终来源于光能，但绿色植物不能把光能直接用于合成有机物，光能只有转化成ATP中的化学能，才能被绿色植物利用。动植物通过呼吸作用分解糖类等有机物所释放的能量，除一部分以热能形式散失或用于维持体温外，其余的都要转化成ATP中的化学能，才能用于各项生命活动。因此ATP是生物体各种生命活动中通用

“能量货币”，是生物体维持各项生命活动所需能量的直接来源。

酶与无机催化剂在化学组成和特性上比较，有什么异同？

酶是生物催化剂，其化学成分属于有机物，主要是蛋白质，少数是RNA；这些显然与无机催化剂是不同的。与许多无机催化剂需要高温、高压才能完成反应相比，酶是在常温、常压下完成催化活动的。当然，作为催化剂，它们在实施催化作用前后其化学本质即结构和数量等都是不改变的。

光合作用和呼吸作用中合成ATP所需能量来自何处？ATP中的能量可供哪些生命活动使用？

合成ATP所需能量就呼吸作用看，是来自生物体内的有机物氧化分解时释放出来的能量；就光合作用的过程来看，是来自植物吸收的光能转化而来。生物体进行的生命活动，凡需要消耗能量的，从直接来看，都由ATP提供；如细胞分裂，物质吸收和分泌，肌肉收缩等。

3、实验理论：

实验设计中变量的管理

见整体设计中P85页（四、实验）

一、变量

二、单一变量原则

四、对照

例1．

下列关于酶的叙述中，哪项是错误的

[

] A．酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物

B．分解胃蛋白酶的酶是蛋白酶

C．一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应

D．从化学成分看，酶就是蛋白质

解析

酶具有高效性、专一性等特点，在适宜的温度和其他条件下，酶能使生物体内的许多复杂的化学反应顺利而迅速地进行，而酶本身不发生变化。胃蛋白酶是蛋白质，其分解应由蛋白酶催化。酶是活细胞产生的一类有机物，其中胰蛋白酶等绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。答案

D 例2

血液凝固是一系列酶促反应过程，下列哪种温度条件下，采集到的恒温动物血液在体外凝固最快

[

] A. 0℃

B.15℃

C. 35℃

D. 55℃

解析 血液凝固是一系列酶促反应过程,温度、酸碱度等都能影响酶的催化效率。恒温动物的体温一般在35-40℃ 左右，动物体内酶催化的最适温度一般与动物体温相符。因C的温度与恒温动物的体温相近，所以酶的催化效率相对最高。本题应注意的是不要将血液凝固与水的结冰混淆（0℃时血液不会冻结）。答案 C 酶 例3 对转换式 ATP←→ADP+ Pi +能量 正确的说法是[ ]

A．能量是可逆的，物质是不可逆的

B．物质和能量都是可逆的

C．物质是可逆的，能量是不可逆的

D．两者均是不可逆的

解析 ADP和 Pi是合成ATP的原料，也是ATP分解的产物

，故从转换式中的物质看，确实是可逆的。需注意的是，ATP合成所需的能量主要来自生物体内有机物分解时释

放出来的化学能，在绿色植物还可来自叶绿体色素吸收的太阳能；而ATP分解，由高能磷酸键中释放出的能量用于生命活动中的物质吸收、合成，细胞分裂、以及动物的肌肉收缩、转化为生物电等。这些能量最终将以热能的形式耗散，生物体无法再加以利用。

答案 C 例4下图是在不同温度下，A、B、C、D四种酶的催化效率，请根据曲线所示回答问题：

（l）当温度为10℃时，催化效率达最大值的酶为__________。

（2）曲线_________能说明温度对人体酶的影响，因为_______________________。

（3）对于酶的催化效率，就一般情况而言，曲线______很可能是错误的，因为 解析

（1）从图中可知，A、B、C三种酶催化效率最高时对应的温度分别是10℃、稍低于40℃以及稍高于50℃，它们分别是这三种酶的最适温度。

（2）人的正常体温是37℃左右，人体的酶最适催化温度在37℃或稍高，B曲线与之对应。

（3）①从酶的特性可知，在某一温度时，一种酶的催化效率达最大值，高于或低于这一温度，酶的活性都会降低；②对绝大多数生物来说，其正常的体内温度不会在70℃以上（温度过高，蛋白质可能变性，甚至是不可逆的，酶也是如此）。因此，D曲线很可能是错误的。

答案

（1）A （2）B 人体酶的最适催化温度在37℃或稍高 （3）大多数酶是蛋白质，高温会使酶变性而失活

例5

在验证唾液淀粉酶专一性实验设计中，已知：①滴本尼迪克试剂并加热后，如出现黄色，可证明有还原性糖的存在。②麦芽糖、果糖和葡萄糖具还原性，而淀粉和蔗糖无还原性。

（1）

设第1、2管的作用是_______________。

（2）

填出表中a、b、c、d的数值，预测每一处理的实验现象。

试管号

加入的物质

1%淀粉溶液(滴) 2%蔗糖溶液(滴)

稀释唾液(滴)

蒸馏水(滴)

温度处理

本尼迪克试剂(滴)

温度

现象

（3）

写出预测的依据

1

2

3

4

―

4

1

d

1

4

4

―

a

―

―

c

―

―

b

1

―

37℃恒温水浴15分钟

1

1

1

沸水浴2~3分钟

第3管___________色是因为_________________________；

第4管___________色是因为_________________________ 。

解析

①唾液淀粉酶在适当的条件下可将淀粉分解为麦芽糖，由于酶具有专一性，其对蔗糖不具备催化分解作用，这是设计、分析本实验应具备的基础知识。

②仔细阅读表中的4个实验，可发现1管与3管是一个对照组，因其底物都是淀粉溶液,除1管滴加的是蒸馏水,不滴稀释唾液，而3管不滴蒸馏水，其他处理都是相同的。根据对应原则，3管应加入稀释唾液1滴；同理，2管与4管为一对照组，2管应加入2%蔗糖液4滴及蒸馏水1滴，4管因已加入稀释唾液，故不应再加入蒸馏水。当然，同样可将3、4管作为一对照组，两管除底物不同外，其他处理应是相同的。总的看设1管、2管就是要分别与3管和4管对照。故a、b、c、d分别为4、1、1、0。

③根据上述原理推测，3管内的淀粉在淀粉酶的作用下可分解为麦芽糖，用本尼迪克试剂检验出现黄色；4管的唾液中没有催化蔗糖分解的酶，故不出现还原性糖；1管与2管未滴唾液，不可能出现还原性糖，所以1、2和4管均无变色反应。

注意

对照实验是科学研究的重要思想和实际操作方法。设计科学实验时，为了探明各种条件对实验结果的影响，往往需要设置对照组，一组内的各个实验间，尽可能只有一个因素的差别（称单因子变量），这样，一旦实验结果有差异，即可较准确地判断出导致这种差异的原因，否则将较难得到正确的结论。同学们在设计和操作实验时，应注意运用这一思想方法。

答案

（1）1管与3管对照，2管与4管对照

（2）a、b、c、d分别为4、1、1、0；

1，2，3，4管的现象分别为3管出现黄色，1，2，4管均无变色反应

（3）黄色

3

管内的淀粉在淀粉酶的作用下可分解为麦芽糖，用本尼迪克试剂检验出现黄色；无色

4管的唾液中没有催化蔗糖分解的酶，故不出现还原性糖，呈现无色

例6如下图，将酵母菌研磨、离心分离后，得到上清液（含细胞质基质）。做以下实验：（荧光素：萤火虫尾部提取的，在ATP的作用下可以发光的物质）

①将等量的上清液加入甲、乙、丙三支试管，再分别向三支试管内加入等量的荧光素。

②在甲试管内加人lmL。淀粉溶液，在乙试管中加入lmL葡萄糖溶液，在丙试管中加入lmL ATP溶液。请根据上述实验回答：

从理论上分析，发光最早、最强的是哪支试管？请说明原因。

解析

首先应明确，荧光素在ATP的作用下可以发光，哪支试管中最先获得最多的ATP，该试管就会发光最早、最强。

酵母菌的细胞质基质中的酶可将淀粉分解为葡萄糖，并将葡萄糖进一步分解，从而释放其中的能量，最终产生ATP。然而这一过程需要一定的时间；同时因基质内并不具备线粒体，线粒体才是细胞产生ATP的主要场所，所以甲管和乙管中生成的ATP 十分有限，发光当然不如直接加入ATP的丙管早而且强。

答案

见解析

自我评价

1．苯丙酮尿症（pku）是人类先天性代谢失调疾病，尿液中会含有大量的苯丙酮酸（苯丙氨酸代谢的中间产物），而在正常人这种中间产物会分解成无害物质。试推测该

遗传病是由于患者体内不能合成何种物质所致

[

] A．酶

B.激素

C．维生素

D．碳水化合物

2．果子酒放久了易产生沉淀，只要加入少量蛋白酶就可使沉淀消失，而加入其他酶则无济于事。这说明

[

] A少数酶的化学性质是RNA

B.多数酶的化学成分是蛋白质

C.酶的催化作用受环境影响

D.酒中的这种沉淀是蛋白质

3．ATP中大量化学能储存在（

）

A.腺苷内

B.磷酸基内

C.腺苷和磷酸基的连接键内

D.高能磷酸键内

4．下图中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、温度和pH的关系。请据图回答下列问题：

（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点的曲线急剧下降，其原因是_________________________________（4）将装有酶与反应物的甲、乙两试管分别放人12℃ 和75℃水浴锅中，20分钟后取出转入

37℃

的水浴锅中保温，两试管内反应分别应为：甲_______________，乙_____________ (5)图C表示了[ ]催化反应的速率变化曲线。 A．唾液淀粉酶 B．胃蛋白酶 C．胰蛋白酶 D．植物淀粉酶

5．下面是ATP和ADP相互转化示意图，请据图回答：

（1）写出图中标号名称

1_________ 2__________ 3___________ 4___________ (2)当反应从上向下进行时,能量是从哪里来的?________________________________。

(3)当反应从上向下进行时,能量是从哪里来的?_______________________________。

6、胰蛋白酶作用于一定量的某种物质（底物），湿度保持37℃，pH保持在最适值，生成物量与反应时间关系如下图，请回答下列问题：

（1）该酶作用的底物是_____________________。

（2）在140分钟后，曲线变成水平，这是因为____________________。

（3）若增加胰蛋白酶浓度，其他条件不变，请在原图上画出生成物量变化的示意曲线。

（4）若胰蛋白酶浓度和其他条件不变，反应液pH值由2逐渐升高到10，则酶催化反应的速度将____________________，原因是_______________________。

（5）下图中能正确表示胰蛋白酶对底物的分解速度和温度关系的是

参考答案

（1）

1. C 2.A 3.D 4.A 5.D 6.D 7.C 8.D 9.（１）

在反应物达较高浓度，由于酶的数量有限，反应速度受酶浓度的限制

（２）酶的最适温度 （3）当温度超过最适温度后，酶的催化效率急剧下降

（4）反应速度由低逐渐变高，最后稳定在10左右 反应速度基本上为0 （5）C 10. （１）能量

Ｐi

酶

ＡＤＰ

（２）呼吸作用或光合作用（有机物中的能量或光能）

（３）ＡＴＰ的高能磷酸键水解