【本讲教育信息】
一. 教学内容：
第四章 光合作用和细胞呼吸
第一节 ATP和酶
二. 学习内容：
生命活动的能量“通货”——ATP
酶与酶促反应
影响酶促反应速率的因素
三. 学习目标：
解释ATP是细胞内的能量“通货”
举例说明酶的特性和酶促反应的过程
探究影响酶活性的因素
四. 学习重点：
ATP与ADP的能量转化关系、酶的特性、酶促反应过程和影响酶活性的因素
五. 学习难点
ATP中的能量获得机制及能量的来源和去路；
生物催化剂的特性及其影响因素，
举例说明酶的特性和酶促反应的过程。
六. 学习过程：
1. 生命活动的能量“通货”——ATP
（1）ATP的发现 20世纪20年代，几位科学家先后在肌肉中发现了一种叫做腺嘌呤核苷三磷酸的物质，简称ATP（adenosine
triphos- phate）。这种物质是一种不稳定的高能化合物，
（2）ATP的组成
ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸组成，
A代表腺嘌呤核苷，T代表3，P代表磷酸基团。
ATP的分子结构简式 A—P～P～P，
“～”表示高能磷酸键。ATP末端的高能磷酸键相当脆弱，水解时容易断裂。
（3）ATP水解生成腺嘌呤核苷二磷酸ADP和无机磷酸（Pi），同时释放出能量。
① ATP＋H2O→ADP＋Pi＋能量（供生命活动直接利用）
②人体细胞中ATP和ADP的相互转化在活细胞中永不停息地进行着
Ⅰ 细胞利用物质氧化释放的能量将ADP合成ATP
Ⅱ
ATP水解释放能量供生命活动利用
③ 生物体的各种生命活动都需要消耗能量
④人们形象地把ATP比作生物体细胞中的能量“通货”。
⑤ATP是直接能源物质 例：萤火虫尾部提取发光物质试验
2. 酶与酶促反应
（1）酶（enzyme）通常是指由活细胞产生的、具有催化活性的一类特殊蛋白质，又称为生物催化剂。绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。
（2）酶的特性
①酶具有催化性
实验：
Ⅰ.
取2支洁净的试管，编号，各注入质量分数为3%的过氧化氢溶液3mL。
Ⅱ.
向2支试管中分别滴入等量的新鲜酵母菌液和蒸馏水
Ⅲ. 用棉花堵住试管口，观察并比较2支试管中的气泡数量；将点燃但无火焰的卫生香插入试管内，观察卫生香燃烧的情况。
滴入蒸馏水的试管无气泡产生
用带有余烬的卫生香检验产生的气体。
鲜酵母菌液中有过氧化氢酶，实验证明：酶具有催化性
②酶具有特异性
实验
Ⅰ.
准备新鲜的质量分数为2%的淀粉酶溶液、质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、质量分数为3%的蔗糖溶液、斐林试剂、热水、试管、大烧杯、量筒、温度计、试管架、三脚架、石棉网、酒精灯、火柴等。
Ⅱ 按照下表进行实验，并将结论填入表中。
|
操作顺序 |
项目 |
试管号 |
注意事项 |
|
|
1 |
2 |
|||
|
l |
可溶性淀粉溶液 |
2mL |
/ |
|
|
2 |
蔗糖溶液 |
/ |
2mL |
|
|
3 |
淀粉酶溶液 |
2mL |
2mL |
轻轻振荡试管 |
|
4 |
保温时间 |
5 min |
5min |
试管下部入水 |
|
5 |
加入斐林试剂 |
2mL |
2mL |
|
|
6 |
水浴加热时间 |
1 min |
1 min |
试管下部入水 |
|
7 |
结果 |
砖红色 |
/ |
|
实验结果证明淀粉酶只能催化淀粉溶液水解，不能催化蔗糖水解，酶具有特异性。
③高效性：酶在常温、常压、适宜的pH等温和条件下具有很高的催化效率，即高效性。例如，1个过氧化氢酶分子在
由酶催化的化学反应称为酶促反应；酶对化学反应的催化效率称为酶活性。
（3）酶催化作用的实质——降低化学反应的活化能，使反应在较低能量水平上进行，从而使化学反应加速。
例如，H2O2的分解，催化剂使反应活化能大幅下降
|
反应条件 |
水解反应活化能 |
|
无催化剂 |
75.24kJ／mo1 |
|
胶态钯 |
48.9kJ／mol |
|
过氧化氢酶 |
8.36kJ／mol以下 |
3. 影响酶促反应速率的因素
（1）温度 酶促反应同其他大多数化学反应一样，受温度的影响较大。
①在较低的温度范围内，酶促反应的速率随着温度的升高而加快，但超过一定的温度后，反应速率反而下降。
②最适温度 反应速率最高时的温度通常称为酶促反应的最适温度。适当升高温度能加速酶促反应，
③过高的温度又加速了酶蛋白的变性。
（2）pH
pH对酶促反应速率有影响。
①在一定的pH下，酶表现出最大活性，高于或低于此pH，活性均降低
②酶表现出最大活性时的pH称为酶的最适pH。
③pH对酶活性的影响是通过改变酶的活性中心等发挥作用的。
（3）酶的浓度和底物的浓度对酶促反应具有影响
①当底物的浓度大大超过酶的浓度而温度和pH不变时，酶的浓度与酶促反应速率成正比例关系。
②如果酶促反应的底物只有一种，当其他条件不变、酶的浓度一定的情况下，在底物的浓度较低时，反应速率随底物的浓度的增加而急剧加快，反应速率与底物的浓度成正比例关系；
③当底物的浓度达到某一定值后，再增加底物的浓度，反应速率不再增加。
4. 酶与疾病（酶在食品工业、化工业、轻工业、医药业中有广泛的应用价值）
许多遗传病的发生与酶的缺陷有关（表4-2）。某些有机磷农药，如敌百虫、敌敌畏等，能与神经组织中胆碱酯酶的活性中心结合，导致酶的活性中心不能与其底物相结合，使得酶失去活性，人体也就出现肌肉震颤、瞳孔缩小、多汗、心跳减慢等病理症状。
|
疾病名称 |
缺少的酶 |
|
某种免疫缺陷病 |
腺苷酸脱氨酶 |
|
黑尿酸症 |
黑尿酸氧化酶 |
|
半乳糖血症 |
1—磷酸半乳糖尿苷转移酶 |
|
蚕豆病 |
6—磷酸葡萄糖脱氢酶 |
酶作为药物已经用于多种疾病的治疗。淀粉酶、蛋白酶用于助消化；胰蛋白酶等用于化脓性伤口的净化；纤溶酶和尿激酶等在治疗血栓中具有重要作用。
当人体患病时，某些酶的活性会出现异常。如佝偻病患者血清中碱性磷酸酶的活性增高；恶性肿瘤转移扩散时，血清中乳酸脱氢酶的活性增高；肝炎病人血清中氨基转移酶的活性增高；等等。
【典型例题】
1. 对“ATP
ADP＋Pi＋能量”的叙述中，正确的一项是（ ）
A. 反应向左进行和向右进行时所需要的酶都是一样的
B. 反应向右进行时释放能量，向左进行时储存能量
C. 整个反应是一个动态平衡的过程
D. 植物细胞和动物细胞发生这个反应的生理过程都一样
2.（2006年高考广东卷）下表是探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用的实验设计及结果。
|
试管编号 |
① |
② |
③ |
④ |
⑤ |
⑥ |
|
2mL3%淀粉溶液 |
＋ |
＋ |
＋ |
－ |
－ |
－ |
|
2mL3%蔗糖溶液 |
－ |
－ |
－ |
＋ |
＋ |
＋ |
|
3mL2%的新鲜淀粉酶溶液 |
＋ |
＋ |
＋ |
＋ |
＋ |
＋ |
|
反应温度（℃） |
40 |
60 |
80 |
40 |
60 |
80 |
|
2mL斐林试剂 |
＋ |
＋ |
＋ |
＋ |
＋ |
＋ |
|
砖红色深浅﹡ |
＋＋＋ |
＋＋＋ |
＋ |
－ |
－ |
－ |
注：“＋”表示有；“－”表示无。“*”：此行“＋”的多少代表颜色的深浅
根据实验结果，以下结论正确的是（ ）
A. 蔗糖被水解成非还原糖
B. 淀粉在淀粉酶的作用下水解成还原糖
C. 该淀粉酶活性在
D. 淀粉酶对蔗糖的水解具有专一性
3. 对植物叶肉细胞内的关于ATP的叙述中，正确的是（ ）
A. ATP主要在线粒体、叶绿体中生成
B. 它含有三个高能磷酸键
C. ATP转变为ADP的反应是可逆的
D. 细胞内储存有大量的ATP，以供生理活动需要
4. 在测定胃蛋白酶活性时，将溶液pH由10降到2过程时，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
5. 将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量水混合装入一个容器内，调整pH至2.0，保存于
A. 淀粉、胃蛋白酶、多肽、水
B. 唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水
C. 唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水
D. 唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水
6. 将猪精肉片分别放入A、B、C三个烧杯内的消化液中，A烧杯内有胃液，B烧杯内有胰液，C烧杯内是胃液和肠液的混合液，A、B、C三个烧杯的pH均调为2，在适宜的温度下放置10—15分钟后，可能发生的结果和说明的问题是（ ）
①A烧杯中肉片被初步消化
②B烧杯中的肉片消化得最彻底
③C烧杯中的肉片消化得最快
④说明酶的催化作用具有专一性
⑤说明酶的催化作用具有高效性
⑥说明酶的催化作用受pH的影响
A. ①⑥ B. ②⑥ C. ②③ D. ④⑤
7.（2005高考江苏卷，42）为了研究酶的有关特性，取两支洁净的试管并编号A、B，各注入2mL体积分数为3%的H2O2溶液，再向A管滴入2滴3.5%FeCl3溶液，向B管滴入2滴质量分数为20%的肝脏研磨液；堵住管口，轻轻振荡；用点燃但无火焰的卫生香检验；观察并记录结果。
（1）本实验的主要目的是探索 。
（2）如果两支试管的现象均不明显，从实验材料分析，原因可能是
。
（3）过氧化物酶也能催化H2O2的分解，产生的O2能使溶于水的无色焦性没食子酸氧化生成橙红色沉淀。为了鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化物酶，设计了如下实验。
参照下图所给信息，回答下列问题。
①3号试管内加入的物质是 。
②设计2号试管作为对照的具体目的是
。
③如果2号试管未产生颜色反应，则出现橙红色沉淀的是第 号试管。
【模拟试题】（答题时间：45分钟）
1. 关于人体细胞中ATP的叙述正确的是（ ）
A. ATP在人体细胞中普遍存在
B.
ATP在人体细胞中普遍存在，含量很高
C.
它含有三个高能磷酸键
D.
当它过分减少时，可由ADP在不依赖其他物质条件下直接形成
2. 生物体异化作用的本质是（ ）
A.
物质分解的过程
B.
使体温恒定的过程
C.
分解自身物质，释放能量的过程
D.
产生水和二氧化碳的过程
3. 绿色植物通过呼吸作用合成的ATP通常比同化作用中消耗的ATP多还是少？动物呼吸作用合成的ATP通常比同化作用中消耗的ATP多还是少？以上分别是（ ）
A. 少、少 B. 少、多
C. 多、多 D. 多、少
4. ATP之所以能作为能量的直接来源，是因为（
）
A. ATP中高能磷酸键储存能量多且很不稳定
B. ATP中高能磷酸键很稳定
C.
ATP是细胞内唯一的可以释放能量的化合物
D.
ATP在细胞内含量较多
5. ATP是细胞内的能源物质，医药商店出售的ATP注射液可治心肌炎。若人体静脉滴注这种药物，ATP到达心肌细胞内至少要通过的细胞膜有几层（ ）
A. 1 B.
6. 一般情况下生物体内的主要能源物质、直接能源物质、储备能源物质依次是（ ）
A. 糖类、蛋白质、脂肪
B. ATP、糖类、脂肪
C.
糖类、ATP、蛋白质
D.
糖类、ATP、脂肪
7. 在水深
A. 葡萄糖彻底分解 B. 三磷酸腺苷的分解
C.
丙酮酸彻底分解 D. 氨基酸彻底分解
8. 在不损伤植物细胞内部结构的情况下，下列哪种物质适于除去细胞壁（
）
A. 淀粉酶 B. 麦芽糖酶
C. 纤维素酶和果胶酶 D. 盐酸
9. 下图表示温度和酶的关系，此曲线不能说明的是（ ）
A.
C点时，酶的活性也很低，当温度降低时，酶的活性可以恢复上升
B.
当温度达到B点时酶的活性最高
C.
A点时，酶的活性很低，但随着温度的升高，酶的活性可以上升
D.
在B点之前，酶活性与温度成正比，之后成反比
10. 下图中，横轴表示酶的反应条件，纵轴表示酶的反应速度，能正确反映温度、pH、时间和底物浓度与酶反应速度关系的是（ ）
A.
甲、乙、丙、丁 B. 甲、甲、丙、丁
C.
甲、丁、乙、丙 D. 甲、甲、乙、丁
11. 关于酶的叙述说法不正确的是（ ）
A. 绝大多数酶是活细胞产生的具有催化能力的一类特殊的蛋白质，合成场所为核糖体
B.
酶在细胞内才能发挥作用，离开细胞即失效
C.
酶的活性受环境的pH和温度的影响
D.
参加反应的前后，酶的化学性质不变
12. 动物细胞体内ATP水解所释放的能量不可能用于（ ）
A. 物质的吸收 B. 物质的合成
C. 有机物的分解 D. 肌肉收缩
13. 下列哪种能源物质缺乏时，会立即影响细胞内的代谢（
）
A. 日光
B. ATP
C. 葡萄糖 D. 蛋白质
14. 活细胞内合成酶的原料是（ ）
A. 脂肪酸 B. 氨基酸 C. 核苷酸
D. 氨基酸和核苷酸
15. 进入冬眠的动物代谢极为缓慢，最根本的原因是（
）
A. 体内酶的活性低 B. 气温低 C. 进食少 D. 耗能少
16. 为了认识酶的作用特性，以20%过氧化氢溶液为反应底物的一组实验结果如下表所示。通过分析实验结果，能够得出相应结论。在下列有关结论的描述中，从表中得不到实验依据的一项是（ ）
|
|
方法 |
观察结果 |
|
1 |
常温下自然分解 |
氧气泡少而小 |
|
2 |
常温下加Fe3＋ |
氧气泡稍多而小 |
|
3 |
常温下加入鲜肝提取液 |
氧气泡极多而大 |
|
4 |
加入煮沸后冷却的鲜肝提取液 |
氧气泡少而小 |
A.
从催化反应过程看，酶具有温和性
B.
从催化活性看，酶变性后就失活
C.
从催化底物范围看，酶具有专一性
D.
从催化反应效率看，酶具有高效性
17. 下列关于酶的叙述，不正确的是（ ）
A. 活细胞都产生酶
B. 酶只在细胞内起作用
C.
酶主要由核糖体合成
D.
酶能使生物体内的化学反应在常温、常压下顺利进行
18. 分析ATP与ADP相互转化的示意图，完成下列问题：
（1）图中Pi代表磷酸，则B为 ，C为 。
（2）El和E2不是物质，在人和动物体内，E1来自
。在绿色植物体内则来自_______和
。
（3）在植物体内的生命活动中，E2主要用于 、 、 和 。
（4）Al和A2具有 作用。根据你的分析，它们的作用分别是促进
。
19. 根据科学研究证实，由精子细胞变为精子的过程中，细胞核变为精子的头部，部分细胞质变成精子的颈部和尾部，大部分细胞质及多数细胞器被丢失，但全部的线粒体被保留下来，并集中在颈部。对这一现象的最好解释是：
（1）细胞核内含有 ，以便传给下一代。
（2）丢失大部分细胞质和细胞器，可以使精子体积 ，以利于 。
（3）精子快速运动主要依靠 的摆动，其运动的动力主要产生于 。
（4）保留全部线粒体的意义在于：线粒体是 场所，通过线粒体的生理活动形成精子运动所需的 。
20. ATP与ADP转化的意义可总结为：
（1）对于构成生物体内部
环境有重要意义。
（2）是生物体进行一切生命活动所需能量的 。
（3）ATP是生物体的细胞内流通着的“
”。
21. 下表是有关酶的实验，请据表完成问题：
|
试管 编号 |
加入物质 |
量（毫升） |
温度（℃） |
试剂 |
现象 |
|
1 |
淀粉酶、清水 |
各2mL |
37 |
碘液 |
变蓝 |
|
2 |
淀粉酶、唾液 |
0 |
变蓝 |
||
|
3 |
淀粉酶、唾液 |
37 |
不变蓝 |
||
|
4 |
淀粉酶、煮沸过的唾液 |
37 |
变蓝 |
||
|
5 |
淀粉酶、加有3滴3%盐酸的唾液 |
37 |
变蓝 |
||
|
6 |
蛋黄液、唾液 |
37 |
无变化 |
该实验可证明：
（1）酶具有 作用，这可通过实验
证明。
（2）酶具有专一性，这可通过实验 证明。
（3）酶的活性要受
、 的影响，前者通过实验 证明，后者可通过实验
证明。
22. 下图是人体内某化学反应的图解，其中英文字母代表物质，数字代表反应前、中、后过程，请据图说明：
（1）图中代表酶的是 ，作出判断的依据是
。
（2）从1和2可以反映出酶具有 性，作出判断的依据是
。
（3）如果D代表麦芽糖，那么E和F则是 、 ，A则是 。
（4）如果D代表二肽，那么E和F则是 、 ，A则是
。
（5）如果D代表脂肪，那么E和F则是 、 ，A则是 。此过程进行的场所是
。
23. ATP是生物体内的高能化合物，人和动物的生命活动所需要的ATP主要通过 作用释放的能量来合成。植物体内合成ATP所需要的能量主要来自 作用和 作用。ATP中
水解，释放能量用于生命活动。
24. 根据ATP与ADP相互转变中的反应条件，能量来源和反应场所的不同完成下列问题：
（1）ADP转变成ATP时，属于合成反应，需要的酶属于 酶，所需能量来源是______能或 能，其合成场所主要是 。
（2）ATP转变成ADP时，属于水解反应，需要的酶属于 酶，所释放的化学能来自 键，其水解场所是 。
25. 下图表示温度对酶活性的影响，据图完成问题：
（1）曲线AB段表明
。
（2）曲线上B点表明
。
（3）曲线BC段表明
。
26. （2005年高考广东卷，31）荔枝是著名的岭南佳果，其果皮中存在多酚氧化酶。多酚氧化酶能够氧化果皮中的一些无色物质，形成褐色物质，这是引起采后荔枝果皮褐变的原因之一。褐变的发生严重影响了荔枝的保鲜效果，果皮褐变面积百分率，常作为荔枝保鲜效果的指标。在不考虑其他因素影响褐变的前提下，利用上述现象，以荔枝果皮褐变面积百分率为多酚氧化酶活性的指标，某同学设计一个实验，旨在探究温度对荔枝果皮内多酚氧化酶活性的影响。
（1）请补充下列实验设计中空缺的内容。
①设计温度梯度：
②确定测量指标：荔枝果皮褐变面积百分率；
③选择同一品种、 和成熟度一致且无机械损伤的新鲜荔枝果实，将其分成 组，每组数量 ，装入保鲜袋并作好标签后，分别放入相应温度的恒温箱中；经过4天后，取出荔枝果实，测定并记录褐变面积。
（2）请据下图分析实验结果。
（3）请结合上述实验结果，指出对荔枝具有较好保鲜效果所需的温度范围。
（4）削皮后的苹果和马铃薯容易发生褐变，请据此分析选择无机械损伤的荔枝果实为实验材料的原因。
（5）除上述温度、氧气和机械损伤以外，还有哪些因素影响果蔬保鲜效果，请提出两种相应的保鲜措施。
【试题答案】
1、A；2、C；3、B；4、A；5、B；6、D；7、B；8、C；9、A；10、D；
11、B；12、C；13、B；14、D；15、A；16、C；17、B；
18、（1）ATP ADP
（2）呼吸作用 呼吸作用 光合作用
（3）细胞分裂 植株生长 矿物质元素的吸收 新物质的合成
（4）催化 ATP的合成、ATP的分解
19、（1）遗传物质DNA
（2）减小 运动
（3）尾部 线粒体
（4）细胞进行有氧呼吸的主要 能量（ATP）
20、（1）稳定的供能
（2）直接来源
（3）能量货币
21、（1）催化 1和3
（2）3和6
（3）温度、pH 2、3、4 3和5
22、（1）A 反应前后酶本身不发生变化
（2）专一 在B、C、D物质同时存在时，只催化D物质的反应
（3）葡萄糖 葡萄糖 麦芽糖酶
（4）氨基酸 氨基酸 肽酶
（5）甘油 脂肪酸 脂肪酶 小肠
23、呼吸 光合 呼吸 高能磷酸键
24、（1）合成 太阳光 化学 叶绿体、线粒体
（2）水解 远离A的高能磷酸 每个活细胞
25、（1）在一定范围内，酶的催化活性随温度的升高而升高
（2）酶催化的最适温度，酶的催化活性最高
（3）超过最适温度，酶的催化活性随温度的升高而降低，直至变性失活
26、（1）大小
6 相等
（2）分析：在5～30℃范围内，荔枝果皮褐变面积百分率随温度升高而增加，表明果皮内多酚氧化酶活性随温度升高而增强。
（3）0～15℃。
（4）机械损伤的荔枝易发生褐变，从而影响实验结果的准确性。
（5）①控制水分，如采用薄膜包装或表面喷涂果蜡等；②防止微生物感染，如采后对果蔬进行杀菌处理。