第五章 细胞的能量供应和利用
第一节 降低化学反应活化能的酶
一、相关概念：
1、细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应，统称为细胞代谢。 3、活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。 二、酶在细胞代谢中的作用（实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解） （一）实验过程：
试管编号 1号（2mLH2O2） 实验设置 试验现象 不处理 无明显气泡放出 有明显气泡放出、 有助燃性 结果分析 H2O2的自然分解非常缓慢 对照组 2号（2mLH2O2） 水浴加热（90℃） 加热能促进H2O2的分解 实验组 3号（2mLH2O2） 加入质量分数为3.5%的FeCl3溶液2滴 加入质量分数味20%的肝脏研磨液2滴 有较多气泡放出、 助燃性强 Fe能促进H2O2的分解 H2O2酶也有催化H2O2分解的作用，且效率更高 3+4号（2mLH2O2） （二）注意事项：
有大量气泡放出、 助燃性更强 ① 要求用新鲜的肝脏，因为新鲜的肝脏中H2O2酶的含量及活性较高； ② 要经过研磨，这样能使肝脏细胞破裂，酶分子充分释放出来；
③ 试管中插入点燃但没有火焰的卫生香时，不要插入气泡中，以免卫生香熄灭；
④ 注意安全，H2O2具有一定的腐蚀性，不要溅到皮肤上，如果不慎溅到皮肤上要及时用用清水冲洗。 （三）实验结论：酶具有催化作用，并且催化效率要比无机催化剂Fe高得多， ◎酶的作用：同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。 （四）控制变量法：
1、 变量：实验过程中可以变化的因素称为变量。 2、 自变量：人为改变的变量称做自变量。
3、 因变量：随着自变量的变化而变化的变量称做因变量。
4、 无关变量：除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称
为无关变量。
5、 对照实验：除一个因素外，其余因素都保持不变的实验称为对照实验。对照实验一般要设置对照组和
实验组，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。
1
3+
三、酶的本质 1、关于酶本质的探索
时间 1773年 发现者 （意）斯帕兰札尼 实验过程现象 将装有肉块的小金属笼子让鹰吞下，一段时间后取出，发现笼内的肉块小时 实验结论 胃具有化学消化作用 1857年 酶的 发现 （法）巴斯德、1897年（德）糖类通过酵母菌发酵产社工酒精，并从李比希、毕希纳 （美）萨姆纳 细胞中提取出酶 从刀豆种子种提取了脲酶结晶，并证实是蛋白质 相继提取出多种酶的蛋白质结晶 细胞提取液中含有酶 1926年 20世纪30年代 20世纪8年代 酶是一类具有催化作用的蛋白质 许多科学家 （美）切赫、奥特曼 发现少数RNA也具有生物催化功能 2、酶的本质：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。 注： ①由活细胞产生（与核糖体有关）
②催化性质：A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提高化学反应速度。
B.反应前后酶的性质和数量没有变化。
③成分：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。 3、酶化学本质的验证试验 ①证明某种酶是蛋白质：
实验组：待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应 对照组：已知蛋白液+双缩脲试剂→出现紫色反应 ②证明某种酶是RNA：
实验组：待测酶液+吡罗红染液→是否呈现红色 对照组：已知RNA溶液 +吡罗红染液→出现红色 四、酶的特性
①酶具有高效性：催化效率很高，使反应速度很快 ②酶具有专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 ③酶的作用条件比较温和。（温度和pH值） 酶的最适温度：动物 35℃—40℃； 植物 40℃—50℃；细菌和真菌 70℃。
注：过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。0℃左右，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。低温0℃—4℃下保存酶。
最适PH值：植物 4.5—6.5；
动物 6.5—8.0、胃蛋白酶最适PH值为1.5；
2
五、影响酶促反应的因素
1、 底物浓度 2、酶浓度 3、PH值：过酸、过碱使酶失活
4、 温度：高温使酶失活。低温降低酶的活性，在适宜温度下酶活性可以恢复。 影响因素 V 图例 在底物足够，其他因解析 素固定的条件下，酶促反应的速度与酶浓度成正比。 酶浓度 底物浓度S 酶浓度 V 底物浓度 V 温度 温度 在S在一定范围内，V随S增加而加快，在一定温度范围内V随T的升高而加快近乎成正比；当S很大且达到一定限度时，V也达到一个最大值，此时即使再增加S，反应几乎不再改变。 在一定条件下，每一种酶在某一温度时活力最大，称最适温度；当温度升高到一定限度时，V反而随温度的升高而降低。
第二节 细胞的能量“通货”——ATP
◎生命活动的主要能源物质：糖类 ◎主要储能物质：脂肪 ◎植物细胞内储能物质：淀粉 ◎动物细胞内储能物质：糖原 ◎直接能源物质：ATP ◎最终能量来源：太阳能 一、ATP（细胞内的一种高能磷酸化合物，中文名称叫做三磷酸腺苷） 1、组成元素：C、H、O、N、P
2、结构简式：A—P～P～P A代表腺苷（腺嘌呤+核糖） P代表磷酸基团 T是三的意思
—普通化学键（水解时是释放的能量13.8KJ/mol）
～代表高能磷酸键（水解时是释放的能量多达30.54kJ∕mol）
二、ATP和ADP之间的相互转化
主动运输；用于生物发电、发光；肌肉收缩；用于生物合成；用于大脑思考 人、动物的呼吸作用
绿色植物的呼吸作用和光合作用
酶 A—P～P(二磷酸腺苷) + Pi + 能量（30.5 kJ/mol） A—P～P～P 酶 （物质可逆，能量和酶不可逆）
◎ADP中文名称叫二磷酸腺苷，结构简式A—P～P，Pi表示磷酸，远离A的那个高能磷酸键断裂（1molATP水解释放30.54KJ能量）
◎ATP在细胞内含量很少，但在细胞内的转化速度很快，用掉多少马上形成多少。 ◎ATP与ADP的这种转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。
◎意义：能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通，ATP是细胞里的能量流通的能量“通货” ◎生物界的共性：细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制。
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第三节 ATP的主要来源——细胞呼吸
细胞呼吸：由于呼吸作用是在细胞内进行的，因此也叫细胞呼吸。细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。 一、细胞呼吸的方式
1、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 （1）实验原理：
①酵母菌是一种单细胞真菌（真核生物），在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧，便于探究细胞呼吸方式。
②CO2可使石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养CO2的产生情况。
③橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇（俗称酒精）发生化学反应，变成灰绿色。 （2）实验过程： ① 制备酵母液：
取两份新鲜酵母，每份10 g，分别放入两个编好号的500 mL广口瓶或锥形瓶中，再向瓶中分别加入200 mL质量分数为5％的葡萄糖溶液，制成酵母发酵液，简称酵母液。 ② 实验装置
装置1： 装置2：
质量分数为10% 酵母液 石灰水（或Ba(OH)2溶液） 酵母液 石灰水（或Ba(OH)2溶液）
的NaOH溶液
装置3： 同装置1或装置2，但要将酵母液换成葡萄糖液。 实验注意事项：
（1）空气持续通入保证了O2的充足供应，而进入锥形瓶的空气先通过盛有NaOH溶液的锥形瓶，洗除空气中的CO2，保证最后通入澄清石灰水的CO2是由于酵母菌有氧呼吸产生的。
（2）探究酵母菌无氧呼吸实验中，先将盛有酵母菌的锥形瓶静置一段时间，让其先进行有氧呼吸将锥形瓶内的O2消耗尽，再连通装置，检测其无氧呼吸产物。 ③ 检测
ⅰ、使用石灰水（或Ba(OH)2溶液）检测CO2的生成 ⅱ、使用溴麝香草酚蓝溶液检测CO2的生成 ⅲ、使用重铬酸钾检测酒精生成 （3）实验结论：
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行呼吸细胞呼吸；在有氧条件下酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和谁；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生少量的二氧化碳和酒精。
2、对比实验：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关
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系，这样的实验叫做对比实验。
3、细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。
4、有氧呼吸：指细胞在有氧的参与下，通过多种酶的催化作用下，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放出大量能量，生成ATP的过程。
总反应式： C6H12O6 + 6H2O + 6O2 酶 6CO2 + 12H2O + 能量（38ATP）
有氧呼吸 第一阶段 第二阶段 第三阶段 场 所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 反应式 C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+ 少量能量（2ATP） 2丙酮酸+6H2O→6CO2+20[H]+ 少量能量（2ATP） 24[H]+6O2→12H2O+大量能量（34ATP） ◎有氧呼吸过程中O2的去路：O2用于和[H]生成H2O
5、无氧呼吸：一般是指细胞在无氧的条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物（酒精、CO2或乳酸），同时释放出少量能量的过程。
酶
总反应式： C6H12O6 2C3H6O3 (乳酸) + 少量能量（2ATP）
酶
C6H12O6 2C2H5OH(酒精) + 2CO2 +少量能量（2ATP）
无氧呼吸 第一阶段 第二阶段 场 所 细胞质基质 细胞质基质 反应式 C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+ 少量能量（2ATP） 2丙酮酸→2C3H6O3 (乳酸) 2丙酮酸→2C2H5OH(酒精) + 2CO2 ◎无氧呼吸产生酒精的：酵母菌细胞和大多数植物细胞等
◎无氧呼吸产生乳酸的：乳酸菌细胞、哺乳动物成熟红细胞、骨骼肌细胞、马铃薯块茎
◎发酵：微生物（如：酵母菌、乳酸菌）的无氧呼吸。产生酒精的叫酒精发酵；产生乳酸的叫乳酸发酵。 6、有氧呼吸和无氧呼吸的比较 场所 条件 不同点 物质变化 能量变化 联系 相同点 实质 意义 有氧呼吸 细胞质基质、线粒体 氧气、酶 葡萄糖彻底分解，产生CO2和H2O 释放大量能量（1161kJ被利用，其余以热能散失），形成大量ATP（38ATP） 无氧呼吸 细胞质基质 酶 葡萄糖分解不彻底，生成酒精和CO2或乳酸 释放少量能量（61.08KJ），形成少量ATP（2ATP），大部分储存于乳酸或酒精中 从葡萄糖到丙酮酸阶段相同，以后不同(第一阶段相同) 分解有机物，释放能量，产生ATP 为生命活动提供能量 二、影响细胞呼吸作用的因素
1、内部因素——遗传因素（决定酶的种类和数量） 2、外界因素（环境因素）
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必修1第五章 细胞的能量供应和利用(知识点)
