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5.0细胞的能量供应和利用
1、酶
（一）酶的作用和本质
是活细胞产生的???????一类具有催化能力的???????有机物???（1）酶的概念：
来源功能化学本质
（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。
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图1 图2
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）
图3 图4
（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
酶促反应速度 酶浓度
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。
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（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
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植物 植物 光合作用 叶绿体 化学能 ADP+Pi 酶 ATP 呼吸作用 有机物 细胞质基质、线粒体 呼吸作用 有机物 细胞质基质、线粒体 热能（散失） 酶 能量 化学能 ADP+Pi 能量 热能（散失） 酶 化学能 ADP+Pi ATP ATP 动物 磷酸肌酸 释放 化学能 ADP+Pi 酶 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） ATP 呼吸作用 （一切生物） 储存 ATP 酶 ADP+Pi 释放 各项生命活动 （肌肉收缩、合 成和分泌等） 光合作用 （绿色植物）
3、ATP的主要来源—细胞呼吸
项目 过程阶段 胞质基质） 质） ③12[2H]+6O2?12H2O+34ATP（线粒体内膜） 总反应式 ： C6H12O6+6H2O+6O2（38ATP） 场所 物质变化 能量变化 联系 ①在细胞质基质中，②、③分别在线粒体基质和内膜上 分解有机物需氧参与，分解彻底，终产物是无机小分子（CO2+ H2O） 释放能量多，2870kJ/mol，其中1255kJ/mol转移到ATP，1615kJ/mol热能散失 2实质：分解有机物，释放能量，合成ATP ○有氧呼吸 ①C6H12O6 ?2C3H4O3（丙酮酸）+2[2H]+2ATP（细①C6H12O6 +2[2H]+2ATP 无氧呼吸 ?2C3H4O3（丙酮酸）22C3H4O3+6H2O?6CO2+10[2H]+2ATP（线粒体基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） ①、②始终都在细胞质基质中 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） 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 酶→6CO2+12H2O+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 ○ _
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 实质 时间 条件 场所 物质转化 光反应 光能→ 化学能，释放O2 短促，以微秒计 需色素、光、ADP、和酶 在叶绿体内囊状结构薄膜上进行 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） 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 碳反应（暗反应） 同化CO2形成（CH2O）（酶促反应） 较缓慢 不需色素和光，需多种酶 在叶绿体基质中进行 CO2+C5→2C3（在酶的催化下） C3+【H】→（CH2O）+ C5 （在酶和ATP的催化下） 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
四川地区眉山市车城中学第2016年度学年高一生物第5章细胞的能量供应和利用学案及同步理解练习
