高中生物必修一第四章.docx

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高中生物必修一第四章

第1节ATP和酶

课时一：

ATP

教学目标：

1．简述ATP的化学组成和特点、写出ATP的分子简式。

2．解释ATP在能量代谢中的作用。

本讲重点：

1．ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。

2．ATP与ADP的相互转化。

本讲难点：

1．ATP中的能量获得机制及能量的来源和去路。

高考热点：

1.ATP与ADP的相互转化。

2.ATP中能量的来源和去路。

自学指导：

新陈代谢与ATP：

新陈代谢不仅需要酶，而且需要______。

______是细胞的主要能源物质，_____是生物体内储存能量的物质。

但是，这些有机物中的能量都不能直接被生物体利用，只有在细胞中随着这些有机物逐步氧化分解而释放出来，并且储存在______中才能被生物利用。

_______是新陈代谢所需能量的___________。

1、ATP的结构简式

ATP是_________的英文缩写符号，高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在以上的磷酸化合物，ATP水解时释放的能量高达。

ATP的结构式可以简写成_______________。

简式中的____代表腺苷，腺苷由和组成，如果腺苷上加上一个磷酸基就是核苷酸。

2、ATP与ADP的相互转化

ATP分子中______A的那个高能磷酸键，在一定的条件下很容易水解，也很容易重新形成。

在ATP与ADP的转化中，ATP的第____个高能磷酸键位于末端，能很快地水解断裂，释放能量，同样，在提供能量的条件下，也容易加上第_____个磷酸使ADP又转化为ATP，转化式可表示为，其中ATP的水解酶与合成酶同一种酶。

ATP在细胞内的含量是_____的。

ATP在细胞内的转化是十分迅速的。

细胞内ATP的含量总是处在___________之中，对于构成生物内部稳定的供能环境，具有重要意义。

3、ATP的形成途径

对于动物和人来说，ADP转化成ATP时所需要的能量，来自_________________，对于绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需要的能量，来自__________和__________。

构成生物体的活细胞，内部时刻进行着ATP与ADP的相互转化，同时也就伴随有能量的_和。

故把ATP比喻成细胞内流通着的“”。

疑难解析：

1．ATP与能量

（1）ATP是生命活动的直接能量来源，但它在细胞内的含量并不高，因此细胞内ATP的形成与分解相当频繁。

（2）在ATP的形成与分解时都涉及到能量，但两者能量的性质有差异。

例题讲解：

[例1]

下列关于“ATPADP+Pi+能量”反应式的叙述．正确的是

A．反应式物质可逆，能量不可逆

B．反应式能量可逆，物质不可逆

C．两者均可逆

D．生物体内，ADP转变成ATP所需能量都来自呼吸作用

[解析]：

ATP与ADP的转变仅仅只是物质上的可逆，并不表示化学上的可逆反应．这是因为：

（１）从反应条件上看：

ATP的分解是一种水解反应。

催化该反应的酶属于水解酶；而ATP的生成是一种合成反应，催化该反应的酶属合成酶，而酶具有专一性，因此反应条件不同。

（２）从能量上看：

ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能、而合成ATP的能量主要有化学能和太阳光能。

因此能量来源不同。

（３）从ATP的合成与分解的场所上看：

ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，而ATP分解的场所较多。

如细胞膜（主动运输消耗ATP）、叶绿体基质（暗反应中ATP放能、贮存在合成的有机物中），细胞核（DNA的复制和RNA的合成耗能）等.因此其合成与分解的场所不完全相同.综上所述，．ATP与ADP相互转变的反应并不是简单的可逆反应.

[答案]A

[同类变式]下图示意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________.

[解析]：

本题的解答需要明确生物体内能量物质的转变过程与条件。

核心是葡萄糖的形成与分解。

由图分析，形成葡萄糖的途径为甲→丙→葡萄糖或乙→丙→葡萄糖，而题干已经提示C过程是补充形成ATP的途径，则乙应当是ADP和Pi，甲应为太阳能，通过光合作用将光能转变为化学能，它也是能量的最终来源。

[答案]

（1）多糖、脂肪

（2）ADP、Pi、酶、能量（3）甲太阳光

（4）光合作用光反应光合作用暗反应呼吸作用

[例2]

（高考江苏卷）ATP转化为ADP可表示如下：

式中X代表（）

A．H2OB．［H］

C．PD．Pi

[解析]：

本题考查了ADP和ATP的相互转化条件：

ATP＋H2O

ADP＋Pi＋能量。

【答案】D

课堂练习：

1.高等植物体内产生ATP的生理过程有

A.呼吸作用、渗透作用       B.呼吸作用、蒸腾作用

C.光合作用、主动运输       D.光合作用、呼吸作用

2.生物体内既能贮存能量,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

3、下列生理过程中，不需要消耗ATP的是

A、核糖体上合成血红蛋白B、在肺泡表面进行气体交换

C、小肠吸收氨基酸D、神经冲动在中枢传导

4．（多选）细胞内要消耗ATP的生理过程有

A丙酮酸在线粒体内氧化分解B蛋白质合成

C质壁分离及其复原D动作电位恢复为静息电位

5．下列叙述中正确的是

AATP分子聚集能量和释放能量过程中都与磷酸分子有关

B在生态系统中能量往往伴随着物质而循环利用

C在光合作用中光能以它原来的形式储存于糖类中

D叶绿体既进行光合作用又进行呼吸作用

6、下列过程能使ADP含量增加的是（）

A．消化道内蛋白质的消化B．线粒体内的[H]与02结合

C．叶绿体中的叶绿素a失去电子D．细胞分裂时纺锤丝的收缩

7、下列生命现象中不伴有ATP消耗的是

A．神经冲动的传导B．含羞草受到刺激小叶合拢

C．葡萄糖在小肠中被吸收D．根尖生长点细胞有丝分裂

8．（6分）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ADP转化成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。

第1节ATP和酶

课时二：

酶

教学目标：

1．说明酶在细胞代谢中的作用、本质和特性。

2．通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断的探索和争论中前进的。

3．进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。

本讲重点：

1．酶的作用、本质和特性。

本讲难点：

1．酶降低化学反应活化能的原理。

2．控制变量的科学方法。

高考热点：

1.酶在细胞代谢中的作用、本质和特性。

2.和酶相关的实验探索。

自学指导：

1、酶的发现：

美国科学家萨姆纳通过实验证实酶是一类具有_，科学家切赫和奥特曼发现少数也具有生物催化作用。

总之，酶是_______产生的一类__________________的_________，胃蛋白酶、唾液淀粉酶等绝大多数的酶是______，少数的酶是RNA。

2、酶的特性

科学研究表明，所有的酶在一定的条件下，都能使生物体内复杂的化学反应迅速地进行，而酶本身______。

实验说明，过氧化氢酶和Fe3+的催化效率不同，一般地说酶的催化效率是无机催化剂的倍，说明酶的催化作用具有性的特点。

实验说明，淀粉酶只能催化________，对蔗糖则不起作用，确切地说每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。

酶的催化作用具有________的特点。

实验说明，________、________以及________和________，都影响淀粉酶的活性，_______、_______和_______都能使酶分子结构遭到破坏而_______。

除上述原因外，影响酶促反应的因素还有、____等。

疑难解析：

1．酶的发现与特性

（1）酶的发现：

按时间顺序了解酶本质的研究历程及研究方法的精妙

（2）酶的特性：

①酶的概念及化学本质：

酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。

②酶的特性：

高效性；专一性；受温度和pH影响。

③酶的活性：

即酶的催化效率，受反应物浓度、温度和ｐH的影响。

a.酶的浓度：

在底物足够，其他条件固定的条件下，反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其它不利酶发挥作用的因素时，酶促反应的速度与酶的浓度成正比。

b.反应物浓度：

在一定的反应物浓度范围内，酶的催化速度随着反应物浓度的增加而加快，达到一定浓度后因为酶的数量有限（所有酶都参加了反应），变化不明显。

c.温度：

在一定温度范围内，酶的催化效率随着温度的上升而加快。

酶的活性最强，催化效率最高的温度称为酶的最适温度。

超过最适温度，酶的催化效率随着温度的上升而减慢。

低温抑制酶的活性，但不会使酶失去活性，高温使酶（蛋白质）变性而失去活性。

d.酸碱度：

同温度影响酶的活性的情况基本一样，偏酸偏碱都会使酶（蛋白质）变性而失去活性

2．酶催化作用的机理

一个化学反应的发生，其反应物分子首先要获得足够的能量变到激活状态，这样的分子叫做活化分子，其所需要的能量称为活化能。

增加活化分子的数目就能加快反应的速度。

酶的催化作用就是降低反应的活化能，从而提高了活化分子的数量，加快了反应速度。

现在认为，酶进、行催化作用时，首先要和底物结合，形成一中间络合物，它很容易转变为产物和酶。

该过程可表示为：

S（底物）＋E（酶）→SE（中间络合物）→E（酶）＋P（反应产物）

例题讲解：

[例1]下列关于酶的叙述，不正确的是

A．酶的催化效率很高B．酶大多数是蛋白质，少量是RNA

C．酶只有在细胞内才具有催化功能D．淀粉酶不能催化麦芽糖分解成葡萄糖

[解析]：

本题是对酶的基本性质的考查。

酶是活细胞产生的具有催化能力的化学物质，具有三个特性。

酶虽然是活细胞产生的，但酶不仅在细胞内具有催化作用，在细胞外的适宜环境中也同样具有催化作用，典型的如消化道内的消化酶作用。

[答案]C

[例2]下图所示中的A、B、C三图依次表示酶的浓度一定时，反应速度和反应物浓度、温度、pH的关系.请根据图回答下列问题：

（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，两试管内反应分别为：

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

[解析]：

本题要根据曲线对酶的性质作出判断，考查图文转化能力。

（1）由于酶的浓度是一定的，酶的催化作用具有高效性，因此，在A图中，当反应物在低浓度范围内增加时，反应速度迅速上升。

当反应物达到一定程度时，随着反应物浓度的增加，反应速度几乎不再增加。

这是因为：

酶虽然具有高效性，但它的催化能力也是有一定限度的．当所有的酶都发挥了最高效能后，反应物浓度再增加，反应速度也不再增加，这是受酶的浓度的影响

（2）温度影响酶的催化效率：

在一定范围内，酶的催化效率与温度成正相关，超过这个温度（最适温度）呈负相关。

B图中，a点酶的催化效率最高，因此，它所对应的温度就是酶反应的最适温度。

（3）从a点到b点曲线急剧下降，这是因为温度升高，酶的活性下降。

（4）由于甲试管的温度较低，抑制了酶的活性，反应速度很慢，当转入37℃（酶反应的最适温度）的水浴锅中保温后，其反应速度会迅速增加。

乙试管在７5℃高温下，酶变性失活，当转入37℃的水浴锅中保温时，酶的活性不能再恢复，仍无催化反应。

（5）酸碱度对酶活性的影响同温度对酶活性的影响基本一样，见图C。

不同的酶其催化作用的最适PH是不同的。

如胃蛋白酶是２左右；唾液淀粉酶是７，而胰蛋白酶是8-9。

[答案]

（1）受反应液中酶浓度的限制

（2）酶反应的最适温度（3）温度升高使酶活性下降

（4）速度加快无催化反应（5）C

课堂练习：

1.血液凝固是一系列酶促反应过程,采集到的血液在体外下列哪一种温度条件下凝固最快

A.0℃    B.15℃       C.35℃       D.25℃

2．酶是活细胞产生的。

下列关于酶的论述错误的是

A．有些酶是核酸B．酶的数量因参与化学反应而减少

C．酶的活性与pH有关D．酶的催化效率很高

3．催化脂肪酸水解的酶是

A肽酶B蛋白酶C脂肪酸D淀粉酶

4．常温常压下，要使过氧化氢溶液迅速放出大量的氧气，应投入

A新鲜猪肝B煮熟猪肝C冰冻猪肝D生锈铁钉

5．下列物质在生物体内的转化过程中需要ATP的是（）

A．葡萄糖→乙醇+二氧化碳B．葡萄糖→乳酸

C．二氧化碳+水→葡萄糖D．蛋白质→氨基酸

6、在适宜的条件下，用含有过氧化氢酶的鲜猪肝研磨液催化过氧化氢分解，比用FeCl3溶液催化过氧化氢分解的速度快得多，这说明与无机催化剂相比，酶具有的特性是

A．专一性B．多样性C．高效性D．适应性

7．下图为4种不同的酶（分别以a、b、c、d表示）在不同温度下酶活性变化的

曲线。

在37℃时酶活性最高的是

A．aB．bC．cD．d

8.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容器内,调整pH至2.0,保存于37℃的水浴锅内。

过一段时间后,容器内剩余的物质是

A.淀粉、胃蛋白酶、多肽、水   B.唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水

C.唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水 D.唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水

课时三ATP和酶测试题

1．在剧烈运动时，肌肉处于暂时相对缺氧状态，葡萄糖的消耗量剧增，但产生的ATP不多。

这是因为

A．大量能量以热能的形式散失了B．大量能量合成了磷酸肌酸

C．大量能量没有释放出来D．大量能量随汗水流失了

2．如果酶的数量一定，下列哪个图示最确切地反映了反应速率与底物数量之间的关系

3．已知1个葡萄糖分子经过彻底氧化分解可产生36或38个ATP。

1molATP的高能磷酸键储存能量约30.54kJ；1mol葡萄糖氧化共释放2872.2kJ能量。

则细胞中能量的转化率最低为

A．25%B．30%C．38%D．46%

4．下列说法不正确的是

A．糖类中的纤维素一般不作为能源物质

B．蛋白质的储能少，所以不作为能源物质

C．脂类中的类脂主要用于膜结构的组成

D．糖元也是人体内的储备能源物质之一

5．下列物质水解后所释放出的能量可直接用于肌肉收缩的是

A．肝糖元B．肌糖元C．葡萄糖D．三磷酸腺苷

6．生物氧化（有氧吸呼）不同于燃烧的是

①有机物中的能量逐步释放的②有机物中的能量爆发释放的

③释放能量与ATP的生成是偶联的④生物氧化也是氧气对有机物的直接氧化

A．①③B．②④C．①④D．②③

7．下列ADP含量增加的过程是

A．K＋进入肾小管壁的上皮细胞B．苯进入生物细胞

C．线粒体中的氢与氧结合D．甘油吸收进入小肠上皮细胞

8．血液凝固是一系列酶促反应过程，采集到的血液在体外下列哪种温度条件下凝固最快?

A．0℃B．15℃C．25℃D．35℃

9．下图是小麦淀粉酶在不同温度条件下的催化效率变化曲线，请回答：

（1）在35℃时，小麦淀粉酶的催化效率是的。

（2）在度和度时，催化效率都降为0，但在再回复到35℃时，仅者的催化效率可望恢复，表明者的酶的分子结构已遭破坏。

10．请根据下列材料设计一个证明酶是蛋白质的实验。

实验材料：

5%的NaOH溶液、3%的CuSO4溶液、鸡蛋、人的口腔唾液、水、小烧杯、玻璃棒、试管、滴管和滴瓶、脱脂棉。

实验原理：

蛋白质在碱性溶液中与硫酸铜反应产生紫色物质（蛋白质的双缩脲反应），如能证明酶也能发生双缩反应，证明酶的本质是蛋白质。

实验步骤：

（1）

（2）

（3）

（4）结果观察：

结论：

11．工业上常用发酵罐生产淀粉酶，现用发酵罐研究碳水化合物的种类对于微生物产生淀粉酶的影响，将多种不同碳水化合物用于研究，实验中，pH值维持在7～8之间，其它条件保持稳定，测定淀粉酶的产量（相对值），结果如下表所示：

碳水化合物的来源

玉米淀粉麦芽糖葡萄糖蔗糖乳糖不含糖

淀粉酶产量（相对值）

235179521700

（1）关于碳水化合物种类对于微生物产生淀粉酶的影响，你有何结论?

根据这一结论再做出一项假说。

（2）说明淀粉酶的一项商业用途。

（3）为什么说微生物能利用多种碳水化合物是其具有的生存优势?

（4）进一步研究酸碱度对于微生物淀粉酶产量的影响，只用一种碳水化合物，结果如下表所示：

pH

6.06.57.07.58.08.5

淀粉酶产量（相对值）

0413181411

①这项研究中使用哪一类碳水化合物最为合适?

②评价酸碱度如何影响微生物产生淀粉的?

第2节光合作用

学习目标：

1.说出对光合作用的认识过程。

2.举例说出主要的光合色素。

3.概述光合作用的过程。

4.举例说出影响光合作用的环境因素。

本讲重点：

1．光合作用所需原料、条件和产物的演示实验。

　　2．光合作用的概念和实质。

本讲难点：

1.光合作用的过程和实质。

高考热点：

1．光合作用的色素。

2．光合作用过程中光反应和暗反应中物质变化、能量转化以及二者间的关系。

3．调控光合作用中某种因素（如CO2或光）而引起的植物细胞内其他物质（如C3或C5）的变化，以及对光合作用的影响。

4．用同位素标记法研究光合作用过程中，不同元素的去向和来源。

5．设计实验验证光反应和暗反应的部位及其原因。

6．光合作用和呼吸作用综合考查。

课时一：

光合作用的发现和光合色素（两节讲完）

自学指导：

1.回眸历史——解开光合作用之谜

早在两千多年前，人们受古希腊著名哲学家亚里士多德的影响，认为植物体是由“土壤汁”构成的，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。

早在1648年，比利时科学家范·海尔蒙特（VanHelmont）就进行了陶盆栽柳树的实验，以寻找营养植物的物质。

通过实验他认为柳树重量增加只是由引起的，而不是。

在年，英国化学家约瑟夫·普里斯特莱（JosephPriestley）发现，把一盆植物和一支点燃的蜡烛一同放到密闭的玻璃罩里，蜡烛不容易熄灭；把一盆植物和一只小鼠同时放到密闭玻璃罩里，小鼠也不易窒息死亡。

通过实验使人们认识到植物的生长需要吸收，同时释放。

1779年，荷兰科学家扬·英根豪斯（J.Ingenhousz）把带叶的枝条放到水里，进一步证实，绿色植物只有在下才能放出氧气，黑暗中植物也会使空气污浊。

1864年，德国科学家朱利叶斯·萨克斯还采用的方法，又证明光合作用的产物除氧气外，叶片在光下还能产生有机物——。

1940年，加利福尼亚大学的寒缪尔·鲁宾（SanRuben）和他的同事制备了有特殊“标记”的水，其中0.85%的分子含18O原子，而空气、水和其他含氧天然物质中99.76%的氧是16O，只有0.20%是18O。

用这种水提供给藻类进行光合作用时，产生的氧气中18O的比例和供给的水一样是0.85%，而不是天然氧气（及它的化合物如二氧化碳）的0.20%。

他们还制备了含18O的二氧化碳，当藻类用这种二氧化碳和天然水进行光合作用时，放出的氧气中18O并不增多，而只含有和天然一样的0.20%的18O，这就有力地证明了光合作用释放的氧气来自。

20世纪世纪40年代到50年代中期，美国科学家（M.Calvin）和他的同事运用

及纸谱色层等方法，经过十多年的系统研究，于1948年提出了二氧化碳同化的循环途径，这就是我们常说的卡尔文循环，从而证明被用于合成有机物，使人们了解到光合作用中复杂的化学反应。

2.叶绿体是绿色植物细胞中重要的细胞器，其结构包括、、三部分，它的主要功能是进行，叶绿体的成分:

无机盐、水分、蛋白质、糖类、脂类、及少量的和等.

3.叶绿体色素:

（1）.叶绿素主要有_______和________两种.前者呈现__________,后者呈现_______

（2）.类胡萝卜素有_______和________两种.前者呈现__________,后者呈现_______

4.观察课本恩格尔曼的实验，思考：

（1）.实验设计有何巧妙之处？

（2）.他的实验说明了什么？

疑难解析：

1.光合作用的发现

经典实验

内容

结论．

进一步探究

1648年海尔

蒙特实验

研究植物的营养来源

植物生长所需要的

养料主要来自水而不是土壤

植物所需养料除

了水以外还需要什么

1771年普利

斯特莱实验

植物周围空气

更新的成分

植物生长需要吸收

C02，同时放出02

植物在任何时间

都能放出氧气吗

1779年英根

豪斯实验

探究植物产生

氧气的条件

植物只有在光下才

能产生氧气

植物除了氧气还

有什么物质产生氧的来源

1864．年萨克

斯实验

检验叶片中有

机物的成分

叶片在光下能产生淀粉

光能是如何被吸

收的，光能又去哪里了呢

1940年鲁宾、

卡门实验

光合作用中水的去处

光合作用释放的氧

和糖类中的氢来源于水

二氧化碳中的氧

到哪里去了

1948年卡尔文实验

光合作用中碳元素的踪

14C02q3一（CH20）

具体的光合作用过程是怎样的

2.叶绿体中色素的提取和分离实验应注意事项：

（1）选材：

取鲜嫩、浓绿的叶片，保证含有较多的色素。

（2）试剂的选用及作用：

研磨时加二氧化硅是为了研磨充分，加碳酸钙是为了防止叶绿素受到破坏。

酒精是有机溶剂，用来溶解色素。

（3）为保证实验效果，必须保证色素的含量，一是选材要保证色素的含量尽量多；二是充分研磨；三是充分溶解色素；四是滤液细线勿浸入层析液，防止色素被溶解，导致色；素带不清晰；五是滤纸条要避光保存，防止褪色；六是滤纸条要剪去两角，避免两侧色素扩散过快，色素带不整齐，且滤液细线要画得整齐。

3.光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素。

一般来说，叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3∶1，所以正常的叶子总呈现绿色。

秋天或在不良的环境中，叶片中的叶绿素较易降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片呈现黄色。

类胡萝卜素总是和叶绿素一起存在于高等植物的叶绿体中，此外也存在于果实、花冠、花粉、柱头等器官的有色体中。

例题讲解：

【例题1】1864年，德国科学家萨克斯把