新高一生物预习讲义第5章 第1、2节2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

第5章 细胞的能量供应和利用（第1、2节） 课标要求 1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。 2.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 第1节 降低化学反应活化能的酶 一 酶的作用和本质 1.酶在细胞代谢中的作用 （1）比较过氧化氢在不同条件下的分解 ①过程、结果及结论 ②实验过程的变量分析 （2）酶的催化作用机理 ①活化能：分子从常态转变为__________________的活跃状态所需要的能量称为活化能。 ②酶催化作用的原理：降低化学反应的活化能。 [提醒]　加热不能降低化学反应的活化能，但是可以为反应提供能量。 2.酶的本质 （1）酶的本质 （2）酶本质的探究历程 [教材思考]　源于必修1 P79“关于酶本质的探索”：巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞就不能产生酒精；李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质，不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论。 二 酶的特性 1.酶具有高效性 （1）原因：与_____________相比，酶降低活化能的作用______________，催化效率更高。（2）意义：使细胞代谢快速进行。 （3）曲线分析(如图) 酶对应曲线______，无机催化剂对应曲线____，未加催化剂对应曲线______(填字母)。 2.酶具有专一性 （1）定义：每一种酶只能催化________________化学反应。 （2）意义：使细胞代谢有条不紊地进行。 （3）两种学说 ①锁钥学说：整个酶分子的天然构象具有刚性结构，酶表面具有特定的形状，酶与底物的关系就像锁和钥匙。 ②诱导契合学说：酶表面没有一种与底物互补的固定形状，只是由于底物的诱导才形成了互补形状，从而有利于底物与之结合。 3.酶的作用条件较温和 （1）酶所催化的化学反应一般是在比较______的条件下进行的。在最适温度和pH条件下，酶的活性________。 （2）___________________等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活。________条件下酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，温度适宜时，酶的活性会升高。因此，酶制剂适宜在低温下保存。 酶活性、酶促反应速率及影响因素的分析 注意：酶促反应速率与酶活性不同。酶活性的大小可以用酶促反应速率表示。 　 [拓展延伸] 影响酶促反应的因素分析 1．酶浓度 (1)在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。 (2)ab段限制因素是______________；bc段限制因素是________________(或酶活性)。 2．底物浓度(酶浓度一定) (1)ab段：在一定底物浓度范围内，随底物浓度的增加，反应速率__________(酶没有完全与底物结合)。 (2)bc段：当底物浓度增大到某一值(M)时，反应速率达到________________，不再________(酶完全与底物结合)。 (3)ab段限制因素是_______________________________________________________；bc段限制因素是______________。 (4)思考：若该反应体系酶的量增多，曲线该如何改变(在图中表示出来)? 【典例1】某研究性学习小组按下表进行了实验操作发现试管2比试管1产生的气泡明显多，实验说明（    ） 操作顺序 实验操作 试管1 试管2 ①     加入3%的H2O2溶液 2ml 2ml ②     滴加3.5%的FeCl3溶液 2滴 — 滴加20%的肝脏研磨液（含过氧化氢酶） — 2滴 A．酶的高效性 B．酶的作用需要适宜的温度 C．酶的专一性 D．酶的作用需要适宜的 pH 【典例2】某组同学做“探究温度对淀粉酶活性的影响”实验，步骤如下表： 试管号 1 2 3 4 5 6 1%淀粉溶液/mL 1 1 1 1 1 1 淀粉酶溶液/mL 1 1 1 蒸馏水/mL 1 1 1 水浴温度/℃ 4 37 95 碘液/滴 5 5 5 5 5 5 实验现象 变蓝 变蓝 不变蓝 变蓝 不变蓝 不变蓝 (1)本实验的自变量是 ；组成淀粉的基本单位是 。 (2)1号试管呈蓝色证明存在淀粉，说明4℃条件下淀粉酶活性 。 (3)3号和5号试管都不变蓝，学生推测：温度升高后碘液与淀粉不反应，但淀粉酶活性是否受温度的影响不确定。据表分析，该学生做出此推测的依据是 。 (4)为进一步验证上述推测，小组学生提出相关实验设计思路。 实验设计：将5号与6号两支试管的温度由95℃调至37℃后，再滴加碘液观察颜色反应。 预期结果： 。 结论：高温时碘液与淀粉不反应，且使淀粉酶失活。 第2节　细胞的能量“货币”ATP 一、ATP是一种高能磷酸化合物 [拓展延伸]　如果将ATP中的A替换为G、U、C，分别为鸟苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起组成NTP家族，其脱去核糖第二位C上的O原子后组成dNTP家族，均为高能化合物。 二、ATP与ADP可以相互转化 1．相互转化的特点：时刻不停地发生并且处于_____________之中。 2．反应式：（1）释放能量：ATP _________＋Pi＋能量。 （2）储存能量：ADP＋Pi＋能量_________。 3．转化过程中能量的来源和去路 三、ATP的利用 1.ATP是细胞内的能量“货币” 2.ATP供能机制 ATP水解释放的________________使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，________________发生变化，________也被改变，因而可以参与特定的化学反应。 (1)ATP与ADP的相互转化不是一个可逆反应。分析原因：从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的。 (2)人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，人体内ATP的总含量并没有太大变化，原因是ATP与ADP时刻不停地发生相互转化，并且处于动态平衡之中。 (3)ATP产生量与O2供给量之间的关系模型分析 解读： 　调控蛋白质的活性方法之一——磷酸化和去磷酸化引发构象变化 类型 蛋白质的磷酸化 蛋白质的去磷酸化 概念 在蛋白激酶催化下，将ATP末端的磷酸基团转移并结合到蛋白质特定位点的氨基酸残基上或者在信号作用下结合GTP的过程 在蛋白磷酸酶的催化下，磷酸化的蛋白质上的磷酸基团脱落的过程 图示过程 意义 磷酸化和去磷酸化是一种分子开关形式。一些蛋白质平时处于失活状态，必须被蛋白激酶磷酸化之后才可以发挥作用；而有些正好相反，这些蛋白质磷酸化时是失活的，必须经过蛋白磷酸酶去磷酸化才可以激活 【典例1】下图是ATP的化学结构式和水解反应。ATP可脱去两个磷酸基团成为焦磷酸和AMP。下列叙述错误的是（    ） A．AMP为腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的单体 B．ATP水解成AMP时，脱去γ和β磷酸基团 C．一个磷酸基团可与AMP结合直接合成ATP D．细胞的吸能反应伴随着ADP或AMP的生成 【典例2】ATP 可将蛋白质磷酸化，磷酸化的蛋白质会改变形状做功，从而推动细胞内系列反应的进行（机理如图所示）。下列说法错误的是（　　） A．ATP水解与磷酸化的蛋白质做功均属于放能反应 B．ATP推动细胞做功，存在吸能反应与放能反应过程 C．磷酸化的蛋白质做功，失去的能量主要用于再生ATP D．主动运输过程中，载体蛋白中的能量先增加后减少 随堂检测 1．在研究酶特性的实验中，以体积分数为3 %的过氧化氢溶液为底物的一组实验记录如下表所示： 实验过程 实验现象 ①常温下自然分解 气泡少而小 ②常温下加入2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液　　　　　　　 　 　 气泡稍多而小 ③常温下加入2滴鲜肝研磨液 气泡极多而大 ④加入2滴煮沸后冷却的鲜肝研磨液 气泡少而小 据表分析，不能得出的结论是(　　) A．从催化反应条件看，酶的作用条件温和 B．从催化反应物种类看，酶具有专一性 C．从催化反应效率看，酶具有高效性 D．从实验变量看，肝脏研磨液属于自变量 2．关于酶的相关探究实验，下列设计合理的是（　　） A．探究温度对酶活性的影响时，选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液 B．探究pH对酶活性的影响时，选用淀粉溶液和淀粉酶溶液，用碘液检测 C．探究酶的专一性时，选用淀粉酶、淀粉和麦芽糖，用斐林试剂检测 D．探究pH对酶活性的影响时，先将酶放入不同pH溶液中，再与底物混合 3．在生物化学反应中，底物与酶的活性位点形成互补结构时，可催化底物发生变化。现有某种消化酶的2种不同的抑制剂Ⅰ和抑制剂Ⅱ，抑制酶活性的原理如图所示。下列相关分析错误的是（　　） A．酶具有专一性，当底物与酶的活性部位具有互补结构时，酶才能与底物结合 B．抑制剂Ⅱ改变了酶的空间结构，使底物无法与酶结合，导致酶活性下降 C．在一定浓度范围内，增加底物浓度可减弱抑制剂Ⅰ的抑制效果 D．在含有抑制剂Ⅱ的反应体系中，酶促反应速率随底物浓度增大而增大 4.宰杀后鱼肉中的腺苷三磷酸降解生成肌苷酸，能极大地提升鱼肉鲜味。肌苷酸在酸性磷酸酶（ACP）作用下降解又会导致鱼肉鲜味下降。在探究影响不同鱼类鲜味下降的因素系列实验中，得到如图所示结果。下列有关叙述正确的是（　　） A．本实验的自变量是pH和温度，因变量是ACP的相对活性 B．pH低于3.8、温度超过60℃，对鳝鱼肌肉ACP活性影响的机理基本相同 C．不同鱼ACP的最适温度和最适pH有差异，根本原因是ACP结构不同 D．鮰鱼在pH5.8、温度37℃条件下，ACP活性最高，鱼肉鲜味程度最高 5．如图1为ATP的结构示意图，图2为ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法错误的是（    ） A．图1中的A代表腺嘌呤，b和c代表特殊的化学键 B．图2中进行①过程时，图1中的c键断裂并释放能量 C．许多吸能反应往往和图2中过程②的进行相联系 D．图2中过程①产生的磷酸基团可使载体蛋白磷酸化而发生空间结构的改变 6．如图所示，甲代表生命活动的直接能源物质ATP，下列叙述错误的是（    ） A．甲→乙和乙→丙过程中，起催化作用的酶空间结构不同 B．丙是腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一 C．丁由腺嘌呤和核糖组成，戊可用于甲的合成 D．剧烈运动时，细胞内ATP的消耗速率大于合成速率 7．某种新型的发光细菌，其发光过程伴随ATP与ADP的相互转化的过程，如下图所示。下列叙述正确的是（　　） A．图中“M”指的是腺苷，代表ATP中的“A”，“N”指的是核糖 B．ATP脱去2个磷酸基团就是DNA的基本单位之一 C．图中②过程释放的能量2可转化成光能 D．ATP在细胞内的含量很多，以满足细菌各种生命活动的需求 8.ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中“A”表示的含义不同，下图“○”中所对应的结构含义相同的是（　　） A．①和② B．②和③ C．①和④ D．没有相同的 9.（不定项）脱氧核苷三磷酸（dNTP）和核苷三磷酸（NTP）参与核酸合成等多种生理过程，其结构如图所示。下列叙述错误的是（　　） A．dNTP可以为RNA复制提供反应所需的能量和原料 B．NTP、dNTP以及磷脂分子的元素组成有区别 C．用32P标记ATP的α位的P，作为RNA合成的原料，可使RNA分子被标记 D．若X表示OH，该结构代表的物质dNTP可作为体内DNA分子复制的原料 10.多酶片是一种复方制剂，它主要是由胰酶、胃蛋白酶复合而成的一种药物，其说明书的部分内容如下： 性状：本品为肠溶衣与糖衣的双层包衣片，内层为胰酶，外层为胃蛋白酶。适应证：用于消化不良、食欲缺乏。用法用量：口服，一次2～3片，一日3次。注意事项：本品在酸性条件下易破坏，故服用时切勿嚼碎。回答下列问题。 （1）酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，具有  （写出三条）的特性。服用多酶片时不能嚼碎的原因是　 。  （2）多酶片为肠溶衣与糖衣双层包被，外层包被应为　　　　（填“肠溶衣”或“糖衣”）。糖衣以糖浆为主要包衣材料，有一定的防潮、隔绝空气、掩盖药物不良气味等作用；肠溶衣为一层特殊包裹物质，能很好保护胰酶不会在胃部被破坏的原因是　  。  （3）请利用提供的材料用具，设计实验探究pH对胃蛋白酶活性的影响。 备选材料用具：蛋白块若干，胃蛋白酶溶液，蒸馏水，一系列pH梯度的溶液，试管若干，恒温水浴锅，时钟等。 实验步骤： ①取规格相同的5支洁净试管，分别编号1、2、3、4、5。 ②向5支试管中分别注入5 mL一系列pH梯度的溶液，然后各加入5 mL胃蛋白酶溶液。 ③将试管置于37 ℃的恒温水浴锅中保温5 min。 ④分别向5支试管中加入等量且适量的蛋白块。 ⑤　 。  （4）为进一步确认上述实验中，蛋白块的消失是否是胃蛋白酶催化所致，请提出实验改进的思路： 。  参考答案 第1节 降低化学反应活化能的酶 一 酶的作用和本质 1．(1)①对照　少量　促进过氧化氢　降低活化能　②温度和催化剂　产生气泡数目多少、带火星卫生香的复燃情况 （2）①容易发生化学反应　②酶降低的活化能 2.（1）蛋白质　RNA　核糖核苷酸　核糖体　活细胞 （2）①－e　②－a　③－c　④－d　⑤－b 教材思考　将酵母菌细胞研磨粉碎、加水搅拌后过滤，将提取液加入葡萄糖溶液中，也能产生酒精，说明引起发酵的是一种化学物质(模拟毕希纳的实验)。 二 酶的特性 1．(1)①无机催化剂　更显著　③A　B　C　(2)①一种或一类　(3)①温和　最高　②温度过高、过酸、过碱　低温 [拓展延伸]1.(2)酶浓度　底物浓度 2.（1）增加　（2）最大值　增加　（3）底物浓度　酶浓度　（4）如图所示 【典例1】【答案】A 【解析】根据表格可以看出，该实验的自变量是催化剂的种类，因变量是过氧化氢分解速率的快慢。根据题干中“试管2比试管1产生的气泡明显多”，可推知过氧化氢酶的催化效率比FeCl3要高，故该实验目的是证明酶的高效性。 【典例2】【答案】(1) 温度 葡萄糖 (2)较低或无活性 (3)3号和5号的实验结果相同，4号和6号的实验结果不同 (4)5号和6号试管都变蓝 【解析】（1）分析题意可知：本实验目的是“探究温度对淀粉酶活性的影响”，则实验的自变量是温度；淀粉为多糖，其基本单位为葡萄糖。 （2）分析题表可知：1号试管最终变蓝色，说明淀粉分解较少或没有被分解，由此可以说明4℃条件下淀粉酶活性较低或无活性。 （3）分析题表可知：3号（37℃）和5号（95℃）的实验结果相同，4号（37℃）和6号（95℃）的实验结果不同，推测温度升高后碘液与淀粉不反应，但淀粉酶活性是否受温度的影响不确定。 （4）将5号与6号两支试管的温度由95℃调至37℃后，再滴加碘液观察颜色反应，若高温导致淀粉酶失活，则淀粉酶失去催化作用，无法催化淀粉水解，加入碘液后仍可变蓝色，故预期结果是5号和6号试管都变蓝。 第2节　细胞的能量“货币”ATP 一、ATP是一种高能磷酸化合物 C、H、O、N、P　A－P～P～P　腺苷　磷酸基团　腺嘌呤 　腺苷　腺嘌呤核糖核苷酸　ADP　ATP　特殊的化学键 二、ATP与ADP可以相互转化 1．动态平衡 2．（1）ADP（2）ATP 3．光合 呼吸 ATP ADP Pi 三、ATP的利用 1.酶活性　磷酸化　空间结构　吸能　放能　2.磷酸基团　空间结构　活性 【典例1】【答案】C 【解析】AMP仅含有一个磷酸基团，是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的单体，A正确； ATP水解成AMP时，脱去γ和β磷酸基团，B正确；ATP脱去两个磷酸基团成为焦磷酸和AMP，因此一个磷酸基团可与AMP结合不能合成ATP，C错误；细胞的吸能反应需要消耗能量，而生成ADP或AMP会释放能量，用于吸能反应，D正确。 【典例2】【答案】C 【解析】ATP水解是放能反应，根据题干信息可知，蛋白质做功可以推动细胞内系列反应的进行，磷酸化的蛋白质做功也是放能反应，A正确；ATP推动细胞做功过程中，ATP的水解是放能反应，蛋白质磷酸化过程是吸能反应，因此该过程存在吸能反应和放能反应过程，B正确；磷酸化的蛋白质做功释放的能量，用于细胞的各种生命活动（如主动运输、肌肉收缩等）；而ATP的再生，其能量来自细胞呼吸或光合作用等放能反应，并非来自蛋白质做功的能量，C错误；主动运输过程中，ATP水解使载体蛋白磷酸化（载体蛋白获得能量，能量增加）；随后载体蛋白通过形状改变运输物质（做功，能量减少），因此载体蛋白的能量“先增加后减少”，D正确。 随堂检测 1．【答案】B 【解析】③④两组比较，说明酶在高温煮沸后失活，即从催化反应条件看，酶的作用条件温和，A项正确；酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类反应，表中实验不能说明酶具有专一性，B项错误；②③两组相比，说明酶具有高效性，C项正确；该实验的自变量是有无催化剂和催化剂的种类，肝脏研磨液属于自变量，D项正确。 2．【答案】D 【解析】过氧化氢的分解本身受温度影响，在探究温度对酶活性的影响时，若选用过氧化氢溶液和新鲜的肝脏研磨液（含过氧化氢酶），温度变化会同时影响过氧化氢的分解和酶的活性，无法准确体现温度对酶活性的影响，A错误；淀粉在酸性条件下会发生水解，探究pH对酶活性的影响时，选用淀粉溶液和淀粉酶溶液，酸性环境会干扰实验结果（淀粉自身水解），不能用碘液准确检测酶活性的变化，B错误；麦芽糖本身就是还原糖，用淀粉酶、淀粉和麦芽糖，并用斐林试剂检测时，无论淀粉酶是否能催化麦芽糖水解，斐林试剂都会发生反应（因为麦芽糖是还原糖），无法探究酶的专一性，C错误；探究pH对酶活性的影响时，需先将酶置于不同pH溶液中预处理，再与底物混合，确保反应在设定pH下进行，D正确。 3．【答案】D 【解析】根据图示信息可知，底物与酶的活性部位互补，能相结合时，才能催化底物发生变化，说明酶具有专一性，A正确；根据图示信息可知，抑制剂Ⅱ与酶非活性部分结合，改变活性部位结构，使酶失去与底物结合能力，B正确；抑制剂Ⅰ属于竞争性抑制剂，与底物竞争酶的活性位点，降低酶与底物结合的概率，在一定浓度范围内，增加底物浓度可减弱抑制剂Ⅰ的抑制效果，C正确；抑制剂Ⅱ与酶非活性部位结合，改变活性部位结构，使酶失去与底物结合能力，属于非竞争性抑制剂，此时增加底物浓度，酶促反应速率也不会改变，D错误。 4.【答案】B 【解析】由图可知，自变量包括pH、温度和鱼的种类，A错误；由图可知。鳝鱼肌肉ACP在pH低于3.8或者温度超过60℃时，ACP都已失活，过酸过碱高温使酶失活的原理都是破坏了酶的空间结构，B正确；不同鱼ACP最适温度和最适pH不同，主要原因是ACP结构不对，根本原因是不同鱼的ACP基因的碱基序列不同，C错误；对于鮰鱼来说，pH5.8、温度37℃条件下，ACP活性最高，催化肌苷酸分解最快，鲜味下降最快，D错误。 5．【答案】C 【解析】观察图1，A代表腺嘌呤，b和c是特殊的化学键，A正确；图2中①过程是ATP的水解过程，ATP水解时远离腺苷的特殊化学键（图1中的c键）断裂并释放能量，B正确； 吸能反应需要能量，往往与ATP的水解（图2中过程①）相联系，而放能反应往往与ATP的合成（图2中过程②）相联系，C错误；图2中过程①是ATP的水解，产生的磷酸基团可使载体蛋白磷酸化，进而使其空间结构改变，D正确。 6．【答案】D 【解析】由题图可知，甲是ATP，则乙为ADP，丙为AMP，丁为腺苷，戊为磷酸基团，由于酶的催化作用具有专一性，每一种酶只能催化一种或一类化学反应，因此催化不同反应的酶的空间结构不同，A正确；丙由一分子的腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸基团组成，因此丙是腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一，B正确；丁为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，ATP由一分子腺苷和三分子磷酸基团组成，C正确；细胞中ATP和ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的，因此剧烈运动时，细胞内ATP的消耗速率始终等于合成速率，D错误。 7．【答案】C 【解析】图中“M”指的是腺嘌呤，ATP中的 “A” 代表腺苷（腺嘌呤 + 核糖），“N” 为核糖，A错误；ATP脱去2个磷酸基团就是RNA的基本单位之一：腺嘌呤核糖核苷酸，B错误； 题干明确 “发光过程伴随ATP与ADP的相互转化”，而发光需要能量，该能量只能来自ATP水解释放的能量，C正确；细胞内ATP储量极少，但细胞内不停在发生ATP与ADP的相互转化，D错误。 8.【答案】D 【解析】据题图信息可知，①中的A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖构成，②中含有碱基T，为DNA分子，其中的A代表DNA的基本单位之一，为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，③中含有碱基U为RNA分子，其中的A代表RNA的基本单位之一，为腺嘌呤核糖核苷酸，④为核苷酸，其中的A代表腺嘌呤，故题图中“○”所对应的结构含义都不相同的，ABC错误，D正确。 9.【答案】ABD 【解析】脱氧核苷三磷酸（dNTP）不能为RNA复制提供原料，A错误；NTP、dNTP和磷脂分子的组成元素都是C、H、O、N、P，B错误；ATP是腺苷三磷酸，由一个腺嘌呤、三个磷酸基团和一个核糖组成，脱去两个磷酸基团后可以作为RNA的合成原料之一，因此用³²P标记ATP的α位的P，作为RNA合成的原料，可使RNA分子被标记，C正确；若X表示OH，该结构代表的物质NTP，脱去两个磷酸基团后可以作为体内RNA分子复制的原料，D错误。 10.（1）高效性、专一性、作用条件温和　胰酶会在胃部的酸性环境中变性失活，且会被胃蛋白酶催化水解　 （2）糖衣　胃液不能水解破坏肠溶衣　 （3）观察5支试管中蛋白块体积变化，并记录蛋白块消失的时间 （1） 增加一组不加酶的对照实验，其他条件与实验组相同，观察蛋白块的变化 1 学科网（北京）股份有限公司 $