专题五  细胞的能量供应和利用
基本知识
考点1    酶在细胞代谢中的作用
一、细胞代谢 1、概念
活细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 2、实质
细胞中所有的生物化学反应。 3、场所
细胞中。主要场所在细胞质基质，细胞器中也进行着许多重要的代谢过程。 4、意义
细胞代谢细胞生命活动的基础。(细胞对能量的获取和利用要通过化学反应来实现) 5、条件
细胞代谢的顺利进行离不开酶和A TP 。 二、酶在细胞代谢中的作用 1、酶的作用
酶在细胞代谢中起催化作用。 2、证明酶作用的实验
比较过氧化氢在不同条件下的分解
（1）原理
2H 2O 2─────────────────────→常温或加热或Fe 3＋
或肝脏研磨液(含过氧化氢酶)2H 2O ＋O 2↑
（2）实验过程
（3）实验变量分析（实验的关键是控制变量）
①变量及其类型
实验中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称做自变量，如实验中加 热、氯化铁溶液、肝脏研磨液，都属于自变量；随着自变量的变化而变化的变量称做
因变量，如实验中过氧化氢分解速率就是因变量，因变量通常需要适当的观测指标来 反映，如过氧化氢分解速率的快慢可以用气泡产生速度，卫生香燃烧情况等来反映； 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，如试管洁净程度、过氧化氢溶液浓度和体积、肝脏研磨液新鲜程度、 反应时间等等。 ②控制无关变量的方法
设置对照实验
除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。对照实验一般要
设置对照组和实验组，本实验的1号试管是对照组， 2、3、4号试管是实验组。对照 组起对照作用，目的是排除无关变量对实验结果的干扰，使实验结论更具有说服力。 在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持适宜且相同。 （4）实验结论
酶具有催化作用，且催化效率比无机催化剂更高(即酶具有高效性)。 3、酶作用的原理 （1）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称为活化能。 （2）酶作用的原理
酶作用的原理是酶能降低化学反应的活化能，使化学反应更容易进行，加快化学反应速率。 （3）酶降低活化能示意图
三、酶的本质 1、酶本质的探索历程
科学家 主要观点或成就
－ 发酵(糖类变成酒精和二氧化碳)是纯化学反应，与生命活动无关。 巴斯德 发酵必需要酵母菌活细胞参与
李比希 发酵是酵母菌死亡裂解后释放出的某些物质引起的
毕希纳 从酵母细胞中获得了含酶的提取液，并将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶 －
得不到纯酶，无法直接对酶进行鉴定，仍不知道酶是什么物质。
图中各字母代表的含义：
①E 1、E 2、E 3分别代表进行相应化学反应所需的活化能。
②ΔE 代表酶降低的活化能。
③与无机催化剂相比，酶降低活化能更显著，因而催化效率更高。
④用加热的方法不能降低反应所需活化能，但会提供活化能。
备战高考萨姆纳 从刀豆种子中提取出脲酶(能使尿素分解成氨和二氧化碳)，并证明了脲酶是蛋白质 － 相继获得胃蛋白酶、胰蛋白酶等多种酶，并证明它们都是蛋白质 切赫和奥特曼 少数RNA 也具有生物催化功能
2、酶的概念
酶是由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。
来源 活细胞产生的(酶不能从食物中获得)
化学本质
有机物
绝大多数酶是蛋白质
少数酶是RNA 合成
场所
核糖体 主要在细胞核 原料 氨基酸 核糖核苷酸 过程 转录和翻译
转录
作用
功能
催化作用 原理 降低化学反应的活化能
场所
可以在细胞内、细胞外、体外发挥催化作用
四、酶的特性 1、高效性
酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。 （1）原因
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。 （2）意义
使细胞代谢能够迅速地进行。 （3）酶高效性的实验探究
对照组
实验组 自变量 反应物─────→无机催化剂
产物
反应物──→酶
产物
因变量
反应速率(检测单位时间内反应物的剩余量或产物的生成量)
（4）曲线分析
2、专一性
一种酶只能催化一种或一类的化学反应。
（1）原因
曲线①、②比较说明酶具有高效性；①、③比较只能说明酶具有催化作用。
酶与无机催化剂都能降低活化能，缩短反应达到平衡的时间，但不改变平衡点，并在反应前后，自身的理化性质不变。但酶存在钝化过程，长时间使用其催化功能会降低。
酶要底物结合才能催化底物发生反应。不同的酶结构不同，识别催化的底物也不同。
（2）意义
使细胞代谢能够有条不紊地进行。
（3）酶专一性的实验探究
方案一方案二
同种底物＋不同酶不同底物＋同种酶实验淀粉＋淀粉酶淀粉＋蔗糖酶淀粉＋淀粉酶蔗糖＋淀粉酶
检测试剂最好选用斐林试剂检测是否有还原糖的生成。
不宜用碘液是因为：在方案一中，若淀粉分解不完全会造成误判；在方案二中，碘液无法检测蔗糖是否被分解了。
（4）曲线分析
3、酶的作用条件较温和
（1）意义
使细胞代谢在常温、常压下就能进行。
（2）酶的作用条件较温和的实验探究
①酶活性
a、概念：酶对化学反应的催化效率称为酶活性。
b、表示：酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率（即单位时间内底
物的消耗量或产物的生成量）来表示。
②探究温度对酶活性的影响
组别(试管编号)    1 1’  2 2’  3 3’
3%的淀粉溶液2ml －2ml －2ml －
2%的α－淀粉酶溶液－1ml －1ml －1ml
在不同温度保温0℃0℃60℃60℃100℃100℃
一段时间后将相同温度下保温的两支试管中的溶液混合，在原来温度下继续保温相同时间
滴加碘液检测是否变＋＋＋＋＋
间，以保证混合后溶液仍保持在设定的温度。
b 、检测试剂不能用斐林试剂，因为斐林试剂需水浴加热，而实验中需严格控制温度。
c 、本实验不宜选用过氧化氢酶和过氧化氢，因为过氧化氢本身在不同温度下会发生 不同程度的分解。
d 、若要探究酶的最适温度，应按一定的温度梯度设置多个实验组，通过对比实验结 果出酶的最适温度。 ③探究PH 对酶活性的影响
b 、本实验不能选择淀粉和淀粉酶，因为淀粉在酸性条件下也会被水解。
c 、若要探究酶的最适PH ，应按一定的PH 梯度设置多个实验组，通过对比实验结果 出酶的最适PH 。 ④实验结论
溶液的温度和PH 都对酶的活性有影响。酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件进行的。 ⑤曲线分析
在最适宜的温度和pH 条件下，酶的活性最高。温度和pH 偏高或偏低，酶活性都会明显降低。 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。低温抑制酶的活性，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。因此，酶制剂适于在低温和最适pH 条件下保存。
一般来说，动物体内的酶最适温度在35～40℃之间；植物体内的酶最适温度在40～50℃之间；动物体内的酶最适pH 大多在6.5～8.0之间（例外：胃蛋白酶的最适pH 约为1.5），植物体内的酶最适pH 大多在4.
5～6.5之间。