5.2
细胞的能量通货-ATP导学案
【学习目标】
1．分析ATP的分子结构，了解ATP的结构特点。
2．结合ATP和ADP的相互转化示意图，概述二者之间的关系。(重、难点)
3．结合教材图示，举例说明ATP的利用。
【自主预习】
ATP是生命活动的直接能源物质。下面是ATP的结构图。
结合该图分析：
1．结构简式：ATP是三磷酸腺苷的英文名称缩写，其结构简式是A—P～P～P。其中A代表腺苷。T代表“3”。表示含有3个磷酸基团，P代表磷酸基团。“—”代表普通化学键。“～”代表高能磷酸键。
【小贴士】 ATP的结构特点可用“一、二、三”来总结。即一个腺苷、二个高能磷酸键、三个磷酸基团。
2．结构特点
(1)高能量：水解自由能在20.92
kJ/mol以上的磷酸化合物称为高能磷酸化合物。在有关酶的催化作用下，ATP水解释放的能量多达30.54kJ/mol，所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。
(2)不稳定：在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解，释放能量。
3．ATP和RNA在组成成分上有怎样的联系？
答案：ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构就是腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一。
4．ATP彻底水解会得到哪些成分？
答案：ATP彻底水解会得到腺嘌呤、核糖和磷酸。
ATP为生命活动提供能量离不开与ADP的相互转化。下图表示ATP和ADP的相互转化过程，请结合该图分析：
1．ATP和ADP的相互转化
(1)转化过程：ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键容易水解，于是远离A的那个P就脱离开来，形成游离的Pi(磷酸)。同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP。在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP。
(2)有人说ATP和ADP相互转化的过程是个可逆反应，这种说法合适吗？通过下面的分析来解答：
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Ⅰ属于水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶Ⅱ属于合成酶。由酶的专一性可知，上述反应的条件是不相同(相同、不相同)的。
②从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所有细胞膜(供主动运输消耗的能量)、细胞核(DNA复制和RNA合成所消耗的能量)等。因此，其合成与分解的场所不尽相同。
③从能量上看：ATP水解的能量是储存在高能磷酸键内的化学键，释放出来后供各项生命活动利用，不能再由Pi和ADP形成ATP而储存，而合成ATP的能量主要是有机物中的化学键和太阳能，因此，反应中的能量流向是不可逆(可逆、不可逆)的。
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程不是(是、不是)可逆反应。
(3)ADP合成ATP时所需要的能量来源
①动物、人、真菌和大多数细菌：来自细胞呼吸作用时有机物分解释放的能量。
②绿色植物：来自呼吸作用和光合作用。
【小贴士】 ATP和ADP的相互转化过程应可以概括为“物质是可逆的，能量是不可逆的，酶是不相同的，场所是不完全相同的”。
2．ATP的利用
(1)利用途径：由图可知，ATP被用于各项生命活动。
如：细胞的主动运输，生物发电、发光，肌细胞收缩，大脑思考等都需要ATP提供能量。另外，细胞内吸能反应一般与ATP的水解反应相联系，放能反应一般与ATP的合成反应相联系。
(2)ATP在细胞中的含量并不多，为什么能为生命活动提供大量的能量？
答案：ATP在细胞内的含量很少，但ATP与ADP在细胞内的相互转化十分迅速，所以可以为生命活动提供直接能源，也使细胞内ATP的含量总处于动态平衡之中。
【互动探究】
ATP和ADP的相互转化归纳
比较项目
ATP的合成
ATP水解
反应式
ADP＋Pi＋能量ATP
ATPADP＋Pi＋能量
场所
线粒体、叶绿体、细胞质基质
细胞内所有需要能量的结构
条件
由ATP合成酶催化
由ATP水解酶催化
能量来源
合成ATP的能量主要来自光能(光合作用)和化学能(细胞呼吸)
ATP水解释放的能量是储存在远离A的高能磷酸键中的能量
能量去路
储存在ATP中
用于各项生命活动
【课堂练习】
1．ATP的结构简式可以简写成( )
A．A－P－P～P
B．A－P～P～P
C．A～P～P－P
D．A～P～P～P
答案：B
2．海洋中的鮟鱇鱼有发光现象，其光能由( )
A．电能转变而来
B．ATP转化成ADP时释放的化学能转变而来
C．热能转变而来
D．有机物进行氧化分解释放的机械能转变而来
答案：B
3．下面是ATP在酶的作用下水解后的产物及释放能量，表述正确的是( )
A．A－P～P＋Pi＋能量
B．A－P－P＋Pi＋能量
C．A～P－P＋Pi＋能量
D．A～P～P＋Pi＋能量
答案：A
4．下列对ATP的叙述中，错误的是( )
A．远离A的高能磷酸键容易水解
B．只在光合作用中产生
C．ATP和ADP可以相互转化
D．生命活动的直接供能物质
答案：B
5．ATP在细胞内的含量及其生成速度分别为( )
A．很多、很快
B．很少、很慢
C．很多、很慢
D．很少、很快
答案：D
6．如图是有关ADP转化成ATP时所需能量的主要来源示意图，据图回答下列问题：
(1)1分子ATP中含有________个高能磷酸键。
(2)图中的a、b代表的生理过程分别是______、______。
(3)若动物和人产生的能量可以用于c，则c指________。
(4)在动物肌细胞中，进行②反应时，释放的能量来自
________________________________________________________________________。
(5)①②反应进行时所需要的酶_______(选填“相同”或“不同”)，原因是_________。
答案：(1)2 (2)呼吸作用 光合作用 (3)生命活动 (4)远离腺苷的高能磷酸键中的化学能 (5)不同 ①和②是两个不同的反应，而酶具有专一性5.4
能量之源-光与光合作用（2）导学案
【学习目标】
1．阅读科学家对光合作用的探究过程，了解人们对光合作用认识的过程。
2．结合事例及教材图5—15，掌握光合作用的光反应和暗反应过程以及二者的关系。
3．联系日常生活实际，思考影响光合作用的环境因素以及光合作用原理的实践应用。
【自主预习】
人们对光合作用的认识是一个漫长的渐进的过程，请阅读教材完成下表内容理解光合作用的实质。
1．光合作用的探究历程
实施者
实验过程及现象
实验结论
普利斯
特利
点燃的蜡烛与绿色植物，密闭——蜡烛不易熄灭
小鼠与绿色植物，密闭——小鼠不易窒息
植物能更新空气
英格豪斯
500多次植物更新空气的实验
只有在阳光照射下，植物的绿叶部分才能更新空气
梅耶
根据能量转化与守恒定律推理
植物把光能转换成化学能储存起来
实施者
实验过程及现象
实验结论
萨克斯
绿叶
绿叶光合作用产生淀粉
鲁宾和
卡门
光合作用释放的氧气全部来自水
卡尔文
用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用
探明了CO2中的碳转化成有机物中碳的过程，即卡尔文循环
2．根据上述探究总结光合作用的概念。
(1)场所：叶绿体。
(2)能量来源：光能。
(3)反应物：二氧化碳和水。
(4)产物：有机物和氧气。
(5)实质：合成有机物，储存能量。
3．结合上述分析，写出产物是葡萄糖的光合作用反应式。并标出各元素的去向。
答案：
光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应，下图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：
1．写出各种物质的名称或者符号
①叶绿体中的色素；②O2；③[H]；④ATP；⑤C3；⑥CO2；⑦(CH2O)。
2．光合作用中的化学反应过程
3．结合反应过程比较光反应和暗反应
项目
光反应
暗反应
实质
光能转换为化学能，并放出O2
同化CO2，形成有机物
时间
短促
较缓慢
条件
需叶绿素和光、酶
不需叶绿素和光，需要多种酶
场所
在叶绿体内的类囊体的薄膜上进行
在叶绿体内的基质中进行
物质
转化
(1)水的光解：2H2O4[H]＋O2
(2)ATP的生成：ADP＋PiATP
(1)CO2的固定：CO2＋C5―→2C3
(2)CO2的还原：C3(CH2O)
能量
转换
光能―→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能―→(CH2O)中稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]、能量ATP；
暗反应为光反应提供ADP和Pi
【互动探究】
(1)光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上。( )
(2)光反应过程中合成了ATP，需要的能量来源于呼吸作用分解的有机物。( )
(3)光反应的进行不需要任何酶的参与。( )
(4)高等绿色植物白天进行光反应，夜晚进行暗反应。( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)×
【课堂练习】
1．某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48
h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。其中，没有出现蓝色的部位是( )
A．a、b
和d
B．a、c
和e
C．c、d
和e
D．b、c
和e
答案：B
2．鲁宾和卡门用HO和CO2作为原料进行光合作用实验，下列符合实验结果的是( )
A．释放的氧气全是O2
B．释放的氧气一部分是O2
，一部分是18O2
C．释放的氧气全是18O2
D．释放的氧气大部分是O2
，少部分是18O2
答案：C
3．光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，参与暗反应必需的物质是( )
A．H2O、CO2、ADP
B．CO2、[H]、ATP
C．H2O、CO2、ATP
D．[H]、H2O、ADP
答案：B
4．光合作用的光反应和暗反应依次发生在( )
A．细胞质、细胞核中
B．叶绿体的外膜、内膜上
C．叶绿体的类囊体薄膜上、叶绿体的基质中
D．叶绿体的基质中、叶绿体的类囊体膜上
答案：C
5．小麦的叶肉细胞通过光合作用合成葡萄糖，组成葡萄糖的碳、氢和氧三种元素分别来自( )
A．CO2、C3H6O3
和H2O
B．CO2、H2O和H2O
C．CO2、H2O和
CO2
D．C3H6O3、H2O和CO2
答案：C
6．如图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是( )
A．该反应的场所是类囊体的薄膜
B．C3生成C6H12O6需要[H]、ATP和多种酶
C．提高温度一定能促进C6H12O6的生成
D．无光条件有利于暗反应进行
答案：B
7．如图为光合作用图解，请据图作答：
(1)填写图中名称：A________、B________、C________、D________、E________、F________、G________、H________。
(2)B存在于________内________的薄膜上；C是____________剂，参与暗反应；B还能将A转变成________能并贮存在________中。
(3)D与F结合形成E的过程叫做________；E接受光反应提供的能量，被________还原成________，同时将能量贮存于其中，这个过程叫做________。
(4)用18O标记后的H2O灌溉某株植物，短时间内18O不可能出现在( )
A．植物周围的氧气中
B．植物周围的水蒸气中
C．细胞质的水中
D．叶肉细胞生成的糖类中
答案：(1)光能 叶绿体中的色素 [H] CO2 C3 C5 (CH2O) 多种酶 (2)叶绿体 类囊体 还原 化学 ATP (3)CO2的固定 [H] (CH2O) C3的还原 (4)D5.3
ATP的主要来源-细胞呼吸（2）导学案
【学习目标】
1．阐明无氧呼吸的过程，列表比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同。
2．联系日常生活中的实例，了解细胞呼吸原理的应用。(重、难点)
【自主预习】
除酵母菌外，还有很多生物能进行无氧呼吸。请阅读教材内容，探讨无氧呼吸的有关内容。
1．无氧呼吸的过程
无氧呼吸可以概括为两个阶段，整个过程都在细胞质基质中进行。
(1)第一阶段：1分子葡萄糖分解为2分子丙酮酸，产生少量[H]，释放少量的能量。
(2)第二阶段：丙酮酸在不同酶的作用下，分解为酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。
(3)结合无氧呼吸的过程修订下列反应式：
①C6H12O6===2C2H5OH＋2CO2C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量；
②C6H12O6===2C3H6O3C6H12O62C3H6O3＋少量能量。
(4)酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫做发酵，以产物不同分别称为酒精发酵和乳酸发酵。
(5)参照有氧呼吸的概念，概括无氧呼吸的定义：无氧呼吸指细胞在无氧条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。
2．不同的生物无氧呼吸的方式不同，请将下面生物进行分类：
①甜菜块根 ②玉米的根毛细胞 ③马铃薯块茎 ④人体肌肉细胞 ⑤酵母菌 ⑥乳酸菌 ⑦玉米的胚 ⑧苹果
(1)产酒精、二氧化碳的是②⑤⑧。
(2)产乳酸的是①③④⑥⑦。
3．对有氧呼吸和无氧呼吸进行比较，完成下表：
项目
有氧呼吸
无氧呼吸
不
同
点
反应条件
有氧、有氧呼吸酶
无氧、无氧呼吸酶
呼吸场所
第一阶段在细胞质基质中，第二、三阶段在线粒体内
全过程都在细胞质基质内
分解产物
CO2和H2O
CO2、酒精或乳酸
释放能量
较多
很少
联系
①其实质都是分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动需要；
②二者的第一阶段相同；
③有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进化而来的
【互动探究】
影响细胞呼吸的外界因素主要有温度、氧气和二氧化碳等，生产生活中人们可以利用细胞呼吸的原理，合理控制细胞的呼吸作用为人类服务。
1．细胞呼吸的影响因素
(1)内部因素：主要指不同的生物种类、同一植物的不同器官、不同发育时期的呼吸酶的种类、数量不同。
(2)环境因素
①温度
温度主要是影响呼吸酶的活性，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强；但超过一定的温度，酶的活性下降，甚至会变性失活，从而使呼吸作用减弱直至停止。
②氧气
a．从曲线可以看出，氧气对有氧呼吸有促进作用，对无氧呼吸有抑制作用。
b．O2浓度为零时，只进行无氧呼吸；O2浓度在10%以下，进行有氧呼吸和无氧呼吸；O2浓度在10%以上，只进行有氧呼吸。
c．M点时，有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等，二者消耗的葡萄糖是不是也一样多？
答案：不是。根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出：有氧呼吸时，1C6H12O6―→6CO2；无氧呼吸时，1C6H12O6―→2CO2。所以当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时，二者消耗的葡萄糖之比是1∶3。
③二氧化碳
CO2是呼吸作用的产物，对细胞呼吸有抑制作用。
④水
在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。
2．细胞呼吸原理的实践应用
(1)用透气纱布或“创可贴”包扎伤口：增加通气量，抑制破伤风杆菌的无氧呼吸。
(2)利用酵母菌酿酒时：早期通气——促进酵母菌有氧呼吸，利于菌种繁殖；后期密封发酵罐——促进酵母菌无氧呼吸，利于产生酒精。
(3)食醋、味精制作：向发酵罐中通入无菌空气，促进醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌进行有氧呼吸。
(4)土壤松土促进根细胞呼吸作用，有利于主动运输，为矿质元素的吸收供应能量；无土栽培时要及时通入空气，避免因无氧呼吸产生酒精而烂根。
(5)贮存粮食、水果的条件——低氧(不是无氧)，低温；但二者差别在含水量方面，粮食要晒干入库，水果要保持一定湿度。
(6)提倡慢跑：促进肌细胞有氧呼吸，防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀。
【课堂练习】
1．下列细胞中，其呼吸过程会产生乙醇的是( )
A．缺氧条件下的马铃薯块茎细胞
B．剧烈运动时的人骨骼肌细胞
C．酸奶生产中的乳酸菌
D．受涝的植物根细胞
答案：D
2．食品保鲜必须保持食品的质鲜、色鲜，保持原有的风味。目前，人们常采用保鲜膜来保存食品，其原理是( )
A．膜内食品与空气隔绝，阻止呼吸作用，有机物不再分解
B．使用保鲜膜可降低蔬菜、水果的呼吸作用，减少有机物的分解
C．保鲜膜具有杀菌作用，使蔬菜、水果不会腐烂
D．上述说法都对
答案：B
3．植物种子萌发时，如果长时间缺氧，就会引起烂芽，主要是由于( )
A．能量不足
B．酒精中毒
C．乳酸中毒
D．CO2中毒
答案：B
4．制作泡菜、酸菜时，所用菜坛子必须密封，其原因是( )
A．防止水分蒸发
B．防止菜叶萎蔫
C．防止产生的乳酸挥发
D．乳酸菌在有氧条件下发酵被抑制
答案：D
5．用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O的转移途径是( )
A．葡萄糖→丙酮酸→水
B．葡萄糖→丙酮酸→氧
C．葡萄糖→氧→水
D．葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
答案：D
6．某种抑制剂使细胞的呼吸作用明显下降，则同期下列物质吸收和产生减少的分别是( )
A．Ca2＋、丙氨酸
B．甘油、二氧化碳
C．氧气、水
D．脂肪酸、乙醇
答案：C
7．某些植物在早春开花时，花序细胞的耗氧速率高出其他细胞100倍以上，但单位质量葡萄糖生成ATP的量却只有其他细胞的40%，此时的花序细胞( )
A．主要通过无氧呼吸生成ATP
B．产生的热量远多于其他细胞
C．线粒体基质不参与有氧呼吸
D．没有进行有氧呼吸第三阶段
答案：B
8．生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解如下，据图回答：
(1)反应①②③④中，可在人体细胞中进行的是________。
(2)粮食贮藏过程中，有时会发生粮堆湿度增大现象，这是因为________________。
(3)在反应①②③④中，必须在有氧条件下进行的是__________。
(4)在微生物体内丙酮酸可以转化为α－酮戊二酸，该酸在酶的催化下可以转化为谷氨酸，当谷氨酸增多并与酶结合时，可导致谷氨酸合成减少，其原因是____________。
答案：(1)①②④ (2)呼吸作用产生水 (3)②
(4)酶的活性受到抑制5.4
能量之源-光与光合作用（1）导学案
【学习目标】
1．通过动手实验，理解绿叶中色素提取的原理，掌握色素的种类和作用。(重点)
2．结合教材99页图5—11，概述叶绿体的结构和功能。
【自主预习】
植物的光合作用离不开光能，光能的捕获离不开色素。结合“绿叶中色素的提取和分离”实验探究色素的种类和作用。
1．实验：“绿叶中色素的提取和分离”
(1)实验原理
①绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。
②不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。因而，色素会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
(2)实验步骤分析
①提取色素时，加入研钵内的物质：A二氧化硅少许，作用是使研磨得充分；B碳酸钙少许，作用是防止研磨中色素被破坏；C无水乙醇10
mL，作用是溶解色素。
②过滤时，要将糨糊状的研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放一块单层尼龙布。
③制备滤纸条时，将滤纸条的一端剪去两角的作用是防止色素带不整齐。画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画几次。
④色素分离时，加盖的目的是防止层析液挥发；关键应注意层析液不要没及滤液细线，否则滤液细线会被层析液溶解，不能分离。
(3)实验结果
2．色素的性质
(1)从图中可以读出：叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大；类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对绿光吸收量较少，所以叶片呈现绿色。
(2)温室内自然光照射的情况下，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？
答案：红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光，因此可以补充这两种光达到增产的目的。
光合色素是分布在叶绿体中的，请结合下面材料探究叶绿体的结构和功能。
1．叶绿体的结构
(1)[1]外膜使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动。
(2)由[3]类囊体堆叠而成[4]基粒，增大了膜面积，增加了反应面积。
(3)[5]叶绿体基质以及[3]类囊体的薄膜上含有与光合作用有关的酶。
(4)[3]类囊体的薄膜上分布着能够吸收、传递和转化光能的色素。
(5)[5]叶绿体基质中还含有少量的DNA和RNA。
2．叶绿体的功能
如图是恩格尔曼的实验示意图。据图思考：
(1)恩格尔曼的实验中好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，说明光合作用放氧的部位是叶绿体。
(2)在叶绿体的类囊体和基质中，含有多种进行光合作用的酶，说明光合作用的有关生化反应在叶绿体中进行。
(3)叶绿体的功能：进行光合作用的场所。
【互动探究】
(1)叶绿体中的色素既能溶于有机溶剂又能溶解于水中。( )
(2)可选用绿色植物任何部位的叶片进行色素的提取与分离。( )
(3)向研钵中加入少量的CaCO3和少量的SiO2作用是相同的。( )
(4)过滤色素溶液时，漏斗基部应放置多层滤纸。( )
(5)层析得到的滤纸条上各种色素带的宽度可说明不同色素含量的多少。( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
【课堂练习】
1．在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，研磨绿叶不需要加入( )
A．乙醇
B．层析液
C．二氧化硅
D．碳酸钙
答案：B
2．关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，不正确的是( )
A．可以用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B．叶绿体中色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同
C．研钵中加入二氧化硅、碳酸钙和绿叶后直接用杵棒进行研磨，不用作任何处理
D．滤液细线要画得细而直，避免色素带间的部分重叠
答案：C
3．叶绿体中不含有的成分是( )
A．DNA和RNA
B．与光合作用有关的酶
C．色素
D．与呼吸作用有关的酶
答案：D
4．在进行“绿叶中色素提取和分离”的实验时，不让层析液没及滤液细线的原因是( )
A．滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果
B．滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散
C．色素会溶解在层析液中而使实验失败
D．滤纸上的几种色素会混合起来不分散
答案：C
5．某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的是( )
答案：A
6．下面是“绿叶中色素的提取和分离”实验的部分材料和用具。据图回答：
(1)图中步骤①加入研钵内的物质为：A________10
mL，作用是________；B________少许，作用是使研磨充分；C________少许，作用是____________。
(2)图中步骤②将研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放有__________。
(3)图中步骤③剪去两角的作用是_______，画滤液细线的要求是____________。
(4)图中步骤④中加盖的目的是__________；色素带最宽的是__________，扩散速度最快的是________。
(5)秋天，北方树叶大都由绿变黄，其原因是占四种色素总量3/4的________和________分解，从而显示出________和________的颜色。
答案：(1)无水乙醇 溶解色素 二氧化硅 碳酸钙 防止色素被破坏 (2)单层尼龙布 (3)防止色素带扩散不整齐 细、齐、直 (4)防止层析液挥发 叶绿素a 胡萝卜素 (5)叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素5.1
降低化学反应活化能的酶（2）导学案
【学习目标】
1．分析相关实验，理解酶的高效性和专一性的含义。(重点)
2．通过探究实验，归纳温度和pH变化对酶活性的影响，并能分析有关曲线。
3．进一步尝试控制自变量、观察和检测因变量，体验对照实验和重复实验的方法。(难点)
【自主预习】
酶与无机催化剂相比，有很多共同点，也有不同点，请结合下面内容探究酶的高效性和专一性。
1．酶的高效性
(1)在比较肝脏研磨液(过氧化氢酶)和氯化铁对过氧化氢的催化效率实验中(如图)，试管甲产生的气泡比试管乙多，说明与无机催化剂相比，酶的催化作用具有高效性。
甲 乙
(2)含义：酶的催化效率比无机催化剂高许多，大约是无机催化剂的107～1013倍。
(3)意义：有利于细胞内的生化反应快速高效地进行。
2．酶的专一性
(1)淀粉和蔗糖不是还原糖，但淀粉水解后会生成麦芽糖，蔗糖水解后产生葡萄糖和果糖，它们都是还原糖。下表为比较新鲜唾液(唾液淀粉酶)对淀粉和蔗糖的催化作用实验：
试管编号
1
2
可溶性淀粉
2
mL
蔗糖溶液
2
mL
新鲜的唾液
1
mL
1
mL
37℃保温5分钟
新制的斐林试剂
2
mL
2
mL
水溶加热
实验现象
有砖红色沉淀
没有砖红色沉淀
①1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉有(有、没有)被水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有(有、没有)被水解。
②实验结论：淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。
(2)肽酶能催化多种多肽水解为氨基酸，是否说明肽酶没有专一性？
答案：不是。酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应，肽酶催化的是一类反应，也说明其具有专一性。
(3)由以上探究可知，一种酶只能催化一种或一类化学反应，酶的作用具有专一性。
【互动探究】
由于多数酶是容易变性的蛋白质，所以酶的作用需要温和的条件。结合教材提供的材料用具设计相关的实验过程，请分析：
1．实验一：温度变化对工业淀粉酶(适宜温度60℃)催化作用的影响
步骤
试管编号
1
2
3
加入3%可溶性淀粉溶液
2
mL
2
mL
2
mL
提供环境温度
60℃的水
沸水
冰块
保温
5
min
5
min
5
min
注入2%新鲜淀粉酶溶液
1
mL
1
mL
1
mL
继续保温
5
min
5
min
5
min
滴入碘液
1
滴
1滴
1滴
实验现象
无明显颜色变化
蓝色
蓝色
(1)1号试管无明显变化说明淀粉被水解了，2、3号试管呈蓝色说明淀粉没有被水解。
(2)该实验说明：唾液淀粉酶在60℃时活性最高，温度偏高或者偏低都会影响酶的活性，使酶活性降低，因此酶的作用需要适宜的温度。
(3)能否在反应后加入新制的斐林试剂观察是否有砖红色沉淀生成，来判断试管中的淀粉是否水解了？
答案：不能。因为这个实验要严格控制温度，而斐林试剂的反应需要水浴加热。
2．实验二：pH变化对过氧化氢酶催化作用的影响
步骤
试管编号
1
2
3
20%肝脏研磨液
1
mL
1
mL
1
mL
蒸馏水
1
mL
5%氢氧化钠溶液
1
mL
5%盐酸溶液
1
mL
3%过氧化氢溶液
2
mL
2
mL
2
mL
振荡试管
结果
有大量气泡产生
无明显气泡
无明显气泡
(1)1号试管中有大量的气泡产生，说明过氧化氢酶的活性很高，2、3号试管无明显气泡，说明在不适宜的pH范围内，过氧化氢酶的活性很低。
(2)该实验说明：酶的作用需要适宜的pH。pH偏高或偏低都会使酶活性降低。
(3)该实验中，能否在加入肝脏研磨液后，直接加入3%过氧化氢溶液，然后再调节pH?
答案：不能。因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响到实验结果。
【课堂练习】
1．纺织工业上的褪浆工序常用两种方法：化学法，用NaOH溶液7～9克/升，在70～80℃条件下作用12小时，褪浆率仅为50%～60%；加酶法：用少量细菌淀粉酶，在适宜温度时只需5分钟，褪浆率达100%，这一事实说明( )
A．酶具有多样性
B．酶具有高效性
C．酶具有专一性
D．酶具有溶解性
答案：B
2．将1
mL
5%的新鲜唾液倒入装有10
mL淀粉溶液的试管内，置于25℃的温水中水浴，下列各方法中能提高试管内反应速率的是( )
A．向试管内通气
B．适当提高实验温度
C．向试管内加入少量的麦芽糖
D．向试管内加入大量的酸或碱
答案：B
3．如图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是( )
A．当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性下降
B．当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升
C．酶活性在t2时比t1高，故t2时更适合酶的保存
D．酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重
答案：B
4．下表是为了研究酶作用的特性，以20%的过氧化氢溶液为反应底物的一组实验方法及结果，通过分析实验结果，不能得出的结论是( )
步骤
方法
观察结果
1
常温下自然分解
氧气泡少而小
2
常温下加Fe3＋
氧气泡稍多而小
3
常温下加入鲜肝提取液
氧气泡极多而大
4
加热煮沸后冷却的鲜肝提取液
同自然分解一样
A．酶的催化效率具有高效性
B．酶的催化条件具有温和性
C．酶的催化对象具有专一性
D．高温会使酶失去活性
答案：C
5．胰蛋白酶作用于一定量的某种物质(底物)，温度保持在37℃，pH保持在最适值，生成物量与反应时间关系如下图。请回答下列问题。
(1)该酶作用的底物是__________。
(2)在140
min后，曲线变成水平，这是因为__________。
(3)若增加胰蛋白酶浓度，其他条件不变，请在原图上画出生成物量变化的示意曲线。
(4)若胰蛋白酶浓度和其他条件不变，反应液pH由2逐渐升高到10，则酶催化反应的速度将______________，原因是________________________。
(5)下图中能正确表示胰蛋白酶对底物的分解速率和温度关系的是______。
答案：(1)蛋白质 (2)底物量一定，底物已被耗尽 (3)见下图
(4)不变 在pH＝2时酶已经失活 (5)C5.3
ATP的主要来源-细胞呼吸（1）导学案
【学习目标】
1．通过实验探究，掌握酵母菌细胞呼吸的方式，并在探究过程中理解细胞呼吸的概念。(难点)
2．结合教材93页图5—8，概述线粒体的结构。
3．结合教材图文，概述有氧呼吸的三个阶段，在此基础上概括有氧呼吸的概念。(重点)
【自主预习】
细胞呼吸是细胞内ATP的主要来源，请结合教材内容深入理解细胞呼吸的概念并深究细胞呼吸的方式。
1．请从以下五个方面理解细胞呼吸的概念
(1)发生场所：生活状态的细胞内。
(2)分解底物：生物体内的有机物。
(3)呼吸产物：CO2和水或不彻底的氧气产物(因呼吸类型而异)。
(4)反应类型：氧化分解。
(5)能量变化：有机物中化学能释放，生成ATP。
2．酵母菌是兼性厌氧菌，因此可以用酵母菌来研究有氧呼吸和无氧呼吸。下面是简易的实验装置，结合该图进行探究：
(1)实验变量的控制
①本实验的自变量是氧气的有无，因变量是是否有CO2和酒精的产生。
②甲乙装置中是如何控制自变量的？
答案：甲中用橡皮球或者气泵充气的目的是保证A瓶中有氧气存在，乙中B瓶密封保证无氧环境。
③图甲中质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
答案：NaOH与空气中的CO2反应生成Na2CO3和H2O，保证了通入酵母菌培养液的气体不含CO2，避免对实验结果的干扰。
④B瓶装好后，要过一段时间再连接装有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？
答案：B瓶封口后，锥形瓶内的空气中有氧，酵母菌开始进行有氧呼吸，也产生CO2，所以，要过一段时间，等B瓶中氧气消耗完以后，再将产生的气体通入澄清石灰水，保证通入石灰水中的是无氧呼吸产生的CO2。
(2)产物检测
①酒精的鉴定：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。
②CO2的鉴定：CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
(3)结果分析
①甲、乙装置中的澄清石灰水都变混浊，但是甲装置石灰水变混浊的程度大。说明酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸产生二氧化碳，但是有氧条件下产生的二氧化碳更多些。
②从A、B中各取少量培养液分别注入1、2号两支试管中，再分别加入0.5
mL含有重铬酸钾的浓硫酸溶液。振荡后发现1号试管不变色，2号试管变成灰绿色，这说明酵母菌在无氧条件下会产生酒精。
(4)实验结论：酵母菌的细胞呼吸有两种方式：有氧呼吸和无氧呼吸。有氧呼吸必须在有氧条件下进行，产生大量的CO2和水；无氧呼吸需在无氧条件下进行，无氧呼吸的产物有酒精，同时也产生CO2，但CO2的产生量比有氧呼吸要少。
对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要方式，下图是细胞内有氧呼吸的过程示意图，结合该图分析下面的问题：
1．线粒体
线粒体具有双层膜，[3]内膜向内腔折叠形成[2]嵴，大大增加内膜的表面积，线粒体内充满了液态的[4]基质，线粒体的内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
2．结合图解，对有氧呼吸的三个阶段进行归纳，完成下表：
阶段
场所
反应物
产物
释放能量
第一阶段
细胞质基质
葡萄糖
丙酮酸、[H]
少量
第二阶段
线粒体基质
丙酮酸、H2O
CO2、[H]
少量
第三阶段
线粒体内膜
[H]、O2
H2O
大量
4．根据反应式概括有氧呼吸的概念：有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
5．有氧呼吸和物质燃烧有什么异同，结合下表分析：
有氧呼吸
物质燃烧
反应条件
温和条件，需要酶催化
点燃
能量释放程度
缓慢释放
剧烈释放
是否生成ATP
是
否
【互动探究】
细胞呼吸和燃烧有什么区别呢？它的过程又是怎样的呢？
【课堂练习】
1．下列可用于探究不同呼吸方式的实验材料是( )
A．萌发的种子
B．蛔虫
C．草履虫
D．以上均可以
答案：A
2．下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”，说法不正确的是( )
A．酵母菌常被用作研究细胞呼吸的实验材料，其主要原因是酵母菌属于兼性厌氧生物
B．在有氧呼吸的装置中，可将空气直接通入酵母菌的培养液
C．酵母菌呼吸产生的CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
D．酵母菌呼吸产生的酒精在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色
答案：B
3．在有氧呼吸过程中，水分子参与反应的过程和生成水分子的过程分别发生在( )
A．第一阶段和第二阶段
B．第一阶段和第三阶段
C．第二阶段和第三阶段
D．第三阶段和第二阶段
答案：C
4．有氧呼吸的三个阶段都产生的是( )
A．二氧化碳
B．丙酮酸
C．[H]和ADP
D．ATP
答案：D
5．请据图分析，经数小时后，U型管甲、乙两处的液面会出现下列哪种情况。(实验装置足以维持实验期间小白鼠的生命活动，瓶口密封，忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影响)( )
A．甲处上升，乙处下降
B．甲、乙两处都下降
C．甲处下降，乙处上升
D．甲、乙两处都不变
答案：C
6．如图是测量种子萌发时锥形瓶中气体体积变化的实验装置。锥形瓶中放的种子事先用水浸泡过并在稀释的消毒剂中清洗过(不影响种子的生命力)。实验开始时U型管左侧液面与右侧液面相平，每隔半小时利用标尺量出右侧液面高度变化，以下关于该实验的分析正确的是( )
A．种子在消毒剂中清洗是为了防止微生物呼吸作用干扰实验结果
B．此实验的目的是测定种子萌发时有氧呼吸及无氧呼吸的速率
C．一段时间后右侧液面高度不再变化，说明种子的细胞呼吸完全停止
D．为排除外界因素的影响，需要将装置中的NaOH溶液换成清水(其他保持不变)作为对照组
答案：A
7．某小组欲探究酵母菌有氧呼吸的产物，在实验中组成了如图装置。请完成以下问题。
(1)提出假设：______________________________________。
(2)材料用具(略)。
(3)设计实验步骤：
①将配制好的__________，在B中装入__________，目的是________________，在C中装入____________；
②依图安装好实验装置，并将装置__________________________；
③一段时间后观察__________________________________________。
(4)预期实验结果：________________________________。
答案：(1)在有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸产生CO2 (3)①酵母菌葡萄糖溶液装入A瓶 NaOH溶液 除去空气中的CO2 澄清石灰水 ②用凡士林密封 ③澄清石灰水是否变混浊 (4)若澄清的石灰水变混浊，证明酵母菌细胞进行有氧呼吸产生CO25.1
降低化学反应活化能的酶（1）导学案
【学习目标】
1．通过有关实验，分析酶的作用，并在此基础上学会控制自变量、观察和检测因变量，并掌握设置对照实验的基本方法。(难点)
2．通过阅读教材，了解酶的发现历程，加深对酶本质的理解。(重点)
【自主预习】
细胞代谢离不开酶，请结合教材实验探讨酶在代谢中的作用。
1．观察下面两个反应，总结细胞代谢的概念。
叶绿体：CO2＋H2O(CH2O)＋O2
核糖体：氨基酸多肽(蛋白质)
(1)对细胞来说，能量的获得和利用都必须通过化学反应。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)从反应式来看，生物体内的化学反应需要酶的参与。
2．结合教材，通过比较过氧化氢在不同条件下的分解来认识酶在细胞代谢中的作用。
(1)实验原理
①2H2O22H2O＋O2；
②2H2O22H2O＋O2；
③2H2O22H2O＋O2。
过氧化氢在自然条件下分解缓慢，用新鲜的肝脏研磨液、Fe3＋以及加热的方法使过氧化氢分解，通过观察气泡数目和比较对卫生香的助燃程度可以了解过氧化氢酶的作用和意义。
(2)实验材料：新鲜的肝脏研磨液。
(3)实验步骤以及变量控制
试管编号
新配制的体积分数为3%
的过氧化氢溶液
实验处理
1
2
mL
不做其他处理
2
2
mL
90℃水浴加热
3
2
mL
滴加2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液
4
2
mL
滴加2滴质量分数为20%的肝脏研磨液
实验中变量的控制
①相关概念
②结合上述概念，试着分析该实验中的自变量、因变量、无关变量、对照组、实验组，填入下表。
自变量
因变量
无关变量
对照组
实验组
2号：水浴加热；3号：加FeCl3溶液；4号：加肝脏研磨液
H2O2分解速率
加入H2O2的量；实验室的温度；FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度
1号
试管
2、3、4号试管
③在对照实验中，除了要观察的变量(自变量)外，其他变量(无关变量)都应当始终保持相同。
(4)实验现象与结果分析
试管
编号
气泡的
多少
点燃的
卫生香检测
结果分析
1
无明显
的气泡
无助燃性
H2O2自然分解缓慢
2
很少
助燃性较弱
加热能促进H2O2分解
3
较多
助燃性较强
Fe3＋能催化H2O2分解
4
很多
助燃性更强
过氧化氢酶有催化H2O2分解的作用，且效率更高
3.实验的讨论与思考
(1)2试管与1试管相比，说明过氧化氢分子从不反应的常态转变为容易分解的活跃状态需要提供能量。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。加热能加快过氧化氢的分解，是因为加热为过氧化氢分子提供了活化能。
(2)过氧化氢酶和Fe3＋能加快过氧化氢的分解，是为其提供了活化能吗？
答案：不是。
(3)结合下图归纳酶催化作用的实质
从上图可以看出酶的催化作用的本质是降低化学反应的活化能。
(4)4号试管和3号试管相比，说明酶和无机催化剂一样，都能降低化学反应的活化能，使原来高温、高压下才能发生的反应在常温、常压下就能发生。同无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
【互动探究】
酶是一种生物催化剂，其化学本质是什么呢？对此科学家们进行了不懈地研究。
1．阅读教材P81“资料分析”后，把科学家和他们的发现连起来。
2．酶的概念：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，少数是RNA。
3．唾液中含有唾液淀粉酶，要验证唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质，请根据下列给出的实验材料完成实验的设计：刚取的唾液、已知蛋白液、双缩脲试剂及试管等用具。
组别
待测液
检验试剂
预期现象
结论
实验组
唾液
双缩脲
试剂
出现
紫色
唾液淀粉酶是蛋白质
对照组
已知蛋
白液
双缩脲
试剂
出现
紫色
【课堂练习】
1．在“比较过氧化氢在不同条件下分解”的实验中，把肝脏制成研磨液的目的是( )
A．保护过氧化氢酶
B．有利于过氧化氢酶与反应物的接触
C．提高过氧化氢酶的活性
D．有利于对实验结果的观察
答案：B
2．“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，滴入过氧化氢酶的试管内( )
A．产生的气泡多，点燃的卫生香燃烧不猛烈
B．产生的气泡多，点燃的卫生香燃烧猛烈
C．产生的气泡少，点燃的卫生香燃烧不猛烈
D．产生的气泡少，点燃的卫生香燃烧猛烈
答案：B
3．下列有关酶的叙述，正确的是( )
A．组成酶的单体是氨基酸或脱氧核苷酸
B．冬季，人体内酶的活性随环境温度的下降而降低
C．底物充足，其他条件适宜，酶促反应速率与酶的浓度成正比
D．酶通过提供能量或降低活化能来提高反应速率
答案：C
4．在如图所示的实验中，属于自变量的是( )
A．催化剂
B．过氧化氢分解的速率
C．产生气泡量
D．试管中的过氧化氢溶液的量
答案：A
5．如图是某种酶催化某二糖的水解过程示意图。据图分析下列说法正确的是( )
A．该过程可以表示麦芽糖的水解
B．反应前后酶的化学性质没有发生改变
C．该酶也可以催化其他二糖的水解
D．该反应过程中的酶只能利用一次
答案：B
6．活化能是指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。如图为酶的作用模型。请据图回答问题：
(1)从图中可以看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________，有酶催化时，发生化学反应需要的活化能______，a指_____。因此，酶催化作用的本质是_______。
(2)酶的化学本质是________，酶起作用的部位是________。
答案：(1)高 低 酶所降低的活化能 降低反应的活化能 (2)蛋白质或RNA 细胞内或细胞外
