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1、酶和ATP,第5章 细胞的能量供应和利用,构建知识网络,1857年，法国微生物学家巴斯德提出：酿酒中的发酵是由于 的存在，没有 的参与，糖类不可能变成酒精。,活酵母细胞,活细胞,酵母细胞死亡并裂解, 德国化学家李比希坚持认为：引起发酵的是 但这些物质只有在 后才能发挥作用。, 德国化学家毕西纳得到 ，加入葡萄糖后变成酒，他将引起发酵的物质称为 。,酵母细胞提取液,酿酶,关于酶本质的探索, 美国科学家萨姆纳用 作溶剂，得到 的结晶，这种结晶溶于水后能够催化 分解成 ，然后他用多种方法证明该物质是 。,丙酮,脲酶,尿素,氨和二氧化碳,蛋白质, 后来，科学家又相继获得 、 等许多酶的结晶，并证明这些
2、酶都是 。,胃蛋白酶,胰蛋白酶,蛋白质,RNA, 20世纪80年代,美国科学家切赫和奥特曼发现少数 也具有生物催化功能。,1、酶是活细胞产生的一类具有催化功能的有机物，大多数为蛋白质,少数为RNA,关于酶本质的探索,酶的本质、作用机理及实验验证,2.酶的本质及功能,绝大多数是蛋白质,少数是RNA,氨基酸,核糖核苷酸,核糖体,细胞核,一般来说,活细胞都能产生酶,生物催化作用,【特别关注】,什么样的细胞能产生酶？,酶只在细胞内起作用吗？,酶只有催化作用吗？,2.酶与激素的比较,专门的内分泌腺或特定部位细胞产生，细胞外发挥作用,固醇类、多肽/蛋白质类、氨基酸类等,调节作用,在生物体内均属高效能物质，
3、 即含量少、作用大、生物代谢不可缺少,酶的本质、作用机理及实验验证,3.酶的化学本质的实验验证,已知蛋白液+双缩脲试剂,待测酶液+双缩脲试剂,是否出现紫色反应,出现紫色反应,已知RNA溶液+吡罗红染液,待测酶液+吡罗红染液,是否呈现红色,呈现红色,【特别提醒】,利用酶的专一性也可探究出酶的化学本质(某种酶用蛋白酶或RNA酶处理),酶的本质、作用机理及实验验证,例1.下列有关酶的叙述，正确的是（ ） 是有分泌功能的细胞产生的 有的从食物中获得，有的从体内转化而来 凡是活细胞都能产生酶 绝大多数酶是蛋白质 有的酶是蛋白质，有的是固醇 酶在代谢中有多种功能 在新陈代谢和生殖发育中起调控作用酶只是起催
4、化作用酶只在细胞内发挥作用 A. B. C. D.,C,酶的本质、作用机理及实验验证,例2.当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行，当这种RNA被有关的酶水解后，此种化学反应的速率便慢了下来。由此可以说明 （ ） A.RNA是核酸的一种 B.RNA也可起生物催化剂的作用 C.RNA主要存在于细胞质中 D.RNA是该种生物的遗传物质,B,酶的本质、作用机理及实验验证,4.酶的作用机理,酶的本质、作用机理及实验验证,4.酶的作用机理,酶的本质、作用机理及实验验证,4.酶的作用机理：,显著降低活化能,酶能够改变化学反应速率，但不影响反应的方向和最终物质的浓度，本身不被消耗,分子从常态转
5、变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量成为活化能。,5酶和一般催化剂的比较,共性： 具催化效率，用量少 反应前后酶的性质和 数量均没有变化 可降低反应的活化能 不同： 酶的催化效率高，即高效性。,1.酶催化活性的表示方法 2.表示酶高效性的曲线,考点二 与酶有关的曲线分析,单位时间内底物的减少量或产物的生成量。,(1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 (2)酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。,3.表示酶专一性的曲线,(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物A参加反应。 (2)在A反应物中加入酶B，反应速率和
6、未加酶时相同，说明酶B不催化底物A参加反应。,知识拓展具有专一性的物质归纳 (1)酶：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。 (2)载体：某些物质通过细胞膜时需要载体协助，不同物质所需载体不同，载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。（受体同上）,(3)激素：激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。 (4)tRNAtRNA有61种，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。 (5)抗体/效应T细胞：一种抗原只能与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合。 （6）神经递质：只作用于突
7、触后膜，使其兴奋或抑制,4.温度、pH影响酶活性的曲线,强酸、强碱、高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。,5.底物浓度影响酶活性的曲线 达到一定浓度后不再增加，原因是受到酶数量和酶活性的限制。 6.酶浓度影响酶活性的曲线 在底物充足、其他条件适宜且固定的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。,7.影响酶活性的曲线 （1）纵坐标为反应物剩余量，剩的越多，生成 物越少，反应速率越慢。 （2）图示pH=7时，反应物剩余量最少，应为最适pH。 （3）当pH改变时，最适温度保持不变。,下图表示某反应物剩余量随pH及温度的变化情况，正确的是( ) A该酶的最适温度是37 B随着pH的升高，酶的活性先降低后
8、增大 C随着温度的升高，酶的最适pH不变 D随着温度的升高，酶的活性逐渐降低,C,D,下列关于酶的叙述中，正确的是 A. 酶均是由活细胞合成的，具有高效性、专一性 B. 与光合作用光反应有关的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中 D. 人体中酶的活性受温度、pH的影响，并只能在人体内中起作用 C. 酶的形成都要经过核糖体的合成、内质网和高尔基体的加工等几个阶段,A,高考对本实验的考查，一是以图表分析题形式分析实验过程的合理性，注重考查实验过程及结果的评价与修订；二是考查实验原理、方法、思路分析及操作步骤的设计。,实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解,实验原理：新鲜的肝脏中含有过氧化氢，Fe3+
9、是一种无机催化剂，都可以催化过氧化氢分解成水和氧。,酶的高效性的验证实验分析,1.实验设计及现象分析,很少,较多,发亮,很多,复燃,无,酶的高效性的验证实验分析,很少,较多,发亮,很多,复燃,无,2.实验过程的变量及对照分析,自变量： 90水浴加热、滴加3%氯化铁2滴、滴加20%肝脏研磨液2滴,因变量： H2O2分解速度(气泡多少) 卫生香的复燃程度,无关变量： H2O2的量、实验室的温度、氯化铁的浓度、肝脏研磨液的新鲜程度,对照组： 1号试管 实验组： 2、3、4试管,酶的高效性的验证实验分析,3.实验结论,1.酶具有催化作用，和无机催化剂一样可加快反应速率,2.与无机催化剂相比，酶的催化效
10、率更高，具有高效性,酶的高效性的验证实验分析,例4.下图表示过氧化氢被分解的曲线，可说明酶具有( ),专一性 高效性 催化特性 在温和条件下进行 A. B. C. D.,B,A,A,B,B,C,D,1、图中哪个英文字母代表酶？判定依据是什么？,2、如果B代表蔗糖，C和D各代表什么？,3、如果B代表脂肪， C和D各代表什么？,酶的专一性的验证实验分析,请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。 要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出结论。 实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉四种溶液，斐林试剂、试管、 37 恒温水浴锅，
11、沸水浴锅。,酶的特性,专一性,如何通过实验验证酶的专一性？,1号试管加入2mL蔗糖溶液,2号试管加入2mL淀粉溶液,分别加入新鲜淀粉酶溶液2mL，振荡，放在50左右的水浴中保温5min,分别加入1mL斐林试剂，振荡，放在60左右的水浴中保温2min,会出现砖红色沉淀,无砖红色沉淀,淀粉酶只能催化淀粉水解不能催化蔗糖水解，有专一性,1.通过以上实验总结生物实验设计应遵循的一般原则.,总结,2.酶和一般催化剂的比较.,对照原则,单一变量原则(自变量,因变量, 无关变量,额外变量),用量少而催化效率高,反应前后其性质和数量均不发生变化,可降低反应的活化能,高效性,专一性,在温和的条件下发挥作用,影响
12、酶活性的条件的探究分析,1.温度对酶活性的影响,原理： 设计思路： 结果分析及结论：,根据是否出现蓝色及蓝色的深浅可判断酶的活性,达到相应的温度后，在一定量的淀粉溶液中加入适量酶，相应温度下保温一段时间后滴加碘液,蓝色越深说明酶的活性越低,动物体内的酶最适温度在35-40度之间，植物的是40-50度，低温会降低酶活性，高温可使酶完全失活。,看溶液是否变蓝及其深浅,特别关注：本实验可选用斐林试剂吗？ 能先加酶再保持各自温度吗？,低,活性,最适温度,空间结构,影响酶活性的条件的探究分析,2.PH对酶活性的影响,原理： 设计思路： 结果分析及结论：,分别加入等量的3%的H2O2溶液,用盐酸或NaOH
13、溶液调整PH后分别滴加等量的新鲜肝脏研磨液.,H2O2在过氧化氢酶的催化下分解产生氧气会形成气泡，PH会影响酶的活性，从而影响气体生成量。,观察气泡的多少或是用带火星的木条,气泡越多或使木条燃烧越旺则酶活性越高,动物体内的酶最适PH在6.5-8之间(胃蛋白酶例外是1.5，植物的在4.5-6.5之间，过酸过碱都会使酶完全失活。,特别关注：不宜用淀粉酶催化淀粉水解，因为淀粉在酸性条件下也会发生水解反应,过氧化氢酶,最高,空间结构,活性,PH,过酸过碱和高温-酶被杀死， 低温-酶暂时失活,影响酶促反应速率的因素：,1、温度,3、酶的浓度：反应速率随 酶浓度的升高而加快。,4、底物浓度：在一定浓度 范
14、围内，反应速率随浓 度的升高而加快，但达 到一定浓度，反应速率 不再变化,酶量一定,2、pH,与酶有关的曲线解读,例.下图表示在不同条件下，酶催化反应的速率（或生成物量）的变化曲线图，有关叙述不正确的是 ( ),A.图虚线表示酶量加一倍后，底物浓度和反应速率的关系 B.图虚线表示增加酶浓度，其他条件不变时，生成物量与时间的关系 C.图不能表示在反应开始后的一段时间内，反应速率与时间的关系 D.若图中的实线表示Fe3+的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率,C,ATP,三磷酸腺苷,A,T,P,腺苷,三个,磷酸基团,（高能磷酸化合物）,一：什么是ATP？,腺嘌呤核糖核苷酸,三磷酸腺苷与腺嘌呤
15、核糖核苷酸的区别：,ATP,ATP是一类高能磷酸化合物,A,P,P,P,代表腺苷,代表磷酸基团,代表一种特殊的化学键， 叫做高能磷酸键,ATP的结构简式,通常我们把水解时放出的能量在20.92千焦每摩尔 以上的磷酸化合物叫做高能磷酸化合物,ATP,ADP,合成酶,分解酶,ATP与ADP的转化关系,光合作用 呼吸作用,ADP转化成ATP时所需能量的主要来源,动物、人、 真菌、多数细菌等,绿色植物,能 量,呼 吸 作 用,呼 吸 作 用,光 合 作 用,ADP +Pi+,ATP,酶,糖类、脂肪等有机物氧化分解,2、ATP与ADP的相互转化：,ATP ADP +Pi+能量,酶1,酶2,酶不同：酶1是水解酶，酶2是合成酶。 能量来源不同： ATP水解释放的能量：来自高能磷酸键的化学能，并用 于生命活动。 合成ATP的能量： 来自呼吸作用或光合作用。 场所不同：ATP水解在细胞的各处。 ATP合成在线粒体，叶绿体，细胞质基质。 总结： 物质可逆，能量不可逆，整体上是不可逆反应。,三、ATP的利用,生物体内（细胞中）能源物质： 生物体内（细胞中）主要能源物质： 生物体内主要储存能量的物质： 植物细胞中储存能量的物质： 动物细胞中储存能量的物质： 被称为“生命的燃料”的物质： 进行各项生命活
