酶和ATP【知识建构+拓展延伸】 高考生物一轮复习 （全国通用）

第第9 9讲讲 酶和酶和ATPATP一、酶一、酶细胞中细胞中每时每刻每时每刻都进行着许多都进行着许多化学反应化学反应，统称为，统称为细胞代谢细胞代谢。细胞代谢（一）酶在细胞代谢中的作用（一）酶在细胞代谢中的作用1 1、比较过氧化氢在不同条件下的分解、比较过氧化氢在不同条件下的分解 2 2、控制变量和设计对照实验、控制变量和设计对照实验3 3、酶的作用原理、酶的作用原理 1 1、比较过氧化氢在不同条件下的分解、比较过氧化氢在不同条件下的分解 实验结论实验结论第一，第一，酶酶同同无机催化剂无机催化剂一样一样具有具有加快化学反应速率加快化学反应速率的作用，的作用，因此酶具有因此酶具有催化性催化性；第二，第二，酶酶同同无机催化剂无机催化剂相比，酶的相比，酶的催化效率催化效率更高更高，因此酶具，因此酶具有有高效性高效性。2 2、控制变量和设计对照实验、控制变量和设计对照实验人为控制人为控制的对的对实验对象实验对象进行进行处理处理的的因素因素。自变量自变量因变量因变量因因自变量自变量改变而改变而变化变化的的变量变量。无关变量无关变量对对实验结果实验结果造成造成影响影响，但，但不是不是我们所研究的我们所研究的可变因素可变因素。2 2、控制变量和设计对照实验、控制变量和设计对照实验设计对照实验的一般步骤设计对照实验的一般步骤第一步：第一步：分组编号分组编号，统一处理，统一处理无关变量无关变量；第二步：分组施加第二步：分组施加自变量自变量；第三步：一段时间后，检测第三步：一段时间后，检测因变量因变量。2 2、控制变量和设计对照实验、控制变量和设计对照实验1 1、实验一般要设计、实验一般要设计对照组对照组和和实验组实验组；2 2、单一变量原则单一变量原则。设计设计对照实验特别要注意对照实验特别要注意3 3、酶的作用原理、酶的作用原理 活化能活化能分子从分子从常态常态转变为转变为容易容易发生发生化学反应化学反应的的活跃状态活跃状态所需要的所需要的能能量量，称为，称为活化能活化能。催化剂的作用原理催化剂的作用原理降低降低化学反应的化学反应的活化能活化能。酶的作用原理酶的作用原理同同无机催化剂无机催化剂相比，相比，酶酶降低活化能降低活化能的作用的作用更显著更显著，催化效催化效率率更高更高。3 3、酶的作用原理、酶的作用原理 是指和是指和无机催化剂无机催化剂相比，相比，酶酶降低的降低的活化能活化能。正正是是由由于于酶酶的的催催化化作作用用，细细胞胞代代谢谢才才能能在在温温和和条条件件下下快快速速有序地进行。有序地进行。4 4、细胞代谢离不开酶、细胞代谢离不开酶（二）酶的本质（二）酶的本质酶酶是是活活细细胞胞产产生生的的具具有有催催化化作作用用的的有有机机物物，其其中中绝绝大大多多数数是是蛋白质蛋白质，少数少数是是RNARNA。（三）酶的特性（三）酶的特性1 1、酶具有高效性、酶具有高效性2 2、酶具有专一性、酶具有专一性3 3、酶的作用条件较温和、酶的作用条件较温和4 4、细胞内化学反应与酶的分布的关系、细胞内化学反应与酶的分布的关系5 5、影响酶促反应速率的因素、影响酶促反应速率的因素1 1、酶具有高效性、酶具有高效性与与无机催化剂无机催化剂相比相比,酶酶降低化学反应活化能降低化学反应活化能的作用的作用更显著更显著，催化催化效率效率更高更高。酶酶的催化效率一般是的催化效率一般是无机催化剂无机催化剂的的10107 7 10101313倍。倍。意义意义保证了保证了细胞内细胞内化学反应化学反应的的顺利顺利进行。进行。保证了保证了细胞内细胞内能量供应能量供应稳定。稳定。内涵内涵1 1、酶具有高效性、酶具有高效性酶高效性的曲线酶高效性的曲线(1)(1)与与无机催化剂无机催化剂相比，相比，酶酶的的催化效率催化效率更高更高。(2)(2)酶酶只只缩短缩短达到达到化学平衡化学平衡所需的所需的时间时间，不改变不改变化学反应的化学反应的平衡点平衡点。2 2、酶具有专一性、酶具有专一性概念概念每一种每一种酶酶只能催化只能催化一种或一类一种或一类化学反应。化学反应。无机催化剂无机催化剂催化的化学反应催化的化学反应范围范围比较比较广广。酶具有专一性的理论模型酶具有专一性的理论模型2 2、酶具有专一性、酶具有专一性探究专一性的方法探究专一性的方法方法一、方法一、同酶不同底物同酶不同底物；方法二、方法二、同同底物底物不同不同酶酶。方法一方法一才用于才用于探究探究酶的专一性酶的专一性；方法二方法二不能不能用于探究用于探究酶的专一性酶的专一性。探究：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用探究：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用本本探探究究产产物物的的检检测测只只能能用用斐斐林林试试剂剂不不能能用用碘碘液液，因因为为碘碘液液无无法法检测检测蔗糖蔗糖是否发生水解。是否发生水解。2 2、酶具有专一性、酶具有专一性酶专一性的曲线酶专一性的曲线反反应应速速率率O O酶酶A A的浓度的浓度底物底物B B或或B B在无酶条件下的反应在无酶条件下的反应底物底物A A3 3、酶的作用条件较温和、酶的作用条件较温和酶活性酶活性酶活性酶活性是指是指酶酶催化催化特定化学反应的特定化学反应的能力能力。酶活性酶活性可用一定条件下可用一定条件下酶酶所催化某一所催化某一化学反应的速率化学反应的速率表示。表示。温度和温度和pHpH对酶活性的影响对酶活性的影响温度温度/反应速率反应速率最适温度最适温度pHpH反应速率反应速率最适最适pHpH3 3、酶的作用条件较温和、酶的作用条件较温和酶的作用条件酶的作用条件与与无机催化剂无机催化剂相比，相比，酶酶所催化的化学反应一般是在所催化的化学反应一般是在比较温和比较温和的条件下进行的。的条件下进行的。过酸过酸、过碱过碱或或温度过高温度过高,会会使使酶酶的的空间结构空间结构遭到遭到破坏破坏，使酶，使酶永久失活永久失活。在在0 0C C左左右右，酶酶的的活活性性很很低低,但但空空间间结结构构稳稳定定,在在适适宜宜的的温温度度下下酶酶的的活活性性仍仍可可恢复恢复。因此，酶制剂适宜在因此，酶制剂适宜在低温低温下保存。下保存。一般情况下，能使一般情况下，能使蛋白质变性蛋白质变性的条件，都能使的条件，都能使蛋白质性质蛋白质性质的酶的酶变性变性。3 3、酶的作用条件较温和、酶的作用条件较温和探究：影响酶活性的条件探究：影响酶活性的条件探探究究温温度度对对酶酶活活性性的的影影响响，不不可可用用过过氧氧化化氢氢、过过氧氧化化氢氢酶酶，不不可可用用斐斐林林试试剂剂来来检测反应的结果，只能用检测反应的结果，只能用碘液碘液；先先分别调好分别调好温度温度再再加酶加酶混合。混合。探究探究pH对对酶活性酶活性的影响，的影响，不不可用可用淀粉淀粉、淀粉酶淀粉酶；先先分别调好分别调好pHpH再再加酶加酶混合。混合。高尔基体4 4、细胞内化学反应与酶的分布的关系、细胞内化学反应与酶的分布的关系细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞内的分布酶在细胞内的分布有关。有关。例例如如，在在植植物物叶叶肉肉细细胞胞中中，与与光光合合作作用用有有关关的的酶酶分分布布在在叶叶绿绿体体内内，与与呼呼吸吸作作用用有有关的关的酶酶分布在分布在细胞质基质细胞质基质和和线粒体线粒体内。内。高尔基体5 5、影响酶促反应速率的因素、影响酶促反应速率的因素底物浓度底物浓度底物浓度底物浓度酶酶促促反反应应速速率率酶浓度酶浓度酶浓度酶浓度酶酶促促反反应应速速率率底物充足底物充足酶活性酶活性一一般般来来讲讲，酶酶活活性性越越高高，酶酶促促反反应应速率越速率越高。高。温温度度和和pHpH都都是是通通过过影影响响酶酶活活性性来来影影响响酶促反应速率酶促反应速率的。的。高尔基体5 5、影响酶促反应速率的因素、影响酶促反应速率的因素抑制剂抑制剂竞争性抑制剂竞争性抑制剂竞竞争争性性抑抑制制剂剂与与底底物物竞竞争争酶酶。因因此此，增增大大底底物物浓浓度度，就就是是使使抑抑制制剂剂与与酶酶结结合合的的减减少少，从从而而减减少少抑抑制制作作用用。因因此此，竞竞争争性性抑抑制制剂剂的的抑抑制制作作用用可可以以通通过过增增大大底底物物浓度浓度来抵消其抑制作用。来抵消其抑制作用。酶抑制剂底物底物抑制剂酶高尔基体5 5、影响酶促反应速率的因素、影响酶促反应速率的因素抑制剂抑制剂非竞争性抑制剂非竞争性抑制剂非非竞竞争争性性抑抑制制剂剂不不与与底底物物竞竞争争，因因此此，其其抑抑制制作作用用不不能能通通过过增增加加底底物物的的浓浓度度来来抵消其抑制作用。抵消其抑制作用。酶底物底物酶抑制剂二、二、ATPATP（一）（一）ATP ATP是一种高能磷酸化合物是一种高能磷酸化合物1 1、ATPATP的组成的组成2 2、ATPATP的结构的结构3 3、ATP ATP是一种高能磷酸化合物是一种高能磷酸化合物1 1、ATPATP的组成的组成中文名称中文名称腺苷腺苷三三磷酸磷酸组成组成腺苷（A）磷酸基团（P）腺嘌呤三（T）核糖1 1、ATPATP的组成的组成组成元素C C、H H、OO、N N、P P结构简式A A P PP PP P代表一种代表一种特殊的化学键特殊的化学键，两个，两个相邻相邻磷酸磷酸都带都带负电负电相互相互排排斥斥，使得这种化学键，使得这种化学键不稳定不稳定，末端末端磷酸基团有一种磷酸基团有一种离开离开ATPATP而与而与其他分子其他分子结合结合的趋势，也就是具有较高的的趋势，也就是具有较高的转移势能转移势能。特殊的化学键“”2 2、ATPATP的结构的结构ATPATP的结构模型的结构模型2 2、ATPATP的结构特点的结构特点ATP、ADP、AMP结构上的关系(腺苷一磷酸腺苷一磷酸AMP)AMP)A-PA-PA-PA-PP P3 3、ATPATP是一种高能磷酸化合物是一种高能磷酸化合物当当ATPATP在在酶酶的作用下的作用下水解水解时，时，末端末端脱离下来的脱离下来的磷酸基团磷酸基团挟挟能能量量与与其他分子其他分子结合结合，从而使后者，从而使后者发生变化发生变化。故此，。故此，ATPATP水解水解的过程是的过程是释放能量释放能量的过程。的过程。1molATP1molATP水解水解释放的能量高达释放的能量高达30.54kJ/mol30.54kJ/mol，所以说，所以说ATPATP是是一种一种高能磷酸化合物高能磷酸化合物。（二）（二）ATPATP与与ADPADP可以相互转化可以相互转化1 1、ATPATP与与ADPADP可以相互转化的过程可以相互转化的过程2 2、ATPATP与与ADPADP可以相互转化的特点可以相互转化的特点3 3、ATPATP形成过程中能量的来源形成过程中能量的来源1 1、ATPATP与与ADPADP可以相互转化的过程可以相互转化的过程1 1、ATPATP与与ADPADP可以相互转化的过程可以相互转化的过程2 2、ATPATP与与ADPADP可以相互转化的特点可以相互转化的特点对于正常的细胞来说，对于正常的细胞来说，ATPATP和和ADPADP这种这种相互转化相互转化，时刻不停时刻不停的的发生并处于发生并处于动态平衡动态平衡当中。当中。ATPATP与与ADPADP的的转化机制转化机制，在，在所有细胞所有细胞中都是中都是一样的一样的，体现了生，体现了生物界的物界的统一性统一性，说明了多种多样的生物都有，说明了多种多样的生物都有共同的起源共同的起源。3 3、ATPATP形成过程中能量的来源形成过程中能量的来源ATPATP与与ADPADP的的相互转化相互转化过程，过程，物质可逆物质可逆，但，但能量不可逆能量不可逆，因此，因此，不是不是可逆反应。可逆反应。正是由于正是由于ATPATP合成过程合成过程中，可以从中，可以从放能反应放能反应中中获取能量获取能量，才使，才使得得ATPATP可以可以源源不断源源不断地为生命活动地为生命活动直接直接提供能量提供能量。（三）（三）ATPATP的利用的利用1 1、ATPATP利用的实例利用的实例2 2、ATPATP利用的原理利用的原理3 3、ATP ATP是是细胞的能量细胞的能量“