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1、第5章 细胞的能量供应和利用第1节 降低化学反应活化能的酶 第2节 细胞的能量“通货”ATP 一一.酶酶的的定定义义：酶酶是是_产产生生的的具具有有 作用的作用的_，其中，其中_酶酶是蛋白是蛋白质质。产产生生场场所：活所：活细细胞。胞。作用：催化作用。作用：催化作用。本本质质：有机物，多数：有机物，多数酶酶是蛋白是蛋白质质。 活细胞催化有机物绝大多数考点考点1 1：酶的本质：酶的本质二、二、酶酶的特性的特性1高高效效性性：一一般般地地说说，酶酶的的催催化化效效率率是是无机催化无机催化剂剂的的1071013倍。倍。2专专一一性性：一一种种酶酶只只能能催催化化一一种种化化合合物物或一或一类类化合物
2、的化学反化合物的化学反应应。酶的专一性酶的专一性生化反应的多样性生化反应的多样性蛋白质的结构多样性蛋白质的结构多样性酶酶的多的多样样性性 3温温度度、酸酸碱碱度度影影响响酶酶的的活活性性：高高温温、低低温温以以及及过过酸酸和和过过碱碱，都都会会影影响响酶酶的的活活性性，酶酶的催化作用需要适宜的温度和的催化作用需要适宜的温度和pH。影响曲影响曲线线如下：如下： 甲甲曲曲线线在在最最适适温温度度两两侧侧不不对对称称；乙乙曲曲线线在在最最适适pH两两侧侧基本基本对对称。称。（1）过过酸酸、过过碱碱和和高高温温，都都能能使使酶酶的的酶酶分分子子结结构构遭到破坏而失去活性（不可逆）。遭到破坏而失去活性（
3、不可逆）。（2）低低温温虽虽然然使使酶酶的的活活性性明明显显降降低低，但但酶酶的的分分子子结结构构没没有有破破坏坏，酶酶的的活活性性在在适适宜宜的的温温度度下下可可以以恢恢复。复。（3）不同的）不同的酶酶有不同的最适温度和最适有不同的最适温度和最适pH 一一般般来来说说，动动物物体体内内的的酶酶的的最最适适pH大大多多在在6.58.0之之间间，而而植植物物与与微微生生物物体体内内的的酶酶，其其最最适适pH多多在在4.56.5之之间间。唾唾液液淀淀粉粉酶酶的的最最适适pH为为6.8，脂脂肪肪酶酶的的最最适适pH为为8.3，胃胃蛋蛋白白酶酶的的最最适适pH为为1.52.2。一一般般来来说说，动动物
4、物体体内内的的酶酶的的最最适适温温度度多多在在3750 ，而而植植物物体体内内酶酶的的最最适适温温度度多多在在5060 。4.底物底物浓浓度和度和酶酶浓浓度度对对酶酶促反促反应应的影响的影响（1）在在其其他他条条件件适适宜宜、酶酶量量一一定定的的条条件件下下，酶酶促促反反应应速速率率随随底底物物浓浓度度增增加加而而加加快快，但但当当底底物物达达到到一一定定浓浓度度后后，受受酶酶数数量量和和酶酶活活性性限限制制，酶酶促促反反应应速率不再增加。速率不再增加。（2）在在底底物物充充足足、其其他他条条件件适适宜宜的的条条件件下下，酶酶促促反反应应速率与速率与酶酶浓浓度成正比。度成正比。训练 1. （2
5、009年年上上海海卷卷）将将刚刚采采摘摘的的甜甜玉玉米米立立即即放放入入沸沸水水中中片片刻刻，可可保保持持其其甜甜味味。这这是是因因为为加加热热会（会（ ）A提高淀粉提高淀粉酶酶活性活性B改改变变可溶性糖分子可溶性糖分子结结构构C防止玉米粒防止玉米粒发发芽芽D破坏将可溶性糖破坏将可溶性糖转转化化为为淀粉的淀粉的酶酶D 2. （2009年广东卷）水稻细胞内合成的某物质，能够在常温下高效分解淀粉，该物质（ ） A.在4 条件下易变性 B.只含有C、H C.也能催化淀粉合成 D.含有羧基D 在在任任何何化化学学反反应应中中，反反应应物物分分子子必必须须超超过过一一定定的的阈阈能能，成成为为活活化化的
6、的状状态态，才才能能发发生生变变化化，形形成成产产物物。这这种种提提高高低低能能分分子子达达到到活活化化状状态态的的能能量量，称称为为活活化化能能。催催化化剂剂的的作作用用，主主要要是是降降低低反反应应所所需需的的活活化化能能，以以致致相相同同的的能能量量能能使使更更多的分子活化，从而加速反多的分子活化，从而加速反应应的的进进行。行。考点考点2 2：酶的作用机制：酶的作用机制 酶酶能能显显著著地地降降低低活活化化能能，故故能能表表现现为为高高度度的的催催化化效效率率。例例如如课课本本的的H2O2酶酶的的例例子子，可可以以显显著著地地看看出出，酶酶能降低反能降低反应应活化能，使反活化能，使反应应
7、速度提高千百万倍以上。速度提高千百万倍以上。 目目前前一一般般认认为为，酶酶催催化化某某一一反反应应时时，首首先先在在酶酶的的活活性性中中心心与与底底物物结结合合生生成成酶酶底底物物复复合合物物，此此复复合合物物再再进进行行分分解解而而释释放放出出酶酶，同，同时时生成一种或数种生成一种或数种产产物，此物，此过过程可用下式表示：程可用下式表示：E+SESE+P 上上式式中中E代代表表酶酶，S代代表表底底物物，ES代代表表酶酶底底物物复复合合物物，P代代表表反反应应产产物物。由由于于ES的的形形成成速速度度很很快快，且且很很不不稳稳定定，一一般般不不易易得得到到ES复复合合物物存存在在的的直直接接
8、证证据据。但但从从溶溶菌菌酶酶结结构构的的研研究究中中，已已制制成成它它与与底底物物形形成成复复合合物物的的结结晶晶，并并得得到到了了X线线衍衍射射图图，证证明明了了ES复复合合物物的的存存在在。ES的的形形成成，改改变变了了原原来来反反应应的的途途径径，可使底物的活化能大大降低，从而使反可使底物的活化能大大降低，从而使反应应加速。加速。 1. (2009年年全全国国卷卷)下下图图是是某某种种微微生生物物体体内内某某一一物物质质代代谢谢过过程的示意程的示意图图。下列有关。下列有关酶酶活性活性调节调节的叙述，的叙述，错误错误的是（的是（ ）A丁丁物物质质既既是是酶酶催催化化生生成成的的产产物物，
9、又是又是酶酶的反的反馈馈抑制物抑制物B戊戊物物质质通通过过与与酶酶结结合合导导致致酶酶结结构构变变化而使其活性下降化而使其活性下降C当当丁丁物物质质和和戊戊物物质质中中任任意意一一种种过过量量时时，酶酶的活性都将受到抑制的活性都将受到抑制D若若此此代代谢谢途途径径的的终终产产物物不不断断排排出出菌菌体体外外，则则可可消消除除丙丙物物质质对对酶酶的的抑抑制制作用作用C1.ATP的的结结构特点构特点 ATPATP（C C1010H H1616 O O1313 N N5 5P P3 3）是）是_的英文名的英文名称称缩缩写。写。ATPATP分子的分子的结结构式可以构式可以简简写成写成_，其，其中中A
10、A代表代表_，P P代表代表_，“”“”代代表表_，“”代表一种特殊的化学代表一种特殊的化学键键，叫，叫做做_，ATPATP分子中大量的化学能就分子中大量的化学能就储储存在存在_中。中。高能磷酸高能磷酸键键 三磷酸腺苷三磷酸腺苷APPP腺苷腺苷磷酸基磷酸基团团一般的共价一般的共价键键高能磷酸高能磷酸键键考点考点3 3：ATPATP的结构特点及其转化的结构特点及其转化 ATP可以水解，可以水解，这实际这实际上是指上是指_ 高高 能能 磷磷 酸酸 键键 水水 解解 时时 释释 放放 的的 能能 量量 多多 达达_， 所所 以以 说说 ATP是是 细细 胞胞 内内 的的 一一 种种_。ATP分子中高
11、能磷酸分子中高能磷酸键的水解键的水解30.54 kJmol高能磷酸化合物高能磷酸化合物 探究思考：探究思考： ATP是唯一的高能化合物是唯一的高能化合物吗吗？答答案案：不不是是。在在肌肌肉肉或或其其他他兴兴奋奋性性组组织织（如如脑脑和和神神经经）中中还还有有一一种种高高能能磷磷酸酸化化合合物物磷磷酸酸肌肌酸酸，是是高高能能磷磷酸酸基基的的暂暂时时贮贮存存形形式式。磷磷酸酸肌肌酸酸水水解解时时，每每摩摩尔尔化化合合物物释释放放10.3千千卡卡的的自自由由能能，比比ATP释释放放的的能能量量（每每摩摩尔尔7.3千千卡卡）多多些些。磷磷酸酸肌肌酸酸能能在在肌肌酸酸激激酶酶的的催催化化下下，将将其其磷
12、磷酸酸基基转转移移到到ADP分分子子中中。当当一一些些ATP用用于于肌肌肉肉收收缩缩时时，就就会会产产生生ADP。其其化学反化学反应为应为：ADP+磷酸肌酸磷酸肌酸(CP) ATP+肌酸肌酸(C) 磷酸肌酸激酶肌酸激酶 特别说明：特别说明：细胞中重要的能源物质细胞中重要的能源物质葡萄糖；葡萄糖；植物细胞中储存能量的物质植物细胞中储存能量的物质淀粉；淀粉；动物细胞中储存能量的物质动物细胞中储存能量的物质糖原；糖原；生物体内主要储存能量的物质生物体内主要储存能量的物质脂肪；脂肪；生物体进行各项生命活动的主要能源物质生物体进行各项生命活动的主要能源物质糖类；糖类；生物体进行各项生命活动的直接能源物质
13、生物体进行各项生命活动的直接能源物质ATP；生物体进行各项生命活动的最终能源生物体进行各项生命活动的最终能源太阳能。太阳能。 2、三磷酸腺苷(ATP)的分子结构ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起，依次分别称为 、磷酸基团。ATP的结构式是：APPP分分析析： 从从ATP的的结结构构式式可可以以看看出出，腺腺嘌嘌呤呤与与核核糖糖结结合合形形成成腺腺苷苷，腺腺苷苷通通过过核核糖糖中中的的第第5位位羟羟基基，与与3个个相相连连的的磷磷酸酸基基团团结结合合，形形成成ATP。ATP分分子子中中的的磷磷酸酸基基团团水水解解时时，能能释释
14、放放30.5 kJ/mol的的能能量量，而而6磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖水水解解时时释释放放的的能能量量只只有有13.8 kJ/mol。需需要要指指出出的的是是，ATP分分子子既既可可以以水水解解一一个个磷磷酸酸基基团团（磷磷酸酸基基团团），而而形形成成二二磷磷酸酸腺腺苷苷（ADP）和和磷磷酸酸（Pi），又又可可以以同同时时水水解解两两个个磷磷酸酸基基团团（磷磷酸酸基基团团和和磷磷酸酸基基团团），而而形形成成一一磷磷酸酸腺腺苷苷（AMP）（也也称称为为腺腺嘌嘌呤呤核核糖核苷酸，是糖核苷酸，是组组成成RNA的基本的基本单单位之一）和焦磷酸（位之一）和焦磷酸（PPi）。）。 3、ATP与与ADP的相互转
15、化的相互转化 ATP与与ADP的的相相互互转转化化伴伴随随着着吸吸能能和和放放能能，因因此此与与生生物物体体的的新新陈陈代代谢谢密密切切相相关关，可可用用下下式式表表示示二二者的转化过程者的转化过程：+能量（物质可逆，能量和酶不可逆）ATP酶ADP+Pi酶 化学中化学中讲讲到可逆反到可逆反应应的特点：正逆反的特点：正逆反应应都能在同一都能在同一条件下同条件下同时进时进行。行。1.从从反反应应条条件件上上看看：ATP的的分分解解是是一一种种水水解解反反应应，催催化化该该反反应应的的酶酶属属水水解解酶酶；而而ATP的的合合成成是是一一种种合合成成反反应应，催催化化该该反反应应的的酶酶属属合合成成酶
16、酶。酶酶具具有有专专一一性性，因此反应条件不同。因此反应条件不同。2.从从能能量量上上看看：ATP水水解解释释放放的的能能量量是是储储存存在在高高能能磷磷酸酸键键内内的的化化学学能能；而而合合成成ATP的的能能量量主主要要有有化化学学能和太阳光能。因此能量的来源是不同的。能和太阳光能。因此能量的来源是不同的。3.从从ATP合合成成与与分分解解的的场场所所上上看看：ATP合合成成的的场场所所是是细细胞胞质质基基质质、线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体；而而ATP分分解解的的场场所所较较多多。因因此此其其合合成成与与分分解解的的场场所所不不尽尽相相同同，很很显显然然上上述述反反应应并并不是同时进行的。不
17、是同时进行的。 综综上上所所述述，ATP与与ADP相相互互转转化化的的反反应应不不是是可可逆逆的的。但但我我们们不不能能单单纯纯地地利利用用化化学学上上的的观观点点来来判判断断该该反反应应是是否否可可逆逆，因因为为ATP与与ADP在在活活细细胞胞中中永永无无止止境境地地循循环环着着，该该反反应应能能够够明明确确地地表表示示二二者者在在一一定定条条件件下下的的循循环环过过程程，所所以以该该循循环环使使ATP不不会会因因能能量量的的不不断断消消耗耗而而用用尽尽，从从而而保证了生命活动的顺利进行。保证了生命活动的顺利进行。训练 1. （2009年广东卷）正常精细胞形成精子的过程中，细胞的很多结构退化
18、消失，但保留了大量线粒体，因为线粒体可以合成精子运动所需的（ ） A.乙醇 B.ATP C.胰岛素 D.淀粉： B 2. (2008年广东卷)关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是（ ）A无氧条件下，光合作用是细胞ATP的唯一来源B有氧条件下，线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATPC线粒体和叶绿体合成ATP都依赖氧D细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体： B1 （2009年年汕汕头头二二模模）几几位位同同学学在在探探索索pH对对淀淀粉粉酶酶活活性性的的影影响响时时，设设计计的的实实验验方方案案如如下下，其其中中操操作作顺顺序序最最合合理理的是的是（ ）在三个在三个试试管中各
19、加入可溶性淀粉溶液管中各加入可溶性淀粉溶液2 mL 在三个在三个试试管中各加入新管中各加入新鲜鲜的的淀粉酶溶液淀粉酶溶液1 mL 置于适宜温度下保温置于适宜温度下保温5 min 分分别别置于置于100 、60 、0 环环境中保温境中保温5 min 加入斐林加入斐林试剂试剂后，水浴加后，水浴加热热，观观察察现现象象将将试试管中溶液的管中溶液的pH分分别调别调到到3、7、11，保持，保持5 min A BC D答案答案:D 2(双双选选)在在证证明明酶酶的的催催化化作作用用受受温温度度影影响响的的实实验验时时，有有学学生生取取两两支支试试管管分分别别将将淀淀粉粉溶溶液液与与唾唾液液混混合合后后，分分别别将将试试管管放放在在冰冰水水、沸沸水水中中5 min后后，待待试试管管冷冷却却后后分分别别加加入入3滴滴碘碘液液，结结果果两两支支试试管管都都变变蓝蓝，证证明明酶酶的的催催化化作作用用需需要要适适宜的温度。此宜的温度。此实验实验的不足之的不足之处处是（是（ ）A酶酶与淀粉不能在与淀粉不能在设设置各自温度之前接触置各自温度之前接触B缺少温度缺少温度为为37 的的对对照照实验实验C这这两支两支试试管都不管都不应变蓝应变蓝D不能用碘液不能用碘液检验检验是否存在淀粉是否存在淀粉 答案答案:AB
