第8講降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶和細(xì)胞中的能量通貨--ATP

1、1.1.酶的化學(xué)本質(zhì)和作用原理酶的化學(xué)本質(zhì)和作用原理2.2.酶在代謝中的作用酶在代謝中的作用3.3.探究影響酶活性的條件探究影響酶活性的條件( (實驗設(shè)計實驗設(shè)計) )4.ATP4.ATP的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)化5.ATP5.ATP在能量代謝中的作用在能量代謝中的作用 考點一降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶考點一降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶一、酶的產(chǎn)生、作用、本質(zhì)和分類一、酶的產(chǎn)生、作用、本質(zhì)和分類 1 1、酶的作用機理：、酶的作用機理：酶酶 （能或（能或不能）為反應(yīng)提供能不能）為反應(yīng)提供能量，酶是通過降低化量，酶是通過降低化學(xué)反應(yīng)的學(xué)反應(yīng)的 來來提高反應(yīng)速度。提高反應(yīng)速度。2 2、酶的本質(zhì)及生理功能：、酶的

2、本質(zhì)及生理功能：酶的本質(zhì)各項比較：酶的本質(zhì)各項比較：不能不能活化能活化能化學(xué)本化學(xué)本質(zhì)質(zhì)絕大多數(shù)是絕大多數(shù)是 。 少數(shù)是少數(shù)是 。 合成原合成原料料 合成場合成場所所 來源來源一般來說，一般來說， 細(xì)胞都能產(chǎn)生酶細(xì)胞都能產(chǎn)生酶生理功生理功能能 作用原作用原理理 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)RNARNA氨基酸氨基酸核糖核苷酸核糖核苷酸核糖體核糖體細(xì)胞核細(xì)胞核活活 具有生物催化作用具有生物催化作用降低化學(xué)反應(yīng)的活化能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能酶化學(xué)本質(zhì)的實驗驗證：酶化學(xué)本質(zhì)的實驗驗證：A A、試劑鑒定法：、試劑鑒定法：使用的試劑是使用的試劑是 。 證明某種酶是蛋白質(zhì)還是證明某種酶是蛋白質(zhì)還是RNARNA實驗組實驗組1

3、1：待測酶液待測酶液 試劑試劑是否出現(xiàn)是否出現(xiàn) 反應(yīng)反應(yīng)實驗組實驗組2 2：待測酶液待測酶液 染液染液是否呈現(xiàn)是否呈現(xiàn) 色色對照組對照組1 1：已知蛋白液雙縮脲試劑已知蛋白液雙縮脲試劑出出現(xiàn)紫色反應(yīng)現(xiàn)紫色反應(yīng)對照組對照組2 2：已知已知RNARNA溶液吡羅紅染液溶液吡羅紅染液出出現(xiàn)紅色現(xiàn)紅色雙縮脲試劑和雙縮脲試劑和吡羅紅染液吡羅紅染液雙縮脲試劑雙縮脲試劑吡羅紅染液吡羅紅染液紫色紫色紅色紅色B B、利用酶的專一性原理進(jìn)行證明：、利用酶的專一性原理進(jìn)行證明：待測酶溶液待測酶溶液 進(jìn)行催化實驗進(jìn)行催化實驗待測酶溶液待測酶溶液 進(jìn)行催化實驗進(jìn)行催化實驗 測測定定酶酶的的活活性性酶的生理功能：酶的生理功

4、能：蛋白酶蛋白酶RNARNA水解酶水解酶a.a.在催化某一反應(yīng)時，與其他一般無機催在催化某一反應(yīng)時，與其他一般無機催化劑一樣，能顯著降低反應(yīng)的活化能，提化劑一樣，能顯著降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時間，但并高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時間，但并不改變反應(yīng)的方向和平衡常數(shù)；不改變反應(yīng)的方向和平衡常數(shù)；b.b.反應(yīng)前后酶的性質(zhì)和數(shù)量均沒有變化。反應(yīng)前后酶的性質(zhì)和數(shù)量均沒有變化。（1313年全國課標(biāo)卷年全國課標(biāo)卷）關(guān)于酶的敘述，關(guān)于酶的敘述，錯誤的是錯誤的是 A A同一種酶可存在于分化程度不同的活同一種酶可存在于分化程度不同的活細(xì)胞中細(xì)胞中B B低溫能降低酶活性的原因是其破壞了低溫能

5、降低酶活性的原因是其破壞了酶的空間結(jié)構(gòu)酶的空間結(jié)構(gòu)C C酶通過降低化學(xué)反應(yīng)的活化能來提高酶通過降低化學(xué)反應(yīng)的活化能來提高化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度D D酶既可以作為催化劑，也可以作為另酶既可以作為催化劑，也可以作為另一個化學(xué)反應(yīng)的底物一個化學(xué)反應(yīng)的底物（1414年福建卷）年福建卷）用蛋白酶去除大腸桿菌用蛋白酶去除大腸桿菌核糖體的蛋白質(zhì)，處理后的核糖體仍可催核糖體的蛋白質(zhì)，處理后的核糖體仍可催化氨基酸的脫水縮合反應(yīng)。由此可推測核化氨基酸的脫水縮合反應(yīng)。由此可推測核糖體中能催化該反應(yīng)的物質(zhì)是糖體中能催化該反應(yīng)的物質(zhì)是A.A.蛋白酶蛋白酶 B.RNAB.RNA聚合酶聚合酶 C.RNA D.C.RNA

6、D.逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶（20122012海南）海南）下列操作中，不可能導(dǎo)致下列操作中，不可能導(dǎo)致淀粉酶活性發(fā)生變化的是淀粉酶活性發(fā)生變化的是A.A.淀粉酶溶液中加入強酸淀粉酶溶液中加入強酸 B.B.淀粉酶溶液中加入蛋白酶淀粉酶溶液中加入蛋白酶C.C.淀粉酶溶液中加入淀粉溶液淀粉酶溶液中加入淀粉溶液 D.D.淀粉酶經(jīng)高溫烘干制成粉劑淀粉酶經(jīng)高溫烘干制成粉劑二、酶的特性：二、酶的特性：1 1、比較過氧化氫在不同條件下的分解速率：、比較過氧化氫在不同條件下的分解速率：實驗原理：實驗原理：過氧化氫溶液在酶或其他催化劑的作用下過氧化氫溶液在酶或其他催化劑的作用下可以分解產(chǎn)生氧氣，氧氣可以助燃，通過可以分解

7、產(chǎn)生氧氣，氧氣可以助燃，通過觀察帶火星木條復(fù)燃的程度判斷氧氣產(chǎn)生觀察帶火星木條復(fù)燃的程度判斷氧氣產(chǎn)生的快慢。的快慢。實驗設(shè)計：實驗設(shè)計：試管試管號號 3%H23%H2O2O2量量實驗實驗處理處理結(jié)果結(jié)果分析分析氣泡氣泡多少多少1234自然自然狀態(tài)狀態(tài)9090水浴水浴FeCl3FeCl32 2滴滴肝臟研肝臟研磨液磨液2 2滴滴2ml2ml2ml2ml很少很少較多較多很多很多幾乎幾乎無無H H2 2O O2 2自然分解緩慢自然分解緩慢加熱能促進(jìn)加熱能促進(jìn) H H2 2O O2 2分分解解FeFe3+3+能催化能催化H H2 2O O2 2分分解解H H2 2O O2 2酶有催化酶有催化 H H2

8、2O O2 2分分解的作用，且效率高解的作用，且效率高A A、酶具有、酶具有 作用，同無機催化作用，同無機催化劑一樣都可加快化學(xué)反應(yīng)速率。劑一樣都可加快化學(xué)反應(yīng)速率。 B B、酶具有、酶具有 ，與無機催化劑，與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。相比，酶的催化效率更高。實驗結(jié)論：實驗結(jié)論：催化催化高效性高效性2 2、酶的專一性的驗證實驗分析：、酶的專一性的驗證實驗分析：實驗原理：實驗原理：用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖后，再用斐用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖后，再用斐林試劑鑒定，根據(jù)是否有磚紅色沉淀來判林試劑鑒定，根據(jù)是否有磚紅色沉淀來判定淀粉酶是否對二者都有催化作用，即可定淀粉酶是否對二者都有催化作用

9、，即可驗證酶的專一性。驗證酶的專一性。淀粉（淀粉（ 糖）糖）蔗糖（蔗糖（ 糖）糖）酶酶酶酶+糖糖 +試劑試劑沉淀沉淀非還原性非還原性非還原性非還原性淀粉淀粉蔗糖蔗糖麥芽糖麥芽糖葡萄糖葡萄糖果糖果糖還原性還原性斐林斐林磚紅色磚紅色實驗程序：實驗程序：探索淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用探索淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用 1 1 1 1號試管號試管 2 2號試管號試管 注入注入3%3%的可溶性淀粉溶液的可溶性淀粉溶液 注入注入3%3%的蔗糖溶液的蔗糖溶液 注入新鮮淀粉酶溶液注入新鮮淀粉酶溶液 2 2 振蕩，振蕩，5050溫水保溫溫水保溫 3 3 注入斐林試劑，并振蕩注入斐林試劑，并振蕩 4 4 6060水浴加熱

10、水浴加熱 5 5 現(xiàn)象記錄現(xiàn)象記錄 2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml5min5min5min5min2ml2ml2ml2ml2min2min2min2min生成磚紅生成磚紅 色沉淀色沉淀無磚紅無磚紅 色沉淀色沉淀結(jié)論：結(jié)論：淀粉酶只能催化淀粉酶只能催化 水解，不水解，不能催化能催化 水解，酶催化具水解，酶催化具 。 淀粉淀粉蔗糖蔗糖專一性專一性 (1) (1)證明酶的專一性實驗中，既可以用不證明酶的專一性實驗中，既可以用不同的底物作自變量，也可以用不同的酶作同的底物作自變量，也可以用不同的酶作自變量自變量( (底物相同底物相同) )。即：。即：(2)(2)實驗所用淀粉酶的來源不

11、同，則所需實驗所用淀粉酶的來源不同，則所需控制的溫度也不同。若來源于植物，其最控制的溫度也不同。若來源于植物，其最適溫度為適溫度為40405050；若來自人體，則最；若來自人體，則最適溫度為適溫度為3737左右。左右。特別提醒：特別提醒： 淀粉淀粉 麥芽糖麥芽糖 碘液碘液 碘液碘液 藍(lán)色藍(lán)色 無藍(lán)色出現(xiàn)無藍(lán)色出現(xiàn)溫度通過影響酶的活性，從而影響淀粉溫度通過影響酶的活性，從而影響淀粉的水解，滴加碘液，根據(jù)是否出現(xiàn)藍(lán)色及的水解，滴加碘液，根據(jù)是否出現(xiàn)藍(lán)色及藍(lán)色的深淺來判斷酶的活性。藍(lán)色的深淺來判斷酶的活性。* * 溫度對酶活性的影響溫度對酶活性的影響(1)(1)原理解讀原理解讀淀粉酶淀粉酶3、酶的作

12、用具有溫和性、酶的作用具有溫和性（2 2）實驗設(shè)計思路：）實驗設(shè)計思路：淀粉淀粉t1t1溫度處理溫度處理+ +淀粉酶淀粉酶t1t1溫度處理溫度處理淀粉淀粉t2t2溫度處理溫度處理+ +淀粉酶淀粉酶t2t2溫度處理溫度處理淀粉淀粉tntn溫度處理溫度處理+ +淀粉酶淀粉酶tntn溫度處理溫度處理分別在各自的溫度分別在各自的溫度下保溫一段時間下保溫一段時間碘液碘液檢測是否檢測是否出現(xiàn)藍(lán)色出現(xiàn)藍(lán)色或以及藍(lán)或以及藍(lán)色的深淺色的深淺（3 3）實驗設(shè)計程序：）實驗設(shè)計程序：淀粉淀粉淀粉酶淀粉酶各自在所控制的溫度下處理一段時間各自在所控制的溫度下處理一段時間淀粉與相應(yīng)溫度的淀粉酶混合淀粉與相應(yīng)溫度的淀粉酶混

13、合在各自控制的溫度下保溫一段時間在各自控制的溫度下保溫一段時間滴加碘液，觀察顏色變化滴加碘液，觀察顏色變化本實驗不宜選用斐林試劑，因為斐本實驗不宜選用斐林試劑，因為斐林試劑與還原糖只有在加熱的條件下才有林試劑與還原糖只有在加熱的條件下才有磚紅色沉淀生成，而該實驗需嚴(yán)格控制不磚紅色沉淀生成，而該實驗需嚴(yán)格控制不同的溫度。同的溫度。本實驗不宜選用過氧化氫酶催化本實驗不宜選用過氧化氫酶催化H H2 2O O2 2分解，因為過氧化氫在加熱的條件下分解，因為過氧化氫在加熱的條件下分解也會加快。分解也會加快。特別提醒特別提醒* *pHpH對酶活性的影響對酶活性的影響(1)(1)原理解讀原理解讀2H2H2

14、2O O2 2 2H2H2 2O OO O2 2pHpH通過影響酶的活性，從而影響氧氣通過影響酶的活性，從而影響氧氣的生成量，可用點燃但無火焰的衛(wèi)生香燃的生成量，可用點燃但無火焰的衛(wèi)生香燃燒的情況來檢驗氧氣生成量的多少。燒的情況來檢驗氧氣生成量的多少。過氧化氫酶過氧化氫酶(2)(2)實驗設(shè)計程序?qū)嶒炘O(shè)計程序取取n n支試管分別加入等量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為支試管分別加入等量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%3%的的過氧化氫溶液過氧化氫溶液用鹽酸或用鹽酸或NaOHNaOH溶液調(diào)出不同溶液調(diào)出不同的的pH pH ( (如如5.55.5、6.06.0、6.56.5、7.07.0、7.57.5、8.08.0、8.58.5、9.0

15、)9.0)分別滴加等量的同種新鮮的質(zhì)量分分別滴加等量的同種新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為數(shù)為20%20%的肝臟研磨液的肝臟研磨液用點燃但無火焰用點燃但無火焰的衛(wèi)生香來檢驗氧氣的生成情況。的衛(wèi)生香來檢驗氧氣的生成情況。本實驗中也可將過氧化氫酶和本實驗中也可將過氧化氫酶和H H2 2O O2 2分分別調(diào)至同一別調(diào)至同一pHpH再混合，以保證反應(yīng)一開始再混合，以保證反應(yīng)一開始便達(dá)到預(yù)設(shè)便達(dá)到預(yù)設(shè)pHpH。本實驗不宜選用淀粉酶催化淀粉分本實驗不宜選用淀粉酶催化淀粉分解，因為淀粉酶催化的底物淀粉在酸性條解，因為淀粉酶催化的底物淀粉在酸性條件下也會發(fā)生水解反應(yīng)。件下也會發(fā)生水解反應(yīng)。特別提醒：特別提醒：平平衡衡點點加低

16、濃加低濃度酶度酶加無機加無機催化劑催化劑不加不加催化劑催化劑T0 0時間時間加高濃加高濃度酶度酶酶酶相關(guān)曲線分析相關(guān)曲線分析酶高效性曲線酶高效性曲線在一定溫度在一定溫度(pH)(pH)范圍內(nèi)，隨溫度范圍內(nèi)，隨溫度(pH)(pH)的升高，的升高，酶的催化作用增強，超過這一范圍，酶的催化酶的催化作用增強，超過這一范圍，酶的催化作用逐漸減弱。作用逐漸減弱。過酸、過堿、高溫都會使酶變性失活，而低過酸、過堿、高溫都會使酶變性失活，而低溫只是抑制酶的活性，酶分子結(jié)構(gòu)未被破壞，溫只是抑制酶的活性，酶分子結(jié)構(gòu)未被破壞，溫度升高可恢復(fù)活性。溫度升高可恢復(fù)活性。從丙圖可以看出：反應(yīng)溶液從丙圖可以看出：反應(yīng)溶液pH

17、pH的變化不影響的變化不影響酶作用的最適溫度。酶作用的最適溫度。催催化化速速率率底物濃度底物濃度C0催催化化速速率率酶濃度酶濃度條件條件:底物足夠底物足夠底物濃度曲線底物濃度曲線酶濃度曲線酶濃度曲線條件條件: :酶量一定酶量一定, ,其其他外界條件適宜他外界條件適宜（1313海南生物卷）海南生物卷）關(guān)于溫度對酶活性影響關(guān)于溫度對酶活性影響的敘述，錯誤的是的敘述，錯誤的是A A不同酶的最適溫度可能相同不同酶的最適溫度可能相同B B隨著溫度降低，酶促反應(yīng)的活化能下降隨著溫度降低，酶促反應(yīng)的活化能下降C C酶活性最高時的溫度不適合該酶的保存酶活性最高時的溫度不適合該酶的保存D D高溫下酶失活是酶空間

18、結(jié)構(gòu)破壞的結(jié)果高溫下酶失活是酶空間結(jié)構(gòu)破壞的結(jié)果考點三考點三 細(xì)胞中的能量通貨細(xì)胞中的能量通貨-ATP1 1、ATPATP的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)：（1 1）中文名：）中文名： 磷酸腺苷實際上是組成磷酸腺苷實際上是組成 的一種的一種核苷酸，既核苷酸，既 。（2 2）ATPATP的結(jié)構(gòu)簡式：的結(jié)構(gòu)簡式： 其中其中A A代表：代表： T T代表：代表： P P代表：代表： 。（3 3）結(jié)構(gòu)特點：）結(jié)構(gòu)特點：蘊含兩種磷酸鍵即蘊含兩種磷酸鍵即 鍵和鍵和 鍵鍵在一定條件下在一定條件下 的的高能磷酸鍵容易斷裂或重新形成。高能磷酸鍵容易斷裂或重新形成。RNARNA腺嘌呤核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸腺苷腺苷三個三個磷酸磷

19、酸普通磷普通磷酸鍵酸鍵高能磷高能磷酸鍵酸鍵遠(yuǎn)離腺苷（遠(yuǎn)離腺苷（A A）2 2、ATPATP與與ADPADP的相互轉(zhuǎn)化：的相互轉(zhuǎn)化：（1 1）過程：）過程： （2 2）反應(yīng)式：）反應(yīng)式：反應(yīng)從右往左進(jìn)行時，能量來自：反應(yīng)從右往左進(jìn)行時，能量來自：反應(yīng)從左往右進(jìn)行時，能量來自：反應(yīng)從左往右進(jìn)行時，能量來自：此反應(yīng)是否為可逆反應(yīng)？為什么？此反應(yīng)是否為可逆反應(yīng)？為什么？ 光能光能( (光合作用光合作用) )，化學(xué)能，化學(xué)能( (細(xì)胞呼吸細(xì)胞呼吸) )儲存在高能磷酸鍵中的能量儲存在高能磷酸鍵中的能量反應(yīng)類型、反應(yīng)所需酶以及能量的來源、去路反應(yīng)類型、反應(yīng)所需酶以及能量的來源、去路和反應(yīng)場所都不完全相同，因

20、此和反應(yīng)場所都不完全相同，因此ATPATP和和ADPADP的相的相互轉(zhuǎn)化不是可逆反應(yīng)。但物質(zhì)是可循環(huán)利用的?；マD(zhuǎn)化不是可逆反應(yīng)。但物質(zhì)是可循環(huán)利用的。（3 3）ATPATP與與ADPADP的相互轉(zhuǎn)化的比較：的相互轉(zhuǎn)化的比較：ATPATP的合成的合成ATPATP的水解的水解反應(yīng)式反應(yīng)式 所需酶所需酶 能量來源能量來源能量去路能量去路反應(yīng)場所反應(yīng)場所（4 4）ATPATP和和ADPADP在生物體內(nèi)的含量以及轉(zhuǎn)化在生物體內(nèi)的含量以及轉(zhuǎn)化的速度：的速度：某瞬間的含量某瞬間的含量 ，一天中轉(zhuǎn)，一天中轉(zhuǎn)化總量化總量 ，原因是，原因是 。 ADPADPPiPi能量能量ATPATP ATP ADPATP AD

21、PPiPi能量能量ATPATP合成酶合成酶ATPATP水解酶水解酶光能光能( (光合作用光合作用) )，化學(xué)能化學(xué)能( (細(xì)胞呼吸細(xì)胞呼吸) )儲存在高能磷酸鍵中儲存在高能磷酸鍵中的能量的能量儲存于形成的高能儲存于形成的高能磷酸鍵中磷酸鍵中用于各項生命活動用于各項生命活動細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體葉綠體生物體的需能部位生物體的需能部位很低很低很多很多ATPATP和和ADPADP轉(zhuǎn)化的速度很快轉(zhuǎn)化的速度很快3 3、ATPATP的利用的利用（1 1）ATPATP可用于可用于 、生物發(fā)電、生物發(fā)電和發(fā)光、和發(fā)光、 、 、大腦、大腦思考等。思考等。（2 2）細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)一般與）細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)一般與 相相聯(lián)系，放能反應(yīng)一般與聯(lián)系，放能反應(yīng)一般與 相聯(lián)相聯(lián)系。能量通過系。能量通過 在在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間循環(huán)流通。正是吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間循環(huán)流通。正是由于細(xì)胞內(nèi)具有由于細(xì)胞內(nèi)具有ATPATP這種能量這種能量“通貨通貨”，細(xì)，細(xì)胞才能及時而持續(xù)地滿足胞才能及時而持續(xù)地滿足 對能量的需求。對能量的需求。細(xì)胞的主動運輸細(xì)胞的主動運輸 肌細(xì)胞收縮肌細(xì)胞收縮 細(xì)胞內(nèi)各種吸細(xì)胞內(nèi)各種吸能反應(yīng)能反應(yīng) ATPATP的水的水解反應(yīng)解反應(yīng) ATPATP的合成的合成 ATPATP分子分子 各項生命活動各項生命活動 討論：討論：生物體內(nèi)的能源及能源物質(zhì)生物體內(nèi)的能