1、第6讲 酶与ATP,一、酶在细胞代谢中的作用,二、酶的本质和特性,必备知识,三、ATP,突破1 酶的拓展及验证实验,突破2 ATP的结构与作用,深化突破,突破3 实验探究酶催化的专一性、有效性及影响酶活性的因素,核心构建,网络构建,要语强记,一、酶在细胞代谢中的作用 1.细胞代谢 细胞中各种 化学反应 的统称,是细胞生命活动的基础。 2.酶的作用机理 (1)活化能: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。 (2)作用机理:降低化学反应的 活化能 。,必备知识,3.酶的作用机理分析(1)没有酶催化的反应曲线是 a 。 (2)有酶催化的反应曲线是 b 。 (3)AC段的含义
2、是 在无催化剂催化 条件下,反应所需的活化能。 (4)BC段的含义是 酶降低的活化能 。 (5)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则B点将向 上 移动。,二、酶的本质和特性,1.酶本质的探索 Af Ba Cc Dd、e Eb,2.酶的本质、基本单位及合成场所,3.酶的特性(连一连)Ac Ba Cb,1.写出ATP的结构简式和简式中A、P所代表的含义 (1)结构简式: APPP 。 (2)A: 腺苷 ;P: 磷酸基团 。,2.图中a是 高能磷酸键 ,其中 远离A的高能磷酸键 易形成 和断裂。,3.图中b为 高能磷酸键水解释放能量 的过程,其作用是 为各 项生命活动提供能量 。,1.酶由活细胞产
3、生,且只能在活细胞发挥作用。 ( ),2.体内乙醇浓度越高,与乙醇分解相关的酶促反应速率越快。 ( ),3.酶通过降低反应活化能来调节细胞代谢。 ( ),4.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物。 ( ),5.纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁。 ( ),6.同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同,代谢不同。 ( ),7.能产生酶的细胞一定能产生ATP,能产生ATP的细胞不一定能产生 酶。 ( ),8.酶制剂适于低温下保存,是因为低温时酶活性很低,但空间结构稳定。 ( ),9.ATP中高能磷酸键水解可释放能量。 ( ),10.能够直接给细胞生命活动提供能量的只有ATP。 ( )
4、,11.淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖不需要ATP提供能量。 ( ),12.ATP可为物质跨膜运输提供能量。 ( ),13.ATP在细胞内大量存储,以保证细胞的能量需要。 ( ),14.萤火虫尾部发光细胞中含有荧光素酶,可以催化荧光素与氧发生化 学反应。 ( ),突破1 酶的拓展及验证实验1.酶的特性 (1)高效性,深化突破,与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。 a、b酶具有高效性;a、c酶具有催化作用。 (2)专一性:每一种酶只能催化一种或一类化学反应,这说明酶的催化作 用具有专一性的特点,酶的专一性的解释常用“锁和钥匙学说”。如图 所示:(3)作用条件较温和:低温抑制酶活性,但不破坏酶空间结构
5、;高温、强 酸、强碱会破坏酶空间结构,从而使酶发生不可逆转的变性或失活。,知能拓展 酶、激素与维生素的比较,2.影响酶促反应的因素曲线分析 (1)温度和pH对酶促反应的影响甲 乙 丙,分析甲、乙图,在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化 作用增强,超过这一范围,酶的催化作用逐渐减弱。 过酸、过碱、高温都会使酶变性失活,而低温只是抑制酶的活性,此 时酶空间结构未被破坏,温度升高时可恢复活性。 从丙图可以看出:反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。,甲(在酶量一定情况下) 乙(在底物足量情况下) 甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率随底物浓度增 加而加快,但当
6、底物达到一定浓度后,受酶数量限制,酶促反应速率不再增加。 乙图:在其他条件适宜、底物足量情况下,酶促反应速率随酶浓度的增加而加快。,(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响,1.试剂检测法鉴定酶的本质,2.“四步法”分析酶促反应曲线 (1)识标:“识标明变量”。明确酶促反应曲线坐标图中横坐标(自变量) 和纵坐标(因变量)的含义。 (2)析线:“析线理关系”。分析酶促反应曲线走势,明确因变量怎样随 自变量的变化而变化。如“上升”“下降”“先升后降”“先升后 稳”“水平”等。 (3)明点(特殊点):“抓点求突破”。明确酶促反应曲线中起点、终点、 顶点、拐点、交叉点等表示的生物学含义。,(4)判断:“
7、先分后合巧辨析”。对于多条酶促反应曲线图,根据曲线上 不同标示物识别曲线所代表的意义(有的曲线直接标出),首先对每一条 曲线单独分析,进行比较,判断曲线间有无联系或找出相互关系,然后综 合分析。,考向1 以基础判断或模型的形式,考查酶的作用 1.(2018北京顺义期末)下列有关生物体内的酶叙述,正确的是 ( C ) A.酶的基本组成单位是氨基酸或脱氧核糖核苷酸 B.酶活性的变化与酶所处的环境的改变无关 C.酶的空间结构破坏会导致其活性部分或全部丧失 D.唾液淀粉酶催化反应和保存最适温度均是37 ,解析 酶的化学本质是蛋白质或RNA,所以酶的基本组成单位是氨 基酸或核糖核苷酸,A错误;酶活性受温
8、度、pH的影响,故B错误;酶的空 间结构破坏导致其活性部分或全部丧失,C正确;唾液淀粉酶催化反应的 最适温度为37 ,其适合在低温保存,D错误。,2.如图表示某反应进行时,有酶参与和无酶参与的能量变化,则下列叙述 正确的是 ( D ),A.此反应为放能反应 B.曲线表示有酶参与 C.E1为反应前后能量的变化 D.酶参与反应时,所降低的活化能为E4,解析 曲线是有酶催化条件下的能量变化,其降低的活化能为E4,反应前后能量的变化应为E3,反应产物的能量值比底物的高,此反应为吸能反应。,考向2 以曲线或模型分析的形式,考查影响酶促反应速率的因素 3.(2018北京东城期末)甲图是某类酶发挥催化作用的
9、模型。酶的抑制 剂可以与酶结合并降低其活性,乙、丙两图分别表示两种不同类型抑制 剂的作用原理。相关叙述不正确的是 ( ),A.底物与酶活性部位互补时,酶才能发挥作用,因此酶有专一性 B.抑制剂与底物空间结构相似,竞争酶的活性部位 C.抑制剂会通过改变酶的结构进而影响酶促反应速率 D.两种抑制剂对酶促反应的影响均可通过提高底物浓度来缓解,答案 D 解析 由题图可知,底物与酶活性部位互补时,酶才能发挥作用,这 体现了酶的专一性,A正确;抑制剂与底物结构相似,二者竞争酶的活 性部位,B正确;抑制剂与酶结合后,使活性部位的形状改变,底物不能 与活性部位结合,造成酶促反应速率下降,C正确;提高底物浓度只
10、能减 弱抑制剂的作用效果,D错误。,4.将A、B两种物质混合,T1时加入酶C。如图为最适温度下A、B浓度的 变化曲线。叙述错误的是 ( C ) A.酶C降低了A生成B这一反应的活化能 B.该体系中酶促反应速率先快后慢 C.T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的 D.适当降低反应温度,T2值增大,解析 本题考查酶促反应过程中酶的作用。由图示中A、B物质变 化曲线知,A、B分别为反应物和生成物,酶C的作用是降低A 生成B这一 反应的活化能,A 正确;随反应物浓度降低,该体系中酶促反应速率先快 后慢,B正确;T2后因A浓度降低导致了反应速率下降,从而导致B浓度增 加缓慢,C错误;该图为最适温度下的酶促反
11、应曲线,若适当降低反应温 度,达到反应平衡的时间会延长,T2值会增大,D正确。,由表可以看出,ATP的合成和ATP的水解所需的酶、能量来源、能量去路都不同,反应场所也不完全相同,因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应。,2.ATP与光合作用及细胞呼吸的关系 (1)与光合作用的关系:(2)与细胞呼吸的关系:,3.细胞内产生与消耗ATP的生理过程,1.ATP产生量与O2供给量之间的关系(1)在无氧条件下,生物细胞可通过无氧呼吸分解有机物,产生少量ATP。,知能拓展,(2)随O2供给量增多,有氧呼吸明显加强,ATP产生量随之增加;但当O2供 给量达到一定值后,ATP产生量不再增加,此时的限制因素
12、可能是酶、 有机物、ADP、磷酸等。 (3)当横坐标表示呼吸强度时,ATP产生量曲线应从原点开始。,2.不同物质中“A”代表的含义,考向1 结合生物体中发生的生理过程,考查ATP的结构与作用 1.(2018北京大兴期末)ATP是生物体内重要的化合物,下列有关说法正 确的是 ( A ) A.ATP中远离A的高能磷酸键易水解 B.ATP的合成一定伴随着有机物的氧化分解 C.无氧时酵母菌产生ATP的主要场所是线粒体内膜 D.剧烈运动时骨骼肌细胞内ATP的积累量迅速增加,解析 ATP中远离A的高能磷酸键易水解,释放大量能量,A正确;光合作用和细胞呼吸都能产生ATP,光合作用中ATP的合成依赖于光能,B
13、错误;无氧呼吸酵母菌在细胞质基质中产生ATP,C错误;剧烈运动时骨骼肌细胞内 ATP与ADP迅速转化,但ATP不能迅速增加,D错误。,2.在下列四种化合物的化学组成中,“”中所对应的含义最接近的是 ( D )A. B. C. D.,解析 根据题意,“”中所对应的含义分别为:一磷酸腺苷(AMP)即 腺嘌呤核糖核苷酸,腺嘌呤,DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸,RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸,腺苷,腺苷。,考向2 依托反应式或相关图示,考查生物体中ATP与ADP的转化 3.如图是生物体内ATP合成与分解示意图,下列叙述正确的是 ( B )A.能量1可以来自蛋白质水解为氨基酸的过程 B.能量1可以来自丙
14、酮酸的氧化分解 C.能量2可以用于叶绿体中H2O的光解 D.能量2可以用于光合作用中CO2的固定,解析 能量1为ADP合成ATP时消耗的能量,来自光合作用和呼吸 作用,如呼吸作用第二阶段丙酮酸的氧化分解,A错误,B正确;用于叶绿 体中H2O光解的能量来自光能,C错误;能量2可用于光合作用中C3的还 原,CO2固定不消耗能量,D错误。,4.萤火虫尾部发光器能发光的机理如图所示。ATP快速荧光检测仪中 含有荧光素、荧光素酶等物质,用来快速检测食品表面的微生物。下列 说法正确的是 ( ),A.ATP是细胞中的能量货币,细胞中储存大量ATP为生命活动供能 B.ATP快速荧光检测仪只能检测是否有微生物残
15、留,不能检测数量 C.ATP快速荧光检测仪既可以检测残留的需氧型微生物,也可以检测厌 氧型微生物 D.荧光素酶可以催化荧光素转化为荧光素酰腺苷酸,答案 C 解析 ATP是细胞中的能量货币,但细胞中储存的ATP较少,A错误;根据图示可知,微生物残留量越多,产生的ATP越多,所发荧光强度越强,B错误;ATP快速荧光检测仪能检测残留的所有能产生ATP的微生物,C正确;荧光素酶可以催化荧光素酰腺苷酸转化为氧合荧光素,D错误。,(2)比较过氧化氢在不同条件下的分解,(3)变量分析:,2.探究酶的专一性 (1)设计思路:常见的方案有两种,即底物相同但酶不同或酶相同但底物 不同,最后通过观察酶促反应能否进行
16、得出结论。 (2)设计方案,3.梯度法探究酶的最适温度 (1)实验原理 淀粉 麦芽糖蓝色 无蓝色出现 温度影响淀粉酶活性,从而影响淀粉的分解,滴加碘液后,根据蓝色深 浅来判断淀粉分解状况,进而推断出酶活性变化。,(2)实验探究思路 淀粉t1温度下+淀粉酶t1温度下 淀粉t2温度下+淀粉酶t2温度下 淀粉tn温度下+淀粉酶tn温度下 检验蓝色的出现及深浅,常见的与酶有关的实验设计思路,注:根据实验目的,有些实验需设置相互对照,设两个或两个以上实 验组。如探究酶作用的最适温度(或pH)时,应按一定的自变量梯度设置 多个实验组,通过对比实验结果找出酶的最适温度(或pH)。,考向1 以实验分析或探究形
17、式考查酶的催化作用与特性 1.某实验小组利用过氧化氢做了如下实验。则相关说法正确的是 ( ),A.能证明酶具有高效性的组别是a组和c组 B.设计e组的目的是排除肝脏研磨液中其他物质对结果的影响 C.将实验中常温改为90 水浴,气泡产生最多的试管是a组 D.实验c组和d组对照不能说明温度对酶活性有影响,答案 B 解析 实验中b组和c组对照说明酶具有高效性,a组和c组对照说明 酶具有催化作用,A错误;实验设计e组的目的是排除肝脏研磨液中除了 过氧化氢酶之外的其他物质对实验的干扰和影响,B正确;若实验温度均 为90 ,c组、d组中酶失活,则a组、c组、d组试管中过氧化氢分解产生 较多气泡,b组试管中
18、过氧化氢分解产生更多气泡,C错误;实验c组和d组 对照能说明高温会降低酶活性,D错误。,2.如表是关于酶专一性的实验设计,相关叙述正确的是(多选) ( ),A.该实验的自变量是酶的种类,无关变量是底物的用量、反应温度等 B.步骤3可以选用新鲜的淀粉酶或蔗糖酶 C.若步骤3选用新鲜的淀粉酶,则现象A是产生砖红色沉淀,B无砖红色 沉淀 D.该实验还可选用碘液作为检测试剂,答案 BC 解析 本实验用同种酶催化两种不同的物质来研究酶的专一性, 自变量是底物的种类,A错误;酶可以选择新鲜的淀粉酶或蔗糖酶,B正 确;若选择新鲜的淀粉酶,试管中的淀粉被水解生成还原性糖,所以现 象A是产生砖红色沉淀,试管中的
19、蔗糖不能被淀粉酶催化水解,蔗糖是 非还原性糖,所以现象B是无砖红色沉淀,C正确;蔗糖及蔗糖水解产物都 不能跟碘液发生颜色反应,故用碘液无法判断蔗糖是否被催化水解,D错 误。,考向2 以实验分析或评价的形式,考查影响酶活性的因素 3.为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计合理的是 ( B ),A.实验 B.实验 C.实验 D.实验,解析 过氧化氢受热易分解,不宜用过氧化氢及过氧化氢酶探究温 度对酶活性的影响,实验不合理;蔗糖酶不能催化淀粉水解,实验不 合理;淀粉在酸性条件下会分解,且斐林试剂呈碱性,能与酸性物质发生 反应,因此淀粉及淀粉酶溶液不适合用于探究pH对酶活性的影响,实验 不合理
20、。,4.研究小组的同学取若干鸡蛋的蛋清煮熟,切成若干1 cm3的正方体(蛋 白块),进行pH对某种蛋白酶活性的影响实验。他们分别设计了如下实 验步骤: 方案一:取试管加调节pH的缓冲液加蛋白酶加蛋白块共同置 于适宜温度条件下一段时间后观察并记录蛋白块消失的时间; 方案二:取试管加蛋白酶加蛋白块加调节pH的缓冲液共同置 于适宜温度条件下一段时间后观察并记录蛋白块消失的时间。 以上操作和试剂使用均符合实验要求。,(1)两种方案中合理的是 ,简述理由 。 (2)根据合理方案实施过程记录数据如下表:,根据上述结果,概述pH与该蛋白酶活性的关系: 。 (3)除pH外,还可选择 (写出两种)方法使实验能在
21、更短的时间内完成。,答案 (1)方案一 酶具有高效性,酶和底物一旦接触会发生催化作用, 干扰实验结果,应让酶和底物在相应pH环境中接触 (2)在一定范围内 (pH约为12时),随pH升高,酶活性逐渐增强,pH=2左右时达到峰值,之后 随pH升高,酶活性逐渐减弱 (3)提高酶的浓度、将蛋白块切得更小些 解析 本题考查影响酶催化效率的实验设计,解答本题时,可根据实验 目的确定实验的自变量,根据酶的高效性分析两种实验方案的科学性。 (1)对于pH对某种蛋白酶活性的影响实验,实验的自变量应是pH。两种 方案中方案一可以控制酶在不同pH下的催化反应,方案二蛋白酶与蛋,白块混合后即高效催化蛋白块的水解,影
22、响实验结果的准确性。(2)蛋 白块消失时间越短,说明蛋白酶的活性越强,根据表中数据可知,在一定 范围内(pH约为12时),随pH升高,酶活性逐渐增强,pH=2左右时酶活性 最高,之后随pH升高,酶活性逐渐减弱。 (3)在反应物的量一定的前提下,可以增加酶浓度或将蛋白块切得更小 些,增加酶与反应物的接触面积,从而加快反应速度,使实验在更短的时 间内完成。,网络构建,核心构建,填充: APPP ATP ADP +Pi+能量 光合作用 蛋白质 RNA 高效性 专一性 作用条件较温和 降低化学反应 的活化能,要语强记 1.一个本质 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, 少数酶是RNA。,2.两个必清 (1)ATP是细胞生命活动的直接能源物质。 (2)细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性。,
