1、酶和酶和ATP第第5 5章章细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用构建知识网络构建知识网络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，活酵母细胞活酵母细胞 活细胞活细胞 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。的某些物质的某些物质酵母细胞中酵母细胞中 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 ，酵母细胞提取液酵母细胞提取液 酿酶酿酶 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 ，丙酮丙酮脲酶脲酶尿素尿素 氨和二氧化
2、碳氨和二氧化碳 蛋白质蛋白质 后来，科学家又相继获得 、等许多酶的结晶，并证明这些酶都是 ，胃蛋白酶胃蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶蛋白质蛋白质 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 1、酶、酶是活细胞活细胞产生的一类具有催化功能催化功能的有机有机物，物，大多数为大多数为蛋白质蛋白质,少数为少数为RNARNA酶的本质、作用机理及实验验证酶的本质、作用机理及实验验证2.酶的本质及功能酶的本质及功能化学本质化学本质合成原料合成原料合成场所合成场所来源来源生理功能生理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
3、关注】什么样的细胞能产生酶？什么样的细胞能产生酶？酶只在细胞内起作用吗？酶只在细胞内起作用吗？酶只有催化作用吗？酶只有催化作用吗？2.酶酶与与激素激素的比较的比较酶酶激素激素来源来源活细胞产生活细胞产生化学化学本质本质 绝大多数是蛋白绝大多数是蛋白 质，少数是质，少数是RNA生物生物功能功能催化作用催化作用共性共性专门的专门的内分泌腺内分泌腺或特定部位或特定部位细胞产生，细胞外发挥作用细胞产生，细胞外发挥作用固醇类、多肽固醇类、多肽/蛋白质蛋白质类、氨基酸类等类、氨基酸类等调节作用调节作用在生物体内均属高效能物质，在生物体内均属高效能物质，即即含量少、作用大、生物代谢不可缺少含量少、作用大、生
4、物代谢不可缺少酶的本质、作用机理及实验验证酶的本质、作用机理及实验验证3.酶的化学本质的实验验证酶的化学本质的实验验证蛋白质蛋白质类酶类酶对照组对照组实验组实验组已知蛋白液+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RNA类类酶酶对照组对照组实验组实验组已知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利用酶的专一性也可探究出酶的化学本质本质(某种酶用蛋白酶或某种酶用蛋白酶或RNA酶处理酶处理)酶的本质、作用机理及实验验证酶的本质、作用机理及实验验证例例1.下列有关酶的叙述，正确的是（下列有关酶的叙述，正确的是（）是
5、有分泌功能的细胞产生的是有分泌功能的细胞产生的 有的从食物中获有的从食物中获得，有的从体内转化而来得，有的从体内转化而来 凡是活细胞都能产生凡是活细胞都能产生酶酶 绝大多数酶是蛋白质绝大多数酶是蛋白质 有的酶是蛋白质，有的酶是蛋白质，有的是固醇有的是固醇 酶在代谢中有多种功能酶在代谢中有多种功能 在新陈在新陈代谢和生殖发育中起调控作用酶只是起催化作代谢和生殖发育中起调控作用酶只是起催化作用酶只在细胞内发挥作用用酶只在细胞内发挥作用 A.B.C.D.酶的本质、作用机理及实验验证酶的本质、作用机理及实验验证例例2.当某种当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反存在时，生物体内的某种化学反应能正常进
6、行，当这种应能正常进行，当这种RNA被有关的酶水解后，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是核酸的一种是核酸的一种B.RNA也可起生物催化剂的作用也可起生物催化剂的作用C.RNA主要存在于细胞质中主要存在于细胞质中D.RNA是该种生物的遗传物质是该种生物的遗传物质酶的本质、作用机理及实验验证酶的本质、作用机理及实验验证4.酶的作用机理酶的作用机理酶的本质、作用机理及实验验证酶的本质、作用机理及实验验证4.酶的作用机理酶的作用机理酶的本质、作用机理及实验验证酶的本质、作用机理及实验验证4.酶的作用机理：酶的作用机理：
7、显著降低活化能显著降低活化能 酶能够改变化学反应速率，但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不影响反应的方向和最终物质的浓度，本身不被消耗度，本身不被消耗 分子从常态转变为容易发生化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学反应的活跃状态所需要的能量成为成为活化能活化能，5酶酶和和一般催化剂一般催化剂的比较的比较共性：共性：具催化效率，用量少具催化效率，用量少反应前后酶的性质和反应前后酶的性质和 数量均没有变化数量均没有变化可降低反应的活化能可降低反应的活化能不同：不同：酶的催化效率高，即酶的催化效率高，即高效性高效性，1.1.酶催化活性的表示方法酶催化活性的
8、表示方法 2.2.表示酶高效性的曲线表示酶高效性的曲线 考点二考点二 与酶有关的曲线分析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，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，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，衡点，3.表示酶专一性的曲线表示酶专一性的曲线(1)在在A反应物中加入酶反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶说明酶A催化底物催化底物
9、A参加反应，参加反应，(2)在在A反应物中加入酶反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明，反应速率和未加酶时相同，说明酶酶B不催化底物不催化底物A参加反应，参加反应，知识拓展知识拓展具有专一性的物质归纳具有专一性的物质归纳(1)(1)酶：每一种酶只能催化酶：每一种酶只能催化一种或一类一种或一类化学反应，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在特定的切点上切割DNADNA分子，分子，(2)(2)载体：某些物质通过细胞膜时需要载体协助，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
10、膜选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）择透过性的基础，（受体同上）(3)(3)激素：激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，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，性结合的受体，(4)tRNAtRNA(4)tRNAtRNA有有6161种，每种种，每种tRNAtRNA只能识别并转运只能识别并转运一种氨基酸，一种氨基酸，(5)(5)抗体抗体/效应效应T T细胞：一种抗原只能与相应的抗体细胞：一种抗原只能与相应的抗体或效应或效应T T细胞发生特异性结合，细胞发生特异性
11、结合，（6 6）神经递质：只作用于突触后膜，使其兴奋或）神经递质：只作用于突触后膜，使其兴奋或抑制抑制4.4.温度、温度、pHpH影响酶活性的曲线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强酸、强碱、高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性，失去活性，5.5.底物浓度影响酶活性的曲线底物浓度影响酶活性的曲线 达到一定浓度后不再增加，达到一定浓度后不再增加，原因是受到酶数量和酶活性的原因是受到酶数量和酶活性的限制，限制，6.6.酶浓度酶浓度影响酶活性的曲线影响酶活性的曲线 在底物充足、其他条件适在底物充足、其他条件适宜且固定的条件下，酶促反应宜且固定的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比
12、，速率与酶浓度成正比，7.7.影响酶活性的曲线影响酶活性的曲线 （1 1）纵坐标为反应物剩余量，剩的越多，生成）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，物越少，反应速率越慢，（2 2）图示）图示pH=7pH=7时，反应物剩余量最少，应为最适时，反应物剩余量最少，应为最适pHpH，（3 3）当）当pHpH改变时，最适温度保持不变，改变时，最适温度保持不变，下图表示某反应物剩余量随下图表示某反应物剩余量随pHpH及温度的变化及温度的变化情况，正确的是情况，正确的是()A A该酶的最适温度是该酶的最适温度是3737B B随着随着pHpH的升高，酶的活性先降低后增大的升高，酶的活性
13、先降低后增大C C随着温度的升高，酶的最适随着温度的升高，酶的最适pHpH不变不变D D随着温度的升高，酶的活性逐渐降低随着温度的升高，酶的活性逐渐降低C（20092009广东广东3 3）水稻细胞内合成的某物质，能够在）水稻细胞内合成的某物质，能够在常温下高效分解淀粉，该物质常温下高效分解淀粉，该物质A.A.在在4 4C C条件下易变性条件下易变性 B B只含有只含有C C、H H、O OC C也能催化淀粉合成也能催化淀粉合成 D D含有羧基含有羧基“汉水丑生的生物同行”超级群大型公益活动：历年高考题PPT版制作。本课件为公益作品，版权所有，不得以任何形式用于商业目的。2012年1月15日，汉
14、水丑生标记。D 下列关于酶的叙述中，正确的是下列关于酶的叙述中，正确的是 A.A.酶均是由活细胞合成的，具有高效性、酶均是由活细胞合成的，具有高效性、专一性专一性 B.B.与光合作用光反应有关的酶分布在类囊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体薄膜上和叶绿体基质中 D.D.人体中酶的活性受温度、人体中酶的活性受温度、pHpH的影响，并的影响，并只能在人体内中起作用只能在人体内中起作用 C.C.酶的形成都要经过核糖体的合成、内质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，一是以高考对本实验的考查，一是以图表
15、分析题图表分析题形式分析实验过程的合理性，形式分析实验过程的合理性，注重考查实验过注重考查实验过程及结果的评价与修订程及结果的评价与修订；二是；二是考查实验原理、考查实验原理、方法、思路分析及操作步骤的设计方法、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：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，实验原理：新鲜的肝脏中含有过氧化氢，Fe3+Fe3+是一种无机催化剂，都可以催化过氧是一种无机催化剂，都可以催化过氧化氢分解成水和氧，化氢分解成水和氧，酶的高效性的验证实验分析酶的高效性的验证实验分析1.实验设计及现象分析实验设计及现象分析试试管管号号3
16、%3%H H2 2O O2 2 控制变量控制变量点燃的卫点燃的卫生香检测生香检测实验处理实验处理H H2 2O O2 2分解速度分解速度(气泡多少气泡多少)1 12ML2ML2 22ML2ML9090水浴加热水浴加热3 32ML2ML滴加滴加3%3%氯化铁氯化铁2 2滴滴4 42ML2ML滴加滴加20%20%肝脏研肝脏研磨液磨液2 2滴滴很少很少较多较多发亮发亮很多很多复燃复燃无无酶的高效性的验证实验分析酶的高效性的验证实验分析试管号3%H2O2 控制变量点燃的卫生香检测实验处理H2O2分解速度(气泡多少)12ML22ML9090水浴加热32ML滴加3%氯化铁2滴42ML滴加20%肝脏研磨液2
17、滴很少很少较多较多发亮发亮很多很多复燃复燃无无2.实验过程的变量及对照分析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酶的高效性的验证实验分析3.实验结论实验结论事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的 倍。倍。酶的高效性的验证实验分析酶的高效性的验证实验分析例例4.下图表示过氧化氢被分解的曲线，可说明酶具有下图表示过氧化氢被分解
18、的曲线，可说明酶具有()专一性专一性 高效性高效性 催化特性催化特性 在温和条件下进行在温和条件下进行 A.B.C.D.AABBCDA1、图中哪个英文字母代表酶？判定依据是什么？、图中哪个英文字母代表酶？判定依据是什么？2、如果、如果B代表蔗糖，代表蔗糖，C和和D各代表什么？各代表什么？3、如果、如果B代表脂肪，代表脂肪，C和和D各代表什么？各代表什么？酶的专一性的验证实验分析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，用具有专一性，要求完成实验设计、补充
19、实验步骤、预要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出结论，测实验结果、得出结论，实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、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，斐林试唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉四种溶液，斐林试剂、试管、剂、试管、37恒温水浴锅，沸水浴锅，恒温水浴锅，沸水浴锅，如何通过实验验证酶的专一性一种酶只能催化一种或一类反应一种酶只能催化一种或一类反应对照组对照组实验组实验组1231 1号试管加入号试管加入2mL2mL蔗糖溶液蔗糖溶液2 2号试管加入号试管加入2mL2mL淀粉溶液淀粉溶液分别加入新鲜淀粉酶溶液分别加入新鲜淀粉酶溶液2mL2mL，振荡，放在，振荡，放
20、在5050左右的水浴中保温左右的水浴中保温5min5min分别加入分别加入1mL1mL斐林试剂，振荡，放在斐林试剂，振荡，放在6060左右左右的水浴中保温的水浴中保温2min2min影响酶活性的条件的探究分析影响酶活性的条件的探究分析1.温度对酶活性的影响温度对酶活性的影响根据是否出现蓝根据是否出现蓝色及蓝色的深浅色及蓝色的深浅可判断酶的活性可判断酶的活性特别关注：本实验可选用斐林试剂吗？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？能先加酶再保持各自温度吗？在最适温度的两侧，反应速率都比较在最适温度的两侧，反应速率都比较较高的温度容易使酶的较高的温度容易使酶的 遭到破坏而遭到破
21、坏而失去失去 。低温不会使酶失去活性，低温时酶活低温不会使酶失去活性，低温时酶活性降低，但若再给予适宜的温度，酶活性又增强。性降低，但若再给予适宜的温度，酶活性又增强。每种酶都有自己的每种酶都有自己的低低活性活性最适温度最适温度空间结构空间结构影响酶活性的条件的探究分析影响酶活性的条件的探究分析2.PH对酶活性的影响对酶活性的影响原理：原理：设计思路设计思路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，特别关注：不宜用淀粉酶催化淀粉水解，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因为淀粉在酸性条件下也会发生水解反应应过氧
22、化氢酶过氧化氢酶在最适合的在最适合的pH下，下，酶的活性酶的活性 最高最高空间结构空间结构在过酸过碱的条件下，都会使酶的在过酸过碱的条件下，都会使酶的 遭到破坏而失去遭到破坏而失去 。活性活性PH酶的名称酶的名称最适最适PHPH胃蛋白酶胃蛋白酶2 2唾液淀粉酶唾液淀粉酶 7 7胰蛋白酶胰蛋白酶8 8过酸过碱和高温过酸过碱和高温-酶被杀死，酶被杀死，低温低温-酶暂时失活酶暂时失活影响酶促反应速率的因素：影响酶促反应速率的因素：1 1、温度、温度3 3、酶的浓度：、酶的浓度：反应速率随反应速率随 酶浓度的升高而加快，酶浓度的升高而加快，4 4、底物浓度：、底物浓度：在一定浓度在一定浓度 范围内，反
23、应速率随浓范围内，反应速率随浓 度的升高而加快，但达度的升高而加快，但达 到一定浓度，反应速率到一定浓度，反应速率 不再变化不再变化酶促反应速率酶促反应速率酶的浓度酶的浓度酶促反应速率酶促反应速率底物浓度底物浓度酶量一定酶量一定2 2、pHpH与酶有关的曲线解读与酶有关的曲线解读例例.下图表示在不同条件下，酶催化反应的速率（或生成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图虚线表示酶量加一倍后，底物浓度和反应速率的关系关系B.图虚线表示增加酶浓度，其他条件不变时，
24、生成物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与时间的关系D.若图中的实线表示若图中的实线表示Fe3+的催化效率，则虚线可表示过的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率氧化氢酶的催化效率ATP 三磷酸腺苷三磷酸腺苷全称全称ATP腺苷腺苷三个三个磷酸基团磷酸基团（高能磷酸化合物）（高能磷酸化合物）一：什么是一：什么是ATP？PPP核糖核糖腺嘌呤腺嘌呤P核糖核糖腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸三磷酸腺苷三磷酸腺苷与与腺嘌呤核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸
25、的区别：的区别：ATP ATP是一类是一类高能磷酸化合物高能磷酸化合物APPP 代表腺苷代表腺苷代表磷酸基团代表磷酸基团代表一种特殊的化学键，代表一种特殊的化学键，叫做高能磷酸键叫做高能磷酸键ATPATP的结构简式的结构简式 通常我们把水解时放出的能量在通常我们把水解时放出的能量在20.92千焦每摩尔千焦每摩尔以上的磷酸化合物叫做高能磷酸化合物以上的磷酸化合物叫做高能磷酸化合物ATPADP合成酶分解酶释放能量PiPi各生命活动各生命活动光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用ADPADP转化成转化成ATPATP时所需能量的主要来源时所需能量的主要来源动物、人、动物、人、真菌、多数细菌等真菌、多数细菌等
26、绿色植物绿色植物能能 量量呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用光光合合作作用用ADP+Pi+ATP 酶酶糖类、脂肪等有糖类、脂肪等有机物氧化分解机物氧化分解2 2、ATPATP与与ADPADP的相互转化：的相互转化：ATP ADP+Pi+能量酶酶1 酶酶2酶不同酶不同：酶酶1是水解酶，酶是水解酶，酶2是合成酶，是合成酶，能量来源不同能量来源不同：ATPATP水解释放的能量：来自高能磷酸键的化学能，并用水解释放的能量：来自高能磷酸键的化学能，并用 于生命活动，于生命活动，合成合成ATPATP的能量：的能量：来自呼吸作用或光合作用，来自呼吸作用或光合作用，场所不同场所不同：ATPATP水解在细胞的各处
27、，水解在细胞的各处，ATPATP合成在线粒体，叶绿体，细胞质基质，合成在线粒体，叶绿体，细胞质基质，总结：总结：物质可逆，能量不可逆，整体上是不可逆反应，物质可逆，能量不可逆，整体上是不可逆反应，生物体内（细胞中）能源物质：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（细胞中）主要能源物质：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：植物细胞中储存能量的物质：植物细胞中储存能量的物质：动物细胞中储存能量的物质：动物细胞中储存能量的物质：被称为被称为“生命的燃料生命的燃料”的物质：的物质：进行各项生命活动的直接能源物质：进行各项生命活动的直接能源物质：进行各项
28、生命活动的最终能源物质：进行各项生命活动的最终能源物质：糖类、脂肪、蛋白质糖类、脂肪、蛋白质糖类糖类糖元糖元 脂肪脂肪脂肪脂肪葡萄糖葡萄糖ATPATP太阳能太阳能ATPATP能量的直接来源能量的直接来源4、生物体内能源物质总结、生物体内能源物质总结淀粉淀粉 脂肪脂肪例例12.生物体内既能储存能量，又能为生命活动生物体内既能储存能量，又能为生命活动直接提供能量的物质是（直接提供能量的物质是（）A、葡萄糖、葡萄糖 B、糖元、糖元 C、三磷酸腺苷、三磷酸腺苷 D、脂肪、脂肪例例15.10个个ATP所含的高能磷酸键数目是（所含的高能磷酸键数目是（）A、5个个 B、10个个 C、15个个 D、20个个CD
