新陈代谢与酶

1 / 11 新陈代谢与酶 第一节新陈代谢与酶 （一）学习内容： 第三章生物的新陈代谢的第一节新陈代谢与酶，第二节新陈代谢与 ATP；通过实验比较过氧化氢酶和的催化效率，探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用及探索影响淀粉酶活性的条件总结归纳作为酶所具备的特点。 （二）学习重点： 1.酶的概念、酶的催化作用特点 2.酶的特性实验完成 3.理解酶的特性与新陈代谢的关系 （三）学习难点： 1.酶的性质及其实验验证 2.酶的性质验证试验设计 （四）学习过程 ： 1.新陈代谢：是活细胞中全部有序的化学变化的总称。 理解：新陈代谢是生物最基本的特征，是生物与非生物最本质的区别。要将新陈代谢同普通的物理变化和化学变化区分开。这一点主要体现在三点上： 新陈代谢是活细胞中发生的过程； 是有序的化学反应，是受控过程； 新陈代谢的本质是化学反应，涉及物质变化和能量变化；对细胞、对生物体而言，这种有序变化是其存在的基础，是以生物体表现2 / 11 出生长、发育、遗传和变异的特征。细胞才以活的姿态出现，表现出生长、分裂、完成生命活动等特征。 2.酶 （ 1）发现 1783 年，意大利科学家 ，斯巴兰让尼 鹰的消化实验 实验目的：区分鸟类的胃的消化过程，是进行物理性消化，还是存在化学性消化。 实验设计：将肉块放入小巧的金属笼，让鹰将金属笼吞入，既保证肉块不受物理性消化的影响，同时胃液可流入笼内。 实验结果：隔一段时间后，将小笼子取出，发现笼内的肉块消失了。 结果分析：胃内具有化学性消化作用 1836 年，德国科学家施旺，从胃液中提取出消化蛋白质的物质（蛋白酶） 1926 年，美国萨姆纳从刀豆种子中提出脲酶结晶，并证实脲酶是一种蛋白质。 20 世纪 30 年代，酶是一类具有生物催化 作用的蛋白质 20 世纪 80 年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数 RNA 也具生物催化作用。 （ 2）本质：酶，是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物 理解：绝大多数酶是蛋白质成分，即一些具有生物催化作用3 / 11 的有机物，如 RNA 并非是蛋白质成分，它们具有生物酶的特点： 是活细胞可以合成的； 能够催化反应进行； 是生物体内的有机物，所以，有几点要注意： a.不是酶的本质都是蛋白质，少数 RNA 也是酶； b.不是蛋白质都能称为酶，只有是活细胞中产生具有催化作用的蛋白质才称为酶，催化作用仅为蛋白质多种功能之一； c.酶是活细 胞产生，但不一定只在活细胞内才能发挥作用，在体外条件合适情况下一样能发挥催化作用。 （ 3）特性 酶的特点在化学中已经学到，所有的酶在一定的条件下都能使生物体内复杂的化学反应迅速地进行，而酶本身不发生变化，但酶有别于无机化学催化剂。 酶具有 “ 高效性 ” 过氧化氢酶，与相比，过氧化氢酶的催化效率要高许多。通常情况下，酶的催化效率是无机催化剂的倍。也就是说，酶的催化效率是极高的，比如： 每个碳酸酐酶分子每秒能够催化个，使其与相同数量的结合，形成，是非酶催化的一百万倍。 酶具有 “ 专一性 ” 一种酶 只能作用于一种底物，或一类分子结构相似的底物： 淀粉酶只能催化淀粉水解，对蔗糖不起催化作用 4 / 11 二肽酶可以水解任何两种氨基酸组成的二肽 所以，每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。进一步讲，生物体内发生的化学反应很多，在同一时刻，机体内部不同部位不同细胞，或同一细胞不同的位置发生着千万种反应，而反应的进行依赖于酶的存在，所以，可以推论酶具有 “ 多样性 ” 。大多数酶的本质是蛋白质，蛋白质也是具有多样性特点的。特别是蛋白质的空间结构是酶发挥作用的重要基础之一。 酶需要适宜的条件 每一种酶活性的发 挥都离不开特定的环境条件，通常酶在一定的范围内才具有活性，有催化能力，超过了这个范围，就不再有催化能力，即酶失活；酶即使在活性范围内，催化能力也有高低之分，酶在改变某一环境条件下，活性也改变，当酶活性最高时，该环境条件称为最适条件，在此条件两侧，酶活性都将降低。影响因素常有： a.温度：一定范围内，酶的催化能力随温度升高而增强（）但超过 60 ，绝大多数酶就会失去活性，低温使活性降低，但分子结构未破坏，可恢复活性。酶对环境中的 pH 十分敏感，酶只有在一定的 pH 范围内才能表现出活性，随 pH 不同，酶的活性波动很大，一般最适 pH 常在 4 8 之间，不同酶情况不一样。 酶最适 pH 5 / 11 过氧化氧酶（肝） 唾液淀粉酶 脂肪酶 胰蛋白酶 胃蛋白酶 过酸，过碱和 pH 偏高或偏低，酶的活性都会明显降低至失活，通常是使酶分子结构遭到破坏而导致失活。 高温常破坏酶的分子结构而导致失活，低温也能使酶活性急剧下降，但酶的分子结构未被破坏，当温度恢复到适宜湿度时，酶活性可恢复。 这两种作用下，作为维持酶空间结构的化学键或次级键被破坏，主要是肽键，离子键，氢键，二硫键被破坏，导致酶被水解。 （ 4）酶工程 ： 盛有酶的容器 酶反应器中，利用酶的生物催化作用生产产品。 淀粉酶用于高果糖浆的生产淀粉 麦芽糖 葡萄糖 6 / 11 果糖 利用猪胰岛素生产人胰岛素等。 （ 5）新陈代谢与酶 自然界的一切生命现象都与酶的活动有关，活细胞内全部的生物化学反应，都是在酶的催化作用下进行的，生命系统既是一个需要维持稳态的系统，又是一个瞬 间就会发生一系列合成分解运动着的系统，是一个矛盾的统一体。新陈代谢中的各种化学反应是在温度、酸碱度等相对稳定的条件下进行的。要想在常态下迅速而高效地进行反应，并且尽可能地降低能量阈，这就需要生物催化剂 酶，离开了酶，新陈代谢就不能进行，生命就会停止。 第二节新陈代谢与 ATP （一）学习内容： 的生理功能的结构简式 与 ADP 的相互转化的形成途径 （二）学习重点： 的生理功能 与 ADP 的相互转化以及 ATP 的形成途径 （三）学习难点： 的结构和生理功能 的形成与转化 （四）学习过程： 7 / 11 新陈代谢中的一系列变化过程需要有酶的催化作用，同时，这些过程伴随着能量的转变与转移。 糖类是细胞的主要能源物质，脂肪是生物体内储存能量的物质。这些能源物质的最终来源都是太阳能。是通过复杂的过程转变并转移而储存在这些物质内的，并且终将以特殊形式，转化、转变才能被生物体利用，它们都不能被生物体直接利用，实际上，有机物中的能量不是绿色植物直接转移用于有机物的合成的，在所有这些变化过程中，无论是能量的储存转移，还是释放都离不开 ATP 这种特殊形式，新陈代谢所需能由细胞内的 ATP 直接提供 ， ATP 是代谢能量的直接来源。 的结构简式 （ 1）概念： ATP 三磷酸腺苷的英文缩写，是存在于生物体内的高能磷酸化合物。 高能磷酸化合物：指水解时释放的能量在以上的磷酸化合物。 ATP 水解时释放的能量高达。 （ 2）结构简式： A P P P A：代表腺苷（由腺嘌呤和核糖组成） P：代表磷酸基团。 ：代表高能磷酸键 （ 3）水解过程： 高能磷酸键水解时，生成磷酸并且释放出大量的能量。 8 / 11 与 ADP 的相互转化 ATP 分子中远离 A 的那个高能磷酸键，在一定条件下很容易水解；也容易生成。此过程伴随能量 的储存与释放， ADP 为二磷酸腺苷，含一个高能磷酸键。 ATP 在细胞内的含量是很少的； ATP 在细胞内的转化十分迅速；胞内的 ATP 的含量总处在动态平衡中，不断消耗，不断生成，保证胞内稳定供能环境。 ATP 水解时释放的能量，是生物体维持细胞分裂，根吸收矿质元素和肌肉收缩，维持体温等生命活动所需能量的直接来源。 的形成途径 对人和动物来说， ADP 转化成 ATP 所需能量来自呼吸作用，对绿色植物而言，则来自呼吸作用和光合作用 对于生命而言，能量是其能正常进行的根本，有了能量就可以完成各种活动。生物体所有的能 量几乎都来自太阳能，绿色植物通过光合作用，将光能转变成有机物中的稳定化学能，其它生物则直接或间接地以植物为食，在进食后，将食物中的能量转移到自身，合成有机物或利用，在所有这些过程中，伴随着 ATP 与 ADP 的转变，完成能量的转移、转换、储存和释放。这种不停顿的动态平衡，是生命系统的稳态性的具体表现之一，而 ATP 9 / 11 则象是在各种细胞间，流通着的 “ 能量货币 ” ，保证了各种生命活动的正常进行。 【模拟试题】 1.胃液中的蛋白酶，进入小肠后，催化活性大大降低，由于（） A.酶的催化作用只能发挥一次 B.小肠内 的温度高于胃内温度 c.肠内的 pH 值比胃内 pH 值高 D.小肠内的 pH 值比胃内 pH值低 2.在不损伤植物细胞内部结构的情况下，去除其细胞壁最好的方法是（） 淀粉酶 D.纤维素酶 3.关于酶的性质，下列表述中错误的一项是（） A.化学反应前后，酶的化学性质和数量不变 B.一但离开活细胞，酶就失去催化能力 c.酶是活细胞产生的具有催化能力的一类特殊有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是 RNA。 D.酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱条件影响 4.根据反应式：以下说法正确的是（） A.物质和能量都是可 逆的 B.物质是可逆的，能量是不可逆的 c.物质是不可逆的，能量是可逆的 D.两者均不可逆 10 / 11 5.下列关于人体细胞内 ATP 的叙述，正确的是（） A.人体细胞内贮有大量 ATP，以备生理活动需要 水解成 ADP 的反应是可逆的 只能在线粒体中生成 中含有两个高能磷酸键 6.下图中能表示动物肌细胞内 ATP 含量与供给之间关系的曲线是（） 7.关于酶的特性实验装置如下图，取标号为 A、 B、 c，三支试管各加入稀释淀粉糊 （ 1）在三支试管内各滴入革兰氏碘液，摇匀，可见试管内溶液呈 _色。 （ 2） 再在 A 管内加入胰液， B 管内加入煮沸唾液， c 管内加入唾液，然后将这三支试管放入 37 40 水浴锅中， 15 20分钟后，三支试管内溶液确切变化分别是（） A 管 _因为 _ B 管 _因为 _ c 管 _因为 _ 8.下面为绿色植物体内 ATP 与 ADP 的互换式 1