高考生物一轮复习 第10讲降低化学反应活化能的酶和细胞的能量“通货”—ATP课件 新人教版必修1（湖南专用）.ppt

第10讲降低化学反应活化能的酶和细胞能量 通货 atp 实验设计中的变量分析 一 酶的产生 作用 本质和分类 3 本质绝大多数为蛋白质 少数为rna 故而酶为高分子化合物 组成它们的单体是氨基酸或核糖核苷酸 因为绝大多数酶是蛋白质 因此酶的合成受基因控制 在核糖体上合成 少数的酶是rna 其合成场所主要在细胞核 4 分类 1 根据酶在细胞中的分布可分为 胞外酶 如各种消化酶 胞内酶 如呼吸酶 与光合作用有关的酶 2 根据酶作用的反应物和产生器官可分为 胃蛋白酶 胰蛋白酶 唾液淀粉酶 胰和肠麦芽糖酶 胰脂肪酶 肠脂肪酶等 3 根据酶所催化的化学反应性质可分为 水解酶 氧化酶 转录酶 逆转录酶 合成酶等 友情提醒 1 活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活化态所需要的能量 2 酶可加快反应速率 缩短到达反应平衡的时间 但并不改变反应的方向和平衡点 例1 下列有关酶的说法中 不正确的是 a 不是所有的酶都在核糖体上合成b 酶在化学反应前后自身化学性质不发生改变c 酶都是活细胞产生的d 细胞环境是酶正常发挥催化作用的必要条件 d 解析 本题考查酶的产生 化学本质与作用特点 酶都是活细胞产生的 在化学反应前后自身化学性质不发生改变 大多数酶是蛋白质 少数是rna 所以不是所有的酶都在核糖体上合成 酶在适宜的条件下 就能发挥作用 不一定在细胞内 二 比较过氧化氢在不同条件下的分解 实验 1 实验原理 1 2 比较h2o2在常温 高温 过氧化氢酶 fe3 等不同条件下气泡产生的数量多少或卫生香燃烧的剧烈程度 了解过氧化氢酶的作用和意义 2 实验流程及现象分析 续表 3 实验过程的理论分析 4 实验证明的结论 1 酶具有催化作用 同无机催化剂一样都可加快化学反应速率 2 酶具有高效性 与无机催化剂相比 酶的催化效率更高 例2 下列对 比较过氧化氢在不同条件下的分解 实验结果的分析 正确的是 a 在过氧化氢酶的作用下 过氧化氢分解最快 是因为20 的肝脏研磨液的浓度高于3 5 的fecl3溶液b 3 5 的fecl3溶液对过氧化氢分解速率慢是因为其分子摩尔浓度过高 影响了酶活性的正常发挥c 肝脏研磨液中过氧化氢分解速率快 是因为酶的催化效率比一般无机催化剂的效率高d 如果将四支试管都放在90 水浴中 第4支试管 加肝脏研磨液的试管 反应速率仍为最快 c 解析 本题主要考查过氧化氢在不同条件下的分解实验 在过氧化氢酶的作用下 过氧化氢分解最快 是因为酶降低化学反应活化能的作用更显著 催化效率更高 与摩尔浓度无关 酶受温度的影响 90 条件下酶已经变性失活 不能起到催化作用 三 酶的特性 1 高效性酶的催化效率是无机催化剂的107 1013倍 这说明酶具有高效性的特点 酶的高效性是和无机催化剂相比较来说的 下图曲线中只有曲线a b相比较才可说明酶催化的高效性 a c曲线的对比可以说明酶具有催化性 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 1 在a反应物中加入酶a 反应速率较未加酶时明显加快 说明酶a催化底物a参加反应 2 在a反应物中加入酶b 反应速率和未加酶时相同 说明酶b不催化底物a参加反应 3 温和性绝大多数的酶是蛋白质 过酸 过碱和高温都能使蛋白质分子空间结构被破坏 除肽键以外的其他化学键的断裂 从而引起蛋白质分子变性 使酶永久失活 低温只使酶活性下降 在适宜的温度下 酶活性可以恢复 例3 2010 淄博摸底 现提供如下实验材料与用具 适宜浓度的蔗糖酶 唾液淀粉酶 蔗糖 淀粉4种溶液 斐林试剂 恒温水浴锅 探究哺乳动物蔗糖酶和淀粉酶的催化作用是否具有专一性 请分析回答 1 实验设计 下表中 代表加入适量的溶液 代表不加溶液 请分析 验证蔗糖酶具有专一性 可选用的试管组合是 验证淀粉酶具有专一性 可选用的试管组合是 根据单一变量原则 无法形成对照的是 2 实验步骤 取四只洁净的试管 分别编号甲 乙 丙 丁 观察实验现象并记录实验结果 3 结果预测 4 结论 解析 要验证酶的专一性 可不改变酶的种类 改变不同的底物 所以验证蔗糖酶具有专一性 选择甲 丁 都有蔗糖酶 而底物不同 同理验证淀粉酶具有专一性 选择乙和丙 两支试管中都有淀粉酶 而底物不同 从而鉴定反应产物来检测酶的专一性 答案 1 甲和丁 乙和丙 甲和乙 丙和丁 2 按照上表中的设计 向四支试管加入溶液并混匀 将试管放入37 恒温水浴锅一段时间 取出试管 分别加入适量的斐林试剂 混匀 沸水浴一段时间 3 甲 乙试管中出现砖红色沉淀 其他试管中不出现砖红色沉淀 4 酶的催化作用有专一性 四 影响酶活性的条件 的探究分析 1 温度对酶活性的影响 1 原理 温度影响酶的活性和结构 从而影响淀粉的水解 滴加碘液 根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性 2 实验设计思路淀粉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温度下检测是否出现蓝色及蓝色深浅 3 实验设计程序 4 实验的变量分析 友情提醒 本实验不宜选用斐林试剂 因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成 而该实验需严格控制不同的温度 本实验不宜选用过氧化氢酶催化h2o2分解 因为过氧化氢酶催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解也会加快 2 ph对酶活性的影响 1 原理 ph影响酶的活性和结构 从而影响氧气的生成量 可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少 2 实验设计程序取n支试管分别加入等量的同种新鲜的质量分数为20 的肝脏研磨液 用盐酸或naoh溶液调整出不同的ph 如5 5 6 0 6 5 7 0 7 5 8 0 8 5 9 0 分别滴加等量的质量分数为3 的过氧化氢溶液 用点燃但无火焰的卫生香来检验氧气的生成情况 友情提醒 本实验中也可将过氧化氢酶和h2o2分别调至同一ph 再混合 以保证反应一开始便达到预设ph 本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉分解 因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应 例4 甲图表示温度对淀粉酶活性的影响 乙图是将一定量的唾液淀粉酶和足量的淀粉混合后麦芽糖积累量随温度变化的情况 下列说法不正确的是 c a t0表示淀粉酶催化该反应的最适温度b 图甲中 ta tb时淀粉酶催化效率都很低 但对酶活性的影响却有本质的区别c 图乙中tb至tc的曲线表明随温度升高 麦芽糖的积累量不再上升 酶的活性已达到最高d 图乙中a点对应的温度为t0 解析 图甲中 ta tb时淀粉酶催化效率都很低 tb时酶已失活 图乙中a点麦芽糖的积累量增加最快 酶活性最高 对应图甲的t0点 五 影响酶促反应的因素 酶促反应受到多种因素的影响 这些因素主要包括温度 ph 酶的浓度 底物浓度等 1 温度对酶促反应的影响 酶促反应在一定温度范围内反应速率随温度的升高而加快 在一定条件下 每一种酶在某一适宜温度时活性最大 这个温度称为这种酶的最适温度 如下图所示 2 ph对酶促反应的影响 每一种酶只能在一定限度的ph范围内才表现活性 超过这个范围 酶就会失去活性 过酸或碱会使酶的分子结构遭到破坏而失去活性 在一定条件下 每种酶在某一ph时的活力最大 这个ph称为这种酶的最适ph 如图所示 3 酶浓度对酶促反应的影响 在底物充足 其他条件适宜 反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时 酶促反应速率与酶浓度成正比 如图所示 4 底物浓度对酶促反应的影响 在底物浓度较低时 反应速率随底物浓度增加而加快 反应速率与底物浓度成正相关 在底物浓度较高时 增加底物浓度 反应速率也随之加快 但不显著 当底物浓度很大且达到一定限度时 反应速率达到一个最大值此时即使再增加底物浓度 反应速率不变 如右图所示 例5 2010 浙江五校联考 下图表示在不同条件下 酶催化反应的速度 或生成物 变化 有关叙述不正确的是 a 图 虚线表示酶量增加一倍时 底物浓度和反应速度关系b 图 虚线表示增加酶浓度 其他条件不变时 生成物质量与时间的关系c 图 不能表示在反应开始后的一段时间内 反应速度与时间的关系d 若图 中的实线表示fe3 的催化效率 则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率 c 解析 本题考查酶浓度 底物浓度等因素对酶活性的影响 图 可以表示在反应开始后的一段时间内 反应速度与时间的关系 例如底物浓度一定时 随时间的延续 底物浓度越来越小 反应速度越来越小 或者时间较长后引起酶的钝化 也可导致酶促反应速度下降 六 atp的结构和功能1 atp的结构简式 a p p p 1 a表示腺苷 t表示3个 p表示磷酸基团 表示高能磷酸键 atp分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中 如果atp只去掉2个p 就是腺嘌呤核糖核苷酸 即构成rna的一种基本单位 2 一个atp分子中含有1个腺苷 3个磷酸基团 2个高能磷酸键 3 atp的一个高能磷酸键水解 形成adp 二磷酸腺苷 两个高能磷酸键水解 形成amp 一磷酸腺苷 2 atp的生理功能生物体一切生命活动都需要能量 这些能量形式主要有机械能 电能 渗透能 化学能 光能 热能等 各种形式的能量的转化都是靠atp中能量的直接转换 友情提醒 atp分子去掉两个磷酸基后的剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸 是组成rna的基本单位之一 例6 下列有关atp的叙述 不正确的是 a atp是细胞内惟一的直接供能物质b 神经纤维兴奋后恢复为静息电位时需要消耗atpc 细胞内的放能反应一般与atp的合成相联系d atp水解释放的能量可用于生物发电 发光 a 解析 本题考查atp的作用和在生物细胞内的利用 atp不是细胞内惟一的直接供能物质 实际上三磷酸鸟苷 gtp 也可以直接供能 它可以和atp相互转换 静息电位时细胞外na 浓度高于细胞内na 浓度 而形成动作电位时主要是na 内流所造成的 动作电位形成后 细胞内的na 浓度高于细胞外的 随后 通过消耗能量的主动运输将na 运到细胞外并恢复为静息电位 细胞内的吸能反应需要消耗能量 其能量一般来自于atp的水解供能 细胞内的放能反应能产生能量 产生的能量一般可供atp合成所需 七 atp与adp的相互转化1 图解 2 atp合成与atp水解的比较 续表 综上所述 虽然从物质方面看 atp和adp的相互转化过程 是可逆反应 但从酶 反应场所 能量来源方面看 不是可逆反应 所以atp和adp相互转化是不可逆的 3 特点 1 在正常生活的细胞中 atp在细胞内的含量是很少的 但是 atp与adp在细胞内的相互转化迅速 时刻不停地发生并且处于动态平衡中 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 4 意义 1 保证细胞内有一个相对稳定的能量供应库 atp中远离腺苷的那个高能磷酸键极容易水解 以保证能量及时供应 atp中远离腺苷的那个高能磷酸键极容易形成 以保证能量相对稳定和能量持续供应 2 atp在能源物质供能过程中处于核心地位 其他能源物质只有转化为atp才能为生命活动供能 在生命活动中 atp中的能量可转化为不同形式的能量 如光能 动能 电能等 例7 分析atp与adp相互转化示意图 下列有关说法正确的是 a 若图中pi代表磷酸 则b为adp c为atpb 在b c的反应中 产生的e2来源于高能磷酸键的断裂而释放出的能量c e1不是物质 对于人 动物 真菌 植物和细菌来说 e1来自细胞呼吸d c b与b c都可以伴随着放能反应和吸能反应 b 解析 若图中pi代表磷酸 则b为atp c为adp e1不是物质 则为能量 其来源对于人 动物 真菌和大多数细菌来说 来自细胞呼吸 对于绿色植物来说 则来自光合作用和呼吸作用 c b为合成atp的过程 伴随着放能反应 而b c表示atp的水解过程 其伴随着吸能反应 低温只是使酶活性降低 但是酶的空间结构并没有遭到破坏 酶不会失活 因此恢复温度可以使酶活性提高 高温使酶活性降低甚至失活 原因是高温破坏了酶的空间结构 酶一旦失活 其活性就不可恢复 一 理论归纳 1 变量的种类变量是实验设计中可以变化的因素或条件 依据变量间的相互关系 可分为以下两类 1 自变量与因变量 自变量是实验中由实验者所操纵的因素 该因素的改变将引起实验结果的相应改变 是实验要研究的因素 因变量是因自变量不同而导致的不同的实验结果 它们之间是因果关系 自变量是原因 因变量是结果 2 无关变量 无关变量是指实验中除自变量外也能影响实验现象或结果的其他因素 2 自变量的确定和控制根据实验目的 确定实验变量 进而确定控制的措施 例如 探索淀粉酶的最适温度 的实验 1 变量的确定 自变量是相同的酶处在不同温度下即温度梯度 即要 探究什么 则 什么 就是自变量 2 自变量的控制 在确定了自变量是温度梯度后 应将淀粉酶置于温度梯度下 如 25 26 27 控制变量的方法 常用的有 施加 改变 去除 等 3 无关变量的确定与控制例如 请指出探究ph对唾液淀粉酶活性的影响实验中的无关变量是什么 应如何控制 分析 在该实验中 自变量是 ph的大小 无关变量有温度 唾液淀粉酶的量 淀粉溶液的量 反应时间 加入碘液的量及时间等 在做实验时 对照组和实验组的以上因素都要相同且适宜 二 演练 某学生为了证明唾液能够使淀粉水解 进行了下面的实验 先用碘液检验一块干面包 变蓝色 他嚼碎了另一块干面包 一段时间后用斐林试剂检验 嚼碎的面包出现砖红色 得出结论 此实验设计最大的失误在于 a 未对面包做还原糖检验b 未对唾液做淀粉检验c 未对嚼碎的面包做淀粉检验d 应该用双缩脲试剂检验 a 解析 用斐林试剂检验嚼碎的面包出现砖红色说明嚼碎的面包中含有还原糖 要证明该还原糖是由唾液的催化作用产生的 还需要对面包做还原糖的检验 即需要设置对照实验 1 2010 江苏 某种蛋白酶是由129个氨基酸脱水缩合形成的蛋白质 下列叙述正确的是 a 该蛋白酶分子结构中至少含有129个氨基和129个羧基b 该蛋白酶溶液与双缩脲试剂发生作用 产生紫色反应c 利用透析法纯化该蛋白酶时 应以蒸馏水作为透析液d 用含该蛋白酶的洗衣粉去除油渍 效果比其他类型加酶洗衣粉好 b 解析 本题考查蛋白酶的化学本质 组成 结构及鉴定等 该蛋白酶只有一条链时 所含有的氨基和羧基数目都至少含有一个 a项错误 因其本质为蛋白质 故可与双缩脲试剂反应产生紫色反应 b项正确 用透析法纯化蛋白酶时 应用缓冲液作为透析液以保持蛋白酶的活性 c项错误 因酶具有专一性 油渍为脂肪 故利用蛋白酶去污比用含脂肪酶的效果差 d项错误 2 2009 重庆 下列有关酶的叙述 正确的是 a 高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性b 酶是活细胞产生并具有催化作用的蛋白质c 细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶d 细胞质中没有作用于dna的解旋酶 c 解析 高温能破坏酶的结构使其失去活性 低温抑制酶的活性 但没有破坏酶的结构 当温度升高时 酶活性可以恢复 酶是活细胞产生并具有催化作用的有机物 大多数是蛋白质 少数是rna 细胞质基质中有催化葡萄糖分解形成丙酮酸的酶 即细胞呼吸第一阶段的酶 细胞质中线粒体和叶绿体中的dna可复制转录 故其内有解旋酶 3 2009 全国 桃果实成熟后 如果软化快 耐贮运性就会差 下图表示常温下a b两个品种桃果实成熟后硬度等变化的实验结果 据图回答 1 该实验结果显示桃果实成熟后硬度降低 其硬度降低与细胞壁中的 降解有关 该物质的降解与 的活性变化有关 也与细胞壁中的 降解有关 该物质的降解与 的活性变化有关 2 a b品种中耐贮运的品种是 纤维素 纤维素酶 果胶质 果胶酶 a 解析 曲线图题型的一般解法 需要从三个方面进行解读 轴 线 点 轴 是指横坐标和纵坐标所代表的生物学含义 线 是指曲线所呈现出的变化趋势 点 是指把握曲线变化过程中 具有特定生物学含义的点或转折点 1 从图中可以看出 果实成熟后硬度的变化与细胞壁中纤维素的含量变化一致 与果胶质水解产物变化相反 可见 其硬度的降低与纤维素和果胶质的降解有关 而纤维素的降解与纤维素酶的活性有关 果胶质的降解与果胶酶的活性有关 2 a品种在成熟后 其硬度变化比较小 应耐贮运 3 从 1 的分析可以看出 果实成熟采摘后要减缓变软就是要降低酶的活性 而要降低酶的活性 就要适当降低温度 从而延缓果实软化 4 采摘后要使果实提前成熟 可以根据以上分析 适当提高贮存的温度或用乙烯进行处理 5 果实成熟过程中绿色变浅是因为叶绿素转变成了其他色素 从而叶绿素含量降低 4 甲 乙两种酶用同一种蛋白酶处理 酶活性与处理时间的关系如下图所示 下列分析错误的是 b a 甲酶能够抗该种蛋白酶降解b 甲酶不可能是具有催化功能的rn