第8讲降低化学反应活化能的酶和细胞中的能量通货--ATP

1、1.1.酶的化学本质和作用原理酶的化学本质和作用原理2.2.酶在代谢中的作用酶在代谢中的作用3.3.探究影响酶活性的条件探究影响酶活性的条件( (实验设计实验设计) )4.ATP4.ATP的结构和转化的结构和转化5.ATP5.ATP在能量代谢中的作用在能量代谢中的作用 考点一降低化学反应活化能的酶考点一降低化学反应活化能的酶一、酶的产生、作用、本质和分类一、酶的产生、作用、本质和分类 1 1、酶的作用机理：、酶的作用机理：酶酶 （能或（能或不能）为反应提供能不能）为反应提供能量，酶是通过降低化量，酶是通过降低化学反应的学反应的 来来提高反应速度。提高反应速度。2 2、酶的本质及生理功能：、酶的

2、本质及生理功能：酶的本质各项比较：酶的本质各项比较：不能不能活化能活化能化学本化学本质质绝大多数是绝大多数是 。 少数是少数是 。 合成原合成原料料 合成场合成场所所 来源来源一般来说，一般来说， 细胞都能产生酶细胞都能产生酶生理功生理功能能 作用原作用原理理 蛋白质蛋白质RNARNA氨基酸氨基酸核糖核苷酸核糖核苷酸核糖体核糖体细胞核细胞核活活 具有生物催化作用具有生物催化作用降低化学反应的活化能降低化学反应的活化能酶化学本质的实验验证：酶化学本质的实验验证：A A、试剂鉴定法：、试剂鉴定法：使用的试剂是使用的试剂是 。 证明某种酶是蛋白质还是证明某种酶是蛋白质还是RNARNA实验组实验组1

3、1：待测酶液待测酶液 试剂试剂是否出现是否出现 反应反应实验组实验组2 2：待测酶液待测酶液 染液染液是否呈现是否呈现 色色对照组对照组1 1：已知蛋白液双缩脲试剂已知蛋白液双缩脲试剂出出现紫色反应现紫色反应对照组对照组2 2：已知已知RNARNA溶液吡罗红染液溶液吡罗红染液出出现红色现红色双缩脲试剂和双缩脲试剂和吡罗红染液吡罗红染液双缩脲试剂双缩脲试剂吡罗红染液吡罗红染液紫色紫色红色红色B B、利用酶的专一性原理进行证明：、利用酶的专一性原理进行证明：待测酶溶液待测酶溶液 进行催化实验进行催化实验待测酶溶液待测酶溶液 进行催化实验进行催化实验 测测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.在催化某一反应时，与其他一般无机催在催化某一反应时，与其他一般无机催化剂一样，能显著降低反应的活化能，提化剂一样，能显著降低反应的活化能，提高反应速率，缩短达到平衡的时间，但并高反应速率，缩短达到平衡的时间，但并不改变反应的方向和平衡常数；不改变反应的方向和平衡常数；b.b.反应前后酶的性质和数量均没有变化。反应前后酶的性质和数量均没有变化。（1313年全国课标卷年全国课标卷）关于酶的叙述，关于酶的叙述，错误的是错误的是 A A同一种酶可存在于分化程度不同的活同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中细胞中B B低温能降低酶活性的原因是其破坏了低温能

5、降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构酶的空间结构C C酶通过降低化学反应的活化能来提高酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度化学反应速度D D酶既可以作为催化剂，也可以作为另酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个化学反应的底物一个化学反应的底物（1414年福建卷）年福建卷）用蛋白酶去除大肠杆菌用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是糖体中能催化该反应的物质是A.A.蛋白酶蛋白酶 B.RNAB.RNA聚合酶聚合酶 C.RNA D.C.RNA

6、D.逆转录酶逆转录酶（20122012海南）海南）下列操作中，不可能导致下列操作中，不可能导致淀粉酶活性发生变化的是淀粉酶活性发生变化的是A.A.淀粉酶溶液中加入强酸淀粉酶溶液中加入强酸 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.淀粉酶经高温烘干制成粉剂淀粉酶经高温烘干制成粉剂二、酶的特性：二、酶的特性：1 1、比较过氧化氢在不同条件下的分解速率：、比较过氧化氢在不同条件下的分解速率：实验原理：实验原理：过氧化氢溶液在酶或其他催化剂的作用下过氧化氢溶液在酶或其他催化剂的作用下可以分解产生氧气，氧气可以助燃，通过可以分解

7、产生氧气，氧气可以助燃，通过观察带火星木条复燃的程度判断氧气产生观察带火星木条复燃的程度判断氧气产生的快慢。的快慢。实验设计：实验设计：试管试管号号 3%H23%H2O2O2量量实验实验处理处理结果结果分析分析气泡气泡多少多少1234自然自然状态状态9090水浴水浴FeCl3FeCl32 2滴滴肝脏研肝脏研磨液磨液2 2滴滴2ml2ml2ml2ml很少很少较多较多很多很多几乎几乎无无H H2 2O O2 2自然分解缓慢自然分解缓慢加热能促进加热能促进 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，同无机催化作用，同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。剂一样都可加快化学反应速率。 B B、酶具有、酶具有 ，与无机催化剂，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。相比，酶的催化效率更高。实验结论：实验结论：催化催化高效性高效性2 2、酶的专一性的验证实验分析：、酶的专一性的验证实验分析：实验原理：实验原理：用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀来判林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有催化作用，即可定淀粉酶是否对二者都有催化作用

9、，即可验证酶的专一性。验证酶的专一性。淀粉（淀粉（ 糖）糖）蔗糖（蔗糖（ 糖）糖）酶酶酶酶+糖糖 +试剂试剂沉淀沉淀非还原性非还原性非还原性非还原性淀粉淀粉蔗糖蔗糖麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖果糖果糖还原性还原性斐林斐林砖红色砖红色实验程序：实验程序：探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用 1 1 1 1号试管号试管 2 2号试管号试管 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 注入新鲜淀粉酶溶液注入新鲜淀粉酶溶液 2 2 振荡，振荡，5050温水保温温水保温 3 3 注入斐林试剂，并振荡注入斐林试剂，并振荡 4 4 6060水浴加热

10、水浴加热 5 5 现象记录现象记录 2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml5min5min5min5min2ml2ml2ml2ml2min2min2min2min生成砖红生成砖红 色沉淀色沉淀无砖红无砖红 色沉淀色沉淀结论：结论：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 。 淀粉淀粉蔗糖蔗糖专一性专一性 (1) (1)证明酶的专一性实验中，既可以用不证明酶的专一性实验中，既可以用不同的底物作自变量，也可以用不同的酶作同的底物作自变量，也可以用不同的酶作自变量自变量( (底物相同底物相同) )。即：。即：(2)(2)实验所用淀粉酶的来源不

11、同，则所需实验所用淀粉酶的来源不同，则所需控制的温度也不同。若来源于植物，其最控制的温度也不同。若来源于植物，其最适温度为适温度为40405050；若来自人体，则最；若来自人体，则最适温度为适温度为3737左右。左右。特别提醒：特别提醒： 淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖 碘液碘液 碘液碘液 蓝色蓝色 无蓝色出现无蓝色出现温度通过影响酶的活性，从而影响淀粉温度通过影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及的水解，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。蓝色的深浅来判断酶的活性。* * 温度对酶活性的影响温度对酶活性的影响(1)(1)原理解读原理解读淀粉酶淀粉酶3、酶的作

12、用具有温和性、酶的作用具有温和性（2 2）实验设计思路：）实验设计思路：淀粉淀粉t1t1温度处理温度处理+ +淀粉酶淀粉酶t1t1温度处理温度处理淀粉淀粉t2t2温度处理温度处理+ +淀粉酶淀粉酶t2t2温度处理温度处理淀粉淀粉tntn温度处理温度处理+ +淀粉酶淀粉酶tntn温度处理温度处理分别在各自的温度分别在各自的温度下保温一段时间下保温一段时间碘液碘液检测是否检测是否出现蓝色出现蓝色或以及蓝或以及蓝色的深浅色的深浅（3 3）实验设计程序：）实验设计程序：淀粉淀粉淀粉酶淀粉酶各自在所控制的温度下处理一段时间各自在所控制的温度下处理一段时间淀粉与相应温度的淀粉酶混合淀粉与相应温度的淀粉酶混

13、合在各自控制的温度下保温一段时间在各自控制的温度下保温一段时间滴加碘液，观察颜色变化滴加碘液，观察颜色变化本实验不宜选用斐林试剂，因为斐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砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同的温度。同的温度。本实验不宜选用过氧化氢酶催化本实验不宜选用过氧化氢酶催化H H2 2O O2 2分解，因为过氧化氢在加热的条件下分解，因为过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。分解也会加快。特别提醒特别提醒* *pHpH对酶活性的影响对酶活性的影响(1)(1)原理解读原理解读2H2H2

14、2O O2 2 2H2H2 2O OO O2 2pHpH通过影响酶的活性，从而影响氧气通过影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃的生成量，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。烧的情况来检验氧气生成量的多少。过氧化氢酶过氧化氢酶(2)(2)实验设计程序实验设计程序取取n n支试管分别加入等量的质量分数为支试管分别加入等量的质量分数为3%3%的的过氧化氢溶液过氧化氢溶液用盐酸或用盐酸或NaOHNaOH溶液调出不同溶液调出不同的的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)分别滴加等量的同种新鲜的质量分分别滴加等量的同种新鲜的质量分数为数为20%20%的肝脏研磨液的肝脏研磨液用点燃但无火焰用点燃但无火焰的卫生香来检验氧气的生成情况。的卫生香来检验氧气的生成情况。本实验中也可将过氧化氢酶和本实验中也可将过氧化氢酶和H H2 2O O2 2分分别调至同一别调至同一pHpH再混合，以保证反应一开始再混合，以保证反应一开始便达到预设便达到预设pHpH。本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉分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。件下也会发生水解反应。特别提醒：特别提醒：平平衡衡点点加低

16、浓加低浓度酶度酶加无机加无机催化剂催化剂不加不加催化剂催化剂T0 0时间时间加高浓加高浓度酶度酶酶酶相关曲线分析相关曲线分析酶高效性曲线酶高效性曲线在一定温度在一定温度(pH)(pH)范围内，随温度范围内，随温度(pH)(pH)的升高，的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。作用逐渐减弱。过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。温度升高可恢复活性。从丙图可以看出：反应溶液从丙图可以看出：反应溶液pH

17、pH的变化不影响的变化不影响酶作用的最适温度。酶作用的最适温度。催催化化速速率率底物浓度底物浓度C0催催化化速速率率酶浓度酶浓度条件条件:底物足够底物足够底物浓度曲线底物浓度曲线酶浓度曲线酶浓度曲线条件条件: :酶量一定酶量一定, ,其其他外界条件适宜他外界条件适宜（1313海南生物卷）海南生物卷）关于温度对酶活性影响关于温度对酶活性影响的叙述，错误的是的叙述，错误的是A A不同酶的最适温度可能相同不同酶的最适温度可能相同B B随着温度降低，酶促反应的活化能下降随着温度降低，酶促反应的活化能下降C C酶活性最高时的温度不适合该酶的保存酶活性最高时的温度不适合该酶的保存D D高温下酶失活是酶空间

18、结构破坏的结果高温下酶失活是酶空间结构破坏的结果考点三考点三 细胞中的能量通货细胞中的能量通货-ATP1 1、ATPATP的结构：的结构：（1 1）中文名：）中文名： 磷酸腺苷实际上是组成磷酸腺苷实际上是组成 的一种的一种核苷酸，既核苷酸，既 。（2 2）ATPATP的结构简式：的结构简式： 其中其中A A代表：代表： T T代表：代表： P P代表：代表： 。（3 3）结构特点：）结构特点：蕴含两种磷酸键即蕴含两种磷酸键即 键和键和 键键在一定条件下在一定条件下 的的高能磷酸键容易断裂或重新形成。高能磷酸键容易断裂或重新形成。RNARNA腺嘌呤核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸腺苷腺苷三个三个磷酸磷

19、酸普通磷普通磷酸键酸键高能磷高能磷酸键酸键远离腺苷（远离腺苷（A A）2 2、ATPATP与与ADPADP的相互转化：的相互转化：（1 1）过程：）过程： （2 2）反应式：）反应式：反应从右往左进行时，能量来自：反应从右往左进行时，能量来自：反应从左往右进行时，能量来自：反应从左往右进行时，能量来自：此反应是否为可逆反应？为什么？此反应是否为可逆反应？为什么？ 光能光能( (光合作用光合作用) )，化学能，化学能( (细胞呼吸细胞呼吸) )储存在高能磷酸键中的能量储存在高能磷酸键中的能量反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同，因

20、此和反应场所都不完全相同，因此ATPATP和和ADPADP的相的相互转化不是可逆反应。但物质是可循环利用的。互转化不是可逆反应。但物质是可循环利用的。（3 3）ATPATP与与ADPADP的相互转化的比较：的相互转化的比较：ATPATP的合成的合成ATPATP的水解的水解反应式反应式 所需酶所需酶 能量来源能量来源能量去路能量去路反应场所反应场所（4 4）ATPATP和和ADPADP在生物体内的含量以及转化在生物体内的含量以及转化的速度：的速度：某瞬间的含量某瞬间的含量 ，一天中转，一天中转化总量化总量 ，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) )，化学能化学能( (细胞呼吸细胞呼吸) )储存在高能磷酸键中储存在高能磷酸键中的能量的能量储存于形成的高能储存于形成的高能磷酸键中磷酸键中用于各项生命活动用于各项生命活动细胞质基质、线粒体、细胞质基质、线粒体、叶绿体叶绿体生物体的需能部位生物体的需能部位很低很低很多很多ATPATP和和ADPADP转化的速度很快转化的速度很快3 3、ATPATP的利用的利用（1 1）ATPATP可用于可用于 、生物发电、生物发电和发光、和发光、 、 、大脑、大脑思考等。思考等。（2 2）细胞内的吸能反应一般与）细胞内的吸能反应一般与 相相联系，放能反应一般与联系，放能反应一般与 相联相联系。能量通过系。能量通过 在在吸能反应和放能反应之间循环流通。正是吸能反应和放能反应之间循环流通。正是由于细胞内具有由于细胞内具有ATPATP这种能量这种能量“通货通货”，细，细胞才能及时而持续地满足胞才能及时而持续地满足 对能量的需求。对能量的需求。细胞的主动运输细胞的主动运输 肌细胞收缩肌细胞收缩 细胞内各种吸细胞内各种吸能反应能反应 ATPATP的水的水解反应解反应 ATPATP的合成的合成 ATPATP分子分子 各项生命活动各项生命活动 讨论：讨论：生物体内的能源及能源物质生物体内的能