[史上最强生物课件]第5章 第1讲 降低反应活化能的酶 第2讲 ATP.ppt

1、,第5章 细胞的能量供应和利用 第1讲 降低化学反应活化能的酶,一、构建关于酶的知识网络,(一)、酶的本质及生理功能,降低化学反应的活化能,酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。,酶的基本单位、合成场所是什么？ 能催化淀粉酶水解的酶是哪种？,氨基酸、核糖核苷酸、核糖体、细胞核,蛋白酶,核酶（ribozyme）主要指一类具有催化功能的RNA，亦称RNA催化剂。核酶是1982年，Cech等研究原生动物四膜虫rRNA时，首次发现rRNA基因转录产物的I型内含子剪切和外显子拼接过程可在无任何蛋白质存在的情况下发生，证明了RNA具有催化功能。为区别于传统的蛋白质催化剂，Cech给这种具有催化活性

2、的RNA 定名为核酶。 1983年Altman 等人在研究细菌RNase P时发现，当约400个核苷酸的RNA单独存在时，也具有完成切割rRNA前体的功能，并证明了此RNA分子具有全酶的活性。,酶与激素的比较：,同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。 大量实验数据表明，酶的催化效率大约是无机催化剂的1071013倍。,(二)、酶的特性及实验,1.与无机催化剂相比酶具有： 高效性、专一性,.酶的催化效率是无机催化剂的107-1013 倍。 .酶可在1s内完成非酶体系需要3年-30万年时间的反应。 .一种酶只能催化一种或一类反应。,如何证明酶具有高效性？,实验比较过氧化氢酶

3、和Fe3+的催化效率,原理： 教材P78 胜券 P51 新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶，Fe3+ 是一种无机催化剂，它们都可以催化过氧化氢酶分解成水和氧。,观察比较产生气泡的量，以及收集到的氧气使无火焰的卫生香燃烧的猛烈程度得出结论。,酶的高效性实验,实验设计原则：等量、对照、单一变量,实验结论：与无机催化剂相比酶具有高效性,自变量：人为改变的变量（要研究的变量）。 因变量：因（随）自变量的变化而发生变化的变量。 无关变量：实验过程可能还会存在一些可变因素，对实验的结果造成影响，这些可变因素为无关变量。,对照组：一般来说,是指保持原有状态（未做处理）或已知影响因素所造成结果的一组实验。 实验组：人

4、为改变条件（人为特别处理）或未知实验结果的一组实验。,比较过氧化氢在不同条件下的分解,对照组： 实验组： 自变量： 无关变量： 因变量：,试管1,试管2；试管3和4,温度；催化剂的种类,H2O2的浓度与剂量、催化剂的浓度与剂量等,单位时间内产生气泡的多少,加法原理： 与常态相比，人为增加某种影响因素的原理。 减法原理： 与常态相比，人为去除某种因素即减法原理。,实验中自变量的控制方式,实验要排除无关变量干扰：,所有用生物材料要相同 （数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等） 所用实验器具要相同 （大小、型号等） 所用实验试剂要相同 （成分、浓度、体积等） 所用处理方法要相同 （培养条件等）,

5、问题如何证明酶具有专一性？,实验原理： 淀粉（非还原糖） 麦芽糖（还原糖） 蔗糖（非还原糖） 葡萄糖+果糖（还原糖） 还原糖+斐林试剂 砖红色沉淀,实验探究淀粉酶对蔗糖的作用,淀粉酶,水浴加热,实验设计思路： 用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖水解，再用斐林试剂鉴定水解产物，根据是否有砖红色沉淀出现来判断淀粉酶对二者是否都有催化作用，从而探究酶的专一性。,蔗糖酶,证明酶具有专一性的实验,蔗糖溶液,60OC 5min,淀粉溶液,沸腾 2min,实验结果： 实验结论：,淀粉酶可以催化淀粉水解而不能催化蔗糖水解反应,酶具有专一性,自变量： 因变量：,酶的催化作用 (1)一般实验设计思路 实验组：底物 + 相

6、应酶液检测底物是否被分解 对照组：底物 + 等量蒸馏水检测底物不被分解 (2)实验结果分析：,根据底物性质利用相应试剂检测，若底物被分解，则 证明酶具有催化作用，否则不具有催化作用。 (3)实验变量：,自变量是相应酶液的有无， 因变量是底物是否被分解。,(三)、与酶有关的曲线分析 1.什么是酶的催化活性？ 2.怎样用坐标图表示酶催化化学反应的高效性？,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， 酶的催化效率更高。 （2）酶只能缩短达到化学反应平衡所需时间,不改变化 学反应的平衡点。 （3）酶只能催化已存在的化学反应。,3.怎样用坐标图表示酶专一性

7、？,加入酶B的反应速率与无酶条件下的反应速率相同，而加入酶A的反应速率随反应物浓度增大明显加快，说明酶B对此反应无催化作用，进一步说明酶具有专一性。,4.怎样用坐标图表示温度、pH影响酶活性？,甲曲线表明： 在一定温度范围内，随温度的升高酶的催化作用增强，超过这一范围，随温度的升高酶的催化作用逐渐减弱。 乙曲线表明： 酶的催化能力的发挥有一个最适pH，在低于最适pH时，随着pH的降低，酶的催化能力逐渐降低；高于最适pH时，随着pH的升高，酶的活性逐渐下降。,不同酶的最适PH值不同，最适温度也不同； 高温、过酸和过碱的环境破坏酶的空间结构，使酶失活 低温并不破坏酶的空间结构，但使酶的活性下降，温

8、度升高可恢复其活性。,胜券P51,5.怎样用坐标图表示酶促反应速率与底物浓度的关系？,酶量一定的条件下，在一定范围内随着底物浓度的增加，反应速率也增加，但达到一定浓度后不再增加，原因是受到酶数量和酶活性的限制。,6.请用坐标图表示酶浓度与酶促反应速率的关系,在底物充足、其他条件适宜且固定的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。,7.怎样表示酶的活性大小？ 通常以单位时间内底物减少的量或产物生成的量（即反应的速度）来表示酶活性的大小。,在底物的量有限的情况下酶制剂的量不同 温度不同（或PH不同）皆可导致酶的活性不同，从而导致出现上图中的现象。,例1：出现下图情况的可能原因主要有哪些？,8.酶促反应

9、速度的影响因素分析,若酶浓度一定，酶反应速率随底物（反应物）浓度变化的曲线是怎样的？,胜券P51,若酶的浓度增加时，曲线应如何变化？,例2（2003.上海高考题）下图纵轴为酶反应速度，横轴为底物浓度，其中正确表示酶量增加1倍时，底物浓度和反应速率关系的是,B,例3：（2007广东）动物脑组织中含有丰富的谷氨酸脱羧酶，能转一催化1mol谷氨酸分解为1mol氨基丁酸和1mol CO2。某科研小组从小鼠的脑中得到该酶后，在谷氨酸起始浓度为10mmol/L、最适温度、最适PH值的条件下，对该酶的催化反应过程进行研究，结果见下图。,胜券P57,请根据以上实验结果，回答下列问题; （1）在图2-1-5画出

10、反应过程中谷氨酸浓度随时间变化的曲线（请用“1”标注）。,1,（2）当一开始时，将混合物中谷氨酸脱羧酶的浓度增加50%或降低反应温度10，请在图2-1-5中分别画出理想条件下CO2浓度随时间变化的曲线（请用“2”标注酶浓度增加后的变化曲线，用“3”标注温度降低后的变化曲线）并分别说明原因。,（2）原因是：酶量增加50%，酶催化反应速率相应提高，反应完成所需时间减少。 原因是：温度降低，酶催化反应速率下降，但酶并不失活，反应完成所需时间增加。,（3）重金属离子能与谷氨酸脱羧酶按比例牢固结合，不可解离，迅速使酶失活。在反应物浓度过量的条件下，向反应混合物种加入一定量的重金属离子后，请在图2-1-6

11、中画出催化反应速率随酶浓度变化的曲线（请用“4”标注），并说明其原因。,（3）原因：一定量的重金属离子使一定量的酶失活，当加入的酶量使重金属完全与酶结合后，继续加入的酶开始表现酶活力，此时酶的催化反应速率与酶浓度变化的直线关系不变。,例4.下列符合下图所示含义的是（ ） A、随PH从5升高到7，酶的活性逐渐降低 B、随PH从5升高到7，酶的最适温度不变 C、温度从0到A变化过程中，酶的活性逐渐降低 D、该酶的最适PH值为7,B,（1）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。 （2）图示pH=6时，反应物剩余量最少，应为最适pH。 （3）当pH改变时，最适温度保持不变。,例5.

12、下图表示在不同条件下，酶促反应的速率变化曲线，下列说法中错误的是 （ ） A.酶促反应的速率可用底物消失所需 的时间（或产物生成的速率）来表示 B.和相比较，酶促反应速率不同 是因为它们的酶浓度和温度不同 C.AB段影响酶促反应速率的主要限制 因子是底物浓度 D.若想探究不同温度对酶活性的影响，至少应设计3种不同的温度,和相比较，的酶促反应速率慢，这是由温度低，酶活性降低导致的；,B,例6：将一个土豆(含有过氧化氢酶)切成大小和厚薄相同的若干片，放入盛有一定体积和浓度的过氧化氢溶液的针筒中(如下图所示)，以探究酶促反应的相关问题。根据实验现象与数据分析答题。,(1)若土豆片为4片时，每隔5分钟

13、收集一次数据，根据数据绘制出如上曲线图。20分钟后，气体量不再增加的原因是：过氧化氢量有限,胜券P53,(2)若土豆片为8片时，和上述实验所得的曲线(实线)相比，实验结果的曲线最可能是下列 图中的虚线。如果要获得更多的气体，在不改变溶液体积的条件下，可采取的方法是 ，其结果可用 图中的虚线表示。气体量 时间 (3)为保证上述实验的科学性，需要控制的其他外界因素有 。,A,C,增加过氧化氢浓度,温度(或光照或气压等),气体量/mL,气体量/mL,气体量/mL,气体量/mL,当人误食了含有重金属的食物或农药后，有一种应急措施，就是赶紧给病人大量喝牛奶或豆浆，请问这是为什么？,牛奶和豆浆中含有大量的

14、蛋白质，这些蛋白质可以和重金属或有机物结合，而使这些金属离子和有机物发生沉淀。当人误食了含重金属的食品或农药后，大量饮用牛奶或豆浆可使这些有毒物质沉淀下来不被消化道吸收，从而也就避免了这些有毒物质与人体中正常的酶接触的机会，而保护了这些酶的活性。,抑制剂对酶的影响,9.产物浓度对酶活性的影响,当酶促反应的产物浓度达到一定量时，产物会与酶相结合，改变酶的空间结构，使酶活性降低，反应速率降低。当产物由于消耗而减少时，产物与酶分离，酶的空间结构恢复，酶活性恢复。细胞中通过产物浓度对酶活性进行调解，维持细胞正常的稳态。,酶,底物,产物,反馈调节,10、思维误区警示 易错分析对酶概念的理解不到位 酶知识

15、的正误辨析,纠正训练：1、下列有关酶的叙述，正确的是（ ） 是有分泌功能的细胞产生的 有的从食物中获得，有的从体内转化而来 凡是活细胞都能产生酶 绝大多数酶是蛋白质 有的酶是蛋白质，有的是固醇 酶在代谢中有多种功能 在新陈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,A. B. C. D.,C,2、下列有关酶的叙述中，不正确的是 （ ） A.所有酶都含有C、H、O、N四种元素 B.酶不一定只在细胞内起催化作用 C.强酸、强碱或高温、低温都会使酶永久失活 D.人体内的酶也在不断更新,C,解析 酶除蛋白质外还有少数RNA,不管哪一种都含有C、H、O、N四种元素。低温不会破坏酶

16、的空间结构，不会永久失活。,一、细胞中的能源物质：,第2讲 细胞的能量“通货”ATP,P58,二、ATP结构式:,高能磷酸键,三、ATP结构简式:,AP P P,元素：C、H、O、N、P 三个磷酸基、两个高能磷酸键、一个腺苷（腺嘌呤+核糖）,1.上面反应式中合成ATP的能量从那里获得？到哪里去了？ 2.下面反应式中释放的能量从那里来？到哪里去了？,四、ATP与ADP之间的转换,植物细胞来自呼吸作用、光合作用 动物细胞来自呼吸作用、磷酸肌酸的水解,能量来自远离A的高能磷酸键水解释放的能量，ATP水解释放的能量转化为机械能、电能、势能等各种形式的能量用于做功细胞的各种生命活动。,3.形成ATP和分

17、解ATP过程所需要的酶是否相同？两个过程可否看成是可逆反应？,生理过程不同，所用的酶不相同，不是可逆反应。,4.正常细胞中ATP含量有何特点？,含有2个高能磷酸键，每摩高能磷酸键断裂释放的能量多达30.54KJ，远离腺苷A的高能磷酸键易断裂也易合成。,高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在20.92KJmol 以上的磷酸化合物。,P58,5.ATP在细胞内的含量？,ATP在细胞内的含量很少，但总处于动态平衡之中,6.细胞的哪些生理活动会使ATP水解？释放的能量去向如 何？,主动运输、内吞、外排；物质的合成与分泌；细胞分裂；神经传导；肌肉收缩等。 ATP水解释放的能量转化为机械能、电能、势能等各种

18、形式的能量用于做功。,五、ATP在能量转换中的作用,光能,糖类等有机物 稳定的化学能,散失,维持体温,维持各项生命活动,活跃的化学能,热能,能量,呼吸作用,ATP,根本能源,直接能源物质,ATP,光合作用,释放,储存,主要能源物质,ATP是能量货币,利用,问题：细胞中哪些结构的生理活动会产生ATP？ 哪些结构的生理活动会消耗ATP？ 产生ATP： 细胞质基质、线粒体、叶绿体基粒 消耗ATP： 细胞核：转录、DNA自我复制 核糖体：翻译、缩合反应 内质网：有机物的合成、运输 高尔基体：植物细胞壁的形成、动物细胞分泌物的形成 叶绿体：暗反应还原三碳化合物 细胞膜：主动运输、内吞、外排,人体细胞中能

19、够产生ATP的结构有哪些？,细胞质基质（细胞溶胶）、线粒体,叶肉细胞叶绿体、细胞质基质、线粒体可产生ATP； 根尖细胞没有叶绿体，只有细胞质基质、线粒体产生ATP。,化能合成、细胞呼吸可产生ATP,光合作用、细胞呼吸,小麦叶肉细胞、根尖细胞产生ATP的结构有哪些？,硝化细菌产生ATP的生理活动有哪些？,蓝藻产生ATP的生理活动有哪些？,问题：,硝化细菌的化能合成作用,硝化细菌是进行化能合成作用的细菌，它主要分两类：一类是亚硝酸细菌，可将氨氧化成亚硝酸；另一类是硝酸细菌，可以把亚硝酸氧化成硝酸，两者都能把无机物合成有机物。,细胞中的ATP含量多吗？,细胞中的ATP含量不多，代谢旺盛的细胞ATP与

20、ADP的相互转化速度很快，因此ATP的含量总是保持相对稳定。,从形成ATP与消耗ATP的生理过程、场所、条件等来看，二者的相互转化不是可逆反应，但ATP与ADP和磷酸等物质是可循环利用的,ATP与ADP的相互转化是可逆的吗？,物质分子的扩散、渗透、蒸腾作用等，例如气体交换、渗透吸水、矿质元素及水分在导管内的运输等,细胞中哪些生理活动不消耗ATP？,P58,09沪24.下列关于叶肉细胞能量代谢的叙述中,正确的是 适宜光照下,叶绿体和线粒体合成ATP都需要O2 只要提供O2,线粒体就能为叶绿体提供CO2和ATP C.无光条件下,线粒体和叶绿体都产生ATP D.叶绿体和线粒体都有ATP合成酶,都能发

21、生氧化还原反应,D,海南卷7.下面关于ATP的叙述，错误的是 A细胞质和细胞核中都有ATP的分布 BATP合成所需的能量由磷酸提供 CATP可以水解为一个核苷酸和两个磷酸 D正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化,B,海南6.下列有关ATP 的叙述，正确的是人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成 ATP的量与安静时相等 若细胞内浓度偏高，为维持浓度的稳定，细胞消耗ATP 的量增加 人在寒冷时，肾上腺素和甲状腺激素分泌增多，细胞产 生ATP的量增加 人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡 A. B. C. D.,B,1、下列过程能使ADP含量增加的是,A.消化道

22、内蛋白质的消化 B.线粒体内的 H 与O2结合 C.叶绿体中的叶绿素a失去电子 D.细胞分裂时纺锤丝的收缩,D,2、下列生理活动中，消耗三磷酸腺苷的是 ( ) 肝脏细胞吸收氧 红细胞吸收K+ 小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖 根毛细胞渗透作用吸收水分 小肠绒毛上皮细胞吸收甘油 根细胞吸收NH4+ A B C D,C,3.反应式ADP+Pi+能量 ATP 实在所有活细胞中发生的反应，下列与反应式中“能量”有关的叙述正确的是： A.向右反应需要的能量可以来自细胞内蛋白质水解为氨基 酸的过程 B.向右反应需要的能量可以来自乳酸的氧化分解 C.向左反应产生的能量可以用于叶绿体中H2O的分解或 CO2的固定

23、D.向左反应产生的能量可以用于人体肺泡内的气体交换过 程,B,酶,4.某个研究性学习小组，对哈密瓜种子的萌发过程进行研究，图1是他们根据实验结果绘制的曲线图，其中QCO2表示二氧化碳的释放量，QO2表示氧气的吸收量。在下列解释中不正确的是： A、在种子萌发得初期，有酒精生成 B、在胚根长出之后，细胞中的ATP浓度会逐渐上升 C、种子在萌发的30h之后，热量的释放呈上升趋势 D、在种子萌发的过程中，DNA和RNA的总量都在增加,B,6 12 18 24 30 36,呼吸 微升/小时,QCO2,QO2,0-6：只有无氧呼吸 6-12：吸收氧气增多，有氧呼吸加强 12-30：有氧呼吸与无氧呼吸强度保

24、持不变 30-36：有氧呼吸加强，无氧呼吸减弱 36以后：只有有氧呼吸,5.胰蛋白酶作用于一定量的某种物质（底物），温度保持37,pH保持在最适值，生成物量与反应时间关系如下图。请回答下列问题： （1）该酶作用的底物是 _。 （2）在140分钟后，曲线变成水平，这是因为: （3）若增加蛋白质酶浓度， 其它条件不变，请在原图上 画出生成物量变化的示意曲线。 （4）若胰蛋白酶浓度和其它 条件不变，反应液pH值由2逐 渐升高到10,则酶催化反应的速度将 _，原因是 _ 。,蛋白质,底物量一定，底物已被消耗尽（反应到平衡）,在pH2时酶已经失活,不变,6.下图中能正确表示胰蛋白酶对底物的分解速度和温度

25、关系的是 （ ）,C,如果温度继续升高，曲线将有怎样的变化？,超过最适温度后，随温度的升高曲线将逐渐下降,例：某学生为了验证唾液淀粉酶的特性，设计了以下6组实验。6组实验振荡混合后，都做了如下处理，恒温（37）处理15分钟；各加入2mL斐林试剂，并振荡使之混合；再将6组试管放入沸水浴加热1分钟。,请回答： （1）几号试管会有砖红色沉淀出现？ （2）1号和3号试管能否进行对照实验？实验结果能证明什么？ （3）若要证明唾液淀粉酶的催化活性受PH影响，则最好选择哪两号试管作对照？ （4）本实验能证明唾液淀粉酶具有专一性吗？为什么？,3号和6号,能 ，实验结果能证明唾液淀粉酶能催化淀粉水解形成还原糖（

26、麦芽糖）而不是由于水的原因,5号和6号,（4）能， 判断依据是：1号与3号试管对照实验的结果证明唾液淀粉酶能催化淀粉的水解，而2号与4号试管对照实验结果证明唾液淀粉酶不能催化蔗糖水解，因此能说明唾液淀粉酶催化作用具有专一性。,1.胃蛋白酶进入小肠后还能不能催化蛋白质分解为多肽？为什么? 2.为什么发烧的病人往往食欲不振？ 人体中酶的最适温度一般为37，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应不能正常进行了。 3.人体的内环境PH是如何维持稳定的？ H2CO3NaHCO3、NaH2PO4Na2HPO4,讨论下列问题：,例.根据提供的实验材料设计并完成pH

27、对酶活性影响的实验。材料用具：试管、量筒、烧杯、酒精灯、温度计、新鲜唾液、质量分数为3的可溶性淀粉溶液，质量分数为5的盐酸，质量分数为5的NaOH溶液，清水、碘液。用正确方法完成实验中的一些步骤： (1)第一步：实验至少要取 支洁净的试管，编号后分别注入lml新鲜唾液。 (2)第二步： (3)第三步：分别向试管中注入2ml淀粉溶液，振荡后将试管下部浸入装有 的烧杯中，这样处理的原因 。,向3支试管中分别加入1ml盐酸（A）、氢氧化钠溶液（B）、清水（C），摇匀,3,保证酶活性最大，排除温度对实验的干扰,37温水,(4)第四步：10min后， (5)实验结果及分析： (6)实验结论应符合下列曲线中的 (填字母)。,分别向3支试管中加入2滴碘液，摇匀，观察试管中颜色变化,结果：A和B试管中溶液变蓝，C试管中溶液不变蓝。 说明A和B中仍有淀粉，C中无淀粉，过酸或 过碱使酶失活。,D,探索温度对酶活性影响最合理的步骤 取3支试管，编号并分别注入2mL淀粉液， 分别放在60的热水、沸水、和冰块中保持5min; 再取3支试管，编号并分别注入1mL淀粉酶液，放在60的热水、沸水、和冰块中保持5min; 5min后，将相同温度下的