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第6讲酶与ATP突破突破3 3实验实验探究影响酶活性的因素探究影响酶活性的因素突破突破1 1酶的拓展及验证实验酶的拓展及验证实验突破突破2 2ATPATP的结构与作用的结构与作用总纲目录总纲目录一、酶在细胞代谢中的作用1.细胞代谢细胞中各种化学反应的统称,是细胞生命活动的基础。2.酶的作用机理(1)活化能: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。(2)作用机理:降低化学反应的活化能。3.酶的作用机理分析(1)没有酶催化的反应曲线是a。(2)有酶催化的反应曲线是b。(3)AC段的含义是在无催化剂催化条件下,反应所需的活化能。(4)BC段的含义是酶降低的活化能。(5)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则B点将向上移动。1.酶本质的探索AfBaCcDd、eEb二、酶的本质和特性2.酶的本质、基本单位及合成场所本质基本单位合成场所绝大多数是蛋白质氨基酸核糖体少数是RNA核糖核苷酸主要是细胞核3.酶的特性(连一连)AcBaCb巧学妙记巧学妙记酶的来源与特性活细胞内来合成,降低化能是本领;高效专一需温和,催化反应属它行。三、ATP1.写出ATP的结构简式和简式中A、P所代表的含义(1)结构简式:APPP。(2)A:腺苷;P:磷酸基团。2.图中a是高能磷酸键,其中远离A的高能磷酸键易形成和断裂。3.图中b为高能磷酸键水解释放能量的过程,其作用是为各项生命活动提供能量。巧学妙记巧学妙记ATP直接能源ATP,五种元素来组成;腺苷磷酸高能键,易断重建行功能。4.写出ATP与ADP相互转化的反应式ATPADP+Pi+能量。5.ATP的来源(1)动物和人:呼吸作用。(2)绿色植物:呼吸作用和光合作用。1.人体内含有多种多样的蛋白质,每种蛋白质都能催化生物化学反应。()2.体内乙醇浓度越高,与乙醇分解相关的酶促反应速率越快。()1.人体内含有多种多样的蛋白质,每种蛋白质都能催化生物化学反应。()2.体内乙醇浓度越高,与乙醇分解相关的酶促反应速率越快。()3.光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与。()4.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物。()5.纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁。()1.人体内含有多种多样的蛋白质,每种蛋白质都能催化生物化学反应。()2.体内乙醇浓度越高,与乙醇分解相关的酶促反应速率越快。()3.光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与。()4.酶既可以作为催化剂,也可以作为另一个反应的底物。()5.纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁。()6.同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同,代谢不同。()7.代谢的终产物可反馈调节相关酶活性,进而调节代谢速率。()8.酶制剂适于低温下保存,是因为低温时酶活性很低,但空间结构稳定。()9.ATP中高能磷酸键水解可释放能量。()10.能够直接给细胞生命活动提供能量的是ATP。()11.淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖不需要ATP提供能量。()12.ATP可为物质跨膜运输提供能量。()13.ATP和ADP之间的相互转化,时刻不停地发生并处于动态平衡之中。()14.萤火虫尾部发光细胞中含有荧光素酶,可以催化荧光素与氧发生化学反应。()突破突破1 1酶的拓展及验证实验酶的拓展及验证实验1.酶的特性(1)高效性与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。a、b酶具有高效性;a、c酶具有催化作用。(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,酶的专一性的解释常用“锁和钥匙学说”。如图所示:(3)作用条件较温和:低温抑制酶活性,但不破坏酶空间结构;高温、强酸、强碱会破坏酶空间结构,从而使酶发生不可逆转的变性或失活。知能拓展知能拓展酶、激素与维生素的比较酶激素维生素来源活细胞产生的有机物由内分泌腺或内分泌细胞分泌主要从食物中得到化学本质绝大多数是蛋白质,极少数是RNA多肽、蛋白质、氨基酸衍生物、脂质等种类多生理功能催化功能对新陈代谢、生长发育具调节作用多是酶的辅助因子相互关系共性在生物体内均属于高效能物质,即含量少,作用大,生物代谢不可缺少2.影响酶促反应的因素曲线分析(1)温度和pH对酶促反应的影响甲乙丙分析甲、乙图,在一定温度(pH)范围内,随温度(pH)的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围,酶的催化作用逐渐减弱。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,此时酶空间结构未被破坏,温度升高时可恢复活性。从丙图可以看出:反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。甲(在酶量一定情况下)乙(在底物足量情况下)甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率随底物浓度增加而加快,但当底物达到一定浓度后,受酶数量限制,酶促反应速率不再增加。乙图:在其他条件适宜、底物足量情况下,酶促反应速率随酶浓度的增加而加快。(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响1.试剂检测法鉴定酶的本质2.“四步法”分析酶促反应曲线(1)识标:“识标明变量”。明确酶促反应曲线坐标图中横坐标(自变量)和纵坐标(因变量)的含义。(2)析线:“析线理关系”。分析酶促反应曲线走势,明确因变量怎样随自变量的变化而变化。如“上升”“下降”“先升后降”“先升后稳”“水平”等。(3)明点(特殊点):“抓点求突破”。明确酶促反应曲线中起点、终点、顶点、拐点、交叉点等表示的生物学含义。(4)判断:“先分后合巧辨析”。对于多条酶促反应曲线图,根据曲线上不同标示物识别曲线所代表的意义(有的曲线直接标出),首先对每一条曲线单独分析,进行比较,判断曲线间有无联系或找出相互关系,然后综合分析。1.(2017课标全国)下列关于生物体中酶的叙述,正确的是()A.在细胞中,核外没有参与DNA合成的酶B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37考向考向1以曲线模型的形式以曲线模型的形式,考查酶的作用考查酶的作用C答案答案C本题考查酶的相关知识。细胞质中线粒体和叶绿体内也有参与DNA合成的酶,A错误;在适宜环境下,酶在生物体内外都有催化活性,B错误;在胃蛋白酶的提取液中加入某些无机盐溶液后,可以使胃蛋白酶凝聚而从溶液中析出,C正确;唾液淀粉酶催化反应的最适温度不适合该酶的保存,应该在低温下保存,D错误。2.如图表示某反应进行时,有酶参与和无酶参与的能量变化,则下列叙述正确的是()A.此反应为放能反应B.曲线表示有酶参与C.E1为反应前后能量的变化D.酶参与反应时,所降低的活化能为E4答案答案D曲线是有酶催化条件下的能量变化,其降低的活化能为E4,反应前后能量的变化应为E3,反应产物的能量值比底物的高,此反应为吸能反应。考向考向2以曲线分析的形式以曲线分析的形式,考查影响酶促反应速率的因素考查影响酶促反应速率的因素3.(2018北京东城期末)甲图是某类酶发挥催化作用的模型。酶的抑制剂可以与酶结合并降低其活性,乙、丙两图分别表示两种不同类型抑制剂的作用原理。相关叙述不正确的是()A.底物与酶活性部位互补时,酶才能发挥作用,因此酶有专一性B.抑制剂与底物空间结构相似,竞争酶的活性部位C.抑制剂会通过改变酶的结构进而影响酶促反应速率D.两种抑制剂对酶促反应的影响均可通过提高底物浓度来缓解D答案答案D由题图可知,底物与酶活性部位互补时,酶才能发挥作用,这体现了酶的专一性,A正确;抑制剂与底物结构相似,二者竞争酶的活性部位,B正确;抑制剂与酶结合后,使活性部位的形状改变,底物不能与活性部位结合,造成酶促反应速率下降,C正确;提高底物浓度只能减弱抑制剂的作用效果,D错误。4.将A、B两种物质混合,T1时加入酶C。如图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。叙述错误的是()A.酶C降低了A生成B这一反应的活化能B.该体系中酶促反应速率先快后慢C.T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的D.适当降低反应温度,T2值增大C答案答案C本题考查酶促反应过程中酶的作用。由图示中A、B物质变化曲线知,A、B分别为反应物和生成物,酶C的作用是降低A生成B这一反应的活化能,A正确;随反应物浓度降低,该体系中酶促反应速率先快后慢,B正确;T2后因A浓度降低导致了反应速率下降,从而导致B浓度增加缓慢,C错误;该图为最适温度下的酶促反应曲线,若适当降低反应温度,达到反应平衡的时间会延长,T2值会增大,D正确。考向3以实验分析的形式,考查酶的作用与特性的实验探究5.下列是研究乳糖酶催化乳糖水解的相关实验,实验条件均为最适,实验结果如下:实验一(乳糖浓度为10%)实验二(酶浓度为2%)酶浓度相对反应速率乳糖浓度相对反应速率00001%255%252%5010%504%10020%655%20030%65以下分析正确的是()A.实验一若继续增加酶浓度,相对反应速率不再增大B.实验一若增加乳糖浓度,相对反应速率将减小C.实验二若继续增大乳糖浓度,相对反应速率不再增大D.实验二若将反应温度提高5,相对反应速率将增大答案答案C酶浓度能影响酶促反应速率,且酶浓度越高,酶促反应速率越大,因此实验一若继续增加酶浓度,相对反应速率将继续增大,A错误;实验一若增加乳糖浓度,相对反应速率将增大,B错误;由于受到酶浓度限制,实验二若继续增大乳糖浓度,其相对反应速率不再增大,C正确;实验二是在最适温度下进行的,此时酶活性最高,若再将反应温度提高5,相对反应速率将减小,D错误。6.如表是关于酶专一性的实验设计,相关叙述正确的是(多选)()A.该实验的自变量是酶的种类,无关变量是底物的用量、反应温度等B.步骤3可以选用新鲜的淀粉酶或蔗糖酶C.若步骤3选用新鲜的淀粉酶,则现象A是产生砖红色沉淀,B无砖红色沉淀D.该实验还可选用碘液作为检测试剂步骤编号12345注入淀粉溶液注入蔗糖溶液注入某种酶溶液注入斐林试剂并水浴加热观察现象试管2mL2mL2mLA试管2mL2mL2mLBBC答案答案BC本实验用同种酶催化两种不同的物质来研究酶的专一性,自变量是底物的种类,A错误;酶可以选择新鲜的淀粉酶或蔗糖酶,B正确;若选择新鲜的淀粉酶,试管中的淀粉被水解生成还原性糖,所以现象A是产生砖红色沉淀,试管中的蔗糖不能被淀粉酶催化水解,蔗糖是非还原性糖,所以现象B是无砖红色沉淀,C正确;蔗糖及蔗糖水解产物都不能跟碘液发生颜色反应,故用碘液无法判断蔗糖是否被催化水解,D错误。1.ATP和ADP相互转化是不可逆反应由表可以看出,ATP的合成和ATP的水解所需的酶、能量来源、能量去路都不同,反应场所也不完全相同,因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应。ATP的合成ATP的水解反应式ADP+Pi+能量ATPATPADP+Pi+能量所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量来源光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)储存在高能磷酸键中的能量能量去路储存于形成的高能磷酸键中用于各项生命活动反应场所细胞质基质、线粒体、叶绿体生物体的需能部位突破突破2 2ATPATP的结构与作用的结构与作用2.ATP与光合作用及细胞呼吸的关系(1)与光合作用的关系:(2)与细胞呼吸的关系:3.细胞内产生与消耗ATP的生理过程转化场所常见的生理过程细胞膜消耗ATP:主动运输、胞吞、胞吐细胞质基质产生ATP:细胞呼吸第一阶段叶绿体产生ATP:光反应消耗ATP:暗反应和自身DNA复制、转录、翻译等线粒体产生ATP:有氧呼吸第二、三阶段消耗ATP:自身DNA复制、转录、翻译等核糖体消耗ATP:蛋白质的合成细胞核消耗ATP:DNA复制、转录等1.ATP产生量与O2供给量之间的关系(1)在无氧条件下,生物细胞可通过无氧呼吸分解有机物,产生少量ATP。(2)随O2供给量增多,有氧呼吸明显加强,ATP产生量随之增加;但当O2供给量达到一定值后,ATP产生量不再增加,此时的限制因素可能是酶、有机物、ADP、磷酸等。知能拓展知能拓展(3)当横坐标表示呼吸强度时,ATP产生量曲线应从原点开始。2.不同物质中“A”代表的含义1.(2018北京海淀第一学期期末)下列生命活动中不需要ATP提供能量的是()A.淀粉酶催化淀粉水解为麦芽糖B.吞噬细胞吞噬病原体的过程C.细胞中由氨基酸合成新的肽链D.叶绿体基质中三碳化合物的还原考向考向1结合生物体中发生的生理过程结合生物体中发生的生理过程,考查考查ATP的结构与作用的结构与作用A答案答案A淀粉酶是在消化道将淀粉水解为麦芽糖的,不需要消耗能量,A正确;吞噬细胞吞噬病原体的过程属于胞吞,需要消耗能量,B错误;由氨基酸合成肽链需要消耗能量,C错误;暗反应阶段三碳化合物的还原需要消耗光反应阶段产生的ATP和H中的能量,D错误。2.在下列四种化合物的化学组成中,“”中所对应的含义最接近的是()A.B.C.D.D答案答案D根据题意,“”中所对应的含义分别为:一磷酸腺苷(AMP)即腺嘌呤核糖核苷酸,腺嘌呤,DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸,RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸,腺苷,腺苷。3.(2017北京师大附中期中)萤火虫尾部发光器能发光的机理如图所示。ATP快速荧光检测仪中含有荧光素、荧光素酶等物质,用来快速检测食品表面的微生物。下列说法正确的是()考向考向2依托反应式或相关图示依托反应式或相关图示,考查生物体中考查生物体中ATP与与ADP的转化的转化A.ATP是细胞中的能量货币,细胞中储存大量ATP为生命活动供能B.ATP快速荧光检测仪只能检测是否有微生物残留,不能检测数量C.ATP快速荧光检测仪既可以检测残留的需氧型微生物,也可以检测厌氧型微生物D.萤光素酶可以催化荧光素转化为荧光素酰腺苷酸答案答案CATP是细胞中的能量货币,但细胞中储存的ATP较少,A错误;根据图示可知,微生物残留量越多,产生的ATP越多,所发荧光强度越强,B错误;ATP快速荧光检测仪能检测残留的所有能产生ATP的微生物,C正确;萤光素酶可以催化荧光素酰腺苷酸转化为氧合荧光素,D错误。4.据下图判断,有关叙述错误的是()A.甲ATP的过程所需的酶与酶1不同B.乙中不含高能磷酸键,是RNA基本组成单位之一C.丙物质为腺苷,丁可用于某些脂质的合成D.ATP为生命活动提供能量需要经过图示的整个过程D答案答案D甲表示ADP,乙表示AMP,丙表示腺苷,丁表示磷酸基团,甲ATP的过程所需的酶与酶1不同,A正确;乙中不含高能磷酸键,是RNA基本组成单位之一,B正确;丙物质为腺苷,丁可用于某些脂质的合成,C正确;ATP为生命活动提供能量主要经过图示的ATP甲过程,D错误。1.梯度法探究酶的最适温度(1)实验原理淀粉麦芽糖蓝色无蓝色出现温度影响淀粉酶活性,从而影响淀粉的分解,滴加碘液后,根据蓝色深浅来判断淀粉分解状况,进而推断出酶活性变化。突破突破3 3实验实验探究影响酶活性的因素探究影响酶活性的因素(2)实验探究思路淀粉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温度下检验蓝色的出现及深浅2.梯度法探究酶的最适pH(1)实验原理2H2O22H2O+O2pH影响酶的活性,从而影响氧气的生成速率,可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成速率。(2)实验探究思路O2的产生速率12222222pHH OpHH OpHH On酶液溶液酶液溶液酶液溶液常见的与酶有关的实验设计思路注:根据实验目的,有些实验需设置相互对照,设两个或两个以上实验组。如探究酶作用的最适温度(或pH)时,应按一定的自变量梯度设置多个实验组,通过对比实验结果找出酶的最适温度(或pH)。实验目的自变量实验组对照组验证酶具有催化作用 相应酶液的有无底物+相应酶液底物+等量蒸馏水验证酶的高效性催化剂的种类(无机催化剂和酶)底物+相应酶液底物+无机催化剂验证酶的专一性不同的底物或不同的酶液底物+相应的酶液同一底物+另一酶液或另一底物+同一酶液验证某种酶是蛋白质 待测酶液和标准蛋白质溶液待测酶液+双缩脲试剂标准蛋白质溶液+双缩脲试剂验证某种酶是RNA 待测酶液和标准RNA溶液待测酶液+吡罗红染液标准RNA溶液+吡罗红染液考向以实验分析或评价的形式考向以实验分析或评价的形式,考查影响酶活性的因素考查影响酶活性的因素1.为了探究温度、pH对酶活性的影响,下列实验设计合理的是()A.实验B.实验C.实验D.实验实验编号探究课题选用材料与试剂温度对酶活性的影响过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液温度对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液pH对酶活性的影响新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液pH对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂B答案答案B过氧化氢受热易分解,不宜用过氧化氢及过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响,实验不合理;蔗糖酶不能催化淀粉水解,实验不合理;淀粉在酸性条件下会分解,且斐林试剂呈碱性,能与酸性物质发生反应,因此淀粉及淀粉酶溶液不适合用于探究pH对酶活性的影响,实验不合理。2.某同学欲通过如图所示的装置进行探究影响酶促反应速率的因素的实验,下列分析错误的是()A.滤纸片上需附有过氧化氢酶B.酶促反应速率可用滤纸片从烧杯底部到浮出液面的时间(即t3-t2)来表示C.可通过设置不同pH的过氧化氢溶液来探究pH对酶活性的影响D.为了提高实验的准确性,每个烧杯中需放多个滤纸片答案答案B过氧化氢酶可催化过氧化氢水解,实验中可将酶附在滤纸片上,A正确;酶促反应速率可用滤纸片从进入液面的时间到浮出液面的时间(即t3-t1)来表示,B错误;探究pH对酶活性的影响时,可设置不同pH的过氧化氢溶液,C正确;为了避免实验的偶然性,提高实验的准确性,每个烧杯中需放多个滤纸片,D正确。核心构建核心构建
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