《ATP和酶》课件（2）

第四章光合作用和细胞呼吸第四章光合作用和细胞呼吸第四章光合作用和细胞呼吸第四章光合作用和细胞呼吸第一节第一节ATP和酶和酶学习导航学习导航1.掌握掌握ATP中能量的来源和去向中能量的来源和去向, 以及以及ATP与与ADP的能量转化关系的能量转化关系. (重点重点)2. 通过酶的实质分析酶的特性通过酶的实质分析酶的特性. 3. 以曲线、图表及实验设计形式掌握影响以曲线、图表及实验设计形式掌握影响酶活性的因素酶活性的因素. (重难点重难点)新知初探新知初探思维启动思维启动一、生命活动的能量一、生命活动的能量“通货通货”ATP1. 腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷三磷酸(1)简称简称: ATP. (2)结构简式结构简式:_. (3)ATP及其结构简式中的符号含义及其结构简式中的符号含义APPP符号符号ATP含义含义_3_高能磷高能磷酸键酸键腺嘌呤腺嘌呤核苷核苷磷酸基团磷酸基团2.结构特点结构特点(1)高能量高能量: ATP是一种是一种_, 含有含有两个两个_. 高能化合物高能化合物高能磷酸键高能磷酸键(2)不稳定不稳定: 在有关酶的催化作用下在有关酶的催化作用下, _易水解易水解, 释放出释放出大量能量大量能量. 二、二、ATP与与ADP的相互转化的相互转化1. 示意图示意图ATP末端的高能磷酸键末端的高能磷酸键2. 意义意义: ATP和和ADP的相互转化在活细胞中的相互转化在活细胞中_地进行着地进行着, _为生为生物体的各种需能反应提供物体的各种需能反应提供_. 永不停息永不停息直接直接能量能量想一想想一想生物体内哪些生理过程可以合成生物体内哪些生理过程可以合成ATP?提示提示: 光合作用、细胞呼吸等光合作用、细胞呼吸等. 三、三、ATP的利用的利用四、酶的本质四、酶的本质1. 合成场所合成场所: _中中. 2. 化学本质化学本质: 大多数酶是大多数酶是_, 极少极少数是数是RNA. 3. 作用作用: 具有具有_作用作用. 五、酶的特性及作用过程五、酶的特性及作用过程1. 特性特性活细胞活细胞蛋白质蛋白质催化催化2. 作用过程作用过程适宜的适宜的pH化学反应的活化能化学反应的活化能一定的底物一定的底物酶的活性中心酶的活性中心底物底物产物产物六、影响酶促反应速率的因素六、影响酶促反应速率的因素1. 温度温度酶促反应速率最高时的温度称为酶促反应的酶促反应速率最高时的温度称为酶促反应的_, 低于或高于这一温度都会使反低于或高于这一温度都会使反应速率降低应速率降低. 2. pH在酶的在酶的_下下, 酶表现出最大活性酶表现出最大活性, 高于或低于此高于或低于此pH, 酶活性均降低酶活性均降低. 最适温度最适温度最适最适pH3. 底物浓度、酶浓度底物浓度、酶浓度(1)底物浓度底物浓度当酶充足时当酶充足时, 酶促反应速率与底物浓度呈酶促反应速率与底物浓度呈_. 当酶量一定时当酶量一定时, 在底物浓度较低时在底物浓度较低时, 反应速反应速率率_, 当底物当底物浓度达到某一定值后浓度达到某一定值后,_. 正相关正相关随底物浓度的增加而加快随底物浓度的增加而加快不再随底物浓度的增加而加快不再随底物浓度的增加而加快(2)酶浓度酶浓度当底物量充足时当底物量充足时, 酶促反应速率与酶浓度酶促反应速率与酶浓度呈呈_. 当当_时时, 在酶浓度较低时在酶浓度较低时, 反应速率随酶浓度的增加而加快反应速率随酶浓度的增加而加快, 当酶浓度当酶浓度达到某一定值后达到某一定值后, 不再随酶浓度的增加而加不再随酶浓度的增加而加快快. 正相关正相关底物量一定底物量一定判一判判一判(1)化学反应前后化学反应前后, 酶的化学性质和质量不变酶的化学性质和质量不变()(2)酶的活性易受酸碱度和温度的影响酶的活性易受酸碱度和温度的影响()(3)酶一旦离开活细胞酶一旦离开活细胞, 不一定就失去催化能不一定就失去催化能力力()(4)酶起催化作用时酶起催化作用时, 和无机催化剂相同和无机催化剂相同, 是是降低分子的活化能降低分子的活化能()要点突破要点突破讲练互动讲练互动要点一要点一生命活动的能量生命活动的能量“通货通货”ATP1. ATP的分子组成图示的分子组成图示2. ATP与与ADP的相互转化的相互转化(1)总反应式总反应式ATP的合成的合成ATP的水解的水解反应式反应式所需酶所需酶ATP合成酶合成酶ATP水解酶水解酶ATP的合成的合成ATP的水解的水解能量能量来源来源光能光能(光合作用光合作用), 化学化学能能(细胞呼吸细胞呼吸)储存在高能磷酸储存在高能磷酸键中的能量键中的能量能量能量去路去路储存于形成的高能磷酸储存于形成的高能磷酸键中键中用于各项生命活用于各项生命活动动反应反应场所场所细胞质基质、线粒体、细胞质基质、线粒体、叶绿体叶绿体生物体的需能部生物体的需能部位位由上表可以看出由上表可以看出, ATP和和ADP的相互转化过的相互转化过程中程中, 从物质方面来看是可逆的从物质方面来看是可逆的, 从酶、进行从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的的场所、能量方面来看是不可逆的, 即从整即从整体来看二者的反应不可逆体来看二者的反应不可逆, 而是细胞内而是细胞内ATP与与ADP的循环过程的循环过程. 特别提醒特别提醒 ATP在生物体内含量低在生物体内含量低, 但远离但远离A的那个高的那个高能磷酸键既容易断裂能磷酸键既容易断裂, 也容易形成也容易形成, 使使ATP与与ADP的相互转化十分迅速且时刻不停地发生的相互转化十分迅速且时刻不停地发生并处于动态平衡中并处于动态平衡中. 如图为如图为ATP与与ADP相互转化示意图相互转化示意图. 有关此示意图的说法错误的是有关此示意图的说法错误的是()A. 图中存在能量的储存与释放图中存在能量的储存与释放B. 这一过程保证了生命活动的顺利进行这一过程保证了生命活动的顺利进行C. 据图可知此过程物质是可逆的据图可知此过程物质是可逆的D. 据图可知此过程能量是可逆的据图可知此过程能量是可逆的【解析解析】图中包括图中包括ATP的合成和水解两部的合成和水解两部分分, 其中其中ATP的合成所需的能量来自细胞内的合成所需的能量来自细胞内的放能反应的放能反应, ATP的水解释放的能量则用于吸的水解释放的能量则用于吸能反应能反应. ATP与与ADP的相互转化保证了生命活的相互转化保证了生命活动的正常进行动的正常进行. ATP与与ADP的相互转化中物质的相互转化中物质是可逆的是可逆的, 能量是不可逆的能量是不可逆的. 【答案答案】D互动探究互动探究 1. (1)图中参与能量图中参与能量转化的主要生理过程有转化的主要生理过程有哪些哪些? 图中能量图中能量主要去路有哪些主要去路有哪些? (2)图中酶图中酶和酶和酶是一种吗是一种吗? 【提示提示】(1)光合作用、细胞呼吸光合作用、细胞呼吸. 用于生用于生物体的各项生命活动物体的各项生命活动, 如肌肉收缩如肌肉收缩, 神经冲动神经冲动的传导等的传导等. (2)不是不是, 酶酶是合成酶是合成酶, 酶酶是水解酶是水解酶. 要点二要点二酶的作用机理及有关曲线解读酶的作用机理及有关曲线解读1. 酶的作用机理酶的作用机理酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能, 分析如下分析如下: (1)图中图中ac和和bc段分别表示无催化剂和酶催段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能化时反应进行所需要的活化能. (2)若将酶变为无机催化剂若将酶变为无机催化剂, 则则b在纵轴上向在纵轴上向上移动上移动. 用加热的方法不能降低活化能用加热的方法不能降低活化能, 但会但会提供活化能提供活化能. 2. 与酶有关的曲线解读与酶有关的曲线解读(1)表示酶的高效性的曲线表示酶的高效性的曲线催化剂可加快化学反应速率催化剂可加快化学反应速率, 与无机催化与无机催化剂相比剂相比, 酶的催化效率更高酶的催化效率更高. 酶只能缩短达到化学平衡所需要的时间酶只能缩短达到化学平衡所需要的时间, 不能改变化学反应的平衡点不能改变化学反应的平衡点. (2)影响酶活性的曲线影响酶活性的曲线在一定温度在一定温度(pH)范围内范围内, 随温度随温度(pH)的升的升高高, 酶的催化作用增强酶的催化作用增强, 超过这一范围酶催化超过这一范围酶催化作用逐渐减弱作用逐渐减弱. 过酸、过碱、高温都会使酶失活过酸、过碱、高温都会使酶失活, 而低温而低温只是抑制酶的活性只是抑制酶的活性, 酶分子结构未被破坏酶分子结构未被破坏, 温温度升高可恢复活性度升高可恢复活性. 反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度适温度. (3)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响在其他条件适宜、酶量一定的条件下在其他条件适宜、酶量一定的条件下, 酶酶促反应速率随底物浓度的增加而加快促反应速率随底物浓度的增加而加快, 但当但当底物达到一定浓度后底物达到一定浓度后, 受酶数量和酶活性限受酶数量和酶活性限制制, 酶促反应速率不再增加酶促反应速率不再增加. 在底物充足、其他条件适宜的条件下在底物充足、其他条件适宜的条件下, 酶酶促反应速率与酶浓度成正比促反应速率与酶浓度成正比. (2012陕西榆林高一检测陕西榆林高一检测)如图中如图中, 横轴表示酶的催化反应条件横轴表示酶的催化反应条件, 纵轴表示酶纵轴表示酶促反应速率促反应速率, 能正确反映温度、能正确反映温度、pH和反应和反应物浓度与酶促反应速率关系的曲线分别是物浓度与酶促反应速率关系的曲线分别是() 关键点关键点【思路点拨思路点拨】本题主要考查影响酶促反应本题主要考查影响酶促反应速率的因素速率的因素. 解答本题可从以下几点分析解答本题可从以下几点分析: 明确影响酶促反应速率的因素明确影响酶促反应速率的因素. 区分酶活性和酶促反应速率的异同区分酶活性和酶促反应速率的异同. 回忆各种因素对酶促反应速率的影响曲线回忆各种因素对酶促反应速率的影响曲线. A. 甲、乙、丙甲、乙、丙B. 甲、甲、乙甲、甲、乙C. 甲、丙、乙甲、丙、乙 D. 甲、甲、丙甲、甲、丙【解析解析】在一定的温度和在一定的温度和pH范围内范围内, 酶活酶活性升高性升高, 酶促反应速率增加酶促反应速率增加; 超过最适温度和超过最适温度和pH后后, 随温度和随温度和pH的升高的升高, 酶的活性下降酶的活性下降, 酶酶促反应速率减慢促反应速率减慢, 故温度、故温度、pH与酶促反应速与酶促反应速率关系的曲线都为甲率关系的曲线都为甲; 在一定范围内在一定范围内, 反应物反应物浓度增加浓度增加, 酶促反应速率增加酶促反应速率增加, 但当酶达到饱但当酶达到饱和和, 酶的数量成为影响酶促反应速率的主要酶的数量成为影响酶促反应速率的主要因素因素. 【答案答案】D互动探究互动探究 2. 如果将题干中的如果将题干中的“酶促反应酶促反应速率速率”换成酶活性换成酶活性, 答案仍为答案仍为D项吗项吗? 【提示提示】将将“酶促反应速率酶促反应速率”改换成酶活改换成酶活性后性后, 温度和温度和pH对酶活性的影响仍为甲对酶活性的影响仍为甲, 而而反反应物浓度对酶活性的影响变为乙应物浓度对酶活性的影响变为乙, 答案应改答案应改为为B项项. 这是因为酶活性的大小仅与酶分子本这是因为酶活性的大小仅与酶分子本身的结构及温度、身的结构及温度、pH有关有关, 与反应物浓度、与反应物浓度、酶的浓度等没有关系酶的浓度等没有关系. 要点三要点三与酶有关的实验设计与酶有关的实验设计1.实验证明酶具有催化性实验证明酶具有催化性操作顺序操作顺序试管号试管号121质量分数为质量分数为3%的的H2O2溶溶液液3 mL3 mL2 新鲜的酵母菌液新鲜的酵母菌液2 mL操作顺序操作顺序试管号试管号123蒸馏水蒸馏水2 mL4振荡试管振荡试管振荡振荡5用棉花堵住试管口用棉花堵住试管口, 观察气泡观察气泡气泡多气泡多无明显无明显变化变化6将带余烬的卫生香将带余烬的卫生香插入试管内插入试管内, 观察卫观察卫生香燃烧的情况生香燃烧的情况卫生香燃卫生香燃烧猛烈烧猛烈无明显无明显变化变化2.实验证明酶具有特异性实验证明酶具有特异性特异性特异性原理原理对照对照实验实验实验实验结果结果实验说明实验说明: (1)制备的可溶性淀粉溶液制备的可溶性淀粉溶液, 必须完全冷却后必须完全冷却后才能使用才能使用. 若用刚煮沸的可溶性淀粉溶液进若用刚煮沸的可溶性淀粉溶液进行实验行实验, 会破坏淀粉酶的活性会破坏淀粉酶的活性. (2)加酶的试管保温时加酶的试管保温时, 应控制在应控制在60 左右左右, 低低于于50 或高于或高于75 会降低化学反应的速率会降低化学反应的速率.(3)实验中需严格控制无关变量实验中需严格控制无关变量, 如所加待测如所加待测溶液和试剂的体积、保温时间、加热时间等溶液和试剂的体积、保温时间、加热时间等. 3. 探究探究pH对酶活性的影响对酶活性的影响(1)实验原理实验原理pH影响酶的活性影响酶的活性, 从而影响氧气的生成量从而影响氧气的生成量, 通过含过氧化氢酶的滤纸片在过氧化氢溶液通过含过氧化氢酶的滤纸片在过氧化氢溶液中上浮的情况来检验氧气的生成量中上浮的情况来检验氧气的生成量. (2)实验步骤设计实验步骤设计取取3只烧杯只烧杯分别加入等量的分别加入等量的pH依次为依次为5、7、9的的H2O2溶液溶液将大小相同的浸过过氧化氢酶溶液的干燥滤将大小相同的浸过过氧化氢酶溶液的干燥滤纸片分别放入纸片分别放入3只烧杯中只烧杯中观察滤纸片上观察滤纸片上浮情况浮情况. (3)实验结果预测实验结果预测pH为为7的条件下的条件下, 滤纸片上升最快滤纸片上升最快. (4)实验结论实验结论: pH影响酶活性影响酶活性. 【名师点睛名师点睛】(1)生物组织中还原性糖的鉴生物组织中还原性糖的鉴定实验只能用斐林试剂定实验只能用斐林试剂. (2)探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用实验探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用实验, 只只能用斐林试剂能用斐林试剂, 不能用碘液不能用碘液. 因为蔗糖无论反因为蔗糖无论反应与否都不会与碘液有颜色反应应与否都不会与碘液有颜色反应, 实验现象实验现象相同相同. (3)探究温度对酶活性的影响实验探究温度对酶活性的影响实验, 只能用碘只能用碘液液, 不能用斐林试剂不能用斐林试剂, 因为斐林试剂使用时要因为斐林试剂使用时要加热加热, 这会影响温度为自变量的实验这会影响温度为自变量的实验. (2012湖南六校联考湖南六校联考)下表是某同下表是某同学为验证酶的特异性而设计的实验方案学为验证酶的特异性而设计的实验方案, ad表示表示4支试管支试管, 表示实验步骤表示实验步骤. 对该实验方案的有关评价对该实验方案的有关评价, 错误的是错误的是()abcd淀粉溶淀粉溶液液2 mL蔗糖溶液蔗糖溶液2 mL唾液淀粉唾液淀粉酶溶液酶溶液2 mL唾液淀粉唾液淀粉酶溶液酶溶液2 mLabcd37 温水中水浴加热温水中水浴加热10 min将将c倒入倒入a, 将将d倒入倒入b37 温水中水浴加热温水中水浴加热10 min加入现配的斐林试剂溶液加入现配的斐林试剂溶液2 mL37 恒温水浴恒温水浴2 min观察并记录颜色变化观察并记录颜色变化A.唾液淀粉酶属于无关变量唾液淀粉酶属于无关变量B. 应将斐林试剂改为碘液应将斐林试剂改为碘液C. 的温度设置有一处错误的温度设置有一处错误D. 第第步操作可以省略步操作可以省略【思路点拨思路点拨】解答本题的关键是明确解答本题的关键是明确“哪哪些步骤需水浴加热及水浴加热的目的些步骤需水浴加热及水浴加热的目的”; 注注意斐林试剂与还原性糖反应时应在意斐林试剂与还原性糖反应时应在50 65 水浴中加热水浴中加热2 min. 【解析解析】该实验的自变量为底物不同该实验的自变量为底物不同, 唾唾液淀粉酶属于无关变量液淀粉酶属于无关变量; 在底物与唾液淀粉在底物与唾液淀粉酶混合前无需水浴加热酶混合前无需水浴加热, 37 水浴加热应放水浴加热应放在混合后进行在混合后进行; 滴加斐林试剂后滴加斐林试剂后, 斐林试剂与斐林试剂与还原性糖反应需还原性糖反应需50 65 水浴加热水浴加热2 min; 该实验中不能用碘液代替斐林试剂该实验中不能用碘液代替斐林试剂, 因为蔗因为蔗糖无论反应与否糖无论反应与否, 都不会与碘液有颜色反应都不会与碘液有颜色反应, 实验现象相同实验现象相同. 【答案答案】B变式训练变式训练 (2012淮安统考淮安统考)在小型圆底在小型圆底烧烧瓶内盛等量的瓶内盛等量的H2O2, 并向瓶中迅速加入等量并向瓶中迅速加入等量的下列图示中的物质的下列图示中的物质, 烧瓶口紧包着一个小烧瓶口紧包着一个小气球气球, 使烧瓶沉于烧杯底部的同一位置使烧瓶沉于烧杯底部的同一位置. 下列下列装置中装置中, 沉入底部的烧瓶最先浮起的是沉入底部的烧瓶最先浮起的是()解析解析: 选选C. 在图中所示的在图中所示的4个烧瓶中只有个烧瓶中只有C项项中中H2O2分解速率最快分解速率最快, 产生产生O2最多最多, 小气球小气球最先浮起最先浮起. 因为新鲜肝脏中有过氧化氢酶因为新鲜肝脏中有过氧化氢酶, 其其催化效率比催化效率比Fe3高高, 且在且在37 时活性达到最时活性达到最高高; 而久置肝脏研磨液中过氧化氢酶被微生而久置肝脏研磨液中过氧化氢酶被微生物分解物分解, 其活性大大降低其活性大大降低. 对酶的本质等认识不清对酶的本质等认识不清【例题例题】下列有关酶的叙述下列有关酶的叙述, 正确的是正确的是( )是有分泌功能的细胞产生的是有分泌功能的细胞产生的有的从食有的从食物中获得物中获得, 有的在体内转化而来有的在体内转化而来凡是活凡是活细胞都能产生酶细胞都能产生酶酶都是蛋白质酶都是蛋白质有的有的酶是蛋白质酶是蛋白质酶在代谢中有多种功能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是起催化作用, 其催化作用的实质是其催化作用的实质是降低反应的活化能降低反应的活化能A. B. C. D. 【思路点拨思路点拨】本题主要考查酶的定义及对其本题主要考查酶的定义及对其作用机理的理解作用机理的理解. 解答本题的关键是充分理解答本题的关键是充分理解酶的概念解酶的概念, 识记作用机理识记作用机理, 然后逐项分析然后逐项分析. 【解析解析】酶是活细胞产生的具有生物催化酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物作用的有机物, 绝大多数是蛋白质绝大多数是蛋白质, 少数是少数是RNA, 通过降低反应的活化能来起作用通过降低反应的活化能来起作用. 【答案答案】C【纠错笔记纠错笔记】酶知识的正误辨析酶知识的正误辨析正确说法正确说法错误说法错误说法产生产生场所场所凡是活细胞都能产生凡是活细胞都能产生(不考不考虑哺乳动物成熟红细胞虑哺乳动物成熟红细胞)具有分泌功具有分泌功能的细胞才能的细胞才能产生能产生化学化学本质本质有机物有机物(或多数是蛋白质或多数是蛋白质, 少数为少数为RNA)蛋白质蛋白质正确说法正确说法错误说法错误说法作用作用场所场所既可在细胞内既可在细胞内, 也可在也可在细胞外、体外发挥作用细胞外、体外发挥作用只在细胞内起催只在细胞内起催化作用化作用温度温度影响影响低温影响酶的活性低温影响酶的活性, 不不破坏酶的结构破坏酶的结构, 高温使高温使酶变性失活酶变性失活低温引起酶的变低温引起酶的变性失活性失活作有作有 酶只起催化作用酶只起催化作用酶具有调节、催酶具有调节、催化等多种功能化等多种功能来源来源 生物体内合成生物体内合成有的来源于食物有的来源于食物