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课标版 生物 第6讲 酶与ATP,一、酶的作用与本质 1.酶的作用,知识一 酶,酶在细胞代谢中具有 催化 作用。 2.酶的作用机理 (1)活化能是分子从 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)酶的催化作用机理是 降低化学反应的活化能 。,3.酶的本质 (1)产生: 活细胞 。 (2)作用: 催化 。 (3)成分:有机物,绝大多数是 蛋白质 ,少数是 RNA 。 4.酶的本质探索(连一连),(2)专一性:一种酶只能催化 一种或一类 化学反应。 (3)作用条件较温和。 2.影响酶活性的因素 (1)温度与酶活性:每种酶只能在一定限度的温度范围内起作用。酶表现最 大活性时的温度叫做酶的 最适温度 。低于这个温度,酶活性 受 到抑制(或降低) ,温度过高,酶的 空间结构 遭到破坏,永久失活。 (2)pH与酶的活性:每种酶只能在一定限度的pH范围内起作用。酶表现最 大活性时的pH叫做酶的 最适pH 。过酸或过碱,会使酶的 空间 结构 遭到破坏,使酶永久失活。,二、酶的特性及影响因素 1.酶的特性 (1) 高效性 :酶的催化效率大约是无机催化剂的1071013倍。,1.判断下列有关酶叙述的正误。 (1)高温易使酶失活,因此冷水洗涤去污效果应该比温水好。(2014江苏单 科,18A)() (2)同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同,代谢不同。(2013安徽 理综,2C)() (3)低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构。(2013课标,6B) () (4)酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率。(2013课标,6C) () (5)不同酶的最适温度可能相同。(2013海南单科,3A)() (6)酶活性最高时的温度不适合该酶的保存。(2013海南单科,3C)(),2.20世纪80年代,科学家发现了一种RnaseP酶,是由20%的蛋白质和80%的 RNA组成,如果将这种酶中的蛋白质除去,并提高Mg2+的浓度,他们发现留 下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性,这一结果表明 ( ) A.RNA具有生物催化作用 B.酶是由RNA和蛋白质组成的 C.酶的化学本质是蛋白质 D.绝大多数酶是蛋白质,少数是RNA 答案 A 根据题意,除去蛋白质后剩下来的RNA仍具有催化活性,说明 该RNA具有生物催化作用。,3.在测定胃蛋白酶活性时,将溶液的 pH由10降到2的过程中,胃蛋白酶的活 性将 ( ) A.不断上升 B.没有变化 C.先升后降 D.先降后升 答案 B 胃蛋白酶的最适pH为1.5左右,pH为10时,胃蛋白酶变性失活, 在pH从10降到2时,胃蛋白酶活性不再变化。,4.如图所示为过氧化氢被分解的曲线,说明了酶的哪一种特性 ( ) 专一性 高效性 催化特性 在温和条件下进行,A. B. C. D. 答案 B 加入酶与未加催化剂对比,到达反应平衡所需时间缩短,反应 速度加快,说明酶具有催化特性。而加入生物催化剂酶与加入Fe3+对比,反 应速度加快,说明酶具有高效性。,知识二 ATP 一、ATP的结构与功能 1.生物体中的能源物质 细胞中的糖类、脂肪等有机物都储存着化学能,但是直接给细胞的生命 活动提供能量的却是 ATP 。 2.ATP分子的化学组成和结构,3.ATP分子的特点 ATP分子中远离A的那个高能磷酸键容易水解断裂,释放出 能量 , 也可以接受能量而重新形成。因此,ATP分子结构具有 不稳定性 。 高能磷酸键水解时释放的能量多达30.54 kJ/mol,所以说ATP是细胞 内的一种 高能磷酸化合物 。 二、ATP与ADP的转化 1.构成生物体的活细胞,内部时刻进行着ATP与ADP的相互转化,同时也 就伴随有能量的 释放和储存 ,故把ATP比喻成细胞内流通着的 能量“通货” 。 2.植物细胞可以通过 光合作用 和 细胞呼吸 形成ATP,而动 物细胞只能通过 细胞呼吸 形成ATP。,1.判断有关ATP叙述的正误。 (1)线粒体合成的ATP可在细胞核中发挥作用。(2014全国,2A)() (2)机体在运动时消耗ATP,睡眠时则不消耗ATP。(2014全国,2B)() (3)细胞中内质网膜不能合成ATP。(2012北京理综,1C)() (4)叶绿体和线粒体都有ATP合成酶,都能发生氧化还原反应。 () (5)细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体。(2008广东理综,4D) () (6)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(2008天津理,综,6)(),2.下列关于ATP的叙述,错误的是 ( ) A.ATP中含有C、H、O、N、P五种元素 B.动植物、细菌和真菌的细胞内都是以ATP作为能量“通货”的,说明了 生物界具有统一性 C.ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成 D.ATP分子水解去掉两个磷酸基团后变成了RNA的基本单位 答案 C ATP由C、H、O、N、P五种元素组成,它是生物体的直接供 能物质,由1个腺苷和3个磷酸基团组成,若去掉两个磷酸基团则形成腺嘌呤 核糖核苷酸,腺嘌呤核糖核苷酸是组成RNA的基本单位。,突破一 酶 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酶的催化具高效性 a、c酶具有催化作用 (2)专一性:每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应,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)作用条件较温和见2(1)温度和pH对酶促反应的影响 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 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,酶分 子结构未被破坏,温度升高可恢复活性。,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。 (2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响,甲(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:在底物充足、其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓 度成正比。,酶的作用与特性的实验探究 (1)酶的催化作用实验探究 对照组:反应物+清水 反应物不被分解; 实验组:反应物+等量的相应酶溶液 反应物被分解。 (2)酶的专一性实验探究 此实验中的自变量可以是不同反应物,也可以是不同酶溶液,因变量是反 应物是否被分解。 设计思路一:换反应物不换酶,实验组:反应物+相应酶溶液 反应物被分解; 对照组:另一反应物+等量相同酶溶液 反应物不被分解。 设计思路二:换酶不换反应物 实验组:反应物+相应酶溶液 反应物被分解; 对照组:相同反应物+等量另一种酶溶液 反应物不被分解。 (3)酶的高效性实验探究 对照组:反应物+无机催化剂 底物分解速率; 实验组:反应物+等量酶溶液 底物分解速率。 实验中自变量是无机催化剂和酶,因变量是底物分解速率。,典例1 图表示甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理,酶活性与处理时间 的关系,图表示外界环境温度与某一哺乳动物体内酶活性的关系。下列 叙述不正确的是 ( ),A.图中乙酶活性的改变可能是因为其分子结构的改变 B.图中甲酶可能是具有催化功能的RNA C.图表示的酶可以是人体细胞内的呼吸酶 D.图表示酶的活性不随环境温度的变化而变化,说明酶已经失活 解题关键 解析 图中乙酶经蛋白酶处理,分子结构改变,活性下降,A正确;图中 甲酶经蛋白酶处理后活性不变,说明甲酶本质不是蛋白质而是RNA,B正确;,图的酶活性不随外界温度变化而变化,其可以是恒温动物体内的酶,C正 确,D错误。 答案 D,1-1 为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶,某学生设计了两组实验,如 图所示。在37 水浴中保温一段时间后,1、2中加入适量双缩脲试剂,3、 4不加任何试剂,下列实验能达到目的的是 ( ) A.实验 B.实验 C.实验、实验都能 D.实验、实验都不能,答案 A 解析 实验中双缩脲试剂与蛋白液会呈显色反应。正确的做法应该 像实验一样,用蛋白块,直接用肉眼观察蛋白块是否消失或变小。若消失 或变小,则表明口腔的分泌液中有蛋白酶;若蛋白块没有变化,则表明口腔 的分泌液中没有蛋白酶。,1-2 请回答下列有关酶的实验探究的问题: (1)为证明过氧化氢酶的活性受pH的影响,同学甲做了如下实验:,上述实验设计中有两处不妥之处,请指出: ; 。 (2)一般情况下,不能用H2O2酶作为材料探究温度对酶活性的影响,原因是 。 你认为我们应该怎样设计实验来证明温度能影响H2O2酶的活性(简单写出 设计思路,也可用示意图表示): 。查阅资料发现:H2O2受热和受日 光照射时分解速率加快,在温度为30 以下时比较稳定,在70 以上时,分 解速率更快。你认为设计上述实验时,应特别注意的事项是 。,答案 (1)缺少pH=7的对照组 加入NaOH和HCl的时间顺序不合理, 应在加入H2O2酶前改变溶液的pH (2)H2O2不稳定易分解,温度会影响H2O2的分解速率 将盛有H2O2酶的试管 保温于一系列不同温度下一段时间,然后与同温度的H2O2溶液混合,观察同 温度下加H2O2酶和不加H2O2酶的两组试管中气泡的产生速率 将温度控 制在70 以下 解析 验证酶的活性受pH的影响时,除了设置酸性条件、碱性条件的实 验组外,还需要设置pH=7的对照组。一般情况下,不用H2O2酶作为材料探 究温度对酶活性的影响,是由于在不同温度下,H2O2分解速率不同。若设计,实验来证明温度能影响H2O2酶的活性,我们可以采取每一温度下设置两组 实验,一组中加入H2O2酶,另一组不加,比较同一温度下这两组试管中气泡 的产生速率。,突破二 ATP 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的水解在所需的酶、能量来源、 能量去路和反应场所方面不尽相同,因此ATP和ADP的相互转化并不是 可逆反应。 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,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供应量增多,有氧呼吸明显加强,ATP产生量随之增加;但当O2供应,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。 (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,典例2 ATP是细胞的能量通货,是生命活动的直接能源物质,如图为ATP 的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法不正确的是 ( ) A.图1中的A代表腺苷,b、c为高能磷酸键 B.图2中反应向右进行时,图1中的c键断裂并释放能量 C.ATP与ADP快速转化依赖于酶催化作用具有高效性 D.酶1和酶2催化作用的机理是降低反应的活化能,解析 图1中A表示腺嘌呤,b、c是高能磷酸键。ATP水解时远离腺苷的 高能磷酸键断裂。酶的催化作用具有高效性,酶催化作用的机理是降低反 应的活化能。 答案 A,解题关键,2-1 下列关于人体内ATP的叙述,错误的是 ( ) A.细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的 B.线粒体中大量产生ATP时,一定伴随着氧气的消耗 C.在生命活动旺盛的细胞中ATP的含量较多 D.一分子ATP脱去两个磷酸基团可形成一分子腺嘌呤核糖核苷酸 答案 C 解析 ATP是生命活动的直接能源物质;有氧呼吸的第三阶段消耗氧气, 生成水,产生大量的ATP;ATP在细胞中的含量很少,转化速度快。,2-2 下图表示ATP的结构,下列相关说法正确的是 ( ) A.b键断裂后形成ADP和Pi B.图中的3表示ATP中的字母A C.由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位 D.a键断裂释放的能量可以直接用于生命活动 答案 D 解析 a键断裂后形成ADP和Pi,A错误;ATP中的字母A表示腺苷,而图中,的3表示腺嘌呤,B错误;由1、2、3各一分子形成的是腺嘌呤核糖核苷酸,它 是组成RNA的基本单位,C错误;ATP是生命活动所需能量的直接来源,a键 断裂所释放的能量可以直接用于生命活动。,突破三 实验 探究影响酶活性的因素 1.探究原理 (1)温度对酶活性的影响 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。,(2)pH对酶活性的影响 2H2O2 2H2O+O2 pH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 (1)温度对酶活性的影响 检测是 否出现,蓝色及 蓝色深 浅 (2)pH对酶活性的影响 O2的产生速率 易混辨析 (1)在酶的最适温度探究实验中,酶溶液和反应物混合之前,需 要把两者先分别放在各自所需温度下保温一段时间。若选择淀粉和淀粉 酶来探究酶的最适温度,检测的试剂宜用碘液,不应该选用斐林试剂。因选,用斐林试剂需热水浴加热,而该实验中需严格控制温度。 (2)在酶的最适pH探究实验中,操作时必须先将酶置于不同pH条件下(加清 水、加氢氧化钠、加盐酸),然后再加入反应物。不能把酶加入反应物中 后,再加入盐酸或氢氧化钠。,典例3 下列有关酶特性的实验设计中,最科学、严谨的一项是 ( ),解析 A是为了验证酶的高效性,而酶的高效性是通过和无机催化剂 的对比体现出来的,对照组应加入FeCl3溶液替代蒸馏水。B中变量的设计 是正确的,但用碘液只能检测淀粉的存在,对于蔗糖是否水解无法检测,应 用斐林试剂检测。H2O2容易分解,且随着环境温度的升高分解速度加快。 答案 D,3-1 证明过氧化氢酶具有专一性、高效性和催化性实验选用的对照条件 分别是 ( ) A.不同底物、无机催化剂、自然条件 B.同一底物、无机催化剂、自然条件 C.自然条件、无机催化剂、不同底物 D.自然条件、无机催化剂、不同底物 答案 A 解析 证明酶具有催化性,自变量是有无酶,对照条件是自然条件。证明 酶的专一性,对照条件是不同底物;证明酶的高效性,要选用酶与无机催化 剂做对照。,3-2 下列关于酶特性实验设计的叙述中,正确的是 ( ) A.验证酶的专一性时,自变量一定是酶的种类 B.验证酶的高效性时,自变量是酶的浓度 C.探究温度对酶活性的影响时,自变量是温度 D.探究酶催化作用的最适pH时,应设置过酸、过碱、中性三组 答案 C 解析 验证酶的专一性时,自变量是反应物的种类或酶的种类。验证酶 的高效性时,自变量是催化剂的种类。探究酶催化作用的最适pH时,应设 置酸性中性碱性多组。,
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