降低化学反应活化能的酶细胞的能量通货

降低化学反应活化能的酶细胞的能量通货第1页/共86页第三单元细胞的能量供应和利用

第2页/共86页第1讲降低化学反应活化能的酶细胞的能量“通货”——ATP第3页/共86页酶在代谢中的作用(Ⅱ)

ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)

实验：探究影响酶活性的因素第4页/共86页知识点一酶的作用和本质1．酶的作用

(1)细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为________。细胞代谢是细胞_________的基础

(2)活化能：分子从________转变为容易发生化学反应的__________所需要的能量。催化剂(酶及无机催化剂)的作用机理是_____________________细胞代谢

生命活动

常态

活跃状态

降低化学反应的活化能

第5页/共86页(3)实验：通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，证明酶具有________能力，而且酶比无机催化剂降低活化能的作用更显著，具有________(4)作用意义：细胞代谢能在________条件下快速进行，是由于酶的催化作用催化

高效性

温和

第6页/共86页酵母活细胞

酵母细胞死亡

酿酶

第7页/共86页脲酶

蛋白质

尿素

RNA

第8页/共86页3．酶的本质(归纳)

酶是________产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是________，少数酶为RNA活细胞

蛋白质

第9页/共86页知识点二酶的特性(1)________：酶催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍(2)________：每一种酶只能催化一种或一类化学反应(3)酶的作用条件________：酶在________的温度和pH条件下，其活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶的活性都________

议一议：加酶洗衣粉为何用温水浸泡？这种洗衣粉能否用于毛料、丝织品的洗涤？答案：温水为酶发挥洗涤作用提供最适温度(冷水抑制酶活性，热水则使酶丧失活性)。不能。高效性

专一性

较温和

最适宜

明显降低

第10页/共86页知识点三ATP的结构、功能、利用和转化1．ATP的结构、功能和利用

(1)结构：ATP的结构简式是____________，一个ATP分子中含有一个腺苷、两个___________、三个_________ (2)功能：是一种高能磷酸化合物，直接给细胞的生命活动_________ (3)利用：ATP可用于_________________、生物发电和发光、________、大脑思考及各种吸能反应A—P～P～P

高能磷酸键

磷酸基团

提供能量

细胞的主动运输

肌肉收缩

第11页/共86页2．ATP与ADP的相互转化

(1)ATP水解：在有关酶的催化作用下，ATP分子中__________的高能磷酸键很容易水解，并释放出大量的能量

(2)ATP形成：在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与____________________结合，重新形成ATP (3)ATP形成的能量来源 ①对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自______________，对于绿色植物来说，则来自于

. ②细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的______远离腺苷

一个游离的磷酸(Pi)

和光合作用

细胞呼吸细胞呼吸共性

第12页/共86页看一看：ATP中末端的高能磷酸键有何特点？答案：ATP中末端的高能磷酸键易断裂和再生成，断裂时释放出大量的自由能，是一般化学键放出能量的2倍以上。例如：每摩尔的高能磷酸键放出的能量约是30.54kJ，而一般的P－O键只放出能量8.37～20.92kJ。

第13页/共86页诱导契合模型酶与反应物的契合关系在某种程度上像锁与钥匙的关系，酶改变形状，使反应物与酶的活性部位相契合(称为诱导契合)，这种结合使反应更快地进行。第14页/共86页第15页/共86页实验变量分析与对照实验设置1．自变量：是指人为改变的变量，如氯化铁和肝脏研磨液。2．因变量：是指随着自变量的变化而变化的变量，如H2O2的分解速率或酶活性。3．无关变量：是指除自变量外，其他对实验结果能造成影响的可变因素，如H2O2浓度、肝脏研磨液新鲜程度等。4．对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。它一般要设置对照组和实验组。第16页/共86页巧记：能源物质的三个“一”与一个“二”——根本能源：太阳光能。——主要能源物质：糖类。——直接能源物质：ATP。第17页/共86页酶的本质、生理功能及其实验验证

高考地位：5年13考

(2012天津卷、海南卷、全国卷、福建卷，2011全国课标卷、天津卷、海南卷……)

第18页/共86页1．酶的本质及生理功能来源及化学本质活细胞产生的具有生物催化作用的有机物绝大多数酶是蛋白质少数酶是RNA合成场所核糖体细胞核(真核生物)生理功能催化作用(生物催化剂)作用原理降低化学反应的活化能第19页/共86页与无机催化剂对比

第20页/共86页第21页/共86页第22页/共86页4．酶的高效性——比较过氧化氢在不同条件下的分解

第23页/共86页(1)实验过程中的理论分析：(2)酶具有高效性的机理是其能够显著降低反应活化能，缩短反应达到平衡点的时间，并使细胞代谢在温和条件下快速进行。第24页/共86页★★本考点高考命题多以选择题形式出现，命题时往往联系不同章节涉及的具体酶促反应，或者给以文字、图表曲线信息考查学生分析问题和解决问题的能力。第25页/共86页【典例1】

下列有关酶的叙述，正确的是(

)。 ①是有分泌功能的细胞产生的②有的从食物中获得，有的从体内转化而来③凡是活细胞都能产生酶④绝大多数酶是蛋白质⑤有的酶是蛋白质，有的酶是固醇⑥酶在代谢中有多种功能⑦在新陈代谢和生殖发育中起调控作用⑧酶只是起催化作用⑨酶只在细胞内发挥作用⑩酶在体内不能更新⑪酶制剂通常在低温下保存第26页/共86页A．①②⑤⑪

B．③⑦⑨⑩C．③④⑧⑪

D．④⑤⑥⑩解析酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物；酶大多数是蛋白质，少数为RNA；酶只有催化功能，在个体发育中起调控作用的是激素。答案C第27页/共86页酶知识的正误辨析正确说法错误说法来源生物体内合成有的来源于食物产生场所凡是活细胞都能产生(不考虑人的成熟红细胞)具有分泌功能的细胞才能产生化学本质有机物(或多数是蛋白质，少数为RNA)蛋白质第28页/共86页作用场所既可在细胞内，也可在细胞外、体外发挥作用只在细胞内起催化作用作用条件酶的作用条件较温和，当酶处于高温、低温、过酸、过碱环境时，酶的催化效率可能会低于无机催化剂作用酶只起催化作用酶具有调节、催化等多种功能第29页/共86页【训练1】 (2013·黄冈联考)下列有关酶的叙述，正确的是(

)。

A．酶提供使反应开始所必需的活化能

B．在叶绿体类囊体薄膜上存在ATP合成酶

C．低温下酶的活性降低是因为酶的空间结构被破坏

D．酶的催化效率总是高于无机催化剂第30页/共86页解析酶能够降低反应的活化能，而不是提供活化能；在叶绿体内ATP的合成是在光反应阶段发生的，叶绿体的类囊体薄膜上存在有ATP合成酶；低温只是暂时抑制酶的活性，其空间结构并没有被破坏；酶的作用条件较温和，当酶处于高温、低温、过酸、过碱环境时，酶的催化效率可能会低于无机催化剂。答案B第31页/共86页1．表示酶高效性的曲线

(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平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。

(3)酶只能催化自然条件 下能发生的化学反应。与酶相关的曲线解读

高考地位：5年6考

(2011海南卷、全国新课标卷，2010全国卷，2009宁夏卷……)

第32页/共86页2．表示酶专一性的曲线

加入酶B的反应速率与无酶A或空白对照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。进而说明酶具有专一性。第33页/共86页(1)甲、乙曲线表明：①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。②过酸、过碱、高温都会使酶失活，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。(2)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。3．影响酶活性的曲线第34页/共86页(1)在其他条件适宜，酶量一定的条件下，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，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。(2)在底物充足，其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。4．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响第35页/共86页★以曲线图表形式综合考查考生对酶的特性的理解能力及探究影响酶活性的因素(温度、pH等)是命题专家最常用的命题手段，应重视。第36页/共86页【典例2】

如图甲是过氧化氢酶活性受pH影响的示意图，图乙表示在最适温度下，pH＝b时，H2O2分解产生O2的量随时间的变化情况。若该酶促反应过程中某一个条件发生变化，下列说法正确的是(

)。第37页/共86页A．pH＝a时，E点下移，D点左移B．pH＝c时，E点为0C．温度降低时，E点不变，D点右移D．H2O2的量增加时，E点下移，D点左移破题关键第38页/共86页解析O2的最大释放量只与H2O2的量有关，与酶的活性无关。与pH＝b时相比，pH＝a时酶的活性下降，E点不变，D点右移，A错误；H2O2不稳定，在过氧化氢酶失活时，H2O2仍能分解，B错误；温度降低时酶的活性降低，E点不变，但H2O2完全分解所用的时间延长，D点右移，C正确；增加H2O2量，E点上移，D点右移，D错误。答案C

酶促反应只改变反应速率，缩短达到平衡的时间，不改变平衡点。本题中O2的最大释放量只与H2O2的量有关，与酶的活性无关。第39页/共86页【训练2】

请针对下列酶的有关曲线回答问题。第40页/共86页(1)图一表示人体内某种酶在适宜的温度和pH条件下，作用于一定量的底物时，生成物量与反应时间的关系。在140min后，曲线变成水平，这是因为________。若其他条件不变，将该酶的浓度增加一倍，请在原图上画出生成物的量变化曲线。(2)图二表示该酶促反应速率与底物浓度的关系。若酶量增加一倍，曲线应如何变化？请在图中画出。(3)图三可以表示人体________在37℃条件下酶促反应速率与pH的关系。A．唾液淀粉酶 B．胃蛋白酶C．胰脂肪酶 D．呼吸氧化酶第41页/共86页解析本题考查底物浓度、pH对酶活性的影响，正确分析坐标曲线的变化原因、自变量与因变量是解题的关键。(1)在温度和pH适宜的条件下，140min后，生成物量不再增加可能是因为底物已消耗完毕。若在其他条件不变的情况下，将酶的量增加一倍，则反应会加快，达到平衡的时间会提前，但生成物量与未增加前的最大值一致。(2)在其他条件保持适宜时，酶量增加一倍，反应速率会加快，达到最大反应速率时的底物浓度高于增加酶量前。(3)由曲线可知：该种酶达到最大反应速率时pH约为2，故该种酶为胃蛋白酶。第42页/共86页答案(1)底物量一定，底物已经被消耗尽如图一所示(2)如图二所示(3)B第43页/共86页1．ATP的结构简析图析ATP的结构与作用高考地位：5年4考

(2012北京卷，2008广东卷、天津卷……)

第44页/共86页(1)组成元素：C、H、O、N、P。(2)简称：三磷酸腺苷。(3)各字母代表的含义：A——腺苷(腺嘌呤＋核糖)；P——磷酸基团；～——高能磷酸键。(4)结构简式：A—P～P～P(远离腺苷A的那个高能磷酸键容易断裂，也容易形成)。第45页/共86页2．ATP的形成途径3．ATP与ADP的相互转化第46页/共86页注意酶1、酶2不同：酶1——合成酶，酶2——水解酶。转化式：ADP＋Pi＋能量

ATP。(1)ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡中。(2)ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。因为转化过程中的所需酶、能量的来源和去路和反应场所都不完全相同。但是物质是可循环利用的。(3)ATP的形成需要满足4个条件：2种原料(ADP和Pi)、能量和酶。另外合成ATP的过程中有水生成。第47页/共86页本考点近年命题频率较低，已有命题多与其他相关知识点融合起来考查。复习时注意ATP与其他知识的综合。第48页/共86页【典例3】 ATP是细胞的能量“通货”，是生命活动的直接能源物质，下图为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(

)。第49页/共86页A．图1中的A代表腺苷，b、c为高能磷酸键B．图2中进行①过程时，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．夜间有O2存在时，图2中过程②主要发生在线粒体破题关键第50页/共86页解析A项中A代表的是腺嘌呤，A错误。ATP水解一般是远离A的高能磷酸键断裂，也就是c键，所以B项正确；ATP水解产生的能量来自ATP的高能磷酸键的水解，合成ATP的能量来自细胞呼吸和光合作用；酶的催化作用具有高效性。夜间有O2存在时，ATP合成的主要场所是线粒体。答案A第51页/共86页【训练3】

请分析下列关于ATP的有关数据和实验，并回答下面的问题。

(1)经测定一个成年人静止状态下24h将有40kg的ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP等仅有2～10mg。为满足能量的需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是_____。

(2)用32P标记的磷酸加入细胞培养液，短时间内快速分离出细胞内的ATP，结果ATP浓度变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团却已带上了放射性标记。这一事实证明_________， 你得出结论的依据是___________________。第52页/共86页解析ATP在活细胞内的含量较少，但与ADP之间的转化速度却很快，维持在一定水平，处于动态平衡状态。答案

(1)ADP与ATP之间可以快速相互转变(2)ATP在细胞内的含量处于动态平衡状态细胞内ATP浓度变化不大，部分ATP末端磷酸基团带上了放射性标记，说明这是重新合成的，同时也说明原有ATP部分被分解了第53页/共86页探究影响酶活性的条件及酶的专一性高考地位：5年8考

(2012福建卷、全国卷，2011全国卷、江苏卷……)

第54页/共86页一、温度对酶活性的影响1．原理解读②温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。第55页/共86页2．实验设计思路第56页/共86页3．实验设计程序本实验不宜选用过氧化氢酶催化过氧化氢分解，因为过氧化氢酶催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。第57页/共86页第58页/共86页第59页/共86页归纳不同酸碱度对酶的活性和结构的影响第60页/共86页三、酶的专一性

该实验探究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。

(1)方案一：用同一种酶催化两种不同物质第61页/共86页第62页/共86页★★近几年高考对酶相关实验的考查力度有加大的趋势，尤其全国卷。命题多通过实验描述及给出的图表信息考查学生对实验的分析评价能力或探究能力，综合性强，考生易丢分，应高度重视。第63页/共86页【典例】 (2012·福建理综，26)大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。

(1)查询资料得知，18℃时，在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知，在各自最适pH下，三种蛋白酶催化效率最高 的是________。第64页/共86页(2)资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15～18℃之间。学习小组假设：大菱鲆蛋白酶的最适温度在15～18℃间。他们设置15℃、16℃、17℃、18℃的实验温度，探究三种酶的最适温度。①探究实验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是________，可用________试剂鉴定。②胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在________。③为了控制实验温度，装有酶和底物的试管应置于________中以保持恒温。单位时间内________可以表示蛋白酶催化效率的高低。④实验结果如图2，据此能否确认该假设成立？________。理由是：____________________。第65页/共86页第66页/共86页(3)研究还发现大菱鲆消化道淀粉酶和脂肪酶含量少、活性低，所以人工养殖投放的饲料成分中要注意降低________的比例，以减少对海洋的污染。解析(1)分析图可知，在各自最适pH下，幽门盲囊蛋白酶活性最高，故其催化效率最高。(2)酶具有专一性，蛋白酶的作用底物只能是蛋白质。由图1可知胃蛋白酶最适pH为2，幽门盲囊蛋白酶最适pH为8。实验中为了控制温度常用水浴保持恒温。酶催化效率的高低常用单位时间内底物消耗量或产物生成量来表示。

第67页/共86页图2显示随着温度的提高，酶的活性逐渐升高，酶活性峰值并未出现，故学习小组作出的“大菱鲆蛋白酶的最适温度在15～18℃间”的假设不成立。(3)大菱鲆消化道中淀粉酶和脂肪酶含量少，活性低，故应减少饲料中淀粉和脂肪的比例。答案(1)幽门盲囊蛋白酶(2)①蛋白质双缩脲②2和8

③水浴底物消耗量(或产物生成量)

④不能据图可知随着温度提高酶活性逐步升高，酶活性峰值未出现(3)淀粉、脂肪第68页/共86页【训练】 (2012·襄阳调研)某同学将马铃薯磨 碎、过滤得到提取液进行以下实验。

Ⅰ.在30℃的条件下，取等量提取液分别加到4支盛有等量过氧化氢溶液，pH分别为3、5、7、9的试管中，结果发现每支试管都产生气体。请回答下列问题：

(1)该实验的课题是____________________。

(2)该实验中的自变量是__________________。第69页/共86页(3)各实验组均在30℃下进行的原因是：①______；②____。Ⅱ.将加入4支试管中的马铃薯提取液的量减半，重复实验Ⅰ。分别测定实验Ⅰ、Ⅱ中过氧化氢的含量在相同时间内的变化，绘制成如图所示曲线，请回答下列问题。(4)曲线a是实验________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)的结果。(5)曲线a和b中，过氧化氢含量的最低点基本位于横坐标同一位置的原因是_________。第70页/共86页解析Ⅰ.根据题干可知，该实验的自变量是pH，因变量是酶的活性，故该实验的研究课题是探究不同pH对酶活性的影响。除了pH外，其他影响酶活性的因素是该实验的无关变量(如温度)，在实验过程中，各实验组的无关变量应保持一致且适宜，故均在30℃下进行。Ⅱ.马铃薯提取液的量减半，导致过氧化氢酶的量减半，酶促反应速率减慢，则在相同pH下，剩余的过氧化氢量较多，故曲线a是实验Ⅱ的结果。两实验中，过氧化氢酶的最适pH是一样的。答案

(1)探究不同pH对过氧化氢酶活性的影响(2)pH

(3)30℃是过氧化氢酶的适宜温度排除温度变化(无关变量)对实验结果的影响(4)Ⅱ

(5)同一种酶的最适pH是一定的第71页/共86页1.(2012·海南单科，4)下列操作中，不可能导致淀粉酶活性发生变化的是 (

)。

A．淀粉酶溶液中加入强酸

B．淀粉酶溶液中加入蛋白酶

C．淀粉酶溶液中加入淀粉溶液

D．淀粉酶经高温烘干制成粉剂酶的本质及作用

第72页/共86页解析本题考查了酶及其特性的相关知识。酶是有催化作用的有机物，大多数酶是蛋白质，遇高温、强酸、强碱、重金属会发生变性，故A、D可能发生。淀粉酶是蛋白质，淀粉酶溶液中加入蛋白酶会使淀粉酶水解失活，故B能发生。淀粉酶能把淀粉水解成麦芽糖，且反应前后酶活性不变，C选项符合题意。答案C第73页/共86页2．(2012·天津理综，7)生物分子间特异性结合的性质广泛用于生命科学研究。以下实例为体外处理“蛋白质－DNA复合体”获得DNA片段信息的过程图。第74页/共86页据图回答下列问题。(1)过程①酶作用的部位是________键，此过程只发生在非结合区DNA。过程②酶作用的部位是________键。(2)①、②两过程利用了酶的________特性。(3)若将得到的DNA片段用于构建重组质粒，需要将过程③的测序结果与________酶的识别序列进行比对，以确定选用何种酶。(4)如果复合体中的蛋白质为RNA聚合酶，则其识别、结合的DNA序列区为基因的___________________。(5)以下研究利用了生物分子间特异性结合性质的有________(多选)。第75页/共86页A．分离得到核糖体，用蛋白酶酶解后提取rRNAB．用无水乙醇处理菠菜叶片，提取叶绿体基粒膜上的光合色素C．通过分子杂交手段，用荧光物质标记的目的基因进行染色体基因定位D．将抑制成熟基因导入番茄，其mRNA与催化成熟酶基因的mRNA互补结合，终止后者翻译，延迟果实成熟第76页/共86页解析本题主要考查酶的专一性及相关物质间特异性结合的知识。(1)分析题图，过程①所利用的酶是DNA酶，其作用部位是磷酸二酯键；过程②所利用的酶是蛋白酶，其作用部位是肽键。(2)①②两过程利用了酶的专一性。(3)因不同的限制酶识别的核苷酸序列不同，故需对DNA分子的特殊片段进行测序，以确定选用的限制酶种类。(4)RNA聚合酶识别的DNA位点是转录起始区。即启动子部位。(5)蛋白酶可与蛋白质分子特异性结合，催化蛋白质水解，故A符合题意；选项B利用的是物质的相似相溶原理，故B不符合题意；C、D选项均利用了碱基分子间的互补配对原则，故C、D符合题意。第77页/共86页答案(1)磷酸二酯肽(2)专一性(3)限制性核酸内切(4)启动子(转录起始区)

(5)ACD第78页/共86页3.(2011