生物第2單元 細胞的代謝 第6講 酶與ATP

第6講酶與ATP突破突破3 3實驗實驗探究影響酶活性的因素探究影響酶活性的因素突破突破1 1酶的拓展及驗證實驗酶的拓展及驗證實驗突破突破2 2ATPATP的結(jié)構(gòu)與作用的結(jié)構(gòu)與作用總綱目錄總綱目錄一、酶在細胞代謝中的作用1.細胞代謝細胞中各種化學(xué)反應(yīng)的統(tǒng)稱,是細胞生命活動的基礎(chǔ)。2.酶的作用機理(1)活化能:分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。(2)作用機理:降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。3.酶的作用機理分析(1)沒有酶催化的反應(yīng)曲線是a。(2)有酶催化的反應(yīng)曲線是b。(3)AC段的含義是在無催化劑催化條件下,反應(yīng)所需的活化能。(4)BC段的含義是酶降低的活化能。(5)若將酶催化改為無機催化劑催化該反應(yīng),則B點將向上移動。1.酶本質(zhì)的探索AfBaCcDd、eEb二、酶的本質(zhì)和特性2.酶的本質(zhì)、基本單位及合成場所本質(zhì)基本單位合成場所絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)氨基酸核糖體少數(shù)是RNA核糖核苷酸主要是細胞核3.酶的特性(連一連)AcBaCb巧學(xué)妙記巧學(xué)妙記酶的來源與特性活細胞內(nèi)來合成,降低化能是本領(lǐng);高效專一需溫和,催化反應(yīng)屬它行。三、ATP1.寫出ATP的結(jié)構(gòu)簡式和簡式中A、P所代表的含義(1)結(jié)構(gòu)簡式:APPP。(2)A:腺苷;P:磷酸基團。2.圖中a是高能磷酸鍵,其中遠離A的高能磷酸鍵易形成和斷裂。3.圖中b為高能磷酸鍵水解釋放能量的過程,其作用是為各項生命活動提供能量。巧學(xué)妙記巧學(xué)妙記ATP直接能源ATP,五種元素來組成;腺苷磷酸高能鍵,易斷重建行功能。4.寫出ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式ATPADP+Pi+能量。5.ATP的來源(1)動物和人:呼吸作用。(2)綠色植物:呼吸作用和光合作用。1.人體內(nèi)含有多種多樣的蛋白質(zhì),每種蛋白質(zhì)都能催化生物化學(xué)反應(yīng)。( )2.體內(nèi)乙醇濃度越高,與乙醇分解相關(guān)的酶促反應(yīng)速率越快。( )1.人體內(nèi)含有多種多樣的蛋白質(zhì),每種蛋白質(zhì)都能催化生物化學(xué)反應(yīng)。( )2.體內(nèi)乙醇濃度越高,與乙醇分解相關(guān)的酶促反應(yīng)速率越快。( )3.光合作用中葉綠素吸收光能不需要酶的參與。()4.酶既可以作為催化劑,也可以作為另一個反應(yīng)的底物。()5.纖維素酶能夠降解植物細胞壁和細菌細胞壁。( )1.人體內(nèi)含有多種多樣的蛋白質(zhì),每種蛋白質(zhì)都能催化生物化學(xué)反應(yīng)。( )2.體內(nèi)乙醇濃度越高,與乙醇分解相關(guān)的酶促反應(yīng)速率越快。( )3.光合作用中葉綠素吸收光能不需要酶的參與。()4.酶既可以作為催化劑,也可以作為另一個反應(yīng)的底物。()5.纖維素酶能夠降解植物細胞壁和細菌細胞壁。( )6.同一個體各種體細胞酶的種類相同、數(shù)量不同,代謝不同。( )7.代謝的終產(chǎn)物可反饋調(diào)節(jié)相關(guān)酶活性,進而調(diào)節(jié)代謝速率。()8.酶制劑適于低溫下保存,是因為低溫時酶活性很低,但空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。()9.ATP中高能磷酸鍵水解可釋放能量。()10.能夠直接給細胞生命活動提供能量的是ATP。()11.淀粉酶催化淀粉水解為葡萄糖不需要ATP提供能量。()12.ATP可為物質(zhì)跨膜運輸提供能量。()13.ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化,時刻不停地發(fā)生并處于動態(tài)平衡之中。()14.螢火蟲尾部發(fā)光細胞中含有熒光素酶,可以催化熒光素與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。()突破突破1 1酶的拓展及驗證實驗酶的拓展及驗證實驗1.酶的特性(1)高效性與無機催化劑相比,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)專一性:每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng),這說明酶的催化作用具有專一性的特點,酶的專一性的解釋常用“鎖和鑰匙學(xué)說”。如圖所示:(3)作用條件較溫和:低溫抑制酶活性,但不破壞酶空間結(jié)構(gòu);高溫、強酸、強堿會破壞酶空間結(jié)構(gòu),從而使酶發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變性或失活。知能拓展知能拓展酶、激素與維生素的比較酶激素維生素來源活細胞產(chǎn)生的有機物由內(nèi)分泌腺或內(nèi)分泌細胞分泌主要從食物中得到化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì),極少數(shù)是RNA多肽、蛋白質(zhì)、氨基酸衍生物、脂質(zhì)等種類多生理功能催化功能對新陳代謝、生長發(fā)育具調(diào)節(jié)作用多是酶的輔助因子相互關(guān)系共性在生物體內(nèi)均屬于高效能物質(zhì),即含量少,作用大,生物代謝不可缺少2.影響酶促反應(yīng)的因素曲線分析(1)溫度和pH對酶促反應(yīng)的影響甲乙丙分析甲、乙圖,在一定溫度(pH)范圍內(nèi),隨溫度(pH)的升高,酶的催化作用增強,超過這一范圍,酶的催化作用逐漸減弱。過酸、過堿、高溫都會使酶變性失活,而低溫只是抑制酶的活性,此時酶空間結(jié)構(gòu)未被破壞,溫度升高時可恢復(fù)活性。從丙圖可以看出:反應(yīng)溶液pH的變化不影響酶作用的最適溫度。甲(在酶量一定情況下)乙(在底物足量情況下)甲圖:在其他條件適宜、酶量一定的情況下,酶促反應(yīng)速率隨底物濃度增加而加快,但當(dāng)?shù)孜镞_到一定濃度后,受酶數(shù)量限制,酶促反應(yīng)速率不再增加。乙圖:在其他條件適宜、底物足量情況下,酶促反應(yīng)速率隨酶濃度的增加而加快。(2)底物濃度和酶濃度對酶促反應(yīng)的影響1.試劑檢測法鑒定酶的本質(zhì)2.“四步法”分析酶促反應(yīng)曲線(1)識標:“識標明變量”。明確酶促反應(yīng)曲線坐標圖中橫坐標(自變量)和縱坐標(因變量)的含義。(2)析線:“析線理關(guān)系”。分析酶促反應(yīng)曲線走勢,明確因變量怎樣隨自變量的變化而變化。如“上升”“下降”“先升后降”“先升后穩(wěn)”“水平”等。(3)明點(特殊點):“抓點求突破”。明確酶促反應(yīng)曲線中起點、終點、頂點、拐點、交叉點等表示的生物學(xué)含義。(4)判斷:“先分后合巧辨析”。對于多條酶促反應(yīng)曲線圖,根據(jù)曲線上不同標示物識別曲線所代表的意義(有的曲線直接標出),首先對每一條曲線單獨分析,進行比較,判斷曲線間有無聯(lián)系或找出相互關(guān)系,然后綜合分析。1.(2017課標全國)下列關(guān)于生物體中酶的敘述,正確的是()A.在細胞中,核外沒有參與DNA合成的酶B.由活細胞產(chǎn)生的酶在生物體外沒有催化活性C.從胃蛋白酶的提取液中沉淀該酶可用鹽析的方法D.唾液淀粉酶催化反應(yīng)最適溫度和保存溫度是37考向考向1以曲線模型的形式以曲線模型的形式,考查酶的作用考查酶的作用C答案答案C本題考查酶的相關(guān)知識。細胞質(zhì)中線粒體和葉綠體內(nèi)也有參與DNA合成的酶,A錯誤;在適宜環(huán)境下,酶在生物體內(nèi)外都有催化活性,B錯誤;在胃蛋白酶的提取液中加入某些無機鹽溶液后,可以使胃蛋白酶凝聚而從溶液中析出,C正確;唾液淀粉酶催化反應(yīng)的最適溫度不適合該酶的保存,應(yīng)該在低溫下保存,D錯誤。2.如圖表示某反應(yīng)進行時,有酶參與和無酶參與的能量變化,則下列敘述正確的是()A.此反應(yīng)為放能反應(yīng)B.曲線表示有酶參與C.E1為反應(yīng)前后能量的變化D.酶參與反應(yīng)時,所降低的活化能為E4答案答案D曲線是有酶催化條件下的能量變化,其降低的活化能為E4,反應(yīng)前后能量的變化應(yīng)為E3,反應(yīng)產(chǎn)物的能量值比底物的高,此反應(yīng)為吸能反應(yīng)?？枷蚩枷?以曲線分析的形式以曲線分析的形式,考查影響酶促反應(yīng)速率的因素考查影響酶促反應(yīng)速率的因素3.(2018北京東城期末)甲圖是某類酶發(fā)揮催化作用的模型。酶的抑制劑可以與酶結(jié)合并降低其活性,乙、丙兩圖分別表示兩種不同類型抑制劑的作用原理。相關(guān)敘述不正確的是()A.底物與酶活性部位互補時,酶才能發(fā)揮作用,因此酶有專一性B.抑制劑與底物空間結(jié)構(gòu)相似,競爭酶的活性部位C.抑制劑會通過改變酶的結(jié)構(gòu)進而影響酶促反應(yīng)速率D.兩種抑制劑對酶促反應(yīng)的影響均可通過提高底物濃度來緩解D答案答案D由題圖可知,底物與酶活性部位互補時,酶才能發(fā)揮作用,這體現(xiàn)了酶的專一性,A正確;抑制劑與底物結(jié)構(gòu)相似,二者競爭酶的活性部位,B正確;抑制劑與酶結(jié)合后,使活性部位的形狀改變,底物不能與活性部位結(jié)合,造成酶促反應(yīng)速率下降,C正確;提高底物濃度只能減弱抑制劑的作用效果,D錯誤。4.將A、B兩種物質(zhì)混合,T1時加入酶C。如圖為最適溫度下A、B濃度的變化曲線。敘述錯誤的是()A.酶C降低了A生成B這一反應(yīng)的活化能B.該體系中酶促反應(yīng)速率先快后慢C.T2后B增加緩慢是酶活性降低導(dǎo)致的D.適當(dāng)降低反應(yīng)溫度,T2值增大C答案答案C本題考查酶促反應(yīng)過程中酶的作用。由圖示中A、B物質(zhì)變化曲線知,A、B分別為反應(yīng)物和生成物,酶C的作用是降低A生成B這一反應(yīng)的活化能,A正確;隨反應(yīng)物濃度降低,該體系中酶促反應(yīng)速率先快后慢,B正確;T2后因A濃度降低導(dǎo)致了反應(yīng)速率下降,從而導(dǎo)致B濃度增加緩慢,C錯誤;該圖為最適溫度下的酶促反應(yīng)曲線,若適當(dāng)降低反應(yīng)溫度,達到反應(yīng)平衡的時間會延長,T2值會增大,D正確?？枷?以實驗分析的形式,考查酶的作用與特性的實驗探究5.下列是研究乳糖酶催化乳糖水解的相關(guān)實驗,實驗條件均為最適,實驗結(jié)果如下:實驗一(乳糖濃度為10%)實驗二(酶濃度為2%)酶濃度相對反應(yīng)速率乳糖濃度相對反應(yīng)速率00001%255%252%5010%504%10020%655%20030%65以下分析正確的是()A.實驗一若繼續(xù)增加酶濃度,相對反應(yīng)速率不再增大B.實驗一若增加乳糖濃度,相對反應(yīng)速率將減小C.實驗二若繼續(xù)增大乳糖濃度,相對反應(yīng)速率不再增大D.實驗二若將反應(yīng)溫度提高5,相對反應(yīng)速率將增大答案答案C酶濃度能影響酶促反應(yīng)速率,且酶濃度越高,酶促反應(yīng)速率越大,因此實驗一若繼續(xù)增加酶濃度,相對反應(yīng)速率將繼續(xù)增大,A錯誤;實驗一若增加乳糖濃度,相對反應(yīng)速率將增大,B錯誤;由于受到酶濃度限制,實驗二若繼續(xù)增大乳糖濃度,其相對反應(yīng)速率不再增大,C正確;實驗二是在最適溫度下進行的,此時酶活性最高,若再將反應(yīng)溫度提高5,相對反應(yīng)速率將減小,D錯誤。6.如表是關(guān)于酶專一性的實驗設(shè)計,相關(guān)敘述正確的是(多選)()A.該實驗的自變量是酶的種類,無關(guān)變量是底物的用量、反應(yīng)溫度等B.步驟3可以選用新鮮的淀粉酶或蔗糖酶C.若步驟3選用新鮮的淀粉酶,則現(xiàn)象A是產(chǎn)生磚紅色沉淀,B無磚紅色沉淀D.該實驗還可選用碘液作為檢測試劑步驟編號12345注入淀粉溶液注入蔗糖溶液注入某種酶溶液注入斐林試劑并水浴加熱觀察現(xiàn)象試管2mL2mL2mLA試管2mL2mL2mLBBC答案答案BC本實驗用同種酶催化兩種不同的物質(zhì)來研究酶的專一性,自變量是底物的種類,A錯誤;酶可以選擇新鮮的淀粉酶或蔗糖酶,B正確;若選擇新鮮的淀粉酶,試管中的淀粉被水解生成還原性糖,所以現(xiàn)象A是產(chǎn)生磚紅色沉淀,試管中的蔗糖不能被淀粉酶催化水解,蔗糖是非還原性糖,所以現(xiàn)象B是無磚紅色沉淀,C正確;蔗糖及蔗糖水解產(chǎn)物都不能跟碘液發(fā)生顏色反應(yīng),故用碘液無法判斷蔗糖是否被催化水解,D錯誤。1.ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化是不可逆反應(yīng)由表可以看出,ATP的合成和ATP的水解所需的酶、能量來源、能量去路都不同,反應(yīng)場所也不完全相同,因此ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化并不是可逆反應(yīng)。ATP的合成ATP的水解反應(yīng)式ADP+Pi+能量ATPATPADP+Pi+能量所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量來源光能(光合作用)、化學(xué)能(細胞呼吸)儲存在高能磷酸鍵中的能量能量去路儲存于形成的高能磷酸鍵中用于各項生命活動反應(yīng)場所細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體生物體的需能部位突破突破2 2ATPATP的結(jié)構(gòu)與作用的結(jié)構(gòu)與作用2.ATP與光合作用及細胞呼吸的關(guān)系(1)與光合作用的關(guān)系:(2)與細胞呼吸的關(guān)系:3.細胞內(nèi)產(chǎn)生與消耗ATP的生理過程轉(zhuǎn)化場所常見的生理過程細胞膜消耗ATP:主動運輸、胞吞、胞吐細胞質(zhì)基質(zhì)產(chǎn)生ATP:細胞呼吸第一階段葉綠體產(chǎn)生ATP:光反應(yīng)消耗ATP:暗反應(yīng)和自身DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等線粒體產(chǎn)生ATP:有氧呼吸第二、三階段消耗ATP:自身DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等核糖體消耗ATP:蛋白質(zhì)的合成細胞核消耗ATP:DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等1.ATP產(chǎn)生量與O2供給量之間的關(guān)系(1)在無氧條件下,生物細胞可通過無氧呼吸分解有機物,產(chǎn)生少量ATP。(2)隨O2供給量增多,有氧呼吸明顯加強,ATP產(chǎn)生量隨之增加;但當(dāng)O2供給量達到一定值后,ATP產(chǎn)生量不再增加,此時的限制因素可能是酶、有機物、ADP、磷酸等。知能拓展知能拓展(3)當(dāng)橫坐標表示呼吸強度時,ATP產(chǎn)生量曲線應(yīng)從原點開始。2.不同物質(zhì)中“A”代表的含義1.(2018北京海淀第一學(xué)期期末)下列生命活動中不需要ATP提供能量的是()A.淀粉酶催化淀粉水解為麥芽糖B.吞噬細胞吞噬病原體的過程C.細胞中由氨基酸合成新的肽鏈D.葉綠體基質(zhì)中三碳化合物的還原考向考向1結(jié)合生物體中發(fā)生的生理過程結(jié)合生物體中發(fā)生的生理過程,考查考查ATP的結(jié)構(gòu)與作用的結(jié)構(gòu)與作用A答案答案A淀粉酶是在消化道將淀粉水解為麥芽糖的,不需要消耗能量,A正確;吞噬細胞吞噬病原體的過程屬于胞吞,需要消耗能量,B錯誤;由氨基酸合成肽鏈需要消耗能量,C錯誤;暗反應(yīng)階段三碳化合物的還原需要消耗光反應(yīng)階段產(chǎn)生的ATP和H中的能量,D錯誤。2.在下列四種化合物的化學(xué)組成中,“”中所對應(yīng)的含義最接近的是()A.B.C.D.D答案答案D根據(jù)題意,“”中所對應(yīng)的含義分別為:一磷酸腺苷(AMP)即腺嘌呤核糖核苷酸,腺嘌呤,DNA分子上的腺嘌呤脫氧核苷酸,RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸,腺苷,腺苷。3.(2017北京師大附中期中)螢火蟲尾部發(fā)光器能發(fā)光的機理如圖所示。ATP快速熒光檢測儀中含有熒光素、熒光素酶等物質(zhì),用來快速檢測食品表面的微生物。下列說法正確的是()考向考向2依托反應(yīng)式或相關(guān)圖示依托反應(yīng)式或相關(guān)圖示,考查生物體中考查生物體中ATP與與ADP的轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化A.ATP是細胞中的能量貨幣,細胞中儲存大量ATP為生命活動供能B.ATP快速熒光檢測儀只能檢測是否有微生物殘留,不能檢測數(shù)量C.ATP快速熒光檢測儀既可以檢測殘留的需氧型微生物,也可以檢測厭氧型微生物D.螢光素酶可以催化熒光素轉(zhuǎn)化為熒光素酰腺苷酸答案答案CATP是細胞中的能量貨幣,但細胞中儲存的ATP較少,A錯誤;根據(jù)圖示可知,微生物殘留量越多,產(chǎn)生的ATP越多,所發(fā)熒光強度越強,B錯誤;ATP快速熒光檢測儀能檢測殘留的所有能產(chǎn)生ATP的微生物,C正確;螢光素酶可以催化熒光素酰腺苷酸轉(zhuǎn)化為氧合熒光素,D錯誤。4.據(jù)下圖判斷,有關(guān)敘述錯誤的是()A.甲ATP的過程所需的酶與酶1不同B.乙中不含高能磷酸鍵,是RNA基本組成單位之一C.丙物質(zhì)為腺苷,丁可用于某些脂質(zhì)的合成D.ATP為生命活動提供能量需要經(jīng)過圖示的整個過程D答案答案D甲表示ADP,乙表示AMP,丙表示腺苷,丁表示磷酸基團,甲ATP的過程所需的酶與酶1不同,A正確;乙中不含高能磷酸鍵,是RNA基本組成單位之一,B正確;丙物質(zhì)為腺苷,丁可用于某些脂質(zhì)的合成,C正確;ATP為生命活動提供能量主要經(jīng)過圖示的ATP甲過程,D錯誤。1.梯度法探究酶的最適溫度(1)實驗原理淀粉麥芽糖藍色無藍色出現(xiàn)溫度影響淀粉酶活性,從而影響淀粉的分解,滴加碘液后,根據(jù)藍色深淺來判斷淀粉分解狀況,進而推斷出酶活性變化。突破突破3 3實驗實驗探究影響酶活性的因素探究影響酶活性的因素(2)實驗探究思路淀粉t1溫度下+淀粉酶t1溫度下淀粉t2溫度下+淀粉酶t2溫度下 淀粉tn溫度下+淀粉酶tn溫度下檢驗藍色的出現(xiàn)及深淺2.梯度法探究酶的最適pH(1)實驗原理2H2O22H2O+O2pH影響酶的活性,從而影響氧氣的生成速率,可用點燃但無火焰的衛(wèi)生香燃燒的情況來檢驗氧氣生成速率。(2)實驗探究思路O2的產(chǎn)生速率12222222pHH OpHH OpHH On酶液溶液酶液溶液酶液溶液常見的與酶有關(guān)的實驗設(shè)計思路注:根據(jù)實驗?zāi)康?有些實驗需設(shè)置相互對照,設(shè)兩個或兩個以上實驗組。如探究酶作用的最適溫度(或pH)時,應(yīng)按一定的自變量梯度設(shè)置多個實驗組,通過對比實驗結(jié)果找出酶的最適溫度(或pH)。實驗?zāi)康淖宰兞繉嶒灲M對照組驗證酶具有催化作用 相應(yīng)酶液的有無底物+相應(yīng)酶液底物+等量蒸餾水驗證酶的高效性催化劑的種類(無機催化劑和酶) 底物+相應(yīng)酶液底物+無機催化劑驗證酶的專一性不同的底物或不同的酶液底物+相應(yīng)的酶液同一底物+另一酶液或另一底物+同一酶液驗證某種酶是蛋白質(zhì) 待測酶液和標準蛋白質(zhì)溶液待測酶液+雙縮脲試劑標準蛋白質(zhì)溶液+雙縮脲試劑驗證某種酶是RNA 待測酶液和標準RNA溶液待測酶液+吡羅紅染液標準RNA溶液+吡羅紅染液考向以實驗分析或評價的形式考向以實驗分析或評價的形式,考查影響酶活性的因素考查影響酶活性的因素1.為了探究溫度、pH對酶活性的影響,下列實驗設(shè)計合理的是()A.實驗B.實驗C.實驗D.實驗實驗編號探究課題選用材料與試劑溫度對酶活性的影響過氧化氫溶液、新鮮的肝臟研磨液溫度對酶活性的影響新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液pH對酶活性的影響新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液pH對酶活性的影響新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林試劑B答案答案B過氧化氫受熱易分解,不宜用過氧化氫及過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響,實驗不合理;蔗糖酶不能催化淀粉水解,實驗不合理;淀粉在酸性條件下會分解,且斐林試劑呈堿性,能與酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),因此淀粉及淀粉酶溶液不適合用于探究pH對酶活性的影響,實驗不合理。2.某同學(xué)欲通過如圖所示的裝置進行探究影響酶促反應(yīng)速率的因素的實驗,下列分析錯誤的是()A.濾紙片上需附有過氧化氫酶B.酶促反應(yīng)速率可用濾紙片從燒杯底部到浮出液面的時間(即t3-t2)來表示C.可通過設(shè)置不同pH的過氧化氫溶液來探究pH對酶活性的影響D.為了提高實驗的準確性,每個燒杯中需放多個濾紙片答案答案B過氧化氫酶可催化過氧化氫水解,實驗中可將酶附在濾紙片上,A正確;酶促反應(yīng)速率可用濾紙片從進入液面的時間到浮出液面的時間(即t3-t1)來表示,B錯誤;探究pH對酶活性的影響時,可設(shè)置不同pH的過氧化氫溶液,C正確;為了避免實驗的偶然性,提高實驗的準確性,每個燒杯中需放多個濾紙片,D正確。核心構(gòu)建核心構(gòu)建