分 子 與 細 胞分 子 與 細 胞第第 7 7 講講酶和酶和ATP必修11 1酶在代謝中的作用。酶在代謝中的作用。2 2ATPATP在能量代謝中的作用。在能量代謝中的作用。3 3探究影響酶活性的因素。探究影響酶活性的因素。 1.(2010上海)下圖表示生物體內(nèi)的某化學反應，下列有關該反應的敘述中錯誤的是( ) A.需要解旋酶 B.屬于水解反應 C.會有能量變化 D.反應速度與溫度有關 A 分析圖可知，該圖表示的是分析圖可知，該圖表示的是生物體內(nèi)二肽的水解過程；該反應需生物體內(nèi)二肽的水解過程；該反應需要酶的催化，因此受溫度影響；蛋白要酶的催化，因此受溫度影響；蛋白質(zhì)水解需要消耗能量。質(zhì)水解需要消耗能量。 2. (2010上海)下圖表示細胞中某條生化反應鏈，圖中E1E5代表不同的酶，AE代表不同的化合物。據(jù)圖判斷下列敘述中正確的是( ) A.若E1催化的反應被抑制，則A的消耗速度加快 B.若E5催化的反應被抑制，則B積累到較高水平 C.若E3的催化速度比E4快，則D的產(chǎn)量比E多 D.若E1的催化速度比E5快，則B的產(chǎn)量比A多 據(jù)題干信息可以看出：若E1催化的反應被抑制，則A轉(zhuǎn)化為B的速度將會減慢，故A選項錯誤；雖然E5催化的反應被抑制，但由于B還能繼續(xù)轉(zhuǎn)化為C，故B的積累并不一定能達到較高水平，所以B 錯誤；若E3的催化速度比E4快，則C更多地轉(zhuǎn)化為D，D的產(chǎn)量比E多，故C選項正確；若E1的催化速度比E5快，則A更多地轉(zhuǎn)化為B，但由于B還會轉(zhuǎn)化成C，故B的產(chǎn)量不一定比A多，所以D錯誤。 3.（2009全國卷）桃果實成熟后，如果軟化快，耐貯運性就會差。下圖表示常溫下A、B兩個品種桃果實成熟后硬度等變化的實驗結果。 據(jù)圖回答： （1）該實驗結果顯示桃果實成熟后硬度降低，其硬度降低與細胞壁中的 降解有關，該物質(zhì)的降解與 的活性變化有關；也與細胞壁中的 降解有關，該物質(zhì)的降解與 的活性變化有關。 （2）A、B品種中耐貯運的品種是 。 （3）依據(jù)該實驗結果推測，桃果實采摘后減緩變軟的保存辦法應該是 ，因為 。纖維素纖維素纖維素酶纖維素酶果膠質(zhì)果膠質(zhì)果膠酶果膠酶A適當降低溫適當降低溫度度低溫可降低有關酶的活性，延緩果實軟化低溫可降低有關酶的活性，延緩果實軟化（湘（湘RJRJ） （4）采摘后若要促使果實提前成熟，可選用的方法有 和 。 （5）一般來說，果實成熟過程中還伴隨著綠色變淺，其原因是 。 用乙烯進行處理用乙烯進行處理 適當提適當提高貯存溫度高貯存溫度葉綠素含量降低葉綠素含量降低 曲線圖題型的一般解法，需要從三個方面進行解讀：軸、線、點。“軸”是指橫坐標和縱坐標所代表的生物學含義；“線”是指曲線所呈現(xiàn)出的變化趨勢；“點”是指把握曲線變化過程中，具有特定生物學含義的點或轉(zhuǎn)折點。 （1）從圖中可以看出，果實成熟后硬度的變化與細胞壁中纖維素的含量變化一致，與果膠質(zhì)水解產(chǎn)物變化相反，可見，其硬度的降低與纖維素和果膠質(zhì)的降解有關，而纖維素的降解與纖維素酶的活性有關，果膠質(zhì)的降解與果膠酶的活性有關。 （2）A品種在成熟后，其硬度變化比較小，應耐貯運。 （3）從（1）的分析可以看出：果實成熟采摘后要減緩變軟就是要降低酶的活性，而要降低酶的活性，就要適當降低溫度，從而延緩果實軟化。 （4）采摘后要使果實提前成熟，可以根據(jù)以上分析，適當提高貯存的溫度或用乙烯進行處理。 （5）果實成熟過程中綠色變淺是因為葉綠素轉(zhuǎn)變成了其他色素，從而葉綠素含量降低。 一、酶的作用和本質(zhì) (一)酶在細胞代謝中的作用 1.細胞代謝的概念：細胞中每時每刻都進行著 ，統(tǒng)稱為細胞代謝。許多化學反應許多化學反應 2.酶的作用原理： (1)活化能：分子從 轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的 所需要的能量。 (2)原理：同無機催化劑相比，酶 的作用更顯著，因此催化效率更高。 (3)意義：使細胞代謝能在溫和條件下快速進行。常態(tài)常態(tài)活躍狀態(tài)活躍狀態(tài)降低活化能降低活化能 (二)酶的本質(zhì) 1.探索歷程 2.酶的本質(zhì)產(chǎn)生部位產(chǎn)生部位活細胞活細胞本質(zhì)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是數(shù)是合成原料合成原料氨基酸或氨基酸或合成場所合成場所 或細胞核或細胞核功能功能生物催化作用生物催化作用RNA核糖核苷酸核糖核苷酸核糖體核糖體 二、酶的特性 ：酶的催化效率是無機催化劑的1071013倍。 ：每一種酶只能催化一種或一類的化學反應。 酶的作用條件 ：酶在最適宜的溫度和pH條件下，其活性最高 。偏高或偏低，酶的活性都明顯降低。特性特性高效性高效性專一性專一性較溫和較溫和溫度和溫度和pH 三、實驗變量分析 (1) ：實驗過程中可以變化的因素。 (2) ：人為改變的變量。 (3) ：隨著自變量的變化而變化的變量。 (4)無關變量：除自變量外，其他對實驗結果能造成影響的可變因素。 (5)對照實驗：除了一個因素以外，其余因素都保持不變的實驗，它一般要設置 和 。實實驗驗變變量量變量變量自變量自變量因變量因變量對照組對照組實驗組實驗組 四、細胞的能量通貨ATP功能功能直接給細胞的生命活動提供能量直接給細胞的生命活動提供能量中文名稱中文名稱三磷酸腺苷三磷酸腺苷分子結分子結構簡式構簡式A-PPP，其中：，其中：A代表代表 ，P代代表磷酸基團，代表表磷酸基團，代表 (水水解釋放的能量多達解釋放的能量多達30.54 kJ/mol，所以，所以說說ATP是細胞內(nèi)的高能磷酸化合物是細胞內(nèi)的高能磷酸化合物)，-代表代表腺苷腺苷高能磷酸鍵高能磷酸鍵普通化學鍵普通化學鍵功能功能直接給細胞的生命活動提供能量直接給細胞的生命活動提供能量與與ADP的的相相互互轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化過過程程在在 的作用下，的作用下，ATP中中 的高能磷酸的高能磷酸鍵水解，釋放出其中的能量，同時生成鍵水解，釋放出其中的能量，同時生成ADP和和Pi；在；在 的作用下，的作用下，ADP接受能量與一個接受能量與一個Pi結合轉(zhuǎn)化成結合轉(zhuǎn)化成ATP。參見。參見教材圖教材圖5-5特特點點轉(zhuǎn)化時刻不停進行，且處于轉(zhuǎn)化時刻不停進行，且處于 中，中，該機制是生物界的共性該機制是生物界的共性酶酶遠離遠離A另一種酶另一種酶動態(tài)平衡動態(tài)平衡功能功能直接給細胞的生命活動提供能量直接給細胞的生命活動提供能量合成合成ATP時的能時的能量來源量來源動物、人、真菌、大多數(shù)細菌：動物、人、真菌、大多數(shù)細菌： 植物：植物：ATP的的利用利用 ：ATP水解供能，如主水解供能，如主動運輸、肌細胞收縮、生物發(fā)電和動運輸、肌細胞收縮、生物發(fā)電和發(fā)光、大腦思考、物質(zhì)合成等發(fā)光、大腦思考、物質(zhì)合成等 ：合成：合成ATP，釋放的能量，釋放的能量儲存在儲存在ATP中中呼吸作用呼吸作用光合作用和呼吸作用光合作用和呼吸作用吸能反應吸能反應放能反應放能反應 ATP的利用： 1.高溫和低溫條件下酶催化效率都很低，兩者有什么本質(zhì)區(qū)別？ 從溫度對酶催化作用的影響的曲線圖中可以看出，高溫對酶的抑制作用要比低溫強。一般地說，超過60 ，絕大多數(shù)的酶已失去活性，失去活性的酶即使恢復到最適溫度，也不能起催化作用了。低溫僅抑制酶的活性，但不會使酶失去活性，如果恢復到最適溫度，又能恢復催化作用。 2.除了溫度、pH外，影響酶催化作用的因素還有什么？它們是如何影響酶的催化作用的？ 酶的催化作用，受到酶的濃度、底物的濃度、pH、溫度和抑制劑和激活劑等因素的影響。 酶催化活性最大時的pH稱為酶作用的最適pH。溶液的pH高于或低于最適pH時都會使酶的活性降低，遠離最適pH時甚至導致酶的變性失活。（湘（湘RJRJ） 在一定的溫度范圍內(nèi)，酶促反應的速度隨溫度的增高而加快。由于絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，其本身因溫度升高而達到一定高度時會變性，破壞其活性中心的結構，從而降低反應速度或完全失去其催化活性。往往在某一溫度時，酶促反應的速度最大，此時的溫度稱為酶作用的最適溫度。 除了溫度、pH外，影響酶催化作用的因素還有酶的濃度和反應物(底物)濃度等。（湘（湘RJRJ） 在反應物(底物)足夠且溫度、pH等條件適合時，酶的催化反應速度與酶的濃度成正比(如圖所示)。（湘（湘RJRJ） 在一定范圍內(nèi)，隨著反應物濃度上升，酶的催化反應速度上升，但當與酶作用飽和后，其反應速度幾乎不再改變而保持穩(wěn)定(如圖所示)。 3.與能源物質(zhì)有關的名稱有哪些？ 各種生命活動的能源及其相互關系可表解如下：關系關系 最終能源最終能源 主要能源主要能源儲備能儲備能源源直接能源直接能源能源能源 太陽光能太陽光能糖類糖類脂肪脂肪ATP利用利用 最終利用最終利用間接利用間接利用直接利用直接利用（湘（湘RJRJ） 復習過程中，我們可以將一些與能源有關的名稱歸納整理在一起，有利于理解和記憶。如： 細胞內(nèi)常用能源物質(zhì)：葡萄糖(呼吸作用的底物)； 生物體內(nèi)的主要能源物質(zhì)：糖類； 生命活動的直接能源：ATP(三磷酸腺苷)； 生命活動的最終能源：太陽能； 生物體內(nèi)的儲能物質(zhì)：脂肪(C、H比例高，釋放能量多)； 植物細胞內(nèi)儲能物質(zhì)：淀粉； 動物細胞內(nèi)儲能物質(zhì)：糖原。 4.ATP的形成途徑及與ADP的相互轉(zhuǎn)化 (1)ATP的形成途徑ATP的合成ATP的水解反應式 ADP+Pi+能量 ATP ATP ADP+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場所細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體生物體的需能部位 (2)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化酶酶酶酶 由上表可看出ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過程中，反應類型、反應所需酶以及能量的來源、去路和反應場所都不相同，因此ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化不是可逆反應。但物質(zhì)是可循環(huán)利用的。 酶的作用和本質(zhì) (2010上海)下列有關生物體中酶和激素的敘述正確的是( ) A酶和激素都是蛋白質(zhì) B酶和激素都與物質(zhì)和能量代謝有關 C酶和激素都由內(nèi)分泌細胞分泌 D酶和激素都要釋放到血液中才能發(fā)揮作用B 酶是活細胞產(chǎn)生的具有生物催化作用的有機物，多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA；激素是由內(nèi)分泌細胞分泌的，產(chǎn)生后釋放到血液中，進而運輸?shù)桨屑毎蛘甙衅鞴侔l(fā)揮調(diào)節(jié)作用。 下列關于酶的敘述正確的是( ) 是有分泌功能細胞產(chǎn)生的 有的從食物中獲得，有的在體內(nèi)轉(zhuǎn)化而來 凡是活細胞，都能產(chǎn)生酶 酶都是蛋白質(zhì) 多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA 酶在代謝中有多種功能 在新陳代謝和生殖發(fā)育中起調(diào)控作用 酶只是起催化作用（湘（湘RJRJ） A. B. C. D. 從科學家研究酶的本質(zhì)的歷程中可知：酶是活細胞產(chǎn)生的一類具有催化作用的有機物，絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。有的酶產(chǎn)生后分泌出細胞起催化作用，如：各種消化酶；但有的酶并不分泌出細胞，而是在細胞內(nèi)起催化作用，如：呼吸酶 證明酶是蛋白質(zhì)的證據(jù)： (1)酶經(jīng)水解后的最終產(chǎn)物是氨基酸。 (2)酶是具有空間結構的生物大分子，凡是使蛋白質(zhì)變性的因素都可以使酶變性失活。 (3)酶具有蛋白質(zhì)所具有的化學顯色反應。 (4)在物理、化學因素的作用下，也可變性沉淀。 (5)做元素分析，與蛋白質(zhì)的元素含量相似，可以用氨基酸人工合成。 酶的特性 (2009重慶)下列有關酶的敘述，正確的是( ) A.高溫和低溫均能破壞酶的結構使其失去活性 B.酶是活細胞產(chǎn)生并具有催化作用的蛋白質(zhì) C.細胞質(zhì)基質(zhì)中有催化葡萄糖分解的酶 D.細胞質(zhì)中沒有作用于DNA的解旋酶C 高溫能破壞酶的結構使其失去活性，低溫抑制酶的活性，但沒有破壞酶的結構，當溫度升高時，酶活性可以恢復；酶是活細胞產(chǎn)生并具有催化作用的有機物，大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA；細胞質(zhì)基質(zhì)中有催化葡萄糖分解形成丙酮酸的酶(即細胞呼吸第一階段的酶)；細胞質(zhì)中線粒體和葉綠體中的DNA可復制和轉(zhuǎn)錄，故其內(nèi)有解旋酶。 為了認識酶作用的特性，以20%過氧化氫溶液為反應底物的一組實驗結果如下表所示，分析實驗結果，可以得出相應的結論。在下列有關結論的描述中，從表中得不到實驗依據(jù)的一項是( )方法方法觀察結果觀察結果1常溫下自然分解常溫下自然分解氧氣泡少而小氧氣泡少而小2常溫下加入常溫下加入Fe3+氧氣泡稍多而小氧氣泡稍多而小3常溫下加入鮮肝提取液常溫下加入鮮肝提取液氧氣泡極多而大氧氣泡極多而大4加入煮沸后冷卻的鮮肝提取液加入煮沸后冷卻的鮮肝提取液氧氣泡少而小氧氣泡少而小 A.從催化條件看,酶有溫和性 B.從催化活性看,酶變性后就失活 C.從催化反應效率看,酶有高效性 D.從催化底物范圍看,酶有專一性 該實驗中僅用到一種酶進行實驗，未用其他的酶進行對照實驗，不能說明酶具有專一性。 ATP的結構和功能 新陳代謝的進行不僅需要酶，而且需要能量。下列關于ATP的描述不正確的是( ) A.酵母菌在有氧和無氧條件下，細胞質(zhì)基質(zhì)中都能形成ATP B.放線菌細胞產(chǎn)生ATP的主要場所是線粒體 C.細胞連續(xù)分裂伴隨ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化 D.ATP與RNA有相同的組成部分B 酵母菌是兼性厭氧型生物，既可以進行無氧呼吸，也可以進行有氧呼吸；放線菌是原核生物，只有惟一的細胞器核糖體；細胞在分裂過程中要消耗能量，正常情況下ATP與ADP處于動態(tài)平衡，所以在消耗ATP的同時，也在產(chǎn)生ATP；ATP中的A代表腺苷，T代表三個,P代表磷酸基團，腺苷和一個磷酸基團就構成腺嘌呤核糖核苷酸，也是RNA的基本組成單位之一。 (2009上海)下列關于葉肉細胞能量代謝的敘述中，正確的是() A.適宜光照下，葉綠體和線粒體合成ATP都需要O2 B.只要提供O2，線粒體就能為葉綠體提供CO2和ATP C.無光條件下，線粒體和葉綠體都產(chǎn)生ATP D.葉綠體和線粒體都有ATP合成酶，都能發(fā)生氧化還原反應D 本題考查ATP的產(chǎn)生過程及條件。光照下，葉綠體通過光反應產(chǎn)生ATP，釋放O2，不需要消耗O2；線粒體在提供丙酮酸和O2的前提下，不管有光還是無光均能進行有氧呼吸，產(chǎn)生ATP，釋放CO2，產(chǎn)生ATP的過程中肯定有ATP合成酶的參與。 ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化 下列與ATP ADP+Pi+能量反應式中“能量”相關的敘述，正確的是( ) A.向右反應產(chǎn)生的能量可以用于葉綠體中H2O的分解或CO2的固定 B.向右反應產(chǎn)生的能量可以用于人體肺泡內(nèi)氣體的交換過程 酶酶1酶酶2 C.向左反應需要的能量可以來自細胞內(nèi)蛋白質(zhì)水解為氨基酸的過程 D.向左反應需要的能量可以來自乳酸的氧化分解 生物體內(nèi)，ATP形成所需要的能量可來自有氧呼吸、無氧呼吸、光合作用等；蛋白質(zhì)的水解過程釋放能量，但不能形成ATP；光合作用過程的水光解和CO2的固定均不需要消耗ATP，肺泡內(nèi)氣體交換是自由擴散過程，不需要消耗能量。 ATP轉(zhuǎn)化為ADP可表示如下，式中X代表( ) A.H2O B.H C.P D.PiD 根據(jù)ATP與ADP間的相互關系：ATP ADP+Pi+能量，再根據(jù)題中圖意即可知答案。ATP轉(zhuǎn)化為ADP時，在有關酶的催化作用下，ATP中遠離A的那個高磷酸基團脫離開，形成磷酸，同時，儲存在這個高能磷酸鍵中的能量釋放出來，三磷酸腺苷就轉(zhuǎn)化成二磷酸腺苷。其中所釋放的能量就可直接用于機體的各項生命活動。酶酶1酶酶2 探究影響酶活性的因素 在研究酶特性的實驗中，以體積分數(shù)為3%的過氧化氫溶液為底物的一組實驗結果如下表所示： 據(jù)表分析，不能得出的結論是( ) A從催化反應條件看，酶的作用條件溫和 B從催化反應物種類看，酶具有專一性 C從催化反應效率看，酶具有高效性 D從實驗變量看，肝臟研磨液屬于自變量B 本實驗自變量是催化劑種類，因此能說明酶具有高效性，加入煮沸的鮮肝研磨液產(chǎn)生氣泡與自然分解一樣，說明酶在高溫下失活，同時說明酶作用條件溫和。 在探究pH對酶活性影響的實驗中，溫度和pH分別屬于( ) A.自變量和因變量 B.無關變量和因變量 C.無關變量和自變量 D.因變量和自變量 實驗目的是探究pH對酶活性的影響，因此，實驗的自變量為pH，而反應溫度、反應物量等屬于無關變量。C