2011高中生物總復(fù)知識(shí)搜索與探究歸納：3—1 酶和ATP

31酶和ATP自助式復(fù)習(xí)板塊知識(shí)搜索一、酶的發(fā)現(xiàn)1.1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭札尼設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明胃液具有_消化作用。答案：化學(xué)性2.1836年，德國(guó)科學(xué)家施旺從胃液中提取了消化_的物質(zhì)，后來(lái)知道，這就是_。答案：蛋白質(zhì)胃蛋白酶3.1926年，美國(guó)科學(xué)家薩姆納從刀豆中提取了_結(jié)晶，并證實(shí)其成分是_。答案：脲酶蛋白質(zhì)4.20世紀(jì)30年代，科學(xué)家們相繼提取出了多種酶的蛋白質(zhì)結(jié)晶，并指出有_。80年代以來(lái)，美國(guó)科學(xué)家切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)_也具有催化作用。答案：生物催化作用RNA5.酶是_細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有_的_。答案：活生物催化作用有機(jī)物二、酶的特性酶與無(wú)機(jī)催化劑相比，具有的特點(diǎn)是_、_、_。答案：高效性專一性需要適宜的條件三、新陳代謝與ATP1.新陳代謝所需能量的直接來(lái)源是_。答案：ATP2.ATP是_的英文縮寫符號(hào)，它是活細(xì)胞內(nèi)普遍存在的一種_化合物。答案：三磷酸腺苷高能磷酸3.高能磷酸化合物是指化合物水解時(shí)釋放的能量在_kJ/mol（千焦每摩）以上的磷酸化合物。而ATP水解時(shí)釋放的能量高達(dá)_kJ/mol。答案：20.9230.544.ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是_。其中，A代表_，P代表_，代表_，叫做_。答案：APPP腺苷磷酸基團(tuán)一種特殊的化學(xué)鍵高能磷酸鍵5.對(duì)于植物而言，ADP轉(zhuǎn)化成ATP時(shí)能量來(lái)自于_和_，對(duì)于動(dòng)物而言，能量來(lái)自于_。對(duì)于生物體而言，體內(nèi)的ATP含量不是很多，時(shí)刻不停地進(jìn)行著ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化，滿足生命活動(dòng)的需要，所以我們把ATP稱之為“_”。答案：光合作用呼吸作用呼吸作用能量貨幣探究歸納要點(diǎn)1酶的概念【例1】 人體內(nèi)能消化脂肪酶的物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)是()A.脂肪B.蛋白質(zhì)C.RNAD.RNA或蛋白質(zhì)解析：生物體內(nèi)的酶絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，其中人體內(nèi)各種消化酶基本上是蛋白質(zhì)。答案：B歸納與遷移1.酶的概念：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有生物催化作用的有機(jī)物。絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。具有酶活性的蛋白分子分為簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)類和結(jié)合蛋白質(zhì)類。簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)類的酶只由蛋白質(zhì)組成，不含任何其他物質(zhì)，如胃蛋白酶。結(jié)合蛋白質(zhì)類的酶由蛋白質(zhì)和輔因子組成，如乳酸脫氫酶、轉(zhuǎn)氨酶等。組成這類酶的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白，輔因子部分叫做輔酶或輔基。輔酶和輔基并沒(méi)有什么本質(zhì)上的差別，只是它們與蛋白質(zhì)部分結(jié)合的牢固程度不同而已。通常把那些與酶蛋白結(jié)合得比較松的，用透析法可以除去的小分子有機(jī)物叫輔酶。把那些與酶蛋白結(jié)合得比較緊的，用透析法不容易除去的小分子物質(zhì)叫輔基。酶蛋白與輔因子單獨(dú)存在時(shí)都沒(méi)有催化活力，只有兩者結(jié)合在一起時(shí)，才能起到酶的催化作用。完整的酶分子稱為全酶。2.內(nèi)涵：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的，也就是說(shuō)，只要具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，只要細(xì)胞是有生命的，就能產(chǎn)生酶，病毒本身不能產(chǎn)生酶。而且酶是具有生物催化作用的有機(jī)物。3.外延：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)為RNA，因而酶的合成受到基因的控制。有些酶在細(xì)胞內(nèi)起作用，稱之為胞內(nèi)酶，如與有氧呼吸有關(guān)的酶，與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的酶等；有些酶在細(xì)胞外起作用，稱之為胞外酶，如消化酶等。4.功能：生物催化能改變化學(xué)反應(yīng)的速率，但反應(yīng)前后本身化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化。與普通化學(xué)催化劑相比，容易受外界因素的影響，酶的活性降低，催化效率下降。要點(diǎn)2酶的特性【例2】 2004江蘇高考 酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的。下列關(guān)于酶的論述錯(cuò)誤的是()A.有些酶是核酸B.酶的數(shù)量因參與化學(xué)反應(yīng)而減少C.酶的活性與pH有關(guān)D.酶的催化效率很高解析：本題考查了酶的性質(zhì)。酶是細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有生物催化作用的有機(jī)物，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。酶既具有無(wú)機(jī)催化劑的特點(diǎn)，又具有本身的特性：高效性和專一性，并且需要適宜的條件（溫度、pH）。答案：B歸納與遷移酶的特性（1）具有催化劑的一般特性在催化某一反應(yīng)時(shí)，與其他一般無(wú)機(jī)催化劑一樣，能顯著降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，但并不改變反應(yīng)的方向和平衡常數(shù)。反應(yīng)前后酶的性質(zhì)和數(shù)量均沒(méi)有變化。(2)具有一般催化劑所不具備的以下特性高效性：酶的高效性是指與無(wú)機(jī)催化劑相比較，酶的催化效率要高出很多，一般要高出1071013倍。失去了比較的對(duì)象也就無(wú)所謂高效性，如細(xì)胞中的過(guò)氧化氫酶催化過(guò)氧化氫分解為水和氧，這個(gè)過(guò)程也能被Fe3所催化，但過(guò)氧化氫酶催化的效率比Fe3催化的效率高得多。專一性：酶的專一性是指每一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學(xué)反應(yīng)。酶對(duì)底物的專一性要求很高，有時(shí)甚至只催化一種底物的反應(yīng)。如淀粉酶只能催化淀粉分解成麥芽糖而不能催化麥芽糖分解成葡萄糖。酶的專一性與酶是蛋白質(zhì)有關(guān)，每種蛋白質(zhì)都有特定的空間結(jié)構(gòu)，酶催化反應(yīng)時(shí)，酶蛋白分子首先與底物分子結(jié)合，但酶分子與底物分子能否結(jié)合，取決于酶分子的活性部位與底物分子在空間構(gòu)象上是否對(duì)應(yīng)，或經(jīng)底物誘導(dǎo)后能否與底物分子結(jié)合，如圖3-1-1。酶與底物分子結(jié)合時(shí)，底物能誘導(dǎo)酶分子的構(gòu)象發(fā)生變化，使酶分子能與底物很好地結(jié)合形成酶底物的復(fù)合物，從而發(fā)生催化作用。圖3-1-1酶需要適宜的環(huán)境條件：酶是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)要受溫度和pH值的影響。適宜的溫度和pH是維持酶正常功能所必需的。(3)酶催化活性的研究酶催化活性的表示方法：酶催化活性的強(qiáng)弱以單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的生成量來(lái)表示。研究影響酶作用的因素與方法：研究某一因素對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響時(shí)，應(yīng)在保持其他因素不變的情況下，單獨(dú)改變研究的因素，即單一變量原則，如研究溫度對(duì)酶活性的影響時(shí)，除溫度為實(shí)驗(yàn)變量外，其他實(shí)驗(yàn)因素都應(yīng)控制相同。另外，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究影響酶活性的因素時(shí)，還應(yīng)設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。要點(diǎn)3影響酶活性的因素圖3-1-2【例3】 2005上海高考 圖3-1-2為某酶在不同溫度下反應(yīng)曲線和時(shí)間的關(guān)系，從圖中不能獲得的信息是()A.酶反應(yīng)的最適溫度B.酶因熱而失活C.酶反應(yīng)生成物量與時(shí)間的關(guān)系D.酶反應(yīng)速度和酶量的關(guān)系解析：此曲線圖表示酶促反應(yīng)中，生成物量與時(shí)間和溫度關(guān)系曲線圖，因此酶反應(yīng)最適溫度（40 ），酶因熱而失活（70 ），酶反應(yīng)生成物量與時(shí)間的關(guān)系等，都可以從圖中獲得。答案：D歸納與遷移影響酶活性的因素(1)酶的催化活性的表示方法酶的催化活性的強(qiáng)弱以單位時(shí)間內(nèi)(每分鐘)底物減少量或產(chǎn)物生成量來(lái)表示。(2)研究影響酶作用的因素的方法研究某一因素對(duì)酶反應(yīng)速率的影響時(shí)，應(yīng)在保持其他因素不變的情況下，單獨(dú)改變研究的因素。(3)影響酶作用的因素影響酶促反應(yīng)的因素常有酶的濃度、溫度、pH、底物濃度、時(shí)間、抑制劑、激活劑等。其變化規(guī)律有以下特點(diǎn)：圖3-1-3酶的濃度對(duì)酶促反應(yīng)的影響酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)的影響：在底物足夠，其他條件固定的條件下，反應(yīng)系統(tǒng)中不含有抑制酶活性的物質(zhì)及其他不利于酶發(fā)揮作用的因素時(shí)，酶促反應(yīng)的速率與酶濃度成正比，如圖3-1-3所示。溫度對(duì)酶的影響：酶促反應(yīng)的正常進(jìn)行需要適宜的溫度。在最適溫度條件下，酶的催化能力最高。溫度對(duì)酶催化能力的影響可用如圖3-1-4所示的曲線表示。溫度對(duì)酶催化能力的影響在最適溫度兩側(cè)的曲線是不對(duì)稱的。其原因是低溫不破壞蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，只是酶的催化能力下降；高溫會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子發(fā)生熱變性，而蛋白質(zhì)的變性是不可逆的，酶蛋白變性后酶的功能就會(huì)完全喪失。不同的酶需要的最適溫度是不同的，有比較大的差異。一般來(lái)講，在人體內(nèi)酶的最適溫度為37 ，對(duì)變溫動(dòng)物來(lái)說(shuō)，體內(nèi)酶的最適溫度相對(duì)低一些。對(duì)植物來(lái)說(shuō)，分布在高緯度地區(qū)的植物，其體內(nèi)酶的最適溫度較低，分布在低緯度地區(qū)的植物，體內(nèi)酶的最適溫度高一些。圖3-1-4pH對(duì)酶的影響：酶促反應(yīng)的正常進(jìn)行需要適宜的pH。在適宜的pH條件下，酶的催化能力最高。pH對(duì)酶催化能力的影響可用如圖315所示的曲線表示。在最適pH兩側(cè)的曲線基本是對(duì)稱的，pH過(guò)高或過(guò)低也會(huì)使蛋白質(zhì)變性，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)變性后，酶也就完全喪失了催化的能力。不同的酶需要的最適溫度是不同的，如人胃液中的胃蛋白質(zhì)的最適pH為1.8左右，唾液淀粉酶的最適pH為7左右，溶酶體中酶的最適pH為5左右。圖3-1-5酶的催化能力與時(shí)間的關(guān)系：即使在最適溫度和pH值的條件下，酶的催化能力也不是一成不變的，酶在“工作”了一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生“鈍化”現(xiàn)象，即催化能力開始下降，最后失去催化能力，如圖3-1-6曲線所示。這些嚴(yán)重鈍化或失去催化能力的酶在細(xì)胞中水解酶的作用下會(huì)被分解成氨基酸，氨基酸可以再度合成蛋白質(zhì)。圖3-1-6插入圖片B45；Z3mm 酶促反應(yīng)速率與底物濃度的關(guān)系：在酶量一定的條件下，在一定范圍內(nèi)會(huì)隨著底物濃度的增加，反應(yīng)速率也增加，但達(dá)到一定濃度后酶促反應(yīng)的速率也就不再增加了，其原因是酶飽和了，如圖317曲線所示。圖3-1-7要點(diǎn)4ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化【例4】 ADP轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP需要()A.Pi、酶、腺苷和能量B.Pi、能量C.能量、腺苷和酶D.Pi、能量和酶解析：ATP與ADP相互轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式與能量代謝有密切關(guān)系，應(yīng)該熟練掌握。ADP轉(zhuǎn)變成ATP的過(guò)程中，需要能量，從物質(zhì)上看需要磷酸(Pi)，由于生物體內(nèi)的各種反應(yīng)都需要生物催化劑酶來(lái)參加，所以在這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，需要能量、酶和Pi。答案：D歸納與遷移在反應(yīng)式中，包含著物質(zhì)和能量?jī)蓚€(gè)方面的變化，其中物質(zhì)變化是可逆的，而能量變化是不可逆的，因?yàn)楹铣葾TP所需的能量并不是ATP水解時(shí)放出的能量。被ADP捕獲用來(lái)合成ATP的能量來(lái)源在動(dòng)、植物細(xì)胞中有所不同。在植物細(xì)胞中，可通過(guò)呼吸作用和光合作用(光反應(yīng)階段)合成ATP，而ATP水解后釋放的能量用于各項(xiàng)生命活動(dòng)，如細(xì)胞分裂、植株生長(zhǎng)、礦質(zhì)元素吸收、新物質(zhì)的合成等。在動(dòng)物細(xì)胞中，亦可通過(guò)呼吸作用合成ATP。動(dòng)物細(xì)胞中ATP水解后釋放的能量用于動(dòng)物的各項(xiàng)生命活動(dòng)。由此可見，在ADPATP的循環(huán)中，物質(zhì)是可逆的，而能量是不可逆的。汗老師講方法復(fù)習(xí)時(shí)要注意酶與蛋白質(zhì)、新陳代謝過(guò)程、基因和性狀等之間的關(guān)系，注意在反應(yīng)前后酶的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)不變。影響酶反應(yīng)速率的主要因素有反應(yīng)物濃度、pH、溫度、酶濃度、激活劑及抑制劑，其中Cl-可提高唾液淀粉酶的催化效率，有些藥劑是作為抑制劑來(lái)抑制酶的催化作用，進(jìn)而影響細(xì)菌等病原體的代謝甚至生命的。注意ATP是生命活動(dòng)所需能量的直接供給者，而糖類是能量的主要供給者，脂肪是能量的儲(chǔ)存者。當(dāng)生命消耗能量，用掉大量脂肪時(shí)，還可消耗蛋白質(zhì)等高分子或大分子有機(jī)物作為能量的供給者。另外，當(dāng)生物體內(nèi)ATP含量下降時(shí)，經(jīng)常由磷酸肌酸等高能化合物提供能量，使ADP轉(zhuǎn)化為ATP，這樣生物體內(nèi)ATP保持一個(gè)較小的、但穩(wěn)定的含量。整個(gè)生命體供能順序大致如下：ATP（磷酸肌酸）、單糖、二糖或多糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物。ATP主要在線粒體中產(chǎn)生，也可在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、葉綠體內(nèi)基粒片層、細(xì)菌的細(xì)胞膜上產(chǎn)生。細(xì)胞內(nèi)線粒體多，意味著ATP亦多。絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，其基本單位是氨基酸，基本元素是C、H、O、N，還有S、P、Fe等元素，生物體內(nèi)絕大多數(shù)反應(yīng)需酶催化，這樣保證了生命活動(dòng)高效、專一、迅速、有序地進(jìn)行?；驔Q定酶的分子結(jié)構(gòu)，有相關(guān)計(jì)算。ATP與核糖核苷酸結(jié)構(gòu)相似，含有C、H、O、N、P元素，其中遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵易斷裂，生成磷酸等物質(zhì)。磷酸、氨基酸都會(huì)涉及一些反應(yīng)，包括中和反應(yīng)，注意其中的化學(xué)計(jì)算。當(dāng)ATP水解形成AMP時(shí)，AMP又可作為合成RNA的原料。 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