高中生物第1輪總復習 第10講 降低化學反應活化能的酶和細胞的能量“通貨”——ATP課件 湘教版必修1（湖南專版）

（實驗設計中的變量分析） 一、酶的產生、作用、本質和分類 3本質 絕大多數為蛋白質，少數為RNA。故而酶為高分子化合物，組成它們的單體是氨基酸或核糖核苷酸。因為絕大多數酶是蛋白質，因此酶的合成受基因控制，在核糖體上合成；少數的酶是RNA，其合成場所主要在細胞核。 4分類 (1)根據酶在細胞中的分布可分為：胞外酶(如各種消化酶)、胞內酶(如呼吸酶、與光合作用有關的酶)。 (2)根據酶作用的反應物和產生器官可分為：胃蛋白酶、胰蛋白酶、唾液淀粉酶、胰和腸麥芽糖酶、胰脂肪酶、腸脂肪酶等。 (3)根據酶所催化的化學反應性質可分為：水解酶、氧化酶、轉錄酶、逆轉錄酶、合成酶等。【友情提醒】(1)活化能是指分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活化態(tài)所需要的能量。(2)酶可加快反應速率，縮短到達反應平衡的時間，但并不改變反應的方向和平衡點。 【例1】下列有關酶的說法中，不正確的是() A不是所有的酶都在核糖體上合成 B酶在化學反應前后自身化學性質不發(fā)生改變 C酶都是活細胞產生的 D細胞環(huán)境是酶正常發(fā)揮催化作用的必要條件D【解析】本題考查酶的產生、化學本質與作用特點。酶都是活細胞產生的；在化學反應前后自身化學性質不發(fā)生改變；大多數酶是蛋白質，少數是RNA，所以不是所有的酶都在核糖體上合成；酶在適宜的條件下，就能發(fā)揮作用，不一定在細胞內。 二、“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗 1實驗原理 (1) (2)比較H2O2在常溫、高溫、過氧化氫酶、Fe3等不同條件下氣泡產生的數量多少或衛(wèi)生香燃燒的劇烈程度，了解過氧化氫酶的作用和意義。 2實驗流程及現象分析續(xù)表 3.實驗過程的理論分析 4.實驗證明的結論 (1)酶具有催化作用，同無機催化劑一樣都可加快化學反應速率。 (2)酶具有高效性，與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。 【例2】下列對“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗結果的分析，正確的是() A在過氧化氫酶的作用下，過氧化氫分解最快，是因為20%的肝臟研磨液的濃度高于3.5%的FeCl3溶液 B3.5%的FeCl3溶液對過氧化氫分解速率慢是因為其分子摩爾濃度過高，影響了酶活性的正常發(fā)揮 C肝臟研磨液中過氧化氫分解速率快，是因為酶的催化效率比一般無機催化劑的效率高 D如果將四支試管都放在90 水浴中，第4支試管(加肝臟研磨液的試管)反應速率仍為最快C 【解析】本題主要考查過氧化氫在不同條件下的分解實驗。在過氧化氫酶的作用下，過氧化氫分解最快，是因為酶降低化學反應活化能的作用更顯著，催化效率更高，與摩爾濃度無關。酶受溫度的影響，90 條件下酶已經變性失活，不能起到催化作用。 三、酶的特性 1高效性 酶的催化效率是無機催化劑的1071013倍，這說明酶具有高效性的特點。酶的高效性是和無機催化劑相比較來說的，下圖曲線中只有曲線a、b相比較才可說明酶催化的高效性，a、c曲線的對比可以說明酶具有催化性。 2專一性 每一種酶只能催化一種或一類化學反應，這說明酶的催化作用具有專一性的特點。 (1)在A反應物中加入酶A，反應速率較未加酶時明顯加快，說明酶A催化底物A參加反應。 (2)在A反應物中加入酶B，反應速率和未加酶時相同，說明酶B不催化底物A參加反應。 3溫和性 絕大多數的酶是蛋白質，過酸、過堿和高溫都能使蛋白質分子空間結構被破壞(除肽鍵以外的其他化學鍵的斷裂)，從而引起蛋白質分子變性，使酶永久失活。低溫只使酶活性下降，在適宜的溫度下，酶活性可以恢復。 【例3】 (2010淄博摸底)現提供如下實驗材料與用具：適宜濃度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4種溶液，斐林試劑、恒溫水浴鍋。探究哺乳動物蔗糖酶和淀粉酶的催化作用是否具有專一性，請分析回答： (1)實驗設計：下表中“”代表加入適量的溶液，“”代表不加溶液。請分析： 驗證蔗糖酶具有專一性，可選用的試管組合是_； 驗證淀粉酶具有專一性，可選用的試管組合是_； 根據單一變量原則，無法形成對照的是_。 (2)實驗步驟： 取四只潔凈的試管，分別編號甲、乙、丙、?。?_； _； 觀察實驗現象并記錄實驗結果。 (3)結果預測：_。 (4)結論：_。 【解析】要驗證酶的專一性，可不改變酶的種類，改變不同的底物。所以驗證蔗糖酶具有專一性，選擇甲、丁，都有蔗糖酶，而底物不同；同理驗證淀粉酶具有專一性，選擇乙和丙，兩支試管中都有淀粉酶，而底物不同，從而鑒定反應產物來檢測酶的專一性。 【答案】 (1)甲和丁乙和丙甲和乙、丙和丁 (2)按照上表中的設計，向四支試管加入溶液并混勻，將試管放入37 恒溫水浴鍋一段時間取出試管，分別加入適量的斐林試劑，混勻，沸水浴一段 時間 (3)甲、乙試管中出現磚紅色沉淀，其他試管中不出現磚紅色沉淀 (4)酶的催化作用有專一性 四、“影響酶活性的條件”的探究分析 1溫度對酶活性的影響 (1)原理 溫度影響酶的活性和結構，從而影響淀粉的水解，滴加碘液，根據是否出現藍色及藍色的深淺來判斷酶的活性。 (2)實驗設計思路 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 檢測是否出現藍色及藍色深淺 (3)實驗設計程序 (4)實驗的變量分析【友情提醒】本實驗不宜選用斐林試劑，因為斐林試劑與還原糖只有在加熱的條件下才有磚紅色沉淀生成，而該實驗需嚴格控制不同的溫度。本實驗不宜選用過氧化氫酶催化H2O2分解，因為過氧化氫酶催化的底物過氧化氫在加熱的條件下分解也會加快。 2pH對酶活性的影響 (1)原理 pH影響酶的活性和結構，從而影響氧氣的生成量，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量的多少。 (2)實驗設計程序 取n支試管分別加入等量的同種新鮮的質量分數為20%的肝臟研磨液用鹽酸或NaOH溶液調整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)分別滴加等量的質量分數為3%的過氧化氫溶液用點燃但無火焰的衛(wèi)生香來檢驗氧氣的生成情況。【友情提醒】本實驗中也可將過氧化氫酶和H2O2分別調至同一pH，再混合，以保證反應一開始便達到預設pH。本實驗不宜選用淀粉酶催化淀粉分解，因為淀粉酶催化的底物淀粉在酸性條件下也會發(fā)生水解反應。 【例4】甲圖表示溫度對淀粉酶活性的影響；乙圖是將一定量的唾液淀粉酶和足量的淀粉混合后麥芽糖積累量隨溫度變化的情況。下列說法不正確的是()C AT0表示淀粉酶催化該反應的最適溫度 B圖甲中，Ta、Tb時淀粉酶催化效率都很低，但對酶活性的影響卻有本質的區(qū)別 C圖乙中Tb至Tc的曲線表明隨溫度升高，麥芽糖的積累量不再上升，酶的活性已達到最高 D圖乙中A點對應的溫度為T0 【解析】圖甲中，Ta、Tb時淀粉酶催化效率都很低，Tb時酶已失活。圖乙中A點麥芽糖的積累量增加最快，酶活性最高，對應圖甲的T0點。 五、影響酶促反應的因素 酶促反應受到多種因素的影響，這些因素主要包括溫度、pH、酶的濃度、底物濃度等。1溫度對酶促反應的影響：酶促反應在一定溫度范圍內反應速率隨溫度的升高而加快；在一定條件下，每一種酶在某一適宜溫度時活性最大，這個溫度稱為這種酶的最適溫度。如下圖所示。2pH對酶促反應的影響：每一種酶只能在一定限度的pH范圍內才表現活性，超過這個范圍，酶就會失去活性。(過酸或堿會使酶的分子結構遭到破壞而失去活性)，在一定條件下，每種酶在某一pH時的活力最大，這個pH稱為這種酶的最適pH。如圖所示。3酶濃度對酶促反應的影響：在底物充足、其他條件適宜、反應系統(tǒng)中不含有抑制酶活性的物質及其他不利于酶發(fā)揮作用的因素時，酶促反應速率與酶濃度成正比。如圖所示。4底物濃度對酶促反應的影響： 在底物濃度較低時，反應速率隨底物濃度增加而加快，反應速率與底物濃度成正相關，在底物濃度較高時，增加底物濃度，反應速率也隨之加快，但不顯著；當底物濃度很大且達到一定限度時，反應速率達到一個最大值此時即使 再增加底物濃度，反應速率不變。如右圖所示?！纠?】(2010浙江五校聯(lián)考)下圖表示在不同條件下，酶催化反應的速度(或生成物)變化，有關敘述不正確的是()A圖虛線表示酶量增加一倍時，底物濃度和反應速度關系B圖虛線表示增加酶濃度，其他條件不變時，生成物質量與時間的關系C圖不能表示在反應開始后的一段時間內，反應速度與時間的關系D若圖中的實線表示Fe3的催化效率，則虛線可表示過氧化氫酶的催化效率C【解析】本題考查酶濃度、底物濃度等因素對酶活性的影響。圖可以表示在反應開始后的一段時間內，反應速度與時間的關系，例如底物濃度一定時，隨時間的延續(xù)，底物濃度越來越小，反應速度越來越小，或者時間較長后引起酶的鈍化，也可導致酶促反應速度下降。 六、ATP的結構和功能 1ATP的結構簡式：APPP。 (1)A表示腺苷，T表示3個，P表示磷酸基團，表示高能磷酸鍵，ATP分子中大量的能量就儲存在高能磷酸鍵中。如果ATP只去掉2個P，就是腺嘌呤核糖核苷酸，即構成RNA的一種基本單位。 (2)一個ATP分子中含有1個腺苷、3個磷酸基團、2個高能磷酸鍵。 (3)ATP的一個高能磷酸鍵水解，形成ADP(二磷酸腺苷)，兩個高能磷酸鍵水解，形成AMP(一磷酸腺苷)。 2ATP的生理功能 生物體一切生命活動都需要能量，這些能量形式主要有機械能、電能、滲透能、化學能、光能、熱能等，各種形式的能量的轉化都是靠ATP中能量的直接轉換。 【友情提醒】ATP分子去掉兩個磷酸基后的剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸，是組成RNA的基本單位之一。 【例6】下列有關ATP的敘述，不正確的是() AATP是細胞內惟一的直接供能物質 B神經纖維興奮后恢復為靜息電位時需要消耗ATP C細胞內的放能反應一般與ATP的合成相聯(lián)系 DATP水解釋放的能量可用于生物發(fā)電、發(fā)光A 【解析】本題考查ATP的作用和在生物細胞內的利用。ATP不是細胞內惟一的直接供能物質，實際上三磷酸鳥苷(GTP)也可以直接供能，它可以和ATP相互轉換；靜息電位時細胞外Na濃度高于細胞內Na濃度，而形成動作電位時主要是Na內流所造成的，動作電位形成后，細胞內的Na濃度高于細胞外的，隨后，通過消耗能量的主動運輸將Na運到細胞外并恢復為靜息電位；細胞內的吸能反應需要消耗能量，其能量一般來自于ATP的水解供能，細胞內的放能反應能產生能量，產生的能量一般可供ATP合成所需。 七、ATP與ADP的相互轉化 1圖解 2ATP合成與ATP水解的比較ATP的合成ATP的水解反應式類型合成反應水解反應反應場所細胞質基質、線粒體、葉綠體活細胞內多種場所續(xù)表ATP的合成ATP的水解所需酶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 綜上所述，雖然從物質方面看，ATP和ADP的相互轉化過程，是可逆反應；但從酶、反應場所、能量來源方面看，不是可逆反應，所以ATP和ADP相互轉化是不可逆的。 3特點 (1)在正常生活的細胞中，ATP在細胞內的含量是很少的。但是，ATP與ADP在細胞內的相互轉化迅速，時刻不停地發(fā)生并且處于動態(tài)平衡中。 (2)細胞內ATP與ADP相互轉化的能量供應機制，是生物界的共性。 4意義 (1)保證細胞內有一個相對穩(wěn)定的能量供應庫。ATP中遠離腺苷的那個高能磷酸鍵極容易水解，以保證能量及時供應；ATP中遠離腺苷的那個高能磷酸鍵極容易形成，以保證能量相對穩(wěn)定和能量持續(xù)供應。 (2)ATP在能源物質供能過程中處于核心地位，其他能源物質只有轉化為ATP才能為生命活動供能。在生命活動中，ATP中的能量可轉化為不同形式的能量，如光能、動能、電能等。 【例7】分析ATP與ADP相互轉化示意圖，下列有關說法正確的是() A若圖中Pi代表磷酸，則B為ADP，C為ATP B在BC的反應中，產生的E2來源于高能磷酸鍵的斷裂而釋放出的能量 CE1不是物質，對于人、動物、真菌、植物和細菌來說，E1來自細胞呼吸 DCB與BC都可以伴隨著放能反應和吸能反 應B 【解析】若圖中Pi代表磷酸，則B為ATP，C為ADP。E1不是物質，則為能量，其來源對于人、動物、真菌和大多數細菌來說，來自細胞呼吸，對于綠色植物來說，則來自光合作用和呼吸作用。CB為合成ATP的過程，伴隨著放能反應；而BC表示ATP的水解過程，其伴隨著吸能反應。 低溫只是使酶活性降低，但是酶的空間結構并沒有遭到破壞，酶不會失活，因此恢復溫度可以使酶活性提高；高溫使酶活性降低甚至失活，原因是高溫破壞了酶的空間結構，酶一旦失活，其活性就不可恢復。 一、理論歸納1變量的種類變量是實驗設計中可以變化的因素或條件，依據變量間的相互關系，可分為以下兩類：(1)自變量與因變量：自變量是實驗中由實驗者所操縱的因素，該因素的改變將引起實驗結果的相應改變，是實驗要研究的因素。因變量是因自變量不同而導致的不同的實驗結果。它們之間是因果關系，自變量是原因，因變量是結果。(2)無關變量：無關變量是指實驗中除自變量外也能影響實驗現象或結果的其他因素。2自變量的確定和控制根據實驗目的，確定實驗變量，進而確定控制的措施。例如：“探索淀粉酶的最適溫度”的實驗。(1)變量的確定：自變量是相同的酶處在不同溫度下即溫度梯度，即要“探究什么”，則“什么”就是自變量。(2)自變量的控制：在確定了自變量是溫度梯度后，應將淀粉酶置于溫度梯度下，如：25 、26 、27 控制變量的方法，常用的有“施加”“改變”“去除”等。3無關變量的確定與控制例如：請指出探究pH對唾液淀粉酶活性的影響實驗中的無關變量是什么？應如何控制？分析：在該實驗中，自變量是“pH的大小”。無關變量有溫度、唾液淀粉酶的量、淀粉溶液的量、反應時間、加入碘液的量及時間等，在做實驗時，對照組和實驗組的以上因素都要相同且適宜。二、演練二、演練某學生為了證明唾液能夠使淀粉水解，進行了下面的實驗：先用碘液檢驗一塊干面包，變藍色；他嚼碎了另一塊干面包，一段時間后用斐林試劑檢驗，嚼碎的面包出現磚紅色；得出結論。此實驗設計最大的失誤在于( ) A未對面包做還原糖檢驗 B未對唾液做淀粉檢驗 C未對嚼碎的面包做淀粉檢驗 D應該用雙縮脲試劑檢驗A【解析】用斐林試劑檢驗嚼碎的面包出現磚紅色說明嚼碎的面包中含有還原糖，要證明該還原糖是由唾液的催化作用產生的，還需要對面包做還原糖的檢驗，即需要設置對照實驗。 1.(2010江蘇)某種蛋白酶是由129個氨基酸脫水縮合形成的蛋白質。下列敘述正確的是( ) A該蛋白酶分子結構中至少含有129個氨基和129個羧基 B該蛋白酶溶液與雙縮脲試劑發(fā)生作用，產生紫色反應 C利用透析法純化該蛋白酶時，應以蒸餾水作為透析液 D用含該蛋白酶的洗衣粉去除油漬，效果比其他類型加酶洗衣粉好B 【解析】本題考查蛋白酶的化學本質、組成、結構及鑒定等。該蛋白酶只有一條鏈時，所含有的氨基和羧基數目都至少含有一個，A項錯誤。因其本質為蛋白質，故可與雙縮脲試劑反應產生紫色反應，B項正確。用透析法純化蛋白酶時，應用緩沖液作為透析液以保持蛋白酶的活性，C項錯誤。因酶具有專一性，油漬為脂肪，故利用蛋白酶去污比用含脂肪酶的效果差，D項錯誤。 2.(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酶是活細胞產生并具有催化作用的蛋白質 C細胞質基質中有催化葡萄糖分解的酶 D細胞質中沒有作用于DNA的解旋酶C 【解析】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；酶是活細胞產生并具有催化作用的有機物，大多數是蛋白質，少數是RNA；細胞質基質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)；細胞質中線粒體和葉綠體中的DNA可復制轉錄，故其內有解旋酶。 3.(2009全國)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，該物質的降解與_的活性變化有關。 (2)A、B品種中耐貯運的品種是_。纖維素纖維素酶果膠質果膠酶A 【解析】曲線圖題型的一般解法，需要從三個方面進行解讀：軸、線、點?！拜S”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，與果膠質水解產物變化相反，可見，其硬度的降低與纖維素和果膠質的降解有關，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變成了其他色素，從而葉綠素含量降低。 4.甲、乙兩種酶用同一種蛋白酶處理，酶活性與處理時間的關系如下圖所示。下列分析錯誤的是( )BA甲酶能夠抗該種蛋白酶降解B甲酶不可能是具有催化功能的RNAC乙酶的化學本質為蛋白質D乙酶活性的改變是因為其分子結構的改變【解析】考查酶的本質。首先需要了解大部分酶的本質是蛋白質，少量的酶是RNA，用蛋白酶處理后，乙酶活性降低，說明乙酶的成分是蛋白質，被蛋白酶處理后被分解；而甲酶不變，則說明甲酶的可能成分是RNA或者甲酶能夠抗這種蛋白酶的降解。5.某一不可逆化學反應(SPW)在無酶和有酶催化時均可以進行，當該反應在無酶條件下進行到時間t時，向反應液中加入催化該反應的酶。下圖中能正確表示加酶后反應物濃度隨反應時間變化趨勢的曲線是( )DA甲 B乙C丙 D丁【解析】查酶的作用(催化作用)和特點(高效性)。加入酶后，反應物迅速消耗，濃度迅速降低。6.關于酶的敘述，正確的是( ) A酶提供了反應過程所必需的活化能 B酶活性的變化與酶所處的環(huán)境的改變無關 C酶結構的改變可導致其活性部分或全部喪失 D酶分子在催化反應完成后立即被降解成氨基酸C【解析】酶能夠降低反應所需的活化能，但其活性受溫度以及pH等外界環(huán)境因素的影響。酶在發(fā)生作用后不會立即被降解，而且有的酶是RNA，降解產物是核糖核苷酸。7.(原創(chuàng))下面左圖表示的是pH對植物和人的淀粉酶活性的影響；右圖表示的是3種脫氫酶(A、B、C)的活性受溫度影響的情況。下列敘述正確的是( )BA從左圖中可以知道pH5時植物淀粉酶的活性最高B從右圖中無法知道酶C的最適溫度C從左圖中可以知道若細胞內環(huán)境由堿性變成酸性時，淀粉酶的活性逐漸升高D從右圖中可以知道活性溫度范圍最廣的酶是B【解析】溫度過高、過酸、過堿都能使酶徹底失活，且這種失活是不可逆轉的，從左圖可以看出，植物淀粉酶的最適pH在5和6之間，人的淀粉酶的最適pH在7左右。在右圖中活性溫度范圍最窄的酶是B。酶C的活性受溫度影響的曲線不完整，因此從右圖中無法知道酶C的最適溫度。