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专题４酶和ＡＴＰ对应学生用书起始页码Ｐ３３考点１降低化学反应活化能的酶 一、关于酶本质的探索过程１．巴斯德之前的观点：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。２．争论科学家主要观点或成就巴斯德糖类变酒精必须有酵母活细胞参与李比希糖类变酒精必须使酵母细胞死亡并释放其中物质毕希纳从酵母细胞中提取出引起发酵的物质酿酶萨姆纳从刀豆种子中提取出脲酶，证明脲酶的化学本质为蛋白质、作用为催化尿素分解切赫和奥特曼少数ＲＮＡ也具有生物催化功能 二、酶的作用与本质１．酶的作用酶在细胞代谢中具有催化作用。２．酶的作用机理降低化学反应的活化能。３．酶的本质（１）产生部位：活细胞。（２）作用：催化。（３）成分：有机物，绝大多数是蛋白质，少数是ＲＮＡ。 三、酶的特性１．高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的１０７～１０１３倍。酶的高效性是和无机催化剂相比较来说的，故下图曲线中只有曲线ａ、ｂ相比较才可说明酶催化的高效性，曲线ａ、ｃ的对比只可说明酶具有催化作用。２．专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应。酶的专一性的解释常用“锁和钥匙学说”。如图所示：３．作用条件较温和：低温抑制酶活性，但不破坏酶分子结构。高温、强酸、强碱则破坏酶的空间结构，从而使酶发生不可逆转的变性或失活。 四、影响酶活性的因素１．低温抑制酶活性，而高温、强酸、强碱和重金属盐等则会使酶的空间结构被破坏，从而发生不可逆转的变性或失活。２．一般来说，动物体内酶的最适温度在３５～４０℃之间；植物体内酶的最适温度在４０～５０℃之间。３．动物体内的酶的最适ｐＨ大多在６．５～８．０之间，但也有例外，如胃蛋白酶的最适ｐＨ为１．５；植物体内的酶的最适ｐＨ大多在４．５～６．５之间。４．影响酶促反应的因素曲线分析（１）温度和ｐＨ对酶促反应的影响 甲 乙 丙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、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏。③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。（２）底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响 甲（在酶量一定的情况下） 乙（在底物足量的情况下）①甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度的增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。②乙图：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。 （１）什么是活化能？提示：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。（２）酶为什么这么“娇气”？提示：绝大多数酶是蛋白质。强酸强碱，高温等剧烈条件都会影响到蛋白质的结构，所以酶比较“娇气”。（３）溶菌酶有什么作用？提示：溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用，在临床上与抗生素复合使用，能增强抗生素的疗效。考点２细胞的能量“通货”———ＡＴＰ 一、ＡＴＰ的结构与功能１．生物体中的能源物质细胞中的糖类、脂肪等有机物都储存着化学能，但是直接给细胞的生命活动提供能量的却是ＡＴＰ。２．ＡＴＰ分子的化学组成和结构ＡＴＰ是三磷酸腺苷的英文名称缩写，其分子结构简式为Ａ—Ｐ～Ｐ～Ｐ。其中Ａ代表腺苷，“～”表示高能磷酸键，Ｐ代表磷酸基团。３．ＡＴＰ分子的特点ＡＴＰ分子中远离Ａ的那个高能磷酸键容易水解断裂，释放出能量，也可以接受能量而重新形成。因此，ＡＴＰ分子结构具有不稳定性。高能磷酸键水解时释放的能量多达３０．５４ｋＪ／ｍｏｌ，所以说ＡＴＰ是细胞内的一种高能磷酸化合物。 二、ＡＴＰ与ＡＤＰ的相互转化１．构成生物体的活细胞内部时刻进行着ＡＴＰ与ＡＤＰ的相互转化，同时也就伴随有能量的释放和储存，故把ＡＴＰ比喻成细胞内流通的能量“通货”。２．植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ＡＴＰ，而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ＡＴＰ。 （１）“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”想象夜空中与星光媲美的点点流萤。思考有关的生物学问题。①萤火虫发光的生物学意义是什么？提示：主要是相互传递求偶信号，以便交尾，繁衍后代。②萤火虫体内有特殊的发光物质吗？提示：萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。③萤火虫发光的过程有能量的转换吗？提示：有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。（２）如果把糖类和脂肪比作大额支票，ＡＴＰ则相当于现金。你认为这种比喻有道理吗？提示：有道理。糖类和脂肪分子中的能量很多，而且很稳定，不能被细胞直接利用。这些稳定的化学能只有转变成ＡＴＰ中活跃的化学能，才能被细胞直接利用。对应学生用书起始页码Ｐ３５一 辨认、比较酶与ＡＴＰ（结构与功能观、物质与能量观）１．比较、归纳常考的７类酶（１）ＤＮＡ聚合酶：催化单个脱氧核苷酸聚合到ＤＮＡ片段上形成脱氧核苷酸链，作用部位：磷酸二酯键。（２）ＲＮＡ聚合酶：催化单个核糖核苷酸聚合到ＲＮＡ片段上形成核糖核苷酸链，作用部位：磷酸二酯键。（３）基因工程有关的酶限制酶 →识别特定核苷酸序列，在特定部位断开磷酸二酯键ＤＮＡ连接酶 →缝合两个ＤＮＡ片段ＴａｑＤＮＡ聚合酶 →耐高温，用于目的基因的ＰＣＲ扩增（４）解旋酶：用于ＤＮＡ复制时双链间氢键的打开。（５）核酸水解酶ＤＮＡ酶 →水解ＤＮＡ可用于遗传物质化学本质的探究（如艾弗里实验曾用ＤＮＡ酶）→ＲＮＡ酶 →水解ＲＮＡ（６）各种消化酶：可对应催化相关大分子的水解，如淀粉酶催化淀粉水解、蛋白酶催化蛋白质水解等。（７）细胞工程有关的酶：纤维素酶、果胶酶（除去植物细胞壁），胰蛋白酶（动物细胞培养）。２．比较、辨认酶、激素、神经递质和抗体项目酶激素神经递质抗体来源活细胞专门的内分泌腺或特定部位的细胞神经细胞浆细胞作用场所细胞内、细胞外或体外细胞内或细胞外细胞外细胞外作用对象反应底物靶细胞或靶器官突触后膜抗原（细胞型抗原或非细胞型抗原）化学本质绝大多数是蛋白质，少数是ＲＮＡ固醇类、多肽、蛋白质、氨基酸衍生物等氨基酸类、肽类等蛋白质续表项目酶激素神经递质抗体作用后的去向重复利用被水解被水解或重新回到突触小体与抗原形成抗原—抗体复合物，被吞噬细胞吞噬水解生物功能催化作用调节作用免疫作用 ３．辨认、解读不同物质中的“Ａ”４．领会能源物质的“一、一、一、二”５．辨认、比较细胞内产生与消耗ＡＴＰ的生理过程转化场所常见的生理过程细胞膜消耗ＡＴＰ：主动运输、胞吞、胞吐等细胞质基质产生ＡＴＰ：细胞呼吸的第一阶段叶绿体产生ＡＴＰ：光反应消耗ＡＴＰ：暗反应和自身ＤＮＡ复制、转录，蛋白质合成等线粒体产生ＡＴＰ：有氧呼吸的第二、三阶段消耗ＡＴＰ：自身ＤＮＡ复制、转录，蛋白质合成等核糖体消耗ＡＴＰ：蛋白质的合成细胞核消耗ＡＴＰ：ＤＮＡ复制、转录等１．走出酶的８个误区项目正确说法错误说法产生场所活细胞（不考虑哺乳动物成熟的红细胞等）具有分泌功能的细胞才能产生化学本质有机物（大多数为蛋白质，少数为ＲＮＡ）蛋白质作用场所可在细胞内、细胞外、体外发挥作用只在细胞内起催化作用温度影响低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活低温和高温均使酶变性失活作用酶只起催化作用酶具有调节、催化等多种功能来源生物体内合成有的可来源于食物等合成原料氨基酸、核糖核苷酸只有氨基酸合成场所核糖体、细胞核等只有核糖体 ２．规避ＡＴＰ的４个误区（１）ＡＴＰ与ＡＤＰ的相互转化不可逆：ＡＴＰ与ＡＤＰ的相互转化，从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。（２）ＡＴＰ是与能量有关的一种物质，不可等同于能量：ＡＴＰ是一种高能磷酸化合物，高能磷酸键水解时能够释放出高达３０．５４ｋＪ／ｍｏｌ的能量。（３）不可误认为细胞中含有大量ＡＴＰ，事实上，细胞中ＡＴＰ含量很少，只是ＡＴＰ与ＡＤＰ的相互转化非常迅速及时。无论是饱食还是饥饿，ＡＴＰ与ＡＤＰ含量都保持动态平衡。（４）误认为ＡＴＰ转化为ＡＤＰ不消耗水：ＡＴＰ转化为ＡＤＰ又称为“ＡＴＰ的水解反应”，这一过程需ＡＴＰ水解酶的催化，同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。下列有关ＡＴＰ的叙述，正确的是（ ）Ａ．ＡＴＰ中的Ａ代表腺嘌呤，Ｔ代表３个，Ｐ代表磷酸基团Ｂ．人体内成熟的红细胞没有线粒体，不能产生ＡＴＰＣ．ＡＴＰ和ＡＤＰ的相互转化是一种可逆反应，保证了生命活动所需的能量Ｄ．ＡＴＰ中的能量可来源于光能和化学能，也可转化为光能和化学能思路导引 思路ＡＴＰ中三个字母的含义，其中Ａ代表腺苷人体成熟的红细胞可进行无氧呼吸ＡＴＰ和ＡＤＰ的相互转化不是一种可逆反应合成ＡＴＰ的能量主要来自光合作用和细胞呼吸ＡＴＰ是生物体生命活动的直接供能物质解析 ＡＴＰ中的Ａ代表腺苷，Ｔ代表３个，Ｐ代表磷酸基团，Ａ错误；人体内成熟的红细胞虽然没有线粒体，但可在细胞质基质中通过无氧呼吸产生ＡＴＰ，Ｂ错误；ＡＴＰ和ＡＤＰ的相互转化过程中物质可以重复利用，但能量不可以重复利用，所以ＡＴＰ和ＡＤＰ的相互转化不是可逆反应，Ｃ错误；ＡＴＰ中的能量可来源于光合作用中的光能，也可以来自呼吸作用中的化学能，ＡＴＰ中的能量可转化为光能，如萤火虫发光等，ＡＴＰ中的能量也可转变为化学能，如物质合成等，Ｄ正确。答案 Ｄ错因分析 对于ＡＴＰ的结构掌握不准确，从而不能正确理解ＡＴＰ中三个字母的含义；也无法从结构与功能统一的角度理解ＡＴＰ与ＡＤＰ相互转化过程中能量的变化。１－１ 在下列四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的是（ ）Ａ．①和②Ｂ．①和④Ｃ．③和④Ｄ．②和③１－１答案 Ｂ ①是ＡＴＰ，圆圈中是腺嘌呤核糖核苷酸（包括１分子腺嘌呤、１分子核糖和１分子磷酸基团）；②是核糖核苷酸，所以圆圈中是腺嘌呤；③是一段ＤＮＡ双链，所以圆圈中是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸；④是一段ＲＮＡ单链，所以圆圈中是腺嘌呤核糖核苷酸。所以①和④中圆圈内对应的含义最接近，Ｂ正确。 １－２ （２０１６北京东城期末，５）据图判断，有关叙述不正确的是（ ）Ａ．细胞内催化甲→ＡＴＰ过程所需酶与酶１空间结构不同Ｂ．乙中不含高能磷酸键，是ＲＮＡ基本组成单位之一Ｃ．丙物质为腺苷，丁可用于某些脂质的合成Ｄ．ＡＴＰ为生命活动供能需经过图示的整个过程１－２答案 Ｄ ＡＴＰ为生命活动提供能量时，通常只经过远离Ａ的高能磷酸键水解形成甲（ＡＤＰ）的过程，而不经过图示的整个过程。二 探究酶的特性及影响酶活性的因素（科学探究）１．探究酶的专一性（１）设计思路一：换反应物不换酶实验组：反应物＋相应酶溶液检测→反应物被分解；对照组：另一反应物＋等量相同酶溶液检测→反应物不被分解。（２）设计思路二：换酶不换反应物实验组：反应物＋相应酶溶液检测→反应物被分解；对照组：相同反应物＋等量另一种酶溶液检测→反应物不被分解。２．探究酶的高效性对照组：反应物＋无机催化剂检测→底物分解速度；实验组：反应物＋等量酶溶液检测→底物分解速度。实验中自变量是无机催化剂和酶，因变量是底物分解速度。３．探究酶适宜的作用条件（１）最适温度探究的实验原理①淀粉淀粉酶→麦芽糖；淀粉＋碘液→蓝色。②温度影响淀粉酶活性，从而影响淀粉的分解，滴加碘液后，根据蓝色深浅来判断淀粉分解状况，推断出酶活性变化。（２）最适ｐＨ探究的实验原理①２Ｈ２Ｏ２过氧化氢酶→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２②ｐＨ影响酶的活性，从而影响氧气的生成速率，可用点燃但无火焰的卫生