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第5章细胞的能量供应和利用第1节降低化学反应活化能的酶第2节细胞的能量“通货”——ATP一.酶的定义：酶是__________产生的具有作用的__________，其中__________酶是蛋白质。产生场所：活细胞。作用：催化作用。本质：有机物，多数酶是蛋白质。活细胞催化有机物绝大多数考点1：酶的本质二、酶的特性1．高效性：一般地说，酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍。2．专一性：一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。酶的专一性生化反应的多样性蛋白质的结构多样性酶的多样性3．温度、酸碱度影响酶的活性：高温、低温以及过酸和过碱，都会影响酶的活性，酶的催化作用需要适宜的温度和pH。影响曲线如下：甲曲线在最适温度两侧不对称；乙曲线在最适pH两侧基本对称。（1）过酸、过碱和高温，都能使酶的酶分子结构遭到破坏而失去活性（不可逆）。（2）低温虽然使酶的活性明显降低，但酶的分子结构没有破坏，酶的活性在适宜的温度下可以恢复。（3）不同的酶有不同的最适温度和最适pH一般来说，动物体内的酶的最适pH大多在6.5~8.0之间，而植物与微生物体内的酶，其最适pH多在4.5~6.5之间。唾液淀粉酶的最适pH为6.8，脂肪酶的最适pH为8.3，胃蛋白酶的最适pH为1.5~2.2。一般来说，动物体内的酶的最适温度多在37~50℃，而植物体内酶的最适温度多在50~60℃。4.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响（1）在其他条件适宜、酶量一定的条件下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。（2）在底物充足、其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。训练1.（2009年上海卷）将刚采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其甜味。这是因为加热会（）A．提高淀粉酶活性B．改变可溶性糖分子结构C．防止玉米粒发芽D．破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶D2.（2009年广东卷）水稻细胞内合成的某物质，能够在常温下高效分解淀粉，该物质（）A.在4℃条件下易变性B.只含有C、HC.也能催化淀粉合成D.含有羧基D在任何化学反应中，反应物分子必须超过一定的阈能，成为活化的状态，才能发生变化，形成产物。这种提高低能分子达到活化状态的能量，称为活化能。催化剂的作用，主要是降低反应所需的活化能，以致相同的能量能使更多的分子活化，从而加速反应的进行。考点2：酶的作用机制酶能显著地降低活化能，故能表现为高度的催化效率。例如课本的H2O2酶的例子，可以显著地看出，酶能降低反应活化能，使反应速度提高千百万倍以上。目前一般认为，酶催化某一反应时，首先在酶的活性中心与底物结合生成酶－底物复合物，此复合物再进行分解而释放出酶，同时生成一种或数种产物，此过程可用下式表示：E+SESE+P上式中E代表酶，S代表底物，ES代表酶—底物复合物，P代表反应产物。由于ES的形成速度很快，且很不稳定，一般不易得到ES复合物存在的直接证据。但从溶菌酶结构的研究中，已制成它与底物形成复合物的结晶，并得到了X线衍射图，证明了ES复合物的存在。ES的形成，改变了原来反应的途径，可使底物的活化能大大降低，从而使反应加速。1.(2009年全国卷Ⅰ)下图是某种微生物体内某一物质代谢过程的示意图。下列有关酶活性调节的叙述，错误的是（）A．丁物质既是酶③催化生成的产物，又是酶③的反馈抑制物B．戊物质通过与酶④结合导致酶④结构变化而使其活性下降C．当丁物质和戊物质中任意一种过量时，酶①的活性都将受到抑制D．若此代谢途径的终产物不断排出菌体外，则可消除丙物质对酶①的抑制作用C1.ATP的结构特点ATP（C10H16O13N5P3）是_________________的英文名称缩写。ATP分子的结构式可以简写成____________，其中A代表__________，P代表_________________，“—”代表_________________，“～”代表一种特殊的化学键，叫做_____________，ATP分子中大量的化学能就储存在_________________中。高能磷酸键三磷酸腺苷A－P～P～P腺苷磷酸基团一般的共价键高能磷酸键考点3：ATP的结构特点及其转化ATP可以水解，这实际上是指_________________高能磷酸键水解时释放的能量多达_________________，所以说ATP是细胞内的一种_________________。ATP分子中高能磷酸键的水解30.54kJ／mol高能磷酸化合物探究思考：ATP是唯一的高能化合物吗？答案：不是。在肌肉或其他兴奋性组织（如脑和神经）中还有一种高能磷酸化合物——磷酸肌酸，是高能磷酸基的暂时贮存形式。磷酸肌酸水解时，每摩尔化合物释放10.3千卡的自由能，比ATP释放的能量（每摩尔7.3千卡）多些。磷酸肌酸能在肌酸激酶的催化下，将其磷酸基转移到ADP分子中。当一些ATP用于肌肉收缩时，就会产生ADP。其化学反应为：ADP+磷酸肌酸(C~P)ATP+肌酸(C)磷酸肌酸激酶肌酸激酶特别说明：细胞中重要的能源物质——葡萄糖；植物细胞中储存能量的物质——淀粉；动物细胞中储存能量的物质——糖原；生物体内主要储存能量的物质——脂肪；生物体进行各项生命活动的主要能源物质——糖类；生物体进行各项生命活动的直接能源物质——ATP；生物体进行各项生命活动的最终能源——太阳能。2、三磷酸腺苷(ATP)的分子结构ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起，依次分别称为α、β、γ磷酸基团。ATP的结构式是：A—P～P～P分析：从ATP的结构式可以看出，腺嘌呤与核糖结合形成腺苷，腺苷通过核糖中的第5位羟基，与3个相连的磷酸基团结合，形成ATP。ATP分子中的γ磷酸基团水解时，能释放30.5kJ/mol的能量，而6磷酸葡萄糖水解时释放的能量只有13.8kJ/mol。需要指出的是，ATP分子既可以水解一个磷酸基团（γ磷酸基团），而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi），又可以同时水解两个磷酸基团（β磷酸基团和γ磷酸基团），而形成一磷酸腺苷（AMP）（也称为腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的基本单位之一）和焦磷酸（PPi）。3、ATP与ADP的相互转化ATP与ADP的相互转化伴随着吸能和放能，因此与生物体的新陈代谢密切相关，可用下式表示二者的转化过程：+能量（物质可逆，能量和酶不可逆）ATP酶ⅡADP+Pi酶Ⅰ化学中讲到可逆反应的特点：正逆反应都能在同一条件下同时进行。1.从反应条件上看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶属水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属合成酶。酶具有专一性，因此反应条件不同。2.从能量上看：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成ATP的能量主要有化学能和太阳光能。因此能量的来源是不同的。3.从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所较多。因此其合成与分解的场所不尽相同，很显然上述反应并不是同时进行的。综上所述，ATP与ADP相互转化的反应不是可逆的。但我们不能单纯地利用化学上的观点来判断该反应是否可逆，因为ATP与ADP在活细胞中永无止境地循环着，该反应能够明确地表示二者在一定条件下的循环过程，所以该循环使ATP不会因能量的不断消耗而用尽，从而保证了生命活动的顺利进行。训练1.（2009年广东卷）正常精细胞形成精子的过程中，细胞的很多结构退化消失，但保留了大量线粒体，因为线粒体可以合成精子运动所需的（）A.乙醇B.ATPC.胰岛素D.淀粉：B2.(2008年广东卷)关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是（）A．无氧条件下，光合作用是细胞ATP的唯一来源B．有氧条件下，线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATPC．线粒体和叶绿体合成ATP都依赖氧D．细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体：B1．（2009年汕头二模）几位同学在探索pH对α淀粉酶活性的影响时，设计的实验方案如下，其中操作顺序最合理的是（）①在三个试管中各加入可溶性淀粉溶液2mL②在三个试管中各加入新鲜的α淀粉酶溶液1mL③置于适宜温度下保温5min④分别置于100℃、60℃、0℃环境中保温5min⑤加入斐林试剂后，水浴加热，观察现象⑥将试管中溶液的pH分别调到3、7、11，保持5minA．①④②③⑤B．①⑥④②⑤C．①②⑥③⑤D．②⑥①③⑤答案:D2．(双选)在证明酶的催化作用受温度影响的实验时，有学生取两支试管分别将淀粉溶液与唾液混合后，分别将试管放在冰水、沸水中5min后，待试管冷却后分别加入3滴碘液，结果两支试管都变蓝，证明酶的催化作用需要适宜的温度。此实验的不足之处是（）A．酶与淀粉不能在设置各自温度之前接触B．缺少温度为37℃的对照实验C．这两支试管都不应变蓝D．不能用碘液检验是否存在淀粉答案:AB