第10讲降低化学反应活化能的酶和细胞能量通货ATP.ppt

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1、第10讲 降低化学反应活化能的酶和细胞能量“通货”ATP,（实验设计中的变量分析）,一、酶的产生、作用、本质和分类,3本质 绝大多数为蛋白质，少数为RNA。,【友情提醒】 (1)活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活化态所需要的能量。 (2)酶可加快反应速率，缩短到达反应平衡的时间。,【例1】下列有关酶的说法中，不正确的是( ) A不是所有的酶都在核糖体上合成 B酶在化学反应前后自身化学性质不发生改变 C酶都是活细胞产生的 D细胞环境是酶正常发挥催化作用的必要条件,D,【解析】本题考查酶的产生、化学本质与作用特点。酶都是活细胞产生的；在化学反应前后自身化学性质不发生改变；大多数酶是蛋白

2、质，少数是RNA，所以不是所有的酶都在核糖体上合成；酶在适宜的条件下，就能发挥作用，不一定在细胞内。,二、“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,1实验原理 (1) (2)比较H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe3等不同条件下气泡产生的数量多少或卫生香燃烧的剧烈程度，了解过氧化氢酶的作用和意义。,2实验流程及现象分析,续表,3.实验过程的理论分析,4.实验证明的结论 (1)酶具有催化作用，同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。 (2)酶具有高效性，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。,【例2】下列对“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验结果的分析，正确的是( ) A在过氧化氢酶的作用下，过氧

3、化氢分解最快，是因为20%的肝脏研磨液的浓度高于3.5%的FeCl3溶液 B3.5%的FeCl3溶液对过氧化氢分解速率慢是因为其分子摩尔浓度过高，影响了酶活性的正常发挥 C肝脏研磨液中过氧化氢分解速率快，是因为酶的催化效率比一般无机催化剂的效率高 D如果将四支试管都放在90 水浴中，第4支试管(加肝脏研磨液的试管)反应速率仍为最快,C,【解析】本题主要考查过氧化氢在不同条件下的分解实验。在过氧化氢酶的作用下，过氧化氢分解最快，是因为酶降低化学反应活化能的作用更显著，催化效率更高，与摩尔浓度无关。酶受温度的影响，90 条件下酶已经变性失活，不能起到催化作用。,三、酶的特性,1高效性 酶的催化效率

4、是无机催化剂的1071013倍，这说明酶具有高效性的特点。酶的高效性是和无机催化剂相比较来说的，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，a、c曲线的对比可以说明酶具有催化性。,2专一性 每一种酶只能催化一种或一类化学反应，这说明酶的催化作用具有专一性的特点。,(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物A参加反应。 (2)在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化底物A参加反应。 3温和性 绝大多数的酶是蛋白质，过酸、过碱和高温都能使蛋白质分子空间结构被破坏(除肽键以外的其他化学键的断裂)，从而引起蛋白质分子变性，使酶永久失活。低温只

5、使酶活性下降，在适宜的温度下，酶活性可以恢复。,【例3】现提供如下实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液，斐林试剂、恒温水浴锅。探究哺乳动物蔗糖酶和淀粉酶的催化作用是否具有专一性，请分析回答： (1)实验设计：下表中“”代表加入适量的溶液，“”代表不加溶液。请分析：,验证蔗糖酶具有专一性，可选用的试管组合是_； 验证淀粉酶具有专一性，可选用的试管组合是_； 根据单一变量原则，无法形成对照的是_。,(2)实验步骤： 取四只洁净的试管，分别编号甲、乙、丙、丁； _； _； 观察实验现象并记录实验结果。 (3)结果预测：_。 (4)结论：_。,【解析】要验证酶的专一性，可不

6、改变酶的种类，改变不同的底物。所以验证蔗糖酶具有专一性，选择甲、丁，都有蔗糖酶，而底物不同；同理验证淀粉酶具有专一性，选择乙和丙，两支试管中都有淀粉酶，而底物不同，从而鉴定反应产物来检测酶的专一性。,【答案】 (1)甲和丁 乙和丙 甲和乙、丙和丁 (2)按照上表中的设计，向四支试管加入溶液并混匀，将试管放入37 恒温水浴锅一段时间 取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，沸水浴一段 时间 (3)甲、乙试管中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀 (4)蔗糖酶和淀粉酶的催化作用有专一性,四、“影响酶活性的条件”的探究分析,1温度对酶活性的影响 (1)原理 温度影响酶的活性和结构，从而影响淀粉

7、的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。,(2)实验设计思路 淀粉t1温度下淀粉酶t1温度下 淀粉t2温度下淀粉酶t2温度下 淀粉tn温度下淀粉酶tn温度下 检测是否出现蓝色及蓝色深浅,(3)实验设计程序,(4)实验的变量分析,2pH对酶活性的影响 (1)原理 pH影响酶的活性和结构，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。,(2)实验设计程序 取n支试管分别加入等量的同种新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)分别滴加等量的质量分数为

8、3%的过氧化氢溶液用点燃但无火焰的卫生香来检验氧气的生成情况。,【例4】甲图表示温度对淀粉酶活性的影响；乙图是将一定量的唾液淀粉酶和足量的淀粉混合后麦芽糖积累量随温度变化的情况。下列说法不正确的是( ),C,AT0表示淀粉酶催化该反应的最适温度 B图甲中，Ta、Tb时淀粉酶催化效率都很低，但对酶活性的影响却有本质的区别 C图乙中Tb至Tc的曲线表明随温度升高，麦芽糖的积累量不再上升，酶的活性已达到最高 D图乙中A点对应的温度为T0,【解析】图甲中，Ta、Tb时淀粉酶催化效率都很低，Tb时酶已失活。图乙中A点麦芽糖的积累量增加最快，酶活性最高，对应图甲的T0点。,五、影响酶促反应的因素,酶促反应

9、受到多种因素的影响，这些因素主要包括温度、pH、酶的浓度、底物浓度等。 1温度对酶促反应的影响 酶促反应在一定温度范围内反应速率随温度的升高而加快；在一定条件下，每一种酶在某一适宜温度时活性最大，这个温度称为这种酶的最适温度。如下图所示。,2pH对酶促反应的影响,每一种酶只能在一定限度的pH范围内才表现活性，超过这个范围，酶就会失去活性。(过酸或碱会使酶的分子结构遭到破坏而失去活性)，在一定条件下，每种酶在某一pH时的活力最大，这个pH称为这种酶的最适pH。如图所示。,3酶浓度对酶促反应的影响,在底物充足、其他条件适宜、反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时，酶促反应速

10、率与酶浓度成正比。如图所示。,4底物浓度对酶促反应的影响,在底物浓度较低时，反应速 率随底物浓度增加而加快，反 应速率与底物浓度成正相关， 在底物浓度较高时，增加底物 浓度，反应速率也随之加快， 但不显著；当底物浓度很大且 达到一定限度时，反应速率达到一个最大值此时即使 再增加底物浓度，反应速率不变。如右图所示。,【例5】下图表示在不同条件下，酶催化反应的速度(或生成物)变化，有关叙述不正确的是( ),A图虚线表示酶量增加一倍时，底物浓度和反应速度关系 B图虚线表示增加酶浓度，其他条件不变时，生成物质量与时间的关系 C图不能表示在反应开始后的一段时间内，反应速度与时间的关系 D若图中的实线表示

11、Fe3的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率,C,【解析】本题考查酶浓度、底物浓度等因素对酶活性的影响。图可以表示在反应开始后的一段时间内，反应速度与时间的关系，例如底物浓度一定时，随时间的延续，底物浓度越来越小，反应速度越来越小，或者时间较长后引起酶的钝化，也可导致酶促反应速度下降。,六、ATP的结构和功能 1ATP的结构简式：APPP。 (1)A表示腺苷，T表示3个，P表示磷酸基团，表示高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。如果ATP只去掉2个P，就是腺嘌呤核糖核苷酸，即构成RNA的一种基本单位。,(2)一个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸基团、2个高能磷酸键。

12、(3)ATP的一个高能磷酸键水解，形成ADP(二磷酸腺苷)，两个高能磷酸键水解，形成AMP(一磷酸腺苷)。 2ATP的生理功能 生物体一切生命活动都需要能量，这些能量形式主要有机械能、电能、渗透能、化学能、光能、热能等，各种形式的能量的转化都是靠ATP中能量的直接转换。,【例6】(2012湖南师大附中月考卷)下列关于ATP的说法，错误的是( ) A构成ATP的化学元素是C、H、O、N、P BATP的A代表腺嘌呤，T代表三个，P代表磷酸基团 CATP在酶的作用下，可以脱去1个磷酸基团，变成ADP DATP中的三个磷酸基团的稳定性不同，水解释放的能量也不同,B,【解析】ATP的A代表腺苷。,七、A

13、TP与ADP的相互转化,2意义 (1)保证细胞内有一个相对稳定的能量供应库。ATP中远离腺苷的高能磷酸键极容易水解，以保证能量及时供应；ATP中远离腺苷的高能磷酸键极容易形成，以保证能量相对稳定和能量持续供应。 (2)ATP在能源物质供能过程中处于核心地位，其他能源物质只有转化为ATP才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量，如光能、动能、电能等。,【例7】分析ATP与ADP相互转化示意图，下列有关说法正确的是( ),A若图中Pi代表磷酸，则B 为ADP，C为ATP B在BC的反应中，产生 的E2来源于高能磷酸键的断裂 而释放出的能量 CE1不是物质，对于人、 动

14、物、真菌、植物和细菌来说，E1来自细胞呼吸 DCB与BC都可以伴随着放能反应和吸能反 应,B,【解析】若图中Pi代表磷酸，则B为ATP，C为ADP。E1不是物质，则为能量，其来源对于人、动物、真菌和大多数细菌来说，来自细胞呼吸，对于绿色植物来说，则来自光合作用和呼吸作用。CB为合成ATP的过程，伴随着放能反应；而BC表示ATP的水解过程，其伴随着吸能反应。,1低温只是使酶活性降低，但是酶的空间结构并没有遭到破坏，酶不会失活，因此恢复温度可以使酶活性提高；高温使酶活性降低甚至失活，原因是高温破坏了酶的空间结构，酶一旦失活，其活性就不可恢复。 2不能用过氧化氢酶催化过氧化氢分解的实验来验证温度对酶

15、活性的影响，因为过氧化氢在高温下会分解；不能用淀粉酶水解淀粉的实验来验证pH对酶活性的影响，因为无机酸也可以作为淀粉水解的催化剂。,3ATP和ADP的相互转化中，物质可逆，能量不可逆。,一、理论归纳,1变量的种类 变量是实验设计中可以变化的因素或条件，依据变量间的相互关系，可分为以下两类： (1)自变量与因变量：自变量是实验中由实验者所操纵的因素，该因素的改变将引起实验结果的相应改变，是实验要研究的因素。因变量是因自变量不同而导致的不同的实验结果。它们之间是因果关系，自变量是原因，因变量是结果。 (2)无关变量：无关变量是指实验中除自变量外也能影响实验现象或结果的其他因素。,2自变量的确定和控

16、制 根据实验目的，确定实验变量，进而确定控制的措施。 例如：“探索淀粉酶的最适温度”的实验。 (1)变量的确定： 自变量是相同的酶处在不同温度下即温度梯度，即要“探究什么”，则“什么”就是自变量。 (2)自变量的控制： 在确定了自变量是温度梯度后，应将淀粉酶置于温度梯度下，如：25 、26 、27 控制变量的方法，常用的有“施加”“改变”“去除”等。,3无关变量的确定与控制 例如：请指出探究pH对唾液淀粉酶活性的影响实验中的无关变量是什么？应如何控制？ 分析：在该实验中，自变量是“pH的大小”。无关变量有温度、唾液淀粉酶的量、淀粉溶液的量、反应时间、加入碘液的量及时间等，在做实验时，对照组和实

17、验组的以上因素都要相同且适宜。,二、演练,某学生为了证明唾液能够使淀粉水解，进行了下面的实验：先用碘液检验一块干面包，变蓝色；他嚼碎了另一块干面包，一段时间后用斐林试剂检验，嚼碎的面包出现砖红色；得出结论。此实验设计最大的失误在于( ) A未对面包做还原糖检验 B未对唾液做淀粉检验 C未对嚼碎的面包做淀粉检验 D应该用双缩脲试剂检验,A,【解析】用斐林试剂检验嚼碎的面包出现砖红色说明嚼碎的面包中含有还原糖，要证明该还原糖是由唾液的催化作用产生的，还需要对面包做还原糖的检验，即需要设置对照实验。,1.(2012海南卷)下列操作中，不可能导致淀粉酶活性发生变化的是( ) A淀粉酶溶液中加入强酸 B

18、淀粉酶溶液中加入蛋白酶 C淀粉酶溶液中加入淀粉溶液 D淀粉酶经高温烘干制成粉剂,C,【解析】温度、pH都会影响酶活性，A、D不正确；淀粉酶的化学本质为蛋白质，蛋白酶会将其水解，从而使其活性发生改变，B不正确；淀粉酶溶液中加入淀粉溶液后，淀粉被水解，但是淀粉酶在反应前后结构和活性不变，C正确；故选C。,2.(2012北京卷)细胞中不能合成ATP的部位是( ) A线粒体的内膜 B叶绿体中进行光反应的膜结构 C内质网的膜 D蓝藻(蓝细菌)中进行光反应的膜结构,C,【解析】本题考查ATP的合成部位，结合光合作用、细胞呼吸的过程。真核生物有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行，生成大量ATP；绿色植物光合作

19、用的光反应阶段在类囊体薄膜上将光能转化为电能，再转化为储存在ATP上的活跃化学能；蓝藻进行光合作用在光合片层的薄膜上，将光能转化ATP；内质网无法生成ATP，本题选C。,3.(2012上海卷)生物体中的某种肽酶可水解肽链末端的肽键，导致( ) A蛋白质分解为多肽链 B多肽链分解为若干短肽 C多肽链分解为氨基酸 D氨基酸分解为氨基和碳链化合物,【解析】酶具有专一性，蛋白酶将蛋白质水解成多肽。根据题干信息，可知某种肽酶使末端的肽键水解，这样会得到一个氨基酸和一条肽链，这时多肽又出现新的末端肽键，这样继续水解，直到把多肽全水解为氨基酸。,4.甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如下

20、图所示。下列分析错误的是( ),B,A甲酶能够抗该种蛋白酶降解 B甲酶不可能是具有催化功能的RNA C乙酶的化学本质为蛋白质 D乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变,【解析】考查酶的本质。首先需要了解大部分酶的本质是蛋白质，少量的酶是RNA，用蛋白酶处理后，乙酶活性降低，说明乙酶的成分是蛋白质，被蛋白酶处理后被分解；而甲酶不变，则说明甲酶的可能成分是RNA或者甲酶能够抗这种蛋白酶的降解。,5.某一不可逆化学反应(SPW)在无酶和有酶催化时均可以进行，当该反应在无酶条件下进行到时间t时，向反应液中加入催化该反应的酶。下图中能正确表示加酶后反应物浓度随反应时间变化趋势的曲线是( ),D,A甲 B乙

21、 C丙 D丁,【解析】查酶的作用(催化作用)和特点(高效性)。加入酶后，反应物迅速消耗，浓度迅速降低。,6. 下面左图表示的是pH对植物和人的淀粉酶活性的影响；右图表示的是3种脱氢酶(A、B、C)的活性受温度影响的情况。下列叙述正确的是( ),B,A从左图中可以知道pH5时植物淀粉酶的活性最高 B从右图中无法知道酶C的最适温度 C从左图中可以知道若细胞内环境由碱性变成酸性时，淀粉酶的活性逐渐升高 D从右图中可以知道活性温度范围最广的酶是B,【解析】温度过高、过酸、过碱都能使酶彻底失活，且这种失活是不可逆转的，从左图可以看出，植物淀粉酶的最适pH在5和6之间，人的淀粉酶的最适pH在7左右。在右图

22、中活性温度范围最窄的酶是B。酶C的活性受温度影响的曲线不完整，因此从右图中无法知道酶C的最适温度。,7.(2012广东卷)食品种类多，酸碱度范围广。生物兴趣小组拟探究在食品生产应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知：pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。,(1)据图可知， 木瓜蛋白酶 更适宜作为食品添加剂，理由是 由图可以看出，木瓜蛋白酶的活性不随pH的变化而变化 。蛋白酶的活力可用 单位时间内底物消耗(产物产生) 的量来表示。 (2)该蛋白酶的提取工艺流程如下：,兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。结果显示，酶保护剂浓度在0.020.06 mol/L范围内，酶活力较高；提取液

23、pH在6.08.0范围内，酶活力较高。他们认为，要进一步提高粗酶制剂的酶活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化，并确定以此为探究课题。请拟定该课题名称，设计实验结果记录表。(答案如下：),课题：探究酶保护剂的最适浓度和提取液的最适pH。,【解析】(1)结合图形和文字审题，在题目中已经提供了信息“食品种类多，酸碱度范围广”，所以选择的食品添加剂应该有广的酸碱适应范围，从图形中，我们可以看出木瓜蛋白酶的适应范围最广，所以可以选作食品添加剂。酶的活力，我们一般用酶催化的底物消耗量或者产物生成量来表示。 (2)实验设计，我们应该明确实验目的，这里的实验目的是为了探究酶保护剂的最适浓度和提取液的pH，所以我们可以将酶保护剂的浓度和提取液的pH作为自变量，因变量为单位时间内底物的消耗量。,