备战高考生物一轮复习优质课件 第07讲 ATP和酶

这是一份备战高考生物一轮复习优质课件 第07讲 ATP和酶，共60页。PPT课件主要包含了ATP的结构与功能，ATP，A－P～P～P，HONP，探究影响酶活性的条件等内容，欢迎下载使用。

酶的作用、特性及影响因素
控制变量和设计对照实验
一、ATP的结构和功能
（3）被称为“生命的燃料”：
3.ATP的结构简式：
驱动细胞生命活动的直接能源物质。
4.ATP的组成元素：
~代表特殊的化学键。 两个相邻磷酸都带负电相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能，容易断裂。 每1ml水解释放的能量多达30.54KJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
AMP是RNA组成单位之一
ATP并不是细胞内唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物体内有很多种，如存在于细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。
ATP的含量很少需要量却很多，生物体是如何解决这一矛盾？
ATP在细胞内的含量很少，但ATP与ADP转化速率很快，从而保证细胞内能量的供应。
细胞质基质、线粒体、叶绿体
用于各项生命活动，如主动运输、肌肉收缩、发光、发电、物质合成等
二、ATP和ADP的相互转化
对细胞的正常生活来说，ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生并处于动态平衡之中。
三、ATP——细胞的能量货币
ATP水解伴随细胞发生吸能反应
ATP合成伴随细胞发生放能反应
放能反应：
需要吸收能量，由ATP水解提供能量。如蛋白质的合成等。
释放能量，储存在ATP中，为吸能反应直接供能。如葡萄糖的氧化分解等。
ATP在吸能反应和放能反应之间流通，是细胞内流通的能量“货币”，满足细胞各项生命活动对能量的需求。
有机物中的化学能或光能
这不是可逆反应，而是一个循环式反应。
物质可循环，但能量不可循环。
所有细胞的能量供应机制，体现生物界的统一性。
二、ATP和ADP的相互转化——特点
1.ATP与ADP之间的相互转化的过程，反应类型、反应条件、 能量的来源、 能量的去路、反应场所不同，所以ATP与ADP 之间的相互转化不是可逆反应。物质是可逆(循环)的，但能量 不可逆（不循环）。
2.ATP的含量很少，是因为ATP与ADP之间可以发生快速的相互 转化，并且处于动态平衡之中。
3.细胞之中ATP与ADP之间的相互转化的能量供应机制普遍存在， 体现了生物界的统一性。
4.原核生物(蓝藻、光合细菌)光合作用也可以合成ATP，细胞呼吸 也能合成ATP。
多角度理解ATP的合成与水解
ATP为主动运输供能原理
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化。这些分子被磷酸化后，发生活性变化，空间结构也被改变，因而可以参与各种化学反应。
四、ATP产生量与O2供给量的关系分析
1.甲图表示可进行有氧呼吸细胞中， ATP产生量与O2供给量的关系。
①A点表示在无氧条件下，细胞可通过无氧呼吸分解有机物， 产生少量ATP。
②AB段表示随着O2供给量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧 呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生量随之增加。
③BC段表示O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加， 此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。
2.乙图可表示哺乳动物成熟的红细胞中 ATP来自无氧呼吸，与O2无关。
1. 下图为dATP（d表示脱氧）的结构示意图，dATP水解后能参与DNA 的合成。想要让新合成的DNA分子被32P标记，下列相关说法正确的是（ ） A. 应用32P标记Ⅲ处的磷酸基团B. dATP在DNA合成时既能作为原料，也能提供能量C. dATP中的“T”指的是dATP含有3个特殊的化学键D. dATP中含有特殊的化学键，是主要的能源物质
2.(2021·湖南卷，5)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点B.这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递C.作为能量“货币”的ATP能参与细胞信号传递D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
3. 下列有关ATP的叙述，错误的是（ ）人体在剧烈运动时，细胞内产生ATP的速率加快， 吸能反应也增强B. 人体在紧张状态下，细胞内产生ATP的速率大大超过 产生ADP的速率C. ATP中的能量可以来自光能或化学能，也可以转化为 光能或化学能D. ATP转化成ADP的过程消耗水
巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。
发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某种物质起作用。
引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用
酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起到催化作用，就像在活酵母细胞中一样。
发现了起催化作用的物质 —— 酶
萨姆纳：从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质
发现少数RNA具有催化功能，称为核酶。
科学家们获得胃蛋白酶，胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶的化学本质是蛋白质。
发现了绝大多数酶是蛋白质，少数RNA。
只起催化作用，无调节作用
活细胞（哺乳动物红细胞除外）
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
提醒　①加热不能降低化学反应的活化能，但是可以为反应提供能量。②酶可以重复多次利用，不会立即被降解。
无催化剂时化学反应所需的活化能。
无机催化剂催化时化学反应所需的活化能。
酶催化时化学反应所需的活化能。
无机催化剂降低的活化能
更显著地降低化学反应的活化能
1.实验组：待测酶液 + 双缩脲试剂 → 是否出现紫色反应
2.对照组：已知蛋白液 + 双缩脲试剂 → 出现紫色反应
实验组呈现紫色说明该酶的化学本质为蛋白质
鉴定酶的本质是否是RNA
A.消化酶：是一类水解酶，可对应催化相关大分子的水解。淀粉酶、麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、脂肪酶、蛋白酶、肽酶等。有的由消化腺分泌到下消化道中，属于胞外酶，有的则参与细胞内消化，如溶酶体中的一些酶。
一类酸性水解酶，参与细胞内消化。溶酶体膜破坏，释放大量水解酶时，对细胞结构有破坏。如硅肺。
C.溶菌酶：破坏细菌细胞壁中的肽聚糖。
参与非特异性免疫，噬菌体在侵染大肠杆菌时会释放溶菌酶。
E.过氧化氢酶：过氧化氢酶存在于动植物细胞中，特别在动物肝脏浓度最高。将有毒的过氧化氢分解为水和氧气。
D.脲酶：分解尿素的酶，专一性强。是第一个被分离提纯的酶。广泛分布于植物的种子中，但以大豆、刀豆中含量丰富。也存在于动物血液和尿中。某些微生物也能分泌脲酶。
F.酪氨酸酶：催化酪氨酸转变为黑色素的关键酶。
白化病是由于缺乏酪氨酸酶基因
老年白发是由于细胞衰老，酪氨酸酶活性下降。
白癜风主要是由于血液中存在酪氨酸酶抗体或酪氨酸合成 障碍等，导致皮肤局部黑色素生成减少，出现白斑。
G.纤维素酶、果胶酶：主要用于破坏植物细胞壁。
用于制备植物细胞的原生质体。
限制酶 DNA连接酶 Taq酶
DNA复制：以DNA为模板的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，作用部位是磷酸二酯键。）
逆转录：以RNA为模板的DNA聚合酶(即逆转录酶)
转录：以DNA为模板的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，作用部位是磷酸二酯键。）
RNA复制：以RNA为模板的RNA复制酶
端粒酶：一种由催化蛋白和RNA模板组成的酶，可合成由于DNA而缺失的染色体末端的DNA，具有逆转录酶活性。端粒酶在干细胞和生殖细胞中有活性，在体细胞中没有活性。在肿瘤中被重新激活，从而使癌细胞具备无限增殖的条件。
1.(2022·南京模拟)20世纪80年代，科学家发现了一种RNaseP酶，是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的，如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，则留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明(　　)A．该RNA具有生物催化作用B．酶是由RNA和蛋白质组成的C．酶的化学本质是蛋白质D．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA
2.(2021·湖北适应性测试)在生物体内，酶是具有催化作用的有机物。下列关于酶的叙述，错误的是(　　)A．过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质B．DNA聚合酶和DNA连接酶都能催化磷酸二酯键的形成C．胰蛋白酶的合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关D．淀粉酶和盐酸通过降低反应物的活化能催化淀粉水解
3.端粒酶由RNA和蛋白质组成，该酶能结合到端粒上，以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链。下列叙述正确的是（ ）A.大肠杆菌拟核的DNA中含有端粒B.端粒酶中的蛋白质为RNA聚合酶C.正常人细胞的每条染色体两端都含有端粒DNAD.正常体细胞的端粒DNA随细胞分裂次数增加而变长
高效性专一性作用条件较温和
酶的催化效率是无机催化剂的107 ～1013倍。
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
有适宜的温度、有适宜的pH。
比较过氧化氢在不同条件下的分解
通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用和意义。
如何判断过氧化氢被分解的快慢？
观察单位时间内产生气泡的多少观察带火星的卫生香的复燃情况
①新鲜的质量分数为20%肝脏研磨液；
②新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液；
③质量分数为3.5%的FeCl3溶液；
④各种用具如：量筒、试管、滴管、酒精灯、卫生香等等。
1.本实验为什么要用新鲜的肝脏？
如果不是新鲜的肝脏，肝脏中的过氧化氢会被腐生菌分解而减少。
制成肝脏研磨液会增大酶与过氧化氢的接触面积，加快分解速率。
2.实验为什么把肝脏制备成研磨液？
比较实验①③说明：比较实验②③说明：
同无机催化剂相比，催化效率更高。
质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。
酶的催化效率一般是无机催化剂的 倍。
①保证了细胞代谢快速有效地进行。
②保证了细胞内能量供应的稳定。
1.酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。2.酶不能改变最终生成物的量。
【实验】探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
②淀粉酶可以催化淀粉水解为还原糖，但不能催化蔗糖水解。
①淀粉、蔗糖均为非还原糖，不能与斐林试剂共热产生砖红色沉淀。
不能。因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖无论是否被水解都不会使碘液变色。
思考：能否用碘液对实验结果进行检测？
结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，对蔗糖则不起催化作用。 即酶具有专一性。
淀粉酶的最适温度为60℃
已知淀粉酶能够催化淀粉水解，设置1号试管有无必要？
有必要，可排除淀粉酶的活性，浓度等无关变量的影响。
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
如：脲酶——只能催化尿素分解。 过氧化氢酶——只能催化过氧化氢分解。 二肽酶——可以催化所有的二肽分解
酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。
酶活性部位不是刚性不变的，其形状可在结合底物时有所改变，即底物与酶活性部位结合，会诱导酶发生构象变化，使酶的活性中心变得与底物的结构互补，两者相互契合，从而发挥催化功能。
①温度对酶活性的影响：
低温使酶活性受抑制，但酶的空间结构稳定，温度恢复，酶活性可以恢复。（低温保存）
高温使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(高温变性)
温度不同，酶活性可能相同，如a、c。
②pH对酶活性的影响：
强酸、强碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(蛋白质变性)
1.有适宜的温度2.有适宜的pH
细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。
1.(科学思维)酶具有高效性的原理是 。2.生物体内酶的化学本质： 。酶的特性有____________________________________。3.(科学思维)过酸、过碱或温度过高使酶永久失活的原因： 。
同无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能
绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA
高效性、专一性、酶的作用条件较温和
温度、pH、底物浓度、酶浓度
酶促反应：由酶催化的化学反应，生物体内化学反应绝大多数 属于酶促反应。
影响酶促反应速率的因素
①丙图：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 增加而 ，但当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制， 酶促反应速率 。
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 。
据图可知，不同pH条件下，酶最适温度 ；不同温度条件下，酶最适pH ，即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。
温度和pH对酶促反应速率的影响
1.用某种酶进行有关实验的结果如下图所示，错误的是（ ）
A.该酶的最适催化温度不确定B.图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶C.由图4实验结果可知酶具有高效性D.由图3实验结果可知Cl－是酶的激活剂
4.下列关于酶的叙述正确的是 （ ）①酶具有催化作用，并都能与双缩脲试剂反应呈紫色②酶通过提供反应所需的活化能提高反应速率③蛋白酶能催化不同的蛋白质水解，因此酶不具有专一性④细胞代谢能够有条不紊地进行，主要由酶的高效性决定⑤酶是由具有分泌功能的细胞产生的⑥酶既可作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物A.③⑤⑥ 　　B.②③⑥ 　　 C.③⑥　　 D.⑥
一、探究温度对酶活性的影响
淀粉遇碘变蓝，根据不同温度下相同时间内反应后的溶液是否出现蓝色以及蓝色的深浅可以判断淀粉被水解的量，从而判断不同温度下酶的活性。
过氧化氢受热易分解，会对实验结果造成干扰
斐林试剂需水浴加热，干扰自变量
必须在达到预设的温度条件后，再让反应物与酶接触，避免在未达到预设的温度时反应物与酶接触发生反应，影响实验结果。
结论：酶的催化作用需要适宜的温度，温度过低或过高都会影响酶的活性。
缩小温度梯度，重复进行上述实验。进一步探究淀粉酶的最适温度
二、探究pH对酶活性的影响
过氧化氢可在过氧化氢酶的作用下分解产生氧气和水，根据不同pH下气泡产生的快慢可判断过氧化氢酶的活性。
结论：酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会影响酶的活性。
①探究pH对酶活性的影响时，不能用斐林试剂作指示剂，因为 盐酸会和斐林试剂发生反应，使斐林试剂失去作用。③探究pH对酶活性的影响时，不宜采用淀粉酶催化淀粉的反应， 因为用作鉴定试剂的碘液会和NaOH发生化学反应，使碘与 淀粉生成蓝色络合物的机会大大减少，而且在酸性条件下 淀粉也会被水解，从而影响实验的观察效果。
1.取若干试管分为两组，A组加入2 mL质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，B组加入2 mL质量分数为3%的蔗糖溶液，然后同时向两组试管中加入等量的淀粉酶溶液。下列叙述中正确的是(　　)A．可利用斐林试剂检测两组试管底物是否发生分解，从而验证酶的专一性B．利用B组设置不同的温度梯度，可探究淀粉酶作用的最适温度C．利用A组设置不同的pH梯度，可探究淀粉酶作用的最适pHD．再取一组试管并只加入淀粉溶液，和A、B组比较以验证酶的高效性
2.真菌分泌的植酸酶作为畜禽饲料添加剂，可提高饲料利用率。科研人员对真菌产生的两种植酸酶在不同pH条件下活性的差异进行研究，结果如图。相关叙述错误的是(　　)A．植酸酶只能在活细胞中产生，可在细胞外发挥作用B．真菌合成的植酸酶需要经高尔基体参与，才能转运到细胞外C．植酸酶A的最适pH为2或6，植酸酶B的最适pH为6D．两种酶相比，植酸酶A更适合添加在家畜饲料中
抑制剂的结构与酶的活性中心相似，当抑制剂与酶结合时，就阻止了底物与酶结合。
由于竞争性抑制剂与底物竞争酶。因此，增大底物浓度，就是使抑制剂与酶结合的减少，从而减少抑制作用。因此，竞争性抑制剂的抑制作用可以通过增大底物浓度来抵消其抑制作用。
由于非竞争性抑制剂不与底物竞争，因此，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。
3.下图为最适温度下酶促反应曲线，Km表示反应速率为1/2Vmax时的底物浓度。竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争性结合酶的活性部位；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失。下列分析正确的是 （ ）A.适当升高温度，Vmax和Km均会增大B.加入非竞争性抑制剂，Vmax降低C.加入竞争性抑制剂，Km值降低D.Km值越大，酶与底物亲和力越高
4.竞争性抑制剂与被抑制活性的酶的底物通常有结构上的相似性，其能与底物竞争结合酶分子上的活性中心，从而对酶活性产生可逆的抑制作用。图1表示竞争性抑制剂直接阻碍底物与酶结合的机理；图2是有无竞争性抑制剂对酶促反应速率的影响曲线。下列相关判断正确的是（ ）A.酶的活性中心能和竞争性抑制剂、底物同时结合B.竞争性抑制剂或底物与酶结合，不会导致酶失活C.竞争性抑制剂会增加化学反应所需的活化能D.竞争性抑制剂的抑制作用不能通过增加底物浓度来解除
溶解细菌的细胞壁：抗菌消炎
(1)酶：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性内切核酸酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定的切割位点上切割DNA分子。(2)转运蛋白：某些物质通过细胞膜时需要转运蛋白协助，不同物质所需转运蛋白一般不同。(3)激素：激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。(4)tRNA：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。(5)抗体：一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。
抗体：一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合抗原：一种抗原只能与相应的抗体发生特异性结合DNA分子：每种特定的DNA分子都有其独特的脱氧核苷酸序列受体：细胞膜或者细胞内激素、神经递质等的受体（糖蛋白）一般具有特异性
当我们讨论某种功能时，特异性和专一性可以互用；但当我们讨论结构时，一般只能使用特异性，不能使用专一性。
①变量:实验过程中变化的因素称为变量。
②自变量:实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素 叫做自变量。
③因变量:因自变量改变而变化的变量叫做因变量。
④无关变量:除自变量外，实验过程中存在一些对实验结果造成 影响的可变因素，叫做无关变量。
⑤单一变量:实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量) 都保持一致。
①对照实验：除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致， 并将结果进行比较的实验。
空白对照、自身对照、相互对照、条件对照
不给对照组做任何实验处理，这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给与空白。
对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照组。(不同处理的前后对照)
不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。
1.含义：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验。2.举例：①探究酵母菌细胞呼吸类型； ②噬菌体侵染细菌实验； ③鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的O2 来自水的实验
空白对照：幼小蝌蚪不处理
实验组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺激素
条件对照组：幼小蝌蚪饲喂甲状腺抑制剂
条件对照就是给对照组施加跟自变量不同程度或反向处理，目的是与实验组形成对照。
虽给对照组施以某种实验因素的处理。但这种处理是作为对照因素的，不是所要研究的实验因素。这种处理不包括实验研究给定的自变量。目的是更有效的比较实验组和对照组的结果。
1.对照原则：在实验中，一般需要设置对照组。通过设置对照组，既能排除无关变量对实验结果的影响，又能增加实验结果的可信度和说服力。2.单一变量原则（等量原则）：实验组和对照组只能有自变量这一种处理因素不同。其他可能对实验结果造成影响的无关变量在实验组和对照组中应完全相同，且处于最适宜的状态。3.平行重复原则：在同样条件下重复实验，以消除偶然误差。4.科学性原则：实验方案严谨，选材合适恰当，实验步骤科学规范。
四、自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
与常态相比，人为增加某种影响因素。
第2组、第3组、第4组就是利用了加法原理
与常态相比，人为去除某种影响因素。
例1：艾佛里肺炎球菌转化实验
第一组：R型活菌+S型菌的细胞提取物→混合培养
第二组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+蛋白酶→混合培养
第三组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+RNA酶→混合培养
第四组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+酯酶→混合培养
第五组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+DNA酶→混合培养
第二~五组就是利用了减法原理。
例2.研究甲状腺激素的功能
第1组：健康的动物不做处理(空白对照)
第2组：健康的动物饲喂一定量的甲状腺激素(加法原理)
第3组：将健康的动物甲状腺摘除(减法原理)
1.(2022·江西金太阳大联考)生物实验设计的关键是实验变量的确认，下列对实验自变量的确认，不正确的是(　　)A．比较过氧化氢在不同条件下分解速率的实验中，自变量为催化剂的种类B．观察植物细胞质壁分离及质壁分离复原的实验中，自变量为环境溶液C．为破译密码子而进行的蛋白质体外合成的实验中，自变量为氨基酸的种类D．探究影响酵母菌种群数量增长因素的实验中，自变量可为培养液的量
2.下列实验中，有关实验组和对照组的设置，正确的是(　　)