一、酶在細(xì)胞代謝中的作用
1．細(xì)胞代謝：細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。
2．酶的作用：通過“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)，可以說明酶在細(xì)胞代謝中具有催化作用，同時(shí)證明，與無機(jī)催化劑相比，酶具有高效性的特性。
3．酶的作用機(jī)理
(1)活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需的能量。
(2)催化劑 的作用：提高反應(yīng)速率，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。
(3)作用機(jī)理：降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。與無機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著。
二、酶的本質(zhì)
1．酶本質(zhì)的探索過程
(1)巴斯德之前：發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動(dòng)無關(guān)。
(2)爭論
①巴斯德(法國)1857年提出：只有酵母細(xì)胞參與才能進(jìn)行發(fā)酵。
②李比希(德國)認(rèn)為：酵母細(xì)胞死亡裂解后釋放出某些物質(zhì)，引起發(fā)酵。
(3)比希納(德國)：獲得不含酵母細(xì)胞的提取液，但未能分離鑒定出酶。
(4)薩姆納(美國)：1926年用丙酮提取出了刀豆種子中的脲酶，并證明了脲酶是蛋白質(zhì)。21世紀(jì)教育網(wǎng)
(5)酶的本質(zhì)：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化功能的有機(jī)物，其絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。
[互動(dòng)探究]　1.酶在化學(xué)反應(yīng)中，能不能增加生成物的量？
[提示]　不能。酶只是降低活化能，加快反應(yīng)速度，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，但不會(huì)使生成物的量增加。
2．酶的組成成分中可能含有哪一種糖？該糖主要存在于細(xì)胞核中，還是細(xì)胞質(zhì)中？
[提示]　核糖。主要存在于細(xì)胞質(zhì)中。
要點(diǎn)歸納
一、酶的本質(zhì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
酶的本質(zhì)及作用
酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化功能的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。在細(xì)胞代謝中具有催化作用，具體見下表：
化學(xué)本質(zhì)21世紀(jì)教育網(wǎng)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA
合成原料氨基酸核糖核苷酸
合成場所核糖體細(xì)胞核(真核生物)
來源一般來說，活細(xì)胞都產(chǎn)生酶
生理功能生物催化作用
作用原理降低化學(xué)反應(yīng)的活化能
二、酶的催化作用和高效性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)分析
1．實(shí)驗(yàn)原理
(1)2H2O2過氧化氫酶2H2O＋O2↑。
(2)比較H2O2在常溫、高溫、過氧化氫酶、Fe3＋等不同條件下氣泡產(chǎn)生多少或衛(wèi)生香燃燒劇烈程度，了解過氧化氫酶 的作用和意義。
2．驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及現(xiàn)象分析
試管號(hào)21世紀(jì)教育網(wǎng)3%過氧化氫量21世紀(jì)教育網(wǎng)21世紀(jì)教育網(wǎng)[來源:21世紀(jì)教育網(wǎng)]21世紀(jì)教育網(wǎng)21世紀(jì)教育網(wǎng)探究變量21世紀(jì)教育網(wǎng)點(diǎn)燃的衛(wèi)生香檢測結(jié)果分析
實(shí)驗(yàn)處理H2O2分解速度(氣泡多少)
12 mL無助燃性H2O2自然分解緩慢
22 mL90℃水浴加熱很少有助燃性加熱能促進(jìn)H2O2分解
32 mL滴加3.5% FeCl32滴較多助燃性較強(qiáng)Fe3＋能催化H2O2分解
42 mL滴加20%肝臟研磨液2滴很多助燃性更強(qiáng)過氧化氫酶有催化H2O2分解的作用，且效率高
3.實(shí)驗(yàn)過程的變量及對(duì)照分析
自變量因變量無關(guān)變量對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組
2號(hào)：90℃水浴加熱
3號(hào)：加入3.5% FeCl3溶液2滴
4號(hào)：加入20%肝臟研磨液2滴H2O2分解速率用產(chǎn)生氣泡的數(shù)目多少表示加入H2O2的量；實(shí)驗(yàn)室的溫度；FeCl3和肝臟研磨液的新鮮程度1號(hào)試管2、3、4號(hào)試管
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論
(1)酶具有催化作用，同無機(jī)催化劑一樣都可加快化學(xué)反應(yīng)速率。
(2)酶具有高效性，與無機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。酶的催化效率大約是無機(jī)催化劑的107～1013倍。
5．表示酶高效性的曲線
(1)催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率，與無機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。
(2)酶只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需時(shí)間，不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)。
(3)酶只能催化已存在的化學(xué)反應(yīng)。
感悟拓展
1．酶僅能改變反應(yīng)的速率，并不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)，且性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后不變。凡是活細(xì)胞都能夠產(chǎn)生酶，這是細(xì)胞代謝所必需的。
2．實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)：
①點(diǎn)燃衛(wèi)生香的時(shí)間一般為實(shí)驗(yàn)(加入試劑)后的2～3 min，這一時(shí)間要因氣溫和試劑的新鮮程度而定，不可千篇一律。
②本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)用的肝臟要新鮮，肝臟必須進(jìn)行研磨，使過氧化氫酶釋放出來。
③H2O2有腐蝕性，不要使其接觸皮膚。
④衛(wèi)生香不要插到氣泡中，以免衛(wèi)生香因潮濕而熄滅。
典例導(dǎo)悟
1對(duì)盛有過氧化氫的試管加熱和加入催 化劑，都能夠促進(jìn)其分解，下列相關(guān)的敘述正確的是(　　)
A．二者的基本原理是不同的
B．前者是使過氧化氫分子的能量提高，而后者不影響過氧化氫分子的能量
C．二者都可以降低過氧化氫分子的活化能
D．酶和Fe3＋的作用原 理是不同的
解析　加熱主要是使過 氧化氫分子的能量提高，達(dá)到活化能，使反應(yīng)進(jìn)行；催化劑是降低過氧化氫分子的活化能，使分子原來具有的能量達(dá)到活化能，從而能夠發(fā)生反應(yīng)，二者的基本原理是不同的；酶和Fe3＋都是催化 劑，它們的作用原理是相同的，只是效率不同。
答案　A
向過氧化氫溶液中投入哪種豬肝能產(chǎn)生大量氣泡 (　　)
A．冰凍豬肝 　　B．煮熟豬肝　　C．新鮮豬肝 　 D．醋漬豬肝
答案　C
解析　新鮮豬肝組織中酶數(shù)量多，且活性高。
自主梳理
1．高效性：酶的催化效率大約是無機(jī)催化劑的107～1013倍。
2．專一性：每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。
3．酶的作用條件較溫和：酶所催化的化學(xué)反應(yīng)一般是在比較溫和的條件下進(jìn)行的，過酸、過堿或溫度過高，都會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活；而在低溫下，酶的活性明顯降低，但不會(huì)失活。
[互動(dòng)探究]　 胃蛋白酶在腸道內(nèi)還會(huì)有作用嗎？
[提示]　不會(huì)。人體內(nèi)胃蛋白酶的最適pH在2.0左右，但它流入腸道后會(huì)自動(dòng)喪失其功能，因?yàn)槟c道內(nèi)的pH為堿性。
要點(diǎn)歸納
一、酶的專一性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)分析
1．實(shí)驗(yàn)原理
酶　　　　　　　　　　　　酶
(1) 淀粉?（非還原糖）→麥芽糖　蔗糖?（非還原糖）→葡萄糖＋果糖
還原糖＋斐林試劑→磚紅色（Cu2O）
(2)用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖后，再用斐林試劑鑒定。根據(jù)是否有磚紅色沉淀來判定淀粉酶是否對(duì)二者都有催化作用，從而探索酶的專 一性。
2．實(shí)驗(yàn)程序
序號(hào)項(xiàng)目試管
12
1注入可溶性淀粉2 mL無
2注入蔗糖溶液無2 mL
3注入新鮮淀粉酶溶液2 mL振蕩2 mL振蕩
450℃溫水保溫3 min3 min
5加斐林試劑1 mL振蕩1 mL振蕩
6將試管下部放入60℃熱水中2 min2 min
7觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果有磚紅色沉淀無磚紅色沉淀
結(jié)論淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解
3.表示酶專一性的曲線

(1)在A反應(yīng)物中加入酶A，反應(yīng)速率較未加酶時(shí)明顯加快，說明酶A催化底物A參加反應(yīng)。
(2)在A反應(yīng)物中加入酶B，反應(yīng)速率和未加酶時(shí)相同，說明酶B不催化底物A參加反應(yīng)。



(4)實(shí)驗(yàn)的變量分析
自變量因變量無關(guān)變量
溫度淀粉分解量的多少(用是否出現(xiàn)藍(lán)色及藍(lán)色深淺表示)淀粉和淀粉酶的量、溶液的pH、反應(yīng)時(shí)間等
2.pH對(duì)酶活性的影響
(1)原理解讀
①H2O2過氧化氫酶(????→)H2O＋O2↑
②pH影響酶的活性，從而影響氧氣的生成量，可用點(diǎn)燃但無火焰的衛(wèi)生香燃燒的情況來檢驗(yàn)氧氣生成量的多少。
(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序
取n支試管→分別加入等量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的過氧化 氫溶液→用鹽酸或NaOH溶液調(diào)整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)→分別滴加等量的同種新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液→用點(diǎn)燃但無火焰的衛(wèi)生香來檢驗(yàn)氧氣的生成情況。
3．影響酶活性的曲線

(1)在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度的升高，酶的催化作用增強(qiáng)，超過這一范圍酶催化作用將減弱。
(2)在最適pH時(shí)，酶的催化作用最強(qiáng)，高于或低于最適pH，酶的催化作用都將減弱。
(3)過酸、過堿、高溫都會(huì)使酶失活，而低溫只是抑制酶的活性，酶分子結(jié)構(gòu)未被破壞，溫度升高可恢復(fù)活性。
(4)反應(yīng)溶液pH的變化不影響酶作用的最適溫度。
感悟拓展
1．酶的專一性實(shí)驗(yàn)
①證明酶的專一性實(shí)驗(yàn)中，既可以用不同的底物作自變量，也可以用不同的酶作自變量(底物相同)。

②實(shí)驗(yàn)所用淀粉酶的來源不同，則所需控制的溫度也不同，若來源于植物，其最適溫度為40～50℃；若來自人體，則最適溫度為37℃左右。
2．影響酶的活性的條件實(shí)驗(yàn)
①本實(shí)驗(yàn)不宜選用斐林試劑，因?yàn)殪沉衷噭┡c還原糖只有在加熱的條件下才有磚紅色沉淀生成，而該實(shí)驗(yàn)需嚴(yán)格控制不同的溫度。
②本實(shí)驗(yàn)不宜選用過氧化氫酶催化H2O2分解，因?yàn)檫^氧化氫催化的底物過氧化氫在 加熱的條件下分解也會(huì)加快。
3．底物濃度和酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)的影響

(1)在其他條件適宜、酶量一定的條件下。酶促反應(yīng)速率隨底物濃度增加而加快，但當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到一定濃度后。受酶數(shù)量和酶活性限制，酶促反應(yīng)速率不再增加。
(2)在底物充足，其他條件適宜的條件下，酶促反應(yīng)速率與酶濃度成正比。
典例導(dǎo)悟
2取經(jīng)過編號(hào)的5支試管分別加入2 mL0.5 mol/L的過氧化氫溶液進(jìn)行如下試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，下列說法正確的是(　　)
試管編號(hào)12345
加入物質(zhì)適量唾液銹鐵釘生土豆塊熟土豆塊生土豆塊稀鹽酸
實(shí)驗(yàn)結(jié)果幾乎無氣泡少量氣泡大量氣泡幾乎無氣泡幾乎無氣泡
A.說明酶具有高效性的是3號(hào)和4號(hào)試管
B．1號(hào)和3號(hào)對(duì)照不能說明酶有專一性
C．3號(hào)和5號(hào)對(duì)照可以說明酶的活性受pH的影響
D．實(shí)驗(yàn)中不能體現(xiàn)酶的活性與溫度之間的關(guān)系
解析　通過分析，2號(hào)和3號(hào)試管能說明酶有高效性；1號(hào)和3號(hào)試管進(jìn)行對(duì)照，過氧化氫酶能催化過氧化氫的分解，而唾液淀粉酶不能催化該反應(yīng)，說明了酶具有專一性；3號(hào)和4號(hào)試管對(duì)照說明了酶的活性與溫度有關(guān)。
答案　C
酶的催化能力與溫度有關(guān)。下列曲線中最可能是酶催化反應(yīng)的圖是(　　)

答案　B
解析　酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度、酸堿度等因素都會(huì)對(duì)酶的空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，甚至是破壞性的影響。在一定溫度范圍內(nèi)，酶的催化 活性會(huì)隨溫度的升高而增強(qiáng)，某一溫度是酶的最適溫度時(shí)，酶的催化活性最強(qiáng)。當(dāng)溫度超過最適溫度以后，隨著溫度的升高，酶的催化活性將逐漸下降。
自主梳理
一、ATP的結(jié)構(gòu)和功能
1．結(jié)構(gòu)：ATP是三磷酸腺苷的英文名稱縮寫，其結(jié)構(gòu)簡式是A—P～P～P，一個(gè)ATP分子中含有一個(gè)腺苷，三個(gè)磷酸基團(tuán)，兩個(gè)高能磷酸鍵，ATP分子中大量的化學(xué)能儲(chǔ)存在高能磷酸鍵中。
2．功能：ATP是細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物，直接給細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量。
二、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化
1．ATP水解：在有關(guān)酶的催化作用下，ATP分子中遠(yuǎn)離腺苷(A)的高能磷酸鍵很容易水解，并釋放能量。
2．ATP形成：在有關(guān)酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同時(shí)與一個(gè)游離的磷酸(Pi)結(jié)合，重新形成ATP。
3．ATP形成的能量來源
(1)對(duì)于動(dòng)物、人、真菌和大多細(xì)菌來說，均來自于細(xì)胞呼吸，對(duì)于綠色細(xì)胞來說，則來自于細(xì)胞呼吸和光合作用。
(2)細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制，是生物界的共性。
三、ATP的利用
1．ATP可用于細(xì)胞的主動(dòng)運(yùn)輸、生物發(fā)電和發(fā)光、肌肉收縮、大腦思考等。
2．細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)總是與ATP合成的反應(yīng)相聯(lián)系，放能反應(yīng)總是與ATP的水解相聯(lián)系。能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間循環(huán)流通。因此，可以形象地把ATP比喻成細(xì)胞內(nèi)流通的能量“通貨”。
[互動(dòng)探究]　1.ATP分子中去掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)后形成的物質(zhì)是什么？是組成哪種化合物的基本單位之一？
[提示]　腺嘌呤核糖核苷酸；RNA。
2．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)是可逆反應(yīng)嗎？為什么？
[提示]　不是可逆反應(yīng)�？赡娣磻�(yīng)是指正逆反應(yīng)都能在同一條件下進(jìn)行。而ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)進(jìn)行的反應(yīng)條件、場所、能量來源和用途不同。
要點(diǎn)歸納
1．ATP的形成途徑

2．ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化
ATP的合成ATP的水解
反應(yīng)式ADP＋Pi＋能量→ATPATP→ADP＋Pi＋能量
所需酶ATP合成酶ATP水解酶
能量來源光能(光合作用)，化學(xué)能(細(xì)胞呼吸)儲(chǔ)存在高能磷酸鍵中的能量
能量去路儲(chǔ)存于形成的高能磷 酸鍵中用于各項(xiàng)生命活動(dòng)
反應(yīng)場所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體生物體的需能部位
由上表可看出：ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過程中，反應(yīng)類型、反應(yīng)所需酶以及能量的來源、去路和反應(yīng)場所都不完全相同，因此ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化不是可逆反應(yīng)。但物質(zhì)是可循環(huán)利用的。
感悟拓展
高等植物不同部位的細(xì)胞結(jié)構(gòu)基本相同，分析其產(chǎn)生ATP過程的差異主要有以下幾點(diǎn)：
(1)含有葉綠體的細(xì)胞可通過光合作用、細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP。但是，在無光的條件下，只能通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP。
(2)不含葉綠體的細(xì)胞通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP。在氧氣充足時(shí)通過有氧呼吸；在氧氣相對(duì)不足時(shí)，有氧呼吸和無氧呼吸同時(shí)進(jìn)行；在無氧時(shí)，暫時(shí)通過無氧呼吸產(chǎn)生ATP，長時(shí)間無氧呼吸，將產(chǎn)生大量的酒精或乳酸，使細(xì)胞中毒死亡。
典例導(dǎo)悟
3在綠色植物生命活動(dòng) 中關(guān)于ATP的敘述，錯(cuò)誤的是 (　　)
A．ATP中含有C、H、O、N、P元素　　　B．活細(xì)胞中ATP與ADP之間的轉(zhuǎn)化時(shí)刻發(fā)生
C．ATP是生物體進(jìn)行所有生命活動(dòng)的能源D．動(dòng)物形成ATP的途徑主要是細(xì)胞呼吸
解析　并非所有生命活動(dòng)都消耗能量，如自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散以及CO2的固定都不消耗能量，不需ATP供能。
答案　C
ATP轉(zhuǎn)化為ADP可表示如下，式中X代表(　　)

A．H2O B．[H]　　C．P D．Pi

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