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(共48张PPT)
第7讲　 ATP和酶
第三单元 细胞的能量供应和利用
概念图
考点一
酶的本质、作用及特性
基础·精细梳理
典例·精心深研
疑难·精准突破
考点一 酶的本质、作用和特性
1、酶的本质和作用
熟悉教材，阅读教材P81-82“资料分析”并连线
1.酶本质的探索历程
教材隐性知识：源于必修1 P79“关于酶本质的探索”：巴斯德认为酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞就不能产生酒精；李比希却认为引起发酵的只是酵母菌细胞中的某些物质，不一定需要活的细胞。请你利用酵母菌细胞、研磨和过滤装置、葡萄糖溶液等材料设计一个实验来结束这一争论。
提示：将酵母菌细胞研磨粉碎、加水搅拌后过滤，将提取液加入葡萄糖溶液中，也能产生酒精，说明引起发酵的是一种化学物质(毕希纳的实验)。
蛋白质
RNA
氨基酸或核糖核苷酸
核糖体
细胞核
1.酶的本质和功能
核酶的作用：催化mRNA的降解；对mRNA的加工和成熟有催化作用；核糖体的rRNA就是催化肽键形成的酶
(核酶)
四膜虫是一种单细胞真核生物。 科研人员在以四膜虫为实验对象的基础研究中取得了一系列突破性成果。例如端粒的发现、核酶与端粒酶的发现等等。研究发现四膜虫 rRNA 的剪接过程是一种自我剪接方式，没有蛋白质的参与。下图为四膜虫的核糖体 RNA（rRNA）转录后的加工过程。据图判断以下描述错误的是（ ）
A．线性的 RNA 分子有很多的反向互补序列，此为能进行自我剪接的结构基础B．剪接的化学反应过程包括磷酸二酯键的断裂和再连接C．rRNA 转录后，先剪切下左、右两侧的部分外显子，然后形成环状含子D．rRNA 的剪接不需要任何蛋白质参与即可发生，说明该过程并非酶促反应
D
核酶是具有催化功能的单链RNA分子，可降解特异mRNA序列。下图表示核酶的作用模式。有关叙述中，正确的是（ ）
A．核酶与底物特异性结合时，有氢键形成
B．核酶催化mRNA降解，不会降低反应的活化能C．用蛋白酶处理核酶，会使核酶丧失活性
D．核酶发挥催化作用后，本身的结构也会改变
A
端粒学说认为端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短导致细胞的衰老。端粒长度的维持与端粒酶活性有关，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。下列有关叙述正确的是（ ）
A．每条染色体含有1个或2个端粒B．端粒酶中的RNA与核酶（有催化功能的RNA）作用不同
C．端粒酶是一种逆转录酶，在细胞核和线粒体中起作用D．端粒酶在人体恶性肿瘤细胞中活性较低
B
B
B
项目 A B
产生 几乎所有活细胞都产生 只有内分泌细胞产生
本质 绝大多数是蛋白质，极少数是RNA 蛋白质、多肽、固醇、氨基酸衍生物等
作用机制 唯一作用是“催化” 作为“信号分子”起调节作用
去向 反应前后性质与量均不变，可多次利用 发挥作用后立即灭活
作用特点 高效性、专一性、作用条件温和 微量、高效、作用于靶器官和靶细胞
猜一猜： A和B谁是酶？
酶
激素
(高考题重组)关于人体内酶和激素的叙述，错误的是( )
A．酶和激素的化学本质都是蛋白质
B．酶和激素都与物质和能量代谢有关
C．能产生激素的细胞不一定能产生酶
D．能产生酶的细胞不一定能产生激素
E．激素一经靶细胞接受并起作用后就被灭活，酶反应前后不改变
F．激素产生后一般作用于其他细胞
G．激素和酶都具有高效性，非细胞条件下也能发挥作用
A
C
G
酶的作用机理：
①表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是 段。
②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是 段。
③酶降低的活化能是 段。
④若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向 移动。
上
AC
BC
AB
！注意酶、无机催化剂、加热提高反应速率的本质区别：
酶和无机催化剂都是降低化学反应的活化能，而加热是提供能量。
降低化学反应的活化能
BC
(教材改编题)下图中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质A在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列相关叙述正确的是(　　)
A.ab段表示在酶的作用下,物质A生成物质P过程所降低的活化能
B.若将酶改为无机催化剂催化该反应,则a的高度将降低
C.若仅增加反应物A的量,则图中曲线的原有形状均发生改变
D.若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线,改变酶促条件后,a的高度将降低
A
a
b
2.酶的特性
(1)该模型表示酶具有__________和_________。
(2)酶只能缩短_______________________，而不改
变_________，酶______改变最终生成物的量。
催化作用
高效性
达到平衡点的时间
平衡点
不能
2.酶的特性---高效性
（3）酶高效性的意义？
保证了细胞内化学反应的顺利进行
保证了细胞内能量供应稳定
图甲是过氧化氢酶活性受pH影响的曲线，图乙表示在最适温度下，pH=b时H2O2水解产生的O2量随时间的变化曲线．若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下改变正确的是（　　）
A、过氧化氢酶浓度增加时，e点上移，d点左移
B、pH=c时，e点为0
C、温度降低时，e点不移动，d点右移
D、H2O2量增加时，e点不移动
C
酶特性的分析：
物理模型——“锁钥学说”
①A是______
谁是被A催化的反应物？
产物是谁？
酶
B
E和F
②酶和被催化的反应物分子都有特定的结构，酶与底物互补的区域叫酶活性位点，“锁钥”结合后才能催化底物。
③专一性的意义：
2.酶的特性---专一性
保证了细胞内化学反应有序进行
思考：酶抑制剂的作用原理是什么？
竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂
不与酶的活性位点结合；改变了酶的活性位点
与酶的活性位点结合
在生物化学反应中，当底物与酶的活性位点形成互补结构时，可催化底物发生变化，如图1所示，酶的抑制剂是与酶结合并降低酶活性的分子。竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位点，非竞争性抑制剂和酶活性位点以外的其他位点结合，从而抑制酶的活性，如图Ⅱ、Ⅲ所示。据图分析不正确的是（ ）
A．底物浓度越高，底物与酶活性位点结合机会越大B．底物浓度升高，抑制效力变得越来越小的是非竞争性抑制剂C．因为酶具有专一性，所以当底物与酶活性位点具有互补的结构时，酶才能与底物结合D．青霉素的化学结构与细菌合成细胞壁的底物相似，故能抑制细菌合成细胞壁相关的酶的活性
B
(1)麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低。(2021·湖北卷，2D)( )
×
1.唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因？
【情境推理·探究】
唾液的pH为6.2～7.4，而胃液的pH为0.9～1.5，唾液淀粉酶没有了适宜的pH条件，酶活性大大下降甚至失活，不再发挥作用
2.高温、过酸、过碱等条件下，酶失活后即使给予适宜的条件，活性为什么仍不能够恢复？发烧时不想吃东西，原因是？
高温、过酸、过碱等条件都会导致酶空间结构被破坏，使酶永久失活；体温升高导致消化酶活性降低，食物在消化道中消化缓慢
酶作用条件温和
P84：各种酶的最适温度、PH
2.酶的特性---作用条件温和
过酸、过碱或温度过高，会使酶空间结构被破坏，永久失活。低温下，酶的活性低，但空间结构稳定。
(1)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响
3.酶促反应速率的影响曲线分析
(2)酶促反应产物浓度与反应时间的关系曲线
若1为最适酶的条件下的反应，请问2和3分别是改变什么条件？
(3)温度和pH对酶促反应速率的影响
1.两图中曲线是通过对照实验得出的
2.比较不同曲线要遵循单一变量原则
下图表示在最适温度和最适pH条件下，反应物浓度等与酶促反应速率的关系。不正确的是(　　)
A．形成曲线c的原因可能是
乙点时酶量增加或适当升温所致
B．限制曲线b的AB段反应速度的主要因素为反应物浓度
C．曲线a可表示酶量减少后的底物浓度和反应速率关系
D．若适当升高温度条件下重复该实验，图中A点位置将下降
A
（高考题重组）关于酶的叙述，错误的是(　　)
A．同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中
B．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构
C．同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同、代谢不同
D．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物
E．水的跨膜运输、CO2的固定都需要酶的参与
F．酶催化效率高是因为其降低化学反应活化能的作用显著
G. 用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是RNA。
BC
E
温度会影响酶促反应速率，其作用机理可用下图坐标曲线表示。其中a表示底物分子具有的能量，b表示温度对酶空间结构的影响，c表示酶促反应速率与温度的关系。下列说法正确的是( )
A.随着温度的升高，底物分子具有的活化能增加
B.处于曲线c中1、2位点酶分子活性是相同的
C.酶促反应速率是底物分子的能量与酶空间结构共
　同作用的结果
D.酶适于低温保存，原因是底物分子的能量低
C
底物所需活化能升高，底物具有的能量增加
很久以前，勤劳的中国人就发明了制饴(麦芽糖)技术，这种技术在民间沿用至今。麦芽糖制作的大致过程如图所示。
下列叙述正确的是（ ）
A.麦芽含有淀粉酶，不含
　麦芽糖
B.麦芽糖由葡萄糖和果糖
　结合而成
C.55～60 ℃保温可抑制该过程中细菌的生长
D.麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低
C
考点二
实验：探究酶的专一性、高效性及影响酶活性的因素
基础·精细梳理
典例·精心深研
自变量
因变量
无关变量
因变量
无关变量
变量
实验过程及结果
实验探究：比较过氧化氢在不同条件下的分解
复燃
实验设计的书写
实验思路及预期结果、结论的书写
实验思路：
审题找到实验目的→确定实验的自变量和因变量→注意无关变量→联想已学知识正确选择因变量的检测试剂或方法；（组织语言把以上内容写出来即可）
预期结果及结论：
若为验证性实验，则预期结果及结论只有一种；若为探究性实验，则预期结果及结论不止一种，模式“若为.....，则为.....”
问题：分别说出探究酶具有催化性和高效性实验的自变量。
实验设计：原花色素作为一种酪氨酸酶抑制剂，可能是竞争性抑制剂，也可能是非竞争性抑制剂。（竞争性抑制剂会与底物竞争酶的活性部位。非竞争性抑制剂则是与酶活性部位以外部位结合而改变活性部位的结构，使酶活性下降。增大底物浓度可缓解竞争性抑制剂对酶促反应速率的影响。）
请以原花色素提取液、酪氨酸溶液、酪氨酸酶溶液为材料设计一个实验，判断原花色素是上述哪种抑制剂。写出实验思路及预期结果。
【思考讨论】
1、该实验的自变量和因变量分别是？
自变量：酪氨酸溶液的浓度
因变量：酪氨酸分解速率（生成物生成速率）
实验设计：原花色素作为一种酪氨酸酶抑制剂，可能是竞争性抑制剂，也可能是非竞争性抑制剂。（竞争性抑制剂会与底物竞争酶的活性部位。非竞争性抑制剂则是与酶活性部位以外部位结合而改变活性部位的结构，使酶活性下降。增大底物浓度可缓解竞争性抑制剂对酶促反应速率的影响。）
请以原花色素提取液、酪氨酸溶液、酪氨酸酶溶液为材料设计一个实验，判断原花色素是上述哪种抑制剂。写出实验思路及预期结果。
【思考讨论】
2、①实验思路： ②结果分析：
实验思路：
①取原花色素提取液均分为甲、乙两组。
②甲组加适量的酪氨酸溶液，乙组加等量高浓度酪氨酸溶液，再分别加入等量的酪氨酸酶。
③放到相同且适宜条件下反应一段时间，检测两组酪氨酸分解速率（生成物生成速率）。
结果分析：
①若甲组酪氨酸的分解速率低于乙组，说明原花色素为竞争性抑制剂；
②若甲组酪氨酸的分解速率不低于乙组，说明原花色素为非竞争性抑制剂。
实验设计的书写
实验思路及预期结果、结论的书写
实验思路：
审题找到实验目的→确定实验的自变量和因变量→注意无关变量→联想已学知识正确选择因变量的检测试剂或方法；（组织语言把以上内容写出来即可）
预期结果及结论：
若为验证性实验，则预期结果及结论只有一种；若为探究性实验，则预期结果及结论不止一种，模式“若为.....，则为.....”
问题：分别说出探究酶具有催化性和高效性实验的自变量。
情境1：某大学实验站欲探究不同施氮水平对处于开花期的柳枝稷光合特性的影响做了相关实验。
研究发现，实验效果最佳的施氮水平（中氮）与钙肥均能提高柳枝稷的抗旱特性，且与钙肥混合使用效果更佳。请设计实验验证该结论(简要写出实验思路即可)。
情境2：甲状腺分泌的降钙素(CT)和甲状旁腺分泌的甲状旁腺素(PTH)是调节（提高）机体钙代谢的主要激素，请以健康小鼠为实验材料设计实验，验证甲状旁腺能够分泌PTH，且PTH能影响血钙浓度，要求写出实验思路(分三组相互对照)，预期实验结果
【思考讨论】
以上两个情境各自的实验目的是什么，分别是哪种类型的实验？
探究不同施氮水平对处于开花期的柳枝稷光合特性的影响
验证中氮与钙肥均能提高抗旱特性，且与钙肥混合使用效果更佳
验证甲状旁腺能够分泌PTH，且PTH能影响血钙浓度
一、实验思路：将生理状态相同的若干柳枝稷随机均分为4组，分别用等量的清水、CaCl2溶液、中氮溶液及CaCl2与中氮混合液处理，在相同程度的干旱条件下培养，一段时间后测定并比较各组柳枝稷的净光合速率。
二、实验思路：选取生理状态相同的健康小鼠若干只，随机均分为甲、乙、丙三组，分别测量每组小鼠的血钙浓度；甲组小鼠做手术但不摘除甲状旁腺，乙组小鼠和丙组小鼠都摘除甲状旁腺，一段时间后分别测量各组小鼠的血钙浓度；给丙组小鼠注射适量的PTH，甲组小鼠和乙组小鼠注射等量的生理盐水，一段时间后再分别测量各组小鼠的血钙浓度 第1次测量时，三组小鼠的血钙浓度无明显差别；第2次测量时，甲组小鼠的血钙浓度明显高于乙组和丙组的；第3次测量时，乙组小鼠的血钙浓度明显低于甲组和丙组的
（2023·湖南株洲·统考一模）盐胁迫通过影响光合作用抑制植物生长发育是导致作物减产甚至死亡的重要原因。某科研小组以大豆为研究对象设计了一组对照试验，实验结果如下图。
探究盐胁迫对不同品种大豆净光合速率的影响
根据图1，该科研小组的实验目的是 。
每个条件均设置3次重复，遵循了实验设计的 原则，目的是 。
平行重复
减少偶然性误差
(1)单一变量原则：即自变量一个变量改变。
(2)等量原则：使实验组与对照组除自变量不同以外，其余因素都相同。
(3)平行重复原则是为了：
(4)科学性原则：在设计实验时必须有充分的科学依据，即实验目的要明确，实验原理要正确，实验研究的材料和实验方法的选择要恰当，整个实验设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理
实验设计遵循的四大基本原则
排除其他因素对实验的干扰，增强实验可信度和说服力。
减少实验结果的偶然性误差
问题：对照的作用是？
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
试管编号 1 2
注入可溶性淀粉溶液 2 mL －
注入蔗糖溶液 － 2 mL
注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保温5 min 新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL
沸水浴煮沸1 min 实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀
实验探究：探究酶的专一性
探究：温度对酶活性的影响
1 2 3
a-淀粉溶液 1ml 2ml 2ml
淀粉酶
温度
斐林试剂 水浴加热
结果
结论 冰水中
60℃水浴
沸水浴
1ml
1ml
1ml
1ml
1ml
1ml
摇匀混合，放置反应5min
问题：能用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度的影响吗？
1号试管
过氧化氢溶液 实验步骤 一 二 三 四 实验现象
结论 2号试管
3号试管
加入过氧化氢酶2滴，振荡2—3min
试管各加入2mL过氧化氢溶液
无明显变化
pH＝7
pH=12
pH＝2
将带火星的卫生香分别放入试管中
在适合的pH下酶的催化效率好
复燃
无明显变化
探究pH对过氧化氢酶活性的影响
问题：能用淀粉和淀粉酶探究PH对酶活性的影响吗？
例5：过氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶,设计实验如下表。下列相关叙述正确的是(　　)
A.1号管为对照组,其余不都是实验组
B.2号管为对照组,其余都为实验组
C.若3号管显橙红色,无需对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶
D.若4号管不显橙红色,可证明白菜梗中无过氧化物酶
管号 1%焦性没食子酸/mL 2%H2O2/mL 缓冲液/mL 过氧化物酶溶液/mL 白菜梗提取液/mL 煮沸冷却后的白菜梗提取液/mL　　
1 2 2 2 — — —
2 2 2 — 2 — —
3 2 2 — — 2 —
4 2 2 — — — 2
A
一.降低化学反应活化能的酶
B
已知淀粉在酸性条件下自身会发生水解，唾液淀粉酶的最适pH为6.6。欲探究在pH＝5的条件下唾液淀粉酶的催化效率，某同学设置了如下四组实验：
①在pH＝5的溶液中加入一定量的可溶性淀粉和唾液淀粉酶溶液，一定时间后检测淀粉剩余量
②在pH＝6.6的溶液中加入一定量的可溶性淀粉和唾液淀粉酶溶液，一定时间后检测淀粉剩余量
③在pH＝5的溶液中加入一定量的可溶性淀粉，一定时间后检测淀粉剩余量
④在pH＝6.6的溶液中加入一定量的可溶性淀粉，一定时间后检测淀粉剩余量
可用来进行对照得出实验结论的两组是(　　)
A.①和② B.①和③ C.②和④ D.①和④
(2016·全国乙，3)若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是
A.加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量
B.加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
C.加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量
D.加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
√
答案

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