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(共37张PPT)
3.1 酶和ATP
目录 Contents
1
2
3
酶的本质及作用原理
ATP的结构与功能
酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
酶的本质及作用原理（P76-80）
PART 01
细胞代谢为什么离不开酶？
酶是什么物质？
通过对酶本质的探索过程的分析，你对科学是怎样发展的有哪些感悟？
内容要求——明考向 近年考情——知规律
(1)解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质；(2)说明酶在代谢中的作用及影响因素； (3)探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素(活动)。 2021·湖南卷(5)、2020·北京卷(4)、2020·全国卷Ⅲ(29)、2019·全国卷Ⅱ(2)、2020·海南卷(8)
与旧教材对比 增：①淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用；②ATP供能机制及实例；③“～”特殊化学键不稳定的原因；④吸能反应与放能反应的实例。
改：①ATP中文名称，“～”代表特殊的化学键，不再说高能磷酸键；②能量“通货”改为能量“货币”。
强化：过酸、过碱或高温对酶活性影响由小字改为宋体。
考点一 酶的本质及作用原理
1857
1926
20世纪
80年代
巴斯德
糖类变酒精必须有酵母活细胞的参与
李比希
糖类变酒精必须有酵母菌细胞死亡，并释放其中物质
萨姆纳
从刀豆种子中提取出脲酶，证明脲酶的化学本质是蛋白质，作用是分解尿素。
毕希纳
从酵母细胞质提取发酵物质酿酒
切赫和奥尔特曼
少数RNA也具有生物催化功能
酶本质的探索
1酶的本质---酶本质的探索P79
【讨论】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。
自变量：
因变量：
整理无关变量，精炼文字：
甲：酵母菌细胞悬液
乙：将酵母菌研磨后过滤，获得细胞研磨液
酸性（橙色）重铬酸钾检测
将酵母菌细胞悬液均分两份，一份不作处理，标记为甲组；另一份研磨后过滤，获取研磨液，标记为乙组；
分别取等量的甲乙组溶液，加入等量葡萄糖溶液中，相同且适宜条件下反应一段时间后，取样，用酸性重铬酸钾检测酒精的产生。
考点一 酶的本质及作用原理
1酶的本质---酶本质的探索P79
是否需要活细胞
是否产生酒精→
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德
李比希
发酵与活细胞有关，是整个细胞在起作用
引起发酵的是细胞中的某些物质，这些物质只有在细胞死亡并裂解后才发挥作用。
毕希纳
酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起作用，就像在活酵母细胞中一样。
萨姆纳
酶是蛋白质
切赫和奥尔特曼
少数RNA也具有催化功能
考点一 酶的本质及作用原理
1酶的本质---酶本质的探索P80
步骤
相同处理 向4支试管中分别加入2mL___________溶液 不同处理 不处理 放在90℃左右的水浴中加热 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴肝脏研磨液
现象 气泡 基本无 ____ 较多 ______
带火星卫生香 无复燃 ____复燃 复燃性较强 __________
实验一：比较过氧化氢在不同条件下的分解
少
很多
有
复燃性很强
自变量
因变量
考点一 酶的本质及作用原理
过氧化氢
无关变量
对照组
实验组
相同且适宜！
实验一：比较过氧化氢在不同条件下的分解
考点一 酶的本质及作用原理
实验结果：
1与2对照：
1与3对照：
1与4对照：
3与4对照：
实验结论：酶具有______作用，同无机催化剂相比，催化效率更___。
催化
高
加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
(为反应提供能量)
FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
（催化作用）
过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
(催化作用)
过氧化氢酶比FeCl3催化效率高。
2.酶的作用原理
——降低化学反应所需的活化能
考点一 酶的本质及作用原理
活化能：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。
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
酶的本质：
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋 白质，少数酶是RNA。
2.酶的作用原理
——降低化学反应所需的活化能
考点一 酶的本质及作用原理
为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？P77
与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行
【讨论】某科研小组经研究得知X酶存在于人的肝细胞中，能将糖原分解为还原糖。酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，请利用这一原理设计实验，探究X酶的化学本质究竟是蛋白质还是RNA。简要写出实验思路，并预期实验结果及结论(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)。
原理：
自变量的处理：
因变量的检测：
整理无关变量，精炼文字：
X酶结构正常：糖原→还原糖
加入蛋白酶/RNA酶
X酶是否有催化活性→斐林试剂检测还原糖的产生
1.提取肝细胞中的X酶，均分为甲乙两组，
2.甲组溶液中加入适量的蛋白酶，乙组溶液中加入等量的RNA酶，
3.相同且适宜条件下，反应一段时间后，
4.取样，加入斐林试剂，水浴加热。
若甲组有砖红色沉淀产生，而乙组没有，则X酶的化学本质为RNA;
若乙组有砖红色沉淀产生，而甲组没有，则X酶的化学本质为蛋白质
考点一 酶的本质及作用原理
1.酶解法 2.显色法
绝大多数是蛋白质，少部分是RNA
氨基酸或核糖核苷酸
核糖体或细胞核等
可在细胞内、细胞外(或体外)发挥作用
一般活细胞都能产生酶
具有催化作用
(降低化学反应的活化能）　
(哺乳动物成熟的红细胞除外)
考点一 酶的本质及作用原理
反应前后酶的化学性质和数量保持不变空间结构可能改变。
酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究（P81-85）
PART 02
酶有哪些特性？
酶的活性受哪些条件的影响？
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；
高效性原因：
与无机催化剂相比，降低活化能的效果更显著。
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
1.酶的特性
无极催化剂催化的化学反应范围比较广
无机催化剂所需要的条件比较剧烈
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
1.酶的特性---高效性验证
酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
1.酶的特性---专一性验证
淀粉酶
蔗糖酶
淀粉酶
淀粉酶
只能用斐林试剂
斐林试剂或碘液
（2）方案二：用两种不同酶催化同一种物质
（1）方案一：用同一种酶催化两种不同物质
淀粉（非还原糖） 麦芽糖（还原糖）
蔗糖（非还原糖） 蔗糖
淀粉（非还原糖） 麦芽糖（还原糖）
淀粉（非还原糖） 淀粉
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
1.酶的特性---专一性验证
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 2 mL 2 mL
实验现象
不用碘液
沸水浴煮沸1 min
有砖红色沉淀
新配制的斐林试剂
没有砖红色沉淀
试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′
实验步骤 一 2mL淀粉酶溶液 2mL淀粉溶液 2mL淀粉酶溶液 2mL淀粉溶液 2mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液
二 放入0 ℃冰水中水浴5 min 放入60 ℃温水中水浴5 min 放入100 ℃热水中水浴5 min 三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃温水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入两滴碘液，振荡 实验现象 实验结论 呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
淀粉酶在60 ℃时催化淀粉水解，在100 ℃和0 ℃时都不能发挥催化作用。酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性
☆分别保温后再混合
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
1.酶的特性---探究酶的最适温度实验
☆该实验中需严格控制温度，故不适合用斐林试剂
不用H2O2，加热会促进H2O2分解
试管编号 试管1 试管2 试管3
实验步骤 一 2滴过氧化氢酶溶液 二 1 mL蒸馏水 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液
三 2 mL质量分数为3%的过氧化氢溶液 实验现象
将带火星的卫生香插入试管内(液面的上方)
实验结论 pH会影响酶的活性，酶的活性有适宜的pH范围 有大量气泡产生
无明显气泡产生
无明显气泡产生
燃烧剧烈
燃烧较弱
燃烧较弱
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
1.酶的特性---探究酶的最适pH实验
☆分别调pH后再混合
不用淀粉，因为淀粉在酸性条件下易分解
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
2.酶的活性
定义：酶催化特定化学反应的能力
表示方法：
可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
单位时间反应物的消耗量或产物的生产量
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
2.酶的活性---作用条件温和
影响酶促反应速率的因素曲线
酶所催化的反应一般是在比较温和的条件下进行的。
温度和pH通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。
过酸、过碱、高温都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶失去活性；而低温只是使酶的活性降低，酶的分子结构未遭到破坏，温度适当升高可恢复其活性。
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)。
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
2.酶的活性---作用条件温和
影响酶促反应速率的因素曲线
不变
也不变
酶活性实验探究中的“三宜”“五不宜”
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
2.酶的活性
影响酶促反应速率的因素曲线（P85-T2）
①图甲：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
②图乙：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正比。
底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触而影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
①酶量增加1倍 ②温度提高5度 ③PH调至13
（最适pH温度，酶量一定）
时间
生成物量
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
2.酶的活性
影响酶促反应速率的因素曲线
（最适pH温度，
底物量一定，酶量一定）
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
2.酶的活性
影响酶促反应速率的因素
大部分激活剂是无机盐离子，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cl-、I-等。
抑制剂引起酶活性降低的原因是什么？
温度
活性
底物浓度
酶促反应
速率
pH
激活剂
抑制剂
酶的浓度
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
C
溶菌酶溶解细菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用，增强抗生素的疗效。
果胶酶能够分解果肉细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得清亮。
加酶洗衣粉壁普通洗衣粉有更强的去污能力。加酶洗衣粉中的酶可不是直接来自生物体的，而是经过酶工程改造的产品，比一般的酶稳定性更强。
多酶片中含有多种消化酶，你消化不良时，可以服用。
3.酶在生活中的应用(P85)
考点二 酶的特性、影响酶活性的因素与实验探究
ATP的结构与功能（P86-89）
PART 03
为什么说ATP是细胞的能量“货币”？
ATP与ADP是怎样相互转化的？这有什么意义？
细胞中的哪些生命活动需要ATP提供能量？
1.ATP的分子结构
核糖
磷酸基团
腺嘌呤
腺苷（A）
ATP（腺苷三磷酸）
ADP（腺苷二磷酸）
AMP（腺苷一磷酸）
结构简式：
元素组成：
C、H、O、N、P
1molATP水解释放30.54kJ
结构特点
①不稳定
磷酸基团都带负电荷而相互排斥，且末端磷酸基团具较高的转移势能
②能量高
考点三 ATP的结构与功能
ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，是细胞生命活动所需能量的直接来源。ATP是与能量有关的一种物质，不可等同于能量。
ATP是细胞内生命活动的直接能源物质。
①实验证据
ATP的功能
考点三 ATP的结构与功能
ATP荧光检测仪基于萤火虫发光原理(P89)，利用“荧光素酶—荧光素体系”快速检测腺苷三磷酸（ATP）。由于所有生物活细胞中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明样品中(食品、药品、水体等)微生物与其他生物残余的多少，用于判断卫生状况。
荧光素+O2+ATP
氧化荧光素(发出荧光)
荧光素酶
荧光强度越强→ATP含量越多→微生物数量越多
②应用：ATP荧光检测仪
ATP是细胞内生命活动的直接能源物质。
①实验证据
ATP的功能
考点三 ATP的结构与功能
结构 “A”的名称 “A”的分子组成
①
②
③
④ —
比较以下四种结构中“A”的含义
①ATP
②DNA
③RNA
④核苷酸
腺苷
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
腺嘌呤
腺嘌呤和核糖
1分子腺嘌呤、1分子脱氧核糖和1分子磷酸
1分子腺嘌呤、1分子核糖和1分子磷酸
1.ATP的分子结构
考点三 ATP的结构与功能
ATP的水解：
需要水解酶的参与
ATP的合成：
需要合成酶的参与
细胞质基质、线粒体、叶绿体
细胞质基质、线粒体
有机物中的化学能
不是可逆反应，物质可逆，但所需的酶、场所、能量（不可逆）的来源是不同的
伴随吸能反应
伴随放能反应
2.ATP与ADP的相互转化
考点三 ATP的结构与功能
细胞中ATP含量很少，ATP与ADP转化非常迅速及时。无论是饱食还是饥饿，ATP与ADP含量都保持动态平衡。
Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了
在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外
3.ATP的供能机制
考点三 ATP的结构与功能
ATP水解释放磷酸基团
蛋白质等分子磷酸化
空间结构和活性改变，参与各种化学反应
转化场所 常见的生理过程
细胞膜 消耗ATP：_____________________
细胞质基质 产生ATP：细胞呼吸_________
叶绿体 产生ATP：_______消耗ATP：_______和自身DNA复制、转录，蛋白质合成等
线粒体 产生ATP：有氧呼吸______________消耗ATP：自身DNA复制、转录，蛋白质合成等
核糖体 消耗ATP：_______的合成
细胞核 消耗ATP：_______________等
主动运输、胞吞、胞吐
第一阶段
光反应
暗反应
第二、三阶段
蛋白质
DNA复制、转录
【归纳总结】ATP的产生和消耗
考点三 ATP的结构与功能

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