第一節(jié) 新陳代謝與酶
(一)學習內(nèi)容:
第三《生物的新陳代謝》的第一節(jié)《新陳代謝與酶》,第二節(jié)《新陳代謝與ATP》;通過實驗《比較過氧化氫酶和 的催化效率》,《探索淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用》及《探索影響淀粉酶活性的條》總結(jié)歸納作為酶所具備的特點。
(二)學習重點:
1. 酶的概念、酶的催化作用特點
2. 酶的特性實驗完成
3. 理解酶的特性與新陳代謝的關系
(三)學習難點:
1. 酶的性質(zhì)及其實驗驗證
2. 酶的性質(zhì)驗證試驗設計
(四)學習過程:
1. 新陳代謝:是活細胞中全部有序的化學變化的總稱。
理解:新陳代謝是生物最基本的特征,是生物與非生物最本質(zhì)的區(qū)別。要將新陳代謝同普通的物理變化和化學變化區(qū)分開。這一點主要體現(xiàn)在三點上:① 新陳代謝是活細胞中發(fā)生的過程;② 是有序的化學反應,是受控過程;③ 新陳代謝的本質(zhì)是化學反應,涉及物質(zhì)變化和能量變化;對細胞、對生物體而言,這種有序變化是其存在的基礎,是以生物體表現(xiàn)出生長、發(fā)育、遺傳和變異的特征。細胞才以活的姿態(tài)出現(xiàn),表現(xiàn)出生長、分裂、完成生命活動等特征。
2. 酶
(1)發(fā)現(xiàn)1783年,意大利科學家,斯巴蘭讓尼•鷹的消化實驗
實驗目的:區(qū)分鳥類的胃的消化過程,是進行物理性消化,還是存在化學性消化。
實驗設計:將肉塊放入小巧的金屬籠,讓鷹將金屬籠吞入,既保證肉塊不受物理性消化的影響,同時胃液可流入籠內(nèi)。
實驗結(jié)果:隔一段時間后,將小籠子取出,發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。
結(jié)果分析:胃內(nèi)具有化學性消化作用
1836年,德國科學家施旺,從胃液中提取出消化蛋白質(zhì)的物質(zhì)(蛋白酶)
1926年,美國薩姆納從刀豆種子中提出脲酶結(jié)晶,并證實脲酶是一種蛋白質(zhì)。
20世紀30年代,酶是一類具有生物催化作用的蛋白質(zhì)
20世紀80年代,美國科學家切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA 也具生物催化作用。
(2)本質(zhì):酶,是活細胞產(chǎn)生的一類具有生物催化作用的有機物
理解:絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)成分,即一些具有生物催化作用的有機物,如RNA并非是蛋白質(zhì)成分,它們具有生物酶的特點:① 是活細胞可以合成的;② 能夠催化反應進行;③ 是生物體內(nèi)的有機物,所以,有幾點要注意:a. 不是酶的本質(zhì)都是蛋白質(zhì),少數(shù)RNA也是酶;b. 不是蛋白質(zhì)都能稱為酶,只有是活細胞中產(chǎn)生具有催化作用的蛋白質(zhì)才稱為酶,催化作用僅為蛋白質(zhì)多種功能之一;c. 酶是活細胞產(chǎn)生,但不一定只在活細胞內(nèi)才能發(fā)揮作用,在體外條合適情況下一樣能發(fā)揮催化作用。
(3)特性
酶的特點在化學中已經(jīng)學到,所有的酶在一定的條下都能使生物體內(nèi)復雜的化學反應迅速地進行,而酶本身不發(fā)生變化,但酶有別于無機化學催化劑。
①酶具有“高效性”
過氧化氫酶,與 相比,過氧化氫酶的催化效率要高許多。通常情況下,酶的催化效率是無機催化劑的 倍。也就是說,酶的催化效率是極高的,比如:
每個碳酸酐酶分子每秒能夠催化 個 ,使其與相同數(shù)量的 結(jié)合,形成 ,是非酶催化的一百萬倍。
② 酶具有“專一性”
一種酶只能作用于一種底物,或一類分子結(jié)構相似的底物:
淀粉酶 只能催化淀粉水解,對蔗糖不起催化作用
二肽酶 可以水解任何兩種氨基酸組成的二肽
所以,每一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學反應。進一步講,生物體內(nèi)發(fā)生的化學反應很多,在同一時刻,機體內(nèi)部不同部位不同細胞,或同一細胞不同的位置發(fā)生著千萬種反應,而反應的進行依賴于酶的存在,所以,可以推論酶具有“多樣性”。大多數(shù)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)也是具有多樣性特點的。特別是蛋白質(zhì)的空間結(jié)構是酶發(fā)揮作用的重要基礎之一。
③ 酶需要適宜的條
每一種酶活性的發(fā)揮都離不開特定的環(huán)境條,通常酶在一定的范圍內(nèi)才具有活性,有催化能力,超過了這個范圍,就不再有催化能力,即酶失活;酶即使在活性范圍內(nèi),催化能力也有高低之分,酶在改變某一環(huán)境條下,活性也改變,當酶活性最高時,該環(huán)境條稱為最適條,在此條兩側(cè),酶活性都將降低。影響因素常有:a. 溫度:一定范圍內(nèi),酶的催化能力隨溫度升高而增強( )但超過60℃,絕大多數(shù)酶就會失去活性,低溫使活性降低,但分子結(jié)構未破壞,可恢復活性。b. pH 酶對環(huán)境中的pH十分敏感,酶只有在一定的pH范圍內(nèi)才能表現(xiàn)出活性,隨pH不同,酶的活性波動很大,一般最適pH常在4-8之間,不同酶情況不一樣。
酶最適pH
過氧化氧酶(肝)
唾液淀粉酶
脂肪酶
胰蛋白酶
胃蛋白酶6.8
6.8
8.3
8.0-9.0
1.5-2.2
過酸,過堿和pH偏高或偏低,酶的活性都會明顯降低至失活,通常是使酶分子結(jié)構遭到破壞而導致失活。
高溫常破壞酶的分子結(jié)構而導致失活,低溫也能使酶活性急劇下降,但酶的分子結(jié)構未被破壞,當溫度恢復到適宜濕度時,酶活性可恢復。
這兩種作用下,作為維持酶空間結(jié)構的化學鍵或次級鍵被破壞,主要是肽鍵,離子鍵,氫鍵,二硫鍵被破壞,導致酶被水解。
(4)酶工程:
盛有酶的容器——酶反應器中,利用酶的生物催化作用生產(chǎn)產(chǎn)品。
——淀粉酶用于高果糖漿的生產(chǎn)淀粉→麥芽糖→葡萄糖→果糖
利用豬胰島素生產(chǎn)人胰島素等。
(5)新陳代謝與酶
自然界的一切生命現(xiàn)象都與酶的活動有關,活細胞內(nèi)全部的生物化學反應,都是在酶的催化作用下進行的,生命系統(tǒng)既是一個需要維持穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng),又是一個瞬間就會發(fā)生一系列合成分解運動著的系統(tǒng),是一個矛盾的統(tǒng)一體。新陳代謝中的各種化學反應是在溫度、酸堿度等相對穩(wěn)定的條下進行的。要想在常態(tài)下迅速而高效地進行反應,并且盡可能地降低能量閾,這就需要生物催化劑——酶,離開了酶,新陳代謝就不能進行,生命就會停止。
第二節(jié) 新陳代謝與ATP
(一)學習內(nèi)容:
1. ATP的生理功能 2. ATP的結(jié)構簡式
3. ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化 4. ATP的形成途徑
(二)學習重點:
1. ATP的生理功能
2. ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化以及ATP的形成途徑
(三)學習難點:
1. ATP的結(jié)構和生理功能
2. ATP的形成與轉(zhuǎn)化
(四)學習過程:
新陳代謝中的一系列變化過程需要有酶的催化作用,同時,這些過程伴隨著能量的轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)移。
糖類是細胞的主要能物質(zhì),脂肪是生物體內(nèi)儲存能量的物質(zhì)。這些能物質(zhì)的最終都是太陽能。是通過復雜的過程轉(zhuǎn)變并轉(zhuǎn)移而儲存在這些物質(zhì)內(nèi)的,并且終將以特殊形式,轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)變才能被生物體利用,它們都不能被生物體直接利用,實際上,有機物中的能量不是綠色植物直接轉(zhuǎn)移用于有機物的合成的,在所有這些變化過程中,無論是能量的儲存轉(zhuǎn)移,還是釋放都離不開ATP這種特殊形式,新陳代謝所需能由細胞內(nèi)的ATP直接提供,ATP是代謝能量的直接。
1. ATP的結(jié)構簡式
(1)概念:ATP ——三磷酸腺苷的英縮寫,是存在于生物體內(nèi)的高能磷酸化合物。
高能磷酸化合物:指水解時釋放的能量在 以上的磷酸化合物。ATP 水解時釋放的能量高達 。
(2)結(jié)構簡式:A—P~P~P
A:代表腺苷(由腺嘌呤和核糖組成)
P:代表磷酸基團。
~:代表高能磷酸鍵
(3)水解過程:
高能磷酸鍵水解時,生成磷酸并且釋放出大量的能量。
2. ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化
ATP分子中遠離A的那個高能磷酸鍵,在一定條下很容易水解;也容易生成。此過程伴隨能量的儲存與釋放,ADP為二磷酸腺苷,含一個高能磷酸鍵。
ATP在細胞內(nèi)的含量是很少的;ATP在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化十分迅速;胞內(nèi)的ATP的含量總處在動態(tài)平衡中,不斷消耗,不斷生成,保證胞內(nèi)穩(wěn)定供能環(huán)境。ATP水解時釋放的能量,是生物體維持細胞分裂,根吸收礦質(zhì)元素和肌肉收縮,維持體溫等生命活動所需能量的直接。
3. ATP的形成途徑
對人和動物說,ADP轉(zhuǎn)化成ATP所需能量自呼吸作用,對綠色植物而言,則自呼吸作用和光合作用
對于生命而言,能量是其能正常進行的根本,有了能量就可以完成各種活動。生物體所有的能量幾乎都自太陽能,綠色植物通過光合作用,將光能轉(zhuǎn)變成有機物中的穩(wěn)定化學能,其它生物則直接或間接地以植物為食,在進食后,將食物中的能量轉(zhuǎn)移到自身,合成有機物或利用,在所有這些過程中,伴隨著ATP與ADP的轉(zhuǎn)變,完成能量的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)換、儲存和釋放。這種不停頓的動態(tài)平衡,是生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性的具體表現(xiàn)之一,而ATP
則象是在各種細胞間,流通著的“能量貨幣”,保證了各種生命活動的正常進行。
【模擬試題】
1. 胃液中的蛋白酶,進入小腸后,催化活性大大降低,由于( )
A. 酶的催化作用只能發(fā)揮一次 B. 小腸內(nèi)的溫度高于胃內(nèi)溫度
C. 腸內(nèi)的pH值比胃內(nèi)pH值高 D. 小腸內(nèi)的pH值比胃內(nèi)pH值低
2. 在不損傷植物細胞內(nèi)部結(jié)構的情況下,去除其細胞壁最好的方法是( )
A. B. C. 淀粉酶D. 纖維素酶
3. 關于酶的性質(zhì),下列表述中錯誤的一項是( )
A. 化學反應前后,酶的化學性質(zhì)和數(shù)量不變
B. 一但離開活細胞,酶就失去催化能力
C. 酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化能力的一類特殊有機物,其中絕大多數(shù)是蛋白質(zhì),少數(shù)是RNA。
D. 酶的催化效率很高,但易受溫度和酸堿條影響
4. 根據(jù)反應式: 以下說法正確的是( )
A. 物質(zhì)和能量都是可逆的 B. 物質(zhì)是可逆的,能量是不可逆的
C. 物質(zhì)是不可逆的,能量是可逆的 D. 兩者均不可逆
5. 下列關于人體細胞內(nèi)ATP的敘述,正確的是( )
A. 人體細胞內(nèi)貯有大量ATP,以備生理活動需要
B. ATP水解成ADP的反應是可逆的
C. ATP只能在線粒體中生成
D. ATP中含有兩個高能磷酸鍵
6. 下圖中能表示動物肌細胞內(nèi)ATP含量與 供給之間關系的曲線是( )
A. aB. bC. cD. d
7. 關于酶的特性實驗裝置如下圖,取標號為A、B、C,三支試管各加入 稀釋淀粉糊
(1)在三支試管內(nèi)各滴入革蘭氏碘液,搖勻,可見試管內(nèi)溶液呈_____色。
(2)再在A管內(nèi)加入 胰液,B管內(nèi)加入 煮沸唾液,C管內(nèi)加入 唾液,然后將這三支試管放入37-40℃水浴鍋中,15-20分鐘后,三支試管內(nèi)溶液確切變化分別是( )
A管______________因為_______________
B管______________因為_______________
C管______________因為_______________
8. 下面為綠色植物體內(nèi)ATP與ADP的互換式
問:(1) A代表________,P代表_______,~代表________,Pi代表_______。
(2) 當反應從左向右進行時,釋放的能量供給_______。
當反應從右向左進行時,所需能量于__________和__________。
9. 加酶洗衣粉中含蛋白酶,這種洗衣粉為什么能很好地除去衣物上的奶漬和血漬?使用這種洗衣粉時為什么需要溫水?
10. 下圖是人體內(nèi)某個化學反應示意圖,圖中哪個英字母代表酶,若B代表的是二肽,CD代表什么?若B代表的是蔗糖,CD代表什么?
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