酶的作用和本质:
1.酶的作用:降低活化能。
(1)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。
(2)作用机理:酶能降低化学反应所需的活化能,使一个原本在较温和条件下不能进行的反应可以高效快速地进行。
2.酶的本质及实验验证
(1)酶本质的探索
时间 |
发现者 |
实验过程及现象 |
实验结论 |
1773年 |
意大利科学家斯帕兰札尼 |
将装有肉块的小金属笼子让鹰吞下,一段时间后取出,发现笼内的肉块不见了 |
说明胃具有化学性消化的作用 |
1836年 |
德国科学家施旺 |
从胃液中提取出了消化蛋白质的物质 |
这就是胃蛋白酶 |
1926年 |
美国科学家萨姆纳 |
从刀豆种子中提取出脲酶的结晶,并进行了证明脲酶是蛋白质的化学实验 |
证明脲酶是一种蛋白质 |
20世纪30年代 |
许多科学家 |
提取多种酶的蛋白质结晶 |
酶是一类具有生物催化作用的蛋白质 |
20世纪 80年代 |
美国科学家切赫和奥特曼 |
少数RNA也具有生物催化功能 |
少数的酶是RNA |
(2)酶的本质
化学本质 |
绝大多数是蛋白质 |
少数是RNA |
合成原料 |
氨基酸 |
核糖核苷酸 |
合成场所 |
核糖体 |
细胞核(真核生物)(主要) |
来源 |
一般来说,活细胞都能产生酶 |
(3)酶化学本质的实验验证
①证明某种酶是蛋白质
实验组:待测酶液+双缩脲试剂一—是否出现紫色反应。
对照组:标准蛋白质溶液+双缩脲试剂——出现紫色反应。
②证明某种酶是RNA
实验组:待测酶液+吡罗红染液——是否呈现红色。
对照组:标准RNA溶液+吡罗红染液——出现红色。
酶的特性及应用:
1、酶的特性
(1)高效性:酶的催化效率是无机催化剂的107~ 103倍,这说明酶具有高效性的特点。
(2)专一性:每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应,这说明酶的催化作用具有专一性的特点,酶的专一性的解释常用“锁和钥匙学说”。
(3)温和性:绝高温都能使蛋白质其他化学键的断裂永久失活。但低温酶活性可以恢复。
2、酶的特性在生产生活中的应用
(1)人在发烧时,不想吃东西,其原因是温度过高导致消化酶的活性降低。
(2)唾液淀粉酶随食物进入胃内,不能继续将淀粉分解为麦芽糖。原因是唾液淀粉酶的最适pH在7左
(3)胰岛素制剂是治疗糖尿病的有效药物,只能注射,不能口服,其原因是胰岛素是一种蛋白质,若口服会被蛋白酶水解。
1、酶的作用和特性的实验探究:
1.酶的催化作用实验探究对照组:反应物+清水检测反应物不被分解;实验组:反应物+等量的相应酶溶液检测反应物被分解。
2.酶的专一性实验搽究此实验中的自变量可以是不同反应物,也可以是不同酶溶液,因变量是反应物是否被分解。
(1)设计思路一:换反应物不换酶
实验组:反应物+相应酶溶液检测反应物被分解;
对照组:另一反应物+等量相同酶溶液检测反应物不被分解。
(2)设计思路二:换酶不换反应物
实验组:反应物+相应酶溶液检测反应物被分解;
对照组:相同反应物+等量另一种酶溶液检测反应物不被分解。
3.酶的高效性实验探究
对照组:反应物+无机催化剂检测底物分解速率;
实验组:反应物+等量酶溶液检测底物分解速率。
实验中自变量是无机催化剂和酶,因变量是底物分解速率。
4.酶作用的适宜条件的探究
(1)最适温度的探究实验原理
①淀粉+淀粉酶——麦芽糖;麦芽糖+斐林试剂—一产生砖红色沉淀;淀粉+碘——蓝色。
②温度影响淀粉酶活性,从而影响淀粉的分解,滴加碘液后,根据蓝色深浅来判断淀粉分解状况,进而推断出酶活性变化。
(2)最适pH的探究实验原理
①2H202+过氧化氢酶——2H2O+O2
②pH影响酶的活性,从而影响氧气的生成速度,可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成速度的快慢。
(3)实验探究思路
①最适温度的探究思路
②最适pH的探究思路
2、易错点拨:
(1)在酶的最适pH探究实验中,操作时必须先将酶置于不同环境条件下(加清水、加氢氧化钠、加盐酸),然后再加入反应物。不能把酶加入反应物在酶的作用下先发生水解。
(2)在酶的最适温度探究实验中,酶溶液和反应物混合之前,需要把两者先分别放在各自所需温度下保温一段时间。若选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度,检测的试剂宜先用碘液,不应该选用斐林试剂。因选用斐林试剂需热水浴加热,而该实验中需严格控制温度。
知识拓展:
1、利用酶的专一性也可探究某种酶的化学本质是蛋白质还是RNA:将某种酶用蛋白酶或核糖核酸酶处理,根据处理后的酶液是否还有催化作用予以判断。
2、一般情况下,加热也能加快化学反应速率,其作用机理是直接供能,使底物分子从常态转变为易发生反应的活跃状态,其过程并不改变活化能的大小。
3、人体消化道各段消化酶的最适pH:
口腔:唾液淀粉酶,最适pH为6.8(中性);
胃:胃蛋白酶,最适pH为1.5-2.2(酸性);
小肠:肠液、胰液中的各种酶,最适pH为8.0~9.0(弱碱性)。
胃液的pH在2左右,唾液淀粉酶在胃中会使失活并以蛋白质的形式被胃蛋白酶水解
4、植物体内的酶最适pH大多在4.5-6.5之间。
例 下列有关酶的反应与作用叙述,正确的是 ( )
A.酶具有催化作用是因为酶可以提高反应的活化能
B.酶的合成原料是氨基酸或脱氧核苷酸
C.所有的酶都在核糖体上合成
D.所有的酶都是有机物
答案D
5、具有专一性的物质归纳
(1)酶:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割DNA分子。
(2)载体:某些物质通过细胞膜时需要载体协助,不同物质所需载体不同,载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。
(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:tRNA有61种,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。
DNA分子的结构:
1、DNA的元素组成:C、H、O、N、P
2、DNA分子的结构:DNA的双螺旋结构,两条反向平行脱氧核苷酸链,外侧磷酸和脱氧核糖交替连结,内侧碱基对(氢键)碱基互补配对原则。
3、模型图解:
4、DNA分子的结构特性
(l)稳定性:DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变;两条链间碱基互补配对的方式不变。
(2)多样性:DNA分子中碱基时排列顺序多种多样。
(3)特异性:每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
知识点拨:碱基互补配对的规律:
知识拓展:
1、两条链之间的脱氧核苷酸数目相等→两条链之间的碱基、脱氧核糖和磷酸数目对应相等。
2、碱基配对的关系是:A(或T)一定与T(或A)配对、G(或C)一定与C(或G)配对,这就是碱基互补配对原则。其中,A与T之间形成2个氢键,G与C之间形成3个氢键。
3、DNA分子彻底水解时得到的产物是脱氧核苷酸的基本组分,即脱氧核糖、磷酸、含氮碱基。
生态系统的能量流动:
1、概念生物系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程,输入生态系统总能量是生产者固定的太阳能,传递沿食物链、食物网,散失通过呼吸作用以热能形式散失的。
2、过程:
(1)能量的输入
③输入生态系统的总能量:生产者固定的太阳能总量。
(2)能量的传递
①传递途径:食物链和食物网。
②传递形式:有机物中的化学能。
③传递过程:
(3)能量的转化
(4)能量的散失
①形式:热能,热能是能量流动的最后形式。
3、能量流动的特点
(1)单向流动
①食物链中,相邻营养级生物的捕食关系不可逆转,因此能量不能倒流,这是长期自然选择的结果。
②各营养级的能量总有一部分通过细胞呼吸以热能的形式散失,这些能量是无法再利用的。
(2)逐级递减
①每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。
②各个营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量,供自身利用和一热能形式散失。
③各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。
4、能量传递效率能量在相邻两个营养级间的传递效率一般为10﹪~20﹪,即输入某一营养级的能量中,只有10﹪~20﹪的能量流到下一营养级。
计算方法为:
4、研究能量流动的意义:
(1)实现对能量的多级利用,提高能量的利用效率(如桑基鱼塘)
(2)合理地调整能量流动关系,使能量持续高效的流向对人类最有益的部分(如农作物除草、灭虫)
生态系统中能量流动的计算:在解决有关能量传递的计算问题时,首先要确定相关的食物链,理清生物在营养级上的差别,能量传递效率为10%-20%,解题时注意题目中是否有“最多” “最少…至少”等特殊的字眼,从而碗定使用l0%或 20%来解题。
1.设食物链A→B→C→D,分情况讨论如下:
已知D营养级的能量为M,则至少需要A营养级的能量=M÷(20%)
3;最多需要A营养级的能量 =M÷(10%)
3。
已知A营养级的能量为N,则D营养级获得的最多能量=N×(20%)
3;D营养级获得的最少能量=N× (l0%)
3。 2.如果是在食物网中,同一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量,则按照各单独的食物链进行诗算后合并。
3.在食物网中分析如A→B→C→D确定生物量变 化的“最多”或“最少”时,还应遵循以下原则:
(1)食物链越短,最高营养级获得的能量越多;
(2)生物间的取食关系越简单,生态系统消耗的能量就越少,如已知D营养级的能量为M,计算至少需要 A营养级的能量时,应取最短食物链A→D,并以20% 的效率进行传递,即等于M÷20%;计算最多需要A营养级的能量时,应取最长的食物链A→B→C→D,并以 10%的效率进行传递,即等于M÷(10%)
3。
4.已知较低营养级生物的能量求解较高营养级生物的能量时,若求解“最多”值,则说明较低营养级的能量按“最高”效率传递;若求解“最(至)少”值,则说明较低营养级生物的能量按“最低”效率传递。具体规律如下:
表解生态系统三种金字塔的不同:
项目\类型 |
能量金字塔 |
数量金宇塔 |
生物量金字塔 |
形状 |
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特点 |
正金字塔 |
一般呈正金字塔,有时呈倒金字塔 |
一般为正金字塔 |
象征含义 |
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性 |
生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减 |
生物量(现存生物有机物的总量)沿食物链流动逐级递减 |
每一阶含义 |
食物链中每一营养级生物所含能量的多少 |
每一营养级生物个体的数目 |
每一营养级生物的总生物量 |
异常分析 |
人工鱼塘中的生产者并不多,需要人工给鱼施加有机饲料,如图
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成千上万只昆虫生活在一棵大树上时,该数量金字塔的塔形会发生变化,如图
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浮游植物的个体小,寿命短,又不断被浮游动物吃掉,所以某一时间浮游植物的生物量会低于浮游动物,如图
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易错点拨:1、图解中的箭头由粗到细表示流如下一营养级的能量逐级递减;方块面积越来越小表示营养级的升高,储存在生物体内的能量越来越少。
2、每一营养级的能量来源及去向流入一个营养级的能量石指被这个营养级的生物所同化的全部能量。营养级的能量的来源与去路如下:
3、消费者产生的粪便不属于该营养级同化的能量,它属于上一营养级未被利用的部分。
4、动物同化的能量并不等于摄入的能量:动物同化的能量=动物摄入的能量-动物粪便中的能量。
知识拓展:
1、由于能量传递效率为10﹪~20﹪,传到第五营养级时,能量已经很少了,再往下传递不足以维持一个营养级,所以一条食物链中营养级一般不超过5个。
2、食物网中,能量传递效率是指某营养级流向各食物链下一营养级的总能量占该营养级比例。
如:
是指流向B、C的总能量占A的10﹪~20﹪。
3、根据能量流动的递减性原则,在建立与人类相关的食物链时,应尽量缩短食物链。