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。
呼吸作用:
1、概念:生物的生命活动都需要消耗能量,这些能量来自生物体内糖类、脂类和蛋白质等有机物的氧化分解。生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解,最终生成二氧化碳或其他产物,并且释放出能量的总过程,叫做呼吸作用(又叫生物氧化)。
(1)呼吸作用是一种酶促氧化反应。虽名为氧化反应,不论有无氧气参与,都可称作呼吸作用(这是因为在化学上,有电子转移的反应过程,皆可称为氧化)。有氧气参与时的呼吸作用,称之为有氧呼吸;没氧气参与的反应,则称为无氧呼吸。同样多的有机化合物,进行无氧呼吸时,其产生的能量,比进行有氧呼吸时要少。有氧呼吸与无氧呼吸是细胞内不同的反应,与生物体没直接关系。即使是呼吸氧气的生物,其细胞内,也可以进行无氧呼吸。
(2)呼吸作用的目的,是透过释放食物里之能量,以制造三磷酸腺苷(ATP),即细胞最主要的直接能量供应者。呼吸作用的过程,可以比拟为氢与氧的燃烧,但两者间最大分别是:呼吸作用透过一连串的反应步骤,一步步使食物中的能量放出,而非像燃烧般的一次性释放。在呼吸作用中,三大营养物质:碳水化合物、蛋白质和脂质的基本组成单位──葡萄糖、氨基酸和脂肪酸,被分解成更小的分子,透过数个步骤,将能量转移到还原性氢(化合价为+1的氢)中。最后经过一连串的电子传递链,氢被氧化生成水;原本贮存在其中的能量,则转移到ATP分子上,供生命活动使用。
植物呼吸作用过程:有机物(储存能量)+氧(通过线粒体)→二氧化碳+水+能量
(3)呼吸速率:又称呼吸强度。指在一定温度下,单位重量的活细胞(组织)在单位时间内吸收氧或释放二氧化碳的量,通常以“mg(μl)/(h?g)”为单位,表示每克活组织(鲜重、干重、含氮量等)在每小时内消耗氧或释放二氧化碳的毫克数(或微开数)。呼吸速率的大小可反映某生物体代谢活动的强弱。呼吸作用是由一系列酶催化的化学反应,所以温度对呼吸作用有很大影响。还有水分、氧气、二氧化碳等也是影响呼吸速率的条件。
(4)植物呼吸作用原理的应用:
粮食储存;
低温保存蔬菜水果:通过增加二氧化碳的含量可以抑制储存蔬菜水果等的呼吸作用;充氮气也可以降低氧气的浓度,抑制呼吸作用。
农田松土;农田排涝等措施有利于植物根的生长和对无机盐的吸收。
影响细胞呼吸的因素及实践应用: 1.内部因素:
(1)不同种类的植物细胞呼吸速率不同,如旱生植物小于水生植物,阴生植物小于阳生植物。
(2)同一植株在不同的生长发育时期呼吸速率不同,如幼苗期、开花期呼吸速率较高,成熟期呼吸速率较低。
(3)同一植物的不同器官呼吸速率不同,如生殖器官大于营养器官。
2.环境因素:
(1)温度
①规律:呼吸作用在最适温度最强,超过最适温度,呼吸酶活性下降,甚至变形失活,呼吸受抑制;低于最适温度活性下降,呼吸受抑制。
②应用:生产上常用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果。在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温,降低呼吸作用,减少有机物的消耗,提高产量。
(2)O2的浓度
①规律:在O2浓度为零时只进行无氧呼吸;O2浓度为10%以下,既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸;O2 浓度为l0%以上,只进行有氧呼吸。
②应用:生产中常利用降低氧的浓度抑制呼吸作用,藏少有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果保鲜时间。
(3)CO2浓度
①规律:从化学平衡的角度分析,C02浓度增加,呼吸速率下降。
②应用:在蔬菜和水果的保鲜中,增加CO:浓度具有良好的保鲜作用。
(4)水含量
①规律:在一定范围内,细胞呼吸强度随含水量的增加而加强,随含水量的减少而减弱。
②应用:在作物种子的储藏时,将种子风干,以减弱细胞呼吸,减少有机物的消耗。
思维拓展:
1、温室中栽培农作物提高产量的措施有两个方面,提高光合强度和降低呼吸消耗。影响细胞呼吸的因素有温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、含水量等,但农业生产中最常考虑的是温度。其他几个因素不容易控制。
2、植物细胞呼吸的最适温度一般在25~35℃,最高温度在35~45℃。
3、绿色植物细胞呼吸的最适温度总比光合作用的最适温度高。一般情况下,植物细胞呼吸的最适温度为30℃,而光合作用的最适温度为25℃。
光照强度:光照强度是光合作用过程中影响光合作用的条件之一。
光补偿点(b):是指在此光强下光合作用合成的有机物的量正好=呼吸作用消耗的量,也就是:总光合作用-呼吸作用消耗=净光合作用=0。
光饱和点(c):指光合作用达到最大值那一时刻的光强,也就是说此点之后,光合速率的曲线为一条稳定的平行与横轴的直线(没有特殊情况的条件下)。
呼吸速率点(a):黑暗条件下的测得CO
2的释放量,即呼吸速率。
a—b点表示呼吸速率>光合速率。
b点之后表示光合速率大于呼吸速率。
知识点拨:
c点之后光合速率不随光照的增加而增强主要是因为受其他条件的限制,例,色素、酶的数量、CO
2的浓度等条件的限制。
知识拓展: 1、植物在光下实际合成有机物的速率为实际(总)光合速率;光照下测定的CO2吸收速率(或O2释放速率)则为净(表观)光合速率。
2、当净(表观)光合速率>0时,植物积累有机物而生长;当净光合速率=0时,植物不能生长;当净光合速率<0时,植物不能生长,长时间处于此种状态,植物将死亡。
光合速率:
概念:光合作用固定二氧化碳的速率。即单位时间单位叶面积的二氧化碳固定(或氧气释放)量。也称光合强度。
知识点拨:
1、净光合作用速率=总光合作用速率-呼吸作用速率
2、影响光合速率的条件:光照强度、温度和空气中二氧化碳浓度。
(1)光强度:光合速率随光强度的增加而增加,但在强度达到全日照之前,光合作用已达到光饱和点时的速率,即光强度再增加光合速率也不会增加。
(2)温度:光合作用是化学反应,其速率应随温度的升高而加快。但光合作用整套机构却对温度比较敏感,温度高则酶的活性减弱或丧失,所以光合作用有一个最适温度。
(3)二氧化碳浓度:空气中二氧化碳浓度的增加会使光合速率加快。光照强度、温度和二氧化碳浓度对光合作用的影响是综合性的。
实验细胞大小与物质运输的关系:
一、实验目的:
通过探究细胞大小,即细胞的表面积与体积,与物质运输效率之间的关系,探讨细胞不能无限长大的原因。
二、实验原理:用琼脂块模拟细胞。琼脂块越小,其表面积越大,则其与外界效换物质的表面积越大,经交换进来的物质在琼脂块中扩散的速度快;琼脂块中含有酚酞,与NaOH相遇,呈紫红色,可显示物质(NaOH)在琼脂块中的扩散速度。
三、操作步骤:
操作方法 |
注意问题 |
解释 |
用塑料餐刀将含酚酞的琼脂块切成三块边长分别为3cm、2cm、1cm的正方体 |
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将3块琼脂块放在烧杯内,加入NaOH溶液,将琼脂块淹没,浸泡10min。用塑料勺不时翻动琼脂块。 |
不要用勺子将琼脂块切开或挖动其表面 |
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戴上手套,用塑料勺将琼脂块从NaOH溶液中取出。 用纸巾把它们吸干,用塑料刀把琼脂块切成两半。 仔细观察切面的颜色变化,变成红色的部分代表NaOH扩散的深度, 测量每一块上NaOH扩散后着色的浓度。记录测量结果 |
1.应避免NaOH与皮肤和眼睛等接触。 如泼洒出来,应立即用水冲洗泼洒处。 2.每两次操作之间必须把刀擦干 |
1.NaOH有腐蚀性 2.避免干扰实验结果
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根据测量结果进行计算,并将结果填在记录表中 |
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四、结论:琼脂块的表面积与体积之比随着琼脂块的增大而减小;NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随着琼脂块的增大而减小。
五、课后讨论:细胞越大,物质运输的效率越低,所以多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。细胞越大,需要与外界环境交流的物质越多;但是细胞体积越大,其表面积相对越小,细胞与周围环境之间物质交流的面积相对小了,所以物质运输的效率越低。
细胞大小与物质运输的关系:
1.生物体生长的原因:生物体的生长既靠细胞的生长增大细胞体积,又靠细胞的分裂增加细胞的数量。实际上,不同动植物同类器官大小主要取决于细胞数量的多少。
2.细胞不能无限长大:
(1)细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。
(2)细胞核的控制能力制约细胞的长大。