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。
ATP与ADP的转化:
1、ATP和ADP之间的相互转换:
2、ATP与ADP相互转化是不可逆的
(1)反应条件:ATP的分解属水解反应,催化该反应的酶属水解酶。而ATP的合成是一种合成反应,催化该反应的酶属合成酶。由于酶具有专一性,因此,二者反应条件不同。
(2)反应场所:ATP合成的场所为细胞质基质、线粒体和叶绿体;而ATP分解的场所较多。因此,ATP的合成场所与分解场所不完全相同。
(3)能量来源:ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能;而合成ATP的能量主要有化掌能和太阳光能,即二者的能量来源不同。
ATP的形成与利用表解比较:
1、ATP的产生途径与场所
|
产生途径 |
产生场所 |
植物 |
光合作用 |
叶绿体 |
呼吸作用 |
细胞质基质和线粒体 |
动物 |
呼吸作用 |
细胞质基质和线粒体 |
2、细胞内产生与消耗ATP的生理过程
转化场所 |
产生或消耗ATP的生理过程 |
细胞膜 |
消耗ATP:主动运输、胞吞、胞吐 |
细胞质基质 |
产生ATP:细胞呼吸第一阶段 |
叶绿体 |
产生ATP:光反应 消耗ATP:暗反应和自身DNA复制 |
线粒体 |
产生ATP:有氧呼吸第二、三阶段 消耗ATP:自身DNA复制 |
核糖体 |
消耗ATP:蛋白质的合成 |
细胞核 |
消耗ATP:DNA复制、转录等 |
知识点拨: 1、ATP与ADP之间的相互转化不是一种可逆反应,生物体内的ATP含量很少,但ATP 与ADP的相互转化很快,因此可以保证生命活动所需能量的持续供应。
2、ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键极容易水解,以保证能量相对稳定和能量持续供应。
3、真核生物细胞内合成ATP的场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质。
4、原核生物细胞内合成ATP的场所只有细胞质基质。
例 下列生命现象中能使ADP增加的是( )
A.胃蛋白酶的分泌 B.丙酮酸形成乳酸 C.叶绿体中的叶绿素吸收光能 D.组织细胞利用氧气
思路点拨:生物体的直接能源物质是ATP,所有消耗能量的过程都会使ADP含量增加,在题目给出的选项中,只有胃蛋白酶的分泌需要消耗能量,会使ADP 含量增加。答案A
知识拓展:1、ATP的作用:ATP是生命活动能量的直接来源。
①人体所有需要的能量几乎都是ATP提供的:心脏的跳动、肌肉的运动以及各类细胞的各种功能都源于ATP所产生的能量。没有ATP,人体各器官组织就会相继罢工,就会出现心功能衰竭、肌肉酸疼、容易疲劳等情况。
②ATP合成不足缺失时,人体会感觉乏力,并出现心脏功能失调、肌肉酸痛、肢体僵硬等现象。长时间ATP合成不足,身体的组织和器官就会部分或全部丧失其功能,ATP合成不足持续时间越长,对身体各器官的影响就越大。对人来说,影响最大的组织和器官是心脏和骨骼肌。因此,保证心脏和骨骼肌细胞的ATP及时合成是维护心脏和肌肉功能的重要措施。
③心脏和骨骼肌自身合成ATP的速度慢,在缺血、缺氧的情况下更是如此。D-核糖能使心脏和骨骼肌生成ATP的速度要快3~4倍,是给心脏和肌肉恢复动力的有效物质,在人体经历缺血、缺氧或高强度运动时,其作用更为突出。纯净的ATP呈白色粉末状,能溶于水。作为药品可以提供能量并改善患者新陈代谢。ATP片剂可以口服,注射液可供肌肉注射或静脉注射。功能:各种生命活动能量的直接来源。
④ATP水解时释放的能量是生物体进行肌肉运动、生物电、细胞分裂和主动运输等生命活动所需能量的直接来源。人体细胞中ATP和ADP的相互转化在生活细胞中是永不停息地进行着,这即可以避免一时用不尽的能量白白流失掉,又保证了及时供应生命活动所需要的能量,因此ATP是生物体细胞中流通着的“能量货币”。
2、ATP产生量与O2呼吸强度的关系曲线
甲图表示ATP产生量与O2供应量的关系
1、A点表示在无氧条件下,细胞可通过进行无氧呼吸分解有机物,产生少量ATP。 2、AB段表示随O2供应量增多,有氧呼吸明显加强,通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多,ATP的产生量随之增加。
3、BC段表示O2供应量超过一定范围后,ATP的产生量不再增加,此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。
乙图表示ATP产生量与呼吸强度的关系
例 下列生理过程不受细胞内氧浓度影响的是 ( )
A.神经递质的释放 B.肌肉不自主地战栗
C.人小肠绒毛上皮细胞吸收水D.生长素向胚芽鞘背光侧运输
思路点拨:氧气浓度通过影响能量供应,从而影响生命活动。神经递质的释放、肌肉收缩、生长素的运输都需要消耗能量。答案C