2025届高考生物一轮复习： 第7讲（第2课时）ATP与酶

【课前热身】 阅读必修一P76第二自然段：细胞代谢定义？ 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 氨基酸 多肽 酶 脱水缩合 核糖体 2丙酮酸+6H2O+O2 6CO2+12H2O+能量 酶 线粒体 CO2+H2O （CH2O)+O2 光能 酶 叶绿体 判断：鹰消化道中消化食物的过程是否属于细胞代谢？ 不属于细胞代谢 目 录 CONTENTS 第7讲 ATP与酶 考点一、ATP的结构与功能 考点二、酶的本质、作用机理、特性 考点三、探究酶活性的影响因素 【对新旧比】增：①ATP供能机制及实例②“～”特殊化学键不稳定原因； ③吸能反应与放能反应的实例④淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用。 改：①ATP中文名称，“～”代表特殊化学键，不再说高能磷酸键。 ②过酸、过碱、高温对酶活性影响由小字改为宋体(强化)； 2025届高考备考第一轮۰必修1第3单元 细胞的能量供应和利用 p76 探讨： 1.为什么要将肉块放在金属笼内？ 排除物理性消化干扰 2.什么物质使肉块消失？ 胃内的化学物质 推测： 盐酸？ 胃蛋白酶？ 追问： 盐酸能使肉块消失？ 无机催化剂 胃蛋白酶呢？ 3.怎样才能证明你的推测？ 收集胃内物质，看能否在体外将肉块分解 高效性 淀粉在唾液淀粉酶的作用下，分解成了麦芽糖。 用舌头舔一下米饭能感觉到甜味吗？ 如果放在口中细细咀嚼呢？ 是什么原因让我们感觉到了甜味？ 酶促反应：有酶参与催化的反应称为酶促反应 底物（反应物） 酶 酶 产物 一、酶本质的探索历程 书p79【思考˙讨论】和p80扩展应用2 人们是如何发现酶的？ 十九世纪，酒变酸 1857年，生物学家巴斯德，酒精发酵是活的酵母细胞所致 为什么？ 化学家李比希，酒精发酵是酵母细胞中某些物质所致 争论 谁的对？ 毕希纳，提取液---称“酿酶”（但没分离出来） 化学本质？ 萨姆纳，提取脲酶，成分为蛋白质 20世纪80年代，切赫和奥特曼，少数RNA有催化功能 酶的本质？ 酶:具催化作用的有机物（多为蛋白质，少数RNA） 【讨论】请利用酵母菌细胞、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： 是否需要活细胞 甲：酵母菌细胞悬液 乙：将酵母菌细胞研磨后 过滤，获得细胞研磨液 原理： 葡萄糖→酒精 是否产生酒精→ 酸性（橙色）重铬酸钾检测 答案：将酵母菌细胞悬液均分为两份，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。 酶的概念: P83 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。 化学本质 来源 功能 (各种消化酶都是蛋白质) 酶的化学本质 大多数是________ 少数是________ 元素组成 单体/合成原料 合成场所 来源 作用场所 蛋白质 RNA C、H、O、N、（S） C、H、O、N、P 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 细胞核（主要） 一般来说，活细胞都能产生 细胞内、细胞外、生物体外都能发挥作用 核糖体的rRNA就是催化肽键形成的酶 酶化学本质的实验验证 案例：设计实验验证从大豆种子中提取的脲酶是蛋白质，请说明实验思路。 方案1： 标准蛋白质样液 待测酶液 标准RNA样液 双缩脲试剂 吡罗红染液 紫色反应 红色反应 该酶是蛋白质 该酶是RNA 试剂检测法 自变量： 待测酶液和标准蛋白质样液或RNA样液 因变量： 是否有紫色反应或红色反应 某种酶 + 蛋白酶 加入酶的底物 底物没有被催化→该酶是蛋白质 底物被催化→该酶是RNA 方案2：酶解法 酶的活性 （P一 82） 单位时间内、单位体积中，反应物的减少量或产物的增加量 【辨认曲线】 (2016全国Ⅱ)为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如右图。回答下列问题： (1)三个温度条件下，该酶活性最高的是____组。 B (2)在时间t1之前，如果A组温度提高10℃，那 么A组酶催化反应的速度会________。 加快 (3)如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量_____，原因是_______________________。 不变 60℃条件下，t2时酶已失活， 即使增加底物，反应产物总量也不会增加 解决曲线问题:识标、明点、析线 【归纳概括】关注常考的酶及其作用 可对应催化相关大分子的水解，如淀粉酶催化淀粉水解，蛋白酶催化蛋白质水解等。 淀粉酶、麦芽糖酶、 蔗糖酶、乳糖酶、 脂肪酶、蛋白酶、肽酶 P一84 2.溶酶体酶： 一类酸性水解酶，参与细胞内消化。溶酶体膜破坏，释放大量水解酶时，对细胞结构有破坏。如硅肺。 P一49、53 1.消化酶：是一类水解酶。有的由消化腺分泌到下消化道中,属于胞外酶， 有的则参与细胞内消化，如溶酶体中的一些酶。 【归纳概括】关注常考的酶及其作用 3.溶菌酶：破坏细菌细胞壁中的肽聚糖 参与非特异性免疫 P选一68 4.脲酶：分解尿素的酶，专一性强。是第一个被分离提纯的酶。广泛分布于 植物的种子中，但以大豆、刀豆中含量丰富。也存在于动物血液和 尿中。某些微生物也能分泌脲酶。 P一79 思考.讨论： CO(NH2)2+H2O 脲酶 CO2 + 2NH3 5.过氧化氢酶：过氧化氢酶存在于动植物细胞中，特别在动物肝脏浓度最 高。将有毒的过氧化氢分解为水和氧气。 P一77 2H2O2 过氧化氢酶 2H2O + O2 6.酪氨酸酶：催化酪氨酸转变为黑色素的关键酶 白化病：由于缺乏酪氨酸酶基因 老年白发：由于细胞衰老，酪氨酸酶活性下降。 白癜风：主要是由于血液中存在酪氨酸酶抗体或酪氨酸合成障碍等， 导致皮肤局部黑色素生成减少，出现白斑。 P一124 P二71 【归纳概括】关注常考的酶及其作用 7.”中心法则”中的酶? DNA复制：以DNA为模板的DNA聚合酶（催化单个脱氧核苷酸聚合到 DNA片段上形成脱氧核苷酸链，作用部位是磷酸二酯键。） P二55 逆转录：以RNA为模板的逆转录酶) P二69 转录：以DNA为模板的RNA聚合酶（催化单个核糖核苷酸聚合到RNA片 段上形成核糖核苷酸链，作用部位是磷酸二酯键。）P二65 RNA复制：以RNA为模板的RNA聚合酶(即RNA复制酶) P二69 核酸水解酶： DNA酶 〈 DNA水解 RNA水解 RNA酶 〈 可用于遗传物质化学本质探究（如艾弗里实验中用到的DNA酶） P二44 解旋酶: 解开DNA双链（使碱基对之间的氢键断裂） 【归纳概括】关注常考的酶及其作用 8.端粒酶：一种由催化蛋白和RNA模板组成的酶，可合成由于DNA而缺失的 染色体末端的DNA，具有逆转录酶活性。端粒酶在干细胞和生殖 细胞中有活性，在体细胞中没有活性。在肿瘤中被重新激活，从 而使癌细胞具备无限增殖的条件。 P一124 9.纤维素酶、果胶酶：主要用于破坏植物细胞壁。 纤维素 葡萄糖 纤维素酶 果胶 半乳糖醛酸 果胶酶 用于制备植物细胞的原生质体。 P选三38 10.基因工程中的酶 限制酶 DNA连接酶 耐高温DNA聚合酶 P选三71、77 催化DNA片段断裂磷酸二酯键 催化DNA片段形成磷酸二酯键 二、酶的催化作用机理---降低化学反应活化能 活化能： 分子常态 活跃状态 能量 活化能越低，反应越容易进行 初态 终态 过渡态 活化能 酶作用机理： 与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。 酶的高效性 图5-1 走隧道需要的能量少（P78） 【类比】如果把化学反应比作驾车翻越一座高山，加热加压相当于给汽车加大油门，用催化剂则相当于帮司机找到一条穿山隧道。 二、酶的催化作用机理---降低化学反应活化能 练：右图曲线表示在无酶催化条件 和有酶催化条件下某化学反应的能 量变化过程，请回答： (1)没有酶催化的反应曲线是___。 (2)有酶催化的反应曲线是_____。 (3)AC段的含义是______________________________________。 (4)BC段的含义是______________________________________。 (5)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则B点在纵轴上将______移动。 常态 活跃状态 活化能：分子从常态转变为活跃状态所需要的能量 ② ① 在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能 酶降低的活化能 向上 二、酶的催化作用机理---降低化学反应活化能 酶能增加产物的生成量吗？ 未加催化剂 无机催化剂 酶催化 时间 酶和无机催化剂一样能催化化学反应的进行，降低反应的活化能，但本身并不被消耗，不为化学反应提供物质和能量，不改变化学反应的方向和生成物的量。 产物量 二、酶的催化作用机理---降低化学反应活化能 资料：细胞代谢是细胞生命活动的基础，但代谢也会产生对细 胞有害的物质，如过氧化氢（H2O2）。 体内H2O2过多的危害：导致DNA损伤及基因突变、衰老、致癌、 老年痴呆、老年帕金森氏病、脑中风、动脉硬化、白内障等。 探究任务：细胞内的H2O2又是怎样被快速分解的呢？ 2H2O2 2H2O + O2↑ 加热、强酸、强碱 加催化剂（如Fecl3) 细胞中含有过氧化氢酶 思考：H2O2酶与加热、强酸、强碱、加催化剂都能使过氧化氢分解，他们 原理一样吗？分解速率一样吗？如何设计实验来探究酶的作用？ 二、酶的催化作用机理---降低化学反应活化能 3.通过什么实验现象观察反应速率？ 气泡产生量及卫生香复燃现象 2.实验中分别为H2O2的分解设置了哪些条件？ 常温、加热、加FeCl3、加肝脏研磨液 4.在化学反应里能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质叫做什么? 催化剂 1.为什么加入肝脏研磨液？ 肝脏研磨液含有较多的过氧化氢酶 思考： 三、探究 • 实践（p78） 比较过氧化氢在不同条件下的分解 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ 步骤 试管编号 一 二 结果 结论 常温 90℃ 反应条件 H2O2的浓度 H2O2的量 气泡产生 卫生香燃烧 1 2 4 3 较多 变亮 大量 复燃 不明显 不复燃 少量 不复燃 3% 3% 3% 3% 2ml 2ml 2ml 2ml 2滴FeCl3 2滴肝脏研磨液 【问题1】 2号试管与1号试管的比较说明了什么？ 【问题2】 在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 【问题3】 3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，说明什么？ 【问题4】 3号和4号试管相比，哪支试管反应速率快？说明什么？ 1.加热可促进过氧化氢分解 2.H2O2酶与FeCl3均可催化过氧化氢分解 3.H2O2酶的催化效率远高于FeCl3 阅读教材P78科学方法，找出本实验的各种变量及对照组和实验组 高效性 阅读教材P78科学方法，找出本实验的各种变量及对照组和实验组 试管编号 说明 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 剂量 二 剂量 结果 气泡产生 卫生香燃烧 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 新鲜肝脏研磨液 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样，在过氧化氢酶的作用下分解速率最快 反应条件 对照组 实验组 等量性原则 等量性原则 单一变量原则 步骤 对照实验 结论 除了一个因素(自变量)以外，其余因素都保持不变的实验 变量 实验过程中可以变化的因素 自变量 人为改变的变量 因变量 随着自变量的变化而变化的量 无关变量 实验过程中其他可能对实验结果造成影响的变量 【实验设计应遵循的四大原则】 单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的 无关变量保持相同且适宜（等量原则） 对照原则：应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其他因 素都相同)，以便消除无关变量对实验结果的干扰，增强实 验结果的可信度 平行重复原则：对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果 的平均值以避免实验结果的偶然性，保证实验结果的准确性 科学性原则：在设计实验时必须有充分的科学依据，即实验目的要明确， 实验原理要正确；实验研究的材料和实验方法的选择要恰当；整个实验 设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理、有关的生物学知识 及其他学科领域的基本知识。 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” ➊加法原理： 与常态相比，人为增加某种影响因素。 第2组、第3组、第4组就是利用了加法原理。 科学方法：自变量的设置与控制 ➋减法原理： 与常态相比，人为去除某种影响因素。 例1：艾佛里肺炎球菌转化实验 第一组：R型活菌+S型菌的细胞提取物→混合培养 第二组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+蛋白酶→混合培养 第三组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+RNA酶→混合培养 第四组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+酯酶→混合培养 第五组：R型活菌+S型菌的细胞提取物+DNA酶→混合培养 第二~五组就是利用了减法原理。 例2.研究甲状腺激素的功能 第1组：健康的动物不做处理(空白对照) 第2组：健康的动物饲喂一定量的甲状腺激素(加法原理) 第3组：将健康的动物甲状腺摘除(减法原理) 四、酶的特性 1、高效性： A B C A、B曲线比较，说明酶具有________ A、C曲线比较，说明酶具有________ 高效性 催化作用 ▲酶具有高效性的意义： 保证细胞代谢快速有效地进行。 →酶的催化效率是无机催化剂的107 ～1013 倍 酶具有催化剂的特点： ①反应前后性质、数量不变； ②能改变反应速率→降低化学反应活化能 ③缩短达到平衡的时间，不改变平衡点（即产物的量不变） 2. 教材P一82 理解： 淀粉酶能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解； 蛋白质就是一类物质，种类繁多，蛋白酶可以水解种类繁多的蛋白质，这就是一种酶催化一类化学反应。 意义!! 命名： 唾液淀粉酶 淀粉 麦芽糖 蛋白酶 蛋白质 多肽 纤维素酶 纤维素 葡萄糖 四.酶特性 四、酶的特性 2.专一性： 每一种酶只能催化一种或一类化学反应 P81相关信息： 目前已发现的酶有8000种，他们分别催化不同的化学反应。 意义（P82）： 细胞代谢能有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的。 两条曲线比较，只有酶A能催化底物A反应，说明酶具有__________, 专一性 练习：催化蔗糖酶的酶 是_____________。 蛋白酶 模型假说：P85拓展应用1 锁和钥匙学说 易错点！！ 教材P一81 如何验证酶具有专一性？ 方案一：酶相同，底物不同 淀粉酶 淀粉（非还原糖） 麦芽糖（还原糖） 蔗糖（非还原糖） 蔗糖 淀粉酶 淀粉溶液 蔗糖溶液 实验步骤 一 二 三 实验现象 结论 加淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入60℃左右热水中，反应5min 2号试管中加入2mL蔗糖溶液 加入斐林试剂 振荡 约60℃水浴2min 1号试管中加入2mL淀粉溶液 无变化 砖红色沉淀 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。 实验能用碘液代替斐林试剂吗？ 此方案不能用碘液检测，碘液无法鉴定蔗糖是否发生反应。 如何验证酶具有专一性？ 方案二：底物相同，酶不同 淀粉（非还原糖） 麦芽糖（还原糖） 淀粉（非还原糖） 淀粉 淀粉酶 蔗糖酶 淀粉酶 蔗糖酶 实验步骤 一 二 三 现象 结论 2号试管中加入2mL淀粉溶液 1号试管中加入2mL淀粉溶液 1号试管加入淀粉酶2滴 2号试管加入蔗糖酶2滴 1号试管加入碘液2滴 2号试管加入碘液2滴 未变蓝 变蓝 淀粉酶能催化淀粉水解，蔗糖酶不能催化淀粉水解。 【思考】能否用斐林试剂鉴定？ 可以，1号出现砖红色沉淀，2号没有 问题：细胞代谢与我们常见的化学反应需要的条件一样吗？ 温和 ①常温 ②常压 ③水溶液环境 ④pH接近中性 剧烈 ①高温 ②高压 ③强酸 ④强碱 常见有机化学反应 细胞内外环境 追问：细胞在较温和的环境中，各种生化反应如何高效有序的进行呢？ 细胞代谢离不开酶 四、酶的特性 3、酶的作用条件较温和： 教材P84 四、酶的特性 3、酶的作用条件较温和： 最适温度 最适PH 酶的空间结构受到破坏失活，不可逆 低温降低酶的活性，但不会使酶失活 如何保存酶？ 低温、最适PH 教材P84 【影响酶促反应速率的因素】 温度 pH 抑制剂 激活剂 影响 酶活性 酶浓度 底物浓度 影响 酶与底物接触面积 酶促反应 速率 ★特别提醒： 酶活性≠酶促反应速率 再强调：底物浓度和酶浓度通过影响底物与酶的接触来影响反应速率，不会影响酶活性 $$