2025届高三生物一轮复习讲义： ATP和酶

   第8讲 酶和ATP

考点一　酶

1、斯帕兰扎尼实验

以前，人们认为鸟类的胃只有物理性消化，没有化学性消化。 1783年,意大利科学家斯帕兰扎尼做了一个巧妙的实验:将肉块放入小巧的金属笼里,然后让鹰把小笼子吞下去.过一段时间后,他把小笼子取出来,发现笼内的肉块消失了。

问题: （1）这个实验要解决什么问题?   (鸟胃是否只有物理性消化而没有化学性消化）

( 2)为何要将肉块放在笼子中？   (排除胃对肉块的物理性消化）

（3）对肉起消化作用的是什么物质？(一定是某种或某些物质进入到金属笼中,使肉分解，后来经证实是胃蛋白酶）

 

2、酶本质的探索历程

（１）巴斯德  ： 1822~1895（法国）；微生物学家、通过显微镜观察；发现发酵的过程中有酵母菌存在；结论：没有活细胞，糖类不可能变成酒精；

（２）李比希 :  1803~1873（德国）;  化学家、通过对化学变化的研究,认为糖类变成酒精就是一个化学反应;结论：在这个变化过程中，只有细胞死亡之后放出了某些物质起了作用;

（３）毕希纳：       

①实验： 酵母细胞研磨      加水搅拌      加压过滤       不含酵母细胞的提取液      加入葡萄糖；

②现象：冒出气泡；

③结论：酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用一样，酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶；

④局限性：提取液中还含有许多其他物质，无法直接对酶进行鉴定；    

提问: (1)你认为毕希纳只凭上面的实验，能不能说明酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用是一样的？（不能）

(2)那还应做怎样的实验？（对照实验。将酵母菌分成两等份，一份直接加入葡萄糖，另一份通过研磨、过滤等过程来进行，观察结果是否一样。）

(3)有人说毕希纳的研究成果与前人无关，你同意这样的观点吗？（不同意，正是由于巴士德、李比希的研究确定了争论的焦点，使得毕希纳的研究更加具有针对性）

(4)1926年，美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取脲酶并证明其是蛋白质。

(5)20世纪30年代，科学家们相继提取多种酶的蛋白质结晶。

(6)20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化功能。

 

3、酶的定义:

（1）酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物，其中绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA；

 

 

 

 

 

 

 

 

（2）对酶在细胞代谢中作用的理解

①酶只能催化热力学上允许进行的反应。

②酶通过降低活化能加快化学反应速率。

③在反应前后，酶的化学性质和数量将保持不变。

④酶既可在细胞内，也可在细胞外发挥催化作用。

⑤由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。

 

4、酶的作用：生物催化作用（降低化学反应的活化能）

①活化能的概念：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（活化能越大，反应就越不容易进行；反之就容易进行）。

②酶的作用机理分析：

A、无催化剂催化的反应曲线是②。

B、有酶催化的反应曲线是①。

C、表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是AC段。

D、表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是BC段。

E、酶降低的活化能是AB段。

F、若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则B点在纵轴上将向上移动。用加热的方法不能降低反应所需活化能,但会提供能量。

 

5、酶的特性

(1)高效性：与无机催化剂相比,酶降低化学反应活化能的作用更显著,催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。

注意：①酶和无机催化剂一样,只能缩短达到化学平衡所需要的时间,不能改变化学反应的平衡点。

②加酶与未加催化剂相比：说明酶具有催化作用。

③加酶与加无机催化剂相比：说明酶具有高效性。

④平衡点高低取决于底物数量(浓度)。

 

 

 

 

（2）专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

①物理模型——“锁和钥匙学说”。

图中A表示酶,B表示被A催化的底物,E、F表示B被分解后产生的物质,C、D表示不能被A催化的物质。酶和被催化的反应物分子都有特定的、相契合的结构。

②曲线分析。

a.加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同,说明酶B对此反应无催化作用。

b.加入酶A的反应速率比无酶条件下的反应速率明显加快,说明酶A对此反应有催化作用。

(3)作用条件较温和：

①酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。在最适温度和pH条件下,酶的活性最高,温度和pH偏高或偏低,酶的活性都会降低。

②过酸、过碱或温度过高,会使酶的空间结构遭到破坏,使酶永久失活。低温只是抑制酶的活性,不会破坏酶的空间结构,温度升高后酶可恢复活性。

 

6、影响酶促反应速率的因素。

(1)通过影响酶活性影响酶促反应速率的因素。

              

甲                                        乙

①甲曲线分析。

①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。

②过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子的结构未被破坏，温度升高可恢复活性。

②乙曲线分析。

Ａ、纵坐标为反应物剩余量(相对量),反应物剩余量越多,生成物越少,反应速率越慢;

Ｂ、图示pH=7时,反应物剩余量最少,该pH下的酶活性相对较高;

Ｃ、反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。

 

(2)直接影响酶促反应速率的其他因素。

底物浓度和酶浓度都是通过影响反应物与酶接触的面积来影响酶促反应速率的,并不影响酶的活性。

                                                     

 

 

 

 

　甲(在酶量一定的情况下)  　　　　　乙(在底物足量的情况下)                丙

①甲图:在其他条件适宜、酶量一定的情况下,酶促反应速率先随底物浓度增加而加快,当底物达到一定浓度后,受酶数量的限制,酶促反应速率不再增加。

②乙图:在底物足量、其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度成正比。

③丙图:其他条件适宜的情况下,酶量增加,酶促反应的底物饱和时对应的曲线上的a点应向右上移(对应b点位置)。

注意：酶促反应速率与酶活性不同。温度和pH通过影响酶活性，进而影响酶促反应速率。底物浓度和酶浓度也能影响酶促反应速率，但并未改变酶活性。

 

科学思维 :

1、影响酶活性的两种模型

如图表示抑制酶活性的两个模型,模型A中的抑制剂与底物竞争酶的活性位点,从而降低酶对底物的催化效应;模型B中的抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合,能改变酶的构型,使酶不能与底物结合,从而使酶失活。

　　

 

 

 

模型A　　　　                 模型B

研究发现某氨基酸能降低酶G的活性。请设计实验探究某氨基酸降低酶G活性的作用方式属于模型A还是模型B,简要写出(1)实验思路;(2)预期实验结果及结论。

提示　(1)实验思路:在酶G量一定的反应体系中加入某氨基酸,同时不断提高底物浓度,检测酶促反应速率变化。

(2)预期实验结果及结论：若酶促反应速率能恢复,则说明某氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型A;若酶促反应速率不能恢复,则说明某氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型B。

 

 

 

 

2、教材中具有“专一性”或“特异性”的物质归纳

 

 

 

 

 

 

 

 

3、模型建构法分析影响酶促反应的因素