第一节《ATP和酶》word学案一 苏教版生物必修1

第1节 ATP和酶

学习目标
1.解释：ATP是细胞内的能量“货币”。
2.举例说明酶的特性和酶促反应的过程。
3.探究影响酶活性的因素。
学习提示
ATP的生理功能，酶的概念及催化特点是本节的重点，ATP和ADP之间的相互转化是本节的难点。
学习过程
一、ATP的结构简式
ATP也叫三磷酸腺苷、腺三磷。ATP的分子结构比较复杂，它的结构式是：
 
“～”代表水解时产生高能的键
二、ATP与ADP的相互转化
生活细胞在生命活动中无时无刻不需要能量供应，可以理解ATP的消耗是可观的，ATP形成依靠 反应不断在转化中产生能量，同时也靠它不断补充自己。定量测定表明，细胞内ATP的含量是比较平稳的。这种相对稳定的浓度如何能满足某些细胞生命活动的需要呢？
例如处于强烈运动的肌肉细胞对ATP的大量需要，这就要求ATP和ADP转换速度能够随细胞活动的需要而不断变化。细胞合成ATP的速度受细胞消耗ATP速度的调控，ADP的含量对ATP的合成速度起直接的调控作用。细胞内有一系列的调节系统，一方面提供细胞所需的ATP，另一方面使ATP仍能维持相对恒定的水平，这就是动态平衡。ATP和ADP的相互转化不是可逆的，因为反应的酶和能量的形式都不同。例如ATP水解成ADP、Pi的过程中所释放的能量可以用于：①机械能；②电能；③渗透能；④化学能；⑤光能；⑥热能。
三、酶的特性
科学研究表明，所有的酶在适宜的条件下，都能使生物体内复杂的化学反应迅速地进行，而酶本身并不发生变化。我们知道生物体外有许多化学反应需要无机催化剂才能进行，那么，酶与无机催比剂相比，具有什么不同的特点呢？酶作为催化剂参加一次化学反应之后，酶分子立即恢复到原来的状态，继续参加反应，所以一定量的酶在短时间内能催化大量的底物发生反应。
1.酶具有高效性
生物体内的大多数反应，在没有酶的情况下，几乎是不能进行的，即使像CO2与水的合成作用这样简单的反应也是通过体内碳酸酐酶催化的。
 
2.酶具有专一性
唾液淀粉酶只能催化淀粉水解，对蔗糖则不起催化作用。应该说明的是，生物体内有些酶能够催化某些分子结构相近的物质。这就是说，酶的催化作用具有专一性的特点。
一种酶只能作用于某一类或某一种特定的物质。这就是酶作用的专一性。通常把被酶作用的物质称为该酶的底物。所以也可以说一种酶只作用于一种或一类底物。而一般的无机催化剂没有这么严格的选择性。氢离子可以催化淀粉、脂肪和蛋白质的水解，而淀粉酶只能催化淀粉糖苷键的水解。蛋白酶只能催化蛋白质的肽键的水解，脂肪酶只能催化脂肪酯键的水解，而对其他类物质则没有催化作用。
3.酶需要适宜的条件
酶的化学本质除有催化活性的RNA之外几乎都是蛋白质。到目前为止，被人们分离纯化研究的酶已有数千种，经过物理和化学方法的分析，证明了绝大多数酶的化学本质是蛋白质。酶是由细胞产生的生物大分子，凡能使生物大分子变性的因素，如高温、强酸、重金属盐等都能使酶失去催化活性，因此酶所催化的反应往往都是比较温和的常温、常压和接近中性酸碱条件下进行。例如：生物固氮在微生物中是由固氮酶催化的，通常在27℃和中性条件下进行，每年可从空气中将亿吨左右的氮固定下来。而在工业上合成氨，需要在500℃，几百个大气压下才能完成。
（1）温度对酶活性的影响
大多数化学反应的速率都和温度有关，酶催化的反应也不例外。如果在不同温度条件下进行某种酶反应，然后将测得的反应速率相对于温度作图，即可得到如右图所示的钟罩形曲线。从图上曲线可以看出，在较低的温度范围内，酶反应速率随温度升高而增大，但超过一定温度后，反应速率反而下降，因此只有在某一温度下，反应速率达到最大值，这个通常就称为酶反应的最适温度。每种酶在一定条件下都有其最适温度。一般讲，动物细胞内酶的最适温度在35～40℃，植物细胞中酶的最适温度稍高，通常在40～50℃之间，微生物中酶的最适宜温度差别较大，如DNA聚合酶的最适温度可达到70℃。
温度对酶促反应速率的影响表现在两个方面：一方面是当温度升高时，与一般化学反应一样，反应速率加快。另一方面由于酶是蛋白质，随着温度升高，使酶蛋白逐渐变性而失活，引起酶反应速率下降。酶所表现的最适温度是这两种影响的综合结果。酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不会使酶破坏。温度回升后，酶又可以恢复活性。临床上低温麻醉便是利用酶的这一性质以减慢组织细胞的代谢速度，提高机体对氧和营养物质缺乏的耐受性，低温保存菌种也是基于这一原理。
（2）pH对酶活性的影响
酶的活力受环境pH的影响，在一定pH下，酶表现最大活力，高于或低于此pH，酶活力降低，通常把表现出酶最大活力的pH称为该酶的最适pH。
各种酶在一定条件下都有其特定的最适pH,因此最适pH是酶的特性之一，但酶的最适pH不是一个常数，受许多因素影响，随底物种类和浓度，缓冲液种类和浓度的不同而改变，因此最适pH只有在一定条件下才有意义。pH影响酶活力的原因可能有以下几个方面：①过酸或过碱可以使酶的空间结构破坏，引起酶构象的改变，酶活性丧失。②当pH改变范围不很大时，酶虽未变性，但活力受到影响，pH影响了底物的解离状态，或者使底物不能和酶结合，或者结合后不能生成产物，pH影响酶分子活性部位上有关基因的解离，从而影响与底物的结合或催化，使酶活性降低，也可能影响到中间络合物ES的解离状态，不利于催化生成产物。
（3）酶促反应
由酶催化的化学反应称为酶促反应。
四、边做边学
实验一：讨论  答案：新鲜酵母菌液中含有过氧化氢酶，与蒸馏水形成对照实验，结果表明过氧化氢酶能催化过氧化氢分解。
实验二：讨论  1.答案：能确定  生成麦芽糖
2.答案：专一性

 
知识阅读
新奇的生物催化剂
1982年美国生物化学家西卡在《细胞》杂志上发表一篇论文，他宣布自己已发现生物催化剂的新成员。这个消息像长了翅膀一样传遍了世界，被称为一项激动人心的发现。
什么是生物催化剂？
任何生物的生存，每时每刻都要进行一系列的化学变化，这些化学变化的总称叫做新陈代谢。虽然，生物体内的化学变化既多又复杂，但是它们只在常温常压下完成，例如有一种叫做根瘤菌的微生物，它在常温、常压下能把空气中的氮气固定下来，使之成为植物需要的含氮化合物，而人们要做到这一点，则需要几百大气压和几百度的高温。
那么生物体为什么有这些本领呢？
原来，生物体内广泛存在一种特殊催化剂——酶，它能有效地降低参加化学反应的各分子的活化能，使生物能够快速高效地完成各种复杂反应，例如植物的光合作用，牛吃草变成牛奶，牛奶变酸，淀粉发酵，食物消化……无一不是在酶参加下发生和完成的，因此长期以来科学家把酶称为生物催化剂，它算得上一个老牌生物催化剂了。

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