第一节《ATP和酶》word学案二 苏教版生物必修1

（2）酶的专一性
    酶的专一性是指每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。
    阐述：酶促反应具有高度的特异性（专一性），即一种酶只能催化一种反应或一组密切相关的反应，酶对底物的专一性要求很高，有时甚至只催化一种底物的反应。如淀粉酶只能催化淀粉分解成麦芽糖而不能催化麦芽糖分解成葡萄糖。酶的专一性与酶是蛋白质有关，每种蛋白质都有特定的空间结构，酶催化反应时，酶蛋白分子首先与底物分子结合，但酶分子与底物分子能否结合，取决于酶分子的活性部位与底物分子在空间构象上是否对应，或经底物诱导后能否与底物分子结合。酶与底物分子结合时，底物能诱导酶分子的构象发生变化，使酶分子能与底物很好地结合形成酶－底物的复合物，从而发生催化作用。酶与底物相互作用形成的酶－底物复合物这一过程十分重要，在实验室内进行一个化学反应，首先要给予活化能，所以需要加热。酶促反应不需要加热，不必给以活化能。这是因为酶和底物的相互作用要释放一些结合能，以使酶－底物复合物稳定。而有了结合能的释放，酶就可用来降低化学反应的活化能了。
酶促反应的速率与pH、温度、酶的浓度、底物浓度、反应产物的浓度等有密切关系。 1、温度对酶的影响
酶促反应的正常进行需要适宜的温度。在最适温度条件下，酶的催化能力最高。温度对酶催化能力的影响可用如图所示的曲线表示。

阐述：在较低温度时，随着温度的升高，酶的活性也逐渐提高，达到最适温度时，酶的催化能力最高，但高于最适温度后酶的催化能力会迅速下降，最后完全失去催化能力，即温度对酶催化能力的影响在最适温度两侧的曲线是不对称的。其原因是低温不破坏蛋白质的分子结构，只是酶的催化能力下降；高温会导致蛋白质分子发生热变性，而蛋白质的变性是不可逆的，酶蛋白变性后酶的功能就会完全丧失。不同的温度需要的最适温度是不同的，一般来讲，在人体内酶的最适温度为37℃，对变温动物来说，体内酶的最适温度相对低一些。对植物来说，分布在高纬度地区的植物，其体内酶的最适温度较低，分布在低纬度地区的植物，体内酶的最适温度高一些。
2、pH值对酶的影响
酶促反应的正常进行需要适宜的pH值。在适宜的pH值条件下，酶的催化能力最高。pH值对酶催化能力的影响可用如图所示的曲线表示。

阐述：酶的催化能力的发挥有一个最适pH值，在低于最适pH值时，随着pH值的升高，酶的催化能力也相应升高，高于最适pH值时，随着pH值的升高，酶的活性逐渐下降，在最适pH值两侧的曲线基本是对称的。pH过高或过低也会使蛋白质变性，当蛋白质变性后，酶也就完全丧失了催化的能力。不同的酶需要的最适温度是不同的，如人胃液中的胃蛋白质的最适pH值为1.8左右，唾液淀粉酶的最适pH值为7左右，溶酶体中酶的最适pH值约为5左右。
3、酶的催化能力与时间的关系（如图曲线所示）

阐述：即使在最适温度和pH值的条件下，酶的催化能力也不是一成不变的，酶在“工作”了一段时间后会发生“钝化”现象，即催化能力开始下降，最后失去催化能力，酶促反应的速度与时间的关系如图曲线所示。这些严重钝化或失去催化能力的酶在细胞中水解酶的作用下会被分解成氨基酸，氨基酸可以再度合成蛋白质。
4、酶促反应速度与底物浓度的关系（如图曲线所示）

    阐述：酶促反应的速度与底物浓度的有关系是：在酶量一定的条件下，在一定范围内会随着底物浓度的增加，反应速度也增加，但达到一定浓度后酶促反应的速度也就不再增加了，原因是酶饱和了。

拓展阅读
有关ATP
1997年诺贝尔化学奖的一半授予了美国的保罗•博耶和英国的约翰•沃克，以表彰他们在研究腺苷三磷酸合成酶如何利用能量进行ATP再生方面所取得的成就。
三磷酸腺苷（ATP）的分子结构很复杂，它的结构简式如下：

ATP的分子为C10H16O13N5P3，分子量是507，ATP与ADP的转化式可表示为：
ATP     ADP+Pi+能量。ADP再脱去一个磷酸根形成一磷酸腺苷（简称AMP），AMP是构成RNA的一种腺嘌呤核糖核苷酸。磷酸在ATP的功能中起着非常重要的作用。两个磷酸之间（也就是P与P之间）用“～”符号表示的化学键，是一种特殊的化学键。这种化学键断裂时，放出的能量是正常的化学键放出的能量的2倍以上（如每摩尔的高能磷酸键放出的能量约29.29~41.84千焦，而一般的P—O键只放出能量8.37～20.92千焦.
    从低等的单细胞生物到高等的人类，能量的释放、贮存和利用，都是以ATP为中心的。生物体进行各项生理活动所需要的能量，大都直接地来自于ATP，有些则间接地来源于ATP。总之，它们都通过ATP来供应能量。生物体的各种组织细胞中，各含有一定数量的ATP。而当细胞中的ATP浓度过高是时，生物体可以将ATP的高能磷酸键中的能量转移给肌酸，以生成磷酸肌酸（CP）这种化合物。此反应可简写成：ATP+C        ADP+CP。磷酸肌酸可作为一种辅助能源在动物的肌肉中贮存。

让纤维素焕发青春
为什么纤维素没有像蔗糖、淀粉一样被人类广泛利用呢？原来，这与它的结构有关。纤维素分子中的葡萄糖是由β-1，4糖苷键连接而成的。一个纤维素分子大约含有几百个到15 000个葡萄糖分子。依靠纤维素酶酶解，纤维素能逐渐被分解成为寡糖、双糖和单糖，但人体内缺乏纤维素酶，因而人体无法直接利用纤维素。
要想充分利用纤维素，首先需要有大量的纤维素酶。好在纤维素酶在自然界分布很广，许多微生物（主要是霉菌和细菌）都能生产纤维素酶。目前，微生物发酵已经是大规模生产纤维素酶的主要途径。
目前，各国科学家在纤维素酶解工艺方面的研究非常活跃。实验表明，这些工艺一方面需要创造较好的水解条件，如将原料充分粉碎，加强酶与底物的接触，使酶解过程更加容易，另一方面需要有活力较高的纤维素酶。为了进一步提高纤维素酶解的产量和质量，现在的关键是选育纤维素酶的高产菌种，从而让纤维素也像蔗糖、淀粉一样被人类广泛利用，焕发青春。

蛋白催化剂
现在我们可以把酶简单地定义为有机催化剂。化学家们开始着手分离酶，想看看它们究竟是些什么样的物质。麻烦的是，在各种细胞和天然液体内，酶的含量都非常小，而且所得到的提取物总是混合物，很难分清其中哪些是酶，哪些不是酶。
许多生物化学家曾经猜测酶就是蛋白质，因为稍微加热，酶的特性很容易被破坏，就像使蛋白质变性一样。但是，在20世纪20年代，德国生物化学家威尔施泰特报道说，某些纯化了的酶溶液（他认为他已经从中去掉了所有的蛋白质），表现出明显的催化作用。他的结论是：酶不是蛋白质，而是比较简单的化学物质，它实际上可能是利用蛋白质作为载体分子。当时大多数生物化学家都站在威尔施泰特一边，他是诺贝尔奖金获得者，享有很高的威望。

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