高二生物必修第一册第三章第一节新陈代谢与酶；第二节新陈代谢与ATP 人教版.doc

高二生物必修第一册第三章第一节新陈代谢与酶；第二节新陈代谢与ATP 人教版【本讲教育信息】一. 教学内容：生命的物质基础（一）二. 学习内容：新陈代谢是生物最基本的特征，是生物与非生物最本质的区别。要将新陈代谢同普通的物理变化和化学变化区分开，新陈代谢是活细胞中发生的过程，是活细胞中全部有序的化学反应的总称；同时它又是一个受到生物体精细调控过程，能够非常高效的进行，所有这些都是与催化新陈代谢的酶的作用密切相关的。以后人们又将酶从活细胞内提取出来，使酶在更加广泛的领域里得到应用，这项技术就是酶工程。在新陈代谢的过程中，物质的变化始终伴随着能量的变化，而新陈代谢的能量变化与一种称为ATP的化学物质有着十分密切的关系。学好这一讲将为以后整个第三章的学习打下良好的基础。三. 重点与难点：（一）学习重点：1. 酶的概念2. 酶的催化作用特点3. 酶与新陈代谢的关系4. ATP的生理功能5. ATP与ADP的相互转化（二）学习难点：1. 酶的活性所需要的适宜条件2. 验证酶特性的实验3. ATP的形成途径四. 学习内容及疑难解析：（一）新陈代谢与酶：1. 酶的发现过程：（1）1783年意大利科学家斯巴兰让尼通过实验证明：胃液中一定含有消化肉块的化学物质，能够进行化学性消化。 斯巴兰让尼的实验目的：探索鸟类的胃里是否具有化学性消化作用。 斯巴兰让尼的实验设计：将肉块放入小巧的金属笼，让鹰将金属笼吞下，既保证肉块不受物理性消化的影响，同时胃液可流入笼内，具有化学性消化的可能。 斯巴兰让尼的实验结果：隔一段时间后，将小笼子取出，发现笼内的肉块消失了。 斯巴兰让尼通过对实验结果分析的分析，得出结论：胃内具有化学性消化作用。（2）1836年德国动物学家施旺通过实验：从胃液中提取出了消化蛋白质的物质，解开了胃的消化之谜。（3）1926年美国科学家萨姆纳通过实验：从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并证实其成分是蛋白质。由此指出酶是具有生物催化作用的蛋白质。（4）20世纪80年代以来美国科学家切赫和奥特曼通过实验发现：少数酶是RNA也具有生物催化作用。由此指出酶是具有生物催化作用的有机物。（5）疑难解析： 尽管施旺从胃液中提取出了消化蛋白质的物质，但不能证明这种物质的化学性质是蛋白质。 目前科学家发现的酶已有3000多种。其中绝大部分是蛋白质。但不是所有是酶都是蛋白质，少数酶的化学成分是RNA。 不是蛋白质都能称为酶，只有是活细胞中产生具有催化作用的蛋白质才称为酶，催化作用仅为蛋白质多种功能之一，酶仅仅是蛋白质家族的一员。 酶是活细胞产生的，但不一定只在活细胞内才能发挥作用，在生物体外一样能发挥其催化作用。如加酶洗衣粉。2. 酶的特性：作为一种催化剂，同无机化学催化剂一样，酶能够改变化学反应的速度，但不改变化学反应本身，同时酶本身在反应前后也不发生变化。作为一种生物催化剂，酶又许多有别于无机化学催化剂的特点。（1）高效性：与无机催化剂相比，酶的催化效率要高许多，具有高效性的特点：通常情况下，酶的催化效率是无机催化剂的1071013倍。例如：过氧化氢酶与都能催化过氧化氢分解为水和氧气，但过氧化氢酶与相比，过氧化氢酶的催化效率要高许多。每个碳酸酐酶分子每秒能够催化个与相同数量的结合，形成，比无机催化剂的催化效率高一百万倍。（2）专一性：同无机催化剂相比，酶还具有专一性的特点，即一种酶只能作用于一种底物，或一类分子结构相似的底物。例如：淀粉酶只能催化淀粉水解，对蔗糖不起催化作用。二肽酶可以水解任何两种氨基酸组成的二肽。3. 酶需要适宜的条件：同无机催化剂相比，酶的催化必需要有适宜的条件作保证。通常酶在一定的范围内才具有活性，超过了这个范围，就不再有催化能力，即酶失活，即使在活性范围内的酶，酶的催化能力也有高低之分，酶在改变某一环境条件下，活性也改变，当酶活性最高时，该环境条件称为最适条件，在此条件两侧，酶活性都将降低。影响酶的活性的因素主要是温度和酸碱度。温度和酸碱度对酶的活性的影响项目温度酸碱度过高酶的分子结构被破坏，失去活性酶的分子结构被破坏，失去活性过低酶的活性降低，但不失活酶的分子结构被破坏，失去活性偏高酶的活性降低，但不失活酶的活性降低，但不失活偏低酶的活性降低，但不失活酶的活性降低，但不失活（1）温度：在一定范围内，酶的催化能力随温度升高而增强（0），但超过，绝大多数酶就会失去活性，低温使活性降低，但分子结构未破坏，可恢复活性。（2）酸碱度：酶对环境中的pH十分敏感，酶只有在一定的pH范围内才能表现出活性，随pH不同，酶的活性波动很大，一般最适pH常在pH48之间，pH偏高或偏低和过酸，过碱，将导致酶的活性明显降低乃至失活，但不同的酶情况不一样。酶最适pH过氧化氧酶（肝）唾液淀粉酶脂肪酶胰蛋白酶胃蛋白酶6.86.88.38.0-9.01.5-2.2（3）疑难解析： 高温常破坏酶的分子结构而导致酶失活，低温也能使酶活性急剧下降，但酶的分子结构未被破坏，因此温度过低只能影响酶的活性，不能使酶彻底失去活性，当温度恢复到适宜湿度时，酶的活性还可以恢复。 在这里请同学们注意：胃蛋白酶的最适pH值在1.5-2.2之间。4. 酶的作用原理：在上图中，A在反应前后未发生改变，B反应后生成了C和D。因此A代表酶，B代表反应物，CD则代表B反应后的生成物。上图表示的是酶催化反应的原理，即“锁和钥匙学说”：酶对于它所能催化的底物有严格的选择，它只能催化一定结构或者一些结构近似的化合物，酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物。实际上，科学研究发现，当底物与酶结合时，酚分子上的某些基团常常发生明显的变化，其结构可发生改变，在底物作用下，酶受诱导而形成与底物互补的形状，构象改变以后，酶与底物契合，催化反应进行。反应结束后，随着反应底物的分解，酶与底物分离，恢复其空间构象。5. 酶工程简介：（1）酶工程的概念：将酶所具有的生物催化功能，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。（2）酶工程的内容：主要包括酶制剂的生产和酶制剂的应用。 酶制剂的生产：主要包括以下四个步骤：A. 酶的生产。B. 酶的提取。C. 酶的分离纯化。D. 制成非固定化酶制剂或制成固定化酶制剂。 酶制剂的应用：A. 用于治疗疾病：项目作用药理溶菌酶抗菌和消炎分解病原菌的细胞壁尿激酶治疗血栓活化溶纤维蛋白酶原B. 用于加工和生产一些产品：a. 用于食品加工：例如：果胶酶：可用于澄清果酒和果汁。b. 用于药品生产：如青霉素酰化酶。作用：将青霉素的母核与侧链水解开。应用：成批地生产青霉素的母核。青霉素 氨卞青霉素C. 用于化验诊断和水质检测a. 用于化验诊断：例如尿糖试纸和血糖快速测试仪。b. 用于水质检测：多酚氧化酶传感器可以测定出水中质量分数仅为的酚。D. 用于生物工程的其他分支领域：生产生物工程的工具酶。例如a. 用于基因工程：限制性内切酶和连接酶。b. 用于细胞工程：纤维素酶。（二）新陈代谢与ATP：ATP是三磷酸腺苷的英文缩写，是普遍存在于生物体内的高能磷酸化合物。在水解时释放的能量达20.92KJ/mol以上的磷酸化合物称为高能磷酸化合物，而ATP水解时释放的能量则高达30.54KJ/mol。1. ATP的生理作用：ATP是生物体进行新陈代谢所需能量的直接来源。对于生命而言，能量是其能够正常进行生命活动的根本，有了能量生物体就可以完成各种活动。事实上，只有通过ATP的过渡，绿色植物才能将光能转变为化学能贮存到糖类等有机物中；而生物体内有机物分解所释放的能量，也必须转移到ATP中才能被生物体的各项生命活动所利用。在所有这些过程中，伴随着ATP与ADP的转变，生物体不断地进行着能量的贮存、释放、转移和利用，ATP就象是在各种细胞间流通着的“能量货币”，保证了生物体生命活动的正常进行。2. ATP的结构简式：APPP其中A代表腺苷：由腺嘌呤和核糖组成。P代表磷酸基团代表高能磷酸键3. ATP与ADP的相互转化：（1）ATP分子中远离A的那个高能磷酸键，在一定条件下很容易水解，此过程称为能量的利用。既ATP水解时释放的能量，是生物体维持细胞分裂，根吸收矿质元素和肌肉收缩，维持体温等生命活动所需能量的直接来源。（2）ATP分子中远离A的那个高能磷酸键，也容易生成，此过程称为能量的转移。所转移的能量来自呼吸作用或光合作用。（3）ATP在细胞内的含量是很少的，但是ATP与ADP在细胞内的相互转化十分迅速。细胞内的ATP的不断消耗，又不断生成，含量总是处在动态平衡之中，从而保证了细胞供能的稳定。4. ATP的形成途径：光合作用、呼吸作用。对人和动物来说，ADP转化成ATP所需能量来自呼吸作用；对绿色植物而言，则来自呼吸作用和光合作用。5. 疑难解析：（1）糖类是生物体的主要能源物质；脂肪是生物体内储存能量的主要物质；糖类和脂肪这些能源物质中的能量最终都来源于太阳能；ATP是生物体进行新陈代谢所需能量的直接来源。（2）ATP与ADP的相互转化不能理解为可逆反应，因为： ATP与ADP的相互转化时所需的酶不一样：催化ATP形成ADP + Pi 是水解酶，催化ADP + Pi形成ATP是另一种酶。 ATP形成ADP + Pi 时放出的能量不能再次用于合成ATP，只能用于生物体的各项生命活动。ADP + Pi形成ATP时所需的能量来自呼吸作用或光合作用。（3）细胞内形成ATP的场所包括：线粒体、叶绿体和细胞质的基质。（4）ATP中远离A的那个高能磷酸键含有的能量是30.54kj，一摩尔葡萄糖完全氧化分解能够释放2870KJ的能量，其中1161KJ的能量可以被生物体的各项生命活动所利用，共形成38个ATP（30.54 38 = 1161），其余的能量（1709KJ）则以热能的形式散失。 【典型例题及分析点评】例1 胃液中的蛋白酶，进入小肠后，催化活性大大降低，由于： A. 酶的催化作用只能发挥一次。 B. 小肠内的温度高于胃内温度。 C. 肠内的pH值比胃内pH值高。 D. 小肠内的pH值比胃内pH值低。分析：胃液呈酸性，而肠液呈碱性，对胃蛋白酶而言，最适pH值为，在肠内碱性环境中活性很低，甚至被其它蛋白酶水解。答案：C例2 在不损伤植物细胞内部结构的情况下，去除其细胞壁最好的方法是：A. B. C. 淀粉酶D. 纤维素酶分析：本题考察植物细胞壁成份纤维素和果胶，同时须掌握酶的专一性，即用纤维素酶处理，既可破坏细胞壁也不会对其它细胞成分造成破坏。答案：D例3 关于酶的性质，下列表述中错误的一项是： A. 化学反应前后，酶的化学性质和数量不变。 B. 一但离开活细胞，酶就失去催化能力。 C. 酶是活细胞产生的具有催化能力的一类特殊有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA。D. 酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱条件影响。分析：酶在体外条件下，只要环境适宜活性可保持并得到最大发挥，这是酶工程的基础，实际我们的消化道环境就是外环境。答案：B例4 根据反应式：，以下说法正确的是： A. 物质