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2019-2020年高一生物 4.1《ATP和酶》學案 蘇教版必修1 【學習目標】 1.解釋ATP是細胞內(nèi)的能量“貨幣”。 2.舉例說明酶的特性和酶促反應的過程。 3.解釋影響酶活性的因素。 【重難點提示】 重點：ATP的生理功能，酶的概念及催化特點 難點：ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化 【學習展示】 生物體內(nèi)時時刻刻都進行著 。新陳代謝一旦停止，生命也就結(jié)束了。 是生物最基本的特征，是生物與非生物 的區(qū)別。 一、新陳代謝與ATP： [知識梳理] 閱讀教材，完成并記住如下內(nèi)容. 新陳代謝不僅需要酶，而且需要______。______是細胞的主要能源物質(zhì)，_____是生物體內(nèi)儲存能量的物質(zhì)。但是，這些有機物中的能量都不能直接被生物體利用，只有在細胞中隨著這些有機物逐步氧化分解而釋放出來，并且儲存在______中才能被生物利用。_______是新陳代謝所需能量的___________。 1、ATP的結(jié)構(gòu)簡式 ATP是_______ __的英文縮寫符號，高能磷酸化合物是指水解時釋放的能量在 以上的磷酸化合物，ATP水解時釋放的能量高達 。 ATP的結(jié)構(gòu)式可以簡寫成_______ ________。簡式中的____代表腺苷，腺苷由 和 組成，如果腺苷上加上一個磷酸基就是 核苷酸。 2、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化 ATP分子中______A的那個高能磷酸鍵，在一定的條件下很容易水解，也很容易重新形成。 在ATP與ADP的轉(zhuǎn)化中，ATP的第____個高能磷酸鍵位于末端，能很快地水解斷裂，釋放能量，同樣，在提供能量的條件下，也容易加上第_____個磷酸使ADP又轉(zhuǎn)化為ATP，轉(zhuǎn)化式可表示為 ，其中ATP的水解酶與合成酶 同一種酶。ATP在細胞內(nèi)的含量是_____的。ATP在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化是十分迅速的。細胞內(nèi)ATP的含量總是處在___________之中，對于構(gòu)成生物內(nèi)部穩(wěn)定的供能環(huán)境，具有重要意義。 3、ATP的形成途徑 對于動物和人來說，ADP轉(zhuǎn)化成ATP時所需要的能量，來自_________________，對于綠色植物來說，ADP轉(zhuǎn)化成ATP時所需要的能量，來自__________和__________。構(gòu)成生物體的活細胞，內(nèi)部時刻進行著ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，同時也就伴隨有能量的 _和 。故把ATP比喻成細胞內(nèi)流通著的“ ”。 [思考討論] 1、ATP中有哪些磷酸鍵？ATP在細胞中很少，如何實現(xiàn)源源不斷供應能量的？ 2、ATP 徹底水解后可以得到哪些成分？ 3、推測能產(chǎn)生ATP的場所有哪些？ 二、新陳代謝與酶: [知識梳理] 閱讀教材，完成并記住如下內(nèi)容. 新陳代謝是生物體內(nèi)全部 的化學變化的總稱，其中的每一個化學變化都是在 作用下進行的。 1、酶的發(fā)現(xiàn)： 美國科學家薩姆納通過實驗證實酶是一類具有_ ，科學家切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù) 也具有生物催化作用。總之，酶是_______產(chǎn)生的一類_______________ ___的_________，胃蛋白酶、唾液淀粉酶等絕大多數(shù)的酶是______，少數(shù)的酶是RNA。 2、酶的特性 科學研究表明，所有的酶在一定的條件下，都能使生物體內(nèi)復雜的化學反應迅速地進行，而酶本身______ 。實驗說明，過氧化氫酶和Fe3+的催化效率不同，一般地說酶的催化效率是無機催化劑的 倍，說明酶的催化作用具有 性的特點。 實驗說明，淀粉酶只能催化________，對蔗糖則不起作用，確切地說每一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學反應。酶的催化作用具有________的特點。 實驗說明，________、________以及________和________，都影響淀粉酶的活性，_______、_______和_______都能使酶分子結(jié)構(gòu)遭到破壞而_______。除上述原因外，影響酶促反應的因素還有 、__ __等。 [思考討論] 1、為什么酶具有高效性？ 2、用圖像模型說明酶具有專一性？ 3、為什么酶的活性容易受環(huán)境的溫度、PH的影響？ [交流思路] [例1] 下列關(guān)于酶的敘述，不正確的是 A．酶的催化效率很高 B．酶大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少量是RNA C．酶只有在細胞內(nèi)才具有催化功能 D．淀粉酶不能催化麥芽糖分解成葡萄糖 [例2] 下列關(guān)于“ATP ADP+Pi +能量”反應式的敘述．正確的是 A．反應式物質(zhì)可逆，能量不可逆 B．反應式能量可逆，物質(zhì)不可逆 C．兩者均可逆 D．生物體內(nèi)，ADP轉(zhuǎn)變成ATP所需能量都來自呼吸作用 【知識歸納】 第1節(jié) ATP和酶 A、 基礎訓練 一、ATP： 1、高等植物體內(nèi)產(chǎn)生ATP的生理過程有 A.呼吸作用、滲透作用 B.呼吸作用、蒸騰作用 C.光合作用、主動運輸 D.光合作用、呼吸作用 2、生物體內(nèi)既能貯存能量,又能為生命活動直接提供能量的物質(zhì)是 A.葡萄糖 B.糖原 C.三磷酸腺苷 D.脂肪 3、下列生命現(xiàn)象中不伴有ATP消耗的是 A．神經(jīng)沖動的傳導 B．植物細胞吸收水分 C．葡萄糖在小腸中被吸收 D．根尖生長點細胞有絲分裂 4、ATP是生物體內(nèi)的高能化合物。人和動物的生命活動所需要的ATP主要通過________________作用釋放的能量來合成。植物體內(nèi)ADP轉(zhuǎn)化成ATP所需要的能量主要來自________________作用和________________作用。ATP中________________水解，釋放能量用于生命活動。 二、酶： 1.血液凝固是一系列酶促反應過程,采集到的血液在體外下列哪一種溫度條件下凝固最快 A.0℃ B.15℃ C.35℃ D.25℃ 2．酶是活細胞產(chǎn)生的。下列關(guān)于酶的論述錯誤的是 A．有些酶是核酸 B．酶的數(shù)量因參與化學反應而減少 C．酶的活性與pH有關(guān) D．酶的催化效率很高 3．催化脂肪酸水解的酶是 A 肽酶 B 蛋白酶 C 脂肪酸 D 淀粉酶 4、在適宜的條件下，用含有過氧化氫酶的鮮豬肝研磨液催化過氧化氫分解，比用FeCl3溶液催化過氧化氫分解的速度快得多，這說明與無機催化劑相比，酶具有的特性是 A．專一性 B．多樣性 C．高效性 D．適應性 B、提升探究 1、下圖縱軸為酶反應速度，橫軸為底物濃度，其中正確表示酶量增加1倍時，底物濃度和反應速度關(guān)系的是 （ ） 2．右圖表示某種動物消化酶的催化反應速度與溫度之間關(guān)系的曲線是 A.① B.② C.③ D.④ 實驗題訓練 1、下列A、B、C三圖依次表示酶濃度一定時，反應速度和反應物濃度、溫度、pH值的關(guān)系。請據(jù)圖回答下列問題： （1）圖A中，反應物達到某一濃度時，反應速度不再上升，其原因是 。 （2）圖B中，a點所對應的溫度稱 。 （3）圖B中，a點到b點曲線急劇下降，其原因是 。 （4）將裝有酶與反應物的甲、乙現(xiàn)兩試管分別放入12℃和75℃水浴鍋中，20分鐘后取出轉(zhuǎn)入37℃的水浴鍋中保溫，兩試管內(nèi)反應分別應為甲 ，乙 。 （5）圖C表示了 催化反應的速率變化曲線。 A、唾液淀粉酶 B、胃蛋白酶 C、胰蛋白酶 D、植物淀粉酶 2、用蛋清制備一定量的混濁液，然后用其進行下列實驗。實驗處理和結(jié)果如下表所示。根據(jù)實驗結(jié)果回答： 實驗一 單位：mL 處理 試管號 1 2 3 4 水 2 0 0 0 蛋清混濁液 0 2 2 2 A酶溶液 1 1 1 0 煮沸后冷卻的A酶溶液 0 0 0 1 稀鹽酸溶液 0.5 0.5 0 0.5 碳酸鈉溶液 0 0 0.5 0 37℃水浴30min 結(jié)果 無變化 液體變清 無變化 無變化 實驗二 單位：mL 處理 試管號 5 6 7 8 水 2 0 0 0 蛋清混濁液 0 2 2 2 B酶溶液 1 1 1 0 煮沸后冷卻的B酶溶液 0 0 0 1 碳酸鈉溶液 0.5 0.5 0 0.5 稀鹽酸溶液 0 0 0．5 0 37℃水浴30min 結(jié)果 無變化 液體變清 無變化 無變化 （1）A酶發(fā)揮作用所需要的pH環(huán)境為____________；B酶發(fā)揮作用的pH環(huán)境為____________。 （2）第4管和第8管液體不發(fā)生變化的原因是________________________。 （3）如果第2管反映的是胃內(nèi)的消化過程，那么A酶是____________，蛋清的分解產(chǎn)物主要是____________。 （4）如果第6管代表小腸內(nèi)消化過程，且B酶由多種消化酶組成，其消化產(chǎn)物能否被吸收?為什么?________________________。 3、胰蛋白酶作用于一定量的某種物質(zhì)（底物），溫度保持，pH保持在最適值，生成物量與反應時間關(guān)系如下圖，請回答下列問題： （1）該酶作用的底物是______________。 （2）在140分鐘后，曲線變成水平，這是因為______________________________________。 （3）若增加胰蛋白酶濃度，其他條件不變，請在原圖上畫出生成物量變化的示意曲線。 （4）若胰蛋白酶濃度和其他條件不變，反應液pH值由2逐漸升高到10，則酶催化反應的速度將_____________，原因是_____________________________________________。 （5）下圖中能正確表示胰蛋白酶對底物的分解速度和溫度關(guān)系的是 4、為了研究酶的有關(guān)特性，取兩支潔凈的試管并編號為A、B，各注入2mL體積分數(shù)3％的H2O2溶液；再向A管滴人2滴3.5％FeCI3溶掖，向B管滿人2滴質(zhì)量分數(shù)20％的肝臟研磨液；堵住管口，輕輕振藹；用點燃但無火焰的衛(wèi)生香檢驗；觀察并記錄結(jié)果。 (1)本實驗的主要目的是探索 (2)如果兩支試管的現(xiàn)象均不明顯，從實驗材料分析，原因可能是 。 (3)過氧化物酶也能催化H2O2的分解，產(chǎn)生的[O]能使溶于水的無色焦性沒食子酸氧化生成橙紅色沉淀。為了鑒定馬鈴薯塊莖是否含有過氧化物酶，設計了如下實驗。 參照上圖所給信息，回答下列問題。 ①3號試管內(nèi)加入的物質(zhì)是 。 ②設計2號試管作為對照的具體目的是 。 ③如果2號試管未產(chǎn)生顏色反應，則出現(xiàn)橙紅色沉淀的是第 號試管。 5、荔枝是著名的嶺南佳果．其果皮中存在多酚氧比酶，多酚氧比酶能夠氧化果皮中的一些無色物質(zhì)，形成褐色物質(zhì)。這是引起采后荔枝果皮褐變的原因之一．褐變的發(fā)生嚴重影響了荔枝的深鮮效果：果皮褐變面積百分率．常作為荔枝保鮮效果的指標，在不考慮其它因素影響褐變的前提下，利用上述現(xiàn)象．以荔枝果皮褐變面積百分率為多酚氧化酶活性的指標，某同學設計了一個實驗，旨在探究溫度對荔枝果皮內(nèi)多酚氧化酶活性的影響。 (1)請補充下列實驗設計中空缺的內(nèi)容： ①設計溫度梯度：5℃、lO℃、15℃、20℃、25℃、30℃ ②確定測量指標：荔枝果皮褐變面積百分率； ③選擇同一品種、 和成熟度一致且無機械損傷的新鮮荔枝果實，將其分成 組，每組數(shù)量 ，裝入保鮮袋并作好標簽后．分別放入相應溫度的恒溫箱中； ④經(jīng)過5天后，取出荔枝果實．測定并記錄褐變面積． （2）請據(jù)右圖分析實驗結(jié)果：_________ (3)請結(jié)合上述實驗結(jié)果，指出對荔枝具有較好保鮮效果所需的溫度范圍。 (4)削皮后的蘋果和馬鈴薯容易發(fā)生褐變，請據(jù)此分析要選擇無機械損傷的荔枝果實為實驗材料的原因_________ (5)在完全無氧條件下，多酚氧化酶將無法催化上述的褐變反應過程。如果在此條件下．荔枝果皮不會發(fā)生褐變，可否在此條件下貯藏荔枝?為什么?______________________ (6)除上述溫度、氧和機械損傷以外．還有哪些因素影響果蔬保鮮效果，請?zhí)岢鰞煞N相應的保鮮措施。 答案 1-9 D/C/B/BD/A/B/D/D/B 10答案: 呼吸 光合 呼吸 高能磷酸鍵 1-10 C/B/B/A/C/C/D/A/B/9．（8分） （1）在該實驗中，只有在恒溫的條件下，才能排除溫度因素對結(jié)果的干擾（1 分），37℃是唾液淀粉酶起作用的適宜溫度（2分）。 （2）淀粉已完全分解（1分）。（3）提高唾液的稀釋倍數(shù)（1分）。（4）唾液淀粉酶的最適pH值6.8（2分），高于或低于此pH時，酶活性逐漸降低（1分）。 10、（1）受反應液中的酶濃度的限制（寫酶不足也給分） （2）酶反應的最適溫度（3）溫度升高使酶活性下降 （4）速度加快 無催化反應（5）C 11答案：（9分）（1）酸性堿性（2）高溫煮沸使A酶及B酶均失去活性（或答酶失去活性）（3）胃蛋白酶多肽（4）能吸收蛋清已被分解成氨基酸 12答案：（8分）（1）見右圖 （2）實驗結(jié)果預測及分析：一段時間后， ①袋內(nèi)外液體均不變藍，表明淀粉和碘均不能通過； ②袋內(nèi)外液體均變藍，表明淀粉和碘均能通過； ③袋內(nèi)液體變藍，袋外液體不變藍，表明碘能通過，淀粉不能通過； ④袋外液體變藍，袋內(nèi)液體不變藍，表明碘不能通過，淀粉能通過。 （注：結(jié)果預測應與實驗設計一致） 13答案:（7分）（1）蛋白質(zhì) （2）底物量一定，底物已被消耗盡 （3）見右圖 （4）不變 在pH2時酶已經(jīng)失活 14、(10分) (1)酶的高效性（過氧化氫酶和Fe”催化效率的高低） (2)H2O，溶液放置時間過長而分解 (3)2m1焦性沒食子酸溶液，2淌H2O2溶液，2mL馬鈴薯塊莖提取液 ②排除馬鈴薯塊莖提取液中的其他物質(zhì)對實驗結(jié)果的影響 ③3 15、（11分） （1）大小，6，相等； （2）分析：在5～30℃范圍內(nèi)，荔枝果皮褐變面積百分率隨溫度升高而增加，表明果皮內(nèi)多酚氧化酶活性隨溫度的升高而增強。 （3）0～15℃。 （4）機械損傷的荔枝易發(fā)生褐變，從而影響實驗結(jié)果的準確性。 （5）不可以。因為在完全無氧條件下，果實的有氧呼吸停止，但無氧呼吸明顯加強，造成酒精的大量積累，從而對細胞造成毒害，引起果實腐爛。 （6）①控制水分如采用薄膜包裝或表面噴涂果蠟等； ②防止微生物感染如采后對果蔬進行殺菌處理。 B．提升探究 閱讀下列材料，回答問題 在對癌癥的研究過程中，許許多多的科學家們付出了大量的努力。勞斯在研究一種雞的肉瘤（一種癌）時，做了下面的實驗：他把雞的肉瘤組織取出來磨成液體，用一種特別的“篩子”過濾，這種裝置連最小的細胞也通不過。然后把過濾液注射到健康的雞體內(nèi)，結(jié)果健康的雞很快長出了肉瘤。 （1）根據(jù)以上內(nèi)容，推測勞斯當時提出的觀點是 。 （2）這個觀點為以后 致癌因子的提出提供了證據(jù)。 （3）請你設計一個實驗，來研究某種具體的物理或化學因子是否有可能致癌。（寫出主要實驗思路） 【學科資料精編】 新奇的生物催化劑 1982年美國生物化學家西卡在《細胞》雜志上發(fā)表一篇論文，他宣布自己已發(fā)現(xiàn)生物催化劑的新成員。這個消息像長了翅膀一樣傳遍了世界，被稱為一項激動人心的發(fā)現(xiàn)。 什么是生物催化劑？ 任何生物的生存，每時每刻都要進行一系列的化學變化，這些化學變化的總稱叫做新陳代謝。雖然，生物體內(nèi)的化學變化既多又復雜，但是它們只在常溫常壓下完成，例如有一種叫做根瘤菌的微生物，它在常溫、常壓下能把空氣中的氮氣固定下來，使之成為植物需要的含氮化合物，而人們要做到這一點，則需要幾百大氣壓和幾百度的高溫。 那么生物體為什么有這些本領呢？ 原來，生物體內(nèi)廣泛存在一種特殊催化劑——酶，它能有效地降低參加化學反應的各分子的活化能，使生物能夠快速高效地完成各種復雜反應，例如植物的光合作用，牛吃草變成牛奶，牛奶變酸，淀粉發(fā)酵，食物消化……無一不是在酶參加下發(fā)生和完成的，因此長期以來科學家把酶稱為生物催化劑，它算得上一個老牌生物催化劑了。 酶是蛋白質(zhì)，廣泛存在于生物體內(nèi)，至今人類已發(fā)現(xiàn)xx多種酶，其中被提純、結(jié)晶的有100種，作為商品生產(chǎn)的有120種，已在工業(yè)上應用的有60多種。所以長期以來人們總以為生物催化劑只有酶這一“家”，別無分號。 西卡的新發(fā)現(xiàn) 1982年的春天，西卡在研究一種名叫嗜熱四膜蟲的單細胞微生物中，發(fā)現(xiàn)這種微生物的核糖體中的前面一段核糖核酸（西卡稱之為“前體核糖核酸”），能夠自我拼接，也可以環(huán)化斷鍵。開始西卡以為一定有酶在幫助核糖核酸反應，但是他經(jīng)過多次分析，把一切現(xiàn)代化辦法都用上，還是沒有發(fā)現(xiàn)任何蛋白質(zhì)存在，這使西卡想到，難道生物體內(nèi)還存在一種非酶生物催化劑嗎？ 經(jīng)過一番細致研究后，他發(fā)現(xiàn)這種前體核糖核酸（簡稱pre-RNA）有如下催化特性：它催化效率很高，能有效地降低分子活化能，從而使共價鍵破裂和再生；它有很大選擇性，在核糖核酸130個部位中只使兩個特定部位斷鍵；它對溫度和溶液的酸堿度十分敏感，在高溫和強酸、強堿下往往會失去活性。西卡的這一系列發(fā)現(xiàn)，都說明前體核糖核酸是一種新的生物催化劑。 與酶的異同 酶和前體核糖核酸都是生物催化劑，所以在催化特點上有很多相似之處。主要相同的地方是都有嚴格的專一性，一般來說，它們只能促進少數(shù)同類物甚至僅一種物質(zhì)、一個部位的化學變化，有時對被催化物質(zhì)的空間構(gòu)型也有選擇性。另外相同的是高效性，它們不僅催化效率都很高，而且都不需要高溫和高壓等條件。最后一點相似的地方，是兩者都是十分敏感的物質(zhì)，例如溫度和溶液酸堿度，對它們催化活性影響很大，一般超過一定溫度就失去活性，而且某些金屬的鹽和某些負離子往往會降低以致破壞它們的催化作用。 那么，酶和前體核糖核酸有沒有不同之處呢？ 有的，它們的組成不一樣，酶都是蛋白質(zhì)，而前體核糖核酸是核酸。在催化特性上也有不同的地方，酶在催化作用后本身組成不變，而且活性往往能夠恢復。而前體核糖核酸發(fā)揮催化作用后就會失去活力，而催化后本身組成往往也改變了，并且不能恢復。 前途無量 西卡發(fā)現(xiàn)新的生物催化劑的意義是很大的，這不僅打破了認為生物催化劑只有酶一“家”的傳統(tǒng)觀念，尤為重要的是，西卡的發(fā)現(xiàn)給生命的起源和演變提供了一個新的線索?？梢韵胂笤诘厍蛟己Ｑ罄?，當形成核酸后，它就可能催化自身變化，這對揭開生命的秘密，又得到一把“金鑰匙”。同時它也給人們一個啟示，核酸類催化劑，能否也像酶那樣有幾百甚至幾千種呢？