專題5細(xì)胞代謝第1講：酶、ATP在細(xì)胞代謝中的作用1.ATP的結(jié)構(gòu)及與能量代謝的關(guān)系（1）ATP的結(jié)構(gòu)腺嘌呤核糖三個（T）磷酸基團(tuán)（P）腺苷(A)一磷酸腺苷（RNA的基本組成單位之一）二磷酸腺苷三磷酸腺苷①結(jié)構(gòu)示意圖②結(jié)構(gòu)簡式A–P~P~PA表示：________P表示：________~表示：________腺苷磷酸基團(tuán)特殊化學(xué)鍵（2）ATP的功能①ATP是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)由于兩個相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因,使得這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定,末端磷酸基團(tuán)有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢也就是具有較高的轉(zhuǎn)移勢能。人教版-新教材-必修1-P86當(dāng)ATP在酶的作用下水解時,脫離下來的末端磷酸基團(tuán)挾能量與其他分子結(jié)合,從而使后者發(fā)生變化。長句表達(dá).(必修1P86正文)ATP中含有3個磷酸基團(tuán),磷酸基團(tuán)帶有負(fù)電荷。請從電荷間的相互作用角度解釋ATP分子中遠(yuǎn)離腺苷的那個特殊的化學(xué)鍵容易斷裂的原因是什么？由于兩個相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因,使得這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定,末端磷酸基團(tuán)有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢,因而遠(yuǎn)離腺苷的那個特殊的化學(xué)鍵容易水解

教材拓展科學(xué)家發(fā)現(xiàn),一種化學(xué)結(jié)構(gòu)與ATP相似的物質(zhì)GTP(鳥苷三磷酸)也能為細(xì)胞的生命活動提供能量,請從化學(xué)結(jié)構(gòu)的角度解釋GTP也可以供能的原因是什么？

含有兩個特殊化學(xué)鍵,遠(yuǎn)離鳥苷的特殊化學(xué)鍵容易水解斷裂,釋放能量。

串聯(lián)整合明確ATP與核酸的關(guān)系

注意：不是唯一的直接能源物質(zhì)，還有UTP、GTP、CTP、dTTP、dATP必修1-P88（2）ATP的功能②ATP的供能機(jī)制例、載體蛋白的磷酸化——主動運(yùn)輸中ATP供能的原理（2）ATP的功能②ATP的供能機(jī)制例、載體蛋白的磷酸化——主動運(yùn)輸中ATP供能的原理由于載體被磷酸化，空間結(jié)構(gòu)改變，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的逆濃度轉(zhuǎn)運(yùn)。由于載體去磷酸化，空間結(jié)構(gòu)恢復(fù)?！就卣埂枯d體蛋白的磷酸化與去磷酸化 ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)等分子磷酸化，這些分子被磷酸化后，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，活性也被改變，因而可以參與某種化學(xué)反應(yīng)。去磷酸化過程與之相反，但兩者不是可逆反應(yīng)。

如圖所示：磷酸化和去磷酸化可給予或去除某種酶或蛋白質(zhì)的某種功能，在生物代謝調(diào)控過程中有重要作用。A-P+BA+ATPA-P+ADPA-B+Pi高能量狀態(tài)較高能量狀態(tài)較低能量狀態(tài)反應(yīng)物+ATP反應(yīng)物+ATP磷酸化反應(yīng)物+ADP磷酸化反應(yīng)物產(chǎn)物

+Pi【小結(jié)】ATP作為直接能源物質(zhì)的機(jī)理分析：ATP從哪里來？吸能反應(yīng)主動運(yùn)輸胞吞胞吐肌肉收縮生物發(fā)光物質(zhì)合成……放能反應(yīng)③ATP的水解與合成過程①ATP水解需要水解酶的參與②ATP合成需要合成酶的參與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體有機(jī)物中的化學(xué)能吸能反應(yīng)總是與____________相聯(lián)系，放能反應(yīng)總是與____________相聯(lián)系.ATP的水解ATP的合成ATP在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通，是細(xì)胞內(nèi)的能量“貨幣”【小結(jié)】ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化十分迅速特點(diǎn)1：保證了細(xì)胞中少量的ATP，可以實(shí)現(xiàn)大量能量的供應(yīng)。特點(diǎn)2：ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制，在所有生物的細(xì)胞內(nèi)都是一樣的體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性，為生物有共同祖先提供了證據(jù)。特點(diǎn)3：ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化不是可逆反應(yīng)物質(zhì)可逆，但能量不可逆ATP合成和ATP水解的酶、場所、能量的來源是不同的20世紀(jì)50年代，研究者發(fā)現(xiàn)ATP在神經(jīng)系統(tǒng)的信息傳遞中可以作為一種興奮性的神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮作用，并且在內(nèi)臟、中樞及外周神經(jīng)系統(tǒng)等多個部位的細(xì)胞質(zhì)膜上發(fā)現(xiàn)了ATP受體，可見ATP還是一種能在細(xì)胞間傳遞信息的信號分子。知識拓展：ATP還是一種能在細(xì)胞間傳遞信息的信號分子目前，ATP作為藥物，主要利用的是其信號分子的作用。ATP注射液是一種用于心功能不全、腦出血后遺癥等疾病的輔助治療藥物細(xì)胞代謝定義：細(xì)胞中每時每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。主要場所：細(xì)胞質(zhì)代謝類型物質(zhì)代謝能量代謝酶是什么？請總結(jié)酶本質(zhì)的探索歷程，從而概述酶的定義？離不開酶酶是什么？第二階段：發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA階段一：發(fā)現(xiàn)了酶的存在1、酶在細(xì)胞代謝中的作用

2.酶在細(xì)胞代謝中的作用（1）酶的化學(xué)本質(zhì)RNA

蛋白質(zhì)核糖核苷酸氨基酸［易錯提醒］

哺乳動物成熟的紅細(xì)胞不能產(chǎn)生酶。酶是一種生物催化劑，它的作用機(jī)理是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。如果把化學(xué)反應(yīng)比作駕車翻越一座高山，加熱加壓相當(dāng)于給汽車加大油門，用催化劑則相當(dāng)于幫司機(jī)找到一條穿山隧道。2.酶在細(xì)胞代謝中的作用（2）酶的作用機(jī)理*活化能是指分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。能量反應(yīng)過程①②③④底物產(chǎn)物無催化劑加無機(jī)催化劑加酶無機(jī)催化劑和酶所需的活化能分別是_________在圖中標(biāo)出酶降低的活化能例1、酶催化機(jī)理的曲線①和②意義2.酶在細(xì)胞代謝中的作用（3）酶的特性①高效性②專一性③作用條件較溫和酶與無機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。保證細(xì)胞內(nèi)及時的物質(zhì)和能量代謝①與②對照說明酶具有高效性①與③對照不能說明酶具有高效性2.酶在細(xì)胞代謝中的作用（3）酶的特性①高效性②專一性③作用條件較溫和酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)底物的結(jié)構(gòu)與酶的活性中心相吻合原理使細(xì)胞代謝能夠有條不紊的進(jìn)行意義“鎖和鑰”假說“誘導(dǎo)契合”假說整個過程中酶的結(jié)構(gòu)都沒有改變酶與底物結(jié)合后，其結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，當(dāng)產(chǎn)物釋放后，酶的結(jié)構(gòu)又恢復(fù)原狀，可重新與新的底物結(jié)合(重復(fù)利用)。酶在反應(yīng)前后結(jié)構(gòu)沒有改變保證了細(xì)胞代謝在溫和條件下進(jìn)行意義2.酶在細(xì)胞代謝中的作用（3）酶的特性③作用條件較溫和過酸過堿高溫低溫酶的空間結(jié)構(gòu)破壞酶失活(不可逆)酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定酶活性抑制(可恢復(fù))長時間注：恒溫動物體內(nèi)酶的活性不會隨著外界溫度變化而變化。酶在適宜溫度和適宜pH下活性最高。酶制劑在____________________條件下保存。低溫和適宜的pH時間時間產(chǎn)物濃度底物濃度①無催化劑②加無機(jī)催化劑③加酶①②③③②①時間產(chǎn)物濃度①②③時間底物濃度③②①①某種酶(pH=5.0)②某種酶(pH=8.0)③某種酶(pH=7.0)例2、自變量為時間的曲線底物濃度酶促反應(yīng)速率①②③P①~③：酶數(shù)量或酶的活性逐漸增加例3、自變量為底物濃度的曲線P點(diǎn)的限制因素：QQ點(diǎn)的限制因素：酶的數(shù)量和酶的活性底物的濃度①底物A濃度酶促反應(yīng)速率②①加酶A，②不加酶或加酶B①②③底物濃度酶促反應(yīng)速率③不加抑制劑(對照組)①加非競爭性抑制劑②加競爭性抑制劑③自變量為底物濃度的曲線底物濃度酶促反應(yīng)速率③酶活性正常(對照)③②①②加激活劑①加抑制劑(非競爭)拓展·酶的抑制劑(常分為競爭性抑制劑和非競爭性抑制劑)【小結(jié)】影響酶促反應(yīng)速率的因素：實(shí)質(zhì)1、溫度3、酶的濃度4、底物濃度2、pH5、酶的抑制劑酶的競爭抑制劑酶的非競爭性抑制劑酶、載體、激素、抗體比較酶載體激素抗體化學(xué)本質(zhì)特性飽和性————重復(fù)利用作用絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)胺類固醇類蛋白質(zhì)高效性專一性特異性高效特異性特異性具有飽和性具有飽和性可重復(fù)利用可重復(fù)利用不可重復(fù)利用不可重復(fù)利用與底物結(jié)合進(jìn)行催化與物質(zhì)結(jié)合進(jìn)行運(yùn)輸與受體結(jié)合傳遞信息與抗原結(jié)合進(jìn)行免疫【比較】酶、載體和信息分子酶

+底物底物-酶復(fù)合物酶+產(chǎn)物載體

+物質(zhì)物質(zhì)-載體復(fù)合物物質(zhì)+載體信息分子信息分子-受體復(fù)合物受體信息分子滅活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞核特定基因表達(dá)改變+受體相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)引起產(chǎn)生高效性、專一性、可飽和特異性、可飽和微量高效、特異性3.相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)3.相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)3.相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)提醒

檢驗(yàn)酶的最適作用條件，如溫度或最佳劑量，要設(shè)置溫度梯度或濃度梯度。保證反應(yīng)從一開始就是預(yù)設(shè)的溫度。即：先分別保溫，再分別混合目的【注意事項(xiàng)】【易錯提示】①加熱不能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，但是可以為反應(yīng)提供能量。②酶可以重復(fù)多次利用，不會立即被降解。③檢驗(yàn)蛋白酶對蛋白質(zhì)的水解時應(yīng)選用蛋白塊，通過觀察其消失情況得出結(jié)論，因蛋白酶本身也是蛋白質(zhì)，不能用雙縮脲試劑鑒定。④酶既可以作為催化劑，又可以作為另一個化學(xué)反應(yīng)的底物。提醒

酶既可以作為催化劑，又可以作為另一個化學(xué)反應(yīng)的底物?！練w納拓展】1.有關(guān)酶的驗(yàn)證、探究或評價性實(shí)驗(yàn)題解題策略

2.模仿補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟,分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1)當(dāng)已給的實(shí)驗(yàn)步驟有多個變量時,通過拆分法,減少實(shí)驗(yàn)變量,遵循單一變量原則,構(gòu)建多組實(shí)驗(yàn),模式如圖所示。

(2)當(dāng)自變量到因變量的邏輯推理因中間環(huán)節(jié)被忽視而難以得出結(jié)論時,再加入某些因素處理進(jìn)行設(shè)計(jì),進(jìn)一步確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的發(fā)生是自變量處理所致,模式如圖所示。細(xì)胞中每時每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)細(xì)胞代謝統(tǒng)稱為離不開酶酶的作用酶的本質(zhì)酶的特性影響因素絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)少數(shù)是RNA催化作用作用機(jī)理降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能高效性專一性作用條件溫和(適宜的溫度和pH)底物產(chǎn)物酶底物濃度酶的濃度酶的活性產(chǎn)物濃度溫度pH抑制劑酶促反應(yīng)放能反應(yīng)吸能反應(yīng)能量+ADP+PiATPADP+Pi+能量細(xì)胞呼吸光反應(yīng)物質(zhì)合成主動運(yùn)輸肌肉收縮生物發(fā)光暗反應(yīng)細(xì)胞的能量“貨幣”組成結(jié)構(gòu)簡式供能機(jī)制【歸納總結(jié)】1.(2024·廣東湛江二模)鹽酸同唾液淀粉酶一樣,可以促進(jìn)淀粉的水解,同時作為胃酸的成分,為胃蛋白酶活性的發(fā)揮提供適宜的酸性環(huán)境。下列說法錯誤的是(

)A.胃蛋白酶的最適pH小于唾液淀粉酶的B.相比于鹽酸,唾液淀粉酶為淀粉的水解提供的活化能更多C.用唾液淀粉酶和胃蛋白酶分別作用于淀粉,可驗(yàn)證酶的專一性D.在唾液淀粉酶和胃蛋白酶的加工成熟過程中,均需要用到囊泡運(yùn)輸B2.(2024·浙江溫州二模)在研究兩種不同來源淀粉酶的催化活性與溫度的關(guān)系時,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制如圖曲線。下列相關(guān)分析正確的是(

)A.對溫度的適應(yīng)范圍酶1較酶2小B.降低化學(xué)反應(yīng)活化能的效率酶1較酶2高C.在T1時酶變性速率酶1較酶2快D.若兩種酶同時使用,則最適溫度為T2A3.(2024·湖南衡陽二模)酶分子作為高效催化劑,使細(xì)胞代謝能在常溫、常壓等較溫和條件下快速地進(jìn)行。一些吸能反應(yīng)所需能量并不是由葡萄糖等氧化分解直接提供的,往往要依賴ATP和ADP之間的快速轉(zhuǎn)化這一生物界共有的能量供應(yīng)機(jī)制。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.有酶催化的反應(yīng)一般不需要ATP供能B.ATP和某些酶分子具有類似的分子基團(tuán)C.相同條件下,酶的催化能力比無機(jī)催化劑強(qiáng)