第一讲 细胞代谢中的酶和ATP

参 考：
1、取两块质地、奶渍含量相同的布料，进行编号（1号、2 号）。 2、取两只脸盆进行编号（1号、2号），放入等量的水，在1
号盆放入2勺加酶洗衣粉，2号盆放入2勺普通洗衣粉，进
行充分的搅拌、溶解。 3、将1号布料放入1号盆，2号布料放入2号盆，观察奶渍去 除情况。
实验设计
实验设计中要注意的几个问题： （1）实验采取的方法：对照实验 （2）控制变量： 实验变量（自变量）：酶 反应变量（因变量）：奶渍的去除效果 无关变量：水、布料等
酶的来源
酶的功能 酶的化学成分
大部分酶是蛋白质，有数是RNA。
化学本质 绝大多数是蛋白质 氨基酸 合成原料 合成场所 核糖体
少数是RNA 核糖核苷酸 细胞核(真核生物)
来源
作用场所 生理功能
一般来说，活细胞都产生酶 细胞内\外或生物体外均可
生物催化作用
降低化学反应的活化能
作用原理
（一）酶具有高效性
2 H2O2 → 2 H2O + O2
1.常温下反应 加入试管直接观察 酒精灯加热 滴加FeCl3溶液 猪肝研磨液
2.加热
3.Fe3+做催化剂 4.过氧化氢酶
比较过氧化氢在不同条件下的分解速率
步骤 一 二
H2O2 浓度
1
3% 2ml
试管编号 2 3
3% 2ml 3%
4
3%
说明 变量
无关变量
剂量 反应条件
ATP从何而来呢？
2.ATP形成：
ADP + Pi +能量
ATP合成酶
ATP
转化过程 ATP
酶I 酶 II
ADP +Pi +能量
A-P~P~P
能量
(ATP)
酶
图中的两种酶 酶 是否相同 ？
能量
Pi
A-P~P
(ADP)
Pi
思考
• ATP在生物体内的含量多吗？ • ATP不多，那么生物是怎样满足能量需要的？
4.下图示酶促反应，甲、乙、丙、丁中属于 酶的是（ ）
B
A
A、甲
B、乙
C、丙
D、丁
糖类 是生物体进行生命活动的主要能源物质。
脂肪 是细胞内良好的储能物质。
细胞中的糖类、脂肪等有机物都储存着化学能
这其中的能量能不能直 接被生物体利用呢？
萤火虫发光器
用小刀将数十只萤火虫的 发光器割下,干燥后研磨成粉末, 取三等份分别装入三支试管,各 加入少量水使之混合,置于暗处,
1mol H2O2由常态变为活跃的状态时需要吸收
75 KJ的热量，这75 KJ就是每mol H2O2的活化能
分子从常态转变为容易发生化学反应的活 跃状态所需要的能量称为活化能。单位J/mol
加热 主要特点
能 量
无机 催化剂 ………………
活 降低反应所需的活化能 化 能 条件 活化能 本身的量与化学性质不变
二磷酸腺苷
ATP（水解）酶
酶
A –P ～ P + Pi + 能量
即
ATP ADP + Pi + 能量
为各项生命 活动提供能量
1、一个人在剧烈运动状态下，每分钟约有 0.5kg的ATP分解释放能量，供运动所需。一个 成年人在安静的状态下，24h内竟有40kg的ATP 被水解。
2、肌肉收缩的直接能源物质是ATP。但在体内 存在的ATP的量是很少的。在人体安静状态时，肌 肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2s所需的能量。
υ/mmol. s-1

在一定范围内，温度升高，酶 的活性随之增强；最适温度时， 酶的活性达到最强。高温破坏 酶的空间结构，从而使酶的活 性丧失。 低温影响酶的活性，但不会破 坏酶的空间结构，温度升高到 适温后，仍能恢复活性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0
最适温度
t/℃
酶活性受温度影响示意图
动物体内的酶最适温度：35-40℃ 植物体内的酶最适温度：40-50℃
酶量一定
底物浓度
课堂练习:
1. 同一个体内的各类活细胞所含有的酶（ A、种类有差异，数量相同 B、种类有差异，数量不同 C、种类无差异，数量相同 D、种类无差异，数量不同 2.细胞内合成酶的主要的场所是（ A.细胞质 C.核糖体 B. 线粒体 D. 内质网
B）
C）
3.催化脂肪酶水解的酶是（ ） A. 肽酶 B. 蛋白酶 C. 脂肪酶 D. 淀粉酶
胰蛋白酶最适pH：7.8-8.4
脂肪酶最适pH：8.3
动物体内的酶最适pH：6.5-8.0
植物体内的酶最适pH：4.5-6.5
高温、低温、过酸和过碱对酶 活性的影响其本质相同吗？
不同。过酸、过碱或高温，会使酶 的空间结构遭到破坏，使酶永久失活； 低温使酶活性明显下降，但在适宜温 度下其活性可以恢复。
酶的催化效率大约是无机催化剂的107~1013倍。 比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率
少量肝脏 研磨液
为什么4号试管的反应速率比3号试管快得多？ 说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。
这对细胞有什么意义？
酶的高效性是细胞代谢顺利进行的保证。
酶还具有什么特性吗？
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用
酶起催化作用需要怎样的条件？
（三）酶的作用条件较温和
1）适宜的温度
2）适宜的pH值
探究影响酶活性的条件
1．温度对酶活性的影响 (1)原理解读
？
？
②温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解。滴 加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判
断酶的活性。
(2)实验设计思路
(3)实验设计程序 淀粉 淀粉酶
pH对酶活性的影响
υ/mmol. s-1
在一定条件下，每一种 酶在某一个pH时活性最 大，这个pH称为该酶的 最适pH 。 过酸、过碱都会使酶变 性，使酶丧失活性；酶在 最适pH值时，活性最强。
0
最适pH
pH
酶活性受pH影响示意图
常见的几种酶的最适pH
唾液淀粉酶最适pH：6.8
胃蛋白酶最适pH：1.5
加酶洗衣粉
成分：蛋白酶0.2%，清洁剂15%。
用法：洗涤前先将衣物浸于加有适量洗衣粉
的水内一段时间，使用温水效果最佳。切
勿用60度以上的热水。注意，切勿用于丝 质及羊毛衣料；用后须彻底清洗双手。
试一试：
实验目的：验证加酶洗衣粉的去污效果显著。
材料：有奶渍的布料、加酶洗衣粉、普通洗衣
粉、脸盆、水、量勺。 请同学们根据实验目的及所给的实验材 料设计实验步骤。
比较过氧化氢在不同条件下的分解速率
2 H2O2 → 2 H2O + O2
实验原理：过氧化氢酶和Fe3+能催化过氧化氢形成水
和氧。
目的要求：通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快
慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。
实验器材：3.5%的氯化铁溶液、20%的新鲜肝脏 研磨
液、3%的过氧化氢溶液、卫生香等。
酶在细胞代谢中的作用
步骤 1 2 试管1 试管2
2ml淀粉溶液
2ml蔗糖溶液
各加入淀粉酶2滴，振荡， 60℃水浴，保温5min 加2ml斐林试剂，振荡，水浴加热 出现砖红色沉淀 无砖红色沉淀
3
结果
（二）酶具有专一性
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 （如二肽酶可以水解由任意两种氨基酸组成的 二肽。）
口腔里有唾液淀粉酶，为什么塞进 牙缝里的肉丝两天后还没被消化?
问题探讨
斯帕兰扎尼实验
讨论：
1、这个实验要解决什么问题？
2、是什么物质使肉块消失了？ 3、怎样才能证明你的推测？
一、酶的作用和本质
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应， 1.细胞代谢：
统称为细胞代谢。是生命活动的基础。
合成代谢（同化作用） 分解代谢（异化作用） 2.酶在代谢中的作用 生活中的酶„„
3.影响酶活性的曲线
★影响酶促反应速率的因素：
1、温度 2、pH 3、酶的浓度：在有足够反应物 和其他因素适宜的情况下，酶 促反应速率与酶浓度成正比。 4、底物（反应物）浓度： 在一定浓度范围内，反应 速率随浓度的升高而加快， 但达到一定浓度，反应速 率不再变化。
酶 促 反 应 速 率
酶的浓度
酶 促 反 应 速 率
一 H2O2 浓度 剂量 二 反应条件 剂量
对照组
1 3%
2ml
实验组 试管编号 2 3
4
3%
2ml
说明
无关变量
3%
2ml
3%
2ml
常温
90℃ FeCl3
较多
肝脏研 磨液 自变量
2滴清水 2滴清水 2滴
2滴
大量
结 气泡产生 不明显 少量 果 卫生香燃烧 不复燃 不复燃 结论
变亮 复燃 过氧化氢在不同条件下的分解 速率不一样
ATP与ADP的转化非常迅速，为生 物提供能量 时刻不停地发生、处于动态平衡
ATP和ADP的相互转化是否是 可逆反应？
为什么说这不是一个可逆反应？
可逆反应的特点： 正逆反应都在同一条件下进行．
1、从反应条件上看：反应条件不同。 2、从能量上看：能量来源不同。 3、从ATP的合成和分解场所上看： 场所不同，合成场所是细胞质基质、线粒体和叶绿 体。分解场所是细胞膜、叶绿体基质、细胞核等。
/ kJ.mol-1 反应物 75 无催化剂催化 参与反应，不提供能量
用胶态铂催化 54 产物
过氧化氢酶
29 反应进程
过氧化氢酶和Fe3+促使过氧化氢分解，但它们并未供 加入催化剂相当于给汽车找到了一条穿山隧道
给过氧化氢能量，而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。
二、酶的特性
酶的概念: 是 活细胞 产生的 具有生物催化作用的 有机物。
各自在所控制的温度下处理一段时间 淀粉与相应温度的淀粉酶混合 在各自所控制的温度下保温一段时间 滴加碘液，观察颜色变化
(4)实验的变量分析 自变量 因变量 淀粉分解量的多 少(用是否出现 蓝色及蓝色深浅 表示) 无关变量 淀粉和淀粉酶的 量、溶液的pH、 反应时间等
温度
温度对酶活性的影响
• 在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的最 适温度。
因变量
酶在细胞代谢中的作用
各条件使反应加快的本质：
加热： 提高分子的能量
Fe3+： 降低化学反应的活化能
酶： 更显著地降低化学反应的活化能 正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温 和的条件下快速进行。
1.对盛有过氧化氢的试管加热和加入催化 剂，都能够促进其分解，下列相关的叙述 正确的是 ( A) A．二者的基本原理是不同的 B．前者是使过氧化氢分子的能量提高，而 后者不影响过氧化氢分子的能量 C．二者都可以降低过氧化氢分子的活化能 D．酶和Fe3＋的作用原理是不同的
3. ATP中大量化学能储存在(
A、腺苷内 C．腺苷与磷酸基团连接键内
D
)
B．磷酸基团内 D．高能磷酸键内
思考
ATP供能是哪一个高能磷酸键先发生水解， 释放能量？这个高能磷酸键稳定吗？
A–P~P~P
远离Ａ的那个高能磷酸键 不稳定,易水解
二、ATP和ADP可以相互转化
1.ATP的水解过程
A – P ～ P ～P
ATP结构简式：
A—P~P~P
高能磷酸键
腺嘌呤 腺苷 (A)
P
核糖
普通化学键
~ ~
P
P
磷酸基团 （P）
2、ATP即三磷酸腺苷，是各种活细胞内普遍 存在的一种高能磷酸化合物
ATP的结构式
腺嘌呤
核糖 磷酸基团 腺苷 (A)
练一练1
1.ATP的结构式可以简写为（ B ） A、A—P—P~P B、A—P~P~P C、A~P~P—P D、A~P~P~P 2.一分子ATP中含有的腺苷、磷酸基团和高能磷酸键 数目依次是（ C ）。 A、1，2，2 C、1，3，2 B、1，2，1 D、2，3，1
（市售的α-淀粉酶：50-75℃）
2.pH对酶活性的影响 (1)原理解读（过氧化氢酶） ？
②pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用 点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成 量的多少。
(2)实验设计程序
取n支试管
→ 分别加入等量的质量分数为3%的过氧化氢溶
→ 用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH(如5.5、6.0、 6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0) → 分别滴加等量的同种新鲜的质量分数为20%的肝 脏研磨液 → 用点燃但无火焰的卫生香来检验氧气的生成情况。
可见试管内有淡黄色荧光出现,
约过15分钟荧光消失。
科学实验 探究生命活动的直接能源
0.1%葡萄糖溶液5ml ATP制剂5ml 蒸馏水5ml
1
2
3
葡萄糖
生物的生命活动
可以直接提供能量？
ATP
存折能直接买东西吗？
人民币呢？ 细胞利用能量也是如此：
葡萄糖不能直接利用，我们把它比作是存折；ATP
就相当于可在细胞内方便流通的“货币”，简称
2ml
2ml
常温
90℃ FeCl3
大量 较多
肝脏研 磨液 自变量
剂量
2滴清水 2滴清水 8滴 2滴
2滴
大量
结 气泡产生 不明显 少量 果 卫生香燃烧 不复燃 不复燃 结论
复燃 复燃 变亮 过氧化氢在不同条件下的分解 速率不一样
因变量
y=kx+z y=k·x
比较过氧化氢在不同条件下的分解速率 对照实验 步骤
“通货”。那么，这种细胞内的“货币”结构如 何？它是怎样在细胞内“流通”的？
第2课时 细胞的能量“通货” ——ATP
1、生物体内ATP为什么能够直 接供能？
一、ATP分子中具有高能磷酸键
学生阅读P88思考？
1、ATP的中文名称是什么？ 三磷酸腺苷 2、ATP的结构简式如何书写？
3、ATP简式中A、P、～分别代表什么？