2022-2023學(xué)年蘇教版（2019）必修一 3.1 生命活動(dòng)需要酶和能源物質(zhì) 課件（44張）

生物（蘇教版）高中生物必修一第三章細(xì)胞中能量的轉(zhuǎn)換和利用第1節(jié)生命活動(dòng)需要酶和能源物質(zhì)炎炎烈日之下，巖石變得很燙，這是因?yàn)檎丈湓趲r石上的光能轉(zhuǎn)變成熱能，而組成巖石的分子并未發(fā)生化學(xué)變化。巖石旁邊的植物同樣遭到暴曬，卻并未變得發(fā)燙。是不是植物不吸收光能呢？當(dāng)然不是。植物的葉片不但能吸收光能，而且能通過(guò)光合作用，將一部分光能轉(zhuǎn)變成儲(chǔ)存在有機(jī)物中的化學(xué)能。細(xì)胞的生命活動(dòng)是需要能量來(lái)驅(qū)動(dòng)的。太陽(yáng)能是幾乎所有生命系統(tǒng)中能量的最終源頭。外界能量進(jìn)入細(xì)胞，并為細(xì)胞所利用，都要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞是如何通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)獲取和利用能量的呢？第三章細(xì)胞中能量的轉(zhuǎn)換和利用17世紀(jì)上半葉海耳蒙特完成雨水澆灌柳樹(shù)實(shí)驗(yàn)1864年薩克斯證明植物的光合作用合成淀粉1880年恩格爾曼證明植物的光合作用釋放氧氣20世紀(jì)初邁爾霍夫和希爾發(fā)現(xiàn)肌肉中能時(shí)代謝的理化機(jī)制1926年薩姆納制得結(jié)晶脲酶，證明酶是蛋白質(zhì)1929年洛曼和菲斯克等分離出ATP1937年克雷布斯提出檸檬酸循環(huán)（三羧酸循環(huán)）1944-1953年艾克爾斯闡明神經(jīng)元之間的信息傳遞機(jī)制1952年霍奇金和赫胥黎提出質(zhì)膜離子通道概念1978-1982年奧爾特曼和切赫發(fā)現(xiàn)具有催化功能的RNA（核酶）陽(yáng)光下，葉綠體的光合作用高效進(jìn)行，才會(huì)有“接天蓮葉無(wú)窮碧，映日荷花別樣紅”的勝景；碧波里，蓮藕細(xì)胞選擇吸收了生長(zhǎng)發(fā)育所需的無(wú)機(jī)鹽，才為蓮贏得了“出淤泥而不染，灌清漣而不妖”的美譽(yù)；微風(fēng)中，亭亭的蓮葉葉柄“中通外直，不蔓不枝”，才使得細(xì)胞呼吸順利進(jìn)行。在生命綻放的過(guò)程中，酶和ATP扮演了怎樣的角色？信息交流起到了什么作用？物質(zhì)和能量在生命系統(tǒng)中發(fā)生了哪些復(fù)雜的轉(zhuǎn)化呢？第1節(jié)生命活動(dòng)需要酶和能源物質(zhì)01酶的作用和本質(zhì)一、細(xì)胞代謝和酶促反應(yīng)1.細(xì)胞代謝——細(xì)胞中每時(shí)每刻都在進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)胞代謝。2.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。3.酶促反應(yīng)——由酶催化的化學(xué)反應(yīng)稱(chēng)為酶促反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)比較過(guò)氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解酶的作用和意義。2H2O2→2H2O+O21.常溫下反應(yīng)2.加熱3.Fe3+做催化劑4.過(guò)氧化氫酶豬肝研磨液加入試管直接觀察酒精燈加熱滴加FeCl3溶液比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率二、酶在代謝中的作用步驟試管編號(hào)說(shuō)明1234一二

結(jié)果結(jié)論比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3新鮮肝臟研磨液2滴清水2滴清水2滴2滴不明顯少量較多大量不復(fù)燃不復(fù)燃變亮復(fù)燃過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣反應(yīng)條件自變量因變量無(wú)關(guān)變量變量H2O2濃度劑量劑量氣泡產(chǎn)生衛(wèi)生香燃燒對(duì)照實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率2.實(shí)驗(yàn)操作步驟（1）取4支潔凈的試管，分別編上序號(hào)1、2、3、4,向各試管內(nèi)分別加入2mL過(guò)氧化氫溶液，按序號(hào)依次放置在試管架上。（2）將2號(hào)試管放在90℃左右的水浴中加熱，觀察氣泡冒出的情況，并與1號(hào)試管作比較。（3）向3號(hào)試管內(nèi)滴入2滴FeCl3溶液，向4號(hào)試管內(nèi)滴入2滴肝臟研磨液，仔細(xì)觀察，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（4）立即將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香分別放入3號(hào)和4號(hào)試管內(nèi)液面的上方，仔細(xì)觀察，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.與1試管相比，2號(hào)試管出現(xiàn)什么不同的現(xiàn)象？這一現(xiàn)象說(shuō)明什么？為什么？2號(hào)試管放出的氣泡多，這一現(xiàn)象說(shuō)明加熱能促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。2.3號(hào)和4號(hào)試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，這說(shuō)明什么？為什么？Fe3+和過(guò)氧化氫酶促進(jìn)過(guò)氧化氫分解，但它們并未供給過(guò)氧化氫能量，而是降低了過(guò)氧化氫分解反應(yīng)的活化能。3.3號(hào)試管與4號(hào)試管相比，哪支試管中的反應(yīng)速率快？說(shuō)明什么？為什么？同無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率跟高。結(jié)論：酶降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能1.活化能：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)所需要的能量稱(chēng)為活化能2.與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高效二、酶在代謝中的作用三、酶的本質(zhì)1.我國(guó)早在4000多年前的夏禹時(shí)代，就掌握了釀酒技術(shù)。1716年《康熙字典》收錄了酶字，并將“酶”解釋為“酒母也”?！熬颇浮本褪乾F(xiàn)在所說(shuō)的酵母。2.19世紀(jì)，釀酒業(yè)在歐洲經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。但是，釀出的葡萄酒經(jīng)常莫名其妙地變酸。受這一問(wèn)題困擾，科學(xué)界非常重視對(duì)發(fā)酵過(guò)程的研究。當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)知道，釀酒就是讓糖類(lèi)通過(guò)發(fā)酵變成酒精和二氧化碳。糖類(lèi)是怎么變成酒精的呢？許多化學(xué)家都相信這是一個(gè)純化學(xué)過(guò)程，與生命活動(dòng)無(wú)關(guān)。三、酶的本質(zhì)3.1857年，法國(guó)微生物學(xué)家巴斯德(L.Pasteur,1822-1895)通過(guò)顯微鏡觀察，提出釀酒中的發(fā)酵是由酵母菌細(xì)胞的存在所致，沒(méi)有活細(xì)胞的參與，糖類(lèi)是不可能變成酒精的。德國(guó)化學(xué)家李比希（J.V.Liebig,1803-1873)卻堅(jiān)持認(rèn)為引起發(fā)酵的是酵母菌細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母菌細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用。兩種觀點(diǎn)爭(zhēng)執(zhí)不下。三、酶的本質(zhì)01酶的作用和本質(zhì)4.結(jié)束這一爭(zhēng)論的是德國(guó)化學(xué)家畢希納(E.Buchner,1860-1917)。他把酵母菌細(xì)胞放在石英砂中用力研磨，加水?dāng)嚢?，再進(jìn)行加壓過(guò)濾，得到不含酵母菌細(xì)胞的提取液。在這些汁液中加入葡萄糖，一段時(shí)間后就冒出氣泡，糖液居然變成了酒。這一結(jié)果與糖液中含有活酵母菌細(xì)胞是一樣的。他將酵母菌細(xì)胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱(chēng)為釀酶。畢希納雖然從細(xì)胞中獲得了含有酶的提取液，但是提取液中還含有許多其他物質(zhì)，無(wú)法直接對(duì)酶進(jìn)行鑒定。有些科學(xué)家推測(cè)酶是蛋白質(zhì)，并試圖將酶從提取液中分離出來(lái)得到純酶，但由于技術(shù)上的困難都未成功因此，酶究竟是什么物質(zhì)，仍然是不解之謎。5.美國(guó)科學(xué)家薩姆納（J.B.Sumner,1887-1955)也認(rèn)為酶是蛋白質(zhì)。1917年，他從資料中得知刀豆種子中服酶含量相當(dāng)高(這種酶能使尿素分解成氨和二氧化碳）,便決定從刀豆種子中提取純酶。他嘗試了多種方法，歷經(jīng)一次又一次的失敗，終于在1926年的一天清晨驚喜地發(fā)現(xiàn)，在用丙酮作溶劑的提取液中出現(xiàn)了結(jié)晶，這說(shuō)明提取物達(dá)到了一定的純度。這種結(jié)晶溶于水后能夠催化尿素分解成氨和二氧化碳。然后他又用多種方法證明脲酶是蛋白質(zhì)。后來(lái)，科學(xué)家又相繼獲得胃蛋白酶、胰蛋白酶等許多酶的結(jié)晶，并證明這些酶都是蛋白質(zhì)。6.20世紀(jì)80年代，美國(guó)科學(xué)家切赫（T.R.Cech,1947一）和奧特曼（S.Altman,1939-)發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化功能。三、酶的本質(zhì)酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化活性的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，極少數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA。三、酶的本質(zhì)1.酶的具有高效性酶的催化效率是無(wú)機(jī)催化劑的107~1013倍2.酶具專(zhuān)一性實(shí)驗(yàn)：淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用1.原理：淀粉和蔗糖是非還原性糖，但在酶的催化作用下能水解為還原糖。斐林試劑與還原糖在水浴加熱的情況下反應(yīng)出現(xiàn)磚紅色沉淀。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄康矸勖甘欠裰荒艽呋囟ǖ幕瘜W(xué)反應(yīng)四、酶的特性2.酶具專(zhuān)一性實(shí)驗(yàn)：淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用3.實(shí)驗(yàn)步驟：（1）取兩支潔凈的試管，編上號(hào)，然后按照下表中序號(hào)1至序號(hào)3的要求操作。（2）輕輕振蕩這兩支試管，使試管內(nèi)的液體混合均勻，然后將試管的下半部浸到60℃左右的熱水中，保溫5min。（3）取出試管，各加入2mL斐林試劑(邊加入斐林試劑，邊輕輕振蕩這兩支試管，以便使試管內(nèi)的物質(zhì)混合均勻）。（4）將兩支試管的下半部放進(jìn)盛有熱水的大燒杯中，用酒精燈加熱，煮沸1min。(5)觀察兩支試管內(nèi)的溶液顏色變化。序號(hào)項(xiàng)目試管1試管21注入可深性淀粉溶液2mL——2注入蔗糖溶液——2mL3注入新鮮的淀粉酶溶液2mL2mL四、酶的特性實(shí)驗(yàn)：淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1號(hào)試管出現(xiàn)磚紅色沉淀，2號(hào)試管無(wú)現(xiàn)象。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：淀粉酶只能促使淀粉水解而不能促使蔗糖水解。2.酶具專(zhuān)一性四、酶的特性五、酶具專(zhuān)一性酶具專(zhuān)一性性，一種酶只能與一種或一類(lèi)底物結(jié)合01酶的作用和本質(zhì)3.酶的作用條件較溫和酶所催化的化學(xué)反應(yīng)一般是在比較溫和的條件下進(jìn)行的(1).溫度對(duì)酶活性的影響A.酶促反應(yīng)速率最快時(shí)的環(huán)境溫度稱(chēng)為該酶促反應(yīng)的最適溫度。0最適溫度t/℃υ/mmol.s-1酶活性受溫度影響示意圖B.較高的溫度容易使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，蛋白質(zhì)變性，而失去活性；低溫不會(huì)使酶失去活性，只會(huì)降低酶的活性。四、酶的特性(2)pH對(duì)酶活性的影響υ/mmol.s-1最適pH0pH酶活性受pH影響示意圖A.酶促反應(yīng)速率最快時(shí)的pH稱(chēng)為該酶促反應(yīng)的最適pH。B.在過(guò)酸過(guò)堿的條件下，都會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,蛋白質(zhì)變性，酶失去活性。小知識(shí)：人體唾液的pH為6.2-7.4，胃液的pH為0.9-1.5，小腸的pH為7.6；植物體內(nèi)的酶最適pH大多為4.5-6.53.酶的作用條件較溫和四、酶的特性XY酶酶作用的條件對(duì)象（底物）唾液淀粉酶胃蛋白酶胰蛋白酶腸肽酶五、酶的名稱(chēng)1.溫度3.酶的濃度4.底物濃度酶促反應(yīng)速率酶的濃度酶促反應(yīng)速率底物濃度酶量一定2.pH六、影響酶反應(yīng)速率的因素“嵐恭勤不倦，博學(xué)多通。家貧，不常得油。夏月，則練囊盛數(shù)十螢火以照書(shū)，以夜繼日焉?！睍x朝人車(chē)兒“囊螢夜讀”的勵(lì)志故事成了一代又一代摔摔學(xué)子苦學(xué)樂(lè)學(xué)的典范（圖4-15)。夏夜里螢火蟲(chóng)發(fā)出的點(diǎn)點(diǎn)熒光會(huì)引起無(wú)數(shù)人的美好回憶和遇思。螢火蟲(chóng)發(fā)光所需要的能量來(lái)自哪種物質(zhì)？這種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有什么特點(diǎn)？它對(duì)細(xì)胞的生命活動(dòng)具有哪些意義？02ATP驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)一、ATP是一種高能磷酸化合物1.ATP的中文名稱(chēng)：腺苷三磷酸2.ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A-P~P~P其中A代表腺苷，P代表磷酸，~代表一種特殊的化學(xué)鍵一、ATP是一種高能磷酸化合物螢火蟲(chóng)發(fā)光的研究歷程[資料1]1884年，法國(guó)藥學(xué)家迪布瓦（R.Dubois)切取螢火蟲(chóng)的尾部并充分研磨，發(fā)現(xiàn)尾部提取物會(huì)發(fā)出短暫熒光。當(dāng)熒光消失后，立即添加新的煮沸過(guò)的螢火蟲(chóng)尾部提取物，又能恢復(fù)發(fā)光現(xiàn)象。迪布瓦首次將化學(xué)分析技術(shù)應(yīng)用于生物發(fā)光研究，推斷熒火蟲(chóng)發(fā)光是一種熒光物質(zhì)在某種酶催化下的氧化過(guò)程。迪布瓦將這種熒光物質(zhì)和酶分別命名為熒光素和熒光素酶。[資料2]20世紀(jì)上半葉，美國(guó)動(dòng)物學(xué)家哈維（E.Harvey)進(jìn)行了一系列研究，證明熒光素在空氣中容易被氧化，是高度不穩(wěn)定的，經(jīng)常在提取過(guò)程中失去熒光，但是也可以通過(guò)加入還原劑進(jìn)行還原并保持穩(wěn)定。一、ATP是一種高能磷酸化合物[資料3]1929年，德國(guó)生物化學(xué)家洛曼（K.Lohmann)和美國(guó)生物化學(xué)家菲斯克（C.Fiske)等分別獨(dú)立地從肌肉中分離出ATP。在隨后的十幾年間，多位科學(xué)家都對(duì)ATP進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)它與多項(xiàng)生命活動(dòng)相關(guān)，但具體機(jī)理并不明確。一、ATP是一種高能磷酸化合物[資料4]美國(guó)生物化學(xué)家麥克爾羅伊（W.McElroy)根據(jù)其他科學(xué)家對(duì)ATP的研究，推測(cè)ATP可能是熒光光能的直接來(lái)源。1947年，麥克爾羅伊在無(wú)還原劑條件下提取出分別含有熒光素和熒光素酶的粗提物，二者混合后，并沒(méi)有熒光產(chǎn)生。然而，在混合粗提物中加入少量ATP,粗提物立即產(chǎn)生了明亮的熒光，而且熒光持續(xù)時(shí)間與加入的ATP量直接相關(guān)（如圖)。一、ATP是一種高能磷酸化合物1956年，麥克爾羅伊等系統(tǒng)地研究了熒火蟲(chóng)發(fā)光的生物化學(xué)機(jī)理，利用高度純化的熒光素和結(jié)晶的熒光素酶，結(jié)合光電轉(zhuǎn)換記錄技術(shù)，闡明了生物熒光產(chǎn)生的生物化學(xué)過(guò)程。在含有熒光素和熒光素酶的5mL總反應(yīng)體系中（pH為8.0),分別加入0.06pmol/L和0.1pmol/L的ATP,并連續(xù)記錄不同發(fā)光時(shí)間熒光總量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。一、ATP是一種高能磷酸化合物3.ATP分子中末端的磷酸基團(tuán)具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能。4.1molATP水解釋放的能量高達(dá)30.45kJ。5.ATP水解釋放的能量直接用于物質(zhì)合成、主動(dòng)運(yùn)輸、肌肉收縮、生物發(fā)光等各項(xiàng)生命活動(dòng)，故ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。二、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化PPP~~Pi能量Pi能量合成水解ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖PP~二、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化酶1ADP+PiATP+能量酶21.ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式該反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，原因如下（1）反應(yīng)條件不同——酶不同（2）反應(yīng)場(chǎng)所不同（合成場(chǎng)所：葉綠體、線粒體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)；分解場(chǎng)所：所有需要能量的地方）（3）物質(zhì)可逆，能量不可逆二、ATP與ADP可以相互