2022-2023學(xué)年蘇教版（2019）必修一 3.1 生命活動需要酶和能源物質(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，而且能通過光合作用，將一部分光能轉(zhuǎn)變成儲存在有機(jī)物中的化學(xué)能。細(xì)胞的生命活動是需要能量來驅(qū)動的。太陽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)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞是如何通過化學(xué)反應(yīng)來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）陽光下，葉綠體的光合作用高效進(jìn)行，才會有“接天蓮葉無窮碧，映日荷花別樣紅”的勝景；碧波里，蓮藕細(xì)胞選擇吸收了生長發(fā)育所需的無機(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)胞中每時每刻都在進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(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)稱為酶促反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^比較過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說明1234一二

結(jié)果結(jié)論比較過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)生香燃燒對照實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)比較過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1、2、3、4,向各試管內(nèi)分別加入2mL過氧化氫溶液，按序號依次放置在試管架上。（2）將2號試管放在90℃左右的水浴中加熱，觀察氣泡冒出的情況，并與1號試管作比較。（3）向3號試管內(nèi)滴入2滴FeCl3溶液，向4號試管內(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號和4號試管內(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號試管出現(xiàn)什么不同的現(xiàn)象？這一現(xiàn)象說明什么？為什么？2號試管放出的氣泡多，這一現(xiàn)象說明加熱能促進(jìn)過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。2.3號和4號試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，這說明什么？為什么？Fe3+和過氧化氫酶促進(jìn)過氧化氫分解，但它們并未供給過氧化氫能量，而是降低了過氧化氫分解反應(yīng)的活化能。3.3號試管與4號試管相比，哪支試管中的反應(yīng)速率快？說明什么？為什么？同無機(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)所需要的能量稱為活化能2.與無機(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.我國早在4000多年前的夏禹時代，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”。“酒母”就是現(xiàn)在所說的酵母。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。受這一問題困擾，科學(xué)界非常重視對發(fā)酵過程的研究。當(dāng)時人們已經(jīng)知道，釀酒就是讓糖類通過發(fā)酵變成酒精和二氧化碳。糖類是怎么變成酒精的呢？許多化學(xué)家都相信這是一個純化學(xué)過程，與生命活動無關(guān)。三、酶的本質(zhì)3.1857年，法國微生物學(xué)家巴斯德(L.Pasteur,1822-1895)通過顯微鏡觀察，提出釀酒中的發(fā)酵是由酵母菌細(xì)胞的存在所致，沒有活細(xì)胞的參與，糖類是不可能變成酒精的。德國化學(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)束這一爭論的是德國化學(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)，無法直接對酶進(jìn)行鑒定。有些科學(xué)家推測酶是蛋白質(zhì)，并試圖將酶從提取液中分離出來得到純酶，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，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機(jī)催化劑的107~1013倍2.酶具專一性實(shí)驗(yàn)：淀粉酶對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.酶具專一性實(shí)驗(yàn)：淀粉酶對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，然后按照下表中序號1至序號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)：淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1號試管出現(xiàn)磚紅色沉淀，2號試管無現(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.酶具專一性四、酶的特性五、酶具專一性酶具專一性性，一種酶只能與一種或一類底物結(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).溫度對酶活性的影響A.酶促反應(yīng)速率最快時的環(huán)境溫度稱為該酶促反應(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；低溫不會使酶失去活性，只會降低酶的活性。四、酶的特性(2)pH對酶活性的影響υ/mmol.s-1最適pH0pH酶活性受pH影響示意圖A.酶促反應(yīng)速率最快時的pH稱為該酶促反應(yīng)的最適pH。B.在過酸過堿的條件下，都會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,蛋白質(zhì)變性，酶失去活性。小知識：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酶酶作用的條件對象（底物）唾液淀粉酶胃蛋白酶胰蛋白酶腸肽酶五、酶的名稱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，以夜繼日焉?！睍x朝人車兒“囊螢夜讀”的勵志故事成了一代又一代摔摔學(xué)子苦學(xué)樂學(xué)的典范（圖4-15)。夏夜里螢火蟲發(fā)出的點(diǎn)點(diǎn)熒光會引起無數(shù)人的美好回憶和遇思。螢火蟲發(fā)光所需要的能量來自哪種物質(zhì)？這種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有什么特點(diǎn)？它對細(xì)胞的生命活動具有哪些意義？02ATP驅(qū)動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)一、ATP是一種高能磷酸化合物1.ATP的中文名稱：腺苷三磷酸2.ATP的結(jié)構(gòu)簡式：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發(fā)光的研究歷程[資料1]1884年，法國藥學(xué)家迪布瓦（R.Dubois)切取螢火蟲的尾部并充分研磨，發(fā)現(xiàn)尾部提取物會發(fā)出短暫熒光。當(dāng)熒光消失后，立即添加新的煮沸過的螢火蟲尾部提取物，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，推斷熒火蟲發(fā)光是一種熒光物質(zhì)在某種酶催化下的氧化過程。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，美國動物學(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)常在提取過程中失去熒光，但是也可以通過加入還原劑進(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，德國生物化學(xué)家洛曼（K.Lohmann)和美國生物化學(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ATP進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)它與多項(xiàng)生命活動相關(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]美國生物化學(xué)家麥克爾羅伊（W.McElroy)根據(jù)其他科學(xué)家對ATP的研究，推測ATP可能是熒光光能的直接來源。1947年，麥克爾羅伊在無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、主動運(yùn)輸、肌肉收縮、生物發(fā)光等各項(xiàng)生命活動，故ATP是生命活動的直接能源物質(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)場所不同（合成場所：葉綠體、線粒體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)；分解場所：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