新陳代謝與酶

　　（一）學習內容：

　　第三章《生物的新陳代謝》的第一節《新陳代謝與酶》，第二節《新陳代謝與ATP》；透過實驗《比較過氧化氫酶和的催化效率》，《探索澱粉酶對澱粉和蔗糖的水解作用》及《探索影響澱粉酶活性的條件》總結歸納作為酶所具備的特點。

　　（二）學習重點：

　　1.酶的概念、酶的催化作用特點

　　2.酶的特性實驗完成

　　3.理解酶的特性與新陳代謝的關係

　　（三）學習難點：

　　1.酶的性質及其實驗驗證

　　2.酶的性質驗證試驗設計

　　（四）學習過程：

　　1.新陳代謝：是活細胞中全部有序的化學變化的總稱。

　　理解：新陳代謝是生物最基本的特徵，是生物與非生物最本質的區別。要將新陳代謝同普通的物理變化和化學變化區分開。這一點主要體現在三點上：①新陳代謝是活細胞中發生的過程；②是有序的化學反應，是受控過程；③新陳代謝的本質是化學反應，涉及物質變化和能量變化；對細胞、對生物體而言，這種有序變化是其存在的基礎，是以生物體表現出生長、發育、遺傳和變異的特徵。細胞才以活的姿態出現，表現出生長、分裂、完成生命活動等特徵。

　　2.酶

　　（1）發現1783年，義大利科學家，斯巴蘭讓尼鷹的消化實驗

　　實驗目的：區分鳥類的胃的消化過程，是進行物理性消化，還是存在化學性消化。

　　實驗設計：將肉塊放入小巧的金屬籠，讓鷹將金屬籠吞入，既保證肉塊不受物理性消化的影響，同時胃液可流入籠內。

　　實驗結果：隔一段時間後，將小籠子取出，發現籠內的肉塊消失了。

　　結果分析：胃內具有化學性消化作用

　　1836年，德國科學家施旺，從胃液中提取出消化蛋白質的物質（蛋白酶）

　　1926年，美國薩姆納從刀豆種子中提出脲酶結晶，並證實脲酶是一種蛋白質。

　　20世紀30年代，酶是一類具有生物催化作用的蛋白質

　　20世紀80年代，美國科學家切赫和奧特曼發現少數RNA也具生物催化作用。

　　（2）本質：酶，是活細胞產生的一類具有生物催化作用的有機物

　　理解：絕大多數酶是蛋白質成分，即一些具有生物催化作用的有機物，如RNA並非是蛋白質成分，它們具有生物酶的特點：①是活細胞可以合成的；②能夠催化反應進行；③是生物體內的有機物，所以，有幾點要注意：a.不是酶的本質都是蛋白質，少數RNA也是酶；b.不是蛋白質都能稱為酶，只有是活細胞中產生具有催化作用的蛋白質才稱為酶，催化作用僅為蛋白質多種功能之一；c.酶是活細胞產生，但不一定只在活細胞內才能發揮作用，在體外條件合適情況下一樣能發揮催化作用。

　　（3）特性

　　酶的特點在化學中已經學到，所有的酶在一定的條件下都能使生物體內複雜的化學反應迅速地進行，而酶本身不發生變化，但酶有別於無機化學催化劑。

　　①酶具有“高效性”

　　過氧化氫酶，與相比，過氧化氫酶的催化效率要高許多。通常情況下，酶的催化效率是無機催化劑的倍。也就是說，酶的催化效率是極高的，比如：

　　每個碳酸酐酶分子每秒能夠催化個，使其與相同數量的結合，形成，是非酶催化的一百萬倍。

　　②酶具有“專一性”

　　一種酶只能作用於一種底物，或一類分子結構相似的底物：

　　澱粉酶只能催化澱粉水解，對蔗糖不起催化作用

　　二肽酶可以水解任何兩種氨基酸組成的二肽

　　所以，每一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學反應。進一步講，生物體內發生的化學反應很多，在同一時刻，機體內部不同部位不同細胞，或同一細胞不同的位置發生著千萬種反應，而反應的進行依賴於酶的存在，所以，可以推論酶具有“多樣性”。大多數酶的本質是蛋白質，蛋白質也是具有多樣性特點的。特別是蛋白質的空間結構是酶發揮作用的重要基礎之一。

　　③酶需要適宜的條件

　　每一種酶活性的發揮都離不開特定的環境條件，通常酶在一定的範圍內才具有活性，有催化能力，超過了這個範圍，就不再有催化能力，即酶失活；酶即使在活性範圍內，催化能力也有高低之分，酶在改變某一環境條件下，活性也改變，當酶活性最高時，該環境條件稱為最適條件，在此條件兩側，酶活性都將降低。影響因素常有：a.溫度：一定範圍內，酶的催化能力隨溫度升高而增強（）但超過60℃，絕大多數酶就會失去活性，低溫使活性降低，但分子結構未破壞，可恢復活性。b.pH酶對環境中的pH十分敏感，酶只有在一定的pH範圍內才能表現出活性，隨pH不同，酶的活性波動很大，一般最適pH常在4－8之間，不同酶情況不一樣。

　　酶最適pH

　　過氧化氧酶（肝）

　　唾液澱粉酶

　　脂肪酶

　　胰蛋白酶

　　胃蛋白酶6.8

　　6.8

　　8.3

　　8.0-9.0

　　1.5-2.2

　　過酸，過鹼和pH偏高或偏低，酶的活性都會明顯降低至失活，通常是使酶分子結構遭到破壞而導致失活。

　　高溫常破壞酶的分子結構而導致失活，低溫也能使酶活性急劇下降，但酶的分子結構未被破壞，當溫度恢復到適宜溼度時，酶活性可恢復。

　　這兩種作用下，作為維持酶空間結構的化學鍵或次級鍵被破壞，主要是肽鍵，離子鍵，氫鍵，二硫鍵被破壞，導致酶被水解。

　　（4）酶工程：

　　盛有酶的容器——酶反應器中，利用酶的生物催化作用生產產品。

　　——澱粉酶用於高果糖漿的生產澱粉→麥芽糖→葡萄糖→果糖

　　利用豬胰島素生產人胰島素等。

　　（5）新陳代謝與酶

　　自然界的一切生命現象都與酶的活動有關，活細胞內全部的生物化學反應，都是在酶的催化作用下進行的，生命系統既是一個需要維持穩態的系統，又是一個瞬間就會發生一系列合成分解運動著的系統，是一個矛盾的統一體。新陳代謝中的各種化學反應是在溫度、酸鹼度等相對穩定的條件下進行的。要想在常態下迅速而高效地進行反應，並且儘可能地降低能量閾，這就需要生物催化劑——酶，離開了酶，新陳代謝就不能進行，生命就會停止。

　　第二節新陳代謝與ATP

　　（一）學習內容：

　　1.ATP的生理功能2.ATP的結構簡式

　　3.ATP與ADP的相互轉化4.ATP的形成途徑

　　（二）學習重點：

　　1.ATP的生理功能

　　2.ATP與ADP的相互轉化以及ATP的形成途徑

　　（三）學習難點：

　　1.ATP的結構和生理功能

　　2.ATP的形成與轉化

　　（四）學習過程：

　　新陳代謝中的一系列變化過程需要有酶的催化作用，同時，這些過程伴隨著能量的轉變與轉移。

　　糖類是細胞的主要能源物質，脂肪是生物體內儲存能量的物質。這些能源物質的最終來源都是太陽能。是透過複雜的過程轉變並轉移而儲存在這些物質內的，並且終將以特殊形式，轉化、轉變才能被生物體利用，它們都不能被生物體直接利用，實際上，有機物中的能量不是綠色植物直接轉移用於有機物的合成的，在所有這些變化過程中，無論是能量的儲存轉移，還是釋放都離不開ATP這種特殊形式，新陳代謝所需能由細胞內的ATP直接提供，ATP是代謝能量的直接來源。

　　1.ATP的結構簡式

　　（1）概念：ATP——三磷酸腺苷的英文縮寫，是存在於生物體內的高能磷酸化合物。

　　高能磷酸化合物：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。

　　（2）結構簡式：A—P～P～P

　　A：代表腺苷（由腺嘌呤和核糖組成）

　　P：代表磷酸基團。

　　～：代表高能磷酸鍵

　　（3）水解過程：

　　高能磷酸鍵水解時，生成磷酸並且釋放出大量的能量。

　　2.ATP與ADP的相互轉化

　　ATP分子中遠離A的那個高能磷酸鍵，在一定條件下很容易水解；也容易生成。此過程伴隨能量的儲存與釋放，ADP為二磷酸腺苷，含一個高能磷酸鍵。

　　ATP在細胞內的含量是很少的；ATP在細胞內的`轉化十分迅速；胞內的ATP的含量總處在動態平衡中，不斷消耗，不斷生成，保證胞內穩定供能環境。ATP水解時釋放的能量，是生物體維持細胞分裂，根吸收礦質元素和肌肉收縮，維持體溫等生命活動所需能量的直接來源。

　　3.ATP的形成途徑

　　對人和動物來說，ADP轉化成ATP所需能量來自呼吸作用，對綠色植物而言，則來自呼吸作用和光合作用

　　對於生命而言，能量是其能正常進行的根本，有了能量就可以完成各種活動。生物體所有的能量幾乎都來自太陽能，綠色植物透過光合作用，將光能轉變成有機物中的穩定化學能，其它生物則直接或間接地以植物為食，在進食後，將食物中的能量轉移到自身，合成有機物或利用，在所有這些過程中，伴隨著ATP與ADP的轉變，完成能量的轉移、轉換、儲存和釋放。這種不停頓的動態平衡，是生命系統的穩態性的具體表現之一，而ATP

　　則象是在各種細胞間，流通著的“能量貨幣”，保證了各種生命活動的正常進行。

　　1.胃液中的蛋白酶，進入小腸後，催化活性大大降低，由於（）

　　A.酶的催化作用只能發揮一次B.小腸內的溫度高於胃內溫度

　　C.腸內的pH值比胃內pH值高D.小腸內的pH值比胃內pH值低

　　2.在不損傷植物細胞內部結構的情況下，去除其細胞壁最好的方法是（）

　　A.B.C.澱粉酶D.纖維素酶

　　3.關於酶的性質，下列表述中錯誤的一項是（）

　　A.化學反應前後，酶的化學性質和數量不變

　　B.一但離開活細胞，酶就失去催化能力

　　C.酶是活細胞產生的具有催化能力的一類特殊有機物，其中絕大多數是蛋白質，少數是RNA。

　　D.酶的催化效率很高，但易受溫度和酸鹼條件影響

　　4.根據反應式：以下說法正確的是（）