第五章 细胞的能量供应和利用
降低反应活化能的酶
※基础知识
一、酶的作用和本质
1、细胞代谢：细胞中每时每刻发生的化学反应。主要场所：细胞质基质。
大部分是蛋白质
2、酶的本质：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 一部分为RNA
3、萨姆纳：提取酶，并证明酶是蛋白质；切赫、奥特曼发现：少数RNA也具有生物催化功能。
4、酶在细胞代谢中的作用：降低化学反应的活化能 1）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 2）催化效率：酶>无机催化剂
3）只改变反应速率，不改变反应的方向的平衡点 4）酶在反应前后性质不变，质量不变
5）酶既可以在细胞内也可以在细胞外（加酶洗衣粉）
实验8：过氧化氢在不同条件下的分解
【实验目的】了解过氧化氢酶的作用和意义
【实验材料】新鲜的20%肝脏研磨液（新鲜：如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶可能在腐生细菌的作用下分解，使组织中酶分子的数量减少且活性降低；研磨：使细胞破裂，酶在细胞内） 【实验步骤】
① ② ③ ④
【实验结论】H2O2酶和Fe3+相比，催化效率更高。
【相关知识】对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验；
对照组：不接受人为处理的对象组； 实验组：接受人为处理的对象组。
加入物质 2ml H2O2 2ml H2O2 2ml H2O2 2ml H2O2 处理 90°C水浴 2滴FeCl3 2滴肝脏研磨液 现象 基本无气泡 有气泡 较多气泡 大量气泡 结论 缓慢分解 加热可以促进分解 Fe3+催化分解 H2O2酶催化分解 二、酶的特性
1、高效性
①实验：比较Fe和过氧化氢酶的催化效率
实验组：反应物+等量相应的酶 对照组：反应物+无机催化剂
②意义：1）保证细胞代谢的快速进行 2）保证细胞内能量供应的稳定。
无机催化剂 3+
酶 - 27 -
2、专一性（锁钥学说：结构互补）
①实验：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 实验组：反应物+相应酶 分解 换反应物不换酶
对照组：另一种反应物+等量相同酶 不分解
实验组：反应物+相应酶 分解
换酶不换反应物
对照组：反应物+等量另一种酶 不分解
②意义：细胞代谢能够有条不紊的进行，与酶的专一性分不开。 【注意】保持蔗糖的新鲜度和纯度是实验成功的关键。
3、酶促反应：酶所催化的反应叫酶促反应。
酶A 酶B或不加
实验9：探究影响酶活性的条件
1、探究温度对酶活性的影响：
【实验材料】淀粉酶（过氧化氢酶在高温下易分解）
用碘液和淀粉的颜色反应来反映酶活性（斐林试剂需要水浴加热，会破坏实验变量）
【注意】本实验应先控制条件，再混合。
先将酶与底物溶液分别处于相应温度一段时间后，再混合于不同温度下保温，因为一旦酶与底物接触就会进行反应，影响实验结果。
2、探究PH对酶活性的影响：
【实验材料】过氧化氢酶（酸性条件会加快淀粉酶分解）
三、酶的作用条件比较温和
1、酶的活性：酶对化学反应的催化效率称为酶的活性，催化效率的高低也称酶活性的强弱。通过反应物的分解速率或生成物的产生速率来反映。
2、酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
- 28 -
3、温度和PH对酶促反应的影响：
低温可逆，高温酶变性失活不可逆 过酸过碱，酶变性，不可逆
动物：35°C ~ 40°C
动物：6.5 ~ 8.0（胃蛋白酶最适PH=1.5）
最适温度 植物：40°C ~ 50°C 最适PH
植物：4.5 ~ 6.5 细菌和真菌：差别大。有些可达70°C
温度和PH能影响酶的空间结构，改变影响酶的活性； 酶制剂适于在低温下保存；
高温下，酶的空间结构被破坏，但是肽键依然存在； 反应溶液PH的变化不会影响酶作用的最适温度（如右图）。
唾液淀粉酶随食物进入胃，不能继续将淀粉分解为麦芽糖，因为唾液淀粉酶的最适PH=7，而胃液的PH在2左右。唾液淀粉酶将失活，并被蛋白酶水解；
4、底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响：
1）酶量一定，随着底物浓度增加，反应速率逐渐加快，但达到一定浓度后，受酶的数量和活性的限制，反应速率不再增加；
2）反应物充足，随着酶浓度的增加，反应速率与酶浓度成正比。
底物浓度和酶的浓度能影响底物和酶的接触面积，不改变酶的空间结构，不影响活性；
- 29 -
ATP—细胞能量“通货”
※基础知识
一、ATP
直接能源物质：ATP、CTP、GTP、UTP
生物体能源物质：糖（除五碳糖、纤维素）、脂肪、蛋白质 主要能源物质：葡萄糖
储能物质：脂肪、糖原（动物）、淀粉（植物）
能量的最终来源：太阳能
1、ATP：细胞内的一种高能磷酸化合物
二、ATP和ADP的相互转化
1、ATP在细胞内的含量很少，但转化十分迅速ATP和ADP的相互转化处于动态平衡之中。 2、细胞内ATP和ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。
【注意】这两个反应不是可逆反应，因为所需酶不同，反应场所不同，且物质可逆，能量不可逆。
3、ATP和ADP的转化：
转化
【注意】①光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反应；
②呼吸作用产生的ATP用于物质运输等各种生命活动。 ATP水解 ATP合成 场所 细胞质基质 线粒体 叶绿体内囊体薄膜 叶绿体基质 细胞膜等生物膜 细胞核 细胞质 相关生理过程 有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段 有氧呼吸第二、三阶段 光合作用光反应阶段 光合作用暗反应阶段 物质跨膜运输 核酸的合成 蛋白质、多糖的合成和各种耗能过程 ATP（三磷酸腺苷）
ADP（二磷酸腺苷）
AMP（一磷酸腺苷，核糖核苷酸）
腺苷（A）
高能磷酸键
- 30 -