第4章第1节生物体内的化学反应.docx
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第4章第1节生物体内的化学反应
第4章生命的物质变化和能量转换
第1节生物体内的化学反应
●新陈代谢概念:
是指生物体与环境进行物质交换和能量转换的过程。
包括同
化作用和异化作用两个方面。
●新陈代谢的实质是自我更新过程。
●
能量代谢
新陈代谢归纳
【记忆要点】
1、新陈代谢主要在细胞内进行,同化作用与异化作用是同时进行的。
2、新陈代谢是生物体进行生命活动的基础,是生命最基本特征、是生物与非生
物最根本区别。
3、新陈代谢是通过一系列的化学反应来完成的,需要各种酶催化。
4、新陈代谢过程中最常见的化学反应类型:
合成反应和分解反应。
5、生物体在新陈代谢过程中,具有重要作用的两类物质是酶和ATP。
一、合成反应和分解反应
(一)合成反应:
由小分子形成大分子的化学反应,称为合成反应。
例如,氨基酸合成蛋白质、单糖合成多糖、核苷酸合成核酸的脱水缩合反应。
(二)分解反应:
糖原、淀粉、脂肪、蛋白质等生物大分子分解成小分子的化学反应,称为分解反应。
包括水解反应和氧化分解反应两种类型。
1、水解反应:
淀粉和糖原分解成葡萄糖,脂肪分解成甘油和脂肪酸,蛋白质分解成氨基酸的化学反应都是水解反应。
【提醒】水解反应过程需要水解酶和水分子。
(丙酮酸)
2、氧化分解反应:
物质分解过程释放氢原子和能量的化学反应。
二、生物催化剂——酶
(一)酶的概念:
是由活细胞产生的具有催化能力的生物大分子。
(二)酶的分类:
绝大多数是蛋白质,少数是RNA。
【思考1】绝大数酶的化学本质是什么?
它的合成场所是什么?
【思考2】酶的基本组成单位是什么?
(三)酶的功能:
催化作用
(四)酶的活性:
酶的催化效率称为酶的活性。
(五)酶的催化特性
1、高效性:
酶的催化效率远比无机催化剂高。
例如酶的催化效率是无机催化剂
107~1013倍。
2、专一性:
每一种酶只能催化一种或一类物质的合成反应或分解反应。
例如,
淀粉酶只能催化淀粉水解,而对蔗糖水解则不起催化作用。
①酶的专一性是由酶本身的分子结构所决定的。
②活性部位与底物在结构和形状上完全契合才能起催化作用。
3、多样性:
酶的种类极其繁多。
(六)底物:
酶所作用和催化的化合物。
(七)酶促反应:
由酶作为催化剂进行催化的化学反应。
(七)酶的命名:
根据各种酶的来源以及它们所催化的底物来命名的。
例如:
酶
酶
酶
(八)酶的判断依据:
酶在催化反应的前后,本身的数量和化学性质不变。
酶只能改变化学反应的速度。
【观察与思考】观察下图,回答下列问题:
1、哪个字母代表酶?
哪个字母代表底物?
哪个字母代表产物?
2、如果B是麦芽糖,则C和D各是什么物质?
A是什么物质?
3、如果B是脂肪,则C和D各是什么物质?
A是什么物质?
4、判断A是酶的根据是。
(九)酶合成和催化的场所
1、合成场所
化学本质
绝大多数是蛋白质
少数是RNA
合成原料
氨基酸
核糖核苷酸
合成场所
核糖体
细胞核、线粒体、叶绿体(真核生物)
2、催化场所
①细胞内:
细胞内的酶催化细胞内各种化学反应。
②细胞外:
消化道中的消化酶水解食物中的淀粉、脂肪和蛋白质等。
【思考】大多数酶可以被酶水解。
(十)酶的辅助因子和辅酶
酶的辅助因子包括金属离子和小分子有机化合物两种,而小分子有机化合物称为辅酶。
例如辅酶Ⅰ(NAD)和辅酶Ⅱ(NADP)
(十一)酶的最适温度和最适PH:
酶促反应的条件具有温和性,能在常温、常压和生理PH条件下进行。
在一定条件下,酶在某一温度时活性最大,这个温度称为最适温度;酶在某一PH(酸碱度)值时活性最大,这个PH值称为最适PH。
(十二)影响酶活性的因素
1、酶浓度的影响:
在有足够底物而又不受其他因素影响的情况下,则酶促反应速率与酶浓度成正比,如下图。
2、底物浓度的影响:
当酶浓度、温度和pH恒定时,在底物浓度很低的范围内,反应速率与底物浓度几乎成正比;当底物浓度达到一定限度时,所有的酶全部与底物结合,反应速率达到最大,此时,即使再增加底物也不能使反应速率再增加,如下图:
3、温度的影响:
酶促反应在一定温度范围内,反应速率随温度升高而升高,其中反应速率最快时的温度,即为该种酶的最适温度。
若超过最适温度,酶促反应速率即逐渐下降,甚至停止(此时酶已变性失活),如下图:
低温:
抑制活性
高温:
失去活性
4、pH的影响:
每种酶只能在一定限度的pH范围内表现出活性,其中酶活性最强时的pH,即为该酶的最适pH,如下图。
强酸:
失去活性
强碱:
失去活性
【提醒】酶在高温下失去活性,酶在强酸下失去活性,酶在强碱下失去活性,而酶在低温下抑制活性。
(十三)酶在生活中的应用
①多酶片治疗消化不良。
②洗衣粉中加入酶制剂,提高洗涤效果。
酶的种类
作用
蛋白酶
分解蛋白质胶状物,去除蛋白质污垢,如草汁、血渍、汗渍等。
淀粉酶
去除含有淀粉的食品类污垢,如面条、马铃薯等
脂肪酶
去除含有脂肪的污垢,如来源于食物中的油渍、人体皮脂等。
纤维素酶
去除衣物在洗涤和和穿着时的磨损在棉纤维上产生的微纤维,使棉纤维恢复原有的光滑状态。
【思考】感冒发烧,为什么有食欲不振的症状?
感冒发烧,体温较高,导致消化酶的活性降低,从而出现食欲不振的症状。
(十四)实验部分
探究酶的高效性
加入的材料(mL)
试管
1
2
3
4
5
3%过氧化氢
5
5
5
5
5
蒸馏水
0.5
新鲜猪肝匀浆
0.5
3.5%FeCl3溶液
0.5
高温处理的猪肝匀浆
0.5
高温处理的3.5%FeCl3溶液
0.5
现象
气泡(多少)
无
多
少
无
少
火焰(大小)
无
大
小
无
小
【思考1】1号试管在实验中起什么作用?
起对照作用。
可以说明在正常条件下3%H2O2不易分解,是比较稳定的,从而说明正是由于酶的作用使它快速分解。
【思考2】2号和3号试管产生气泡的数量是否相同,为什么?
不相同。
因为2号试管加入的新鲜猪肝匀浆中含有过氧化氢酶,由于酶的催化具有高效性,结果将有大量的气体产生,而3号试管中的铁离子也能催化过氧化氢分解,但活性没有过氧化氢酶那样高效,所以2号和3号试管产生的气体数量不相同。
过氧化氢酶
【思考3】点燃的线香插入2号试管后,其亮度发生了什么变化?
证明该试管内的反应产生了什么气体?
变亮或出现火焰。
说明产生了氧气,即2H2O22H2O+O2↑
【思考4】4号和5号试管的结果说明了什么?
说明酶的催化活性易受温度影响。
高温可以使酶失去催化活性,而无机催化剂活性不易受温度影响。
探究影响酶活性的因素
试管编号
处理条件
1
2
3
4
1%淀粉溶液
1mL
1mL
1mL
1mL
温度
水浴35℃
水浴35℃
水浴35℃
水浴4℃
PH
—
4
7
7
清水
1mL
—
—
—
1%淀粉酶
—
1mL
1mL
1mL
碘液
2~4滴
2~4滴
2~4滴
2~4滴
结果
蓝色
蓝色
不变蓝色
蓝色
分析讨论:
1、哪些因素会影响到酶的活性?
温度和PH(酸碱度)。
2、1号试管的作用是什么?
对照作用。
3、胃蛋白酶随着食糜进入小肠后会发生什么变化?
胃蛋白酶随着食糜进入小肠后,反应的PH值发生变化,将不具有催化活性,胃蛋白酶将像其它蛋白质一样被胰蛋白酶和肠肽酶分解,最终变成氨基酸。
【提醒1】
1、酶在高温条件下逐渐降低温度,酶也不具有活性。
2、酶在强酸、强碱条件下,降低酸碱度也不具有活性。
例如,胃蛋白酶的最适PH为2.0左右,当胃蛋白酶由PH为10的条件下转换成PH为2.0左右的条件下,胃蛋白酶也不具有活性。
3、高温、强酸和强碱条件下酶失去活性的原因:
酶的空间结构遭到破坏,从而失去活性,当恢复适宜条件,酶的活性也不能恢复。
【提醒2】
酶在低温条件下,酶的活性受到抑制,当恢复适宜条件,酶的活性逐渐恢复。
【拓展】下图表示酶的活性与PH关系
胃蛋白酶最适PH为2.0左右
淀粉酶(植物)最适PH为5.5
淀粉酶(唾液)最适PH为7.2
胰蛋白酶最适PH为9.1
三、生命活动的直接能源——ATP
(一)ATP的结构
1、ATP的中文名称:
腺苷三磷酸(三磷酸腺苷)
2、ATP的结构简式:
A—P~P~P
3、ATP和简式中各部分的含义:
A表示腺苷,T代表三个,P代表磷酸基,—代
表普通磷酸键,~代表高能磷酸键(储存大量化学能30.54kJ/mol)。
【思考】20个腺苷和46个磷酸基,最多能组成ATP的数目是个。
4、ATP的结构图解:
【提示与思考】腺苷一磷酸(AMP)又称为腺嘌呤核糖核苷酸,它是什么物质的基本组成成分之一?
5、ATP的结构特点:
含有两个高能磷酸键,且远离腺苷(A)的那个高能磷酸键
既容易断裂释放能量,又容易形成而储存能量。
(二)ATP与ADP的相互转化
1、转化关系式:
①该反应不是可逆的,其中物质是可逆的,而能量是不可逆的。
去路:
储存在形成远离A的高能磷酸键中。
②在正常生活的细胞中,这种转化时刻不停地迅速的发生并且处于动态平衡中。
能量
②可逆箭头上面的酶和下面的酶是同种吗?
箭头上面的酶是ATP水解酶,箭头下面的酶是ATP合成酶。
2、ATP的存在与含量:
ATP在细胞中普遍存在,但含量很少。
释放
3、ATP生理功能:
生物体生命活动的直接能源(直接为生命活动提供能量)。
【提示】由上图可知,ATP是能量的“携带”和“转运”者,可称为“能量货币”。
(三)ATP再生成途径
叶绿体
1、植物
由此可知ATP的形成场所
热能散失
细胞质基质和线粒体
(1)光合作用:
光能———→化学能+ADP+Pi→ATP
氧化分解
形成ATP
(2)呼吸作用:
有机物—————————→能量
形成ATP
热能散失
细胞质基质和线粒体
2、动物
氧化分解
呼吸作用:
有机物—————————→能量
(四)生物需要的能量归纳总结
1、生命活动主要能源为糖类。
2、生命活动直接能源为ATP。
3、生命活动最初能源为太阳能。
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- 生物 体内 化学反应