高中生物《ATP和酶》素材2 苏教版必修1

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1、第1节ATP和酶拓展阅读有关ATP1997年诺贝尔化学奖的一半授予了美国的保罗•博耶和英国的约翰·沃克，以表彰他们在研究腺苷三磷酸合成酶如何利用能量进行ATP再生方面所取得的成就。HCH2HHOHHOHOHNNNNOH

2、～O—P—O—‖ONH2OHOH

3、

4、HO—P～O—P‖‖OO三磷酸腺苷（ATP）的分子结构很复杂，它的结构简式如下：ATP的分子为C10H16O13N5P3，分子量是507，ATP与ADP的转化式可表示为：ATPADP+Pi+能量。ADP再脱去一个磷酸根形成一磷酸腺苷（简称AMP），AMP是构成RNA的一种

5、腺嘌呤核糖核苷酸。磷酸在ATP的功能中起着非常重要的作用。两个磷酸之间（也就是P与P之间）用“～”符号表示的化学键，是一种特殊的化学键。这种化学键断裂时，放出的能量是正常的化学键放出的能量的2倍以上（如每摩尔的高能磷酸键放出的能量约29.29~41.84千焦，而一般的P—O键只放出能量8.37～20.92千焦.从低等的单细胞生物到高等的人类，能量的释放、贮存和利用，都是以ATP为中心的。生物体进行各项生理活动所需要的能量，大都直接地来自于ATP，有些则间接地来源于ATP。总之，它们都通过ATP来供应能量。生物体的各种组织细

6、胞中，各含有一定数量的ATP。而当细胞中的ATP浓度过高是时，生物体可以将ATP的高能磷酸键中的能量转移给肌酸，以生成磷酸肌酸（CP）这种化合物。此反应可简写成：ATP+CADP+CP。磷酸肌酸可作为一种辅助能源在动物的肌肉中贮存。让纤维素焕发青春为什么纤维素没有像蔗糖、淀粉一样被人类广泛利用呢？原来，这与它的结构有关。纤维素分子中的葡萄糖是由β-1，4糖苷键连接而成的。一个纤维素分子大约含有几百个到15000个葡萄糖分子。依靠纤维素酶酶解，纤维素能逐渐被分解成为寡糖、双糖和单糖，但人体内缺乏纤维素酶，因而人体无法直接利用

7、纤维素。要想充分利用纤维素，首先需要有大量的纤维素酶。好在纤维素酶在自然界分布很广，许多微生物（主要是霉菌和细菌）都能生产纤维素酶。目前，微生物发酵已经是大规模生产纤维素酶的主要途径。目前，各国科学家在纤维素酶解工艺方面的研究非常活跃。实验表明，这些工艺一方面需要创造较好的水解条件，如将原料充分粉碎，加强酶与底物的接触，使酶解过程更加容易，另一方面需要有活力较高的纤维素酶。为了进一步提高纤维素酶解的产量和质量，现在的关键是选育纤维素酶的高产菌种，从而让纤维素也像蔗糖、淀粉一样被人类广泛利用，焕发青春。蛋白催化剂 现在我们可

8、以把酶简单地定义为有机催化剂。化学家们开始着手分离酶，想看看它们究竟是些什么样的物质。麻烦的是，在各种细胞和天然液体内，酶的含量都非常小，而且所得到的提取物总是混合物，很难分清其中哪些是酶，哪些不是酶。许多生物化学家曾经猜测酶就是蛋白质，因为稍微加热，酶的特性很容易被破坏，就像使蛋白质变性一样。但是，在20世纪20年代，德国生物化学家威尔施泰特报道说，某些纯化了的酶溶液（他认为他已经从中去掉了所有的蛋白质），表现出明显的催化作用。他的结论是：酶不是蛋白质，而是比较简单的化学物质，它实际上可能是利用蛋白质作为载体分子。当时大

9、多数生物化学家都站在威尔施泰特一边，他是诺贝尔奖金获得者，享有很高的威望。可是，这个学说刚一提出，康奈尔大学的生物化学家萨姆纳几乎马上就提出有力的证据予以反驳。萨姆纳从刀豆（一种美洲热带植物的白色种子）中分离出一些结晶，溶解后显示出一种叫做脲酸的酶的特性，即能够催化尿素分解成二氧化碳和氨。萨姆纳的结晶显示出明显的蛋白质性质，而且他无法把蛋白质与酶的活力分开。凡是使蛋白质变性的东西也都会破坏这种酶。这一切好像都证明，他所得到的是一种纯的结晶状的酶，而且证明酶是一种蛋白质。由于威尔施泰特的巨大威望，在一段时间内萨姆纳的发现没有

10、受到重视。但是，1930年，洛克菲勒研究院的化学家诺思罗普和他的同事们证明萨姆纳的发现是正确的。他们结晶出了许多种酶（包括胃蛋白酶在内），而且发现它们都是蛋白质。此外，诺思罗普还证明，这些结晶都是纯蛋白质，即使溶解并稀释到一般化学试验（如威尔施泰特所做的那些试验）不能再查到蛋白质存在的程度，仍然会保持它们的催化活力。酶就这样被证实是蛋白催化剂。到目前为止，人们已经识别出大约2000种不同的酶，并对200多种酶进行了结晶——全部都是蛋白质，无一例外。由于他们的工作，萨姆纳和诺思罗普分享了1946年的诺贝尔化学奖酶工程技术动物

11、、植物和细菌的活细胞都是一个特殊的化工厂。在亿万年的漫长进化过程中，这些活细胞获得了一种惊人的本领，它们不仅能合成生命活动所必须的一切物质，而且一些细菌还能在极端环境条件下生存。如有的细菌能在近冰点的水中生存，有的则生长在几乎沸腾的水中；有的细菌适应低pH（1～2）环境，而有的则适应于高pH（9～11）