细胞壁转化酶复习进程
高考生物新陈代谢与酶复习课件
第三课 生物的新陈代谢
第一课时
新陈代谢与酶、酶工程简介、ATP
要点、疑点、考点
新陈代 谢与酶
新陈代谢是指活细胞中全部 有序化学变化的总称，是生物最基本 的特征，是生物与非生物最本质的区别。
是在酶的催化下进行的。
酶的概念 酶是活细胞所产生的具有生物催化作用的一
类特殊的有机物 。
要点、疑点、考点
3 新陈代谢与ATP
ATP的分子简式 A—P～P～P
A代表腺甘，T代表三个， P代表磷酸， ～代表高能磷酸键。
ATP与ADP的转化
要点、疑点、考点
酶
ATP
ADP+Pi+能量
ATP的形成途径
动物：呼吸作用 植物：呼吸作用和光合作用
课前热身
1能够将唾液淀粉酶水解的酶是( B ) A肠淀粉酶 B胃蛋白酶 C胰淀粉酶 D肠肽酶 2根据下图回答问题：
延伸、拓展
【解析】这是有关植物代谢内容的试题，意在考查考生对植物体内 几种重要的生理作用的理解情况，以及简单的分析和综合能力。光 合作用过程中的反应，叶绿素分子吸收光能，在酶的作用下把光能 转变成化学能，使ADP与磷酸结合形成ATP，并将这些化学能储存在 ATP中。植物的呼吸作用有两种类型：有氧呼吸和无氧呼吸。它们 的共同点都是分解有机物，释放能量，合成ATP。如有氧呼吸过程 中，以分解葡萄糖为例，在第一、第二阶段，一分子的葡萄糖分解 成两分子的丙酮酸，直至分解成二氧化碳。在此过程中产生少量的 氢，同时释放能量，使ADP与磷酸结合形成ATP。到第三阶段，前两 阶段产生的氢在酶的作用下，与氧气结合生成水，同时释放大量的 能量，使ADP与磷酸结合形成大量的ATP。主动运输是物质通过细胞 膜的一种方式。此过程需要由ATP分解成ADP和磷酸的过程中释放出 的能量来推动完成。蒸腾作用是植物体内的水分，以水蒸气的形式 通过叶的气孔散失到大气中的过程。这一生理过程既不产生ATP， 也不消耗ATP。
酶工程复习资料
由活细胞产生的生物催化剂，具有特殊作用的蛋白质，能在生命体内(包括动物、植物和微生物)催化一切化学反应，维持生命特征。
是酶学基本原理与化学工程相结合而形成的一门新兴的技术科学， 以应用目的为出发点来研究酶， 利用酶的催化特性并通过工程化将相应原料转化为目的物质的技术。
水溶性酶经物理或者化学方法处理后成为不溶于水的但仍 具有酶活性的一种酶的衍生物，在催化反应中以固相状态作用于底物。
表示酶活力大小的尺度；一个国际单位(IU)是指在特定条件下(25℃)，每分钟内转化 1mol 底物或者催化形成 1mol 产物所需的酶量。
一个 Kat(卡塔尔，酶活性国 际单位)是指每秒钟内转化 1mol 底物所需的酶量， 1 Kat = 6107 IU 。
(酶活力：指酶催化一定化学反应的能力；用在一定条件下， 所催化的反应初速度来表示； 是研究酶的特性，酶制剂生产应用以及分离纯化时的一项必不可少的指标。
) 是酶纯度的量度，是指单位分量酶蛋白所具有的酶活力，单位为 IU/mg 。
比活力越大，酶纯度越高。
比活力=活力单位数/每毫克酶蛋白。
可产生一种组成型调节蛋白(regulatory protein) (一种变构蛋白)，通过与效应物(effector) (包括诱导物和辅阻遏物)的特异结合而发生变构作用，从而改变它与控制基因的结合力。
调节基因常位于调控区的上游。
位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，能特异性地与调节基因产生的变构蛋白结合，控制酶合成的时机与速度。
决定某一多肽的 DNA 模板，与酶有各自的对应关系，其中的遗传信息可转录为mRNA ，再翻译为蛋白质。
是指在一定的条件下，用适当的溶剂或者溶液处理含酶原料，使酶充分溶解到 溶剂或者溶液中的过程。
是指在份子水平上不同粒径份子的混合物在通过半透膜时，实现选择分离的技术，半透膜又称为分离膜，膜壁弥漫小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜( )、超滤膜(uF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)等，分离都采用错流过滤方式。
植物中的细胞壁代谢途径
植物中的细胞壁代谢途径植物中的细胞壁是植物细胞外围的结构，负责保护和支持细胞，同时还起到形态维持、水分调节和信号传导等重要生理功能。
细胞壁的主要成分是纤维素、半纤维素和蛋白质等多种复杂的多糖类物质，这些物质的代谢过程十分复杂且关系密切。
本文将从细胞壁的结构和功能入手，阐述植物中的细胞壁代谢途径。
一、植物细胞壁的结构和功能植物细胞壁由细胞质膜和次生细胞壁两部分组成，次生细胞壁是前者外部形成的一层细胞壁。
细胞壁主要由纤维素和半纤维素等多糖组成，同时还包括蛋白质和其他一些小分子物质。
它们通过纤维素和半纤维素之间的交错，形成纤维素羟丙基酸和酯化酚类等复杂的结构。
细胞壁的结构是多种多样的，这不仅取决于细胞壁的组分，也取决于细胞内外环境的影响。
细胞壁的功能除了保护细胞外，还有重要的生理功能。
比如，细胞壁起着调节细胞形态并防止其扩张的作用，同时也负责维持细胞的稳定性和塑性。
例如，细胞壁的改变可以改变细胞的大小和形状，这是植物生长和发育过程中所必需的。
细胞壁还参与细胞的信号传导、离子交换以及从植物体内获得水分和营养等过程。
二、细胞壁的合成途径细胞壁的合成具有很强的时空特异性。
与其他生物体不同，植物中的细胞壁是合成多糖类物质的重要场所之一。
细胞壁的生物合成主要涉及两个过程：纤维素羟丙基酸的合成和半纤维素的合成。
1.纤维素和羟丙基酸的合成纤维素是细胞壁中最常见的结构多糖，由β-D-葡萄糖结构单元组成，并呈线性的1,4-β--葡萄聚糖结构。
细胞壁中的纤维素主要由类胡萝卜素合成路径和UDP糖的途径产生。
其中类胡萝卜素合成路径参与了单糖（葡萄糖、半乳糖等）的转化为UDP-葡萄糖等途径，并利用不同的酵素组装而成。
羟丙基酸的合成也参与了葡萄糖代谢途径，其中HMGR酶可以将乙酰辅酶A转化为乙酰辅酶，DasA和DasB分别参与了乙酰和丙酮酸的转化，然后是乙酰辅酶A和一种转化成丙酸辅酶的加酮氧酸酰辅酶A的聚合反应。
这个过程可以被简化为一个被称为“羟丙酸途径”的代谢过程。
细胞壁转化酶课件
促进氧化还原反应
酶能够通过促进电子或质 子的转移，加速氧化还原 反应的进行，如氧化酶、 过氧化氢酶等。
酶作用的细胞生物学机制
参与细胞代谢
细胞壁转化酶是细胞壁合成和降解过 程中的关键酶，参与细胞壁的合成和 重塑，对维持细胞形态和功能具有重 要作用。
调控细胞生长和分裂
参与信号转导
细胞壁转化酶可以作为信号分子，参 与细胞内的信号转导过程，调节细胞 的生理活动和行为。
抑制剂的筛选与设计
基于结构的药物设计
利用计算机模拟技术，根据酶的三维结构信息，设计能够与酶结合并抑制其活性的小分子化合物。通过虚拟筛选和实 验验证，筛选出具有潜在抑制活性的小分子化合物，并进行优化和改造，以提高其抑制活性和选择性。
高通量筛选
利用自动化技术，对大量小分子化合物进行快速筛选，以发现具有潜在抑制活性的化合物。通过在细胞或组织水平上 检测酶的活性，确定能够抑制酶活性的小分子化合物，并进行验证和优化。
持微生物的生长和生存。
它能够调节微生物的形态和大小 ，影响微生物的生物量和活性。
细胞壁转化酶还参与微生物的耐 药性和感染性疾病的发生发展等
过程。
04
细胞壁转化酶与疾病的关系
与感染性疾病的关系
抗感染作用
细胞壁转化酶具有抗感染作用，能够破坏细菌细胞壁，导致细菌死亡。
感染性疾病的发病机制
感染性疾病通常由病原微生物引起，这些微生物通过细胞壁转化酶的作用，破 坏细胞壁，进而感染细胞。
酶作用机制的深入研究
总结词
深入理解细胞壁转化酶的作用机制有助 于发现新的药物作用靶点，为药物设计 和开发提供理论支持。
VS
详细描述
细胞壁转化酶的作用机制涉及多个步骤， 包括底物识别、催化反应和产物释放等。 通过研究这些步骤的分子机制，可以更深 入地理解酶的活性调节和底物特异性等性 质。这些信息有助于发现新的药物作用靶 点，并设计出具有更高选择性和活性的药 物。
酶工程复习要点
名词解释：酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。
固定化酶：固定在载体上并在一定的空间范围内进行的催化反应的酶固定化活细胞：固定在载体上并在一定的空间范围内进行生命活动的细胞称为固定化细胞。
固定化细胞能进行正常的生长、繁殖和新陈代谢固定化原生质体：固定在载体上，在一定的空间范围内进行新陈代谢的原生质体。
膜分离技术：借助一定孔径的高分子薄膜，将不同大小、形状、性质的颗粒或分子进行分离的技术。
酶促破碎法：通过细胞本身的酶系或外加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎的方法。
结晶：是指物质以晶体的状态从蒸汽或溶液中析出的过程。
萃取分离：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法。
酶分子修饰：通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰。
大分子结合修饰：采用水溶性大分子与酶的侧链基团共价结合，使酶分子的空间构象发生改变，从而改变酶的催化特性的方法。
肽链有限水解修饰：肽链的水解在限定的肽键上进行，称为肽链有限水解。
利用肽链的有限水解，其分子质量减少，既可以在基本保持酶活力的同时使酶的抗原性降低或消失，又可以使酶的空间结构发生某些精细的改变，从而改变酶的特性和功能的方法，称为肽链有限水解修饰。
氨基酸置换修饰：将酶分子肽链上的某一个氨基酸置换成另一个氨基酸，从而改变酶的催化特性的修饰方法。
原生质体融合育种：就是把两个亲本的细胞分别去掉细胞壁，获得原生质体，将两亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇（PEG）作为助融剂，使它们互相凝集，发生细胞质融合，接着两亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组的方法进行育种基因工程育种：改变细胞调节基因，使菌种由诱导型变为组成型。
增加结构基因的拷贝数，增加细胞专一性酶的生产.组成酶：细胞固有的酶类。
诱导酶：是细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶。
分解代谢物阻遏：指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象反馈阻遏：酶催化反应的产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成受到阻遏的现象反馈抑制：是最终产物抑制作用，在合成过程中，有些微生物合成途径的终点产物对该途径酶的活性调节，所引起的抑制作用。
转化酶研究进展
３ — ．； ． ５０ 中性 和碱 性 酶 位 于细 胞 质 中 ， 适 ｐ ０ 最 Ｈ值 在 ７０左 ．
转化酶 是 高度 多态 的 ， 包括 酸性 转化 酶 （ ｉ Ｉｖｒ ｓ ， Ａｃ ｅｔ ｅ ｄｎ ａ Ａ ） 中性 转 化 酶 （ ｅ ｔ ｌｎ ｅｔｓ ， Ｉ和 碱 性 转 化酶 。 多 Ｉ、 Ｎ ｕｒ ｖｒ ｅ Ｎ ） ａＩ ａ 许 报 道将 中性 转 化 酶和 碱 性转 化 酶 看作 同 一种 转 化酶 。 性 酸
而 水 解酶 活 力下 降 。 Ｉ 为一 种胞 质酶 ， 成 熟组 织 中 ， Ｉ Ｎ 作 在 Ａ 水 平 较低 ， 因而 Ｎ 对 蔗糖 水解 更 为 重要 。 甘 蔗 、 菜 、 Ｉ 在 甜 柑 橘 、 萝 卜的成 熟组 织 中发 现 了 Ｎ 调节 蔗 糖 代谢 ， 在未 胡 Ｉ 但 成 熟组 织中 尚未见 到 。 网纹甜 瓜【 Ｉ 活性在 未成 熟组织 中较 高， 随着 果实 发育 ， 下降趋 势与 Ａ 相 同 ， ａ 其 Ｉ Ｇ ｏ等［ ４ １ 认为 在甜 瓜 果实 蔗 糖代 谢 中 Ｎ 功能 可 能 与其 他 蔗糖 储 藏 型 物种 组 Ｉ
转 化 酶 主 要 存 在 于 液 泡 或 束 缚 于 细 胞 壁 上 ， 最 适 ｐ 值 在 其 Ｈ
转 化酶 的活性 不仅 受底 物 和 产物 的调 节 ， 而且 受 抑 制 剂 等 因素 的调 节 。 白质 转化 酶 抑 制剂 及 Ｎ Ｆ都 可 有效地 蛋 ａ 抑 制 液 泡 转 化 酶 和 胞 壁 转 化 酶 。 Ａ 可 提 高 燕 麦 茎 段 等 Ｇ ，
转化 酶 （ ｖｒ ｓ ） 又称蔗 糖酶 或 Ｂ Ｄ一 哺果糖 苷 酶 ， ｉ ｅｔ ｅ ， ｎ ａ — 呋
高考生物一轮复习第二单元细胞代谢第6讲酶课件
思考讨论 1.上面的实验步骤中，1、2号试管在本实验中的作用是什么？ 提示 与其他试管形成对照作用。 2.为什么要在37 ℃恒温水浴中保温？ 提示 37 ℃是唾液淀粉酶的最适温度，保证淀粉被分解为麦芽糖。 3.如果5号试管内呈现轻度阳性反应，你认为该怎样解释？你能设计一个 实验来检验自己的假设吗？ 提示 少量淀粉分解成麦芽糖。可再用一支同样的试管只加入3 mL淀粉 溶液，其他处理条件相同，用本尼迪特试剂检测，若出现红黄色沉淀说 明解释正确。
提示
解题探究
题型一 实验基础 1.(2016·浙江4月选考)为研究酶的特性，进行了下列实验，基本过程和结 果如表所示。
步骤
基本过程
试管A
试管B
①
加入淀粉溶液
3 mL
－
②
加入蔗糖溶液
－
3 mL
③
加入新鲜唾液
1 mL
1 mL
④ 37 ℃保温15 min，加本尼迪特试剂 2 mL
2 mL
⑤
沸水浴2～3 min，观察
123456
222222
3
3
3
3
3
3
11
11
据此分析，下列叙述正确的是
√A.试管1和2的作用是检测淀粉和蔗糖中是否含有还原糖
B.试管3～6需在沸水浴中保温2～3 min以利于酶的催化作用 C.试管3和6的实验结果说明酶的作用具有专一性 D.若试管5中出现阳性反应说明蔗糖酶也能分解淀粉
解析 答案
4.下表是某同学为验证酶的专一性而设计的实验方案，a～d表示4支试管，①～⑦ 表示实验步骤。对该实验方案的有关评价，错误的是
提示
3.与酶有关的曲线模型分析 (1)酶高效性的曲线
由曲线可知：酶比无机催化剂的催化效率 更高 ；酶只能缩短达到_化__学___ 平衡 所需的时间， 不改变 (填“改变”或“不改变”)化学反应的平衡点。 因此，酶 不能 (填“能”或“不能”)改变最终生成物的量。
高三一轮复习生物讲义：细胞代谢-酶及ATP
第1讲酶1.酶的化学本质和作用1）酶的化学本质和作用机理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主要是细胞核(真核生物)来源一般来说，活细胞都能产生酶作用场所可在细胞内、外及体外发挥催化作用作用机理降低化学反应的活化能2）酶与动物激素的比较项目酶动物激素来源及作用场所活细胞产生；细胞内或细胞外专门的内分泌腺或特定部位细胞产生；多数在细胞外发挥作用化学本质多数是蛋白质，少数是RNA固醇类、多肽、蛋白质、氨基酸衍生物等生理功能催化作用调节作用共性在生物体内均属高效能物质，即含量少、作用大、生物代谢不可缺少2.酶的特性(1)高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍，大大降低反应的活化能。
①催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
②酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。
③酶只能催化自然条件下能发生的化学反应。
(2)专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
①加入酶B的反应速率与无酶A或空白对照条件下反应速率相同，而加入酶A的反应速率随反应物浓度增大明显加快，说明酶B对此反应无催化作用，酶A对此反应有催化作用进而说明酶具有专一性。
②验证酶的专一性实验设计思路：实验一：实验组：淀粉酶+淀粉溶液对照组：蔗糖酶+淀粉溶液实验结果：实验组用斐林试剂检测呈砖红色沉淀，对照组用斐林试剂检测为蓝色。
实验二：实验组：淀粉+淀粉酶对照组：蔗糖+淀粉酶实验结果：实验组用斐林试剂检测呈砖红色沉淀，对照组用斐林试剂检测为蓝色。
(3)作用条件较温和：高温、过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；低温时，酶的活性减弱，但不会失活。
①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
具有最适温度。
②过酸、过碱、高温都会使酶失活，而低温只是抑制酶的活性，酶的空间结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
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c. 抑制转化酶基因表达植物生长异常（反义RNA 技术）
反义mRNA技术研究转化酶功能（1）
Phenotypic Changes in Transgenic Plantlets Expressing Antisense mRNA for Vacuolar Invertase or Cell Wall Invertase
酸性转化酶与植物的非生物（干旱）抗性有关 转化酶在信号传导中的作用
3.1 调节植物生长发育和器官建成
a. 一般在植物的分生组织和快速生长的幼嫩的组 织和器官中（如幼嫩的叶片、茎、根尖和果实等） 细胞壁转化酶以及液泡转化酶的活性较高 （Estruch 和 Beltran, 1991; Xu 等 , 1989）
2.1 转化酶的分类
转化酶类型
最适pH范围 溶解性
底物
是否糖基化
细胞壁类型 (酸性,细胞外)
4.5-5.0
液泡类型 (酸性)
4.5-5.0
细胞质类型 (中性/碱性)
7.0-7.5
不溶或可溶 蔗 糖 / 棉 籽 糖
是
…
可溶
蔗糖/ 棉籽糖
是
…
可溶
蔗糖
否
2.2 转化酶在源和库细胞中的分布
叶绿体 丙糖
CALVIN
Source: Plant Cell, Vol. 11, 177-190, February 1999, Copyright © 1999, American Society of Plant Physiologists
反义mRNA技术研究转化酶功能（2）
Phenotypic Changes in Mature Transgenic Plants Plants were grown in soil in a growth chamber. The control plants are transgenic and harbor the promoter of the gene for carrot cell wall invertase fused to the GUS reporter gene. (A) An Acwi plant and a control plant (B) An Avi plant and a control plant
All plantlets were grown on half-strength Murashige and Skoog medium containing only macroelements and microelements and 3% sucrose. The transgenic control plantlets harbor the promoter of the gene for carrot cell wall invertase fused to the GUS reporter gene. (A) Antisense plantlets for cell wall invertase (Acwi-59, Acwi-65, and Acwi-76) and wild-type (W T) and transgenic control plantlets (B) Antisense plantlets for vacuolar invertase (Avi-34, Avi-47, and Avi-65) and wild-type (W T) and transgenic control plantlets
细胞壁转化酶
பைடு நூலகம்
1概 念
转化酶（Invertase)，又称蔗糖酶或β-呋喃果糖 苷酶。
是与蔗糖代谢密切相关的一种酶，催化蔗糖 不可逆水解成葡萄糖和果糖。
Sucrose +H2O ----- Glucose + Fructose
与糖代谢相关的酶
蔗糖磷酸合成酶（SPS） 磷酸蔗糖磷酸化酶（SPP） 蔗糖合成酶（SuSy） 转化酶(Inv)
循环 淀粉
蔗糖
CYT INV
葡萄糖 果糖
源细胞
葡萄糖 果糖 蔗糖
VAC INV
液泡
质外体
蔗糖
CW INV
蔗糖
CYT INV
细胞质 葡萄糖 果糖
葡萄糖 果糖
葡萄糖 果糖 蔗糖
VAC INV
液泡
库细胞
3 转化酶在植物糖代谢中的作用
调节植物的生长发育和器官建成
细胞壁转化酶在蔗糖的卸载中发挥作用 液泡转化酶促进成熟器官液泡的蔗糖积累 调节淀粉合成 一些酸性转化酶基因作用于病原防治 细胞壁转化酶与抗衰老有关
Source: Plant Cell, Vol. 11, 177-190, February 1999, Copyright © 1999, American Society of Plant Physiologists
反义mRNA技术研究转化酶功能（3）
Electron microscopic pictures of pollen from wild-type (A and B) and transgenic plants (C-F)
(A) SEM picture of wild-type pollen. (Bar = 5 µm.) (B) Transmission EM (TEM) picture of wild-type pollen. (Bar = 5 µm.) (C) SEM picture of pollen from NT23-4. (Bar = 5 µm.) (D) TEM picture of pollen from NT23-4. (Bar = 5 µm.) (E) SEM picture of pollen from NT23-6. (Bar = 5 µm.) (F) TEM picture of pollen from NT23-6. (Bar = 5 µm.) NT23-4 represents one of the plants whose pollen shows germination efficiencies between 25% and 40%; NT23-6 is one of the plants with germination efficiency <2%