51_降低化学反应活化能的酶

1、第五章 细胞的能量供应和利用第1节 降低化学反应活化能的酶襄樊三中 生物组一、酶的作用1、斯帕兰札尼对鹰的消化研究、斯帕兰札尼对鹰的消化研究讨论一：这个实验要解决什么问题？讨论一：这个实验要解决什么问题？讨论二：是什么物质使肉块消失了讨论二：是什么物质使肉块消失了？讨论三：怎样才能证明你的推测？讨论三：怎样才能证明你的推测？答：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化答：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化 答：是胃内的化学物质将肉块分解了答：是胃内的化学物质将肉块分解了答：收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是答：收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。否也能将肉

2、块分解。 思考思考光合作用光合作用叶绿体：叶绿体：CO2+H2O （CH2O) +O2光能光能 酶酶思考思考线粒体线粒体: C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量能量氧气氧气酶酶有氧呼吸作用有氧呼吸作用思考思考合成蛋白质合成蛋白质核糖体：核糖体： 氨基酸氨基酸 多肽多肽酶酶缩合脱水缩合脱水核糖体核糖体叶绿体：叶绿体：CO2+H2O （CH2O) +O2光能光能 酶酶线粒体线粒体: C6H12O6+6H2O+O2 6CO2+12H2O+能量能量氧气氧气酶酶核糖体：核糖体： 氨基酸氨基酸 多肽多肽酶酶缩合脱水缩合脱水细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统细胞中每时每刻都进行着

3、许多化学反应，统称为称为细胞代谢细胞代谢 实验原理：实验原理：过氧化氢酶和过氧化氢酶和Fe3+能催化能催化过氧化氢形成水和氧。过氧化氢形成水和氧。2H2O2 2H2O+O2？实验器材实验器材： 3.5的氯化铁溶液的氯化铁溶液 ， 20的新鲜肝脏研磨液的新鲜肝脏研磨液 ， 3% 的过氧化氢溶液，卫生香，的过氧化氢溶液，卫生香，目的要求目的要求: 通过比较过氧化氢在不同条件下分解的通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢快慢,了解过氧化氢酶的作用和意义了解过氧化氢酶的作用和意义一、酶的作用和本质一、酶的作用和本质：质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液 1滴质量分数为3.5%的氯 化铁溶液 1滴生物催化剂

4、：过氧化氢酶所含酶的相对数量：1无机催化剂： Fe3+Fe3+的相对数量：25万3%的H2O2水浴FeCl3肝脏研磨液2mL2mL2mL2mL902滴2滴现象试管内液面的上方点燃的卫生香步骤1 2 3 41）与）与1号试管相比，号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明号试管产生的气泡多，这一现象说明了什么？了什么？2号试管，号试管，加热加热能促进能促进H2O2的分解的分解,提高反应速率；提高反应速率；2） 3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？么？FeCl3中的中的Fe3+ 和新鲜肝脏中的和新鲜肝脏中的过氧化氢酶过氧化氢酶都能加

5、快过氧化都能加快过氧化氢分解的速率，氢分解的速率，3）3号试管和号试管和4号试管相比，号试管相比，4号试管中的反应速率快号试管中的反应速率快,这说这说明了什么？明了什么？过氧化氢酶比过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率的催化效率高高得多，得多，试一试对现象的分析试一试对现象的分析结论：结论：1、酶有催化作用、酶有催化作用 2、与无机催化剂相比、与无机催化剂相比 酶具有高效性酶具有高效性说明：说明：1、加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率；、加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率；2、FeCl3中的中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率；加快过氧

6、化氢分解的速率；3、过氧化氢酶比、过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多；的催化效率高得多； 细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。化学反应的顺利进行至关重要。提高化学反应速率的途径：提高化学反应速率的途径：(1) (1) 用加热或光照给反应体系提供能量。用加热或光照给反应体系提供能量。(2) (2) 使用催化剂。使用催化剂。那么，为什么使用催化

7、剂可以提高反应速率呢？那么，为什么使用催化剂可以提高反应速率呢？*1mol H2O2由由常态变为活跃的状态常态变为活跃的状态时需要吸收时需要吸收75 KJ的热量，这的热量，这75 KJ就是每就是每mol H2O2的的活化能活化能。*但加入过氧化氢酶时，但加入过氧化氢酶时，H2O2只要吸收只要吸收29 KJ的的热量就可以转变为活跃的状态。少了的热量就可以转变为活跃的状态。少了的46 KJ的的热量是不是由过氧化氢酶提供的呢？热量是不是由过氧化氢酶提供的呢？*如果不是由过氧化氢提供的，那么如何解释为如果不是由过氧化氢提供的，那么如何解释为何少了何少了46 KJ的热量呢？的热量呢？思考：2.2.作用机

8、理：作用机理：分子初态分子初态活化能活化能活跃状态活跃状态催化剂可以降低化学反应的活化能，从而使催化剂可以降低化学反应的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度加快，而且与无活化分子数增多，反应速度加快，而且与无机催化剂相比较，生物催化剂酶有突出的优机催化剂相比较，生物催化剂酶有突出的优越性越性酶降低活化能的作用更显著，因而酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。催化效率更高。 正是酶的催化作用，细胞代谢才正是酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行。能在温和的条件下快速进行。 控制变量控制变量变量：变量：实验过程中可以变化的因素实验过程中可以变化的因素自变量：自变量：其中人为改变的

9、变量。其中人为改变的变量。 如：如：2号号 90度水浴加热度水浴加热 3号号 加两滴加两滴 氯化铁氯化铁 4号号 加肝脏研磨液加肝脏研磨液因变量：因变量：随着自变量的变化而变化的量随着自变量的变化而变化的量 如：如：实验中的过氧化氢的分解率实验中的过氧化氢的分解率 （用产生（用产生 氧的气泡多氧的气泡多 少来表示）少来表示） 无关变量：无关变量：除了自变量外。实验过程中可能还会存除了自变量外。实验过程中可能还会存 在一些可变因素，对实验造成影响，这在一些可变因素，对实验造成影响，这 些变量称为无关变量。如些变量称为无关变量。如：加入过氧化氢：加入过氧化氢 量量 实验室的温度实验室的温度 氯化铁

10、和肝脏的研磨液的新鲜程度氯化铁和肝脏的研磨液的新鲜程度对照实验对照实验除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验。除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验。对照组和实验组对照组和实验组上述实验中的上述实验中的1号试管就是号试管就是对照组对照组， 2号号3号号4号试管就是号试管就是实验组实验组。在对照实验中，除了要观察的变量外，在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量（无关变量）其他变量（无关变量）都应当始终保持不变都应当始终保持不变步骤步骤试管编号试管编号 说明说明1 12 23 34 4 一一二二 观观察察结论结论2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温常温90FeCl3肝脏研肝脏研

11、磨液磨液2 2滴滴2 2滴滴不明显不明显少量少量较多较多大量大量不复燃不复燃 不复燃不复燃变亮变亮复燃复燃过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快反应条件反应条件自变量自变量因变量因变量无关变量无关变量变量变量 H H2 2OO2 2 浓度浓度剂量剂量剂量剂量气泡产生气泡产生带火星的木条带火星的木条对照实验对照实验对照组对照组实验组实验组实验步骤：实验步骤：2.酶的本质酶的本质阅读教材阅读教材P81页页,关于酶本质的探索关于酶本质的探索酶的本质酶的本质巴斯德在显微镜下观察到酵母细胞巴

12、斯德在显微镜下观察到酵母细胞,他他的观点哪些是正确的的观点哪些是正确的,哪些是错误的哪些是错误的?李毕希的观点呢李毕希的观点呢?毕希纳实验示意图毕希纳实验示意图,从中可得出什么结从中可得出什么结论论?为什么当时只能推测酶是蛋白质为什么当时只能推测酶是蛋白质,而不能证明酶是蛋白质而不能证明酶是蛋白质?酶的本质酶的本质结论：结论：人物人物巴斯德巴斯德李比希李比希合理性合理性 认为发酵与活细认为发酵与活细胞有关胞有关引起发酵的是细胞引起发酵的是细胞中的某些物质中的某些物质局限性局限性 发酵是整个细胞发酵是整个细胞而不是细胞中的而不是细胞中的某些物质在起作某些物质在起作用用这些物质只有在酵这些物质只有

13、在酵母细胞死亡并裂解母细胞死亡并裂解后才能发挥作用后才能发挥作用三、酶(Enzyme)的概念: :绝大多数酶是蛋白质绝大多数酶是蛋白质,少数的酶是少数的酶是RNA.酶是酶是活细胞活细胞产生的一类具有产生的一类具有生物生物催化作用催化作用的的有机物有机物。来源来源功能功能本质本质四、酶的特性3443少量肝脏少量肝脏研磨液研磨液 比较过氧化氢酶和比较过氧化氢酶和FeFe3+3+的催化效率的催化效率1、酶具有高效性、酶具有高效性酶的催化效率是无机催化剂的酶的催化效率是无机催化剂的10107 710101313 倍倍2、酶具有专一性、酶具有专一性每一种酶只能催化每一种酶只能催化一种或一类一种或一类化学

14、反应化学反应 （例如，二肽酶可以水解由任意两种（例如，二肽酶可以水解由任意两种氨基酸组成的二肽。）氨基酸组成的二肽。）实验蛋白酶，淀粉酶，蔗糖酶，肽酶，蛋白酶，淀粉酶，蔗糖酶，肽酶，麦芽糖酶麦芽糖酶 由这些酶的名字你能想到什么吗？由这些酶的名字你能想到什么吗？设计一个实验来验证一下你的推测设计一个实验来验证一下你的推测实实验验步步骤骤一一1号试管号试管2号试管号试管二二三三四四实验实验现象现象结论结论加入淀粉酶加入淀粉酶2 2mL，振荡，试管下半部，振荡，试管下半部浸入浸入6060左右的热水中，保温左右的热水中，保温5min5min2mL蔗糖溶液蔗糖溶液加斐林试剂加斐林试剂 振荡振荡水浴加热水

15、浴加热1min2mL淀粉溶液淀粉溶液蓝色蓝色无变化无变化砖红色沉淀砖红色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。蔗糖水解。3 3、酶的作用条件较温和、酶的作用条件较温和温度对酶活性的影响 1 1 2 2 3 33 3可溶性淀粉可溶性淀粉 2ml2ml 2ml2ml 2ml2ml 温度温度 唾液淀粉酶唾液淀粉酶 碘液碘液 颜色颜色 结论结论冰水中冰水中37水浴水浴60 浴浴放置放置2min2min1ml1ml1ml1ml1ml1ml1 1滴滴1 1滴滴1 1滴滴摇匀混合，放置反应摇匀混合，放置反应5min5min变蓝变蓝变蓝变蓝不变蓝不变蓝唾液淀粉酶在唾液淀

16、粉酶在37 中活性最强中活性最强自变量自变量因变量因变量pH对酶活性的影响 1 1 2 2 3 3 肝脏研磨液肝脏研磨液 1ml1ml 1ml1ml 1ml1ml pHpH3 3过氧化氢过氧化氢溶液溶液 结果结果 结论结论蒸馏水蒸馏水1mL5NaOH1mL5HCL1mL2ml2ml2ml2ml2ml2ml摇匀混合，放置在室温下反应摇匀混合，放置在室温下反应5min5min有较多气泡有较多气泡不明显不明显不明显不明显过氧化氢酶在中性条件中活性最强过氧化氢酶在中性条件中活性最强自变量自变量因变量因变量酶活性受温度酶活性受温度影响示意图影响示意图酶活性受酶活性受pH影响示意图影响示意图在一定范围内，

17、随着温度的升高，酶的活在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强；性逐渐增强；达到最适温度时，酶达到最适温度时，酶的活性最高；的活性最高；超过最适温度时，随超过最适温度时，随着温度的继续升高，着温度的继续升高，酶的活性逐渐下降。酶的活性逐渐下降。酶活性受温度酶活性受温度影响示意图影响示意图温度过高温度过高会使酶的空会使酶的空间结构遭到破坏，使间结构遭到破坏，使酶永久失活酶永久失活在一定范围内，随着在一定范围内，随着pH的升高，酶的活性的升高，酶的活性逐渐增强；逐渐增强；达到最适达到最适pH时，酶时，酶的活性最高；的活性最高；超过最适超过最适pH时，随时，随着着pH的继续升高，的继续升高，酶的活性逐渐下降。酶的活性逐渐下降。过酸、过碱过酸、过碱会使酶的会使酶的空间结构遭到破坏，空间结构遭到破坏，使使酶永久失活酶永久失活酶活性受酶活性受pH影响示意图影响示意图1 1、高效性、高效性2 2、专一性、专一性温度温度pH3 3、作用条件较温和、作用条件较温和四、酶的特性酶在细胞代谢中的作用酶的本质酶的特性活细胞产生的具有催化作用的活细胞产生的具有催化作用的有机物有机物，其中绝大多数酶是蛋，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是白质，少数酶是RNA