第五章第一节降低化学反应活化能的酶

1、 第第 5 5 章章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用 第第 1 1 节节 降低化学反应活化能的降低化学反应活化能的酶酶斯帕兰札尼对鹰的消化研究斯帕兰札尼对鹰的消化研究17731773年，意大利科学家斯帕兰札尼年，意大利科学家斯帕兰札尼设计了一个巧妙的实验：将肉块放入设计了一个巧妙的实验：将肉块放入入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间他把小笼子取子吞下去。过一段时间他把小笼子取出来发现笼内的肉块消失了。出来发现笼内的肉块消失了。问问 题题 探探 讨讨讨论一：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

2、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：答：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化。鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化。 答：答：是胃内的化学物质将肉块分解了。是胃内的化学物质将肉块分解了。答：答：收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是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。否也能将肉块分解。 一般化学反应的条件一般化学反应的条件 （1 1）高温）高温（2 2）高压）高压（3 3）强酸）强酸（4 4）强碱）强碱（5 5）催化剂）催化剂细胞内外的环境细胞内外的环境1.1.常温常温2.2.常压常压3.3.水

3、溶液环境水溶液环境4.pH4.pH接近中性接近中性细胞内会发生一系列的化学反应，这些化学细胞内会发生一系列的化学反应，这些化学反应发生的环境条件是什么？反应发生的环境条件是什么？ 在这种环境状态下发生的化学反应，应在这种环境状态下发生的化学反应，应该有适合的生物催化剂该有适合的生物催化剂 酶酶（是很温和的）（是很温和的）思考思考叶绿体的生叶绿体的生理功能是什理功能是什么？么？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的线粒体的生理功能生理功能是什么？是什么？线粒体线粒体: C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量能量酶酶

4、有氧呼吸作用有氧呼吸作用思考思考核糖体的生核糖体的生理功能是什理功能是什么？么？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+6O2 6CO2+12H2O+能量能量酶酶核糖体：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细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称反应，统称 细胞代谢细胞代谢2H2H2 2OO2 2 2H 2H2 2O + OO + O2 2一、酶在细胞代谢中的作用一、酶在细胞代谢中的作用1

5、1、常温下反应、常温下反应2 2、加热、加热3 3、FeFe3+3+做催化剂做催化剂4 4、过氧化氢酶、过氧化氢酶猪肝研磨液（过氧化氢酶）猪肝研磨液（过氧化氢酶）加入试管直接观察加入试管直接观察酒精灯加热酒精灯加热滴加滴加FeClFeCl3 3溶液溶液常温常温/ /高温高温/Fe/Fe3 3/ /过氧化氢酶过氧化氢酶实验目的：实验目的：通过比较过氧化氢在通过比较过氧化氢在不同条件不同条件下下分解的快慢，了解酶的作用和意义。分解的快慢，了解酶的作用和意义。实验原理：实验原理：2H2H2 2O O2 2 2 2H2 2O + O2 2实验：实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件

6、下的分解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 结结果果结论结论比较过氧化氢在不同条件下的分解速率比较过氧化氢在不同条件下的分解速率2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温常温90FeCl3肝脏研肝脏研磨液磨液2 2滴清水滴清水2 2滴清水滴清水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过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样速率不一样反应条件反应条件 H H2 2OO2 2 浓度浓度剂量剂量剂量剂量气泡产生气泡产生卫生香燃烧卫生香燃烧自变量自变量因变量因变量无关变量无关变量变量变量

7、19/19/对照实验对照实验对照组对照组实验组实验组变量：实验过程中可以变化的因素。变量：实验过程中可以变化的因素。18/自变量：自变量：因变量：因变量：无关变量：无关变量：引起实验变化的原因，如：加热、引起实验变化的原因，如：加热、加加FeCl3溶液、猪肝研磨液等溶液、猪肝研磨液等实验变化的结果，如：过氧化氢分解的实验变化的结果，如：过氧化氢分解的速度。速度。实验中的其它可变因素，会对实验结果实验中的其它可变因素，会对实验结果造成影响，如反应物的性质和浓度。造成影响，如反应物的性质和浓度。1 1、与、与1 1号试管相比，号试管相比，2 2号试管出现什么现象？号试管出现什么现象？这一现象说明什

8、么？这一现象说明什么？10/10/ 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 2、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 不能不能3 3、3 3号和号和4 4号试管未经加热，也有大量气泡产号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？生，这说明什么？22/22/ 4 4、3 3号试管与号试管与4 4号试管相比，哪支试管中的反应号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？速率快？这说明什么？4 4号试管反应速率较快。号试管反应速率较快。3443少量肝脏少量肝脏研磨液研磨液说明过氧化氢酶的催化效率比说明过氧化氢酶

9、的催化效率比FeFe3+3+的高。的高。为什么加热时比常温下产生的气泡多？为什么加热时比常温下产生的气泡多？常态分子常态分子 活化分子活化分子 加热加热 分子从分子从常态常态转变为容易发生化学反应的转变为容易发生化学反应的活跃活跃状态状态所需要的能量称为所需要的能量称为活化能。活化能。5 5、为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行、为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？至关重要？因为细胞内的化学反应需要在常温常压下进行。因为细胞内的化学反应需要在常温常压下进行。各条件使反应加快的本质：各条件使反应加快的本质：加热：加热： FeFe3+3+：酶：酶：提高分子的能量提高分子的能量降低化学

10、反应的降低化学反应的活化能活化能同无机催化相比，酶能同无机催化相比，酶能更显著地更显著地降低化学降低化学反应的反应的活化能活化能，因而催化效率，因而催化效率更高更高。加入加入催化剂催化剂相当于给汽车找到了一条穿山隧道相当于给汽车找到了一条穿山隧道4/加热加压加热加压相当于给汽车加大油门相当于给汽车加大油门如果把化学反应比作驾车翻越一座高山如果把化学反应比作驾车翻越一座高山3/3/催化剂可以降低化学反应的活化能。催化剂可以降低化学反应的活化能。与无机催化剂相比较，生物催化剂与无机催化剂相比较，生物催化剂酶酶有突出的有突出的优越性优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

11、化效率更高。催化效率更高。 巴斯德巴斯德 和和 李比希李比希 1822182218951895（法国）（法国）微生物学家微生物学家通过显微镜观察发现：通过显微镜观察发现：发酵的过程中有酵母菌发酵的过程中有酵母菌结论：没有活细胞糖类结论：没有活细胞糖类不可能变成酒精不可能变成酒精1803180318731873（德国）（德国）化学家化学家通过对化学变化的研究认通过对化学变化的研究认为：糖类变成酒精就是一为：糖类变成酒精就是一个化学反应个化学反应结论结论: : 在这个变化过程中，在这个变化过程中，只有细胞死之后放出了某只有细胞死之后放出了某些物质起了作用些物质起了作用资料分析资料分析关于酶本质的探

12、索关于酶本质的探索11/讨讨 论论1 1、巴斯德和李比希的观点各是什么？有什么积极、巴斯德和李比希的观点各是什么？有什么积极意义？各有什么局限性？意义？各有什么局限性？2 2、巴斯德和李比希出现争论的原因是什么？这一、巴斯德和李比希出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某是不正确的；李比希认为引起发酵的是

13、细胞中的某些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究目标集中在题。他们的争论促使后人把对酶的研究目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。毕希纳将在细胞中引起发酵的物质称为毕希纳将在细胞中引起发酵的物质称为酿酶。酿酶

14、。酵母细胞研磨酵母细胞研磨加水搅拌加水搅拌加压过滤加压过滤不含活细胞的提取液不含活细胞的提取液加入葡萄糖加入葡萄糖过程过程：现象现象：冒出气泡冒出气泡 毕希纳的研究过程毕希纳的研究过程 3 3、从毕希纳实验可以得出什么结论？、从毕希纳实验可以得出什么结论？ 毕希纳实验的实验证明，毕希纳实验的实验证明，酵母细胞中的某些酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。就像在活酵母细胞中一样。萨姆纳（萨姆纳（1917）从刀豆种子中提取了脲酶结晶从刀豆种子中提取了脲酶结晶用多种方法证明脲酶是蛋白质用多种方法证明脲酶是蛋白质所有的酶

15、都是蛋白质吗？所有的酶都是蛋白质吗？4 4、萨姆纳历时、萨姆纳历时9 9年才证明脲酶是蛋白质，并年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他成功的主因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他成功的主要原因是什么？要原因是什么？ 萨姆纳历时萨姆纳历时9 9年用正确的科学方法，坚持不年用正确的科学方法，坚持不懈、不折不挠的科学精神，将酶提纯出来，懈、不折不挠的科学精神，将酶提纯出来，成功属于不畏艰苦的人，成功属于不畏艰苦的人，讨讨 论论 19821982年至年至19831983年美国科学家切赫和奥特年美国科学家切赫和奥特曼发现少数曼发现少数RNARNA 也也具有催化作用具有催化作用，这一研究，这一研

16、究成果的出现荣获了成果的出现荣获了19841984年年诺贝尔生理奖。诺贝尔生理奖。结论：结论：绝大多数酶是绝大多数酶是蛋白质蛋白质， 极少数酶是极少数酶是RNARNA。奥特曼奥特曼巴斯德之前巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德巴斯德发酵与发酵与活细胞活细胞有关，发有关，发酵是整个细胞而不是细酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用胞中某些物质起作用引起发酵的是引起发酵的是细胞中的某些细胞中的某些物质物质，但这些物质只有在酵，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发母细胞死亡并裂解后才能发挥作用挥作用毕希纳毕希纳酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后

17、酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样萨姆纳萨姆纳酶是酶是蛋白质蛋白质李比希李比希切赫、奥特曼切赫、奥特曼少数少数RNARNA也具有生物催化功能也具有生物催化功能关于酶本质的探索关于酶本质的探索二、酶的概念和本质二、酶的概念和本质4/18/4/18/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.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

18、+3+的催化效率的催化效率1 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 倍倍三、酶的特性三、酶的特性2 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反应化学反应例如：例如：二肽酶可以水解由任意两种氨基酸二肽酶可以水解由任意两种氨基酸组成的二肽。组成的二肽。例如：例如：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3/实实验验步步骤骤

19、一一1 1号试管号试管2 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2mL2mL，振荡，试管下半部浸入，振荡，试管下半部浸入6060左右的热水中，保温左右的热水中，保温5min5min2mL2mL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浴加热1min1min2mL2mL淀粉溶液淀粉溶液蓝色蓝色砖红色沉淀砖红色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。水解。探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用10/10/无无砖红色沉淀砖红色沉淀3 3、酶的作用条件较温和、酶的作用条件较温和11/11/

20、 酶所催化的反应叫酶所催化的反应叫酶促反应酶促反应。 酶促反应中被酶作用的物质叫做酶促反应中被酶作用的物质叫做底物底物，经反应生产的物质叫做经反应生产的物质叫做产物产物。温度温度对酶活性的影响对酶活性的影响 1 1 2 2 3 33 3可溶性淀粉可溶性淀粉 2ml 2ml 2ml 2ml 2ml 2ml 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3737水浴水浴6060水水浴浴放置放置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粉

21、酶在37 37 中活性最强中活性最强自变量自变量因变量因变量pHpH对酶活性的影响对酶活性的影响 1 1 2 2 3 3 肝脏研磨液肝脏研磨液 1ml 1ml 1ml 1ml 1ml 1ml pH pH3 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1mL1mLNaOH1mLNaOH1mLHCL1mLHCL1mL2ml2ml2ml2ml2ml2ml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在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性在

22、一定范围内，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强；逐渐增强；达到最适温度时，酶的达到最适温度时，酶的活性最高；活性最高；超过最适温度时，随着超过最适温度时，随着温度的继续升高，酶的温度的继续升高，酶的活性逐渐下降。活性逐渐下降。酶活性受温度影酶活性受温度影响示意图响示意图温度过高温度过高会使酶的空间会使酶的空间结构遭到破坏，使结构遭到破坏，使酶永酶永久失活久失活在一定范围内，随着在一定范围内，随着pHpH的升高，酶的活性逐渐的升高，酶的活性逐渐增强；增强；达到最适达到最适pHpH时，酶的时，酶的活性最高；活性最高；超过最适超过最适pHpH时，随着时，随着pHpH的继续升高，酶的活性的继续升高，酶的

23、活性逐渐下降。逐渐下降。过酸、过碱过酸、过碱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，使酶酶永久失活永久失活酶活性受酶活性受pHpH影响示意图影响示意图本本 节节 聚聚 焦焦一、酶在细胞代谢中的作用一、酶在细胞代谢中的作用 分子从分子从常态常态转变为容易发生化学转变为容易发生化学反应的反应的活跃状态活跃状态所需要的能量。所需要的能量。作用：作用：催化作用催化作用 本质：本质：降低化学反应的活化能降低化学反应的活化能巴斯德之前巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德巴斯德发酵与发酵与活细胞活细胞有关，发有关，发酵是整个细胞而不是细酵是整个细胞而

24、不是细胞中某些物质起作用胞中某些物质起作用引起发酵的是引起发酵的是细胞中的某些细胞中的某些物质物质，但这些物质只有在酵，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发母细胞死亡并裂解后才能发挥作用挥作用毕希纳毕希纳酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样萨姆纳萨姆纳酶是酶是蛋白质蛋白质李比希李比希切赫、奥特曼切赫、奥特曼少数少数RNARNA也具有生物催化功能也具有生物催化功能关于酶本质的探索关于酶本质的探索二、酶的概念和本质二、酶的概念和本质绝大多数酶是蛋白质绝大多数酶是蛋白质, ,

25、少数的酶是少数的酶是RNA.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1 1、高效性、高效性温度温度pHpH3 3、作用条件较温和、作用条件较温和三、酶的特性三、酶的特性2 2、专一性、专一性练习：练习：1 1、加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶，请回答下面的问、加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶，请回答下面的问题：题：（1 1）这种洗衣粉为什么能够很好地除去衣物上的）这种洗衣粉为什么能够很好地除去衣物上的 奶渍和血渍？奶渍和血渍？（2 2）使用这种洗衣粉为什么要用温水？）使用这种洗衣粉为什么要用温水？（3 3）含有蛋白酶的洗衣粉不宜用来洗涤下列哪些）含有蛋白酶的洗衣粉不宜用来洗涤下列哪些 衣料？（衣料？（ ） A.A.化纤化纤 B.B.纯毛纯毛 C.C.纯棉纯棉 D.D.真丝真丝（4 4）为了更好地除去衣物上的油渍，在洗衣粉中）为了更好地除去衣物上的油渍，在洗衣粉中 还可以加入什么酶？还可以加入什么酶？B D