第1节降低化学反应活化能的酶

1、问题探讨问题探讨 1773年，意大利科学年，意大利科学家斯帕兰札尼做了一个家斯帕兰札尼做了一个巧妙的实验：将肉放进巧妙的实验：将肉放进金属笼内，然后让鹰把金属笼内，然后让鹰把肉吞下去。过一段时间肉吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出后，后，他把小笼子取出后，发现笼内的肉块消失了。发现笼内的肉块消失了。1.这个实验要解决什么问题？这个实验要解决什么问题？2.是什么物质使肉块消失了？是什么物质使肉块消失了？3.怎样才能证明你的猜测？怎样才能证明你的猜测？过程：过程：问题探讨问题探讨肉块放入小金属笼内，让鹰吞下肉块放入小金属笼内，让鹰吞下肉块消失了肉块消失了是胃内的化学物质将肉块分解了是胃内的化学物

2、质将肉块分解了收集胃内的化学物质，看看这些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物质在体外是否也能将肉块分解肉块的消失是胃化学消化的作用（而非肉块的消失是胃化学消化的作用（而非物理性消化）物理性消化）推测推测( (假设）：假设）：假说验证假说验证 ：斯帕兰扎尼实验斯帕兰扎尼实验现象现象结论结论第第1 1节节 降低化学反应活化能的酶降低化学反应活化能的酶一、酶的作用和本质一、酶的作用和本质二、酶的特性二、酶的特性1.1.细胞代谢细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反是：细胞中每时每刻都进行着许多化学反是 应，统称为细胞代谢应，统称为细胞代谢. .细胞代谢是细胞代谢是生命活动

3、的基础。生命活动的基础。一、酶在细胞代谢中的作用一、酶在细胞代谢中的作用新陈代谢：生物体内所有化学反应的总称。新陈代谢：生物体内所有化学反应的总称。 基础基础细胞代谢细胞代谢条件和特条件和特点点2 H2 H2 2O O2 2 2 H 2 H2 2O + OO + O2 21.1.常温常温2.2.加热加热3.3.无机催化剂：无机催化剂：FeFe3+3+4.4.生物催化剂：过氧化氢酶生物催化剂：过氧化氢酶肝脏研磨液肝脏研磨液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2.2.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下的分解实验原

4、理实验原理条条件件常温常温 加热加热 Fe3+Fe3+过氧化氢酶过氧化氢酶3%3%2 2 2 22ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml9090FeClFeCl3 3自变量自变量因变量因变量大小相同大小相同等体积等体积总体积相同总体积相同无关变量无关变量对照组对照组实验组实验组对照实验对照实验单单一一变变量量原原则则方法步骤方法步骤无关变量无关变量等等量量原原则则实验设计原则实验设计原则: :实验方法实验方法无关变量无关变量控制控制变量变量自变量自变量因变量因变量人为改变的变量人为改变的变量因自变量而化因自变量而化实验变量实验变量结果变量结果变量影响实验的其他因素影响实验的其他因素原因

5、原因结果结果对照原则对照原则: :设计对照实验设计对照实验, ,既要有对照组又要有实验组。既要有对照组又要有实验组。 单一变量原则：单一变量原则：在对照实验中在对照实验中, ,除了要观察的变量发生变化除了要观察的变量发生变化外外, , 等量原则：等量原则：各组加入的试剂要等量各组加入的试剂要等量其他变量都应保持相同。其他变量都应保持相同。做做P79实验讨论实验讨论各条件使反应加快的本质：各条件使反应加快的本质：3、酶的作用（机理）、酶的作用（机理）Enzyme:Enzyme:酶酶 4. 在细胞内能通过加热提高反应速率吗在细胞内能通过加热提高反应速率吗?为为什么说酶对于细胞内化学反应顺利进行至关

6、重要什么说酶对于细胞内化学反应顺利进行至关重要? 细胞内不能加热，正是因为有酶的作用，细细胞内不能加热，正是因为有酶的作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行。胞代谢才能在温和的条件下快速进行。 讨论：讨论：实验中为什么要选用新鲜的肝脏？为实验中为什么要选用新鲜的肝脏？为什么要将肝脏制成研磨液？滴入肝脏研磨液和氯什么要将肝脏制成研磨液？滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，可否共用一个吸管？为什么？化铁溶液时，可否共用一个吸管？为什么？过氧化氢的量过氧化氢的量试管大小试管大小肝脏是否新鲜肝脏是否新鲜是否共用一支吸管是否共用一支吸管肝脏是否充分研磨肝脏是否充分研磨增大酶与增大酶与H H2 2O O2 2

7、接触面积接触面积微生物活动会分解酶蛋白微生物活动会分解酶蛋白 19世纪，酿酒业在欧洲经济中占世纪，酿酒业在欧洲经济中占重要地位，但酿出的葡萄酒经常变重要地位，但酿出的葡萄酒经常变酸，因此，科学界非常重视对发酵酸，因此，科学界非常重视对发酵过程的研究。过程的研究。 当时，人们已经知道，酿酒就是让当时，人们已经知道，酿酒就是让糖类通过发酵变成酒精和二氧化碳。糖类通过发酵变成酒精和二氧化碳。但糖类是怎么变成酒精的呢？但糖类是怎么变成酒精的呢？酶本质的探究酶本质的探究发酵是纯化学反应，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李比希李比希毕希纳毕希纳萨姆纳萨姆纳VSVS其他科学家其他科

8、学家切赫和奥特曼切赫和奥特曼发酵与发酵与 有关有关 死细胞中的物质和活细胞死细胞中的物质和活细胞都能引起都能引起 脲酶是脲酶是胃蛋白酶等许多酶也胃蛋白酶等许多酶也是是 少数酶是少数酶是4 4、酶的本质：、酶的本质：活细胞活细胞发酵与发酵与 有关有关 死细胞死细胞中的物质中的物质发酵发酵蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质RNA发现四膜虫体内的发现四膜虫体内的RNARNA具有催化作用具有催化作用显微镜观察显微镜观察酿酶酿酶刀豆种子刀豆种子糖类糖类发酵发酵酒精酒精 + + 二氧化碳二氧化碳酿酒：酿酒：A.A.探索历程探索历程四膜虫四膜虫B.B.酶的定义酶的定义：本质本质：绝大多数的酶是：绝大多数的酶是蛋白质蛋

9、白质，少数的酶是，少数的酶是RNARNA怎样验证酶的本质？怎样验证酶的本质？ 与双缩脲反应或吡罗红与双缩脲反应或吡罗红催化脂肪酶水解的酶是？主要的合成部位？催化脂肪酶水解的酶是？主要的合成部位？ 判断：酶是蛋白质（判断：酶是蛋白质（ ）所有的细胞都能产生酶（所有的细胞都能产生酶（ ）酶：酶：是是活细胞活细胞产生的具有生物产生的具有生物催化作用催化作用的的有机物有机物。酶的功能酶的功能 酶的来源酶的来源 酶的成分酶的成分蛋白质（蛋白质酶）蛋白质（蛋白质酶）核糖体核糖体二、酶的特性二、酶的特性（1）酶具有高效性）酶具有高效性 上节课所讲述的实验说明，过氧化氢酶和上节课所讲述的实验说明，过氧化氢酶和

10、 Fe 3+ 的催化效率不同。与无机催化剂的催化效率不同。与无机催化剂 Fe3+ 相比，相比，过氧化氢酶的催化效率要高许多。酶的催化效率过氧化氢酶的催化效率要高许多。酶的催化效率一般是无机催化剂的一般是无机催化剂的107 -1013 倍。倍。这对于细胞有什么意义呢？这对于细胞有什么意义呢？ ：反应物：反应物+ +无机催化剂无机催化剂反应物分解速率；反应物分解速率； ：反应物：反应物+ +等量酶溶液等量酶溶液反应物分解速率。反应物分解速率。实验中自变量是实验中自变量是 ，因变量是，因变量是 。反应物分解速率反应物分解速率催化剂的类型催化剂的类型对照组对照组实验组实验组( (2)2)曲线模型曲线模

11、型催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，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。酶的催化效率更高。酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反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。应的平衡点。1.1.酶高效性的实验验证酶高效性的实验验证（1 1）实验方法）实验方法（2）酶具有专一性）酶具有专一性 过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催化其他化学反应。蛋白酶只能催化蛋白质分解，化其他化学反应。蛋白酶只能催化蛋白质分解，对其他化学反应也不起作用。对其他化学反应也不起作用。 一种酶只能催化一种或一类化学反应。就如一种

12、酶只能催化一种或一类化学反应。就如同一把钥匙开一把锁一样。同一把钥匙开一把锁一样。2.2.酶专一性的实验验证酶专一性的实验验证蛋白质蛋白质 多肽多肽 氨基酸氨基酸 胃、胰蛋白酶胃、胰蛋白酶 肠肽酶肠肽酶（1 1）专一性的实例）专一性的实例1 1淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖 n n葡萄糖葡萄糖淀粉酶淀粉酶麦芽糖酶麦芽糖酶尿素尿素 NHNH3 3+CO+CO2 2 脲酶脲酶（2 2）实验方法）实验方法1.1.同一底物同一底物+ +不同的酶不同的酶2.2.不同底物不同底物+ +同种酶同种酶蛋白酶蛋白酶蛋白块蛋白块变小变小不变小不变小淀粉酶淀粉酶蛋白块蛋白块例探究淀粉酶和蛋白酶对蛋白质的水解作用例探究淀粉酶

13、和蛋白酶对蛋白质的水解作用例例 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该实验检测方法：用斐林试剂而不用碘液该实验检测方法：用斐林试剂而不用碘液原因是蔗糖不论被分解与否遇碘均不变色原因是蔗糖不论被分解与否遇碘均不变色( (3)3)曲线模型曲线模型在在A A反应物中加入酶反应物中加入酶A A，反应速率较未加酶时明显加快，说，反应速率较未加酶时明显加快，说明明 。在在A A反应物中加入酶反应物中加入酶B B，反应速率和未加酶时相同，说，反应速率和未加酶时相同，说明明 。酶酶A A催化底物催化底物A A的反应的反应酶酶B B不催化底物不催化底物A A的反应的反应酶对化学反应的

14、催化效率称为酶对化学反应的催化效率称为酶活性酶活性。 细胞都生活在一定的环境中，环境条件的改细胞都生活在一定的环境中，环境条件的改变会不会影响酶活性呢？变会不会影响酶活性呢？酶活性的条件酶活性的条件 加酶洗衣粉的使用说明中，通常会注明使用的加酶洗衣粉的使用说明中，通常会注明使用的温度范围。温度范围。唾液的唾液的pH为为6.2-7.4，胃液的，胃液的pH为为0.9-1.5，小肠，小肠液的液的pH为为7.6。根据上述文字提出问题，分小组进行讨论。根据上述文字提出问题，分小组进行讨论。试管试管123淀粉溶液淀粉溶液2mL2mL2mL温度温度03760淀粉酶溶液淀粉酶溶液1mL1mL1mL碘液碘液滴滴

15、滴滴滴滴结果现象结果现象不变不变蓝色蓝色蓝色蓝色项目项目试管试管淀粉酶溶液淀粉酶溶液1mL1mL1mL蒸馏水蒸馏水1mL/NaOH/1mL/HCl/1mL淀粉溶液淀粉溶液2mL2mL2mL碘液碘液2滴滴2滴滴2滴滴结果现象结果现象无色无色蓝色蓝色蓝色蓝色0 最适温度最适温度 t / OC V / mmols-1酶的活性受温度影响酶的活性受温度影响示意图示意图0 6 最适最适 pH 10 pHV / mmols-1酶的活性受酶的活性受pH影响影响示意图示意图结论：结论： 在最适宜的温度和最适宜的在最适宜的温度和最适宜的pH下，酶的活性下，酶的活性最高。温度和最高。温度和pH偏高或偏低，酶的活性都

16、会明显偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。过酸、过碱和高温，都能使酶的分子结构降低。过酸、过碱和高温，都能使酶的分子结构遭到破坏而失去活性，且不可逆。遭到破坏而失去活性，且不可逆。影响酶促反应速率的因素：影响酶促反应速率的因素：1、温度、温度、pH2、酶的浓度：反应速率随、酶的浓度：反应速率随 酶浓度的升高而加快。酶浓度的升高而加快。3、底物浓度：在一定浓度、底物浓度：在一定浓度 范围内，反应速率随浓范围内，反应速率随浓 度的升高而加快，但达度的升高而加快，但达 到一定浓度，反应速率到一定浓度，反应速率 不再变化不再变化酶促反应速率酶促反应速率酶的浓度酶的浓度酶促反应速率酶促反应速率底物浓度底物

17、浓度酶量一定酶量一定影响酶的活性影响酶的活性 不影响活性不影响活性酶量加倍酶量加倍总结酶总结酶1.1.产生部位和作用部位：产生部位和作用部位： 所有的所有的活细胞活细胞 作用部位：作用部位：细胞内、细胞外、体外细胞内、细胞外、体外2.2.作用：作用： 催化作用催化作用细胞代谢与酶细胞代谢与酶细胞代谢细胞代谢的概念：的概念：酶的发现：酶的发现：酶的概念酶的概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是物，绝大多数是蛋白质，少数是RNARNA。酶的特性：酶的特性：专一性专一性高效性高效性作用条件较温和作用条件较温和细胞内每时每刻进行着许多化学

18、细胞内每时每刻进行着许多化学 反应，统称为细胞代谢。反应，统称为细胞代谢。发现过程发现过程发现的意义发现的意义发现过程中的科学探究思想发现过程中的科学探究思想(1)(1)不要认为酶都是蛋白质，少部分酶是不要认为酶都是蛋白质，少部分酶是RNARNA。(2)(2)不要认为酶只可在细胞内起作用，只要条件适不要认为酶只可在细胞内起作用，只要条件适宜，细胞外、甚至体外也可起作用。宜，细胞外、甚至体外也可起作用。(3)(3)不要认为酶的作用很多，其实酶的作用是唯一不要认为酶的作用很多，其实酶的作用是唯一的：催化。的：催化。(4)(4)不要认为只有酶可降低化学反应的活化能，无不要认为只有酶可降低化学反应的活

19、化能，无机催化剂也能，只是没有酶显著。机催化剂也能，只是没有酶显著。误区警示误区警示（2009 重庆理综）下列有关酶的叙述，正确的是（重庆理综）下列有关酶的叙述，正确的是（ ） A. 高温和低温都能破坏酶的结构使其失去活性高温和低温都能破坏酶的结构使其失去活性 B. 酶是活细胞产生并具有催化作用的蛋白质酶是活细胞产生并具有催化作用的蛋白质 C. 细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶 D. 细胞质中没有作用于细胞质中没有作用于DNA的解旋酶的解旋酶C 解析：本题主要考察酶的化学本质，影解析：本题主要考察酶的化学本质，影响酶活性是因素，酶的种类及分布等知识。响酶活性是因

20、素，酶的种类及分布等知识。酶是活细胞产生并具有催化作用的有机物，酶是活细胞产生并具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA；高温；高温使酶失去活性，低温降低酶的活性，有氧呼使酶失去活性，低温降低酶的活性，有氧呼吸的第一步在细胞质中进行，第二三步在线吸的第一步在细胞质中进行，第二三步在线粒体中进行，因而细胞质基质中有催化葡萄粒体中进行，因而细胞质基质中有催化葡萄糖分解的酶；糖分解的酶；DNA主要存在于细胞核内，在主要存在于细胞核内，在细胞质的线粒体和叶绿体中也存在，所以细细胞质的线粒体和叶绿体中也存在，所以细胞质中存在解旋酶。胞质中存在解旋酶。 （200

21、9 上海）上海） 将刚采摘的甜玉米立即放入沸水将刚采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其甜味。这是因为加热会（中片刻，可保持其甜味。这是因为加热会（ ） A. 提高淀粉酶活性提高淀粉酶活性 B. 改变可溶性糖分子的结构改变可溶性糖分子的结构 C. 防止玉米粒发芽防止玉米粒发芽 D. 破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶D 解析：经沸水处理后，玉米细胞内的酶失活，解析：经沸水处理后，玉米细胞内的酶失活，使可溶性糖（有甜味）不能正常转化为淀粉。使可溶性糖（有甜味）不能正常转化为淀粉。 （2008 广东）关于蛋白酶的叙述，不正确的是（广东）关于蛋白酶的叙述，不正确的是（ ） A

22、. 蛋白酶是蛋白质蛋白酶是蛋白质 B. 蛋白酶可以作为药品治疗某些疾病蛋白酶可以作为药品治疗某些疾病 C. 蛋白酶可以水解所有的肽键蛋白酶可以水解所有的肽键 D. 利用酶工程可以提高蛋白酶的稳定性利用酶工程可以提高蛋白酶的稳定性 解析：蛋白酶可以水解特定的肽键；利用解析：蛋白酶可以水解特定的肽键；利用酶工程可以提高蛋白酶的稳定性，固体化酶比酶工程可以提高蛋白酶的稳定性，固体化酶比液体的稳定性高。液体的稳定性高。C1. 下列有关酶的叙述中，哪项是错误的（下列有关酶的叙述中，哪项是错误的（ ）A. 酶是活细胞产生的一类具有催化作用的有机物酶是活细胞产生的一类具有催化作用的有机物B. 分解胃蛋白酶的

23、酶是蛋白酶分解胃蛋白酶的酶是蛋白酶C. 一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应D. 从化学成分看，酶就是蛋白质从化学成分看，酶就是蛋白质2. 最早证明鸟胃既有物理性消化又有化学性消化的是最早证明鸟胃既有物理性消化又有化学性消化的是 ( )A. 德国科学家施旺德国科学家施旺 B. 意大利科学家斯帕兰札尼意大利科学家斯帕兰札尼C. 英国生物学家达尔文英国生物学家达尔文 D. 德国科学家施莱登德国科学家施莱登DB 3. 下列功能特征中与酶无直接关系的是（下列功能特征中与酶无直接关系的是（ ） A. 消化功能消化功能 B. 渗透吸水渗透吸水 C. 蛋白质合成蛋

24、白质合成 D. DNA的转录与的转录与mRNA的翻译的翻译 4. 活细胞内大多数酶的形成部位在（）活细胞内大多数酶的形成部位在（） A. 叶绿体叶绿体 B. 线粒体线粒体 C. 核糖体核糖体 D. 高尔基体高尔基体 5. 活细胞内合成酶的原料是（）活细胞内合成酶的原料是（） A. 脂肪酸脂肪酸 B. 氨基酸氨基酸 C. 核糖核苷酸核糖核苷酸 D. 氨基酸和核糖核苷酸氨基酸和核糖核苷酸BCD 6. 下列关于酶的叙述，不正确的（下列关于酶的叙述，不正确的（ ） A. 酶是活细胞产生的一类具有生物催化作酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的用的 有机物有机物 B. 酶的催化作用具有专一性和高效性酶的

25、催化作用具有专一性和高效性 C. 酶的合成场所都是核糖体酶的合成场所都是核糖体 D. 过酸、过碱的外界条件能使酶的分子结过酸、过碱的外界条件能使酶的分子结构遭到破坏而失去活性构遭到破坏而失去活性 7. 下列叙述中错误的是（）下列叙述中错误的是（） A. 酶是活细胞产生的催化剂酶是活细胞产生的催化剂 B. 多数酶是蛋白质，少数是多数酶是蛋白质，少数是RNA C. 酶的催化需要适宜的温度和酶的催化需要适宜的温度和pH D. 酶在起催化作用的同时，自身也被消耗酶在起催化作用的同时，自身也被消耗CD 8. 在不损坏高等植物细胞内部结构的情况下，下列在不损坏高等植物细胞内部结构的情况下，下列物质适用于除

26、去其细胞壁的是（物质适用于除去其细胞壁的是（ ） A. 盐酸盐酸 B. 蛋白质蛋白质 C. 淀粉酶淀粉酶 D. 纤维素酶纤维素酶 9. 蛋白质代谢在多种酶的参与下完成的，使肽键断蛋白质代谢在多种酶的参与下完成的，使肽键断裂的酶是（裂的酶是（ ） A. 呼吸酶呼吸酶 B. 蛋白酶蛋白酶 C. 转氨酶转氨酶 D. 脱氨基酶脱氨基酶 10. 下列关于生物体细胞代谢的说法中，正确的是下列关于生物体细胞代谢的说法中，正确的是（ ） A. 每时每刻都在进每时每刻都在进 B. 冬眠和夏眠时暂停进行冬眠和夏眠时暂停进行 C. 偶然进行偶然进行 D. 间歇式进行间歇式进行DBA第一小节练习第一小节练习基础题基础

27、题 1. 巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵是整个巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。 李比希：引起发酵的是细胞中的某些物质，李比希：引起发酵的是细胞中的某些物质，但是这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能但是这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。发挥作用。 毕希纳：酵母细胞中的某些物质能够在酵母毕希纳：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，就像在活酵母细胞细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。中一样。 萨姆纳：酶是蛋白质。萨姆纳：酶是蛋白质。2. 提示：提示：（1）细胞内每时每刻都在进

28、行着成千上万种）细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要高效率地进行，化学反应，这些化学反应需要高效率地进行，酶的催化效率比无机催化剂高得多。酶的催化效率比无机催化剂高得多。（2）细胞内的化学反应需要在常温、常压、）细胞内的化学反应需要在常温、常压、酸碱度适中等温和条件下进行，无机催化剂酸碱度适中等温和条件下进行，无机催化剂常常需要辅助以高温、高压、强酸、强碱等常常需要辅助以高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件才能有较高的催化效率。剧烈条件才能有较高的催化效率。3. D拓展题拓展题1. 提示：提示：可用第可用第2章中学过的鉴定蛋白质的方法。章中学过的鉴定蛋白质的方法。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。2. 提示：提示：（1）如四膜虫的）如四膜虫的rRNA前体具有催化活性。前体具有催化活性。（2）目前已有发现具催化活性的）目前已有发现具