降低化学反应活化能的酶

第5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

一、酶的作用和本质问题探讨斯帕兰札尼对鹰的消化研究1783年，意大利科学家斯帕兰札尼设计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。1.这个实验要解决什么问题？2.是什么物质使肉块消失了？3.怎样才能证明你的推测？鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化。是胃内的化学物质将肉块分解了。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。

CO2+H2O

有机物

+O2光能叶绿体:

氨基酸

多肽(蛋白质）脱水缩合核糖体：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。线粒体:有机物

+O2CO2+H2O+能量酶酶酶组成生物体的细胞内外环境是很温和的：常温、常压、水溶液环境、pH接近中性。而细胞内每时每刻都进行着各种生化反应，为什么这些生化反应能迅速有序地完成的呢？酶问题质疑：？在生物体外，许多化学反应的顺利进行需要一些条件，如高温、高压、强酸、强碱、催化剂等。细胞内是否具备这些条件呢？比较过氧化氢在不同条件下的分解一、酶在细胞代谢中的作用实验探究：

细胞代谢是生命活动的基础，但代谢过程中也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄，毛发（包括头发）变白，会加速人体衰老，损害细胞。细胞中的过氧化氢酶能将过氧化氢及时分解.过氧化氢酶在肝脏里含量较多。资料：

过氧化氢在体外能分解吗？需要什么条件？在体内分解和在外界分解情况有什么不一样吗？82H2O2

→2H2O+O2↑1、常温下反应2、加热3、Fe3+做催化剂4、过氧化氢酶猪肝研磨液加入试管直接观察酒精灯加热滴加FeCl3溶液1.实验原理（1）新鲜肝脏中含有过氧化氢酶，Fe3+是一种无机催化剂，它们都可以催化过氧化氢分解成水和氧，加热也可以促使过氧化氢分解成水和氧.（2）分别用一定数量的过氧化氢酶和Fe3+催化，加热和常温下过氧化氢分解成水和氧，可以比较反应速率。经计算，用质量分数为3.5%的氯化铁溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液做实验，每滴氯化铁溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。3.材料用具新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液.

量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计。新配制的体积分数为3%的H2O2溶液，质量分数为3.5%的氯化铁溶液。2.目的要求：通过比较过氧化氢在不同的条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。4、方法步骤:（1）.取4支洁净试管，分别编上序号1、2、3、4，向各注入2mL过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。（2）.将2号试管放在90℃左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与1号试管作比较。（3）.向3号试管内滴入2滴氯化铁溶液，向4号试管内滴入2滴肝脏研磨液，仔细观察哪支试管产生的气泡多。（4）.2～3min后，将点燃的卫生香分别放入3、4号试管内液面的上方，观察哪支卫生香燃烧猛烈。过氧化氢在不同条件下的分解讨论：1、与1号试管相比，2号试管出现什么现象？这一现象说明什么？

2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。2、在细胞中，能通过加热来提高反应速率吗？不能3、3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？

4、3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？

在一定催化剂和较温和的条件下，过氧化氢就可以被分解。

4号试管中的反应速率快，可以说明，与无机催化剂Fe3+相比，过氧化氢酶的催化效率要高出很多。步骤试管编号说明1234一二

观察结论2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温90℃FeCl3肝脏研磨液2滴2滴不明显少量较多大量不复燃不复燃变亮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过氧化氢酶的作用下分解速率最快反应条件自变量因变量无关变量变量

H2O2

浓度剂量剂量气泡产生带火星的木条对照实验对照组实验组实验实验步骤：控制变量名称内容举例作用自变量因变量无关变量上述实验中的氯化铁溶液和肝脏研磨液，都属自变量。

实验过程中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称为自变量。针对实验目的确立可行性措施,自变量直接达到预期效果。随着自变量的变化而变化的变量称为因变量。上述实验中酶活性（以过氧化氢分解速率来表示）就是因变量。是实际发生的实验现象，能直观呈现出实验结果。除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。上述实验中的温度、反应物的量等就是无关变量。对预期结果产生干扰即产生误差，并有对误差产生校正的效果。对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。

空白对照：不给对照组任何处理因素。

条件对照：给对照组施以部分实验因素。自身对照：对照和实验都在同一研究对象上进行。

相互对照：不单独设立对照组，而是几个实验组相互对照。1、这个实验为什么要选择新鲜的肝脏？为什么要研磨？因为过氧化氢酶是蛋白质，放置久了会受到细菌的作用，使组织中的酶分子数量减少或活性降低。研磨目的是使细胞内的过氧化氢酶充分释放出来，加大过氧化氢酶与过氧化氢的接触面积，加速分解。2、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？不能。否则滴入的氯化铁溶液中因含有少量肝脏研磨液而影响实验结果的准确性实验的注意事项：常态：

常态叫基态，微观粒子处于能量最低的状态。

活跃状态（激发态）：微观粒子其内部能量高于基态能量时所处的能量状态。常态分子活化分子加热活化能——分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能分子常态活化能活跃状态→酶催化的原理：

降低了化学反应的活化能。酶作用的机理过氧化氢酶和Fe3+促使过氧化氢分解，但它们并未供给过氧化氢能量，而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。催化剂可以降低化学反应的活化能。同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。

分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能………………反应物产物活化能反应进程能量

加热反应物产物………………活化能反应进程能量..…………

无机催化剂表示酶的催化性的曲线

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酶只能催化已存在的化学反应。反应速率发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德李比希毕希纳萨姆纳VS其他科学家切赫和奥特曼发酵与死细胞中的物质有关发酵与活细胞有关

死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵脲酶是蛋白质胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质少数酶是RNA三、酶的本质酶的化学成分

酶的来源

酶的功能酶是一类生物催化剂活细胞产生的具有生物催化作用的是有机物。一类大部分酶是蛋白质，也有少数是RNA。三、酶的本质什么是酶？课后练习答案与提示基础题1.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。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发挥作用。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，就像在活酵母细胞中一样。萨姆纳：酶是蛋白质。2.提示：（1）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，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、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、强碱等剧烈条件才能有较高的催化效率。拓展题1.提示：可用第2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，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。2.提示：（1）如四膜虫的rRNA前体具有催化活性。（2）目前已有发现具催化活性的DNA的报道。3.D。第1节降低化学反应活化能的酶二酶的特性酶：是活细胞产生的具有催化作用的有机物。绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA酶的概念：怎样验证酶的存在？与双缩脲反应思考：如何设计一个实验来证明酶具有高效性？

一、酶具有高效性步骤试管编号12一

H2O2浓度剂量二剂量结果气泡产生卫生香燃烧结论2ml2ml3%3%FeCl3肝脏研磨液2滴2滴较多大量变亮复燃过氧化氢的催化效率更高反应条件酶具有高效性的生物学意义：

（1）保证了细胞内化学反应的顺利进行（2）保证了细胞内能量供应的稳定。思考：如何设计一个实验来证明酶具有专一性？提供：淀粉、淀粉酶、蔗糖、蔗糖酶二、酶具有专一性淀粉溶液蔗糖溶液实验步骤一二三实验现象结论加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入60℃左右的热水中，反应5min2号试管中加入2mL蔗糖溶液加入斐林试剂振荡约60℃水浴2min1号试管中加入2mL淀粉溶液无变化砖红色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用每一种酶只能催化

化学反应。细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的

是分不开的。二、酶具有专一性一种或一类4000专一性目前发现的酶有

多种,它们分别催化不同的化学反应。三、酶的作用条件较温和酶活性：酶对化学反应的催化效率。意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。

淀粉溶液1、1’号试管2、2’号试管3、3’号试管实验步骤一分别向1、2、3三支试管各加入2mL淀粉溶液二分别向1’、2’、3’三支试管各加入淀粉酶1ml，振荡三1、1’放入60℃的温水中，保温约5min2、2’放入0℃冰水中保温约5min3、3’放入100℃沸水中保温约5min四分别将11’、22’、33’混合，混合后再在各自温度下保温5min五向混合后的三支试管各加入两滴碘液，振荡摇匀，观察颜色变化实验现象无明显现象蓝色蓝色结论酶的催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都会影响酶的活性。探究温度对淀粉酶活性的影响酶促反应速率最快时的环境温度称为该酶促反应的最适温度。0最适温度t/℃υ/mmol.s-1酶活性受温度影响示意图

一般地，动物体内的酶最适温度在35－40℃之间；植物:40－50℃之间细菌和真菌最适温度差别较大，有的达70℃。温度对酶活性的影响T过高酶失活T过低只是使酶活性降低淀粉溶液1、1’号试管2、2’号试管3、3’号试管一分别向1、2、3三支试管各加入2ml过氧化氢酶溶液二分别向1’、2’、3’三支试管各加入过氧化氢2ml三分别向1、1’号试管各加入1ml蒸馏水分别向2、2’号试管各加入1ml盐酸分别向3、3’号试管各加入1ml氢氧化钠实验步骤四分别将11’、22’、33’混合，摇匀五将点燃的卫生香分别放入混合后的三支试管中，观察其复燃情况实验现象复燃无变化无变化结论酶的催化作用需要适宜的pH，过酸、过碱都会影响酶的活性。探究pH对过氧化氢酶活性的影响υ/mmol.s-1最适pH0pH酶活性受pH影响示意图一般地，动物体内的酶最适pH在6.5－8.0之间；但是胃蛋白酶的最适pH为1.5;

植物体内的酶最适pH在4.5－6.5之间；pH对酶活性的影响酶促反应速率最快时的环境pH称为该酶促反应的最适pH。PH过高、过低酶失活高温、低温、过酸和过碱对酶活性的影响其本质相同吗？不同，过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；低温使酶活性明显下降，但在适宜温度下其活性可以恢复。小结思考：课本建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响，为什么？★影响酶促反应速率的因素：1、温度3、酶的浓度：反应速率随酶浓度的升高而加快。4、底物浓度：在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快，但达到一定浓度，反应速率不再变化酶促反应速率酶的浓度酶促反应速率底物浓度酶量一定2、pH1.酶具有极强的催化功能，其原因是（）A.增加了反应物之间的接触面B.降低了底物分子的活化能C.提高了反应物分子的活化能D.降低了底物分子的自由能B课堂练习:2.下列关于酶的叙述，正确的是（）A.酶的化学本质都是蛋白质B.酶是活细胞产生的，只能在生物体内发挥作用C.酶是具有分泌功能产生的D.绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNAD3.同一个体内的各类活细胞所含有的酶（

）

A、种类有差异，数量相同

B、种类有差异，数量不同

C、种类无差异，数量相同

D、种类无差异，数量不同B4.细胞内合成酶的主要的场所是（）

A.细胞质B.线粒体

C.核糖体D.内质网C5.催化脂肪酶水解的酶是（）

A.肽酶B.蛋白酶

C.脂肪酶

D.淀粉酶6.图中是一种酶促反应P+QR,曲线E表示在没有酶时此反应的过程。在t1时，将催化此反应的酶加于反应混合物中。则表示此反应进程的曲线是

()Bt1AEBCDC时间

[R][P]×[Q]7、下图示酶促反应，甲、乙、丙、丁中属于酶的是（）

A、甲 B、乙C、丙 D、丁A1、加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶，请回答下面的问题：（1）这种洗衣粉为什么能够很好地除去衣物上的奶渍和血渍？（2）使用这种洗衣粉为什么要用温水？（3）含有蛋白酶的洗衣粉