降低化学反应活化能的酶-“黄冈杯”一等奖

第五章细胞的能量供应和利用（一）细胞代谢

细胞中每时每刻都在进行着的化学反应。一酶的作用和本质---生命活动的基础

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？第1节降低化学反应活化能的酶一、酶的作用和本质

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？

2H2O2

→2H2O+O2常温下反应加热Fe3+做催化剂过氧化氢酶猪肝研磨液加入试管直接观察酒精灯水浴加热滴加FeCl3溶液实验原理：过氧化氢在高温或铁离子或过氧化氢酶

的作用下都可分解成水和氧气。实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用和意义。比较过氧化氢不同条件下的分解实验实验思路：（二）酶在细胞代谢中的作用2H2O22H2O+O2Fe3+常温H2O2酶加热2H2O2Fe3+过氧化氢在不同条件下的分解常温90℃H2O2酶FeCl3试管编号1234第一步每支试管加2ml过氧化氢溶液第二步不处理90℃水浴滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝脏研磨液实验结果实验结果实验步骤：1、和1号试管相比，2号试管出现什么不同的现

象？这一现象说明什么？

加热能促进过氧化氢分解。2、在细胞内,能通过加热来提高反应速率吗?

不能，温度过高会造成细胞死亡。讨论试管编号1234第一步每支试管加2ml过氧化氢溶液第二步不处理90℃水浴滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝脏研磨液实验结果实验结果实验步骤：试管编号1234第一步每支试管加2ml过氧化氢溶液第二步不处理90℃水浴滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝脏研磨液实验结果实验结果1min分钟后，将点燃的卫生香放在液面的上方实验步骤：1、和1号试管相比，2号试管出现什么不同的现

象？这一现象说明什么？

加热能促进过氧化氢分解。2、在细胞内,能通过加热来提高反应速率吗?

不能，温度过高会造成生物的细胞死亡。3、3号和4号试管未经加热，也有大量的气泡产

生，这说明什么？

Fe3+和过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解,

起催化作用。4、3号和4号试管相比，哪支试管中的反应速率

快？这说明什么？

过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。讨论实验结论1.酶可以在常温常压下高效地完成对化学反应的催化。2.酶有催化作用：同无机催化剂一样，都可加快化学反应速率。3.酶有高效性：同无机催化剂相比，酶的催化效率更高。1.为什么要对肝脏进行研磨？而且肝脏要新鲜？2.能否用同一滴管滴加FeCl3溶液和肝脏研磨液的？研磨利于过氧化氢酶的释放,过氧化氢酶多且活性高。不能，共用滴管会让肝脏研磨液（或FeCl3

）残留在试管内，难以判断出H2O2的分解是滴加哪种溶液的作用，影响实验结果的准确。思考

①对照原则:设计对照实验,既要有对照组又要有实验组。

②单一变量原则：在对照实验中,除了要观察的变量发生变化外,其他变量都应保持相同。实验设计原则:变量自变量：人为改变的变量因变量：随着自变量的变化而变化的变量无关变量：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控制变量自变量因变量无关变量对照组实验组实验过程的理论分析H2O2分解速率用产生气泡数目多少表示加入试剂的量;实验室的温度;氯化铁和肝脏研磨液的新鲜程度等1号试管2,3,4号试管2号:90℃水浴加热3号:加入3%的氯化铁4号:加入20%肝脏研磨液加热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活化能H2O2常态H2O2活跃态讨论1：与试管1相比,试管2出现什么现象?这一现象说明什么?二、酶在细胞代谢中的作用讨论4：3号和4号试管相比，哪支试管的反应速率更快？这说明什么？二、酶在细胞代谢中的作用二、酶在细胞代谢中的作用

正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行。各条件使反应加快的本质：加热：Fe3+：酶：提高分子的能量降低化学反应的活化能更显著地降低化学反应的活化能,因而催化效率更高课堂小结细胞代谢设计实验的原则：单一变量原则对照原则

酶能显著降低化学反应活化能，提高化学反应速率的作用？酶的本质巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用引起发酵的是细胞中的某些物质，但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脲酶是蛋白质李比希切赫、奥特曼少数RNA也具有生物催化功能两者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？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题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。请给酶下一个较完整的定义。从中可得出什么结论?为什么当时只能推测酶是蛋白质,而不能证明酶是蛋白质?酶的本质毕希纳实验示意图酶的本质酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物。其中绝大多数酶是蛋白质少数是RNA。酶的来源酶的作用酶的化学成分显著降低活化能酶是活细胞产生的，只能在活细胞中发挥作用吗？酶在细胞内外都能发挥作用化学本质合成原料合成场所来源生理功能作用原理酶多数蛋白质少数RNA氨基酸核糖核苷酸核糖体细胞核（真核生物）活细胞都能产生酶生物催化作用显著降低化学反应的活化能二、酶的特性3443少量肝脏研磨液三、酶的特性【实验】比较过氧化氢在不同条件下的分解1、酶具有高效性

生物体内的化学反应多种多样，由酶的

，可推出酶的种类具有

。

酶有高效性酶有专一性酶的特性酶的催化效率大约是无机催化剂的107—1013倍。每一种酶只能催化一种或一类化学反应。专一性多样性三、酶的特性是无机催化剂的107—1013倍◆意义：①保证细胞内化学反应的顺利进行；②保证细胞所需能量的稳定供应。1、酶具有高效性酶具高效性、专一性的意义酶离开活细胞有催化作用吗？思考高效性—保证了代谢快速地进行专一性—保证了代谢有条不紊地进行有，例：过氧化氢酶，有些酶在细胞内起作用，有些酶在细胞外起作用（消化酶）。资料、下图表示的是某类酶作用的模型。（1）图中的哪个英文字母代表酶？其它字母代表什么？（2）这个模型的含义是什么？酶具有专一性酶A与底物B专一性结合，催化反应的发生，产生了产物C和D。这个模型揭示了酶的专一性。342.人在发高烧时，常常不思饮食，其根本原因时A.消化道内食物尚未消化B.发烧使胃肠蠕动减弱C.体内的食物残渣排出受阻D.高烧使酶的活性减弱1.下列有关酶的叙述错误的是A.组成大多数酶的基本单位是氨基酸B.少数的酶是RNAC.每种酶都具有高效性，专一性D.酶都具有消化功能酶与无机催化剂相比1)在催化某一反应时，都能显著降低反应是的活化能，提高反应速率，反应前后本身性质无变化

2)不改变化学反应的平衡点。3)酶能显著降低反应的活化能。——高效性酶与无机催化剂相比1)在催化某一反应时，都能显著降低反应是的活化能，提高反应速率，反应前后本身性质无变化

2)不改变化学反应的平衡点。3)酶能显著降低反应的活化能。——高效性(1)加酶洗衣粉的包装袋上往往注明这种洗衣粉的适用温度。人患感冒发烧时，常常会食欲不振。你由以上现象可以提出什么问题呢？资料：(2)唾液淀粉酶、胃蛋白酶等消化酶都是在消化道中起作用的。不同部位体温差不多，但消化液的pH不一样。唾液的pH为6.2～7.4，胃液的pH为0.9～1.5，小肠液的pH为7.6。唾液淀粉酶会随唾液流入胃，入胃后，却发现，唾液不再具有催化淀粉分解的功能。胃蛋白酶会随食糜进入小肠，但这时胃蛋白酶也不会起作用。探究实验影响酶活性的条件细胞中几乎所有的化学反应都是由酶来催化的。酶对化学反应的催化效率称为酶的活性。。酶的活性高低可用单位时间内底物的减少量和生成物的生成量来表示。探究：？温度是否影响酶的活性？假设：温度影响酶的活性实验思路1、选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料？淀粉酶，H2O2受温度影响也会分解2、自变量是什么？设计几组温度？因变量是什么？观察指标怎么确定，选择什么样的鉴定试剂？碘液，看是否变蓝材料用具：质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液、质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、热水、蒸馏水、冰块，碘液、试管、量筒、烧杯、酒精灯、温度计、三脚架、石棉网等。实验操作内容123456加等量可溶性淀粉溶液加等量新鲜淀粉酶溶液控制不同温度条件淀粉酶溶液与淀粉溶液混合加入等量碘液观察实验现象得出结论试管1，1’试管2，2’试管3，3’1号2ml2号2ml3号2ml1’号1ml2’号1ml3’号1ml600C热水（5min）沸水（5min）冰块（5min）1’号注入1号保持600C（5min）2’号注入2号沸水（5min）3’号注入3号冰块（5min）1滴1滴1滴不变蓝变蓝变蓝温度过高或过低都会影响酶的活性1.用淀粉酶探究温度对酶活性的影响的实验中，实验步骤：淀粉+淀粉酶

+在不同温度下保温+检验，步骤合理吗?

思考酶的催化反应应在预设的温度下进行不能，因为斐林试剂需水浴加热，而本实验需严格控制温度。2.能否用斐林试剂来鉴定?实验结论：温度影响酶的催化活性。思考1.指出自变量、因变量、无关变量。2.实验的设计原则。？探究：pH是否影响酶的活性？实验假设：pH影响酶的活性实验思路1、自变量是什么？设计几组pH？因变量是什么？以什么作为观察指标？2、怎样排除温度和其他因素对实验结果的干扰？材料用具：质量分数为20%的肝脏研磨液、体积分数为3%的过氧化氢溶液、质量分数为5%的NaOH溶液、质量分数为5%的盐酸、蒸馏水、试管、量筒等。酶对化学反应的催化效率实验操作内容12345加等量过氧化氢溶液加等量肝脏研磨液控制不同pH条件过氧化氢酶溶液与过氧化氢溶液混合观察气泡产生量得出结论试管1，1’试管2，2’试管3，3’1号2ml2号2ml3号2ml1’号蒸馏水

1ml2’号5%NaOH1ml3’号5%HCl1ml1’号2滴摇匀1’号注入1号摇匀，反应2’号注入2号摇匀，反应3’号注入3号摇匀，反应2’号2滴摇匀3’号2滴摇匀大量气泡无反应少量气泡过氧化氢酶在中性条件下活性最高试管1试管2实验步骤一二三实验现象结论分别加入淀唾液粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入37℃左右的热水中，反应5min2号试管中加入2mL蔗糖溶液分别加入1ml斐林试剂振荡约60℃水浴2min1号试管中加入2mL淀粉溶液无砖红色沉淀砖红色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用高温、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；低温不会使酶结构破坏，只使活性受抑制，但在适宜温度下其活性可以恢复。酶适于在0－4℃保存。思考酶为什么这么“娇气”？因为绝大多数酶是蛋白质，强酸、强碱、高温等剧烈条件都会影响到蛋白质的结构，所以酶比较娇气。酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行。★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、pH影响酶的活性酶的专一性每一种酶只能催化一种或一类化学反应酶的催化效率是无机催化剂的107

～1013倍酶的性特酶的高效性酶的作用条件较温和1）需要适宜pH值2）需要适宜的温度酶的本质活细胞产生的具有生物催化作用的有机物，大多数是蛋白质，少数是RNA小结降低活化能影响酶促反应速率的因素：温度、pH、酶的浓度、底物浓度练习与拓展：1、现将胃蛋白酶置于PH值为10的溶液中一段时间后，把溶液的PH值逐渐降低，下列有关该酶活性变化的图正确的是（）P