第1節(jié)-降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶(上課用)

第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶細(xì)胞的能量“通貨”——ATPATP的主要來源——細(xì)胞呼吸能量之源——光與光合作用第五章第一節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶

本節(jié)聚集：1.酶在細(xì)胞代謝中的作用2.酶的化學(xué)本質(zhì)3.酶在起作用時的特征一酶的作用和本質(zhì)（第1、2課時）斯帕蘭札尼對鷹的消化研究1783年，意大利科學(xué)家斯帕蘭札尼設(shè)計了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下去。過一段時間他把小籠子取出來發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。問題探討討論一：這個實驗要解決什么問題？討論二：是什么物質(zhì)使肉塊消失了？討論三：怎樣才能證明你的推測？答：鳥類的胃是否只有物理性消化，沒有化學(xué)性消化

答：是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了答：收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，看看這些物質(zhì)在體外是否也能將肉塊分解。

細(xì)胞中每時每刻都進行著許多化學(xué)反應(yīng)，所有這些有序的化學(xué)反應(yīng)統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。一、細(xì)胞代謝（新陳代謝）葉綠體：CO2+H2O（CH2O)+O2

光能

葉綠體線粒體:

C6H12O6+H2O+O2CO2+H2O+能量核糖體：

氨基酸

多肽脫水縮合

細(xì)胞代謝是細(xì)胞生命活動的基礎(chǔ)，對于細(xì)胞來說，能量的獲得和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化都必須通過化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)。糖類等有機物化學(xué)上的化學(xué)反應(yīng)很容易順利進行嗎？化學(xué)上采用什么方式解決這一問題的？2H2O2

2H2O+O2高溫/Fe3＋/過氧化氫酶

通過比較過氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解酶的作用和意義。過氧化氫在高溫或鐵離子或過氧化氫酶的作用下都可分解成水和氧氣。實驗?zāi)康模簩嶒炘恚憾?酶在細(xì)胞代謝中的催化作用1.比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗試管編號1234第一步每支試管加2ml過氧化氫溶液第二步不處理90℃水浴滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝臟研磨液實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論注意事項1min分鐘后，將點燃的衛(wèi)生香放在液面的上方單一變量原則對照實驗對照組實驗組無關(guān)變量自變量因變量對照原則《學(xué)習(xí)與測評》P47過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣①科學(xué)性原則2、實驗設(shè)計遵循原則：④簡便可行性原則③設(shè)計對照原則②單一變量原則⑤可重復(fù)性原則④檢測因變量，觀察記錄實驗結(jié)果。注意問題：實驗時要選用新鮮的肝臟肝臟要制成研磨液滴加肝臟研磨液和FeCl3溶液時，不可共用同一個吸管同無機催化劑相比較又有哪些相同點？生成物量時間加入酶無機催化劑未加酶0只改變化學(xué)反應(yīng)的速率，加速化學(xué)反應(yīng)的進行，而不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點。反應(yīng)前后本身的

質(zhì)量和性質(zhì)不變。只催化已經(jīng)存在的化學(xué)反應(yīng)。都可以在生物體外發(fā)揮作用。結(jié)論：酶能催化生物化學(xué)反應(yīng)，催化效率比無機催化劑高得多。研究發(fā)現(xiàn)，酶的催化效率是無機催化劑催化效率的107~1013倍。因此，酶具有高效性。思考：酶有高效性的意義？保證細(xì)胞代謝快速的進行為什么4號試管的反應(yīng)速率比3號試管快得多？分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需的能量稱為活化能。3.活化能H2O2(常態(tài))

H2O2(活躍狀態(tài))能量活化能問題：為什么酶的催化效率會比無機催化劑更高呢？1molH2O2由常態(tài)變?yōu)榛钴S的狀態(tài)時需要吸收75KJ的熱量，這75KJ就是每molH2O2的活化能。但加入過氧化氫酶時，H2O2只要吸收29KJ的熱量就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的狀態(tài)。少了的46KJ的熱量?；罨埽?/p>

在一個化學(xué)反應(yīng)體系中，反應(yīng)開始時，反應(yīng)物分子的平均能量水平較低，為“初態(tài)”。在反應(yīng)的任何一瞬間反應(yīng)物中都有一部分分子具有了比初態(tài)更高一些的能量，高出的這一部分能量稱為“活化能”在一定溫度下，1mol反應(yīng)底物全部進入活化態(tài)所需要的自由能就是該反應(yīng)底物的活化能。單位J/mol

酶和一般催化劑的作用就是降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能，從而使活化分子數(shù)增多，反應(yīng)速度加快。思考：酶和一般的催化劑有什么作用？從動畫中我們可以看出，同無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率更高。正是由于酶的催化作用，細(xì)胞代謝能在溫和條件下快速進行。巴斯德之前發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動無關(guān)巴斯德發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)，發(fā)酵是整個細(xì)胞而不是細(xì)胞中某些物質(zhì)起作用引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用畢希納酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣薩姆納酶是蛋白質(zhì)李比希切赫、奧特曼少數(shù)RNA也具有生物催化功能絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。①②⑤③④⑥結(jié)論：P81資料分析：三、酶的本質(zhì)例題：下列有關(guān)酶的敘述中，正確的結(jié)論有（）①產(chǎn)生酶的細(xì)胞都有分泌功能②酶的基本單位是氨基酸或核糖核苷酸③酶是生物催化劑④生長激素與呼吸酶可來自于同一個細(xì)胞⑤能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能A.①②③⑤B.①③⑤C.②③④⑤D.②③④C1.定義：活細(xì)胞產(chǎn)生的（來源）具有催化作用的（作用）有機物。（化學(xué)本質(zhì)）2.化學(xué)本質(zhì)：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA。四、酶的特性（第3課時）1.高效性:

催化效率很高,大大提高反應(yīng)速率

酶的催化效率是無機催化劑的107～1013倍想一想：如何設(shè)計實驗驗證酶的催化作用具有高效性？確定自變量思考！口腔里有唾液淀粉酶，為什么塞進牙縫里的肉絲兩天后還沒被消化？酶具有專一性探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用

現(xiàn)在給你淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液，要觀察淀粉酶能催化哪種糖水解，應(yīng)該如何設(shè)計這個實驗？你又怎么知道淀粉酶催化了糖類的水解呢？（淀粉酶的最適溫度為60℃）淀粉麥芽糖蔗糖

果糖＋葡萄糖酶酶非還原糖還原糖斐林試劑淀粉溶液蔗糖溶液實驗步驟一二三實驗現(xiàn)象結(jié)論各加入淀粉酶溶液2ml，振蕩，試管下半部浸入60℃左右的熱水中，反應(yīng)5min2號試管中加入2mL蔗糖溶液加入斐林試劑振蕩約60℃水浴2min1號試管中加入2mL淀粉溶液無磚紅色沉淀有磚紅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對淀粉和蔗糖的水解作用酶的催化作用具有專一性酶促反應(yīng)過程示意圖分解反應(yīng)酶對化學(xué)反應(yīng)的催化效率稱為酶活性底物酶活性部位產(chǎn)物+活性部位酶底物產(chǎn)物酶促反應(yīng)過程示意圖合成反應(yīng)每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。2.專一性例子：酶具有專一性的意義：使細(xì)胞代謝有條不紊的進行一種H2O2酶：H2O2脲酶：尿素淀粉酶：淀粉一類蛋白酶：蛋白質(zhì)→多肽肽酶：多肽→氨基酸反應(yīng)速率反應(yīng)物A濃度0酶A或酶B未加酶酶達到飽和3.酶的作用條件較溫和酶一般在比較溫和的條件下催化化學(xué)反應(yīng)的進行。酶對化學(xué)反應(yīng)的催化效率稱為酶活性.酶活性的強弱以單位時間內(nèi)底物減少量或產(chǎn)物生成量來表示(即酶促反應(yīng)速率)。

溫度：在一定范圍內(nèi)，酶活性隨溫度升高而增強，直至某一溫度（最適溫度）活性達到最大，超過這一最適溫度，酶活性隨溫度升高而減弱。甚至使酶空間結(jié)構(gòu)遭到可修復(fù)的破壞，導(dǎo)致酶失去活性。（因為：酶是蛋白質(zhì)，若溫度過高會使蛋白質(zhì)發(fā)生變性而失去活性）

大多數(shù)酶，在30-40℃范圍內(nèi)顯示最高活性。

低溫不會使酶失去活性，低溫時酶活性降低（酶活性被抑制），但若再給予適宜的溫度，酶活性又增強。過高溫（70℃以上）導(dǎo)致酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞（不可修復(fù)），使酶失去活性。

0最適溫度t/℃υ/mmol.s-1酶活性受溫度影響示意圖酶促反應(yīng)速率最快時的環(huán)境溫度稱為該酶促反應(yīng)的

。0最適溫度t/℃υ/mmol.s-1酶活性受溫度影響示意圖溫度對酶活性的影響在最適溫度的兩側(cè)，反應(yīng)速率都比較較高的溫度容易使酶遭到破壞而失去。低空間結(jié)構(gòu)活性最適溫度

思考與討論:高溫、低溫、過酸和過堿對酶活性的影響其本質(zhì)相同嗎？

不同；過酸、過堿或溫度過高，會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活；低溫使酶活性明顯下降，但在適宜溫度下其活性可以恢復(fù)。（參考課本P85：圖5-3、5-4）課本P85：第4段反應(yīng)溶液pH會對酶的活性有影響υ/mmol.s-1最適pH0pH酶活性受pH影響示意圖pH對酶活性的影響在最適pH下，酶的活性

在過酸、過堿的條件下，都會使酶的遭到破壞而失去。最高空間結(jié)構(gòu)活性酶的名稱最適PH過氧化氫酶（肝）6.8唾液淀粉酶

6.8脂肪酶8.3胰蛋白酶8.0~9.0胃蛋白酶

1.5~2.2pH對酶活性的影響酶的專一性每一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學(xué)反應(yīng)酶的催化效率是無機催化劑的107~1013

倍

本課小結(jié)：酶的概念：活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有生物催化作用的有機物.酶的特性：酶的高效性酶的催化作用需要適宜的條件1）需要適宜pH值2）需要適宜的溫度吃饅頭，細(xì)嚼慢咽，感覺很甜，為什么？治療糖尿病的胰島素制劑為什么只能注射，不能口服？進入冬眠的動物體，代謝很緩慢，根本原因是什么？本節(jié)總結(jié)細(xì)胞代謝酶的作用酶的本質(zhì)酶的特性影響酶促反應(yīng)的因素常有：

溫度

PH值酶的濃度底物濃度抑制劑激活劑★影響酶促反應(yīng)速率的因素：1、溫度3、酶的濃度：

在一定濃度范圍內(nèi)，反應(yīng)速率隨濃度的升高而加快，但達到一定濃度，反應(yīng)速率不再變化。酶促反應(yīng)速率酶的濃度酶促反應(yīng)速率底物濃度酶量一定2、pHpHυ/mmol.s-1最適PH0υ/mmol.s-1t/℃υ/mmol.s-1最適溫度0

反應(yīng)速率隨酶濃度的升高而加快。4、底物濃度：課堂練習(xí)：1.人在發(fā)高燒時，常常食欲大減，最根本的原因是A.所吃食物不能消化（）B.胃沒有排空C.體溫超過合適溫度，消化酶的活性下降D.吃藥使人沒有了胃口2.胃蛋白酶在進入小腸后就幾乎沒有了催化作用，主要原因是（）A.pH不適合B.胃中已經(jīng)起了消化作用，不能再起作用了C.被小腸中的物質(zhì)包裹起來，所以起不到催化作用D.小腸中沒有蛋白質(zhì)可被消化CA3.在過氧氫酶和Fe3+的催化效率比較實驗中，把肝臟制成研磨液的目的是（雙選）（

）Ａ.有利于過氧化氫酶的釋放Ｂ.保護過氧化氫酶Ｃ.提高H2O2酶的活性Ｄ.增大酶與反應(yīng)底物的接觸機會4.酶具有極強的催化功能，最根本的原因是（）①增加了反應(yīng)物之間的接觸②降低了反應(yīng)物分子的活化能③提高了反應(yīng)物分子的活化能④降低了反應(yīng)物分子的自由能⑤本身的數(shù)量和性質(zhì)不改變，可反復(fù)利用A.①④B.②③C.④⑤D.②⑤ADD5.20世紀(jì)80年代，T.R.Cech在研究四膜蟲時，發(fā)現(xiàn)其rRNA前體加工除去某些的過程中發(fā)生“剪接反應(yīng)”，該反應(yīng)是在僅有RNA沒有任何蛋白質(zhì)參與的情況下完成的。下列推論最合理的是（）Ａ．該反應(yīng)不需要酶的催化Ｂ．四膜蟲體內(nèi)的這種RNA具有酶的特性Ｃ．所有蛋白質(zhì)和RNA都是酶Ｄ．有的DNA也可能是酶B科學(xué)探究的程序設(shè)計實驗提出問題作出假設(shè)進行實驗分析結(jié)果得出結(jié)論其中實驗是實施探究的重要方式。表達交流預(yù)測實驗結(jié)果探究性實驗探究性實驗的實驗結(jié)果未知，實驗的操作步驟按實驗的假設(shè)進行設(shè)計。進行實驗前要預(yù)期（測）實驗結(jié)果，進行實驗后得到實驗結(jié)果，通過與預(yù)期實驗結(jié)果的比較，確定實驗假設(shè)是否成立，得到實驗結(jié)論。探究“光的有無對種子萌發(fā)的影響”驗證性實驗的實驗結(jié)果已經(jīng)確定。進行實驗時若操作無誤，實驗結(jié)果應(yīng)是已知且唯一的，題干一般要求對預(yù)期的結(jié)果做出解釋及得出實驗結(jié)論。驗證“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”驗證性實驗Ⅳ、設(shè)計實驗：三、完成本實驗設(shè)計表：因變量無關(guān)變量用何種酶完成實驗如何檢測因變量如何設(shè)置對照實驗自變量其他變量溫度酶活性改變反應(yīng)物的量、反應(yīng)時間、酸堿度(pH)等淀粉酶淀粉酶在溫度改變時水解淀粉的作用減弱，可用碘液檢測淀粉的存在，檢測酶活性的強弱常溫為對照組Ⅳ、設(shè)計實驗：三、完成本實驗設(shè)計表：因變量無關(guān)變量用何種酶完成實驗如何檢測因變量如何設(shè)置對照實驗自變量其他變量pH酶活性改變反應(yīng)物的量、反應(yīng)時間、溫度等過氧化氫酶過氧化氫酶在pH改變時水解過氧化氫的作用減弱，用帶火星的衛(wèi)生香復(fù)燃程度檢測單位時間內(nèi)氧氣的產(chǎn)生量pH=7為對照組取三只大小相同的干凈試管(1、2、3號)，各加入2滴管淀粉

(保證淀粉的量相等)。取三只大小相同的干凈試管(4、5、6號)，各加