第5章細胞的能量供應和利用降低化學反應活化能的酶第1節(jié)1773年，意大利科學家斯帕蘭扎尼做了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下去。過一段時間后，他把小籠子取出來，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。斯帕蘭扎尼在研究鷹的消化作用1.為什么要將肉塊放在金屬籠內(nèi)？便于取出實驗材料(肉塊)，排除物理消化對肉塊的影響，確定其是否發(fā)生了化學消化。2.是什么物質使肉塊消失了？3.怎樣才能證明你的推測？是胃內(nèi)的化學物質將肉塊分解了。收集胃內(nèi)的化學物質，看看這些物質在體外是否也能將肉塊分解。斯帕蘭扎尼在研究鷹的消化作用1773年，意大利科學家斯帕蘭扎尼做了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下去。過一段時間后，他把小籠子取出來，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。結合實際思考可以根據(jù)什么現(xiàn)象來判斷過氧化氫的分解速率？④實驗過程（一）酶在細胞代謝中的作用1.探究·實踐：比較過氧化氫在不同條件下的分解①實驗原理細胞代謝是細胞生命活動的基礎，但細胞代謝中也會產(chǎn)生代謝廢物，甚至會產(chǎn)生對細胞有害的物質，如過氧化氫，細胞中有過氧化氫酶，能將過氧化氫及時分解為氧氣和水。新鮮肝臟中有較多的過氧化氫酶。2H2O22H2O+O2↑不同條件②實驗目的通過比較過氧化氫在不同條件下的分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用。1.常溫2.加熱3.加FeCl34.加過氧化氫酶.一、酶的作用和本質細胞代謝：細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統(tǒng)稱為細胞代謝。細胞代謝離不開酶。為什么細胞代謝離不開酶？酶1酶2酶3酶11酶5酶6酶12酶8酶9酶10酶14酶7酶13酶15酶16酶17酶18探究·實踐：比較過氧化氫在不同條件下的分解③材料用具新鮮的質量分數(shù)為20%的肝臟(如豬肝、雞肝)研磨液質量分數(shù)為3%的FeCl3溶液新配制的體積分數(shù)為3%的過氧化氫溶液a.材料：b.用具：量筒、試管、滴管、試管架、衛(wèi)生香、火柴、酒精燈試管夾、大燒杯、三腳架、石棉網(wǎng)、溫度計2H2O22H2O+O2↑不同條件⑤實驗結果→⑤實驗結果1.與1號試管相比，2號試管出現(xiàn)了什么不同的現(xiàn)象？這一現(xiàn)象說明什么？2號試管放出的氣泡多，說明加熱促進過氧化氫的分解，提高反應速率。2.在細胞內(nèi)，能通過加熱來提高反應速率嗎？不能。3.3號和4號試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，這一現(xiàn)象說明什么？說明Fe3+和新鮮肝臟中的過氧化氫酶都能加快過氧化氫分解的速率。4.3號試管與4號試管相比，哪支試管中反應速率快？這說明什么？為什么說酶對細胞內(nèi)化學反應的順利進行至關重要？4號試管的反應速率比3號試管快得多。說明過氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多。⑥實驗結論酶和無機催化劑一樣，都能催化化學反應，并且酶的催化效率遠高于無機催化劑的催化效率。細胞內(nèi)每時每刻都在進行成千上萬種化學反應，這些化學反應需要在常溫、常壓下高效地進行，只有酶能夠滿足這樣的要求，所以酶對于細胞內(nèi)化學反應的順利進行至關重要。組別對照組實驗組1234過氧化氫濃度3%3%3%3%劑量2mL2mL2mL2mL反應條件常溫90℃FeCl32滴肝臟研磨液2滴結果產(chǎn)生氣泡無氣泡少量較多大量衛(wèi)生香燃燒情況不復燃不復燃變亮復燃控制變量和設計對照實實驗過程中的變化因素稱為變量。其中人為控制的對實驗對象進行處理的因素叫作自變量，上述實驗中加熱、加FeCl3、加肝臟研磨液，是對過氧化氫溶液的不同處理，溫度和催化劑都屬于自變量；因自變量改變而變化的變量稱做因變量，上述實驗中過氧化氫分解速率就是因變量。除自變量外，實驗過程中還存在一些對實驗結果造成影響的可變因素，叫作無關變量。如上述實驗中反應物濃度和反應時間等。除作為自變量的因素外，其余因素（無關變量）都保持一致，并將結果進行比較的實驗叫作對照實驗。

對照實驗一般要設置對照組和實驗組，上述實驗中的1號試管就是對照組，2號、3號和4號試管是實驗組。本實驗的對照組未做任何處理，這樣的對照組叫作空白對照。實驗過程中遵循的原則：單一變量原則、對照原則。組別對照組實驗組變量1234過氧化氫濃度3%3%3%3%劑量2mL2mL2mL2mL反應條件常溫90℃FeCl32滴肝臟研磨液2滴結果產(chǎn)生氣泡無氣泡少量較多大量衛(wèi)生香燃燒情況不復燃不復燃變亮復燃無關變量無關變量自變量因變量因變量分析本實驗的變量對照的類型：空白對照、自身對照、條件對照、相互對照(對比)空白對照不給對照組做任何實驗處理，這里的”空白”絕不是什么影響因素都不給予，而是針對實驗組所要研究的實驗因素給與空白。1號試管即為空白對照相互對照不另設對照組，而是幾個實驗組之間相互對照，其中的每一組既是實驗組也是其他組的對照組。2、3、4為相互對照。自身對照對照組和實驗組都在同一研究對象上進行。不另設對照組。(不同處理的前后對照)條件對照雖給對照組施以某種實驗因素的處理。但這種處理是作為對照因素的，不是所要研究的實驗因素。這種處理不包括實驗研究給定的的自變量。目的是更有效的比較實驗組和對照組的結果。空白對照：幼小蝌蚪不處理實驗組：幼小蝌蚪飼喂甲狀腺激素條件對照組：幼小蝌蚪飼喂甲狀腺抑制劑條件對照就是實驗組的基礎上施加一定條件的組。目的是與實驗組形成對照。(為反應提供能量)(催化作用)(二)酶催化的機理加熱使過氧化氫分子得到了能量，從常態(tài)轉變?yōu)槿菀追纸獾幕钴S狀態(tài)活化能:分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需能量稱為活化能。常態(tài)活躍狀態(tài)活化能(二)酶催化的機理酶與無機催化劑催化的機理相同，都能降低化學反應的活化能圖中①表示：圖中②表示：圖中④表示：無催化劑時化學反應所需的活化能。無機催化劑催化時化學反應所需的活化能。酶催化時化學反應所需的活化能。(二)酶催化的機理酶與無機催化劑催化的機理相同，都能降低化學反應的活化能，但是酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高。③表示：⑤表示：無機催化劑降低的活化能酶降低的活化能(二)酶催化的機理使用無機催化劑——不使用催化劑——使用酶作催化劑——(三）酶的本質巴斯德之前：發(fā)酵是純化學反應，與生命活動無關。發(fā)酵與活細胞有關，發(fā)酵是整個細胞而不是細胞中某種物質其作用引起發(fā)酵的是細胞中的某些物質，但這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起到催化作用，就像在活酵母細胞中一樣。巴斯德李比希畢希納①對酵母菌發(fā)酵的探索發(fā)現(xiàn)了起催化作用的物質——酶探索歷程②對酶本質的探索薩姆納：從刀豆中提純脲酶，并證明其化學本質是蛋白質發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA具有催化功能，稱為核酶。薩姆納之后科學家們獲得胃蛋白酶，胰蛋白酶等許多酶的結晶，并證明這些酶的化學本質是蛋白質。切赫、奧爾特曼發(fā)現(xiàn)了絕大多數(shù)酶是蛋白質，少數(shù)RNA。1.薩姆納歷時9年才證明脲酶是蛋白質，并因此榮獲諾貝爾化學獎。你認為他取得成功靠的是什么樣的精神品質？2.請給酶下一個比較完整的定義。薩姆納歷時9年，用正確的科學方法，堅持不懈、百折不饒的科學精神，將酶提純出來。成功屬于不畏艱苦的人。酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化活性的有機物。設計實驗，探究某種酶的化學本質某種酶+雙縮脲試劑出現(xiàn)紫色→該酶是不出現(xiàn)紫色→該酶是方案1蛋白質RNA酶的合成場所：

。核糖體或細胞核磷酸二酯鍵構成酶的基本單位：

。氨基酸或核糖核苷酸酶的定義：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質。酶的定義：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質。酶在反應前后數(shù)量和性質不發(fā)生改變，一段時間內(nèi)可以重復利用。①酶只有一個作用：催化作用，不具有傳遞信息、調(diào)節(jié)的作用。②有些酶在細胞內(nèi)發(fā)揮作用，有些酶在細胞外發(fā)揮作用(如：消化酶)。酶也可以在體外發(fā)揮作用(如：加酶洗衣粉中的酶)酶1酶2酶3酶11酶5酶6酶12酶8酶9酶10酶14酶7酶13酶15酶16酶17酶18細胞內(nèi)細胞外體外2H2O22H2O+O2↑不同條件酶與無機催化劑相比有哪些共性和特性呢？①酶與無機催化劑的催化機理相同，都是降低化學反應的活化能。②酶和無機催化劑在反應前后數(shù)量和性質不發(fā)生改變，一段時間內(nèi)可以重復利用。共性：酶與無機催化劑的共性③酶與無機催化劑都不改變反應的平衡點，只是縮短了到達平衡點的時間。如下圖所示。二、酶的特性酶的化學本質不同于無機催化劑。一般來說，酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質。酶的催化作用于無機催化劑有什么不同？二、酶的特性1.高效性與無機催化劑相比，酶的催化效率高，是無機催化劑的107~1013倍①內(nèi)容②意義保證了細胞內(nèi)化學反應的順利進行，保證了細胞內(nèi)能量供應穩(wěn)定。

討論：酶能像無機催化劑一樣催化多種反應嗎？蛋白酶只能催化蛋白質水解，不能催化脂肪、淀粉等的水解。脲酶只能催化尿素分解，對其他化學反應不起作用。無機催化劑催化的化學反應范圍比較廣，例如，酸既能催化蛋白質水解，也能催化脂肪水解，還能催化淀粉水解。二、酶的特性項目對照組實驗組材料底物A底物B試劑酶A酶A現(xiàn)象結論二、酶的特性2.專一性發(fā)生反應不發(fā)生反應酶具有專一性項目對照組實驗組材料底物A底物A試劑酶A酶B現(xiàn)象結論發(fā)生反應不發(fā)生反應酶具有專一性淀粉蔗糖非還原糖（1）實驗目的：探究淀粉酶是否只能催化特定的化學反應（2）實驗原理：麥芽糖葡萄糖+果糖還原糖水解+斐林試劑水浴加熱磚紅色沉淀淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用二、酶的特性還原糖（3）材料用具：質量分數(shù)為2％的新配制的淀粉酶溶液質量分數(shù)為3％的可溶性淀粉溶液質量分數(shù)為3％的蔗糖溶液斐林試劑，熱水，試管，大燒杯，酒精燈，溫度計等。請根據(jù)以上資料，小組合作，設計實驗方案，驗證酶具有專一性。淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用二、酶的特性不能，因為碘液無法檢測蔗糖是否發(fā)生水解淀粉酶溶液淀粉溶液蔗糖溶液最后需要加

來判斷反應是否進行。不能加“碘液”來判斷是否進行的原因

。

斐林試劑步驟項目試管1試管21注入可溶性淀粉溶液2注入蔗糖溶液3注入新鮮的淀粉酶溶液4保溫5加斐林試劑6水浴加熱7觀察顏色變化2mL——2mL2mL2mL60℃保溫5min各加入2mL沸水浴1min磚紅色無磚紅色實驗結論：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解；即酶具有專一性。（4）方法步驟12淀粉酶溶液淀粉溶液蔗糖溶液步驟項目試管1試管21注入可溶性淀粉溶液2注入蔗糖溶液3注入新鮮的淀粉酶溶液4保溫5加斐林試劑6水浴加熱7觀察顏色變化2mL——2mL2mL2mL60℃保溫5min各加入2mL沸水浴1min磚紅色無磚紅色（4）方法步驟自變量：底物種類因變量：底物是否被水解無關變量：淀粉酶的量，保溫時間。12二、酶的特性2.專一性一種酶只能催化一種或一類反應。保證了細胞內(nèi)化學反應有序進行。a.鎖鑰學說①內(nèi)容②意義③原因二、酶的特性許多無機催化劑能在高溫、高壓、強酸或強堿條件下，催化化學反應，酶起催化作用的條件是否也如此呢？20世紀60年代以前，醫(yī)院用鹽酸催化淀粉的分解，但是需要245KPa的高壓、140-150度的高溫、還需要耐酸的設備?初中做消化酶實驗時，需要控制溫度等實驗條件?不同部位消化液的最適PH不同唾液的PH為6.2—7.4胃液的PH為0.9—1.5小腸液的PH為7.6②不同的酶需要不同的PH條件,酶的催化效率可能受PH值的影響。探究：影響酶活性的條件唾液淀粉酶會隨唾液流入胃，胃蛋白酶會隨食糜進入小腸。二、酶的特性許多無機催化劑能在高溫、高壓、強酸或強堿條件下催化化學反應。①酶的催化效率可能受溫度影響。溫度和PH會影響酶的活性嗎？溫度和PH會影響酶的活性。新配制的質量分數(shù)為2％的淀粉酶溶液，質量分數(shù)為3%的可溶性淀粉溶液，新鮮的質量分數(shù)為20%的肝臟（如豬肝、雞肝）研磨液，體積分數(shù)為3%的過氧化氫溶液，物質的量濃度為0.01mol/L的鹽酸，物質的量濃度為0.01mol/L的NaOH溶液，熱水，蒸餾水，冰塊，碘液，斐林試劑二、酶的特性提出問題：作出假設：材料用具：淀粉麥芽糖淀粉酶酶活性：酶催化特定化學反應的能力。酶活性可用在一定條件下酶所催化某一化學反應的速率表示；(一)探究溫度對酶活性的影響碘液不形成藍色碘液藍色小組合作，設計實驗方案二、酶的特性建議你用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響材料用具：新配制的質量分數(shù)為2％的淀粉酶液，質量分數(shù)為3%的可溶性淀粉溶液，碘液實驗過程與結果(探究溫度對酶活性的影響)操作1試管2試管3試管4試管5試管6試管0℃0℃60℃60℃100℃100℃加淀粉2mL—2mL—2mL—加淀粉酶—2mL—2mL—2mL保溫在各自溫度下保溫5min混合將2加入1中將4加入3中將6加入5中保溫在各自溫度下保溫5min加碘液2滴2滴2滴觀察顏色實驗結論溫度過低或過高酶的活性都較低。變藍不變藍變藍思考·討論1.實驗時將裝有淀粉酶溶液的試管和裝有淀粉溶液的試管分別放置在相同溫度的水中處理一段時間后再混合，這樣做的意義是什么？保證酶促反應在預設溫度下進行。2.能否用過氧化氫溶液來探究溫度對酶活性的影響？不能。該自變量是溫度，而過氧化氫在高溫條件下會分解，會對實驗結果造成影響。4.若要探究酶促反應更精確的最適溫度，該如何設計實驗?思考·討論設置一系列更小梯度的溫度，再比較在不同溫度條件下酶促反應速率的快慢。5.本實驗的結論是什么？酶的催化作用需在適宜的溫度下進行，溫度過高或過低都會影響酶的活性。3.在探究溫度對淀粉酶活性的影響的實驗中能否用斐林試劑作為檢測試劑？不能。該實驗的自變量是溫度，用斐林試劑進行檢測時需要水浴加熱，會對實驗結果造成影響。(二)探究PH對酶活性的影響二、酶的特性用過氧化氫酶探究PH對酶活性的影響新鮮的質量分數(shù)為20%的肝臟（如豬肝、雞肝）研磨液，體積分數(shù)為3%的過氧化氫溶液，物質的量濃度為0.01mol/L的鹽酸，物質的量濃度為0.01mol/L的NaOH溶液蒸餾水材料用具：小組合作，設計實驗方案實驗結論：過氧化氫酶的最適pH接近7.0，過酸或過堿，都會使其催化活性下降甚至失去活性。實驗設計思路(探究pH對酶活性的影響)思考·討論1.本實驗中自變量是什么？為什么各實驗組在步驟3都是加2

mL過氧化氫溶液？自變量是不同的pH。通過分別加等量HCl、蒸餾水和NaOH控制。過氧化氫溶液量是無關變量，應該保證相同且適宜。2.若將步驟2與步驟3調(diào)換順序，實驗還能成功嗎？為什么？不能。酶具有高效性，若先混合酶和底物，后調(diào)pH，在加HCl或NaOH前，反應已經(jīng)進行，就不能判斷各自反應速率的快慢。思考·討論3.以上各實驗組試管應放置在什么溫度條件下？為什么？以上各實驗組試管應放置在最適溫度條件下。在本實驗中，溫度屬于無關變量，無關變量應該保持相同且適宜。4.本實驗能否選用淀粉酶和淀粉作為實驗材料？為什么？不能。因為淀粉在酸性條件下也會發(fā)生水解反應。3.條件溫和①含義酶通常在一定pH范圍和一定溫度范圍內(nèi)才能起作用，而且在最適pH、最適溫度下作用最強。②意義保證細胞代謝能夠在溫和條件下高效進行。③原因二、酶的特性

P84

一般來說，動物體內(nèi)的酶最適溫度在35-40℃之間；植物體內(nèi)的酶最適溫度在40-50℃之間；細菌和真菌體內(nèi)的酶最適溫度差別較大，有的酶最適溫度可高達70℃。動物體內(nèi)的酶最適pH大多在6.5-8.0之問，但也有例外如胃蛋白酶的最適pH為1.5；植物體內(nèi)的酶最適pH大多在4.5-6.5之間。

三、影響酶促反應速率的因素1.酶促反應：由酶催化的化學反應，生物體內(nèi)的化學反應絕大多數(shù)屬于酶促反應。2.酶促反應速率：單位時間內(nèi)反應物或生成物濃度的改變量。3.影響酶促反應速率的因素：2H2O22H2O+O2↑酶①酶活性（受溫度和PH影響）②酶濃度③底物濃度甲乙丙丁①圖甲中，溫度從a降低或升高，酶促反速率均下降。1.溫度、pH、底物濃度、酶濃度②圖乙中，pH從b降低或升高，酶促反速率均下降。③圖丙中，底物濃度為c時，酶促反應速率達到最大，因為，酶被底物飽和。三、影響酶促反應速率的因素四、酶的應用1.溶菌酶溶解細菌細胞壁，具有抗菌消炎的作用。在臨床上與抗生素混合使用，能增強抗生素的療效。2.果膠酶分解果肉內(nèi)細胞壁中的果膠，提高果汁產(chǎn)量，使果汁變得澄清。四、酶的應用3.加酶洗衣粉蛋白酶——血漬、奶漬脂肪酶——油漬淀粉酶、纖維素酶四、酶的應用4.含酶牙膏殘留在牙縫里的食物殘渣是細菌的美食，也導致齲齒的禍根。含酶牙膏可以分解細菌，使我們的牙齒亮白、口氣清新。四、酶的應用5.多酶片多酶片中含有多種消化酶，人在消化不良時可以服用。普通糖衣-胃蛋白酶-腸溶衣糖衣-胰酶外層內(nèi)層胰酶中包括：胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等。普通糖衣保護胃蛋白酶，在胃液中會分解，釋放出胃蛋白酶。腸溶衣保護胰酶，在胃液中不會分解，在小腸中分解，釋放出胰酶。四、酶的應用產(chǎn)物生成量時間反應平衡點沒有催化劑無機催化劑酶課堂總結來源酶催化作用功能化學本質特性活細胞絕大多數(shù)是蛋白質，少數(shù)是RNA高效性專一性作用條件溫和課后習題一、概念檢測1.酶對細胞代謝起著非常重要的作用，可以降低化學反應的活化能。下列關于酶的作用特點及本質的敘述，正確的是（

）A.酶不能脫離生物體起作用B.酶只有釋放到細胞外才起作用C.所有的酶都是蛋白質D.酶是具有催化作用的有機物2.酶和無機催化劑都能催化化學反應。與無機催化劑相比，酶具有的特點是（

）A.能為反應物提供能量B.能降低化學反應的活化能C.能在溫和條件下催化化學反應D.催化化學反應更高效DD二、拓展應用1.在本節(jié)“探究·實踐”中，有同學在原有實驗的基礎上增加了5號和6號試管，向其中分別加入2mL過氧化氫溶液后，再向5號試管內(nèi)加入2滴煮沸過的肝臟研磨液，向6號試管內(nèi)加入2滴蒸餾水。這樣做的目的是什么？本小節(jié)“探究·實踐”涉及的自變量并非只有?個,而是包括溫度和催化劑兩個變量,1號試管中僅放置了過氧化氫溶液,可以起到對照作用。2號試管與1號試管的區(qū)別在于溫度,3號試管和4號試管與1號試管的區(qū)別在于多了催化劑3號試管與4號試管之間也可以起相互對照作用。加入2滴煮沸過的肝臟研磨液的5號試管,可以與加入新鮮的肝臟研磨液的4號試管做對照;同理,加入2滴蒸餾水的6號試管可以作為3號試管和4號試管的對照組。2.仔細閱讀本節(jié)的“思考·討論”，通過完成下面的圖解，體會巴斯德、李比希、畢希納、薩姆納的觀點之間的邏輯關系；寫一篇短文，談談對科學發(fā)展過程的認識。巴斯德之前發(fā)酵與活細胞有關,發(fā)酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用發(fā)酵是純化學反應，與生命活動無關。巴斯德李比希引起發(fā)酵的是細胞中的某些物質,但是這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用。畢希納酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用,就像在活酵母細胞中一樣薩姆納酶是蛋白質3.給你一份某種酶的結晶，你能設計實驗檢測它是不是蛋白質嗎?請簡略寫出實驗步驟。想一想，在薩姆納之前，為什么很難鑒定酶的本質?可用第2章中學過的檢測蛋白質的方法。在薩姆納之前,之所以很難鑒定酶的本質,主要是因為細胞中酶的提取和純化非常困難。條件對照雖給對照組施以某種實驗因素的處理。但這種處理是作為對照因素的，不是所要研究的實驗因素。這種處理不包括實驗研究給定的的自變量。目的是更有效的比較實驗組和對照組的結果?？瞻讓φ眨河仔◎蝌讲惶幚韺嶒灲M：幼小蝌蚪飼喂甲狀腺激素條件對照組：幼小蝌蚪飼喂甲狀腺抑制劑條件對照就是實驗組的基礎上施加一定條件的組。目的是與實驗組形成對照。3.對照實驗設計的一般步驟對照實驗的目的是排除無關變量的干擾，從而確定自變量與因變量的關系。自變量因變量無關變量(適宜且相等)(控制)(檢測)一般步驟：