1、第五章 细胞的能量供应和利用,新叶伸向和煦的阳光,他们都在为生存而获取什么？,新叶伸向和煦的阳光 蚱蜢觊觎绿叶的芬芳 它们为生存而获取能量 能量在细胞里流转激荡,1. 图右下方的一首诗寓意着什么？,2. 细胞的主动运输就需要能量，细胞内有机物的合成、加工、运输都需要能量。那么，细胞是如何利用能量的呢？,动、植物的生命活动，全都离不开细胞对能量的获取与利用，而能量的最终来源则是光。,都要经过复杂的化学反应。,3. 人为什么要吃饭？食物如何在体内转化？只依靠物理性消化，没有化学性消化可以完成么？如何验证？,物理性消化：又称机械性消化，是指食物经过口腔的咀嚼，牙齿的磨碎，舌的搅拌、吞咽，胃肠肌肉的活
2、动，将大块的食物变成碎小的，使消化液充分与食物混合，并推动食团或食糜下移，从口腔推移到肛门的消化过程。,化学性消化：是指消化腺分泌的消化液对食物进行化学分解而言。 由消化腺所分泌的消化液，将复杂的各种营养物质分解为肠壁可以吸收的简单的化合物，如糖类分解为单糖，蛋白质分解为氨基酸，脂类分解为甘油及脂肪酸。然后这些分解后的营养物质被小肠（主要是空肠）吸收进入体内，进入血液和淋巴液。,第1节 降低化学反应活化能的酶,一、酶的作用和本质,意大利科学家斯帕兰札尼实验简单演示,探究胃的消化作用,提出问题,作出假设,设计实验,进行实验,实验结果,实验结论,（胃只有物理性消化，无化学性消化吗？）,（胃并非只有
3、物理性消化，还有化学性消化。）,（不让食物与胃直接接触，观察食物是否被消化）,（见书P78）,（肉块消失了）,（胃不但有物理性消化，还有化学性消化的作用）,验证结论,（收集胃内的化学物质，观察这些物质在体外是否能将肉块分解。）,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。,胃内的化学物质将肉块分解,收集胃内的化学物质，看这些物质在体外是否能将肉块分解,问题探讨:,胃内的化学反应与化学上的化学反应一样么？,化学里的化学反应,MnO2, CH3CH2OH + CH3COOH CH3COOCH2CH3 + H2O,
4、2KClO3 2KCl + 3O2,乙醇,醋酸,乙酸乙酯,浓H2SO4,Fe,水浴,这些化学反应需要什么条件？,高温 高压 强酸 强碱 催化剂,在化学反应里能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质.,催化剂:,你所知道的生物体内的化学反应有哪些？,小知识,CO2+H2O （CH2O)+O2,光能,酶,C6H12O6+6H2O+O2 6CO2+12H2O+能量,氧气,酶,氨基酸 多肽,酶,脱水缩合,叶绿体：光合作用,线粒体：有氧呼吸,核糖体：蛋白质合成,常温 常压 水溶液环境 pH接近中性,细胞内会发生一系列的化学反应的环境条件是什么？,在这种的环境状态下发
5、生化学反应，应该有适合的生物催化剂酶,仅有以上条件够么？,细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。,:是细胞生命活动的基础,酶在细胞代谢中的作用,. 细胞代谢（新陈代谢）的概念,. 细胞代谢的意义,1、酶的作用：,但代谢过程中也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。,过多，会导致皮肤发黄，毛发变白 ，会加速人体衰老，损害细胞。,结合化学知识，要分解过氧化氢，可以采取哪些方法？,实验原理,2H2O2 2H2O + O2,常态/加热 /Fe3/过氧化氢酶,比较过氧化氢在不同条件下的分解速率：,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。,2,1,实验目的,通过比较过氧化氢在不同条
6、件下分解的快慢，了解酶的作用和意义。,反应条件,2ml,2ml,2ml,2ml,3%,3%,3%,3%,常温,90,FeCl3,肝脏研磨液,2滴,2滴,实验现象,3,实验结果,4,过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样，酶在常温、常压下可以高速地完成对化学反应的催化。,1、4对照说明： 3、4对照说明： 酶只缩短反应的时间，不改变生成物的量。,酶具有催化作用,酶具有高效性,m,加酶,加无机 催化剂,无催 化剂,生成物的量,时间,0,1,3,4,反应物量,时间,0,1,3,4,2,加热,2,1号试管与2号试管对照，说明,1号试管与3号试管对照，说明,1号试管与4号试管对照，说明,3号试管与4号试管
7、对照，说明,加热可以加快过氧化氢分解,FeCl3能催化H2O2分解,过氧化氢酶能催化过H2O2的分解,过氧化氢酶的催化效率比FeCl3高,实验结论,5,反应条件,2ml,2ml,2ml,2ml,3%,3%,3%,3%,常温,90,FeCl3,肝脏研磨液,2滴,2滴,思考:,、 上述实验分成了1、2、3、4号四支试管，哪些是四支试管共同的条件？两两比较不同的条件有几个？ 、 1号试管在常温下，没有加任何试剂，它起的作用是什么？,二、酶的作用,对照组,实验组,实验应遵循的原则：,等量性原则,单一变量原则,随自变量的变化而变化的因素,人为改变的因素,实验中可能存在的一些可变因素,自变量,因变量,无关
8、变量,无关变量,对照实验,变量,实验中可以变化的因素,对照原则,比较过氧化氢在不同条件下的分解速率：,1、与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？ 2、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 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号与4号相比，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？,加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率,FeCl3中Fe3+和猪肝研磨液的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率,4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行成百上
9、千的化学反应, 需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。,不能，加热到这样的温度会造成细胞死亡。,讨论：,活化能：,常态,活跃状态,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,常叫基态，微观粒子处于能量最低的状态。当原子处于基态时，电子处于离核最近的轨道上，此时原子处于稳定状态。,微观粒子其内部能量高于基态能量时所处的能量状态。当原子获得能量的时候，便由基态跃迁到激发态。,原 理 分 析,a,b,c,如图abc中，代表正常条件下分子活化能是 ，代表酶促反应所需活化能是 ；代表酶所降低的活化能的是 。,C,b,a,酶在细
10、胞代谢中的作用,各条件使反应加快的本质：,加热,Fe3+,H2O2酶,为过氧化氢分子提供能量,降低化学反应的活化能,显著降低化学反应的活化能,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。,？酶的本质,2、酶的本质,酶本质的探究历程,1773年,意大利科学家 斯帕兰札尼,鹰吞下装有肉块的小巧金属笼，一段时间后取出，发现笼内的肉块消失了,推断胃液中有消化肉块的物质，但不知道是什么物质,1773- 1857年,众多科学家,认为发酵为纯化学反应，与生命活动无关,1857年,法国微生物学家 巴斯德,用显微镜观察酿酒发酵过程中的酵母菌,只有酵母菌（活细胞）才能使糖类变为酒精,德国化学家 李比
11、希,认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用,酵母细胞死亡并裂解后才能对酵母过程起作用,德国化学家 毕希纳,将酵母细胞研碎后过滤得到提取液，该提取液同样能使葡萄糖发酵产生酒精,酵母细胞中有一种酿菌，可将糖液发酵变成酒精,1926年,美国科学家 萨姆纳,多为科学家,从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并通过多种方法证明脲酶的蛋白质,相继提出多种酶的结晶，并证明这些酶都是蛋白质,20世纪 80年代,美国科学家 切赫和奥特曼,发现少数RNA也具有生物催化功能,酶的化学本质是蛋白质或RNA,酶是一类具有催化作用的蛋白质,是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物。
12、,其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。,酶的来源,酶的功能,酶的化学成分,酶(Enzyme),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,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,小结：,1、细胞代谢：,细胞内各种化学反应的总称。,自变量： 因变量： 无关变量：,在实验中人为改变的变量。,随自变量变化而变化的变量。,除自变量外，实验中对实验结果造成影响的变量。,实验中的相关变量：,对照实验：,除一个因素外，其余因素都保持不变的实验。,包括空白对照、自身对照、条件对照,2、实
13、验设计的原则：,对照原则、等量原则、单一变量原则,3、酶,是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物。,本质：,作用原理：,绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA,降低反应的活化能,1下列关于过氧化氢的叙述中，正确的是( )。 A在没有催化剂时过氧化氢不会分解成水和氧气 B过氧化氢和水一样无色无味，对细胞无害 CFe3+和过氧化氢酶都能加速过氧化氢的分解 D从最终结果看，在有催化剂存在时，过氧化氢分解反应会进行得更彻底,C,课堂练习：,2下列有关对照实验设置的叙述中，错误的是( ) A要设置对照组和实验组 B自变量要始终保持相同 C无关变量要始终相同且适宜 D要遵循单因子变量原则 3同无机催化剂相比，酶
14、具有更高的催化效率 的原因是( )。 A降低反应的活化能的作用更显著 B. 能供给反应物能量 C改变了反应的途径 D能降低反应活化能,4关于活化能，下列说法不正确的是( )。 A是反应物分子从常态变为活跃状态所需要的能量 B加热、加压通常能使反应物分子获得足够的活化能 C无机催化剂使反应物分子获得的活化能的总量 更多而加快反应速率 D酶能降低反应物分子发生反应的活化能而使反 应更容易进行,C,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
15、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,所有的酶在一定的条件下， 能使生物体内复杂的化学反应迅速地进行， 酶本身并不发生变化。,那么，酶与无机催化剂相比，具有哪些 不同的特点呢？,知识回顾：,1、人体细胞内时刻进行上百万次的化学反应，这些化学反应在常温常压下为何能如此快速、高效、有序、顺利进行的呢？,酶,2、化学反应需要提供能量，使参加化学反应的分子从常态变为活跃状态，那么酶是否提供了能量而加快了反应速率呢？,降低化学反应活化能,3、酶的本质？,酶大多是蛋白质，少数是RNA,酶是由活
16、细胞产生的具有催化能力的有机物,二、酶的特性,在研究酶性质的过程中,科学家通过整理大量的实验数据,发现酶的催化效率大约是无机催化剂的107-1013倍。由上述资料可看出酶具有什么特性？,高效性,资料1,实验原理：新鲜的肝脏中含有过氧化氢，Fe3+ 是一种无机 催化剂，都可以催化过氧化氢分解成水和氧。,方法步骤：,过氧化氢溶液,肝脏研磨液滴入3滴,1,2,1,2,氯化铁溶液滴入3滴,实验一：,一、酶具有高效性,上述实验说明，过氧化氢酶和 Fe3+ 的催化效率不同。与无机催化剂 Fe3+ 相比，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107 1013 倍。,实验结论：,酶的特性
17、：,1、为什么要选用新鲜的猪肝？,2、为什么要将猪肝制成研磨液？,3、滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，能否共用一个吸管？为什么？,4、氧气的多少可以通过哪些途径观察？,想一想：,酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪、淀粉水解。蛋白酶只能催化蛋白质水解，但不能催化脂肪、淀粉等的水解。脲酶只能催化尿素分解，对其他化学反应不起作用。,专一性 一种酶只能催化一种或一类化学反应。,资料2,由上述资料可看出酶具有什么特性？,实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能 水解成还原糖（麦芽糖、葡萄糖、果糖）。还原糖能够与斐林试剂 发生氧化还原反应，生成砖红色的氧化亚铜沉淀。,方法步骤：,实验二：
18、,二、酶具有专一性,上述实验说明，淀粉酶只能催化淀粉水解，对蔗糖则不起催化作用。确切地说，每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。,讨论：为什么要将试管的下半部浸到 60 OC 左右的热水中？在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要？,实验结论：,酶的特性：,1、在不同的温度下，同一种酶的活性是否会受到影响？ 2、在不同的pH下，同一种酶其活性是否会改变？请设计相关的实验，验证你们的假设,酶的这些特性受哪些因素会影响呢？,酶对化学反应的催化效率为酶的活性。,口腔里有唾液淀粉酶，为什么塞进牙缝里的肉丝两天后还没被消化?,科学探究步骤,提出问题,作出假设,设计
19、实验,进行实验,分析结果,表达与交流,（温度/pH 会影响酶的活性吗？）,（温度/pH 会影响酶的活性）,（设计方案、预期结果）,（按预定方案进行实验）,（分析实验结果，得出结论：）,（总结，写实验报告并适当交流）,影响酶活性的条件,3%可溶性淀粉溶液、 2的淀粉酶溶液、 沸水、60水、冰水 5HCl、5NaOH、蒸馏水、 碘液、斐林试剂,提供的材料,讨论实验设计方案,摇匀混合，放置各自温度反应5min,结论：淀粉酶在60 中活性最强,变蓝,变蓝,不变蓝,1、温度对酶活性的影响,蒸馏水1mL,5%NaOH1mL,5%HCL1mL,2ml,2ml,2ml,2mL,摇匀混合，放置在60水浴中反应5
20、min,砖红色沉淀,无砖红色沉淀,无砖红色沉淀,淀粉酶在中性条件中活性最强,2mL,2mL,摇匀混合，沸水浴1min,2、PH对酶活性的影响,pH对酶活性的影响,蒸馏水1mL,5%NaOH1mL,5%HCL1mL,5ml,5ml,5ml,H2O2酶在中性条件中活性最强,大量,不明显,不明显,2、PH对酶活性的影响,通过探究温度、pH对酶活性影响的实验结果,由此可看出酶的作用条件有什么特点？,作用条件温和,温度过高、过低；pH过酸、过碱都会影响酶的活性,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/,/mmol. s-1,酶活性受温度影响示意图,一般地，动物体内的酶最
21、适温度在3540之间； 植物:4050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,一般地，动物体内的酶最适pH在6.58.0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4.56.5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,过酸过碱和高温-酶被杀死， 低温-酶暂时失活,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；低温虽然使酶活性明显下降，但能使酶的空间结构保持稳定，在适宜温度下其活性
22、可以恢复。酶适于在04保存。,思考,0 最适温度 t / OC,V / mmols-1,0 6 最适 pH 10 pH,V / mmols-1,三、酶需要适宜的条件,高温、低温以及过酸和过碱，都影响淀粉酶的活性， 淀粉酶的催化作用需要适宜的温度和 pH。如图所示：,酶的活性受温度影响示意图,酶的活性受pH影响示意图,酶的特性：,酶除了受到温度、pH影响，还受别的因素影响么？,思考,1、酶的浓度：反应速率随酶浓度的升高而加快。,2、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,酶的专一性,每一种酶只能催化
23、一种 化合物或一类化合物的 化学反应,酶的催化效率是无机催化剂的107 1013 倍,二.酶的特性：,酶的高效性,酶的催化作用需要适宜的条件,1）需要适宜pH值,2）需要适宜的温度,本节小结,酶在细胞代谢中的作用,酶的本质,酶的特性,活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数RNA也具有催化功能。,降低化学反应的活化能,作用条件温和 高效性 专一性,酶作用的机理,酶的应用,1、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不宜用来洗涤下列哪些衣料？（ ）A
24、.化纤 B.纯毛 C.纯棉 D.真丝 （4）为了更好地除去衣物上的油渍，在洗衣粉中还可以加入什么酶？,B D,脂肪酶,课堂巩固,3.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.高温使酶的活性减弱,2.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.少数酶是RNA C.每种酶都具有高效性，专一性 D.酶都具有消化功能,4、胃蛋白酶进入小肠后就几乎没有了催化作用，主要原因是A.在胃里发挥了作用，不能再继续起作用了B. pH不合适C.被小肠内的物质包裹起来，不能起作用了D.小肠内没有蛋白质可被消化,5、关于酶的特性，下列表述中错误的是 A、酶是活细胞产生的具有催化能力的有机物 B、化学反应前后，酶的化学性质和数量不变 C、酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度影响 D、一旦离开活细胞，酶就失去催化能力,6、用纯唾液和用稀释10倍的唾液做唾液淀粉酶 的催化实验，其效果完全相同，这说明酶具有,A、专一性 B、多样性 C、高效性 D、多变性,7、能水解脂肪酶的酶是 A、淀粉酶 B、蛋白酶 C、脂肪酶 D、麦芽糖酶,C,B,8、将唾液淀粉酶先放入沸水中2分钟，再放在37的恒温水浴中，酶的催化效率前后变化是 A、不断降低 B、先升后降 C、先降后升 D、没有变化,D,
