1、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,长期以来，人们一直认为动物消化食物吸收营养就像磨豆腐那样把食物磨碎后将营养过滤到体内，而不能滤过的残渣则形成粪便排出去。而不认为在消化的过程中发生了化学反应。,事实到底是不是这样呢？科学家做了大量的实验对此进行探究！,广东省四会市四会中学 方仲扬,斯帕兰札尼的实验,讨论：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了,细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称
2、。,一、酶的作用和本质,细胞代谢,叶绿体,线粒体,核糖体,脱水缩合,一些化学反应的条件,MnO2,浓H2SO4,乙醇,醋酸,乙酸乙酯,一般化学反应的条件 ：,Fe,（1）高温（2）高压 （3）强酸（4）强碱（5）催化剂,细胞内外的环境： 1.常温 2.常压 3.水溶液环境 4.pH接近中性,细胞内会发生一系列的化学反应，这些化学反应发生的环境条件是什么？,在这种环境状态下发生的化学反应，应该有适合的生物催化剂 酶,很温和,当皮肤上出现小伤口时，用双氧水消毒时，能观察到什么现象？你能解释这一现象的原因吗？,当皮肤上出现小伤口时，常用双氧水消毒，消毒时常能观察到有气泡产生。这是因为人体细胞中的过氧
3、化氢酶能将过氧化氢分解成水和氧气。这气泡就是氧气。,1、酶在细胞代谢中的作用,2 H2O2 2 H2O + O2,1、常温下反应 2、加热 3、Fe3+做催化剂 4、过氧化氢酶,高温 /Fe3 /过氧化氢酶,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。,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,比较过氧化氢在不同条件下的分解速率,2ml,2ml,2ml,2ml,3%,3%,3%,3%,常温,90,FeCl3,鲜肝研磨液,2滴清水,2滴清水,2滴,2滴,反应条件,不明显,不复燃,少量,不复燃,较多,变亮,大量,复燃,1、与1号试管相
4、比，2号试管出现什么不同现象？ 这一现象说明什么？,2、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？,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。,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？,说明FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。,实验讨论（比较过氧化氢在不同条件下的分解）,4、3号和4号试管相比，哪支试管听反应速率快？这说明什么？,4号试管的反应速率比3号试管快得多。,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
5、的顺利进行至关重要。,5、为什么说酶对于细胞反应的顺利进行至关重要？,说明：过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。,比较过氧化氢在不同条件下的分解速率,2ml,2ml,2ml,2ml,3%,3%,3%,3%,常温,90,FeCl3,鲜肝研磨液,2滴清水,2滴清水,2滴,2滴,反应条件,对照组,实验组,过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样,对照原则:设计对照实验,既要有对照组又要有实验组。,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。 等量原则：各组加入的试剂要等量,实验设计原则:,酶在细胞代谢中的作用,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。,
6、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,同无机催化相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能，因而催化效率更高。,活化能,加入催化剂相当于给汽车找到了一条穿山隧道,加热加压相当于给汽车加大油门,在20度测得的过氧化氢分解的活化能,催化剂可以降低化学反应的活化能，而且与无机催化剂相比较，生物催化剂酶有突出的优越性酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。,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,资料分析,巴斯德 和 李比希 观点的比较,18221895（法国）微生物学家通过显微镜观察发现发酵的过程中有酵
7、母菌结论：没有活细胞糖类不可能变成酒精,18031873（德国）化学家通过对化学变化的研究认为糖类变成酒精就是一个化学反应 结论: 在这个变化过程中，只有细胞死之后放出了某些物质起了作用,结论： 1.巴斯德是微生物学家，他主要强调生物体或细胞的整体作用。 2.李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。 3.,毕希纳的实验说明，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。,酵母细胞研磨,加水搅拌,加压过滤,不含酵母细胞的提取液,加入葡萄糖,过程：,现象：冒出气泡,请分析一下毕希纳的研究过程，从毕希纳的实验可以得出什么结论？,毕希纳（化学家）,是谁最先鉴定出酶
8、的化学本质？为什么在他之前很难鉴定？,萨姆纳,脲酶是蛋白质,少数RNA也具有生物催化作用,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,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,总结酶的定义,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。,大部分酶是蛋白质，也有少数是RNA。,2、酶的本质,绝大多数是蛋白质,少
9、数是DNA,氨基酸,核糖核苷酸,核糖体,细胞核（真核生物）,待测溶液+双缩脲试剂 是否出现紫色反应,待测酶液+吡罗红染液是否呈现红色,已知蛋白液+双缩脲试剂 出现紫色反应,已知RNA溶液+吡罗红染液 出现红色,具有生物催化作用,降低化学反应的活化能,二 酶的特性,说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。,比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率,1.酶具有高效性,酶具有高效性,事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的 倍。,107 1013,上述实验说明了：,酶的高效性保证了细胞内化学反应的顺利进行能量供应的稳定。是细胞内的化学反应能在常温、常压、中性水溶液环境中进行的关键因素。,酶具有高效性的意义
10、：,你能用其他更简捷的方法来验证酶的高效性吗？,探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用淀粉和蔗糖都是非还原性糖，淀粉在酶的催化作用下能水解为麦芽糖和葡萄糖。蔗糖在酶的催化作用下能水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖、葡萄糖、果糖均属还原性糖。还原性糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的沉淀。,现在给你淀粉酶溶液，要观察淀粉酶能催化哪种糖水解，应该如何设计这个实验？你有怎么知道淀粉酶催化了糖的水解呢？,2. 酶具有专一性,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5min,2号试管中加入2mL 蔗糖溶液,加入斐林试剂,振荡,约60水浴2min,1号试管中加入2mL 淀粉溶液,白色,无变化
11、,棕色,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。,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。,酶具有专一性,（例如，二肽酶可以水解由任意两种氨基酸组成的二肽。）,思考：例如我们反复咀嚼米饭会马上觉得甜，而塞进牙缝的肉丝过了两天还没消化。为什么？,人吃饭，如果人体内没有酶的话，一碗饭从消化到吸收的过程需要50年的时间才能够完成。,酶活性：酶对化学反应的催化效率。,从上面进行的实验我们看出进行实验需要一定的条件，比如淀粉酶60左右最
12、好。能不能设计一个实验，来证明温度会影响酶的活性？,3. 酶的作用条件比较温和,你又该动脑筋了！,问题聚焦,1、选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料？,三组，高温，低温和常温！,2、我要设计几组实验？选择几个温度？,淀粉酶。因为 H2O2受温度影响也会分解,3、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,1号试管,2号试管,3号试管,加入淀粉酶2滴，振荡,试管各加入2mL淀粉溶液,蓝色,60反应，约5min,100，反应约5min,保持0冰水中， 反应约5min,各加入两滴碘液,振荡,无明显现象,只有在一定温度下酶的催化效率最好,蓝色,探究温度对淀粉酶活性的影响,温度对酶活性的
13、影响,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,呈蓝色,呈蓝色,无蓝色出现,在最适温度的两侧，反应速率都比较 较高的温度容易使酶的 遭到破坏而失去 较低的温度则 了酶的活性,低,活性,最适温度,空间结构,抑制,动物：35-40摄氏度 植物 40-50摄氏度 细菌、真菌 差别较大,在合适的条件下将肉块和蛋白酶放到一起,疑问：60时，为什么肉块长时间不能被分解？,如何找到酶活性最高时的温度？,通过以上实验可以知道，酶在最适温度下， 活性最高。那么pH值不同，对酶的活性有没有影响呢？,你又要动脑筋了！,设计一个实验，来探究pH会影响酶的催化效率（活性）？,以上设计缺少对照组
14、。,以上设计是否科学？,1号试管,2号试管,3号试管,加入过氧化氢酶2滴，振荡23min,试管各加入2mL过氧化氢溶液,无明显变化,pH7,pH=12,pH2,将带火星的卫生香分别放入试管中,只有在适合的pH下酶的催化效率最好,复燃,无明显变化,探究pH对过氧化氢酶活性的影响,pH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5min,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， 50 -65 水浴1min,过氧化氢酶,最高,空间结构,活性,动物体里的酶最适PH
15、大多在6.5-8.0之间， （但胃蛋白酶为1.5，胰液中的酶为8-9） 植物体里的酶最适PH大多在4.5-6.5之间,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。,酶的作用条件温和,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,酶量一定,2、pH,课堂小结,酶的应用,1. 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、
16、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,B,2.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,C,课堂练习:,3.人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是 A.所吃食物不能消化 （ ） B.胃没有排空 C.体温超过合适温度，消化酶的活性下降 D.吃药使人没有了胃口 4.胃蛋白酶在进入小肠后就几乎没有了催化作用， 主要原因是（ ） A.pH不适合 B.胃中已经起了消化作用，不能再起作用了 C.被小肠中的物质包裹起来，所以起不到催化作用 D.小肠中没有蛋白质可被消化,C,A,5.能够使唾液淀粉酶水解的是（ ） A.淀粉酶 B.脂肪酶 C.蛋白酶 D.肽酶 6.关于酶的特性，下列表述中错误的一项是（ ）A.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 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,C,D,7.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.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,对酶概念的理解,
