【課件】5.1 降低化學(xué)反應(yīng)的活化能的酶

1、生物為了生存都要獲取能量生物為了生存都要獲取能量 細(xì)胞的能量獲取和利用需要通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。第5章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 細(xì)胞代謝：細(xì)胞代謝：細(xì)胞中每時(shí)每刻進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的總稱化學(xué)反應(yīng)的總稱。 CO2+H2O 有機(jī)物有機(jī)物 +O2光能光能葉綠體葉綠體: : 氨基酸氨基酸 多肽多肽( (蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)）脫水縮合脫水縮合核糖體：核糖體：線粒體線粒體: :有機(jī)物有機(jī)物 +O2 CO2+H2O+能量能量酶酶酶酶酶酶細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境條件：細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境條件：條件溫和條件溫和: 常溫常壓，酸堿度適中，有適合的生物催化劑常溫常壓，酸堿度適中，有適合的生物催化劑酶酶（儲(chǔ)存能量）（儲(chǔ)存能量）（釋

2、放能量） 第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 一 酶的作用和本質(zhì) 第5章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 二 酶的特性酶結(jié)構(gòu)酶結(jié)構(gòu)酶的應(yīng)用1 1、這個(gè)實(shí)驗(yàn)要解決什么問題？為何要將肉放、這個(gè)實(shí)驗(yàn)要解決什么問題？為何要將肉放在金屬籠子里？在金屬籠子里？2 2、是什么物質(zhì)使肉塊消失了？、是什么物質(zhì)使肉塊消失了？3 3、怎樣才能證明你的推測(cè)？、怎樣才能證明你的推測(cè)？鳥類的胃中是否只有物理消化，無(wú)鳥類的胃中是否只有物理消化，無(wú)化學(xué)消化?；瘜W(xué)消化。胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，體外是否能將肉分解。收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，體外是否能將肉分解。胃內(nèi)起消化作用的物質(zhì)主要是什么？胃內(nèi)起消化作用的物質(zhì)主要是什么？在

3、19世紀(jì)，隨著對(duì)釀酒中發(fā)酵過(guò)程的深入研究，科學(xué)家才逐漸揭開酶的面紗。酶到底是什么物質(zhì)？巴斯德之前巴斯德之前發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動(dòng)無(wú)關(guān)發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動(dòng)無(wú)關(guān)巴斯德巴斯德發(fā)酵與發(fā)酵與活細(xì)胞活細(xì)胞有關(guān)，發(fā)酵是有關(guān)，發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中某些整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中某些物質(zhì)起作用物質(zhì)起作用引起發(fā)酵的是引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)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)揮作用裂解后才能發(fā)揮作用畢希納畢希納酵母細(xì)胞中的酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣作用，就

4、像在活酵母細(xì)胞中一樣薩姆納薩姆納酶是酶是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)李比希李比希切赫、奧特曼切赫、奧特曼少數(shù)少數(shù)RNA也具有生物催化功能也具有生物催化功能一、酶的本質(zhì)一、酶的本質(zhì)絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)的酶是少數(shù)的酶是RNA.酶是酶是活細(xì)胞活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有產(chǎn)生的一類具有生物生物催化作用催化作用的的有機(jī)物有機(jī)物。來(lái)源來(lái)源功能功能本質(zhì)本質(zhì)酶在活細(xì)胞中產(chǎn)生，但可以在細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞外甚至在體外起作用2H2O22H2O+O2？1 1、常溫下反應(yīng)、常溫下反應(yīng)2 2、加熱、加熱3 3、FeFe3+3+做催化劑做催化劑4 4、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化氫酶3%的H2O2水浴FeCl3肝臟研磨液2mL2mL2mL2

5、mL902滴2滴現(xiàn)象2H2O2 2H2O+O2？試管內(nèi)液面的上方點(diǎn)燃的衛(wèi)生香對(duì)照實(shí)驗(yàn)單一變量原則對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)組步驟無(wú)關(guān)變量1 2 3 4變量自變量因變量等量原則有催化劑有催化劑無(wú)催化劑無(wú)催化劑加熱使過(guò)氧化氫分子得到能量，容易分解。但加Fe和過(guò)氧化氫酶時(shí)并沒有加熱，但反應(yīng)比加熱更快，為什么？ 并未供給過(guò)氧化氫能量，而是了過(guò)氧化氫分解反應(yīng)的。 同無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更明顯，因而催化效率更高。酶酶使使活活化化能能降降低低能量能量反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)過(guò)程沒有酶催化沒有酶催化有酶的催化有酶的催化作用：作用：催化作用催化作用 原理：原理：降低化學(xué)反應(yīng)的活化能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 在研究酶性

6、質(zhì)的過(guò)程中在研究酶性質(zhì)的過(guò)程中, ,科學(xué)家通過(guò)整理科學(xué)家通過(guò)整理大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), ,發(fā)現(xiàn)酶的催化效率大約是無(wú)發(fā)現(xiàn)酶的催化效率大約是無(wú)機(jī)催化劑的機(jī)催化劑的107-1013倍倍。 由上述資料可看出酶具有什么特性？由上述資料可看出酶具有什么特性？ 高效性高效性3443少量肝臟少量肝臟研磨液研磨液 比較過(guò)氧化氫酶和比較過(guò)氧化氫酶和FeFe3+3+的催化效率的催化效率酶的催化效率是無(wú)機(jī)催化劑的酶的催化效率是無(wú)機(jī)催化劑的10107 710101313 倍倍酶只縮短到達(dá)化學(xué)平衡的時(shí)間，但不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)生成物產(chǎn)量只與反應(yīng)物的量有關(guān) 酶既能催化蛋白質(zhì)的水解，也能催化脂酶既能催化蛋白質(zhì)的水解

7、，也能催化脂肪、淀粉水解。肪、淀粉水解。 蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)水解，但不能催蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)水解，但不能催化脂肪、淀粉等的水解。脲酶只能催化尿素分化脂肪、淀粉等的水解。脲酶只能催化尿素分解，對(duì)其他化學(xué)反應(yīng)不起作用。解，對(duì)其他化學(xué)反應(yīng)不起作用。專一性，專一性，一種酶只能催化一種或一類一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)。 口腔里有唾液淀粉酶，為什么塞進(jìn)牙口腔里有唾液淀粉酶，為什么塞進(jìn)牙縫里的肉絲兩天后還沒被消化縫里的肉絲兩天后還沒被消化? ? 由上述資料可看出酶具有什么特性？由上述資料可看出酶具有什么特性？保證代謝有序進(jìn)行，每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)保證代謝有序進(jìn)行，每一種酶只能催

8、化一種或一類化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)鎖鑰關(guān)系注意：1 酶作為催化劑在反應(yīng)前后質(zhì)量和結(jié)構(gòu)是不變的 2 無(wú)機(jī)催化劑沒有專一性這一特點(diǎn)酶的作用條件溫和酶的作用條件溫和溫度過(guò)高、過(guò)低；溫度過(guò)高、過(guò)低；pHpH過(guò)酸、過(guò)堿過(guò)酸、過(guò)堿都會(huì)影響酶的活性都會(huì)影響酶的活性原因：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)受溫度、PH值的影響0最適溫度最適溫度t/mmol. s/mmol. s-1 -1酶活性受溫度影響示意圖酶活性受溫度影響示意圖 一般地，一般地，動(dòng)物動(dòng)物體內(nèi)的體內(nèi)的酶最適溫度在酶最適溫度在35354040之之間；間；植物植物:40:405050之間之間 細(xì)菌和真菌最適溫度差細(xì)菌和真菌最適溫度差別較大，有的達(dá)別較大，有的達(dá)707

9、0。溫度對(duì)酶活性的影響溫度對(duì)酶活性的影響酶活性1 在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸增在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸增強(qiáng)；強(qiáng)；2 達(dá)到達(dá)到最適溫度最適溫度時(shí)，酶的時(shí)，酶的活性最高；活性最高；3 超過(guò)最適溫度時(shí)，隨著溫超過(guò)最適溫度時(shí)，隨著溫度的繼續(xù)升高，酶的活性逐度的繼續(xù)升高，酶的活性逐漸下降。漸下降。 4 溫度過(guò)高溫度過(guò)高會(huì)使酶的空間結(jié)會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活，酶永久失活，溫度過(guò)低溫度過(guò)低只降低酶活性只降低酶活性，不，不破壞酶破壞酶/mmol. s/mmol. s-1 -1最適最適pH0pH 酶活性受酶活性受pHpH影響示意圖影響示意圖pH對(duì)酶活

10、性的影響對(duì)酶活性的影響1 在一定范圍內(nèi)，隨著在一定范圍內(nèi)，隨著pH的升高，酶的活性逐漸增的升高，酶的活性逐漸增強(qiáng)；強(qiáng)；2 達(dá)到達(dá)到最適最適pH時(shí)，酶的活時(shí)，酶的活性最高；性最高；3 超過(guò)最適超過(guò)最適pH時(shí)，隨著時(shí)，隨著pH的繼續(xù)升高，酶的活的繼續(xù)升高，酶的活性逐漸下降。性逐漸下降。4 過(guò)酸、過(guò)堿過(guò)酸、過(guò)堿會(huì)使酶的空會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永酶永久失活久失活 一般動(dòng)物體內(nèi)的酶最適一般動(dòng)物體內(nèi)的酶最適pHpH在在6.56.58.08.0之間；但是之間；但是胃蛋白酶的最適胃蛋白酶的最適pHpH為為1.51.5; ; 植物體內(nèi)的酶最適植物體內(nèi)的酶最適pHpH在在4.54.56.

11、56.5之間；之間；0 最適溫度最適溫度 t / OC V / mmols-1酶的活性受溫度影響酶的活性受溫度影響示意圖示意圖0 6 最適最適 pH 10 pHV / mmols-1酶的活性受酶的活性受pH影響影響示意圖示意圖結(jié)論：結(jié)論： 在最適宜的溫度和最適宜的在最適宜的溫度和最適宜的pH下，酶的活性下，酶的活性最高。溫度和最高。溫度和pH偏高或偏低，酶的活性都會(huì)明顯偏高或偏低，酶的活性都會(huì)明顯降低。過(guò)酸、過(guò)堿和高溫，都能使酶的分子結(jié)構(gòu)降低。過(guò)酸、過(guò)堿和高溫，都能使酶的分子結(jié)構(gòu)遭到破壞而失去活性，且不可逆。遭到破壞而失去活性，且不可逆。1 酶具有高效性2 酶具有專一性3 酶的作用條件較溫和指

12、單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物的消耗量或生成物的生成量(mmol/s)除溫度，PH值影響酶的活性，影響酶促反應(yīng)速率外，底物濃度，酶濃度也可以影響酶數(shù)量的限制（酶達(dá)到飽和）前提：底物充足的情況下細(xì)胞代謝與酶細(xì)胞代謝與酶細(xì)胞代謝細(xì)胞代謝的概念：的概念：酶的發(fā)現(xiàn)：酶的發(fā)現(xiàn)：酶的概念酶的概念：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNARNA。酶的特性：酶的特性：專一性專一性高效性高效性作用條件較溫和作用條件較溫和細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻進(jìn)行著許多化學(xué)細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻進(jìn)行著許多化學(xué) 反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。發(fā)現(xiàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)過(guò)程

13、發(fā)現(xiàn)的意義發(fā)現(xiàn)的意義發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的科學(xué)探究思想發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的科學(xué)探究思想將剛采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其將剛采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其甜味。這是因?yàn)榧訜釙?huì)（甜味。這是因?yàn)榧訜釙?huì)（ ） A. 提高淀粉酶活性提高淀粉酶活性 B. 改變可溶性糖分子的結(jié)構(gòu)改變可溶性糖分子的結(jié)構(gòu) C. 防止玉米粒發(fā)芽防止玉米粒發(fā)芽 D. 破壞將可溶性糖轉(zhuǎn)化為淀粉的酶破壞將可溶性糖轉(zhuǎn)化為淀粉的酶D 解析：經(jīng)沸水處理后，玉米細(xì)胞內(nèi)的酶失活，解析：經(jīng)沸水處理后，玉米細(xì)胞內(nèi)的酶失活，使可溶性糖（有甜味）不能正常轉(zhuǎn)化為淀粉。使可溶性糖（有甜味）不能正常轉(zhuǎn)化為淀粉。. .1.酶具有極強(qiáng)的催化功能，其原因是（

14、）A.增加了反應(yīng)物之間的接觸面B.降低了底物分子的活化能C.提高了反應(yīng)物分子的活化能D.降低了底物分子的自由能練習(xí)練習(xí)B 3. 下列功能特征中與酶無(wú)直接關(guān)系的是（下列功能特征中與酶無(wú)直接關(guān)系的是（ ） A. 消化功能消化功能 B. 滲透吸水滲透吸水 C. 蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成 D. DNA的轉(zhuǎn)錄與的轉(zhuǎn)錄與mRNA的翻譯的翻譯 4. 活細(xì)胞內(nèi)大多數(shù)酶的形成部位在（）活細(xì)胞內(nèi)大多數(shù)酶的形成部位在（） A. 葉綠體葉綠體 B. 線粒體線粒體 C. 核糖體核糖體 D. 高爾基體高爾基體 5. 活細(xì)胞內(nèi)合成酶的原料是（）活細(xì)胞內(nèi)合成酶的原料是（） A. 脂肪酸脂肪酸 B. 氨基酸氨基酸 C. 核糖核苷酸

15、核糖核苷酸 D. 氨基酸和核糖核苷酸氨基酸和核糖核苷酸BCD在其他條件不變而酶濃度增加時(shí)，下列圖中能正確表示生成物量變化的是(圖中虛線為酶濃度增加后的變化曲線) ( )C如果酶的數(shù)量一定，下列哪個(gè)圖示最確切地反映了反應(yīng)速率與底物濃度的數(shù)量關(guān)系（ ） BPPP核糖核糖腺嘌呤腺嘌呤APPP很容易水解；釋放出大量能量很容易水解；釋放出大量能量 （30.54kJ/mol）五、五、ATPATP高能磷酸鍵高能磷酸鍵腺苷腺苷磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán) 一般水解時(shí)，能夠釋放20.92kJmol能量的化合物都叫做高能化合物。 高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量多達(dá)30.54kJmol ，所以ATP是高能磷酸化合物。 資 料PPP

16、核糖核糖P腺嘌呤核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸A-PPP水解酶 A-PP + Pi +ADP能量 ATPATP的水解為各項(xiàng)生命活動(dòng)直接提供能量1.1.一個(gè)成年人在平靜狀態(tài)下，一個(gè)成年人在平靜狀態(tài)下，2424小時(shí)將有小時(shí)將有40kg40kg的的ATP ATP 發(fā)生轉(zhuǎn)化，而細(xì)胞內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)化，而細(xì)胞內(nèi)ATPATP、ADPADP的總量?jī)H有的總量?jī)H有2mg2mg10mg10mg。2.2.用用3232P P標(biāo)記磷酸加入細(xì)胞培養(yǎng)液中，短時(shí)間內(nèi)快速分標(biāo)記磷酸加入細(xì)胞培養(yǎng)液中，短時(shí)間內(nèi)快速分 離出離出ATPATP，ATPATP的總量變化不大，但是大部分的總量變化不大，但是大部分ATPATP末端末端 磷酸基團(tuán)卻已經(jīng)帶有

17、放射性標(biāo)記。磷酸基團(tuán)卻已經(jīng)帶有放射性標(biāo)記。v思考：ATP與ADP之間存在著怎樣的關(guān)系？能量A-PPP(ATP)A-PP(ADP)能量Pi酶Pi酶動(dòng)態(tài)平衡二、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化ATP合成酶水解酶ADP +Pi +能量糖類、脂糖類、脂肪等有機(jī)肪等有機(jī)物氧化分物氧化分解解問題探討問題探討3 3：ATPATP的來(lái)源途徑的來(lái)源途徑1.綠色植物綠色植物2.動(dòng)物和人等動(dòng)物和人等ADP+Pi+ADP+Pi+能量能量ATPATP酶酶光光合合作作用用呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用 合作探究2：ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是否可逆?ATP水解水解ATP合成合成酶酶能量能量反應(yīng)場(chǎng)所反應(yīng)場(chǎng)所物質(zhì)是可逆的，能量和酶

18、是不可逆的物質(zhì)是可逆的，能量和酶是不可逆的水解酶水解酶合成酶合成酶高能磷酸鍵內(nèi)高能磷酸鍵內(nèi)的化學(xué)能的化學(xué)能有機(jī)物中的化學(xué)有機(jī)物中的化學(xué)能或光能能或光能分布的場(chǎng)所較廣分布的場(chǎng)所較廣葉綠體、葉綠體、線粒體線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)ATP是細(xì)胞的 能量“通貨” 呼吸作用（葡萄糖等氧化分解）呼吸作用（葡萄糖等氧化分解）釋放能量釋放能量( (放能放能反應(yīng)反應(yīng)) )合成合成水解水解生命活動(dòng)生命活動(dòng)( (需需/ /吸能吸能反應(yīng)反應(yīng)) )ATP三、三、ATP的利用的利用糖類等有機(jī)物呼吸作用ATP提供能量生命活動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的能量“通貨”三、ATP的利用問題探討問題探討3 3：說(shuō)出：說(shuō)出ATPATP在能量代謝中的作用在能量代謝中的作用生生物物發(fā)發(fā)電電螢螢火火蟲蟲發(fā)發(fā)光光肌肌細(xì)細(xì)胞胞收收縮縮主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸大大腦腦思思考考直接能源：直接能源：間接能源：間接能源：根本能源：根本能源：重要能源：重要能源：主要能源：主要能源：儲(chǔ)存能源：儲(chǔ)存能源：ATP