降低化學反應活化能的酶和應用

1、降低化學反應活化能的酶和應用本節(jié)聚集：1.細胞代謝為什么離不開酶？2.酶是什么？3.科學家是怎樣研究酶的本質(zhì)的？問題探討討論：年斯巴蘭札尼的實驗要解決什么問題？2.是什么物質(zhì)使肉塊消失了？3.怎樣才能證明你的推測？一、酶的作用和本質(zhì)： 1.酶在細胞代謝中的作用：用簡單的實驗證明酶的催化效率：2 H2O2 2 H2O + O21.常溫 2.加熱 3 4.加肝液在本實驗中應該注意哪些事項？ 1.實驗時肝臟必須要新鮮; 2.要使用肝臟的研磨液; 3.滴加氯化鐵和肝臟研磨液不能合 用一支滴管; 4.要注意觀察實驗的現(xiàn)象; 5.不要讓過氧化氫接觸皮膚。控制變量與對照實驗1、自變量：實驗中人為改變的變量。

2、2、因變量：隨自變量而變化的變量。3、無關變量：除自變量外，實驗過程中可能還會存在的一些可變因素，對實驗結(jié)果造成影響。4、對照實驗：除了一個因素以外，其余因素都保持不變的實驗叫做對照實驗。5、對照實驗一般要設置對照組與實驗組。試管編號1234H2O2溶液 2ml2ml2ml2ml變量不處理900C中水浴 加FeCl3溶液 加肝臟研磨液氣泡現(xiàn)象帶火星的衛(wèi)生香檢驗對照實驗比較過氧化氫酶在不同條件下的分解 無 少量 較大量 大量火星變亮 復燃對照組 實驗組自變量因變量說明：1、加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應速率；2、FeCl3中的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；3、過

3、氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多； 細胞內(nèi)每時每刻都在進行著成千上萬種化學反應，這些化學反應需要在常溫、常壓下高效率地進行，只有酶能夠滿足這樣的要求，所以說酶對于細胞內(nèi)化學反應的順利進行至關重要。酶憑什么能擔此大任？提高化學反應速率的途徑：(1) 用加熱或光照給反應體系提供能量。(2) 使用催化劑。 那么，為什么使用催化劑可以提高反應速率呢？活化能： 在一個化學反應體系中，反應開始時，反應物分子的平均能量水平較低，為“初態(tài)”。在反應的任何一瞬間反應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反應底物全部進入活化態(tài)所需要的自由能就是該反

4、應底物的活化能。單位J/mol思考：1mol H2O2由常態(tài)變?yōu)榛钴S的狀態(tài)時需要吸收75 KJ的熱量，這75 KJ就是每mol H2O2的活化能。但加入過氧化氫酶時，H2O2只要吸收29 KJ的熱量就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的狀態(tài)。少了的46 KJ的熱量是不是由過氧化氫酶提供的呢？如果不是由過氧化氫提供的，那么如何解釋為何少了46 KJ的熱量呢？ 酶和一般催化劑的作用就是降低化學反應所需的活化能，從而使活化分子數(shù)增多，反應速度加快。酶的催化機理是降低活化能分子初態(tài)活化能活躍狀態(tài)作用機理：例1 下表所列舉的實驗，能夠說明 過氧化氫溶液FeCl3溶液肝臟研磨液溫度結(jié)果試管12mL2滴25oC氣泡少試管22m

5、L2滴25oC氣泡多A、酶具有多樣性 B、酶具有專一性C、酶的活性受溫度影響 D、酶具有高效性D例2：下列生理過程和現(xiàn)象中，不需要酶直接參與的是（ ） A、光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中的化學能B、塑料袋中的土豆變酸 C、萎蔫的菠菜放入清水中變硬 D、小麥吸收土壤中的NO3C2、酶的發(fā)現(xiàn)：1836年,德國科學家施旺提取胃液中消化蛋白質(zhì)的物質(zhì)-胃蛋白酶.1926年,美國科學家薩姆納從刀豆種子中提取出脲酶結(jié)晶,并證明它是一種蛋白質(zhì).20世紀30年代,科學家相繼提取出多種酶的蛋白質(zhì)結(jié)晶,指出酶是一類具有生物催化作用的蛋白質(zhì).1783年,意大利科學家斯巴蘭札尼 用“金屬籠肉塊”實驗推斷胃液中 一定含有消化肉塊的物

6、質(zhì)-說明胃具有化學性消化的作用.20世紀80年代以來,美國科學家切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有催化作用.討論：1、巴斯德他李比希的觀點，各有什么積極意義？各有什么局限？2、他們之間的爭論對于后人進一步研究酶的本質(zhì)起到了什么作用？3、從畢希納的實驗可以得出什么結(jié)論？4、薩姆納歷時9年證明脲酶是蛋白質(zhì)，并獲諾貝爾獎。你認為他成功的原因是什么？5、請給酶下一個完整的定義。1.巴斯德認為發(fā)酵與活細胞有關是合理的，但是認為發(fā)酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質(zhì)在起作用是不正確的；李比希認為引起發(fā)酵的是細胞中的某些物質(zhì)是合理的，但是認為這些物質(zhì)只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用是不正確的。2. 巴斯德

7、是微生物學家，特別強調(diào)生物體或細胞的作用；李比希是化學家，傾向于從化學的角度考慮問題。他們的爭論促使后人把對酶的研究的目標集中在他們爭論的焦點上，使科學研究更加有的放矢。3.畢希納的實驗說明，酵母細胞中的某些物質(zhì)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。4.薩姆納歷時9年用正確的科學方法，堅持不懈、百折不撓的科學精神，將酶提純出來。成功屬于不畏艱苦的人。3、酶的化學本質(zhì)： 酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA。酶對化學反應的催化效率稱為酶活性.正由于酶的催化作用，細胞代謝才能在溫和條件下快速進行。酶在活細胞產(chǎn)生，但可分布在細胞內(nèi)（如呼吸酶）或

8、細胞外（如唾液淀粉酶）。同一個體內(nèi)各類細胞所含酶的種類、數(shù)量 ，是 的結(jié)果。都不同基因選擇性表達相同點：改變化學反應速率，本身不被消耗。加快化學反應速率，縮短達到化學反應平衡的時間，但不改變平衡點。降低活化能，使速率加快。酶所催化的反應叫酶促反應。酶促反應中被酶作用的物質(zhì)叫做底物經(jīng)反應產(chǎn)生的物質(zhì)叫做產(chǎn)物。酶的特性二、酶的特性 高效性：催化效率很高，大大提高反應速率 專一性：任何一種酶只作用于一種或幾種相關的化合物 多樣性：種類繁多 易變性：容易被高溫、強酸、強堿等破壞 反應條件較溫和：序號項 目試管121注入可溶性淀粉溶液2mL/2注入蔗糖溶液/2mL3注入新鮮淀粉酶溶液2mL2mL結(jié)果現(xiàn)象磚

9、紅無探究：影響酶活性的條件實驗材料： 2淀粉酶溶液、20肝臟研磨液、3可溶性淀粉溶液、體積分數(shù)為30的過氧化氫溶液、5 HCl、5 NaOH、熱水、蒸餾水、冰塊、碘液、斐林試劑實驗用具： 試管、量筒、小燒杯、大燒杯、滴管、試管夾、酒精燈、三角架、石棉網(wǎng)、溫度計、PH試紙、火柴項目試管淀粉酶溶液1mL1mL1mL蒸餾水1mL/NaOH/1mL/HCl/1mL淀粉溶液2mL2mL2mL結(jié)果現(xiàn)象磚紅無磚紅無磚紅pH值：在極端的酸性或堿性條件下會變性而完全失去活性，大多數(shù)酶的最適PH值為范圍內(nèi)。（1）動物體內(nèi)的酶最適宜pH大多在6.58之間。唾液pH為，胃液的pH為，小腸液的pH為。（2）植物體內(nèi)的酶

10、最適pH大多在之間。探究溫度對淀粉酶活性的影響(1)自變量：溫度（已知淀粉酶的適用溫度范圍是5075）(2)因變量：(3)無關變量：不同溫度條件下淀粉酶的活性實驗操作順序、溶液的量、時間、溫度是否達到預設的溫度等（0 、60 、100 ）如何檢測？淀粉淀粉酶麥芽糖2.實驗用品：質(zhì)量分數(shù)為3的可溶性淀粉溶液、質(zhì)量分數(shù)為2的淀粉酶溶液、冰水（0）、熱水、碘液(4)實驗原則：單一變量原則、等量原則、對照實驗原則1.實驗分析探究溫度對淀粉酶活性的影響 試 管 3.具體操作步驟加入淀粉酶溶液保溫5分鐘加入淀粉溶液1231mL1mL1mL0 601002mL2mL2mL1滴1滴1滴滴入碘液觀察顏色變化12

11、30 60100將對應編號的溶液混合將1試管淀粉溶液倒入1號管，2試管的倒入2號管，3試管的倒入3號管，振蕩搖勻0 60100/保溫1分鐘4.進行實驗 123 1滴1滴1滴滴入碘液觀察顏色變化變藍不變藍變藍0 60100保溫5.分析實驗結(jié)果，得出結(jié)論 溫度會影響酶的活性6.拓展試管1的現(xiàn)象說明：0下酶仍有活性，只是活性很低，隨著溫度升高，這時酶活性增強； 123 1滴1滴1滴滴入碘液觀察顏色變化變藍不變藍變藍0 60100保溫變溫處理2分鐘6060/觀察顏色變化藍色消退藍色不變/試管3的現(xiàn)象說明：100 下酶已經(jīng)失去活性，并且酶的這種失活是不可恢復的。溫度過高和過低對酶活性的影響其本質(zhì)相同嗎？

12、溫度：一般而言，溫度越高化學反應越快，但酶是蛋白質(zhì)，若溫度過高會發(fā)生變性而失去活性，因而酶促反應一般是隨著溫度升高反應加快，直至某一溫度活性達到最大，超過這一最適溫度，由于酶的變性，反應速度會迅速降低。 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，但若再給予適宜的溫度，酶活性又增強。高溫可導致酶失去活性，絕大多數(shù)酶在70以上，其空間結(jié)構(gòu)即被破壞。 熱對酶活性的影響對食品很重要，如，綠茶是通過把新鮮茶葉熱蒸處理而得，經(jīng)過熱處理，使酚酶、脂氧化酶、抗壞血酸氧化酶等失活，以阻止兒茶酚的氧化來保持綠色。紅茶的情況正相反，是利用這些酶進行發(fā)酵來制備的。 影響酶促反

13、應的因素常有： 溫度 PH值 酶的濃度 底物濃度 抑制劑 激活劑 影響酶活性的因素：除溫度和PH對酶活性的影響外，酶濃度和反應底物的濃度也能影響酶促反應的速度。 丙 丁 酶的濃度：在有足夠底物而又不受其它因素的影響的情況下，則酶促反應速率與酶濃度成正比。 底物濃度：當酶濃度、溫度和PH恒定時，在底物濃度很低的范圍內(nèi)，反應速率與底物濃度成正比，當?shù)孜餄舛冗_到一定限度時，所有的酶與底物結(jié)合，反應速率達到最大，再增加底物演義，反應速率不再增加。 如果酶的數(shù)量一定，下列哪個圖示最確切地反映了反應速率與底物濃度的數(shù)量關系 B注意酶與激素、蛋白質(zhì)、維生素、脂質(zhì)的關系：問：能產(chǎn)生激素的細胞一定能產(chǎn)生酶嗎？能

14、產(chǎn)生酶的細胞一定能產(chǎn)生激素嗎？ 用數(shù)學集合怎樣表示？2.人在發(fā)高燒時，常常不思飲食，其根本原因時A.消化道內(nèi)食物尚未消化 B.發(fā)燒使胃腸蠕動減弱C.體內(nèi)的食物殘渣排出受阻 D.高燒使酶的活性減弱1.下列有關酶的敘述錯誤的是A.組成大多數(shù)酶的基本單位是氨基酸B.少數(shù)的酶是RNAC.每種酶都具有高效性，專一性D.酶都具有消化功能4. 20世紀30年代以來?？茖W家相繼提取出多種酶的蛋白質(zhì)結(jié)晶，這一事實說明酶的本質(zhì)是什么？ 答： 這些事實說明酶具有生物催化作用的蛋白質(zhì)。答： 實驗的巧妙之處就是用金屬籠的作用排除了物理性消化;從實驗中可知：胃液具有化學性消化的作用31783年，意大利科學家斯巴蘭讓尼設計

15、的實驗，其巧妙之處在哪里？從這個實驗中你能得出什么結(jié)論？ 答： 酶是活細胞產(chǎn)生的具有生物催化作用的有機物答：從發(fā)現(xiàn)酶到認識酶的本質(zhì)，都離不開科學實驗,可見實驗對科學的重要性?？茖W實驗可導致科學的發(fā)展，生產(chǎn)實踐同樣可導致科學的發(fā)展。因此，我們不僅要重視實驗，也要重視生產(chǎn)實踐。5. 20世紀80年代，科學家又發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化作用，這一發(fā)現(xiàn)使酶的概念又擴展成什么？ 6酶從具有催化作用的蛋白質(zhì)，發(fā)展到有催化作用的有機物，導致酶概念發(fā)展的因素是什么？7、下圖示酶促反應，甲、乙、丙、丁中屬于酶的是（ ） A、甲B、乙 C、丙 D、丁 A8、某種酶在水解過程中，首先能得到多肽，最后得到氨基酸，這說明該酶 （ ）A、是活細胞產(chǎn)生的 B、是生物催化劑C、是蛋白質(zhì) D、基本組成單位是多肽C9、當某種RNA存在時，生物體內(nèi)的某種化學反應能正常進行，當這種RNA被有關的酶水解后，此種化學反應立刻停止。由此可以說明 A、RNA是核酸的一種 B、RNA也可起生物催化劑的作用C