降低化學反應活化能的酶

第5章細胞的能量供應和利用第1節(jié)降低化學反應活化能的酶

一、酶的作用和本質問題探討斯帕蘭札尼對鷹的消化研究1783年，意大利科學家斯帕蘭札尼設計了一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠內，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)現籠內的肉塊消失了。1.這個實驗要解決什么問題？2.是什么物質使肉塊消失了？3.怎樣才能證明你的推測？鳥類的胃是否只有物理性消化，沒有化學性消化。是胃內的化學物質將肉塊分解了。收集胃內的化學物質，看看這些物質在體外是否也能將肉塊分解。

CO2+H2O

有機物

+O2光能葉綠體:

氨基酸

多肽(蛋白質）脫水縮合核糖體：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。線粒體:有機物

+O2CO2+H2O+能量酶酶酶組成生物體的細胞內外環(huán)境是很溫和的：常溫、常壓、水溶液環(huán)境、pH接近中性。而細胞內每時每刻都進行著各種生化反應，為什么這些生化反應能迅速有序地完成的呢？酶問題質疑：？在生物體外，許多化學反應的順利進行需要一些條件，如高溫、高壓、強酸、強堿、催化劑等。細胞內是否具備這些條件呢？比較過氧化氫在不同條件下的分解一、酶在細胞代謝中的作用實驗探究：

細胞代謝是生命活動的基礎，但代謝過程中也會產生對細胞有害的物質，如過氧化氫。體內過氧化氫過多會導致皮膚發(fā)黃，毛發(fā)（包括頭發(fā)）變白，會加速人體衰老，損害細胞。細胞中的過氧化氫酶能將過氧化氫及時分解.過氧化氫酶在肝臟里含量較多。資料：

過氧化氫在體外能分解嗎？需要什么條件？在體內分解和在外界分解情況有什么不一樣嗎？82H2O2

→2H2O+O2↑1、常溫下反應2、加熱3、Fe3+做催化劑4、過氧化氫酶豬肝研磨液加入試管直接觀察酒精燈加熱滴加FeCl3溶液1.實驗原理（1）新鮮肝臟中含有過氧化氫酶，Fe3+是一種無機催化劑，它們都可以催化過氧化氫分解成水和氧，加熱也可以促使過氧化氫分解成水和氧.（2）分別用一定數量的過氧化氫酶和Fe3+催化，加熱和常溫下過氧化氫分解成水和氧，可以比較反應速率。經計算，用質量分數為3.5%的氯化鐵溶液和質量分數為20%的肝臟研磨液做實驗，每滴氯化鐵溶液中的Fe3+數，大約是每滴研磨液中過氧化氫酶分子數的25萬倍。3.材料用具新鮮的質量分數為20%的肝臟研磨液.

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、溫度計。新配制的體積分數為3%的H2O2溶液，質量分數為3.5%的氯化鐵溶液。2.目的要求：通過比較過氧化氫在不同的條件下分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用和意義。4、方法步驟:（1）.取4支潔凈試管，分別編上序號1、2、3、4，向各注入2mL過氧化氫溶液，按序號依次放置在試管架上。（2）.將2號試管放在90℃左右的水浴中加熱，觀察氣泡冒出的情況，并與1號試管作比較。（3）.向3號試管內滴入2滴氯化鐵溶液，向4號試管內滴入2滴肝臟研磨液，仔細觀察哪支試管產生的氣泡多。（4）.2～3min后，將點燃的衛(wèi)生香分別放入3、4號試管內液面的上方，觀察哪支衛(wèi)生香燃燒猛烈。過氧化氫在不同條件下的分解討論：1、與1號試管相比，2號試管出現什么現象？這一現象說明什么？

2號試管放出的氣泡多。這一現象說明加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。2、在細胞中，能通過加熱來提高反應速率嗎？不能3、3號和4號試管未經加熱，也有大量氣泡產生，這說明什么？

4、3號試管與4號試管相比，哪支試管中的反應速率快？這說明什么？為什么說酶對于細胞內化學反應的順利進行至關重要？

在一定催化劑和較溫和的條件下，過氧化氫就可以被分解。

4號試管中的反應速率快，可以說明，與無機催化劑Fe3+相比，過氧化氫酶的催化效率要高出很多。步驟試管編號說明1234一二

觀察結論2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3肝臟研磨液2滴2滴不明顯少量較多大量不復燃不復燃變亮復燃過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣過氧化氫在過氧化氫酶的作用下分解速率最快反應條件自變量因變量無關變量變量

H2O2

濃度劑量劑量氣泡產生帶火星的木條對照實驗對照組實驗組實驗實驗步驟：控制變量名稱內容舉例作用自變量因變量無關變量上述實驗中的氯化鐵溶液和肝臟研磨液，都屬自變量。

實驗過程中可以變化的因素稱為變量。其中人為改變的變量稱為自變量。針對實驗目的確立可行性措施,自變量直接達到預期效果。隨著自變量的變化而變化的變量稱為因變量。上述實驗中酶活性（以過氧化氫分解速率來表示）就是因變量。是實際發(fā)生的實驗現象，能直觀呈現出實驗結果。除自變量外，實驗過程中可能還會存在一些可變因素，對實驗結果造成影響，這些變量稱為無關變量。上述實驗中的溫度、反應物的量等就是無關變量。對預期結果產生干擾即產生誤差，并有對誤差產生校正的效果。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。

空白對照：不給對照組任何處理因素。

條件對照：給對照組施以部分實驗因素。自身對照：對照和實驗都在同一研究對象上進行。

相互對照：不單獨設立對照組，而是幾個實驗組相互對照。1、這個實驗為什么要選擇新鮮的肝臟？為什么要研磨？因為過氧化氫酶是蛋白質，放置久了會受到細菌的作用，使組織中的酶分子數量減少或活性降低。研磨目的是使細胞內的過氧化氫酶充分釋放出來，加大過氧化氫酶與過氧化氫的接觸面積，加速分解。2、滴入肝臟研磨液和氯化鐵溶液時，可否共用一個吸管？為什么？不能。否則滴入的氯化鐵溶液中因含有少量肝臟研磨液而影響實驗結果的準確性實驗的注意事項：常態(tài)：

常態(tài)叫基態(tài)，微觀粒子處于能量最低的狀態(tài)。

活躍狀態(tài)（激發(fā)態(tài)）：微觀粒子其內部能量高于基態(tài)能量時所處的能量狀態(tài)。常態(tài)分子活化分子加熱活化能——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)所需要的能量稱為活化能分子常態(tài)活化能活躍狀態(tài)→酶催化的原理：

降低了化學反應的活化能。酶作用的機理過氧化氫酶和Fe3+促使過氧化氫分解，但它們并未供給過氧化氫能量，而是降低了過氧化氫分解反應的活化能。催化劑可以降低化學反應的活化能。同無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率更高。

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)所需要的能量稱為活化能………………反應物產物活化能反應進程能量

加熱反應物產物………………活化能反應進程能量..…………

無機催化劑表示酶的催化性的曲線

①催化劑可加快化學反應速率，與無機催化劑相比，酶的催化效率更高。②酶只能縮短達到化學平衡所需時間，不改變化學反應的平衡點。③酶只能催化已存在的化學反應。反應速率發(fā)酵是純化學反應，與生命活動無關巴斯德李比希畢希納薩姆納VS其他科學家切赫和奧特曼發(fā)酵與死細胞中的物質有關發(fā)酵與活細胞有關

死細胞中的物質和活細胞都能引起發(fā)酵脲酶是蛋白質胃蛋白酶等許多酶也是蛋白質少數酶是RNA三、酶的本質酶的化學成分

酶的來源

酶的功能酶是一類生物催化劑活細胞產生的具有生物催化作用的是有機物。一類大部分酶是蛋白質，也有少數是RNA。三、酶的本質什么是酶？課后練習答案與提示基礎題1.巴斯德：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。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。2.提示：（1）細胞內每時每刻都在進行著成千上萬種化學反應，這些化學反應需要高效率地進行，酶的催化效率比無機催化劑高得多。（2）細胞內的化學反應需要在常溫、常壓、酸堿度適中等溫和條件下進行，無機催化劑常常需要輔助以高溫、高壓、強酸、強堿等劇烈條件才能有較高的催化效率。拓展題1.提示：可用第2章中學過的鑒定蛋白質的方法。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。2.提示：（1）如四膜蟲的rRNA前體具有催化活性。（2）目前已有發(fā)現具催化活性的DNA的報道。3.D。第1節(jié)降低化學反應活化能的酶二酶的特性酶：是活細胞產生的具有催化作用的有機物。絕大多數的酶是蛋白質，少數的酶是RNA酶的概念：怎樣驗證酶的存在？與雙縮脲反應思考：如何設計一個實驗來證明酶具有高效性？

一、酶具有高效性步驟試管編號12一

H2O2濃度劑量二劑量結果氣泡產生衛(wèi)生香燃燒結論2ml2ml3%3%FeCl3肝臟研磨液2滴2滴較多大量變亮復燃過氧化氫的催化效率更高反應條件酶具有高效性的生物學意義：

（1）保證了細胞內化學反應的順利進行（2）保證了細胞內能量供應的穩(wěn)定。思考：如何設計一個實驗來證明酶具有專一性？提供：淀粉、淀粉酶、蔗糖、蔗糖酶二、酶具有專一性淀粉溶液蔗糖溶液實驗步驟一二三實驗現象結論加入淀粉酶2滴，振蕩，試管下半部浸入60℃左右的熱水中，反應5min2號試管中加入2mL蔗糖溶液加入斐林試劑振蕩約60℃水浴2min1號試管中加入2mL淀粉溶液無變化磚紅色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用每一種酶只能催化

化學反應。細胞代謝能夠有條不紊地進行，與酶的

是分不開的。二、酶具有專一性一種或一類4000專一性目前發(fā)現的酶有

多種,它們分別催化不同的化學反應。三、酶的作用條件較溫和酶活性：酶對化學反應的催化效率。意義：保證了細胞代謝能夠有條不紊地進行。

淀粉溶液1、1’號試管2、2’號試管3、3’號試管實驗步驟一分別向1、2、3三支試管各加入2mL淀粉溶液二分別向1’、2’、3’三支試管各加入淀粉酶1ml，振蕩三1、1’放入60℃的溫水中，保溫約5min2、2’放入0℃冰水中保溫約5min3、3’放入100℃沸水中保溫約5min四分別將11’、22’、33’混合，混合后再在各自溫度下保溫5min五向混合后的三支試管各加入兩滴碘液，振蕩搖勻，觀察顏色變化實驗現象無明顯現象藍色藍色結論酶的催化作用需要適宜的溫度條件，溫度過高或過低都會影響酶的活性。探究溫度對淀粉酶活性的影響酶促反應速率最快時的環(huán)境溫度稱為該酶促反應的最適溫度。0最適溫度t/℃υ/mmol.s-1酶活性受溫度影響示意圖

一般地，動物體內的酶最適溫度在35－40℃之間；植物:40－50℃之間細菌和真菌最適溫度差別較大，有的達70℃。溫度對酶活性的影響T過高酶失活T過低只是使酶活性降低淀粉溶液1、1’號試管2、2’號試管3、3’號試管一分別向1、2、3三支試管各加入2ml過氧化氫酶溶液二分別向1’、2’、3’三支試管各加入過氧化氫2ml三分別向1、1’號試管各加入1ml蒸餾水分別向2、2’號試管各加入1ml鹽酸分別向3、3’號試管各加入1ml氫氧化鈉實驗步驟四分別將11’、22’、33’混合，搖勻五將點燃的衛(wèi)生香分別放入混合后的三支試管中，觀察其復燃情況實驗現象復燃無變化無變化結論酶的催化作用需要適宜的pH，過酸、過堿都會影響酶的活性。探究pH對過氧化氫酶活性的影響υ/mmol.s-1最適pH0pH酶活性受pH影響示意圖一般地，動物體內的酶最適pH在6.5－8.0之間；但是胃蛋白酶的最適pH為1.5;

植物體內的酶最適pH在4.5－6.5之間；pH對酶活性的影響酶促反應速率最快時的環(huán)境pH稱為該酶促反應的最適pH。PH過高、過低酶失活高溫、低溫、過酸和過堿對酶活性的影響其本質相同嗎？不同，過酸、過堿或溫度過高，會使酶的空間結構遭到破壞，使酶永久失活；低溫使酶活性明顯下降，但在適宜溫度下其活性可以恢復。小結思考：課本建議用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響，用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響，為什么？★影響酶促反應速率的因素：1、溫度3、酶的濃度：反應速率隨酶濃度的升高而加快。4、底物濃度：在一定濃度范圍內，反應速率隨濃度的升高而加快，但達到一定濃度，反應速率不再變化酶促反應速率酶的濃度酶促反應速率底物濃度酶量一定2、pH1.酶具有極強的催化功能，其原因是（）A.增加了反應物之間的接觸面B.降低了底物分子的活化能C.提高了反應物分子的活化能D.降低了底物分子的自由能B課堂練習:2.下列關于酶的敘述，正確的是（）A.酶的化學本質都是蛋白質B.酶是活細胞產生的，只能在生物體內發(fā)揮作用C.酶是具有分泌功能產生的D.絕大多數酶的化學本質是蛋白質，少數酶是RNAD3.同一個體內的各類活細胞所含有的酶（

）

A、種類有差異，數量相同

B、種類有差異，數量不同

C、種類無差異，數量相同

D、種類無差異，數量不同B4.細胞內合成酶的主要的場所是（）

A.細胞質B.線粒體

C.核糖體D.內質網C5.催化脂肪酶水解的酶是（）

A.肽酶B.蛋白酶

C.脂肪酶

D.淀粉酶6.圖中是一種酶促反應P+QR,曲線E表示在沒有酶時此反應的過程。在t1時，將催化此反應的酶加于反應混合物中。則表示此反應進程的曲線是

()Bt1AEBCDC時間

[R][P]×[Q]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A1、加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶，請回答下面的問題：（1）這種洗衣粉為什么能夠很好地除去衣物上的奶漬和血漬？（2）使用這種洗衣粉為什么要用溫水？（3）含有蛋白酶的洗衣粉