5.1 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶可用.ppt

1、第5章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用,降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 細(xì)胞的能量通貨ATP ATP的主要來(lái)源細(xì)胞呼吸 能量之源光與光合作用,第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶,本節(jié)聚集： 1.細(xì)胞代謝為什么離不開(kāi)酶？ 2.酶是什么？ 3.科學(xué)家是怎樣研究酶的本質(zhì)的？,預(yù)習(xí)要求,1、能說(shuō)出酶的作用及其原理 2、找出關(guān)于酶本質(zhì)的探索中各位科學(xué)家得 到的結(jié)論 3、總結(jié)酶的本質(zhì) 4、總結(jié)酶的特性 5、請(qǐng)找出實(shí)驗(yàn)中自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量、,問(wèn)題探討,討論： 1.1783年斯巴蘭讓尼的實(shí)驗(yàn)要解決什么問(wèn)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(cè)？,一、細(xì)胞代謝cellular metabolism:細(xì)胞中每

2、時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)變化的統(tǒng)稱(chēng)。,要求 1知道并理解酶在細(xì)胞代謝中的作用。 2進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探究，學(xué)會(huì)控制自變量，觀察和檢測(cè)因變量的變化，以及設(shè)置對(duì)照組 3.酶的本質(zhì) 4.酶的特性,二、酶在細(xì)胞代謝中的作用,2 H2O2 2 H2O + O2,1、常溫下反應(yīng) 2、加熱 3、Fe3+做催化劑 4、過(guò)氧化氫酶,高溫 /Fe3 /過(guò)氧化氫酶,實(shí)驗(yàn)原理：過(guò)氧化氫在高溫或鐵離子或過(guò)氧化氫酶的作用下都可分解成水和氧氣。,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)比較過(guò)氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解酶的作用和意義。,實(shí)驗(yàn),比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率,2ml,2ml,2ml,2ml,3%,3%,3%,3%,常溫,90,3

3、.5% FeCl3,20%肝臟研磨液,2滴蒸餾水,2滴蒸餾水,2滴,2滴,不明顯,少量,較多,大量,不復(fù)燃,不復(fù)燃,變亮,復(fù)燃,過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣,反應(yīng)條件,H2O2 濃度,劑量,劑量,氣泡產(chǎn)生,衛(wèi)生香燃燒,對(duì)照組,實(shí)驗(yàn)組,實(shí)驗(yàn),提高化學(xué)反應(yīng)速率的途徑： (1) 用加熱或光照給反應(yīng)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(yīng)速率呢？,思考：,1mol H2O2由常態(tài)變?yōu)榛钴S的狀態(tài)時(shí)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(guò)氧化氫酶時(shí)，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

4、是不是由過(guò)氧化氫酶提供的呢？ 如果不是由過(guò)氧化氫提供的，那么如何解釋為何少了46 KJ的熱量呢？,活化能： 在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系中，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)物分子的平均能量水平較低，為“初態(tài)”。在反應(yīng)的任何一瞬間反應(yīng)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(chēng)為“活化能” 在一定溫度下，1mol反應(yīng)底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的自由能就是該反應(yīng)底物的活化能。單位J/mol,酶和一般催化劑的作用就是降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能，從而使活化分子數(shù)增多，反應(yīng)速度加快。,酶的催化機(jī)理是降低活化能,二、酶在細(xì)胞代謝中的作用,各條件使反應(yīng)加快的本質(zhì)： 加熱： Fe3+： 酶：,提高分子的能量,降低化學(xué)

5、反應(yīng)的活化能,更顯著地降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,正是由于酶的催化作用，細(xì)胞代謝才能在溫和條件下高效有序地快速進(jìn)行。,細(xì)胞內(nèi)的環(huán)境是一個(gè)常溫常壓下的狀態(tài),？酶的本質(zhì),討論： 1、巴斯德他李比希的觀點(diǎn)，各有什么積極意義？各有什么局限？ 2、他們之間的爭(zhēng)論對(duì)于后人進(jìn)一步研究酶的本質(zhì)起到了什么作用？ 3、從畢希納的實(shí)驗(yàn)可以得出什么結(jié)論？ 4、薩姆納歷時(shí)9年證明脲酶是蛋白質(zhì)，并獲諾貝爾獎(jiǎng)。你認(rèn)為他成功的原因是什么？ 5、請(qǐng)給酶下一個(gè)完整的定義。,巴斯德之前,巴斯德,李比希,畢希納,薩姆納,切赫、奧特曼,酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物,酶的分類(lèi),細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外、體外,課前復(fù)習(xí),1、酶的概念：酶是活細(xì)胞產(chǎn)

6、生的具有催化作用的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA （1）化學(xué)本質(zhì),（2）種類(lèi)： 按存在位置分： 胞內(nèi)酶：合成后在細(xì)胞內(nèi)起作用的酶，如呼吸酶、ATP合成酶 胞外酶：合成后分泌到細(xì)胞外起作用的酶，如消化酶 按功能分：水解酶：催化體內(nèi)物質(zhì)水解的酶 合成酶：在物質(zhì)合成時(shí)起作用的酶,相同點(diǎn)： 改變化學(xué)反應(yīng)速率，本身不被消耗。 加快化學(xué)反應(yīng)速率，縮短達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡的時(shí)間，但不改變平衡點(diǎn)。 降低活化能，使速率加快。,酶的催化作用和無(wú)機(jī)催化劑的比較,酶所催化的反應(yīng)叫酶促反應(yīng)。酶促反應(yīng)中被酶作用的物質(zhì)叫做底物，經(jīng)反應(yīng)生產(chǎn)的物質(zhì)叫做產(chǎn)物。,方法步驟：,過(guò)氧化氫溶液,肝臟研磨液 滴入3滴,1,2,1,

7、2,氯化鐵溶液 滴入3滴,比較過(guò)氧化氫酶和Fe3+的催化效率,三、酶的特性,1、事實(shí)上，酶的催化效率一般是無(wú)機(jī)催化劑的 倍。,107 1013,（一）、酶具有高效性,2、驗(yàn)證酶具有高效性的實(shí)驗(yàn),比較過(guò)氧化氫酶和Fe3+的催化效率,（1）實(shí)驗(yàn)原理： 過(guò)氧化氫可在過(guò)氧化氫酶或無(wú)機(jī)催化劑三價(jià)鐵離子催化下分解成水和氧氣 比較H2O2在過(guò)氧化氫酶、Fe3+等不同條件下氣泡產(chǎn)生的多少或衛(wèi)生香燃燒的劇烈程度，了解過(guò)氧化氫酶的催化作用的高效性,三、酶的特性,1、事實(shí)上，酶的催化效率一般是無(wú)機(jī)催化劑的 倍。,107 1013,（一）、酶具有高效性,2、驗(yàn)證酶具有高效性的實(shí)驗(yàn),比較過(guò)氧化氫酶和Fe3+的催化效率,

8、（1）實(shí)驗(yàn)原理： 過(guò)氧化氫可在過(guò)氧化氫酶或無(wú)機(jī)催化劑三價(jià)鐵離子催化下分解成水和氧氣 比較H2O2在過(guò)氧化氫酶、Fe3+等不同條件下氣泡產(chǎn)生的多少或衛(wèi)生香燃燒的劇烈程度，了解過(guò)氧化氫酶的催化作用的高效性,（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程的變量及對(duì)照分析,（3）實(shí)驗(yàn)流程：,思考1：酶的催化效率是如此的高效，那么酶是不是就是萬(wàn)能的了？就一種酶是不是就可以催化所有的化學(xué)反應(yīng)了呢？,思考2：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(méi)被消化?,原來(lái)酶還有專(zhuān)一性,每一種酶只能催化 化學(xué)反應(yīng)。,細(xì)胞代謝能夠有條不紊地進(jìn)行，與酶的 是分不開(kāi)的。,二、酶具有專(zhuān)一性,一種或一類(lèi),4000,專(zhuān)一性,目前發(fā)現(xiàn)的酶有 多種,它們

9、分別催化不同的化學(xué)反應(yīng)。,我給你實(shí)驗(yàn)材料，你能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并自己 動(dòng)手做嗎？,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則： 對(duì)照原則,單一變量原則,友情提示,說(shuō)說(shuō)看，你的實(shí)驗(yàn)思路？,酶的專(zhuān)一性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) （1）實(shí)驗(yàn)分析 （2）實(shí)驗(yàn)原理： 淀粉（非還原糖）在相應(yīng)酶（淀粉酶）催化下可分解產(chǎn)生麥芽糖（還原糖）、蔗糖（非還原糖）在相應(yīng)酶（蔗糖酶）催化下可分解產(chǎn)生葡萄糖和果糖。還原糖可與斐林試劑在水浴加熱條件下產(chǎn)生磚紅色沉淀 用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖后，再用斐林試劑鑒定。根據(jù)是否有磚紅色沉淀來(lái)判定淀粉酶是否對(duì)二者都有催化作用，從而探索酶的專(zhuān)一性 （3）實(shí)驗(yàn)流程：,小結(jié)與繼續(xù)研究：,酶具有高效性和專(zhuān)一性；那么它的這兩個(gè)特性 的發(fā)揮是不

10、是在任何條件下都可以呢？,思考：感冒發(fā)燒的你為什么不想吃飯呢？,我們的假設(shè)：溫度可以影響酶的活性,你又該動(dòng)腦筋了，想想怎么用實(shí)驗(yàn)去探究 溫度是如何影響酶的活性的？怎么樣才能 使你的假設(shè)變?yōu)槭聦?shí)？,問(wèn)題聚焦,1、選擇淀粉酶還是H2O2酶作為實(shí)驗(yàn)材料？,三組，高溫，低溫和常溫！,2、我要設(shè)計(jì)幾組實(shí)驗(yàn)？選擇幾個(gè)溫度？,淀粉酶， H2O2受溫度影響也會(huì)分解,3、觀察指標(biāo)怎么確定，選擇什么樣的鑒定試劑？,碘液，看是否變藍(lán),溫度能影響酶的活性 （1）實(shí)驗(yàn)分析,（2）實(shí)驗(yàn)原理： 淀粉遇碘液呈現(xiàn)藍(lán)色，淀粉在淀粉酶催化下可產(chǎn)生麥芽糖，麥芽糖遇碘液無(wú)藍(lán)色出現(xiàn) 溫度能影響酶的活性，從而影響淀粉的水解，滴加碘液，根據(jù)

11、是否出現(xiàn)藍(lán)色及藍(lán)色的深淺來(lái)判斷酶的活性 （3）實(shí)驗(yàn)流程：,（4）注意事項(xiàng)： 2、3步驟不能顛倒，否則酶將淀粉分解，實(shí)驗(yàn)不能成功 本實(shí)驗(yàn)不宜選用斐林試劑，因?yàn)殪沉衷噭┡c還原糖只有在加熱的條件下才能生成磚紅色沉淀，而該實(shí)驗(yàn)需要控制溫度,pH對(duì)酶活性的影響 （1）實(shí)驗(yàn)原理： 過(guò)氧化氫可在過(guò)氧化氫酶催化下分解成水和氧氣 pH可影響酶活性，從而影響O2的產(chǎn)生量，根據(jù)的產(chǎn)生量的多少可判斷pH對(duì)酶活性的影響 （2）實(shí)驗(yàn)流程：,酶的特性,高效性：催化效率很高，大大提高反應(yīng)速率 專(zhuān)一性：任何一種酶只作用于一種或幾種相關(guān)的化合物 多樣性：種類(lèi)繁多 易變性：容易被高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等破壞 反應(yīng)條件較溫和：,四、影響酶

12、促反應(yīng)速率的因素,溫度：在一定的溫度范圍（0-400C）內(nèi)，酶的催化作用隨著溫度的升高而加快。一般來(lái)說(shuō)，溫度每升高100C，反應(yīng)速度就相應(yīng)提高一倍。但超過(guò)600C，絕大數(shù)的酶就會(huì)失去活性。00C左右時(shí)，酶的活性很低，但酶的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在適宜的溫度下酶的活性可以升高，因此，酶制劑適于在低溫（0-40C）下保存 一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)物體內(nèi)的酶最適溫度在35-400C之間；植物體內(nèi)的酶最適溫度在40-500C之間；部分細(xì)菌和真菌甚至達(dá)到700C,pH 酶對(duì)環(huán)境中的pH十分敏感。酶只有在一定的范圍內(nèi)才能表現(xiàn)出活性，超過(guò)這個(gè)范圍，酶就會(huì)失活 動(dòng)物體內(nèi)的酶最適pH大多在6.58.0之間，如唾液淀粉酶在6.27.

13、4，腸消化酶在7.6，但也有例外如胃蛋白酶在0.9-1.5；植物體內(nèi)的酶最適pH大多在4.56.5之間,激活劑：能夠提高酶活性的物質(zhì)，例如：NaCl是唾液淀粉酶的激活劑；一些金屬離子和無(wú)機(jī)鹽離子是一些酶的激活劑，如Mg2+是ATP合成酶的激活劑 抑制劑：能夠抑制酶活性或?qū)е旅富钚詥适У奈镔|(zhì)，例如：某些重金屬鹽、有機(jī)酸 酶濃度 反應(yīng)物（底物）濃度,五、酶的應(yīng)用： （1）醫(yī)藥應(yīng)用： 溶菌酶能夠溶解細(xì)菌的細(xì)胞壁，具有抗菌消炎作用 多酶片中含有多種消化酶，具有治療消化不良 （2）工業(yè)生產(chǎn)：果膠酶能分解果肉細(xì)胞壁中的果膠，提高果汁產(chǎn)量，使果汁變得清亮 （3）生活用品：加酶洗衣粉、含酶牙膏,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)小結(jié),

14、解題技巧： A、審題技巧：一劃二抓三分析 B、結(jié)論歸納技巧： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹苯幼鳛榻Y(jié)論（常見(jiàn)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)試題） 結(jié)論是依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示圖表數(shù)據(jù)或曲線描述自變量和因變量的變化關(guān)系 C、課題提煉技巧：參考模式：“自變量 對(duì) 因變量 影響”,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?自變量和因變量,實(shí)驗(yàn)試劑器材 實(shí)驗(yàn)操作步驟 實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)論,D、實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)的一般模式：分組編號(hào) 變量處理（實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組設(shè)置） 置于適宜條件實(shí)驗(yàn)，觀察記錄實(shí)驗(yàn)觀測(cè)指標(biāo),E、材料選擇的原則： 一是題目給出的實(shí)驗(yàn)試劑和材料都必須充分運(yùn)用 二是除非題目條件允許，否則不能自己隨意增加實(shí)驗(yàn)試劑和材料,F、探究性實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)的結(jié)果是不惟一的，一般有三種可能：變量促進(jìn)結(jié)果 變量抑制結(jié)果 變量與結(jié)果無(wú)關(guān) 表達(dá)的一般格式：若出現(xiàn)“ 現(xiàn)象”，則結(jié)論為 ,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟,1、材料器具的準(zhǔn)備處理,2、設(shè)置實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組,3、培養(yǎng)觀察：放在適宜的相同的條件下培養(yǎng)，一段時(shí)間后觀察現(xiàn)象和結(jié)果或相應(yīng)方法處理，如振蕩、加熱等,4、結(jié)果的預(yù)測(cè)和分析,在A組中加入適量的-，在B組中加入等量的,如：取兩套規(guī)格相同的器材或取長(zhǎng)勢(shì)相同的某種生物材料隨機(jī)平均分成兩份，分別標(biāo)記為1、2、3或A、B、C或甲、乙、丙等加以編號(hào)便于區(qū)分,并分別加入等量的,（2）實(shí)驗(yàn)步驟分步描述并加以編號(hào)（一般不宜連續(xù)描述）,（3）在量上難以做到準(zhǔn)確的量化描述，應(yīng)盡可能用“定性” 的語(yǔ)言表達(dá)。,（1）材料器具的