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1、第五章第五章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用第第1 1节节 降低化学反应活化能的酶降低化学反应活化能的酶 一、酶的作用和本质一、酶的作用和本质必修1第一节降低化学反应活化能的酶问题探讨问题探讨1.1.该实验要解决什么问题？该实验要解决什么问题？2.2.肉块为什么会消失？肉块为什么会消失？3.3.怎样证明你的猜测？怎样证明你的猜测？斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用鸟类的胃是否只有物理性鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化？消化，没有化学性消化？被胃内的化学物质分解。被胃内的化学物质分解。收集胃内的化学物质，看收集胃内的化学物质，看看这些物质能否在体外将看这
2、些物质能否在体外将肉块分解。肉块分解。必修1第一节降低化学反应活化能的酶叶绿体：叶绿体：光能光能 酶酶线粒体线粒体:氧气氧气酶酶核糖体：核糖体：酶酶缩合脱水缩合脱水CO2+H2O （CH2O) +O2C6H12O6+6H2O+O2 6CO2+12H2O+能量能量氨基酸氨基酸 多肽多肽 细胞中每时每刻都进行着许多化细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢。 想一想：想一想：叶绿体、线粒体、核糖体有什么生理功能？叶绿体、线粒体、核糖体有什么生理功能？问题问题1 1：酶在细胞代谢中起什么作用？：酶在细胞代谢中起什么作用？ 问题问题2 2：实验室中哪些方法可以加快反应
3、速度？：实验室中哪些方法可以加快反应速度？ 加热、催化剂加热、催化剂必修1第一节降低化学反应活化能的酶H2O2H2O +O2常温常温H2O2H2O +O2加热加热H2O2H2O +O2FeCL3H2O2H2O +O2H2O2酶酶过氧化氢在这几种不同条件下的分解过氧化氢在这几种不同条件下的分解速度有什么差别呢？速度有什么差别呢？必修1第一节降低化学反应活化能的酶1 1、实验、实验: : 比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解2H2O22H2O+O2高温高温 /Fe3 /过氧化氢酶过氧化氢酶实验原理：实验原理：通过比较过氧化氢在通过比较过氧化氢在不同条件不同条件下分解的快慢，
4、下分解的快慢，了解酶的作用和意义。了解酶的作用和意义。实验目的：实验目的：必修1第一节降低化学反应活化能的酶步骤步骤试管编号试管编号说明说明12343%的的 H2O2 溶液溶液2ml2ml2ml2ml反应条件反应条件常温常温902滴滴FeCl32滴肝脏滴肝脏研磨液研磨液实验实验现象现象结论结论无关无关变量变量自变量自变量因变量因变量对对照照组组实实验验组组对照实验对照实验实实验验组组实实验验组组单一变量原则单一变量原则原则原则实验步骤实验步骤必修1第一节降低化学反应活化能的酶实验步骤实验步骤试管编号试管编号1 12 23 34 4第一步第一步每支试管加每支试管加2ml2ml过氧化氢溶液过氧化氢
5、溶液第二步第二步不处理不处理9090水浴水浴滴入滴入2 2 滴滴FeClFeCl3 3溶液溶液滴入滴入2 2滴肝滴肝脏研磨液脏研磨液实验现象实验现象实验结论实验结论1min1min分钟后，将点分钟后，将点燃的卫生香放在液燃的卫生香放在液面的上方面的上方酶能催化生物化学反应，催化效率比酶能催化生物化学反应，催化效率比无机催化剂高得多。无机催化剂高得多。必修1第一节降低化学反应活化能的酶分子从常态转变为容易发生化学反应分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量称为的活跃状态所需的能量称为活化能活化能。酶为什么能催化生物化学反应？酶为什么能催化生物化学反应？H2O2 ( (常态常态) )
6、H2O2( (活跃状态活跃状态) )能量能量必修1第一节降低化学反应活化能的酶必修1第一节降低化学反应活化能的酶反应物反应物产物产物活活化化能能反应进程反应进程能能量量加热加热加热在化学反应中的作用：加热在化学反应中的作用：结论：结论：加热可以给反应加热可以给反应物提供能量。物提供能量。必修1第一节降低化学反应活化能的酶75无催化剂无催化剂29有机催化剂有机催化剂( (酶酶) )54无机催化剂无机催化剂活化能活化能(kJ.mol-1)条件条件反应物反应物产物产物活活化化能能反应进程反应进程能能量量催化剂在化学反应中的作用：催化剂在化学反应中的作用：. 无机无机催化剂催化剂.有机催有机催化剂化剂
7、结论：结论：催化剂降低了化学反应的催化剂降低了化学反应的活化能。活化能。同无机催化剂相比，酶降同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。因而催化效率更高。必修1第一节降低化学反应活化能的酶巴斯德之前巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德巴斯德发酵与活细胞有关，发酵发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用某些物质起作用引起发酵的是细胞中的某引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用才能发挥作用毕
8、希纳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起催化作用，就像在活酵母细胞中一样萨姆纳萨姆纳酶是蛋白质酶是蛋白质李比希李比希少数少数RNARNA也具有生物催化功能（核酶）也具有生物催化功能（核酶）切赫、奥特曼切赫、奥特曼必修1第一节降低化学反应活化能的酶2 2、酶的本质、酶的本质化学本质化学本质基本单位基本单位合成场所合成场所来源来源生理功能生理功能作用原理作用原理绝大多数酶是蛋白质绝大多数酶是蛋白质少数酶是少数酶是RNARNA氨基酸氨基酸核糖核苷酸核糖核苷酸核糖体核糖体细胞核细胞核活细胞活细胞（哺乳动物成熟
9、的红细胞不能合成）（哺乳动物成熟的红细胞不能合成）催化作用催化作用降低化学反应的活化能降低化学反应的活化能必修1第一节降低化学反应活化能的酶 练习：有关酶的叙述正确的是练习：有关酶的叙述正确的是v1、具有分泌功能的细胞产生的、具有分泌功能的细胞产生的v2、有的从食物中获得，有的在体内转化而来、有的从食物中获得，有的在体内转化而来v3、凡是活细胞都能产生酶、凡是活细胞都能产生酶v4、大多数酶是蛋白质、大多数酶是蛋白质v5、有的酶是核酸、有的酶是核酸v6、酶在新陈代谢中有多种功能、酶在新陈代谢中有多种功能v7、在新陈代谢和生殖发育中起调控作用、在新陈代谢和生殖发育中起调控作用v8、酶只起到催化作用
10、、酶只起到催化作用4、5、8必修1第一节降低化学反应活化能的酶1 1、关于酶的特性，下列表述中错误的一项是、关于酶的特性，下列表述中错误的一项是 ( ) ( )A. A. 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物B. B. 化学反应前后，酶的化学性质和数量不变化学反应前后，酶的化学性质和数量不变C. C. 酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度影响影响D. D. 一旦离开活细胞，酶就失去催化能力一旦离开活细胞，酶就失去催化能力D2 2、酶的基本组成单位是（、酶的基本组成单位是（ ） A. A.氨基酸氨基酸 B. B.核苷酸核苷酸
11、 C. C.核糖核苷酸核糖核苷酸 D.A D.A或或C CD必修1第一节降低化学反应活化能的酶科学探究的程序科学探究的程序: :设计设计实验实验提出提出问题问题作出作出假设假设进行进行实验实验分析分析结果结果得出得出结论结论其中其中实验实验是是实施探究实施探究的的重要方式重要方式。表达表达交流交流必修1第一节降低化学反应活化能的酶配置无关变量；配置无关变量；1)1)实验设计遵循原则：实验设计遵循原则：2)2)实验步骤设计的内容：实验步骤设计的内容： 设计对照原则设计对照原则单一变量原则单一变量原则设定设定自变量，设置好实验组和对照组；自变量，设置好实验组和对照组；检测因变量，观察记录实验结果。
12、检测因变量，观察记录实验结果。 分组编号分组编号配置无关配置无关变量；量；设定自变量，设置好实验组和对照组；设定自变量，设置好实验组和对照组；检测因变量，观察记录实验结果。检测因变量，观察记录实验结果。必修1第一节降低化学反应活化能的酶二、酶的特性二、酶的特性 酶是具有催化作用的有机物，与无酶是具有催化作用的有机物，与无机催化剂相比，有哪些不同的特点呢？机催化剂相比，有哪些不同的特点呢？必修1第一节降低化学反应活化能的酶1 1、酶具有高效性、酶具有高效性比较过氧化氢酶和比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率的催化效率3443少量肝脏少量肝脏研磨液研磨液酶的催化效率是无机催化剂的酶的催化效率是无机催
13、化剂的107 1013倍。倍。必修1第一节降低化学反应活化能的酶探究：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用探究：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 现在给你淀粉酶溶液，要观察淀现在给你淀粉酶溶液，要观察淀粉酶能否催化蔗糖和淀粉水解，应该粉酶能否催化蔗糖和淀粉水解，应该如何设计这个实验？你又怎么知道淀如何设计这个实验？你又怎么知道淀粉酶催化了糖的水解呢？粉酶催化了糖的水解呢？提醒：麦芽糖、葡萄糖、果糖为还原性糖提醒：麦芽糖、葡萄糖、果糖为还原性糖必修1第一节降低化学反应活化能的酶淀粉溶液淀粉溶液蔗糖溶液蔗糖溶液实实验验步步骤骤一一二二三三实验实验现象现象结论结论加入加入淀粉酶淀粉酶2 2滴，振荡，试管下半部浸
14、入滴，振荡，试管下半部浸入6060左右的热水中，反应左右的热水中，反应5min5min2号试管中加入号试管中加入2mL蔗糖蔗糖溶液溶液加入斐林试剂加入斐林试剂 振荡振荡约约6060水浴水浴2min2min1号试管中加入号试管中加入2mL淀粉淀粉溶液溶液无变化无变化砖红色沉淀砖红色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解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探究：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用必修1第一节降低化学反应活化能的酶v目前发现的酶有目前发现的酶有_多种，它们分别多种，它们分别 催化不同的化学反应。催化不同的化学反应。2 2、酶具有专一性、酶具有专一
15、性v每一种酶只能催化每一种酶只能催化_化学反应。化学反应。v细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的 _是分不开的。是分不开的。一种或一类一种或一类 4000专一性专一性表示酶专一性的曲线：表示酶专一性的曲线：表示酶高效性的曲线：表示酶高效性的曲线：从上面进行的实验我们看出进行实验从上面进行的实验我们看出进行实验需要一定的条件，比如淀粉酶在需要一定的条件，比如淀粉酶在60左右左右最好。能不能设计一个实验，来证明温度最好。能不能设计一个实验，来证明温度会影响会影响酶的活性酶的活性？酶活性：酶对化学反应的催化效率。酶活性：酶对化学反应的催化效率。表示方法：表示方法：单位
16、时间内底物的减少量或产物的生成量。单位时间内底物的减少量或产物的生成量。淀粉溶液淀粉溶液实验实验步骤步骤一一二二三三四四实验现象实验现象结论结论探究：温度对淀粉酶活性的影响探究：温度对淀粉酶活性的影响1号试管号试管2号试管号试管3号试管号试管加入淀粉酶加入淀粉酶2mL，振荡，振荡试管各加入试管各加入2mL淀粉溶液淀粉溶液蓝色蓝色保持保持0冰水中冰水中保温约保温约5min加热至加热至100，保温约保温约5min加热至加热至60，保温约保温约5min各加入两滴碘液各加入两滴碘液振荡振荡无明显现象无明显现象只有在一定温度下酶的催化效率最好只有在一定温度下酶的催化效率最好蓝色蓝色0最适温度最适温度t/
17、mmol. s/mmol. s-1-14 4、温度对酶活性的影响、温度对酶活性的影响在最适温度的两侧，反应速率都比较在最适温度的两侧，反应速率都比较_ ;_ ;低温：低温：_酶的活性，升温可以恢复。酶的活性，升温可以恢复。高温：破坏了酶的高温：破坏了酶的_，使酶失去，使酶失去_且且 不可恢复。不可恢复。低低活性活性空间结构空间结构在最适温度下，在最适温度下，酶的活性酶的活性_。抑制抑制最高最高过氧化氢过氧化氢溶液溶液实验实验步骤步骤一一二二三三四四实验现象实验现象结论结论探究：探究：pHpH对过氧化氢酶活性的影响对过氧化氢酶活性的影响1号试管号试管2号试管号试管3号试管号试管加入新鲜的肝脏碾磨
18、液加入新鲜的肝脏碾磨液2mL，振荡，振荡试管各加入试管各加入2mL过氧化氢溶液过氧化氢溶液,观察现象观察现象无明显变化无明显变化pH7pH=12pH223min后将点燃的卫生香分别放入试管中后将点燃的卫生香分别放入试管中只有在适合的只有在适合的pH下酶的催化效率最好下酶的催化效率最好复燃复燃无明显变化无明显变化/mmol. s/mmol. s-1-1最适最适pH0pH4 4、pHpH对酶活性的影响对酶活性的影响在最适合的在最适合的pHpH下，下，酶的活性酶的活性 在过酸过碱的条件下，都会使酶的在过酸过碱的条件下，都会使酶的 遭到破坏而失去遭到破坏而失去 且不可恢复。且不可恢复。最高最高空间结构
19、空间结构活性活性小结：酶的特性：小结：酶的特性：1. 具有高效性具有高效性2. 具有专一性具有专一性3. 作用条件较温和作用条件较温和要有合适的温度：要有合适的温度：要有合适的要有合适的pH：讨论：影响酶促反应速率的因素：讨论：影响酶促反应速率的因素：1 1温度温度3 3酶的浓度：酶的浓度：反应速率随反应速率随 酶浓度的升高而加快。酶浓度的升高而加快。4 4底物浓度：底物浓度：在一定浓度在一定浓度范围内，反应速率随浓范围内，反应速率随浓度的升高而加快，但达度的升高而加快，但达到一定浓度，反应速率到一定浓度，反应速率不再变化不再变化2 2pHpH酶酶促促反反应应速速率率底物浓度底物浓度酶量一定酶
20、量一定酶酶促促反反应应速速率率酶的浓度酶的浓度底物无限底物无限2 2、在测定胃蛋白酶的活性时，将溶液、在测定胃蛋白酶的活性时，将溶液pHpH值由值由1010降到降到2 2的过程中，的过程中，胃蛋白酶的活性将（胃蛋白酶的活性将（ ） A A、不断上升、不断上升 B B、没有变化、没有变化 C C、先升后降、先升后降 D D、先降后升、先降后升课堂巩固课堂巩固B1 1、催化脂肪酶水解的酶是（、催化脂肪酶水解的酶是（ ）A A 肽酶肽酶 B B 蛋白酶蛋白酶 C C 脂肪酶脂肪酶 D D 淀粉酶淀粉酶B3 3、在植物细胞工程中常常要去掉细胞壁，在不损伤植物细胞内、在植物细胞工程中常常要去掉细胞壁，在
21、不损伤植物细胞内部结构的情况下，下列哪种物质可用于去除细胞壁（部结构的情况下，下列哪种物质可用于去除细胞壁（ ） A A、蛋白酶、蛋白酶 B B、纤维素酶、纤维素酶C C、盐酸、盐酸 D D、淀粉酶、淀粉酶B必修1第一节降低化学反应活化能的酶4.4.右图表示酶活性与温度的关系。右图表示酶活性与温度的关系。 下列叙述正确的是下列叙述正确的是 ( ) ( ) A. A.当反应温度由当反应温度由t t2 2调到最适温度调到最适温度 时，酶活性下降时，酶活性下降 B. B.当反应温度由当反应温度由t t2 2调到最适温度调到最适温度 时，酶活性上升时，酶活性上升 C. C.酶活性在酶活性在t t2 2
22、时比时比t t1 1高，故高，故t t2 2时更适合酶的保存时更适合酶的保存 D. D.酶活性在酶活性在t t1 1时比时比t t2 2低，表明低，表明t t1 1时酶的空间结构时酶的空间结构 破坏更严重破坏更严重B必修1第一节降低化学反应活化能的酶5.5.下图表示在不同条件下，酶促反应的速率变化下图表示在不同条件下，酶促反应的速率变化 曲线，下列说法中错误的是曲线，下列说法中错误的是 （ ）A.A.酶促反应的速率可用底物消失所需的酶促反应的速率可用底物消失所需的时间（或产物生成的速率）来表示时间（或产物生成的速率）来表示B.B.和和相比较，酶促反应速率不同，相比较，酶促反应速率不同，这是因为
23、它们的酶浓度和温度不同这是因为它们的酶浓度和温度不同C.C.ABAB段影响酶促反应速率的主要限制因段影响酶促反应速率的主要限制因子是底物浓度子是底物浓度D.D.若想探究不同温度对酶活性的影响，至少若想探究不同温度对酶活性的影响，至少应设计应设计3 3种不同的温度种不同的温度B必修1第一节降低化学反应活化能的酶D必修1第一节降低化学反应活化能的酶D必修1第一节降低化学反应活化能的酶和和1 1号试管相比，号试管相比， 2 2号试管出现什么不同的现号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？象？这一现象说明什么？在细胞内在细胞内, ,能通过加热来提高反应速率吗能通过加热来提高反应速率吗? ? 3 3
24、号和号和4 4号试管未经加热，也有大量的气泡产号试管未经加热，也有大量的气泡产生，这说明什么？生，这说明什么？3 3号和号和4 4号试管相比，哪支试管中的反应速率号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？快？这说明什么？ 加热能促进过氧化氢分解加热能促进过氧化氢分解不能，温度过高会造成生物的细胞死亡不能，温度过高会造成生物的细胞死亡FeFe3+3+和过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解和过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解, ,起催化作用起催化作用过氧化氢酶比过氧化氢酶比Fe3+Fe3+的催化效率高的多的催化效率高的多讨论：讨论：必修1第一节降低化学反应活化能的酶取淀粉、淀粉酶分别放入取淀粉、淀粉酶分别放入6 6支试管支试管 各自在所控制的温度下处理一段时间各自在所控制的温度下处理一段时间 淀粉与相应温度的淀粉酶混合淀粉与相应温度的淀粉酶混合 在各自所控制的温度下保温一段时间在各自所控制的温度下保温一段时间 滴加碘液，观察颜色变化滴加碘液，观察颜色变化探究：温度对淀粉酶活性的影响探究：温度对淀粉酶活性的影响必修1第一节降低化学反应活化能的酶
