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第5章细胞的能量供应和利用第1节降低化学反应活化能的酶长期以来，人们一直认为动物消化食物吸收营养就像磨豆腐那样——把食物磨碎后将营养过滤到体内，而不能滤过的残渣则形成粪便排出去。而不认为在消化的过程中发生了化学反应。事实到底是不是这样呢？科学家做了大量的实验对此进行探究！斯帕兰札尼的实验讨论：1、这个实验要解决什么问题？2、是什么物质使肉块消失了？3、怎样才能证明你的推测？鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化是胃内的化学物质将肉块分解了收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解了CO2+H2O（CH2O)+O2光能C6H12O6+6H2O+O26CO2+12H2O+能量氧气氨基酸多肽细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。一、酶的作用和本质叶绿体线粒体核糖体脱水缩合一些化学反应的条件MnO2浓H2SO4CH3CH2OH+CH3COOHCH3COOCH2CH3+H2O2KClO32KCl+3O2乙醇醋酸乙酸乙酯一般化学反应的条件：FeBr2BrHBr（1）高温（2）高压（3）强酸（4）强碱（5）催化剂细胞内外的环境：1.常温2.常压3.水溶液环境4.pH接近中性细胞内会发生一系列的化学反应，这些化学反应发生的环境条件是什么？在这种环境状态下发生的化学反应，应该有适合的生物催化剂————酶很温和当皮肤上出现小伤口时，用双氧水消毒时，能观察到什么现象？你能解释这一现象的原因吗？当皮肤上出现小伤口时，常用双氧水消毒，消毒时常能观察到有气泡产生。这是因为人体细胞中的过氧化氢酶能将过氧化氢分解成水和氧气。这气泡就是氧气。1、酶在细胞代谢中的作用2H2O22H2O+O21、常温下反应2、加热3、Fe3+做催化剂4、过氧化氢酶猪肝研磨液（过氧化氢酶）加入试管直接观察酒精灯加热滴加FeCl3溶液高温/Fe3＋/过氧化氢酶实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用和意义。实验原理：过氧化氢在高温或铁离子或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气。质量分数为20％的新鲜肝脏研磨液1滴质量分数为3.5％的氯化铁溶液1滴有效成分：过氧化氢酶有效成分：Fe3+所含酶的数量（个）aFe3+的数量（个）25万a步骤试管编号说明1234一H2O2浓度剂量二剂量结果气泡产生卫生香燃烧结论比较过氧化氢在不同条件下的分解速率2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温90℃FeCl3鲜肝研磨液2滴清水2滴清水2滴2滴反应条件不明显不复燃少量不复燃较多变亮大量复燃1、与1号试管相比，2号试管出现什么不同现象？这一现象说明什么？2、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。不能3、3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？说明FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。实验讨论（比较过氧化氢在不同条件下的分解）4、3号和4号试管相比，哪支试管听反应速率快？这说明什么？4号试管的反应速率比3号试管快得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。5、为什么说酶对于细胞反应的顺利进行至关重要？说明：过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。步骤试管编号说明1234一H2O2浓度二结果气泡产生带火星木条结论比较过氧化氢在不同条件下的分解速率2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温90℃FeCl3鲜肝研磨液2滴清水2滴清水2滴2滴不明显少量较多大量不复燃不复燃变亮复燃反应条件自变量因变量无关变量变量对照组实验组对照实验等量性原则单一变量原则等量性原则无关变量人为改变的变量随自变量的变化而变化的变量过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样①对照原则:设计对照实验,既要有对照组又要有实验组。②单一变量原则：在对照实验中,除了要观察的变量发生变化外,其他变量都应保持相同。③等量原则：各组加入的试剂要等量实验设计原则:酶在细胞代谢中的作用分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。各条件使反应加快的本质：加热：Fe3+：酶：提高分子的能量降低化学反应的活化能同无机催化相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能，因而催化效率更高。加入催化剂相当于给汽车找到了一条穿山隧道加热加压相当于给汽车加大油门条件活化能/kJ٠mol没有催化剂催化75用胶态铂催化54用过氧化氢酶催化29在20度测得的过氧化氢分解的活化能催化剂可以降低化学反应的活化能，而且与无机催化剂相比较，生物催化剂酶有突出的优越性——酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行。？酶的本质2、酶的本质资料分析巴斯德和李比希观点的比较1822——1895（法国）微生物学家通过显微镜观察发现发酵的过程中有酵母菌结论：没有活细胞糖类不可能变成酒精1803——1873（德国）化学家通过对化学变化的研究认为糖类变成酒精就是一个化学反应结论:在这个变化过程中，只有细胞死之后放出了某些物质起了作用结论：1.巴斯德是微生物学家，他主要强调生物体或细胞的整体作用。2.李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。3.人物巴斯德李比希合理性认为发酵与活细胞有关引起发酵的是细胞中的某些物质局限性发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用毕希纳的实验说明，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。酵母细胞研磨加水搅拌加压过滤不含酵母细胞的提取液加入葡萄糖过程：现象：冒出气泡请分析一下毕希纳的研究过程，从毕希纳的实验可以得出什么结论？毕希纳（化学家）是谁最先鉴定出酶的化学本质？为什么在他之前很难鉴定？萨姆纳脲酶是蛋白质切赫奥特曼少数RNA也具有生物催化作用巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用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起催化作用，就像在活酵母细胞中一样萨姆纳酶是蛋白质李比希切赫、奥特曼少数RNA也具有生物催化功能总结酶的定义酶的化学成分酶的来源酶的功能酶是一类生物催化剂活细胞产生的具有生物催化作用的是有机物。大部分酶是蛋白质，也有少数是RNA。2、酶的本质化学本质合成原料合成场所实验验证实验组对照组生理功能作用原理绝大多数是蛋白质少数是DNA氨基酸核糖核苷酸核糖体细胞核（真核生物）待测溶液+双缩脲试剂是否出现紫色反应待测酶液+吡罗红染液是否呈现红色已知蛋白液+双缩脲试剂出现紫色反应已知RNA溶液+吡罗红染液出现红色具有生物催化作用降低化学反应的活化能少量肝脏研磨液为什么4号试管的反应速率比3号试管快得多？二酶的特性说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率1.酶具有高效性酶具有高效性事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的倍。107～1013上述实验说明了：酶的高效性保证了细胞内化学反应的顺利进行能量供应的稳定。是细胞内的化学反应能在常温、常压、中性水溶液环境中进行的关键因素。酶具有高效性的意义：你能用其他更简捷的方法来验证酶的高效性吗？探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用淀粉和蔗糖都是非还原性糖，淀粉在酶的催化作用下能水解为麦芽糖和葡萄糖。蔗糖在酶的催化作用下能水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖、葡萄糖、果糖均属还原性糖。还原性糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的沉淀。现在给你淀粉酶溶液，要观察淀粉酶能催化哪种糖水解，应该如何设计这个实验？你有怎么知道淀粉酶催化了糖的水解呢？2.酶具有专一性淀粉溶液蔗糖溶液实验步骤一二三实验现象结论加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入60℃左右的热水中，反应5min2号试管中加入2mL蔗糖溶液加入斐林试剂振荡约60℃水浴2min1号试管中加入2mL淀粉溶液白色无变化棕色砖红色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用每一种酶只能催化化学反应。细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的是分不开的。一种或一类4000专一性目前发现的酶有多种,它们分别催化不同的化学反应。酶具有专一性（例如，二肽酶可以水解由任意两种氨基酸组成的二肽。）思考：例如我们反复咀嚼米饭会马上觉得甜，而塞进牙缝的肉丝过了两天还没消化。为什么？人吃饭，如果人体内没有酶的话，一碗饭从消化到吸收的过程需要50年的时间才能够完成。酶活性：酶对化学反应的催化效率。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60℃左右最好。能不能设计一个实验，来证明温度会影响酶的活性？3.酶的作用条件比较温和你又该动脑筋了！问题聚焦1、选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料？三组，高温，低温和常温！2、我要设计几组实验？选择几个温度？淀粉酶。因为H2O2受温度影响也会分解3、观察指标怎么确定，选择什么样的鉴定试剂？碘液，看是否变蓝1号试管淀粉溶液实验步骤一二三四实验现象结论2号试管3号试管加入淀粉酶2滴，振荡试管各加入2mL淀粉溶液蓝色60℃反应，约5min100℃，反应约5min保持0℃冰水中，反应约5min各加入两滴碘液振荡无明显现象只有在一定温度下酶的催化效率最好蓝色探究温度对淀粉酶活性的影响温度对酶活性的影响摇匀混合，放置各自温度反应5min结论：淀粉酶在60℃中活性最强1号2号3号4号5号6号3%可溶性淀粉2ml2ml2ml2%淀粉酶1ml1ml1ml温度冰水60℃水浴沸水浴冰水60℃水浴沸水浴放置2分钟混匀4号倒入1号；5号倒入2号；6号倒入3号碘液在各混合试管中滴加碘液2滴并振荡颜色呈蓝色呈蓝色无蓝色出现在最适温度的两侧，反应速率都比较较高的温度容易使酶的遭到破坏而失去较低的温度则了酶的活性每种酶都有自己的低活性最适温度空间结构抑制动物：35---40摄氏度植物40--50摄氏度细菌、真菌差别较大在合适的条件下将肉块和蛋白酶放到一起疑问：60℃时，为什么肉块长时间不能被分解？如何找到酶活性最高时的温度？通过以上实验可以知道，酶在最适温度下，活性最高。那么pH值不同，对酶的活性有没有影响呢？你又要动脑筋了！设计一个实验，来探究pH会影响酶的催化效率（活性）？以上设计缺少对照组。以上设计是否科学？序号项目试管121α－淀粉酶溶液1ml1ml2PHNaOH1mlHcl1ml3可溶性淀粉溶液2ml2ml4温度60℃60℃5斐林试剂2ml2ml6实验现象1号试管过氧化氢溶液实验步骤一二三四实验现象结论2号试管3号试管加入过氧化氢酶2滴，振荡2—3min试管各加入2mL过氧化氢溶液无明显变化pH＝7pH=12pH＝2将带火星的卫生香分别放入试管中只有在适合的pH下酶的催化效率最好复燃无明显变化探究pH对过氧化氢酶活性的影响pH对酶活性的影响1232％淀粉酶1ml1ml1mlpH3％可溶性淀粉斐林试剂颜色结论蒸馏水1mL5%NaOH1mL5%HCL1mL2ml2ml2ml2mL摇匀混合，放置在60℃水浴中反应5min砖红色沉淀无砖红色沉淀无砖红色沉淀淀粉酶在中性条件中活性最强2mL2mL摇匀混合，50℃--65℃水浴1min自变量因变量过氧化氢酶在最适合的pH下，酶的活性最高空间结构在过酸过碱的条件下，都会使酶的遭到破坏而失去。活性动物体里的酶最适PH大多在6.5-8.0之间，（但胃蛋白酶为1.5，胰液中的酶为8-9）植物体里的酶最适PH大多在4.5-6.5之间高温、低温、过酸和过碱对酶活性的影响其本质相同吗？不同，过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；低温使酶活性明显下降，但在适宜温度下其活性可以恢复。酶的作用条件温和★影响酶促反应速率的因素：1、温度3、酶的浓度：反应速率随酶浓度的升高而加快。4、底物浓度：在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快，但达到一定浓度，反应速率不再变化酶促反应