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细胞的主动运输需要能量。细胞内有机物的合成需要能量。肌细胞的收缩需要能量……细胞作为一个基本的生命系统，只有不断输入能量，才能维持生命活动的有序性。太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头。外界能量输入细胞，并为细胞所利用，都要经过复杂的化学反应。第5章细胞的能量供应和利用§5—1降低化学反应活化能的酶【问题探讨】斯帕兰扎尼与化学消化1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼(L.Spallanzani)做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。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？§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：⑴细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：⑴细胞代谢：⑵实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解①实验原理：②目的要求：通过比较H2O2在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。Fe3+和过氧化氢酶都能催化H2O2的分解。§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：⑴细胞代谢：⑵实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解①实验原理：②目的要求：③材料用具：(略)④方法步骤：·取材，编号。·加热处理(1、2号)，比较气泡数目。·催化剂处理(3、4号)，比较气泡数目、卫生香燃烧程度。讨论：①与1号管相比，2号管出现什么不同的现象？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？③3号和4号管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？134Fe3+肝脏研磨液90℃水浴2§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：⑴细胞代谢：⑵实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解①实验原理：②目的要求：③材料用具：(略)④方法步骤：讨论：④3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率更快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？134290℃水浴Fe3+肝脏研磨液34·取材，编号。·加热处理(1、2号)，比较气泡数目。·催化剂处理(3、4号)，比较气泡数目、卫生香燃烧程度。§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：⑴细胞代谢：⑵实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解控制变量·变量：实验中可以变化的因素称为变量。·自变量：人为改变的变量称做自变量。如在本实验中，加热与否、催化剂种类的选择等，即属自变量。·因变量：随着自变量的变化而变化的变量，称做因变量。如本实验中，过氧化氢分解的速率，就是因变量。·无关变量：除自变量以外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。·对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组。在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：⑴细胞代谢：⑵实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解⑶酶能降低化学反应的活化能：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。①活化能：酶等催化剂能降低化学反应的活化能，使反应易于进行。同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。②酶的作用：§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：＊酶的本质：资料分析：关于酶本质的探索·问题的提出：酒怎么变酸了在19世纪，酿酒业在欧洲经济中占有重要地位。但酿出的葡萄酒常莫明其妙地变酸。受这一问题困扰，科学界非常重视对发酵过程的研究。当时已经知道，酿酒就是让糖类通过发酵变成酒精和二氧化碳。许多化学家相信这是一个纯化学的过程，与生命活动无关。§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：＊酶的本质：资料分析：关于酶本质的探索·问题的提出：酒怎么变酸了·活细胞vs细胞产物1857年，法国微生物学家巴斯德在显微镜观察的基础上提出，发酵缘起于酵母细胞的存在，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的。德国化学家李比希则坚持认为，引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡、裂解后，才能发挥作用。两种观点争执不下。§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：＊酶的本质：资料分析：关于酶本质的探索·问题的提出：酒怎么变酸了·活细胞vs细胞产物·毕希纳：酿酶在细胞外呈现催化活性德国化学家毕希纳将酵母细胞放在石英砂中用力研磨、加水搅拌、加压过滤，得到不含酵母细胞的提取液。向这些汁液中加入葡萄糖，一段时间后就冒出气泡，糖液居然变成了酒。他把这些从酵母细胞中提取的，能引起发酵的物质称为酿酶。§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：＊酶的本质：资料分析：关于酶本质的探索·问题的提出：酒怎么变酸了·活细胞vs细胞产物·毕希纳：酿酶在细胞外呈现催化活性讨论：①巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义？各有什么局限性？②科学发展过程中出现争论是正常的。试分析巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？③从毕希纳的实验可以得出什么结论？§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：＊酶的本质：资料分析：关于酶本质的探索·问题的提出：酒怎么变酸了·活细胞vs细胞产物·毕希纳：酿酶在细胞外呈现催化活性·萨姆纳：脲酶是蛋白质1917年，美国科学家萨姆纳从资料中得知，刀豆种子中脲酶含量很高，便决定从中提取纯酶。历经挫折，终于在1926年的一天清晨，惊喜地发现，在用丙酮作溶剂的提取液中获得结晶(提取物达到了一定的纯度)。这种结晶溶于水后能催化尿素分解成氨和二氧化碳。萨姆纳用多种方法证明，脲酶是蛋白质。后来，科学家们相继获得多种酶的结晶，并证明它们都是蛋白质。§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：＊酶的本质：资料分析：关于酶本质的探索·问题的提出：酒怎么变酸了·活细胞vs细胞产物·毕希纳：酿酶在细胞外呈现催化活性·萨姆纳：脲酶是蛋白质讨论：④萨姆纳历时9年才证明了脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他成功的主要原因是什么？§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质＊酶在细胞代谢中的作用：＊酶的本质：资料分析：关于酶本质的探索·问题的提出：酒怎么变酸了·活细胞vs细胞产物·毕希纳：酿酶在细胞外呈现催化活性·萨姆纳：脲酶是蛋白质·切赫＆奥特曼：发现核酶—RNA20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现，少数RNA也具有生物催化功能。讨论：⑤请给酶下一个较完整的定义。酶是由活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质【基础1】仔细阅读本节的“资料分析”，通过完成下列图解，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻辑关系，写一篇短文，谈谈对科学发展过程的认识。巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德李比希毕希纳萨姆纳§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质【基础2】为什么说酶是细胞代谢所必需的？说出两条理由。【基础3】下列关于酶的表述，全面而准确的是()A．酶不能脱离生物体起作用B．酶是蛋白质C．酶与无机催化剂没有本质区别D．酶是活细胞产生的有催化作用的有机物D【拓展1】给你一份某种酶的结晶，你能设计实验鉴定它是不是蛋白质吗？请简略写出实验步骤。想一想，在萨姆纳之前，为什么很难鉴定酶的本质？【拓展2】你想知道哪些RNA具有生物催化活性吗？是否还存在具有催化活性的DNA呢？请查阅资料或点击。§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质·酶的特性讨论：酶的高效性通过上节课的学习，我们已经知道，与无机催化剂相比较，酶具有高效性。思考：①假如细胞中过氧化氢酶的催化效率很低会怎样？②你在打球或赛跑时，肌细胞需要大量的能量供应，如果有关的酶催化效率很低，又会怎样？酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。3434Fe3+肝脏研磨液＊高效性：§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质·酶的特性讨论：酶的专一性过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催化其他化学反应。脲酶只能催化尿素的分解，同样对其他化学反应不起作用。每一种酶只能催化一种或一类化学反应，就像一把钥匙开一把锁一样。目前已发现的酶有4000多种，它们分别催化不同的化学反应。思考：设想你刚刚住进一家旅馆，如果这个旅馆的客人每人一把万能钥匙，会出现怎样的情景？每一种酶只能催化一种或一类化学反应。意义：保证细胞代谢有条不紊地进行。学科交叉：无机催化剂催化的化学反应范围比较广。例如，酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。你还能举出化学课上学过的其他例子吗？＊高效性：＊专一性：§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质·酶的特性探究实验影响酶活性的条件·提出问题：许多无机催化剂能在高温、高压、强酸、强碱条件下催化化学反应。酶起催化作用需要怎样的条件呢？初中做消化酶实验时，需要控制温度等条件。加酶洗衣粉的包装袋上，往往注明这种洗衣粉的适用温度范围。唾液淀粉酶、胃蛋白酶等消化酶都是在消化道中起作用的。不同部位的消化液的pH不一样。唾液的pH约为6.2～7.4，胃液的pH为0.9～1.5，小肠液的pH为7.6。唾液淀粉酶会随唾液注入胃，胃蛋白酶会随食糜进入小肠。读了上述材料，你能提出什么问题吗？＊高效性：＊专一性：＊作用条件较温和：§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质·酶的特性探究实验影响酶活性的条件·提出问题：·作出假设：温度、酸碱度等条件的改变，会影响蛋白质分子的空间结构，从而影响酶的活性。＊高效性：＊专一性：＊作用条件较温和：§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质·酶的特性探究实验影响酶活性的条件·提出问题：·作出假设：·材料用具：(供选)⑴酶制剂2%的新配制的淀粉酶溶液，20%的新鲜的肝脏研磨液。⑵反应底物3%的可溶性淀粉溶液，3%的过氧化氢溶液。⑶试剂5%的盐酸，5%的氢氧化钠溶液，蒸馏水，碘液，斐林试剂。⑷辅助材料热水，冰块。⑸器材试管，量筒，小烧杯，大烧杯滴管，试管夹，酒精灯，三角架，石棉网，温度计，pH试纸，火柴。＊高效性：＊专一性：＊作用条件较温和：§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质·酶的特性探究实验影响酶活性的条件·提出问题：·作出假设：·材料用具：·设计实验：⑴选择哪一种酶作实验材料？为什么？⑵根据所作假设，当酶活性升高或降低时，你预期会看到什么结果？⑶本实验的自变量、因变量是什么？怎样控制自变量？怎样观察或检测因变量？⑷对照组怎样设置？需否重复实验？⑸如果探究pH对酶活性的影响，你将设定哪几个pH值？怎样将pH调到设定的值？怎样排除温度等其他因素对实验结果的干扰？如果探究温度对酶活性的影响，你将设定哪几个温度？怎样将温度调到设定值？怎样排除pH等其他因素对实验结果的干扰？⑹形成方案，列出材料用具，设计记录表格＊高效性：＊专一性：＊作用条件较温和：§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质·酶的特性探究实验影响酶活性的条件·提出问题：·作出假设：·材料用具：·设计实验：3号(100℃)1号(0℃)2号(60℃)1232211331233号(pH=10)1号(pH=4)2号(pH=7)＊高效性：＊专一性：＊作用条件较温和：§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质·酶的特性探究实验影响酶活性的条件·提出问题：·作出假设：·材料用具：·设计实验：·进行实验：按照实验方案进行操作，仔细观察，认真记录。＊高效性：＊专一性：＊作用条件较温和：§5—1降低化学反应活化能的酶·酶的作用和本质·酶的特性探究实验影响酶活性的条件·提出问题：·作出假设：·材料用具：·设计实验：·进行实