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5.1 降低化学反应活化能的酶
第5章细胞的能量供应和利用
第一课时
01
Part One
胃蛋白酶的发现过程
1
斯帕兰扎尼在研究鹰的
消化作用
1773年，意大利科学家斯帕兰礼尼做了
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. 为什么要将肉块放在金属笼内？
2. 是什么物质使肉块消失了？
3. 怎样才能证明你的推测
排除物理性消化对肉块的影响
胃内的化学物质将其分解
收集胃内化学物质，做体外分解肉块实验
斯帕兰札尼的实验说明：
食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。
后来，科学家发现胃液含有大量盐酸，推测：
盐酸是使食物分解的物质。
1835年，德国科学家施旺发现：
胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。
施旺
德国生理学家
斯帕兰扎尼的实验说明，食物在胃内的消化，靠的是胃液中的某种物质。然而这种物质是什么，他始终未能得出结论。后来，科学家发现胃液中含有大量的盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。1835年，德国科学家施旺通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。
随着对细胞研究的不断深入，人们认识到，细胞的生活需要物质和能量。能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢离不开酶。
叶绿体：CO2+H2O （CH2O) +O2
光能
酶
线粒体: C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
核糖体：氨基酸 多肽
脱水缩合
酶
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
细胞代谢离不开酶！
在细胞较为温和的环境中，各种生化反应如何高效有序的进行呢？
温和
常温
常压
水溶液环境
pH接近中性
一、酶在细胞代谢中的作用
1、细胞代谢：
（1）概念：
（3）意义：
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
细胞中
（2）场所：
细胞代谢是细胞生命活动的基础
一 酶的作用和本质
细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢过程中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。
体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄，毛发（包括头发）变白,会加速人体衰老,损害细胞。
细胞中的过氧化氢酶能将过氧化氢及时分解。
过氧化氢酶在肝脏里含量较多。
资料：
过氧化氢在体外能分解吗？需要什么条件？
在体内分解和在体外分解情况有什么不一样吗？
2、比较过氧化氢在不同条件下的分解
（1）实验原理
2H2O2 → 2H2O + O2
思考：
如何检测产生氧气的多少？
①加热可以促进H2O2分解； Fe3+可以催化H2O2分解；
②新鲜肝脏细胞中含有过氧化氢酶，其能催化H2O2的分解产生氧气和水；
③观察现象：气泡生成的速率； 氧气能使带火星的卫生香复燃，且含量不同燃烧程度不同。
步骤 试管编号
1 2 3 4
一
二
观察
实验结论
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3溶液
肝脏研磨液
2滴
2滴
不明显
少量
较多
大量
不复燃
火星变亮
复燃
复燃且燃烧剧烈
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样
过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快
反应条件
H2O2 浓度
剂量
剂量
气泡产生
带火星的卫生香
（2）实验步骤
1.实验中使用的肝必须是新鲜的,并且要研磨充分,为什么
2.滴入肝研磨液和FeCl3溶液时,能不能共用一个滴管 为什么
提示:不能。
防止滴入的FeCl3溶液中含少量肝研磨液而影响实验结果的准确性。
1 必须用新鲜的肝脏做实验材料。
2 实验使用肝脏的研磨液,加大过氧化氢酶与试管中过氧化氢分子的接触面积， 从而加速过氧化氢的分解。
3 不能共用一个试管吸取肝脏研磨液和氯化铁溶液。
4 过氧化氢有腐蚀性，使用时不要让其接触皮肤。
5 观察产生氧气多少的方法：
A、观察产生气泡的数目的多少。
B、用无火焰的卫生香来鉴定，氧气多会使无火焰的卫生香复燃。
实验的注意事项
思考讨论1——对实验材料及用具的分析
提示:肝如果不新鲜,肝细胞内的过氧化氢酶就会在腐生细菌的
作用下分解。研磨充分有利于肝细胞中的过氧化氢酶充分释放。
1）与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明了什么？
加热能促进H2O2的分解,提高反应速率。
对现象进行分析
质疑：与1号试管相比，为什么2号试管加热后过氧化氢就能分解？
加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
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称为活化能
2） 3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？
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。
3）3号试管和4号试管相比，哪只试管中的反应速率快？这说明了什么？
过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。
对现象进行分析
质疑：FeCl3中Fe3+和肝脏研磨液的过氧化氢酶都
能加快过氧化氢分解，原因与2号试管的相同吗？
降低了过氧化氢分解反应的活化能。
与无机催化剂相比较，
酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
酶具有高效性
酶降低化学反应活化能示意图
条件
活化能
kJ/mol
没有催化剂催化
过氧化氢酶催化
54
75
用胶态铂催化
29
20摄氏度测得过氧化氢分解的活化能
催化剂催化作用的本质是什么？
降低化学反应的活化能
加热相当于给汽车加大油门，用催化剂相当于帮司机找到了一条穿山隧道。
同无机催化剂相比较，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条件下快速有序的进行。
现象解释：
各条件使反应加快的本质：
加热：
Fe3+：
酶：
提高分子的能量（提供活化能）
降低化学反应的活化能
更显著地降低化学反应的活化能
(1)图中表示有酶参与时的活化能是　　　。
答案:h2
(2)若加入无机催化剂,反应的活化能是h3,则h3和h1、
h2的关系是什么
提示:h2(3)此图说明酶催化作用的机理是什么
提示:降低化学反应的活化能。
酶作用机理的示意图分析
控制变量和设计对照实验
自变量：实验中 的因素。
因变量：因 而变化的变量。
无关变量：除自变量外，实验过程中还存在一
些 。
对照实验
除作为自变量的因素外，其余因素（无关变量）都保持一致，并将结果进行比较的实验叫做对照实验。对照实验一般要设置对照组与实验组。
人为控制的对实验对象进行处理
自变量改变
对实验结果造成影响的可变因素
变量:实验过程中的变化因素。
▲对照原则:一般既要设置对照组又要设置实验组。
▲单一变量原则：在对照实验中，除了自变量和要观察记录的因变量外，其他变量即无关变量都应当始终保持相同且适宜。
▲（等量原则）
遵循原则
步骤 试管编号 说明
1 2 3 4
一等量性原则
二
观察
实验结论
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3溶液
肝脏研磨液
2滴
2滴
不明显
少量
较多
大量
不复燃
火星变亮
复燃
复燃且燃烧剧烈
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样
过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快
反应条件
自变量
因变量
无关变量
变量
H2O2 浓度
剂量
剂量
气泡产生
带火星的卫生香
对照实验
对照组
实验组
实验步骤：
无关变量
2、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速率
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
鲜肝研磨液
2滴
2滴
不明显
少量
较多
大量
不猛烈
猛烈
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
1、过氧化氢在不同条件下分解速率不一样；
2、过氧化氢酶的催化作用最显著（高效性）
步骤 试管编号 说明
1 2 3 4
一 H2O2 浓度
二
结果 气泡产生
卫生香燃烧
结论
【例1】酶具有极强的催化功能,其原因是(　　)
A.增加了反应物之间的接触面积
B.降低了反应的活化能
C.提高了反应的活化能
D.酶提供了使反应开始所必需的能量
B
【例2】下图表示酶和无机催化剂改变化学反应速率的原理。下列相关叙述正确的是(　　)
A.酶降低的化学反应的活化能是EC
B.EC或EA分别表示酶和无机催化剂为化学反应提供的活化能
C.酶具有高效性,其实质在于EB-
EAD.酶具有催化作用,是因为能为化学反应提供能量
C
【例3】下图所示为“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验过程,有关分析合理的是(　　)
A.本实验自变量是催化剂的种类
B.本实验的无关变量有温度和过氧化氢的用量等
C.1号和4号试管对照可说明酶具有催化作用
D.3号和4号试管对照可说明酶具有专一性
C
【例4】下图中新鲜土豆片与质量分数为3%的H2O2溶液接
触后,产生的现象及推测错误的是(　　)
A.若有大量气体产生,可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶
B.若增加新鲜土豆片的数量,产生气体的速率加快
C.一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限
D.为保证实验的严谨性,需要控制温度等无关变量
C
第二课时
01
Part One
阅读教材P79-80《关于酶本质的探索》，回答P80问题！
毕希纳 ，1907年获得了诺贝尔化学奖。
巴斯德 ，近代微生物学的奠基人。
李比希，德国著名化学家
萨姆纳，美国生物化学家，1946年获得诺贝尔化学奖
二、酶的本质
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
脲酶是蛋白质
李比希
切赫、奥特曼
少数RNA也具有生物催化功能
（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）他们的争论使后人把对酶的研究目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
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
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.在科学发展过程中出现争论是正常的。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？
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。
酵母菌细胞研磨
加水搅拌
加压过滤
不含酵母菌细胞的提取液
加入葡萄糖
过程：
现象：冒出气泡，糖液变成了酒。
3.分析毕希纳的研究过程，从毕希纳的实验可以得出什么结论？
萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
4.萨姆纳历时九年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他
取得成功靠的是什么样的精神品质？
【思考】
1、酶是活细胞产生的，只能在活细胞中发挥作用吗？
2、所有的酶都是蛋白质吗？
不是，可以在细胞外或生物体外
不是，少数RNA也有生物催化功能
1
酶的本质
概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
其中绝大多数酶是蛋白质，
少数是RNA。
酶的来源
酶的功能
酶的化学本质
降低化学反应的活化能
几乎所有活细胞
哺乳动物成熟红细胞不能产生酶（但含有酶）
不是所有细胞都能产生酶，
但所有细胞都含有酶
1
总结：酶的本质
1、化学本质：大多为 ，
少数为 。
2、合成场所：大多为 ，
少数为
3、来源： 细胞产生的
4、作用场所：细胞 或生物体 .
5、作用： 作用
6、作用机理： 。
蛋白质
RNA
核糖体
细胞核（真核细胞）
活
内外
内外
催化
降低化学反应的活化能
本节课小结：
1、酶在细胞代谢中的作用——降低化学反应的活化能，是生物催化剂，同无机催化剂相比，催化效率更高。
2、酶的本质——酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
3、设计实验的原则：
对照原则（知道并会设置对照组和实验组）
单一变量原则（会确认和控制变量）
等量原则
练一练
C
D
1、大多数酶在水解过程中，通常能得到多肽，最
后能得到氨基酸，这说明（ ）
A.大多数酶是由活细胞产生的
B.大多数酶是生物催化剂
C.大多数酶的化学本质是蛋白质
D.大多数酶的基本组成单位是多肽
2、酶的基本组成单位是（ ）
A.氨基酸 B.核苷酸
C.核糖核苷酸 D.A或C
3.关于酶的叙述中,正确的是( )。
A．酶只有在生物体内才能起催化作用
B．酶都有消化作用
C．酶是活细胞产生的具有催化效率的有机物。
D．酶都是在核糖体上合成的
4．在过氧化氢酶和Fe3+的催化效率比较的实验中，把肝脏制成研磨液的目的是（ ）。
A．有利于过氧化氢酶的释放
B．保护过氧化氢酶
C．提高过氧化氢酶的活性
D．以上说法都不正确
c
A
B
5．20世纪80年代初，Cech 和Altman分别发现了具有催化功能的核酶，打破了酶只是蛋白质的传统观念，为此双双获得了1989年的诺贝尔化学奖。“核酶”是指某些（ ）
A．DNA B．RNA
C．染色体 D .ATP
B

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