资源简介

(共41张PPT)
5.1降低化学反应的酶
为什么要将肉块放在金属笼内？
1773年，意大利科学家斯帕兰礼尼（L.Spallanzani，1729-1799）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
是胃内的化学物质将肉块分解了。
便于取出实验材料（肉块），排除物理性消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学性消化。
问题探讨
收集胃内化学物质，进行体外实验。
斯帕兰礼尼在研究鹰的消化作用
2.是什么物质使肉块消失了？
3.怎样才能证明你的推测？
胃蛋白酶的发现
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。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。
常温
常压
水溶液环境
pH接近中性
细胞内外的环境
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？酶在这个过程中有什么作用？
高温 高压
强酸 强碱
常见有机化学反应的条件
剧烈条件
温和
一、酶在细胞代谢中的作用
H2O2
(有害物质)
H2O
O2
H2O2酶
代谢产生
含有
危害
细胞
以过氧化氢在不同条件下的分解为例，探究酶的作用。
【探究·实践】比较过氧化氢（H2O2）在不同条件下的分解
通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。
过氧化氢酶和Fe3+能催化过氧化氢形成水和氧气。
（1）常温
（2）水浴加热
（3）加Fe3+催化剂
（4）加过氧化氢酶
2H2O2
2H2O+O2
实验原理
目的要求
【探究·实践】比较过氧化氢（H2O2）在不同条件下的分解
新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
质量分数为3.5%的FeCl3溶液。
H2O2
H2O + O2
新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶
特别注意：
“新鲜的肝脏”
“研磨液”
——H2O2酶数量多、活性强
——增加H2O2酶与反应物的接触面
实验材料
试管编号
步骤 1 2 3 4
一
二
三 观察
实验结论
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
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
H2O2剂量
气泡产生情况
带火星的卫生香
【探究·实践】比较过氧化氢（H2O2）在不同条件下的分解
讨论
3.3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，说明了什么？
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。
4.3号试管与4号试管相比，哪支试管中反应速率快？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？
4号试管的反应速率比3号试管快得多，说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着化学反应，这些反应都需要在常温、常压下高效的进行，只有酶能满足这样的要求。
2.在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
不能。细胞是在常温下生活，若加热，会使细胞死亡
与1号试管相比，2号试管放出的气泡多。这一现象说明了什么？
2号试管产生的气泡多，
加热能促进H2O2的分解，提高反应速率
科学方法——控制变量和设计对照实验（P78）
变量：实验过程中的变化因素
自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素
因变量：因自变量改变而变化的变量
无关变量：实验过程中存在的其他一些会对实验结果造成影响的可变因素
（1）控制变量
温度（加热）、催化剂（FeCl 溶液、肝脏研磨液）
H2O2分解速率
H2O2浓度和体积、反应时间、肝脏的新鲜程度等
注意：自变量可控制、因变量比较好检测，并尽量避免无关变量对实验的干扰（通过将无关变量设置成“相同且适宜”来排除无关变量对实验的干扰
科学方法——控制变量和设计对照实验（P78）
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。一般设置对照组和实验组。
（2）对照实验
对照组
实验组
空白对照
对照原则：在实验中，一般需要设置对照组。通过设置对照组，既能排除无关变量对实验结果的影响，又能增加实验结果的可信度和说服力。
单一变量原则：实验组和对照组只能有自变量这一种处理因素不同，其他可能对实验结果造成影响的无关变量在实验组和对照组中应完全相同，且处于最适宜的状态。
平行重复原则：在同样条件下多次重复实验，以消除偶然误差。
科学性原则：实验方案严谨，选材合适，实验步骤科学规范。
（3）实验设计的一般原则
科学方法——控制变量和设计对照实验（P78）
常态
终态
活跃状态
活化能
酶的催化效率为何会更高呢？
你能解释加热，加无机催化剂，加酶在这一过程中的不同吗？
活化能
分子从_____转变为_________________的活跃状态所需要的能量。
常态
容易发生化学反应
一个化学反应体系中，活化分子数越多，反应的速率越快。
加热：
向H2O2分子提供能量，让更多的H2O2吸收能量处于活跃状态
催化剂：
降低了反应发生所需的活化能
各条件使反应加快的本质
酶的作用原理
如果把化学反应比做驾车翻越一座高山，“加热”相当于给汽车加大油门。
用催化剂则相当于帮司机找到穿山的隧道。
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更明显，因而催化效率更高。
活化能
下图是无催化剂和酶的作用机理示意图，分析AC、BC、AB的含义
AC：
BC：
AB：
无催化剂条件下，反应所需要的活化能
酶催化条件下，反应所需要的活化能
酶降低的活化能
阅读课本79-80页“资料分析”回答讨论题（1）-（4）
找出每一位科学家的研究背景、过程、结论及贡献
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(微生物学家）
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（化学家）
切赫、奥特曼
少数RNA也具有生物催化功能
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？
讨论
巴斯德认为发酵与活细胞有关,是合理的；认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用,是不正确的。李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质,是合理的；认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用，是不正确的。
巴斯德是微生物学家,特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促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。
二、酶的本质
3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？
4.萨姆纳历时9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？
讨论
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。
萨姆纳历时9年，发扬坚持不懈、百折不挠的科学精神，用正确的科学方法，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
二、酶的本质
5.请给酶下一个比较完整的定义。
讨论
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。
二、酶的本质
概念
化学本质
绝大多数是
少数是
合成原料
（基本单位）
合成场所
生理功能
作用机理
作用场所
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物
蛋白质
RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
主要是细胞核(真核生物)
降低化学反应的活化能
催化化学反应
在细胞内、细胞外和生物体外均可发挥作用
二、酶的本质
小技巧
探究酶化学本质的实验设计
1、设计原理
大部分是蛋白质
少部分是RNA
加__________，呈_____
双缩脲试剂
紫色
加__________，呈_____
吡罗红染液
红色
2、设计方案
分组 实验操作 现象 结论
紫色
对照组：
标准蛋白质溶液
实验组：
等量待测酶液
紫色
/ 蓝色
是蛋白质
/ 不是蛋白质
（鉴定是否为RNA同上）
加双缩脲试剂
酶具有高效性
酶降低化学反应活化能示意图
① 与无机催化剂相比，酶催化效率更高。
是无机催化剂107~1013倍。
② 酶降低活化能的作用更显著。
意义：
（1）保证细胞内化学反应顺利进行。
（2）保证细胞内能量供应稳定。
二、酶的特性
A、B曲线比较，说明酶具有________
A、C曲线比较，说明酶具有________
高效性
催化作用
酶具有催化剂的特点：
①反应前后性质、数量不变；
②能改变反应速率→降低化学反应活化能
③缩短达到平衡的时间，不改变平衡点（即产物的量不变）
请思考：酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗？
酶具有高效性
A
B
C
含义：一种酶只能催化一种或一类化合物的反应
意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
代表学说：锁钥学说
认为整个酶分子的天然构象具有刚性结构，酶表面具有特定的形状。A与B的结合如同一把钥匙对一把锁一样。
酶-底物 复合物
酶具有专一性
材料：淀粉溶液，蔗糖溶液，淀粉酶溶液，蔗糖酶溶液，斐林试剂，碘液，
水浴锅等
方案一
酶相同、底物不同
① 底物1 + 酶溶液A
② 底物2（等量） + 酶溶液A（等量）
方案二
底物相同、酶不同
① 底物1+ 酶溶液A
② 底物1（等量） + 酶溶液B（等量）
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
如何用实验证明酶的专一性？
探究·实践——淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉溶液 1号试管 蔗糖溶液
2号试管
步骤 一
二
三
现象
结 论
2ml淀粉溶液
2ml蔗糖溶液
加入淀粉酶2ml，振荡，放在60℃的热水中，反应约5min
加斐林试剂，水浴加热
砖红色沉淀
无变化
每种酶只能催化一种或一类的化学反应。
【思考】
1、用斐林试剂检测的原理是什么？
2、不用碘液鉴定的原因是什么？
3、酶具有专一性的数学模型。
斐林试剂可以与产物（还原糖）发生颜色反应。
淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性）
淀粉酶
蔗糖（非还原性） 葡萄糖（还原性）+果糖（还原性）
蔗糖酶
碘液无法鉴定蔗糖是否发生水解，反应前后均不变蓝。
成分：蛋白酶0.2%，清洁剂15%。
用法：洗涤前先将衣物浸于加有适量洗衣粉的水内一段时间，使用温水30~40℃效果最佳。切勿用60 ℃以上的热水。
注意：切勿用于丝质及羊毛衣料；用后须彻底清洗双手。
加酶洗衣粉
酶的作用条件比较温和
1) 探究温度对淀粉酶活性的影响
注
① 确定自变量、因变量
材料：
淀粉，淀粉酶（工业淀粉酶，最适温度60℃），碘液，斐林试剂，
水浴锅等。
② 如何控制温度？
酶的作用条件比较温和
方 法 步 骤 取六只试管编号 1 1＇ 2 2＇ 3 3＇
淀粉溶液 2ml / 2ml / 2ml /
淀粉酶溶液 / 1ml / 1ml / 1ml
温度处理5min 0℃ 60℃ 100℃
混合后保温5min 将同一温度内的两物质混合
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
结果 现象
变蓝
不变蓝
变蓝
温度对酶活性的影响
讨论1：能否用H2O2和H2O2酶（猪肝研磨液）探究温度对酶的影响？讨论2：为什么要先将底物和酶控制到预设温度，再混合反应？
讨论3：不能用斐林试剂检测的原因？
讨论4：如何进一步探究淀粉酶的最适温度？
H2O2本身受热易分解，会对实验结果造成干扰。
酶具有高效性，若酶和底物没有在对应温度混合，一混合就已发生反应，降低了实验的说服力。
该实验的自变量是温度，用斐林试剂检测时需要水浴加热，这样会干扰自变量。
缩小温度梯度（梯度要均匀），重复进行上述实验。
温度
反应速率
最适温度
A
B
C
AB：
在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快
B：
在最适温度时，酶促反应速率最快
BC：
超过最适温度，酶促反应速率随温度升高而减慢，直至酶失活。
1) 探究温度对淀粉酶活性的影响
酶的作用条件比较温和
1) 探究温度对淀粉酶活性的影响
温度
反应速率
最适温度
A
B
C
高温破坏酶的空间结构，使酶失活
低温保存酶等蛋白质制品
酶的作用条件比较温和
最适温度随物种不同而有差异
温度
反应速率
最适温度
（教材P84，相关信息）
酶的作用条件比较温和
2)探究pH对过氧化氢酶活性的影响
注
① 确定自变量、因变量
材料：
肝脏研磨液，淀粉，淀粉酶，H2O2，HCl，NaOH等
②如何设置不同的pH？
将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，不宜在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。
酶的作用条件比较温和
实验 步骤 项目 1号试管 2号试管 3号试管
1
2
3
现象
新鲜肝脏研磨液
2mL
2mL
2mL
pH处理
0.01mol/L的HCl 1mL
蒸馏水 1mL
0.01mol/L的NaOH 1mL
过氧化氢溶液
2mL
2mL
2mL
带火星的卫生香
无复燃
复燃
无复燃
2) 探究温度对淀粉酶活性的影响
酶的作用条件比较温和
2)探究pH对过氧化氢酶活性的影响
pH
反应速率
最适pH
A
B
C
AB：
在一定pH范围内，酶促反应速率随pH的升高而加快
B：
在最适pH时，酶促反应速率最快
BC：
超过最适pH后，酶促反应速率随pH升高而减慢，直至酶失活。
酶的作用条件比较温和
7
pH
2
0
1
3
4
5
6
8
9
10
胃蛋白酶
胰蛋白酶
11
12
13
14
反应速率
酶的作用条件比较温和

展开更多......

收起↑