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5.1
降低化学反应活化能的酶
1773年，意大利科学家斯帕兰扎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。
问题探讨
1.为什么要将肉块放在金属笼内？
2.是什么物质让肉块消失了？
3.怎样才能证明你的推测？
讨论
斯帕兰扎尼在研究
鹰的消化作用
但我不知道是啥东东
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。
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。
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。
1835，德国科学家施旺通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，这种物质就是胃蛋白酶。
酶1
酶2
酶3
酶11
酶5
酶6
酶12
酶8
酶9
酶10
酶14
酶7
酶13
酶15
酶16
酶17
酶18
1.概念：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。
2.条件：需要酶的催化。
3.意义：是细胞生命活动的基础。
代谢的主要场所：细胞质基质
代谢的控制中心：细胞核
一、细胞代谢（P76）
但细胞代谢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。
双氧水：3%过氧化氢溶液
过氧化氢酶能将过氧化氢及时分解为氧气和水。
细胞代谢
2H2O2 2H2O + O2
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
1.过氧化氢在体外加速分解需要什么条件？
2.细胞内的过氧化氢是怎样被快速分解的？
思考
2H2O2 2H2O + O2
加热、加FeCl3（无机催化剂)
过氧化氢酶（生物催化剂)
肝脏
（一）实验：比较H2O2在不同条件下的分解
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
（一）实验：比较H2O2在不同条件下的分解
1.新配制的体积分数为3%的H2O2溶液；
2.质量分数为3.5%的FeCl3溶液；
3.新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液。
实验目的
比较H2O2在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。
实验材料
实验原理
2H2O2
2H2O+O2
不同条件
①室温
②水浴加热
③加FeCl3溶液
④加过氧化氢酶
Fe3+
过氧化氢酶
VS
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
实验步骤
1号
2号
肝脏研磨液
FeCl3
90℃水浴
室温
3号
4号
实验现象：观察气泡
1号
2号
3号
4号
不明显
少量
较多
大量
实验现象：观察卫生香
变亮
复燃
3号
4号
讨论分析
①与1号试管相比，2号试管出现什么不同现象，说明了什么？
②在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
③3号和4号试管未经加热，也有大量
的气泡产生，这说明什么？
④3号和4号试管相比，哪支试管中的
反应速率快？这说明什么？
1号
2号
3号
4号
少量气泡，加热可以促进H2O2分解，提高反应速率。
不能。
酶和FeCl3都能加快H2O2分解的速率。
4号，酶的催化效率比FeCl3更好。
（一）实验：比较H2O2在不同条件下的分解
实验结论
酶具有催化作用，酶的催化效率比无机催化剂更高。
①实验为什么把肝脏制备成研磨液？
增大酶与过氧化氢的接触面积，加快分解速率。
②如何判断过氧化氢被分解的快慢？
产生气泡的多少，带火星的卫生香的复燃情况。
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
[例1] 如图是比较过氧化氢在不同条件下的分解实验的4个组别，下列相关的叙述中，正确的是(　　)
A
A.与组别1相比，组别2的现象说明加热可促进过氧化氢分解
B.组别1与4对照，说明酶具有专一性
C.将3号和4号装置置于90 ℃水浴中效果更好
D.图示FeCl3只有2滴，反应现象不明显，因此应该再加大其用量
P66
1.下列有关“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的分析，不正确的是(　　)
A.该实验必须设置对照组
B.各组过氧化氢溶液的浓度和体积必须相等
C.加酶组和加FeCl3组可在不同的温度条件下进行
D.实验时要选用新鲜的肝脏
解析　“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，必须设置对照组，A正确；实验中的无关变量必须保持一致，B正确；加酶组和加FeCl3组应在同一适宜温度条件下进行实验，C错误；实验时要选用新鲜的肝脏，否则肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解，D正确。
C
P67
2.下列有关对照实验设置的叙述中，错误的是(　　)
A.一般要设置对照组和实验组
B.要遵循单因子变量原则
C.无关变量要始终相同且适宜
D.自变量要始终保持相同
解析　对照实验一般要设置对照组和实验组以进行对照，A正确；对照实验的设计要遵循单因子变量原则，B正确；对照实验中各组的无关变量要始终相同且适宜，C正确；实验中自变量不能保持相同，D错误。
D
P67
（二）科学方法：控制变量和设计对照实验
步骤 试管编号 变量
1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ 水浴 2滴 FeCl3 2滴 肝脏研磨液
结果 气泡产生 几乎无 少量 较多 大量
卫生香 复燃程度 不复燃 不复燃 变亮 复燃 结论 酶具有催化作用，酶的催化效率更高。 实验组（人为改变）
对照组
因变量
自变量
无关变量
（相同且适宜）
（人为改变）
（观测指标）
对照实验
单一变量原则
等量性原则
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
（二）科学方法：控制变量和设计对照实验
注：本实验的对照组未作任何处理，这样的对照组叫作空白对照。
1.对照实验：
①对照组：自然状态
②实验组：人为处理
2三个变量：
①自变量：不同条件
②因变量：结果
③无关变量：相同条件
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作对照实验。
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
这三者的作用原理一样吗？
（三）酶的作用
1.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。
常态
活跃状态
活化能
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
（三）酶的作用
2.酶的作用原理：降低化学反应的活化能！
加热：为反应物提供能量
Fe3+：降低化学反应的活化能
酶：更显著地降低活化能
VS
走隧道需要的能量少！
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
没有催化剂
无机催化剂
酶
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
b
a
c
d
反应过程
能量
初态
（反应物）
终态
（产物）
活跃状态
①
②
③
ca:________________________________。
cb: 。
ba: 。
②无机催化剂
①无催化剂
酶降低的活化能
无催化剂条件下，反应所
需要的活化能
③酶
酶催化时，反应的活化能
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
想一想：如何表示？
无催化剂曲线：______
酶促反应曲线：______
无酶促反应所需活化能：___
酶促反应所需活化能：___
酶降低的活化能：______
曲线B
曲线A
E2
E3—E2
E3
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
反应过程
能
量
没有催化剂
无机催化剂
酶
酶降低的活化能
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
思考：酶能增加产物的生成量吗？
无催化剂
无机催化剂
酶催化
时间
产物量
酶与无机催化剂的共性：
①催化机理相同，都是降低化学反应的活化能。
②反应前后性质、数量不变。
③只改变反应速率，不改变反应平衡点。
催化剂只会缩短达到化学平衡所需的时间
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
巴斯德之前
萨姆纳
巴斯德
李比希
毕希纳
切赫和奥尔特曼
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
发酵必需有活细胞参与
引起发酵是细胞中某些物质，且只在酵母菌死亡裂解后才发挥作用
活细胞粉碎后所得的物质作用和活的酵母细胞作用一样
证明脲酶是蛋白质
证明少量RNA也具有催化作用
VS
（四）酶的本质
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
来源
其中，绝大多数酶是蛋白质；少数是RNA。
作用
化学本质
二、酶在细胞代谢中的作用（P76）
(1)细胞代谢不需要酶的作用。( )
(2)对照实验中，除自变量外，其他无关变量都应保持相同且适宜。( )
(3)酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。( )
(4)毕希纳获得了含有酶的提取液，并直接对酶进行了鉴定。( )
(5)酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸。( )
×
√
×
×
×
P64
[例2] 下图中，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能，正确的图解是(　　)
C
解析　没有酶时所需能量多，有酶时所需能量少，二者在最高点能量的差值，即活跃状态的差值就是酶降低的活化能。
P66
(1)酶在化学反应前后的数量和性质不发生改变。
(2)酶只能催化原本能进行的反应，而不能催化原本不能进行的反应。
(3)酶的作用只是催化化学反应的进行，使反应速率加快，并不为化学反应提供物质和能量，不改变化学反应的方向，也不改变生成物的量。
(4)不要认为酶只在细胞内起作用，只要条件适宜，酶在细胞内、细胞外甚至体外都能发挥作用。
√
P66
[例3] 用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是(　　)
A.蛋白质 B.脂肪酶
C.RNA D.淀粉酶
解析　核糖体的主要成分是蛋白质和RNA，蛋白酶将核糖体中的蛋白质水解后只剩下RNA，所以发挥催化作用的是RNA。
C
P67
[例4] 下列有关酶的叙述正确的是(　　)
①是有分泌功能的细胞产生的　②有的从食物中获得，有的在体内转化而来　③活细胞一般都能产生酶　④酶都是蛋白质　⑤有的酶不是蛋白质　⑥酶在代谢中有多种功能　⑦在新陈代谢和生长发育中起调控作用　⑧酶只是起催化作用
A.①②⑤ B.①⑤⑧ C.③⑤⑧ D.①③⑤
解析　 酶是由活细胞产生的，具有生物催化作用的有机物。食物中的酶进入消化道便被分解了，②错误；就酶的化学本质而言，主要是蛋白质，少数是RNA，④错误，⑤正确；就酶作用的场所而言，有胞内酶和胞外酶，活细胞一般都能产生酶，①错误，③正确；代谢是细胞内全部有序的化学变化的总称，需要酶的催化，⑥⑦错误。
C
P67
3.下列有关酶的叙述，错误的是 (　　)
A.所有酶都含有C、H、O、N四种元素，是由单体组成的生物大分子
B.有些酶和相应的化学试剂作用呈现紫色反应
C.活细胞产生酶的场所都是细胞质中的核糖体
D.催化反应前后酶的性质和数量不变
解析　酶绝大多数是蛋白质，少数是RNA，都是生物大分子。蛋白质和RNA都含有C、H、O、N四种元素，分别是由氨基酸、核糖核苷酸组成的；蛋白质类的酶和双缩脲试剂作用呈现紫色反应；活细胞产生蛋白质类酶的场所都是核糖体，但是RNA类酶主要是在细胞核中产生的；酶是生物催化剂，催化反应前后酶的性质和数量不变。
C
P68
4.酶是生物体内很多生化反应的必要条件，下列关于酶的叙述中，正确的是(　　)
A.酶的基本单位是氨基酸
B.酶的作用能够使更多的反应物转化为产物
C.酶都是在核糖体上合成的
D.食物中的蛋白质只有在蛋白酶和肽酶的催化下才能消化成氨基酸
解析　蛋白质在蛋白酶的作用下水解成多肽，然后在肽酶的作用下水解成氨基酸，绝大多数酶是蛋白质，少数为RNA。
D
课堂小结
化学本质 绝大多数是_______ 少数是______
元素组成
合成原料
合成场所
来源 作用场所 作用原理 RNA
蛋白质
核糖核苷酸
氨基酸
核糖体
细胞核（真核生物）
细胞内、外及生物体外
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
显著降低化学反应的活化能
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
复习
活细胞
完胜 ！
Fe3+
过氧化氢酶
SUPER MAN
只有一个！
咱们有25万大军！
2H2O2 2H2O + O2
（一）酶具有高效性
PART ONE
单击添加标题
酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。
对细胞有什么意义？
①保证了细胞内化学反应的顺利进行。
②保证了细胞内能量供应的稳定。
三、酶的特性（P81）
目前已发现的酶有8000多种，
酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗
（二）酶具有专一性
实验一：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
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。
实验材料
实验原理
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
三、酶的特性（P81）
（二）酶具有专一性
实验一：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
实验设计
方案一
酶相同、底物不同
①底物1 + 酶溶液
②等量底物2 + 等量相同酶溶液
方案二
底物相同、酶不同
①底物 + 酶溶液1
②等量相同底物 + 等量酶溶液2
√
三、酶的特性（P81）
一
二 三 实验现象
结论 加入2滴淀粉酶溶液，振荡，试管下半部分浸入60℃的水浴中，反应5min。
2号试管中加入2mL蔗糖溶液
加入斐林试剂
振荡
60℃水浴2min
1号试管中加入2mL淀粉溶液
无变化（蓝色）
砖红色沉淀
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
无法判断蔗糖是否反应。
不选碘液鉴定的原因是什么？
注
方案一
酶相同、底物不同
三、酶的特性（P81）
方案二
底物相同、酶不同
一 二 三
四 现象
结论 向两支试管中各加入2mL淀粉溶液
水浴加热反应5min后，向两支试管中加入等量的碘液
取两支试管，编号1、2
变蓝
不变蓝
淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
可以
能不能用斐林试剂鉴定？
注
2号试管加入2滴蔗糖酶溶液
1号试管加入2滴淀粉酶溶液
三、酶的特性（P81）
（二）酶具有专一性
底物浓度
反应速率
淀粉 + 淀粉酶
淀粉 + 蔗糖酶
只有淀粉酶能催化淀粉参与的反应，说明酶具有_______。
专一性
三、酶的特性（P81）
（二）酶具有专一性
PART ONE
单击添加标题
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
eg：脲酶——只能催化尿素分解
H2O2酶——只能催化H2O2分解
二肽酶——可以催化所有的二肽分解
对细胞有什么意义？
使细胞代谢能够有条不紊地进行。
三、酶的特性（P81）
口腔里有唾液淀粉酶，为什么塞进牙缝里的肉丝两天后还没被消化？
三、酶的特性（P81）
三、酶的特性（P81）
资料1：威白污渍爆炸盐（独有三重复合酶配方）威白教你洗衣小绝招：
①洗前浸泡三十分钟，效果更佳
②若衣服太脏，可适当增加用量
③用温水浸泡效果更好，但水温不要超过60℃。你知道为什么吗？
单击添加标题
高压
高温
强酸
强碱
√
√
√
√
无机催化剂
酶
？
三、酶的特性（P81）
（三）酶的作用条件较温和
大多是蛋白质
变性失活
高压
高温
强酸
强碱
三、酶的特性（P81）
（三）酶的作用条件较温和
实验二：探究温度对淀粉酶活性的影响
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。
实验步骤
实验材料
1号试管 2号试管 3号试管
实验步骤 一 试管各加入2mL淀粉溶液 二 各加入2滴淀粉酶，振荡 三 保持0℃冰水中约5min 加热至60℃， 约5min 加热至100℃，约5min
四 各加入两滴碘液→振荡 X
三、酶的特性（P81）
实 验 步 骤 1号 2号 3号
一 二
三
四 现象
结论 加入冰水保温的淀粉酶2滴
蓝色
各加入2滴碘液，振荡摇匀
不变蓝
只有在适宜温度下酶的催化效率最好，温度过高或过低都会使反应速率降低。
蓝色
各加入2mL质量分数为3%的淀粉溶液
冰水中水浴3min
37℃中水浴3min
沸水中水浴3min
加入60℃保温的淀粉酶2滴
加入沸水保温的淀粉酶2滴
实验二：探究温度对淀粉酶活性的影响
（三）酶的作用条件较温和
实验要严格控制温度，斐林试剂需加热。
1.为何不选斐林试剂鉴定
注
2.实验材料可不可以选H2O2
注
不能，H2O2常温常压可分解，加热分解更快。
3.画出酶的活性受温度影响的曲线图
注
温度
反应速率
最适温度
高温破坏酶的空间结构，使酶失活，不可恢复。
低温使酶活性降低（保存）
失活
抑制
三、酶的特性（P81）
（三）酶的作用条件较温和
低温
保存
升温
长期保存：-20~-8℃ 随取随用：0~4℃
三、酶的特性（P81）
（三）酶的作用条件较温和
最适温度随物种不同而有差异
温度
反应速率
最适温度
动物：35－40℃
植物:40－50℃
细菌和真菌：差别较大
三、酶的特性（P81）
资料2：我们知道口腔温度和体温差不多，而当我们口腔中的唾液淀粉酶进入胃中以后，却发现，唾液不再具有催化淀粉分解的功能，为什么呢？
唾液：pH6.2－7.4
胃液：pH0.9－1.5
三、酶的特性（P81）
实 验 步 骤 1号 2号 3号
一 二
三 四 现象
结论 分别加入2滴新鲜肝脏研磨液，振荡2-3min
无明显变化
将带火星的卫生香分别放入试管中
复燃
只有在适宜pH下酶的催化效率最好，
pH过高或过低都会使反应速率降低。
无明显变化
各加入2ml体积分数为3%的H2O2溶液
0.01mol/l的HCL溶液1mL，2-3min
蒸馏水1mL，
2-3min
0.01mol/l NaOH溶液1mL，2-3min
实验三：探究pH对H2O2酶活性的影响
（三）酶的作用条件较温和
酸性条件下淀粉会分解。
为什么选肝脏研磨液，而不选淀粉酶
注
2.画出酶的活性受pH度影响的曲线图
注
pH
反应速率
最适pH
三、酶的特性（P81）
（三）酶的作用条件较温和
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
三、酶的特性（P81）
酶-底物 复合物
1）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。E与S的结合如同一把钥匙对一把锁一样。
2）诱导契合学说：酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，只是因底物的诱导才形成了互补形状，从而有利于底物的结合。
酶
酶-底物 复合物
补充：
课堂小结
课后习题
A：随着反应底物浓度的增加，反应速率加快
B：反应速率在此时达到最高
C：反应速率不再随着反应物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平
（2）
（3）

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