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第5章 细胞的能量供应和利用
新叶伸向和煦的阳光，
蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。
它们为生存而获取能量，
能量在细胞里流转激荡。
细胞的生命活动需要物质和能量。物质在细胞内的变化伴随着能量的变化，这些变化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。
第1节 降低化学反应活化能的酶
本节聚焦：
1.细胞代谢为什么离不开酶？
2.酶是什么物质？
3.通过对酶本质的探索过程分析，你对科学是怎样发展的有哪些领悟？
一 酶的作用和本质
（一）酶在细胞代谢中的作用
2H2O2
2H2O + O2↑
1.在体外如何促进过氧化氢的分解？
细胞代谢是细胞生命活动的基础，但代谢也会产生代谢废物，甚至产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。
过氧化氢酶
2.细胞内的过氧化氢是怎样被快速分解的呢？
加热、加催化剂（如FeCl3)
讨论：
1．与1号试管相比，2号试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？
3．3号试管和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？
探究·实践
比较过氧化氢在不同条件下的分解
1
2
常温
90℃水浴
3.5%FeCl3溶液
20%肝脏研磨液
不能。
3
4
(含过氧化氢酶）
2号试管放出的气泡多。说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
说明FeCl中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能促进过氧化氢的分解。
2mL的H2O2
讨论：
探究·实践
比较过氧化氢在不同条件下的分解
1
2
常温
90℃水浴
3.5%FeCl3溶液
20%肝脏研磨液
3
4
(含过氧化氢酶）
4．3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？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号试管反应速率快很多。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。
步骤 试管编号 1 2 3 4
一 H2O2 浓度
H2O2 用量
二
用量
三 观察 气泡产生
带火星的 卫生香
结论 探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
2ml
2ml
2ml
3%
3%
2ml
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
不明显
少量
较多
变亮
大量
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
1.变量：
①自变量：
②因变量：
③无关变量：
实验过程中的变化因素
人为控制的对实验对象进行处理的因素。
如对各组做出不同的处理。
随自变量改变而变化的变量。
除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素。
自变量x
因变量y
（相同且适宜）
实验中观察、测定、统计和记录的变量，即实验结果。
科学方法：控制变量和设计对照实验（课本P78）
科学方法：控制变量和设计对照实验（课本P78）
2.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，并将实验结果进行比较的实验。
①对照组
②实验组
排除无关变量对实验结果的影响。
目的
△对照实验中变量的处理。
①人为改变自变量。
②严格控制无关变量(对照组和实验组中无关变量相同且适宜)。
③观察、比较因变量。
(空白对照）
步骤 试管编号
1 2 3 4 一 H2O2 浓度
H2O2 用量 二
剂量 三 观察 气泡产生
带火星的 卫生香 结论
2ml
2ml
2ml
3%
3%
2ml
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
不明显
少量
较多
变亮
大量
复燃
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样。
反应条件
无关变量
自变量
因变量
变量
讨论：无关变量对实验结果有影响吗？该实验的无关变量还有哪些？
探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
步骤 试管编号
1 2 3 4 一 H2O2 浓度
H2O2 用量 二
剂量 三 观察 气泡产生
带火星的 卫生香 结论
2ml
2ml
2ml
3%
3%
2ml
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
不明显
少量
较多
变亮
大量
复燃
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样。
反应条件
无关变量
自变量
因变量
变量
讨论：该实验的对照组和实验组分别是哪号试管？
对照组
实验组
对照实验
讨论：该实验有那几组对照试验？分别说明什么？
1、2号试管对比，说明___________
1、3号试管对比，说明___________
1、4号试管对比，说明___________
3、4号试管对比，说明___________
加热可以加快H2O2的分解。
FeCl3可以催化H2O2的分解。
过氧化氢酶具有催化作用,可以催化H2O2的分解。
与FeCl3相比，氧化氢酶的催化效率更高。
对照性原则
活化能
活化能
1、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称为活化能。
活化能
加热
Fe3+
酶
反 应 过 程
（1）酶在细胞代谢中的作用
机理：
加热——
Fe3+、酶——
——催化作用
加热能促进过氧化氢分解，是因为加热使过氧化氢分子得到了能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。Fe3+和过氧化氢酶能促进过氧化氢分解，它们没有给过氧化氢分子提供能量，而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。
提供能量
降低化学反应的活化能
与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
活化
能
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地进行。
理解：酶的作用原理——降低化学反应的活化能
ac段的含义：
bc段的含义：
ab段的含义：
无催化剂时，反应所需的活化能
有酶催化时，反应所需的活化能
酶降低的活化能
cd段的含义：
反应前后的能量变化
此反应是：放能反应
思考：若将酶改为无机催化剂催化该反应，则b点在纵轴上将 移动。
向上
（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。）
时间
产物量
酶能增加产物的生成量吗？
未加催化剂
无机催化剂
酶催化
酶只提高化学反应速率，
缩短反应时间，
不会改变化学平衡的位置。
特别提醒：
1.酶只能催化热力学上允许进行的反应。
2.在反应前后，酶的化学性质和数量将保持不变。
3.酶通过降低活化能加快化学反应速率。
4.酶不能为化学反应提供能量。
5.酶只提高化学反应速率，缩短反应时间，
不会改变化学平衡的位置。
【练习】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-EA　<　EB-EC
D.酶具有催化作用,是因为能为化学反应提供能量
C
EB-EC
需要的活化能
【练习】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
有酶催化时，
反应所需的活化能
酶降低的活化能
没有酶催化时，
反应所需的活化能
B
思考·讨论
关于酶本质的探索
早在4000多年前我国就掌握了酿酒技术。1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。
真正对酶进行科学研究的要从1773年意大利科学家斯帕兰札尼发现化学性消化开始。
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？
由于当时的实验条件和实验方法较落后，斯帕兰札尼并没有弄清楚胃液中究竟是什么物质将食物消化了，直到50多年后，也就是1836年，德国的生理学家施旺从胃液中提取出了消化蛋白质的物质，后来称为“胃蛋白酶”，从而揭开了胃的消化之谜。
（二）酶的本质
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。
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。
1.关于酶本质的探索
（二）酶的本质
2.酶的本质
大多数酶是_______,少数酶是______。
蛋白质
RNA
3.酶的概念
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
来源
功能
化学本质
合成原料
合成场所
来源 生理功能 作用场所 作用原理 绝大多数是蛋白质
少数是RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
主要是细胞核
具有催化作用
降低化学反应的活化能
小结：酶的本质和作用
一般来说，活细胞都可以产生
既可以在细胞内，也可以在细胞外、体外
【练习】甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如右图所示。下列分析错误的是
A.甲酶能够抗该种蛋白酶降解
B.甲酶不可能是具有催化功能的RNA
C.乙酶的化学本质为蛋白质
D.乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变
B
RNA
蛋白质
本节聚焦：
1.酶有哪些特性？
2.酶的活性受哪些条件的影响？
二 酶的特性
第1节 降低化学反应活化能的酶
二、酶的特性
1.高效性
2.专一性
3.作用条件温和
阅读课本P82-84　,找3个酶的特性。　　　　
1. 高效性
①与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。
酶的催化效率是无机催化剂的107 ～1013倍。
保证了细胞内化学反应高效进行；
保证了细胞内能量供应稳定。
②意义：
③曲线表示：
无机催化剂
酶
①每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
如：过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解。
脲酶催化尿素分解。
无机催化剂催化的化学反应范围比较广。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。
酶能像无机催化剂一样催化多种化学反应吗？
2. 专一性
②意义：
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
③曲线表示：
② 会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久性失活。（不可逆转）
许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件催化化学反应。
酶起催化作用需要怎样的条件呢？
高温、过酸、过碱
低温
3. 作用条件温和
酶活性受温度影响示意图
酶活性受pH影响示意图
最适温度和pH
①在 条件下，酶的活性最高。温度或pH偏高或偏低，酶活性都会降低。
③ 条件下，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜温度下酶活性会升高。
酶适宜在 下保存。
低温
温度的变化不会影响酶的最适pH
pH的变化不会影响酶的最适温度
思考：分析下图能得出什么结论？
点拔：纵坐标为反应物剩余量，剩的越多，生成物越少，反应速率______。
越慢
P84左上角
人体内酶的最适温度是 。
37℃左右
P82左下角
请尝试分析生活现象：
1.口腔里有唾液淀粉酶，而塞进牙缝里的肉丝很长时间还没被消化，可能原因是什么？
2.为什么加酶洗衣粉需要用温水浸泡？
酶具有专一性，唾液淀粉酶只能催化淀粉水解，而肉丝的主要成分是蛋白质，唾液淀粉酶不能催化其水解。
在温水中，酶的活性较高。
课本P85
1.下图表示的某类酶作用的模型。尝试用文字描述这个模型。这个模型能解释酶的什么特性？
酶
底物
原因：酶有一定的空间结构，酶与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须契合，相互结合形成复合物，才能发生反应。
酶A与底物B专一性结合，催化反应的发生。
产物
专一性
淀粉 葡萄糖
盐酸
淀粉酶
（无机催化剂反应条件：高温、高压，耐酸设备）
（酶反应条件：常温、常压条件）
课本P84
淀粉 葡萄糖

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