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第1节 降低化学反应活化能的酶
必修一 分子与细胞
第5章 细胞的能量供应和利用
第一课时
问题探讨
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。
斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用
便于取出实验材料(肉块)，排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学消化。
为什么要将肉块放在金属笼内？
是什么物质使肉块消失了？
是胃内的化学物质将肉块分解了。
怎样才能证明你的推测？
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。
问题探讨
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。
斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用
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，这种物质是胃蛋白酶。
施旺
德国生理学家
1.概念：
细胞中每时每刻都在进行的化学反应的统称。
2.意义：
是细胞生命活动的基础
3.主要场所：
细胞质基质
一、酶的作用
（一）细胞代谢
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？
细胞代谢离不开酶
（二）酶在细胞代谢中的作用
1.比较过氧化氢在不同条件下的分解
①实验原理
②实验目的
通过比较过氧化氢在不同条件下的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。
反应条件
2 H2O2 2 H2O + O2
加热或Fe3+或过氧化氢酶
③实验材料
新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝 )研磨液（含较多的过氧化氢酶）、
质量分数为3%的FeCl3溶液、
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液。
1.比较过氧化氢在不同条件下的分解
组别 1 2 3 4
过氧化氢（3%） 2mL 2mL 2mL 2mL
反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴
结果 产生气泡
卫生香燃烧情况
④实验过程及结果
1号：
室温
2号：90 ℃水浴加热
3号：
加2滴FeCl3
4号：
加2滴肝脏研磨液
3号
4号
④实验过程及结果
组别 1 2 3 4
过氧化氢（3%） 2mL 2mL 2mL 2mL
反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴
结果 产生气泡
卫生香燃烧情况
④实验过程及结果
无气泡
复燃
不复燃
不复燃
变亮
少量
较多
大量
1与3对照： 。
FeCl3能催化过氧化氢的分解，提高反应速率
1与2对照： 。
1与4对照： 。
过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解，提高反应速率
⑤实验分析
加热促进过氧化氢的分解，提高反应速率；
加热能为反应提供能量
3与4对照： 。
过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高
讨论
在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
不能
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号试管的反应速率快。
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、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的要求。
1.比较过氧化氢在不同条件下的分解
⑥各条件使反应加快的本质：
加热：
Fe3+：
酶：
提高分子的能量
降低化学反应的活化能
同无机催化相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能。
⑦实验结论
酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率。
酶和无机催化剂相比，具有高效性。
2.实验过程中遵循的原则
①单一变量原则
实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致。
②等量原则
自变量:实验过程中，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:实验中除因变量外的一些对因变量造成影响的可变因素。
对照实验：除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验。
对照的类型：
空白对照（对照组未做任何处理）
自身对照
条件对照
相互对照(对比)
③对照原则
自身对照
对照组和实验组都在同一研究对象上进行(不同处理的前后对照)。
条件对照
对照组施以某种实验因素的处理，但该处理是作为对照因素，不是所要研究的实验因素。
与实验组形成对照
相互对照
不另设对照组，几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。
组别 对照组 实验组 变量
1 2 3 4 过氧化氢 3%、2mL
反应条件 常温 90℃ FeCl3 2滴 肝脏研磨液2滴
结果 产生气泡 无气泡 少量 较多 大量
卫生香燃烧 情况 不复燃 不复燃 变亮 复燃
无关变量
自变量
因变量
因变量
本实验的变量
1号试管即为空白对照
3.对照实验设计的一般步骤
第一步：分组编号
第二步：设置自变量，控制无关变量(等量且适宜)
第三步：检测因变量
第四步：分析实验现象，得出实验结论
（二）酶催化的机理
1.活化能：
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃态所需要的能量。
①
②
③
⑤
⑤：
酶降低的活化能
无机催化剂降低的活化能
④：
①：
化学反应所需的活化能。
②：
无机催化剂催化时化学反应
所需的活化能。
③：
酶催化时化学反应所需的
活化能。
④
H2O2
H2O＋1/2O2
反应过程
能量
2.酶催化的作用机理
酶与无机催化剂催化的机理相同，都能降低化学反应的活化能，但是酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
（二）酶催化的机理
3.酶作用意义：使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行高。
如果增加过氧化氢酶的数量，最终产生的气体总量会怎样？
时间
O2量
无催化剂
加Fe 3+
加过氧化氢酶
最终产生的气体总量不变，催化剂只降低化学反应的活化能，不改变反应的平衡点。
（二）酶催化的机理
过氧化氢的反应曲线
过氧化氢酶是催化剂在化学反应前后无变化。
二、酶的本质
（一）探索历程
发酵与活细胞有关,发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用
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
引起发酵的是细胞中的某些物质,但是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
巴斯德和李比希的观点各有什么积极的意义？各有什么局限性？
讨论
巴斯德认为发酵与活细胞有关--合理；认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用--不合理。
毕希纳认为引起发酵的是细胞中的某些物质--合理的；认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解才能发挥作用--不合理。
萨姆纳：从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质。
萨姆纳之后：
科学家们获得胃蛋白酶，胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶的化学本质是蛋白质。
发现少数RNA具有催化功能，称为核酶。
切赫、奥尔特曼：
（一）探索历程
绝大多数酶是蛋白质，少数RNA
酶是活细胞产生的具有催化活性的有机物。
（二）酶的定义
绝大多数的酶是蛋白质,少数的是RNA。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
酶的化学成分
酶的来源
酶的功能
给你一份某种酶的结晶，你能设计实验检测它是不是蛋白质吗
双缩脲试剂
方法1
某种酶 + 蛋白酶
方法2
紫色络合物→酶是蛋白质
不出现紫色紫色络合物→酶是RNA
加入酶的底物
→
底物没有被催化→该酶是蛋白质
底物被催化→该酶是RNA
绝大多数的酶是蛋白质,少数的是RNA。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
降低化学反应活化能的酶
小结
细胞代谢
比较过氧化氢在不同条件下的分解
酶本质的探索
大多数是蛋白质，少数是RNA
酶在细胞代谢中的作用
酶的本质
酶的作用机理：降低化学反应的活化能
1.下列关于胰蛋白酶和胰岛素的叙述，正确的是(　　)
A.胰蛋白酶可以催化脂肪分解为甘油和脂肪酸
B.胰蛋白酶在高温加热后 ，仍然可以起催化作用
C.胰岛素的化学本质是蛋白质，是人体中不可缺少的酶D.都能在常温下与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应　
练习
D
练习
2.下列关于酶的叙述，正确的是(　　)
A.用双缩脲试剂鉴定马铃薯块茎中的某物质，呈现紫色即可确定是过氧化氢酶
B.酶能在常温、常压下加快化学反应速率，是因为它能为化学反应提供活化能
C.酶是生物大分子，其基本结构单位是氨基酸或核糖核苷酸
D.低温可使酶变性失活
C
练习
3.下图关于某化学反应在酶、无机催化剂、无催化剂作用下的反应曲线。下列有关叙述错误的是(　　)
A.曲线a、c对比说明酶具有高效性
B.曲线a、b对比说明酶具有高效性
C.由图可知，催化剂可以加快此化学反应的速度
D.曲线b、c对比说明无机催化剂具有催化作用
A

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