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(共41张PPT)
5.1 降低化学反应活化能的酶
1、酶的本质、作用和特性
2、探究影响酶活性的因素
How Enzymes Work
第 5 章 细 胞 的 能 量 供 应 和 利 用 ………………………………… 75
第 1 节 降低化学反应活化能的酶 ……………………………… 76
一 酶的作用和本质 …………………………………………… 76
探究 · 实践 比较过氧化氢在不同条件下的分解 ……………… 77
二酶的特性 ……………………………………………………… 81
探究 · 实践 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 ……………… 81
探究 · 实践 影响酶活性的条件 ……………………………… 82
科学 ·技术 ·社会 酶为生活添姿彩 ………………………… 85
第 2 节 细胞的能量“货币”ATP ……………………………… 86
第 3 节 细胞呼吸的原理和应用 ………………………………… 90
探究 · 实践 探究酵母菌细胞呼吸的方式 …………………… 90
第 4 节 光合作用与能量转化 …………………………………… 97
一 捕获光能的色素和结构 …………………………………… 97
探究 · 实践 绿叶中色素的提取和分离 ……………………… 98
二 光合作用的原理和应用 …………………………………… 102
探究 · 实践 探究环境因素对光合作用强度的影响 ………… 105
本章内容简介
详见教材目录
酶的发现
食物是如何消化的呢
小鸡啄食沙粒 物理性消化!
问题探讨
1783年，意大利科学家斯帕兰札尼设计了
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 他把小笼子取出来发现笼内的肉块消失了。
1. 为什么要将肉块放在金属笼内
排除物理性消化
2. 是什么物质让肉块消失了
消化道内的化学物质将肉块分解了
3. 怎样才能证明你的推测
收集消化道内的化学物质，看看这些化学物质 在体外是否也能将肉块分解
食物在胃中的消化，靠的是胃液
中的某种物质。
发现胃液中含有大量的盐酸，推
测盐酸是使食物分解的物质。
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 大于盐酸的单独作用，这种物质就 是胃蛋白酶。
酶的发现
斯帕兰札尼
后来，科学家
1835年，
施 旺 ( 德 )
叶绿体： CO +H O (CH O)+O
酶
酶
线粒体： C H O +6H O+6O 6CO +12H O+
二、 酶在细胞代谢中的作用
酶
缩合脱水
核糖体：
氨基酸
能量
多肽
光能
二、 酶在细胞代谢中的作用
1.细胞代谢：
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应。
2 、意义： 细胞生命活动的基础
但代谢也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。
幸而细胞中含有过氧化氢酶 ，能将过氧化氢分解。
2H O +O ↑
过氧化氢酶
2H O
新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。经计 算，质量分数为3.5%的FeCl,溶液和质量分 数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl,溶 液中的Fe”数，大约是每滴研磨液中过氧化 氢酶分子数的25万倍。 目的要求 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。 材料用具 新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪 肝、鸡肝)研磨液。 量简，试管，滴管，试管架，卫生香， 火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架， 石棉网，温度计。 新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶
向4号试管内滴入2滴肝脏研磨液，仔细观
察，并记录实验结果。
4. 立即将点燃的卫生香分别放入3号
和4号试管内液面的上方，仔细观察，并记
录实验结果。
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号和4号试管未经加热，也有大量
气泡产生，这说明什么
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
方法步骤
1. 取4支洁净的试管，分别编上序号
1、2、3、4,向各试管内分别加入2mL 过氧 化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。
2. 将2号试管放在90℃左右的水浴中
加热，观察气泡冒出的情况，并与1号试管
作比较。
3. 向3号试管内滴入2滴FeCl,溶液，
阅读教材P77 正文
探究 ·实践
比较过氧化氢在不同条件下的分解
通过对实验结果的分析和讨论，你对
于酶的作用形成了哪些认识 请将结论写下 来。
本实验的结论：
液，质量分数为3.5%的FeCl,溶液。 结论
1、 常温 →2ml 过氧化氢+试管1
2、 加热 →2ml 过氧化氢+试管2+90℃水浴加热
3、 加FeCl3 →2ml 过氧化氢+试管3+FeCl3 溶液
4 、过氧化氢酶 → 2 ml 过氧化氢+试管4+过氧化氢酶
探究活动一、比较过氧化氢在不同条件下的分解
1、实验目的： 了解过氧化氢酶的作用和意义。
2 、 实验原理：2 H O
3、 实验设计：
反应条件
2H O+O
90℃水浴 3号 加FeCl3
4号
加肝脏 研磨液
1 号
常温
对照组
未施加实 验处理
探究活动一、比较过氧化氢在不同条件下的分解
实验组
施加了实验处理
3号
4号
3号 4号
较多 大量
观察产生气泡的多少
1号
不明显
2号
少量
4、 实验分析
(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H O 的分解，提高反应速率
(2)3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了
什么
FeCl 中的Fe + 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。
常温
加肝脏 研磨液
90℃水浴
加FeCl
4、 实验分析
(3)3号试管Fe +数比4号试管H O 酶高25万倍，但4号反 应速率更快，这说明什么
过氧化氢酶比Fe + 的催化
效率高得多。
5、 实验结论
研磨液
1 、加热、 FeCl 溶液中的Fe + 以及新鲜肝脏研磨液中的过 氧化氢酶都能加快过氧化氢分解。
2 、与无机催化剂Fe +相比， 过氧化氢酶的催化效率更高。
90℃水浴
加FeCl
加肝脏
常温
步骤 试管编号 1 2 3
H O 浓 度 H O 剂 量 3% 3% 3%
3%
2ml 2ml 2ml
2ml
二 反应条件 常温 90℃ FeCl
肝脏研磨液
2滴
2滴
三 观察 气泡产生 几乎无 少量 较多
大量
带火星的卫生香 不复燃 不复燃 变亮
复燃
实验结论 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
实验小结
6. 科学方法——控制变量和设计对照实验(P78)
(1)控制变量
①变量： 实验过程中的变化因素
②自变量： 人为控制的对实验对象进行处理的因素
温度(加热)、催化剂 (FeCl3溶液、肝脏研磨液)
③因变量： 因自变量改变而变化的变量 (结果Y) H O 分解速率
④无关变量： 除自变量外，实验中还存在的一些也可对实 验结果造成影响的其它变量(相同条件a)
H O 浓度和体积、反应时间、肝脏的新鲜程度等
检测 1.气泡冒出情况
指标 2.卫生香复燃情况
对照实验的类型：空白对照、自身对照、相互对照、条件对照
(2)对照实验
①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。
组和实验组。 对照组
试管编号
实验
处理
H O 溶液 (3%)
一般设置对照
实验组
2
90℃水浴
加热
2 mL
4
2滴
肝脏研磨液
1
无
2 mL
3
2滴
FeCl
空白对照
2 mL 2 mL
1 、探究甲状腺激素对动物生长发育的影响：
甲组：饲料中添加甲状腺激素
空白对照
乙组：饲料中不添加甲状腺激素
对照组：乙组 实验组：甲组
2、 植物细胞吸水与失水实验：
吸水纸 蔗糖溶液 吸水纸 自身对照
制片 →低倍镜 低倍镜 低倍镜 对照组:处理前
实验组：处理后
质壁分离实验 质壁分离复原实验
A 下 察 C 下 察一 E 下观察
D
观
B
观
(3)实验设计的一般原则
① 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：在对照实验中，除了要观察的变量发生变
化外，其他变量都应保持相同。 (无关变
量始终相同且适宜)
对照实验 试管编号
变量
步骤 1 2 3 4 —— H O 浓 度 H O 剂 量 3% 3% 3% 3%
无关变量
相同适宜
2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl 肝脏研磨液
自变量
2滴 2滴 三 观察 气泡产生 几乎无 少量 较多 大量
因变量
带火星的卫生香 不复燃 不复燃 变亮 复燃 实验结论 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
设置对照组的意义： 排除其他实验因素对实验结果的影响
科学方法 控制变量和设计对照实验
如上述实验中反应物的浓度和反应时间等。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。
对照实验一般要设置对照组和实验组，上
述实验中的1号试管就是对照组，2号、3号和 4号试管是实验组。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。想一想， 设置这样的对照组有什么意义
实验过程中的变化因素称为变量。其中人
为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变 量，上述实验中加热、加FeCl 溶液、加肝脏研 磨液，是对过氧化氢溶液的不同处理，温度和催 化剂都属于自变量；因自变量改变而变化的变量
叫作因变量，上述实验中过氧化氢分解速率就是
因变量。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，叫作无关变量。
阅读教材P78 正文
控制变量和设计对照实验
知识点突破
(1)无关变量是与实验结果无关的变量(×)
(2)在一个实验中，因变量的检测指标往往不是唯一的( √ )
(3)在过氧化氢酶和Fe + 的催化效率比较的实验中，把肝 脏制成研磨液的目的是( A )
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
(二)酶的作用机理
1.加热为什么能加快化学反应
H O (常态) → H O (活跃状态)
活化能 活跃态
活化能 ：分子从常态变成容
易发生化学反应的活跃状态 所需要的能量叫做活化能.
(二)酶的作用机理
Fe3+和过氧化氢酶促使过氧化氢分解，但
它们并未供给过氧化氢能量，而是降低了 过氧化氢分解的活化能
加热加压相当于给 汽车加大油门
提供能量
穿山隧道
反应过程 高效性
酶是一种生物催化剂， 能显著降低活化能
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。
意义：酶的催化作用，使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行。
没有催化剂
有无机
催化剂催化
酶使活化能降低
有 酶催化
能量
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。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 (activation energy)。
Fe +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。如果 把化学反应比作驾车翻越一座高山，“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。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(图5-1)。
阅读教材P78 正文
无催化剂曲线：曲线A
酶促反应曲线： 曲线C
无酶促反应所需活化能： E
酶促反应所需活化能： E3
酶降低的活化能： E —E
各条件使反应加快的本质
反应过程
能量
思考 ·讨论
酶能增加产物的生成量吗
酶只是加快反应
速率，并不能增
加产物的生成量。
酶催化
产物量
无机催
化剂
未加催 化剂
时间
(1)酶能提高化学反应的活化能，使化学反应顺利进行(× )
(2)酶能催化H O 分解，是因为酶使H O2得到了能量( x )
知识点突破
我国早在4000多年前的夏禹时代，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”。
“酒母”就是现在所说的酵母。
19世纪，酿酒业在欧洲经济中占有重要
地位。但是，酿出的葡萄酒经常莫名其妙地
变酸。受这一问题困扰，科学界非常重视对
发酵过程的研究。当时人们已经知道，酿酒
就是让糖类通过发酵变成酒精和二氧化碳。
糖类是怎么变成酒精的呢 许多化学家都相
信这是一个纯化学过程，与生命活动无关。
1857年，法国微生物学家巴斯德
(L.Pasteur,1822—1895)通过显微镜观察，
提出酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所
毕希纳虽然从细胞中获得了含有酶的
提取液，但是提取液中还含有许多其他物质，
无法直接对酶进行鉴定。有些科学家推测酶
是蛋白质，并试图将酶从提取液中分离出来，
得到纯酶，但由于技术上的困难都未成功。
因此，酶究竞是什么物质，仍然是不解之谜。
美国科学家萨姆纳(J.B.Sumner,
1887—1955)也认为酶是蛋白质。1917年，
他从资料中得知刀豆种子中脲酶含量相当高
(这种酶能使尿素分解成氨和二氧化碳),
便决定从刀豆种子中提取纯酶。他尝试了多
种方法，历经一次又一次的失败，终于在
1926年的一天清晨惊喜地发现，在用丙酮
作溶剂的提取液中出现了结晶，这说明提取
结束这一争论的是德国化学家毕希纳
(E.Buchner,1860— 1917)。 他把酵母菌细 胞放在石英砂中用力研磨，加水搅拌，再进 行加压过滤，得到不含酵母菌细胞的提取 液。在这些汁液中加入葡萄糖， 一段时间后 就冒出气泡，糖液居然变成了酒。这一结果 与糖液中含有活酵母菌细胞是一样的。他将 酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶。
阅读教材P79 正文
思考 ·讨论
关于酶本质的探索
致，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成
酒精的。德国化学家李比希(J.V.Licbig, 1803—1873)却坚持认为引起发酵的是酵母 菌细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵 母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用。两种 观点争执不下。
巴斯德在显微镜下观察到酵母茜细胞
毕希纳实验示意图
物达到了一定的纯度。这种结晶溶于水后能
够催化尿素分解成氨和二氧化碳。然后他又 用多种方法证明脲酶是蛋白质。
后来，科学家又相继获得胃蛋白酶、胰
蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶都是 蛋白质。
20世纪80年代，美国科学家切赫(T.R.
Cech,1947一)和奥特曼(S.Altman,1939一 ) 发现少数RNA 也具有生物催化功能。
讨论
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
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
5. 请给酶下一个比较完整的定义。
阅读教材P80 正文
(三)酶的本质
1. 关于酶本质的探索 (P79-P80)
糖 → 酒 精 + 二 氧 化 碳
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
是某些物质在 酵母细胞死亡 裂解后的作用
是活酵母细胞的作用
巴斯德(微生物学家)
李比希
结论： 酵母细胞提取液与活酵母细胞作用相同
脲酶是蛋白质
少数RNA
切赫 奥尔特曼
毕希纳(化学家)
萨姆纳
酿酶
(三)酶的本质
5、请给酶下一个比较完整的定义。
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。
酶的化学成分
少数是RNA
酶的作用
降低活化能
酶的来源
化学本质 绝大多数是 蛋白质.
少数是 RNA
元素组成 C、H、O、N
C、H、O、N、P
合成原料 氨基酸
核糖核苷酸
合成场所 核糖体
细胞核(以真核为例)
来 源 一 般来说，活细胞都能产生 (哺乳动物成熟红细胞除外) 作用场所 细胞内、外及生物体外均能发挥作用
酶的种类
按存在部位分：
胞内酶： 合成后在细胞内起作用，如有氧呼吸酶
胞外酶： 合成后分泌到细胞外起作用，如消化酶
按功能分：
水解酶： 在物质水解时起催化作用，如蛋白酶、淀粉酶、
DNA 酶
合成酶： 在物质合成时起催化作用，如ATP合成酶
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 ( C )
A.大多数酶是细胞产生的
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
小题快练
2 、关于酶的叙述中，正确的是( C )
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
3.20世纪80年代初，切赫和奥特曼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 ( B )
A. DNA B. RNA C. 染色体 D.ATP
一、概念检测
1. 酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的
活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是 ( D )
A.酶不能脱离生物体起作用
B.酶只有释放到细胞外才起作用
C.所有的酶都是蛋白质
D.酶是具有催化作用的有机物
二、 拓展应用
1.在本节“探究 · 实践”中，有同学在原有实验的基础上增加了5
号和6号试管，向其中分别加入2 mL 过氧化氢溶液后，再向 5 号 试管内加入2滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸 馏水。这样做的目是 可以作为3号试管和4号试管的对照组
的特点是( D )
A.能为反应物提供能量 B.能降低化学反应的活化能
C.能在温和条件下催化化学反应 D.催化化学反应更高效
2. 酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有
3. 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 请简略写出实验步骤。想一想，在萨姆纳之前
为什么很难鉴定酶的本质
待测酶液→→双缩脲试剂→→紫色反应 → 该酶是蛋白质
在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质主，
要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。
2.仔细阅读本节的“思考 · 讨论” ,通过完成下面的图解 体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻 辑关系；写一篇短文，谈谈对科学发展过程的认识。
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
酶是蛋白质
』切赫、奥尔特曼
少数RNA 也具有催化功能
李比希
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
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
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关

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