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(共39张PPT)
第1节 降低化学反应活化能的酶
第5章 细胞的能量供应和利用
学习目标
01
02
酶在细胞代谢中的作用
①细胞代谢
②实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
③科学方法
酶的作用机理
①活化能
②酶催化的机理
03
酶的本质
①酶的本质的探究历程
②验证性实验
问题探讨
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。
1
讨论：
1、为什么要将肉块放在金属笼内？
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。
斯帕兰扎尼在研究鹰的
消化作用
问题探讨
1
2、是什么物质使肉块消失了？
3、怎样才能证明你的推测
是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。
斯帕兰扎尼在研究鹰的
消化作用
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。
斯帕兰扎尼在研究鹰的
消化作用
但我不知是什么物质...emo...
后来，科学家发现胃液含有大量盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。
胃蛋白酶的发现过程
1
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，这种物质就是胃蛋白酶。
施旺
德国生理学家
胃蛋白酶的发现过程
1
协助扩散
自由扩散
细胞的物质输入和输出
主动运输(逆浓度梯度)
小分子物质
(跨膜运输)
大分子物质
(膜泡运输)
胞吞
胞吐
消耗能量
顺浓度梯度
被动运输
载体蛋白
通过被动、主动运输、胞吞进入细胞的物质在细胞内进行各种化学反应。
细胞代谢
定义：细胞内各种化学反应的统称
意义：是细胞生命活动的基础
细胞代谢中产生代谢废物，甚至对细胞有害的物质，比如过氧化氢，幸亏存在过氧化氢酶将过氧化氢分解为氧气和水。
特点：复杂、有序、温和、高效
1
细胞代谢
Q：为什么细胞代谢离不开酶？
叶绿体：进行光合作用
线粒体：进行呼吸作用
核糖体：进行脱水缩合
实验原理：新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+ 数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。
实验目的：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。
比较H2O2在不同条件下的分解
材料用具
实验材料：新鲜的质量分数为20%的肝脏(如猪肝、鸡肝)研磨液。
实验仪器：量筒、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。
实验试剂：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
比较H2O2在不同条件下的分解
1
1.常温下反应
2.加热
3.Fe3+做催化剂
4.过氧化氢酶
滴加猪肝研磨液
放在试管中直接观察
用酒精灯加热
滴加FeCl3溶液
Q：如何控制这些条件？
2H2O2
2H2O + O2 ↑
不同条件
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FeCl3溶液，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。
实验步骤
还原糖是指具有还原性的糖，包括葡萄糖、果糖和麦芽糖等
比较H2O2在不同条件下的分解
还原糖是指具有还原性的糖，包括葡萄糖、果糖和麦芽糖等
组别 对照组 实验组 1 2 3 4
过氧化氢 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2mL 2mL 2mL 2mL
反应条件 常温 90℃水浴加热 2滴 FeCl3 2滴肝脏研磨液
结果 产生气泡 基本无 少量 较多 很多
卫生香 燃烧情况 不复燃 有复燃 复燃性较强 复燃性很强
实验步骤和实验现象
比较H2O2在不同条件下的分解
实验分析：
1与2对照：________________________________________________
加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(为反应提供能量)
1与3对照：________________________________________________
FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用)
1与4对照：______________________________________________
____________
过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用)
3与4对照：____________________________
过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高。
加热与加催化剂的作用机理比较
(1)加热：给化学分子提供能量。
(2)加催化剂：降低了化学反应的活化能。
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
2号气泡多，加热能促进过氧化氢分解，提高反应速率
不能，温度过高会造成生物的细胞死亡
讨论：
3. 3号和4号试管未经加热，也有大量的气泡产生，这说明什么？
Fe3+和过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解速率
4. 3号和4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？
4号，过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多
说明酶具有高效性
Q1.为什么要选用新鲜的肝脏？
Q2.为什么要将猪肝制成研磨液？
新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶且活性高，若不新鲜，过氧化氢酶就会在腐生细菌的作用下分解而失去催化作用。
使肝细胞破裂从而释放出过氧化氢酶,有利于过氧化氢酶与试管内过氧化氢分子充分接触，加速过氧化氢的分解。
核心探讨
Q3.滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，能否共用一个吸管？
不能，FeCl3溶液中含有少量的酶，酶具有高效性,会干扰实验结果的准确性,增大实验误差。
Q4.氧气的多少可以通过哪些途径观察？
气泡的数量、带火星木条复燃情况。
一个实验中只能有一个自变量，除了自变量之外其他变量（无关变量）均要相同。
2）单一变量原则：
3）随机性原则：
4）平行重复原则：
多次实验，取平均值，用以减少误差和偶然性。
5）科学性原则：
不能出现科学性错误。
被研究的样本是从总体中任意抽取的。
实验设计应该遵循以下原则
1）对照原则：
通过设置对照实验，既可排除无关变量的干扰，又可增加实验结果的可信度和说服力。
控制变量和设计对照实验
实验过程中遵循的原则：
单一变量原则、对照原则
1.单一变量原则
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
③因变量: 因自变量改变而变化的变量
④无关变量: 实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素
⑤ 单一变量: 实验过程中除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致。
2.对照原则
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。
②对照实验：
经实验因素处理的，人为改变条件的组，
实验组：
对照组：
未经实验因素处理的组，
实验结果未知
实验结果已知
组别 对照组 实验组 变量
1 2 3 4 过氧化氢 浓度 3% 3% 3% 3%
剂量 2mL 2mL 2mL 2mL
反应条件 常温 90℃水浴加热 2滴 FeCl3 2滴肝脏研磨液
结果 产生气泡 基本无 少量 较多 很多
卫生香燃烧情况 不复燃 有复燃 复燃性较强 复燃性很强
无关变量
无关变量
自变量
因变量
因变量
比较H2O2在不同条件下的分解
对照实验的类型
1号试管即为空白对照
2与3——相互对照
2与4——相互对照
3与4——相互对照
蝾螈受精卵横缢实验示意图
本实验既是自身对照，又是相互对照
甲状腺激素的主要作用：
促进生长发育
促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解
提高神经系统的兴奋性
空白对照：幼小蝌蚪饲喂普通饲料
实验组：幼小蝌蚪饲喂含甲状腺激素的饲料（生长还未完全就提前发育）——微型青蛙
条件对照组：幼小蝌蚪饲喂含甲状腺抑制剂的饲料（只生长，抑制蝌蚪的发育）——巨型蝌蚪
条件对照组：在实验组的基础上施加一定条件的组，目的是与实验组形成对照。
A
B
常态
活跃状态
终态
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的能量称为活化能
分子
如图所示为酶催化反应的机理与过程，图中E1、E2、E3都是活化能，请据图回答：
酶降低化学反应的活化能:
常态
活跃状态
不使用催化剂
使用无机催化剂
使用酶
E2—E3
B
A
C
酶本质的探索
1
01
02
03
04
19世纪
1857年
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
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
李比希：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
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作用，就像在活酵母细胞中一样,取名酿酶
05
萨姆纳：认为酶是蛋白质，且能使尿素分解成氨和二氧化碳
06
切赫、奥尔特曼：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的意义？各有什么局限性？
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。
毕希纳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。
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？
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。
讨论
1
1
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？
萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不饶的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？
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。
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 ( )
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
酶在生物体外、细胞外都起作用，大多数酶的化学本质是蛋白质，少数是RNA。
D
2.酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有的特点是 ( )
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
D
酶和无机催化剂都不能为反应物提供能量，都能降低化学反应的活化能，都能在温和条件下催化化学反应。

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