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第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
复习提问
1、主动运输的特点？实例？影响因素？
2、与主动运输有关的细胞器？
3、逆浓度梯度的运输一定是主动运输
4、不同因素对物质跨膜运输的影响的曲线模型
5、大分子、颗粒性物质进出细胞的方式？
6、胞吞、胞吐的特点？例子？
7、胞吞、胞吐体现了细胞膜的什么特性？
8、小结：①小分子、离子跨膜运输的方式一般是被动运输或主动运输；②大分子、颗粒性物质跨膜运输的方式是胞吞、胞吐。胞吞、胞吐体现了细胞膜的流动性；③需要载体蛋白的有：协助扩散、主动运输；④消耗能量的有：主动运输、胞吞、胞吐；⑤小分子物质的运输不一定是主动运输或被动运输，如神经递质的释放方式是胞吐；⑥生物大分子不一定都是以胞吞、胞吐方式运输的，如RNA和蛋白质可以通过核孔进出细胞核。
以前，人们认为鸟类的胃只能磨碎食物，不能分解食物中的有机物。也就是鸟类的胃只有物理性消化，没有化学性消化。
新课导入
排除物理性消化。
2、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。
3、怎么才能证明你的推测？
1、为什么将肉块放入金属笼内？
收集胃内化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解了
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。
从盐酸到胃蛋白酶（1835年德国科学家施旺发现）
细胞是怎样获得和利用能量？
思考
线粒体
叶绿体
核糖体
CO2+H2O （CH2O) +O2
光能
酶
C6H12O6+6H2O+O2 6CO2+12H2O+能量
酶
酶
氨基酸 多肽
缩合脱水
细胞中每时每刻都进行着许多
化学反应，统称为
细胞代谢
实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解速率
（1）实验原理：
（2）实验材料：
新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液；
3%的H2O2溶液； 3.5%的FeCl3溶液。
一、酶在细胞代谢中的作用
新课讲授
H2O2
H2O +O2
H2O2
加热
H2O2
FeCL3
H2O2
H2O +O2
H2O2酶
室温
H2O +O2
H2O +O2
过氧化氢是细胞代谢过程中产生的一种对细胞有害的物质，必须及时被分解为二氧化碳和水，细胞才能不被毒害。
实验的注意事项：
1 必须用新鲜肝脏做实验材料。
2 不能共用一个吸管吸取肝脏研磨液和氯化铁溶液。
3 过氧化氢有腐蚀性，使用时不要让其接触皮肤。
4 观察产生氧气多少的途径：
①观察产生气泡的数目的多少。
②用无火焰的卫生香来鉴定，氧气多会使无火焰
的卫生香复燃。
用简单的实验证明酶的催化效率：
1.常温 2.加热 3.FeCl3 4.肝脏研磨液
试管编号 说明
1 2 3 4 一 H2O2 浓度
剂量 二
剂量 结果 气泡产生
卫生香燃烧 比较过氧化氢在不同条件下的分解速率
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
新鲜肝脏研磨液
2滴清水
2滴清水
2滴
2滴
基本无气泡
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样，在过氧化氢酶的作用下分解速率最快
反应条件
自变量
因变量
无关变量
对照组
实验组
等量原则
等量原则
单一变量原则
变量
实验步骤、现象与结果：
步骤
对照实验
结论
①对照原则:设计对照实验,既要有对照组又要有实验组。
②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。
③ 等量原则：各组加入的试剂要等量
实验设计原则:
对照实验的作用：排除无关变量的干扰，增加实验的可信度。
重复实验的作用：避免偶然性，减小误差。
1、与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？
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号与4号相比，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？
讨论：
这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率
FeCl3中Fe3+和猪肝研磨液的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率
酶能使细胞内的化学反应在常温、常压下高效地进行
不能
2号试管放出的气泡多。
4号
说明酶具有高效性
加热， FeCl3和过氧化氢酶都使化学反应速率加快。原因相同吗？
？
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。
H2O2 (常态)
能量
活化能
H2O2(活跃状态)
ad段： 。
没有催化剂时,反应所需要的活化能
cd段： 。
ac段： 。
酶催化时,反应所需要的活化能
酶降低的活化能
酶的作用机理：
降低化学反应的活化能
与无机催化剂相比较，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
正是因为酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。
酶的作用原理：
下图曲线表示在无酶催化条件和有酶催化条件 下某化学反应的能量变化过程。
(1)没有酶催化的反应曲线是 。
(2)有酶催化的反应曲线是 。
(3)AC段的含义是 。
(4)BC段的含义是 。
(5)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则B点在纵轴上将向 移动,即反应需要的活化能要 。
②
①
在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能
酶降低的活化能
上
增大
下图为H2O2在不同条件下分解的曲线图，图中①②③④表示的条件分别是(　　)
A.H2O2酶催化　FeCl3催化　加热　自然条件
B.加热　自然条件　H2O2酶催化　FeCl3催化
C.加热　FeCl3催化　自然条件　H2O2酶催化
D.自然条件　加热　FeCl3催化　H2O2酶催化
D
巴斯德之前
萨姆纳
巴斯德
李比希
毕希纳
切赫和奥特曼
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
关于酶本质的探索过程
　 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数的酶是蛋白质,少数的是RNA。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
酶概念的三要素：
(1)酶的来源：活细胞产生的．
(2)酶的功能：催化作用
(3)酶的化学本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA ． 　　　　
2、酶的本质
酶的本质具有催化作用的有机物
化学本质 绝大多数是_______ 少数是____
合成原料 _______ ___________
合成场所 _______ 主要是细胞核
来源 一般来说,活细胞都能产生酶 生理功能 _____作用 作用原理 降低化学反应的_______ 作用场所 蛋白质
RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
催化
活化能
细胞内、细胞外都可以起作用
复习提问：
1、设置对照实验的作用？ 重复实验的作用？
2、酶是什么细胞产生的？酶的作用？酶的化学本质是？
3、酶的合成原料？合成场所？发挥作用的场所？
4、酶的特性？
5、几点注意：①酶只是降低化学反应的活化能，不提供能量；②在化学反应前后，酶的性质和数量不变，因此酶是可以重复利用的；③酶在细胞内、细胞外、生物体外均可发挥作用。④酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，但不改变化学反应的平衡点，即不改变生成物的量
对照实验的作用：排除无关变量的干扰，增加实验的可信度。
重复实验的作用：避免偶然性，减小误差。
2.酶的专一性
每一种酶只能催化一种
化合物或一类化合物的
化学反应
酶的催化效率是无机催化剂的107 ~1013 倍
二.酶的特性：
1.酶的高效性
3.酶的作用条件温和
1）需要适宜pH值
2）需要适宜的温度
1.酶具有高效性
实验 比较过氧化氢酶和 Fe3+ 的催化效率
结论：酶的催化效率一般是无机催化剂 的107 ~1013 倍。
质量分数20％的新鲜 过氧化氢酶所含酶的相对量1
肝脏研磨液1滴
质量分数为3.5％的
氯化铁溶液1滴 Fe3+的相对数量：25万
①与无机催化剂相比，酶的催化效率 。
②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，但不改变化学反应的 ，不改变生成物的量。
更高
平衡点
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
2.酶具有专一性
实验原理：
淀粉和蔗糖都是非还原性糖，它们在酶的催化作用下都能水解为还原糖。
淀粉溶液+淀粉酶→产物+斐林试剂;
蔗糖溶液+淀粉酶→产物+斐林试剂。
观察是否出现特定的颜色变化
相同的酶，不同的底物
步骤 试管1 试管2
1 2ml可溶性淀粉 2ml蔗糖溶液
2 2ml新鲜淀粉酶溶液，振荡，60℃水浴保温5min 3 2ml斐林试剂，边加边轻轻振荡 4 水浴煮沸1min 结果
出现砖红色沉淀
无砖红色沉淀
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
相同的酶，不同的底物
结论：淀粉酶能催化淀粉水解，但不能催化蔗糖水解，具有专一性。
本实验能用碘液代替斐林试剂吗？
不能，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解
步骤 试管 1 试管 2
1 2ml可溶性淀粉 2ml可溶性淀粉
2 2ml工业淀粉酶溶液 2ml蛋白酶溶液 3 振荡摇匀，60oC保温15min 4 2ml斐林试剂，边加边轻轻振荡 5 水浴煮沸1min(或50-65oC保温2min) 结果 产生砖红色沉淀 不产生砖红色沉淀
探究酶具有专一性方案二：
结论：淀粉酶能催化淀粉水解，蛋白酶不能催化淀粉水解，具有专一性
相同的底物，不同的酶
本实验能用碘液代替斐林试剂吗？
能
实验步骤 一 二 1号加入 淀粉酶 2号加入 蛋白酶
三 碘液 碘液
实验现象
结论 1、2号试管中分别加入2mL淀粉溶液
（两试管中PH和温度正常且相同）
淀粉酶能催化淀粉水解，蛋白酶不能催化淀粉
水解
探究淀粉酶和蛋白酶对淀粉的水解作用
变蓝
不变蓝
酶的专一性图像模型解读
解读：图中 表示酶， 表示被酶催化的底物，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示 的物质。
A
B
不能被A催化
酶的专一性曲线模型解读
(1)加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同,说明
。
(2)加入酶A，反应速率较无酶条件下的速率明显加快，说明酶A能催化该反应。
酶B对此反应无催化作用
专一性
(3)综合(1)(2)说明酶具有 。
每一种酶只能催化 化学反应。
细胞代谢能够有条不紊，互不干扰地进行，与
酶的 是分不开的。
酶具有专一 性
一种或一类
专一性
酶的作用条件比较温和，在哪些条件下酶的催化效率（活性）最高？
科学探究步骤
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
表达与交流
（根据已知，提出未知 ）
（与问题相关，严密推理大胆想象 ）
（步骤科学，思路严谨 ）
（操作规范，严格细致 ）
（观察目的明确，统计对象合理 ）
3、酶的作用条件比较温和
在哪些条件下酶的催化效率（活性）最高？
设计实验：
根据实验目的选择材料用具（酶、底物、检测试剂）
探究温度对酶活性的影响：
淀粉酶、淀粉溶液、碘液
探究PH对酶活性的影响：
过氧化氢酶、过氧化氢溶液、
注意：该实验不能用斐林试剂检测。不能用H2O2酶作实验材料。
注意：该实验不能淀粉酶作实验材料，因为酸性条件下淀粉会被分解。
至少三组，高温，低温和常温！
要设计几组实验？选择几个温度？
1、为什么不宜选择H2O2酶探究温度对酶活性影响？
因为H2O2受在不同温度下有不同的分解速率（高温下自身会分解），给实验引入额外的变量。
2、为什么不宜用斐林试剂代替碘液？
因为斐林试剂的使用需要加热，加热会改变反应体系的温度，给实验引入额外的变量。
问题聚焦
3、为什么不宜选择淀粉探究PH对酶活性影响？
因为淀粉在酸性条件下会分解，给实验引入额外的变量。另外酸性环境会干扰斐林试剂（碱性）对淀粉分解的检测，碱性环境会干扰碘液与淀粉的蓝色反应，斐林试剂的碱性也会影响淀粉酶的活性。
试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′
实验步骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液
二 放入0 ℃冰水中水浴5 min 放入60 ℃温水中水浴5min 放入100 ℃热水中水浴5min 三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃温水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入两滴碘液，振荡 实验现象 实验结论 呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
淀粉酶在60 ℃时催化淀粉水解，在100 ℃和0 ℃时都不能发挥催化作用。酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性
☆酶和底物先分别在对应温度（或pH）下保温后再混合
探究温度对酶活性的影响
探究.实践
检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不宜选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
每种酶都有自己的
最适温度
动物：35---40摄氏度
植物 40--50摄氏度
细菌、真菌 差别较大
酶制剂适于在低温下保存（0-4℃）
高温会破坏酶的空间结构而使酶永久失去活性
在最适温度的两侧，反应速率都比较低
低温酶的空间结构不变，酶的活性降低
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，你能给出合理的解释吗？
唾液的PH为6.2—7.4,胃液的PH为0.9—1.5
PH值也可影响酶的活性
实验 步骤 一 取三支试管，编号1、2、3。 二 三支试管都三支试管都加入2mLH2O2溶液，振荡，反应 三 1号试管中加入1mL蒸馏水 2号试管中加入等量1mL盐酸溶液 3号试管中加入等量1mLNaOH溶液
四 三支试管都加入2滴新鲜肝脏研磨液，振荡，反应 实验现象
产生少量气泡
产生少量气泡
产生大量气泡
实验结论：
酶的催化作用需要适宜的pH,pH偏高或偏低都会影响酶的活性。
探究PH对酶活性的影响
探究.实践
在最适合的pH下，
酶的活性
最高
动物体里的酶最适PH大多在6.5---8.0之间，（但胃蛋白酶为1.5，
胰液中的酶为8---9）
植物体里的酶最适PH大多在4.5-----6.5之间
过酸、过碱的，会使酶的空间结构遭到破坏,蛋白质变性，使酶永久失活。
1、温度和PH
甲曲线分析：
①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用 ，超过这一范围，酶的催化作用逐渐 。
②过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子的结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
增强
减弱
★影响酶促反应速率的因素：
乙曲线分析：
纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，应为最适pH；反应溶液pH的变化________(填“影响”或“不影响”)酶作用的最适温度。
不影响
丙
丙曲线分析：反应溶液温度的变化不影响酶作用的最适PH。
2、底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
①甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而 ，但当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率 。
②乙图：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成 。
加快
不再增加
正比
一、竞争性抑制剂抑制剂与底物竞争酶。如图，抑制剂的结构与酶的活性中心相似，当抑制抑制与酶结合时，就阻止了底物与酶结合，如果底物与酶结合也会阻止抑制与酶结构。拓展延伸二、非竞争性抑制剂由于非竞争性抑制剂不与底物竞争，因此，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。拓展延伸总结
一、酶的作用和本质
酶的作用
活化能
酶的本质
细胞代谢
二、酶的特性
高效性
专一性
作用条件温和
酶的作用机理
2.人在发高烧时，常常不思饮食，其根本原因时
A.消化道内食物尚未消化 B.发烧使胃肠蠕动减弱
C.体内的食物残渣排出受阻 D.高烧使酶的活性减弱
1.下列有关酶的叙述错误的是
A.组成大多数酶的基本单位是氨基酸
B.少数的酶是RNA
C.每种酶都具有高效性，专一性
D.酶都具有消化功能
D
D
3、下图示酶促反应，甲、乙、丙、丁中属于酶的是（ ）
A、甲 B、乙 C、丙 D、丁
A
4、某种酶在水解过程中，首先能得到多肽，最后得到氨基酸，这说明该酶 （ ）
A、是活细胞产生的 B、是生物催化剂
C、是蛋白质 D、基本组成单位是多肽
C
5、当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行，当这种RNA被有关的酶水解后，此种化学反应立刻停止。由此可以说明
A、RNA是核酸的一种
B、RNA也可起生物催化剂的作用
C、RNA主要存在于细胞质中
D、RNA是该种生物的遗传物质
B
6、以20％过氧化氢溶液为反应底物的一组实验结果如下表所示。通过分析实验结果，能够得出相应的结论。在下列有关结论的描述中，从表中得不到实验依据的一项是
方法 观察结果
1 常温下自然分解 氧气泡少而小
2 常温下加入Fe3＋ 氧气泡稍多而小
3 常温下加入鲜肝提取液 氧气泡极多而大
4 加入煮沸后冷却的鲜肝提取液 氧气泡少而小
A.从催化反应效率看，酶有高效性
B.从催化底物范围看，酶有专一性
C.从催化反应条件看，酶有温和性
D.从催化活性看，酶变性后就失活
B
7、将乳清蛋白，淀粉，胃蛋白酶，唾液淀粉酶和适量的水混合装入一容器内，调整PH至2.0，保存在37摄氏度的温水内，过一段时间后，容器内剩余的物质是（ ）
A 淀粉、胃蛋白酶、多肽、水
B 唾液淀粉酶、麦芽酶、胃蛋白酶、多肽
C 唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水
D 唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水
8、将胃液的PH从10降到2的过程中，胃液中胃蛋白酶的活性的变化是（ ）
A 一直上升 B 没有变化 C 先升后降 D 先降后升
A
B
9、加酶洗衣粉不能用沸水溶解，这说明了酶的作用（ ）
A 适于低温下催化 B 具有高效性
C 具有专一性 D 需要适宜的温度
10、下列叙述不正确的是（ ）
A 酶的主要作用是降低反应所需的活化能
B 酶以相同的能量能使更多的分子活化，从而加速反应的进行
C 酶加速反应的进行，使给反应物提供能量
D 酶同无机催化剂相比，降低活化能的能力显著
D
C
11、蛋白酶使蛋白质水解为多肽，但不能使多肽水解为氨基酸，这说明酶有（ ）
A 高效性 B 专一性
C 多样性 D 稳定性
B

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