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第5章 细胞的能量供应和利用
第一节 降低化学反应活化能的酶
1.酶的作用和本质
1773年，意大利科学家斯帕兰札尼（L. Spallanzani，1729—1799）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．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？
便于取出实验材料（肉块），排出物理性消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学性消化。
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。
1773年，意大利科学家斯帕兰札尼：
科学家发现：
1835年，德国科学家施旺：
食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质
胃液中含有大量盐酸，推测盐酸是使食物分解的物质
胃腺分泌物中有一种物质，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
1.概念：
2.主要场所:
3.实质:
4.特点:
5.意义:
细胞质基质
细胞内各种化学反应
一般伴随着能量的释放、储存和利用
细胞代谢是细胞生命活动的基础
细胞代谢：
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢
一般都需要酶催化
反应条件温和
资料
2H2O2
2H2O + O2↑
1.过氧化氢在体外分解需要什么条件？
细胞代谢是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，体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄，毛发（包括头发）变白，会加速人体衰老。
加热、强酸、强碱、 加催化剂（如Fecl3)等
2.细胞内的过氧化氢又是怎样被快速分解的呢？
细胞中含有过氧化氢酶
在化学反应里能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质叫做催化剂。
过氧化氢酶
1
比较过氧化氢在不同条件下的分解
比较H2O2在不同条件下的分解
2H2O2 2H2O + O2
反应条件
【实验原理】
加热是化学反应的常见条件
Fe3+是无机催化剂
新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶
如何判断过氧化氢的分解情况？
观察相同时间内产生气泡的多少或带火星的卫生香的复燃情况
【材料用具】
新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液
质量分数为3.5%的FeCl3溶液
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液
加热工具、温度计等
步骤 试管编号 1 2 3 4
第一步 H2O2 浓度
剂量
第二步
剂量
观察指标
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
鲜肝研磨液
2滴清水
2滴清水
2滴
2滴
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
复燃
迅速复燃
反应条件
气泡产生
点燃的卫生香
Fe3+做催化剂
过氧化氢酶
分析哪些组可以形成对照？
实验结论是什么？
1号与2号：
4支试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多，为什么？
最终产生的氧气一样多，因为几支试管的过氧化氢溶液的体积和浓度都相同。
1号与4号：
1号与3号、4号（3号与4号）：
加热能促进过氧化氢的分解
过氧化氢酶具有催化作用
与无机催化剂相比，酶的催化效率更高
实验结论：
加热能促进过氧化氢的分解
Fe3+和过氧化氢酶具有催化作用
与无机催化剂相比，酶的催化效率更高
时间
O2的产生量
4号
3号
2号
1号
画出4支试管种O2的产生量随时间的变化
2
酶在代谢中的作用
1.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要的能量。
为分子提供了能量
加热：
Fe3+：
酶：
降低化学反应活化能
2.不同条件下反应加快的本质？
降低化学反应活化能
降低更多
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
①
②
③
H2O2
H2O＋1/2O2
⑤
④
反应过程
能量
无机催化剂催化反应的活化能
①
化学反应的活化能
②
无机催化剂降低的活化能
③
④
⑤
酶催化反应的活化能
酶降低的活化能
a
b
c
时间
产物浓度
加酶
不加催化剂
加无机催化剂
1.可加快化学反应速率
5.与无机催化剂相比，酶的催化效率更高
3.不改变化学反应的平衡点，只能缩短达到平衡点所需的时间
4.反应前后数量和性质不变
2.只能催化已存在的化学反应
催化剂的特点：
3
控制变量和设计对照实验
控制变量和设计对照实验
变量：
自变量：
因变量：
试管编号 1 2 3 4
H2O2溶液（3%） 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL
实验条件
观察指标 常温
90℃水浴加热
2滴
FeCl3
2滴
鲜肝研磨液
1. 气泡冒出情况
2. 卫生香复燃情况
自变量
因变量
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
因自变量改变而变化的变量
实验中存在的其他一些会对实验结果造成影响的可变因素
无关变量有哪些？
对照实验：
试管编号 1 2 3 4
H2O2溶液（3%） 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL
实验条件
观察指标 常温
90℃水浴加热
2滴
FeCl3
2滴
肝匀浆
1. 气泡冒出情况
2. 卫生香复燃情况
对照组
实验组
空白对照：
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。
什么是单一变量原则？
未做任何处理的对照组
对照的类型：
空白对照、自身对照、相互对照(对比)、条件对照、标准对照、阳性对照、阴性对照
空白对照 不给对照组做任何实验处理，这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给予空白。
1号试管即为空白对照
自身对照 对照组和实验组都在同一研究对象上进行。不另设对照组。(不同处理的前后对照)
紫色洋葱鳞片叶外表皮
滴加3%的蔗糖溶液，低倍镜观察
滴加清水后，低倍镜观察
→
→
制成装片，
低倍镜观察
→
相互对照 不另设对照组，而是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。
2、3、4为
相互对照。
对照实验的目的是排除无关变量的干扰，从而确定自变量与因变量的关系。
自变量
因变量
无关变量
(相同且适宜)
(控制)
(检测)
一般步骤：
第一步：取材分组编号，统一处理；
第二步：分组处理自变量
第三步：一段时间后，检测因变量
根据实验目的和器材，分析实验的自变量，找出主要的无关变量，明确因变量的检测方法。
对照实验设计的一般步骤
4
酶的本质
巴斯德之前
萨姆纳
巴斯德
李比希
毕希纳
切赫和奥特尔曼
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
引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质,且只在酵母菌死亡裂解后才发挥作用
活细胞粉碎后所得物质（酿酶）的作用和活的酵母细胞一样
证明脲酶是蛋白质
证明少量RNA也具有生物催化功能
探索过程
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？
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。
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（少数是RNA）
降低化学反应活化能
细胞内、细胞外、体内、体外
酶的概念：
作用场所：
本质
作用机理：
作用
产生场所
所有活细胞？
氨基酸或核糖核苷酸
合成原料：
特性：
高效性、专一性、作用条件温和
意义：
细胞代谢在温和条件下快速有序地进行
判断题
1. 脲酶能在丙酮中结晶析出，溶于水后分解尿素 （　　）
2. 低温下，酶的活性丧失 （　　）
3. 酶是活细胞产生的，在细胞内外都能起作用 （　　）
4. 酶的催化作用完成后，就失去活性 （　　）
√
×
√
×
判断题
（1）酶的作用是为化学反应提供能量
（2）所有的酶都是在核糖体上合成的
（3）酶起催化作用后立即被降解
（4）无关变量是对实验没有影响的变量
（5）凡是活细胞都能产生酶
（6）分解胃蛋白酶的酶是蛋白酶
（7）酶是细胞代谢所必需的
×
×
×
×
×
√
√
(2023·辽宁朝阳高一期末)如图所示为“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，下列叙述正确的是
A.加FeCl3溶液的试管产生的气泡最多
B.肝脏研磨液使过氧化氢分解最快，是因为其浓度高于3.5%的FeCl3溶液的浓度
C.本实验中加入FeCl3组和加入肝脏研磨液组的作用机理不同
D.该实验的1号试管常温处理，是作为对照组，排除无关变量的干扰
√
下列有关酶的发现过程的叙述,错误的是( )
A.斯帕兰札尼做了—个巧妙的实验,发现了化学消化
B.巴斯德和李比希的观点既有积极意义,又有其局限性
C.毕希纳认为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
D.萨姆纳认为酶多数是蛋白质,少数是RNA
D
酶化学本质的实验验证
某科研小组经研究得知X酶存在于人的肝细胞中，能将糖原分解为还原糖。酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，请利用这一原理设计实验，探究X酶的化学本质究竟是蛋白质还是RNA。简要写出实验思路，并预期实验结果及结论(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)。
X酶 + 蛋白酶
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
1.酶解法
甲酶：核酶，化学本质为RNA
乙酶：化学本质为蛋白质
用RNA酶处理甲酶和乙酶，测定该酶的活性，与本实验进行相互对照。
2.试剂检测法
从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。因此可利用双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反应原理。
标准蛋白质样液
待测酶液
标准RNA样液
双缩脲试剂
吡罗红染液
紫色反应
红色反应
该酶是蛋白质
该酶是RNA
第5章 细胞的能量供应和利用
第一节 降低化学反应活化能的酶
2.酶的特性
1
酶具有高效性
1.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。
2.酶的催化效率一般是无机催化剂的107 ～1013倍。
3.无机催化剂催化的化学反应的范围比较广。
比如酸
既能催化蛋白质的水解，
也能催化脂肪水解，
还能催化淀粉的水解。
酶也能催化多种化学反应吗？
2
酶具有专一性
探究 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉和蔗糖都是非还原糖。
淀粉和蔗糖在酶的作用下都能水解成还原糖。
通过斐林试剂鉴定溶液中是否有还原糖，确定酶是否只能催化特定的化学反应。
【1.实验原理】
淀粉 麦芽糖
淀粉酶
蔗糖 葡萄糖 + 果糖
蔗糖酶
能用碘液检测吗？
底物
反应可称为：酶促反应
2.【实验目的】
探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
3.【实验材料】
质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液
质量分数为3%的可溶性淀粉溶液
斐林试剂等
质量分数为3%的可溶性蔗糖溶液
4.【实验思路】
探究同种酶能否催化不同底物的水解
步骤 项目 试管1 试管2
1 注入可溶性淀粉溶液
2 注入蔗糖溶液
3 注入新鲜的淀粉酶溶液
4 水浴加热 5 加入斐林试剂 6 保持1min 7 观察颜色变化 2mL
—
—
2mL
2mL
2mL
60℃，保温5min
出现砖红色沉淀
未出现砖红色沉淀
结论：淀粉酶能催化淀粉水解，不能催化蔗糖的水解，具有专一性
5.【实验步骤】
混合均匀
沸水浴
概念：
每一种酶只能催化一种或一类化学反应
意义：
酶具有专一性
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行
反应过程：
酶
底物
酶-底物复合物
产物
a.锁钥学说
b.诱导契合学说
探究酶的专一性，还有其他设计思路吗？
探究同种酶能否催化不同底物的水解
探究不同种类的酶能否催化同种底物的水解
步骤 项目 1 2 3 4 5 6
1 加淀粉溶液 2mL 2mL 2mL
2 加蔗糖溶液 2mL 2mL 2mL
3 加淀粉酶 1mL 1mL
4 加蔗糖酶 1mL 1mL
5 保温 各自在60℃下保温5min 6 加斐林试剂 各加入2mL斐林试剂 7 沸水浴加热
观察颜色 8 沸水浴1min
无砖
红色
无砖
红色
有砖
红色
无砖
红色
无砖
红色
有砖
红色
酶的种类 作用
淀粉酶 催化淀粉水解成麦芽糖
麦芽糖酶 催化麦芽糖水解成葡萄糖
脂肪酶 催化脂肪水解成甘油和脂肪酸
蛋白酶 催化蛋白质水解成多肽或氨基酸
肽酶 催化多肽水解成氨基酸
过氧化氢酶 催化过氧化氢分解为氧气和水
DNA酶 催化DNA水解成脱氧核苷酸
解旋酶 催化DNA的两条链解螺旋
酶浓度
底物的剩余量
底物B
底物A
此酶只能催化底物A的反应
时间
底物的剩余量
底物B
底物A
反应物浓度
反
应
速
率
酶A
酶B或无酶
只有酶A能催化此反应的进行
许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应。
酶起催化作用需要怎样的条件呢？
酶的本质绝大多数是蛋白质，高温、高压、强酸或强碱会使其变性失活
3
酶的作用条件较温和
影响酶活性的条件
1.酶活性：
酶催化特定化学反应的能力
可用一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
如：单位时间单位体积内底物的减少量
单位时间单位体积内产物的产生量
（1）加酶洗衣粉使用温水30-40℃效果最佳，切勿用60 ℃以上的热水
材料：
（2）唾液（淀粉酶）：pH 6.2-7.4
胃液（胃蛋白酶）：pH 0.9-1.5
小肠液（含多种酶）：pH 7.6
1、酶的催化效率可能受温度影响。
2、酶的催化效率可能受pH值的影响，并且不同的酶需要不同的pH 条件。
由材料可以得出
2.提出问题：
温度改变会影响酶活性吗？
PH改变会影响酶活性吗？
3.做出假设：
温度改变会影响酶活性
PH改变会影响酶活性
实验目的：
1.探究温度对酶活性的影响
2.探究pH对酶活性的影响
质量分数为2%的淀粉酶溶液、
质量分数为20%的肝脏研磨液（过氧化氢酶）、
缓冲液（能在加入少量酸或碱时抵抗PH改变的溶液）
质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、
体积分数为3%的过氧化氢溶液、
物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸、
物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液、
4.材料用具：
热水、蒸馏水、冰块、碘液、斐林试剂等
实验目的：
1.探究温度对酶活性的影响
2.探究pH对酶活性的影响
质量分数为2%的淀粉酶溶液、
质量分数为20%的肝脏研磨液（过氧化氢酶）、
缓冲液（能在加入少量酸或碱时抵抗PH改变的溶液）
质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、
体积分数为3%的过氧化氢溶液、
物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸、
物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液、
4.材料用具：
热水、蒸馏水、冰块、碘液、斐林试剂等
实验目的：
1.探究温度对酶活性的影响
2.探究pH对酶活性的影响
1.探究温度对酶活性的影响
【实验原理】
碘液
淀粉酶
淀粉
麦芽糖
碘液
变蓝
不变蓝
温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解。
根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来说明淀粉的剩余量，进而表示酶活性。
操作 1号试管 2号试管 3号试管 4号试管 5号试管 6号试管
0℃ 0℃ 50℃ 50℃ 100℃ 100℃
加淀粉 2mL — 2mL — 2mL —
加淀粉酶 — 2mL — 2mL — 2mL
保温 在各自温度下保温5min 混合 将2号加入1号中 将4号加入3号中 将6号加入5号中 保温 在各自温度下保温5min 加碘液 2滴 2滴 2滴 观察颜色 变蓝
不变蓝
变蓝
缩小温度梯度，重复进行上述实验。进一步探究淀粉酶的最适温度
低温时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定,不会失活，在适宜的温度下酶的活性又可升高
酶制剂常在低温条件下保存
温度过高，空间结构破坏，永久失活
在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过最适温度,酶的催化作用逐渐减弱。最适温度时：酶活性最高。
失活
抑制
2.探究pH对酶活性的影响
【实验原理】
过氧化氢酶
H2O2
H2O + O2
pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量。
根据气泡冒出情况及带火星的卫生香燃烧的情况来说明产生O2的产量，进而表示酶活性。
步骤 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 注入等量过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 注入不同pH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL盐酸 1 mL NaOH
3 注入等量的H2O2溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 观察现象 产生大量气泡 卫生香复燃 产生少量气泡 卫生香不复燃 产生少量气泡
卫生香不复燃
缩小pH梯度，重复进行上述实验。进一步探究过氧化氢酶的最适pH
②pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。
①在最适合的pH下，酶的活性最高
酶制剂常在最适pH下保存。
③在过酸过碱的条件下，都会使酶的空间结构破坏，酶永久失去活性。
失活
失活
酶的特性：
高效性
专一性
作用条件较温和
①有适宜的温度
②有适宜的pH
细胞中的各类化学反应之所以能有序进行,还与酶在细胞中的分布有关。
3
影响酶促反应速率的因素
影响酶促反应速率的因素
1.温度
2.pH
3.底物浓度
4.酶的浓度
5.酶的激活剂或抑制剂
(1)温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。
(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，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复其活性。
(3)底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
注意
1）pH为多少时，酶活性最大？
2）从图中可以得到什么结论？
反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
0
反应物剩余量（相对值）
PH
30℃
33 ℃
37 ℃
35 ℃
反应溶液温度的变化不影响酶作用的最适pH。
1）温度为多少时，酶活性最大？
2）从图中可以得到什么结论？
小结
1、能够促使脂肪酶水解的酶是( )
A.蛋白酶 B.淀粉酶 C.脂肪酶 D.麦芽糖酶
2、每一种酶只能催化一种或一类化学反应，称为酶的( )
A.高效性 B.专一性 C.多样性 D.特异性
3、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。说明酶具有的特性是( )
A. 多样性 B. 专一性 C. 高效性 D. 统一性
C
B
C
4.下列有关酶的实验的叙述，正确的是
A.探究温度和pH对酶活性的影响时，分别选用淀粉和H2O2作为底物
B.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用时，可用碘液检测实验结果
C.用H2O2作底物验证酶的高效性时，通过测定气泡或者氧气释放量可达
到目的
D.探究淀粉酶的最适温度的实验顺序：淀粉＋淀粉酶→置于相应水浴温
度下保温5 min→加入斐林试剂加热→观察溶液颜色变化
√
5.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中，调整pH至2.0，置于37 ℃的水浴锅内。过一段时间后容器内剩余的物质是
A.唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水
B.唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽
C.唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水
D.淀粉、胃蛋白酶、多肽、水
√
6、图中甲是过氧化氢酶活性受pH影响的曲线，图乙表示在最适温度下，pH=b时H2O2分解产生的O2量随时间的变化曲线。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下改变正确的是( )
A.pH=a时，e点下移，d点左移
B.pH=c时，e点为0
C.温度降低时，e点不移动，d点右移
D.H2O2量增加时，e点不移动，d点左移
C

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