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第2节
酶催化细胞的化学反应
第四章 细胞的代谢
消化道中的唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶是大家比较熟悉的酶。
酶具有怎样的
结构特点？
在细胞的生命活动中酶起什么作用？
思考：细胞如何清除过氧化氢？
细胞代谢活动中会产生过氧化氢，若未能及时清除，便会损伤细胞。
过氧化氢是生活中
常见的消毒剂
2H2O2 2H2O + O2
90℃下分解
通常条件下
极缓慢分解
在无机催化剂催化下分解
以MnO2为催化剂
以FeCl3为催化剂
思考：细胞如何清除过氧化氢？
细胞合成“生物催化剂”加速过氧化氢分解。
H2O2 + 马铃薯块
H2O2 + 酵母菌悬液
H2O2 + 猪肝匀浆
思考：细胞如何清除过氧化氢？
1．酶是生物催化剂
H2O2分解的反应式如下：
从反应式中可以看到，
酶既不是反应物，
也不是产物，
而是起催化剂的作用。
在反应中，酶可以重复使用，反应物称为酶的底物。
2H2O2 2H2O + O2
酶是生物催化剂——科学史
巴斯德 李比希
科学家将生物体内催化化学反应的物质命名为“酶” (enzyme)
巴斯德：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；
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；
酶是生物催化剂——科学史
首次制得了酶的晶体，证明其成分为蛋白质。
萨姆纳
数年后，得到过氧化氢酶晶体，证明其成分为蛋白质。
发现具有催化功能的RNA。
切赫
奥特曼
酶促反应
生物体内绝大多数化学反应是在酶作为催化剂的条件下完成的，称为酶促反应。
酶与无机催化剂相比，谁的催化效率更高？
一种酶可以催化多少种化学反应？
酶是否具备催化剂的通性？
1．酶是生物催化剂
取 3 支试管，分别标记为 A、B、C。加入试剂和材料，并用封口膜盖住试管口。观察各试管内气泡产生情况。然后，用带火星的线香插入各试管内测试火光亮度变化，并将实验结果记录在表中。
1．酶是生物催化剂
实验需要观察、记录的现象(因变量)是什么？
实验中要控制哪些无关变量以确保单一变量原则？
试管中产生气泡的数量。(用“-”表示无明显现象，用“+”数量表示产生气泡相对量)
各支试管中H2O2浓度相同、三支试管中溶液总体积相同、温度等环境因素相同……
在“观察酶的催化作用”实验中看到，H2O2 在常温下分解缓慢；加入新鲜的动物肝脏匀浆液后，H2O2 迅速分解，释放出 O2，说明肝脏中的过氧化氢酶可以加快反应速率。

资料1：3.5%FeCl3中的Fe3+数约为同体积20%猪肝匀浆中过氧化氢酶分子数的25万倍。
资料2：折算为相同分子数的情况下，每mol过氧化氢酶分子催化效率是每mol Fe3+ 的1.4x108倍。
1．酶是生物催化剂
2．酶的特性
酶的高效性
酶的催化效率远高于无机催化剂。
旺盛的生命活动需要快速的化学反应作为基本保障。
例如，单个过氧化氢酶分子在1s内可以催化四千万个过氧化氢分子分解。
2．酶的特性
酶具有专一性
细胞中已知的酶有数千种，每一种酶通常只催化一种或一类化学反应（专一性）。
例如，催化黑色素合成的酶一旦缺乏或功能减退，就可能会引起白化病。
3．酶的功能与其分子结构相关
思考：酶的命名规律
唾液
淀粉
胃
蛋白
酶
胰
脂肪
酶
DNA
连接
酶
乙醇
脱氢
酶
ATP
合成
酶
来源
催化底物
反应类型
酶
酶的命名：习惯上根据酶的底物或所催化的反应来命名。
例如，胰蛋白酶是胰腺产生的催化蛋白质水解的酶，DNA聚合酶是催化DNA合成的酶。
酶的活性中心
3．酶的功能与其分子结构相关
有一些物质会对酶产生抑制作用，引起酶的活性降低或丧失，这类物质统称为酶抑制剂。
常见的抑制形式有：
①抑制剂与底物竞争酶的活性中心，减少底物与酶的有效结合；
②抑制剂与酶的其他部位结合，改变了酶的空间结构，使酶的活性中心不能与底物有效结合。
广角镜
4．酶活性受环境因素影响
影响酶活性的因素
温度
pH
1 2 3
3％可溶性淀粉 2ml 2ml 2ml
温度
唾液淀粉酶
碘液
颜色
结论
冰水中
37℃水浴
60 ℃水浴
放置2min
1ml
1ml
1ml
1滴
1滴
1滴
摇匀混合，放置反应30min
变蓝
变蓝
不变蓝
唾液淀粉酶在37 ℃中活性最强
自变量
因变量
4．酶活性受环境因素影响——温度
1 2 3
肝脏研磨液 1ml 1ml 1ml
pH
3％过氧化氢 溶液
结果
结论
蒸馏水1mL
NaOH 1mL
HCL 1mL
2ml
2ml
2ml
摇匀混合，放置在室温下反应5min
有较多气泡
不明显
不明显
过氧化氢酶在中性条件中活性最强
自变量
因变量
4．酶活性受环境因素影响——PH
酶促反应速率
温度过高会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活
影响酶活性的因素
温度
pH

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