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5.1 降低化学反应活化能的酶（第1课时）
任课教师：陈思熹
细胞质基质当中能进行多种化学反应，是 的主要场所。
温故知新
细胞代谢
Q1:什么是细胞代谢？　　　　　　　　
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。　　　　　　　　
叶绿体：
核糖体：
线粒体：
CO2+H2O 有机物+O2
光能
氨基酸 多肽（蛋白质）
脱水缩合
Q1:什么是细胞代谢？（你能举出什么例子吗？）　　　　　　　　
有机物+O2 CO2+H2O+能量
一般的化学反应，都有怎样的反应条件呢？　　　　　　　　
活跃状态
活化能
一、酶的作用
常态
终态
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。　　　　　　　　
叶绿体：
核糖体：
线粒体：
CO2+H2O 有机物+O2
光能
氨基酸 多肽（蛋白质）
脱水缩合
酶
酶
酶
Q1:什么是细胞代谢？（你能举出什么例子吗？）　　　　　　　　
有机物+O2 CO2+H2O+能量
常温
常压
这些反应与一般的化学反应，条件有何不同呢？　　　　　　　　
2 H2O2 2 H2O + O2
常温或加热或Fe3+或过氧化氢酶
实验原理
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。
【实验探究】比较过氧化氢在不同条件下的分解
过氧化氢在常温或加热或Fe3+催化或过氧化氢酶催化条件下都可分解成水和氧气。
实验材料
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液、
新鲜的质量分数为20%肝脏研磨液、
质量分数为3.5%FeCl3溶液；
量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯、试管夹、三脚架、石棉网、温度计；
一、酶的作用
分组编号 取4支洁净的试管，分别编号 1 2 3 4
第一步 （共性处理） 第二步 （个性处理）
实验结果 （观察并记录结果） （检测指标）
实验步骤及实验结果
每支试管加 。
2ml 过氧化氢溶液
比较过氧化氢在不同条件下的分解
2 H2O2 2 H2O + O2
常温或加热或Fe3+或过氧化氢酶
实验原理
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。
【实验探究】比较过氧化氢在不同条件下的分解
过氧化氢在常温或加热或Fe3+催化或过氧化氢酶催化条件下都可分解成水和氧气。
实验材料
新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液、
新鲜的质量分数为20%肝脏研磨液、
质量分数为3.5%FeCl3溶液；
量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯、试管夹、三脚架、石棉网、温度计；
一、酶的作用
分组编号 取4支洁净的试管，分别编号 1 2 3 4
第一步 （共性处理） 第二步 （个性处理）
实验结果 （观察并记录结果） （检测指标）
实验步骤及实验结果
每支试管加 。
常温
90℃水浴加热
滴入2 滴FeCl3溶液
滴入2滴 肝脏研磨液
2ml 过氧化氢溶液
比较过氧化氢在不同条件下的分解
滴入4滴 肝脏研磨液
分组编号 取4支洁净的试管，分别编号 1 2 3 4
第一步 （共性处理） 第二步 （个性处理）
实验结果 （观察并记录结果） （检测指标）
实验步骤及实验结果
每支试管加 。
常温
90℃水浴加热
滴入2 滴FeCl3溶液
滴入2滴 肝脏研磨液
无明显现象
出现
少量气泡
2ml 过氧化氢溶液
比较过氧化氢在不同条件下的分解
分组编号 取4支洁净的试管，分别编号 1 2 3 4
第一步 （共性处理） 第二步 （个性处理）
实验结果 （观察并记录结果） （检测指标）
实验步骤及实验结果
每支试管加 。
常温
90℃水浴加热
滴入2 滴FeCl3溶液
滴入2滴 肝脏研磨液
无明显现象
出现
少量气泡
出现
较多气泡
出现
很多气泡
2ml 过氧化氢溶液
比较过氧化氢在不同条件下的分解
3）1号试管和4号试管相比，不同的条件是 ，
4）3号试管和4号试管相比，不同的条件是 ，
1）1号试管和2号试管相比，不同的条件是 ，
2）1号试管和3号试管相比，不同的条件是 ，
实验分析
加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率
Fe3+能加快过氧化氢分解的速率
过氧化氢酶比Fe3+的催化效率更高
过氧化氢酶能加快过氧化氢分解的速率
说明什么？
温度
说明什么？
说明什么？
说明什么？
是否加FeCl3
是否加H2O2酶
催化剂的类型
1
2
3
4
实验结论：过氧化氢在不同条件（常温、加热、Fe3+、过氧化氢酶）的分解速率不同；加热、Fe3+和过氧化氢酶都能促进过氧化氢的分解，提高反应速率，过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。
【思考】1号试管的作用？
作为空白对照
【科学方法】控制变量和设计对照实验
变量：实验过程中的变化因素
自变量：
因变量：
无关变量：
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
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；
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。
对照组：
实验组：
未经实验因素处理的一组
经实验因素处理的人为改变条件的一组
1.对照原则:对照实验一般要设置对照组和实验组。(对照实验主要有空白对照、自身对照、相互对照、条件对照四种类型)
2.单一变量原则:在对照实验中,除了自变量外，其它变量如实验材料、实验器具、实验试剂（包括种类、成分、浓度、体积等）要相同，环境条件（如温度、光照、pH等）等要相同且适宜。
3.平行重复原则:
4.科学性原则；5.可操作性原则。
设计对照实验的基本原则
排除无关变量的影响，让实验结果更具说服力
使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜，以确保实验变量的唯一性
排除实验中偶然因素产生的误差对实验结果的影响
【进一步探讨】
1）与1号试管相比，2号试管加热后过氧化氢能加快分解，加热为什么能加快化学反应？
2）FeCl3中Fe3+和肝脏研磨液的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的原因与2号试管的相同吗？
加热使反应加快的本质：加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
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要的能量
H2O2 (常态) H2O2(活跃状态)
能量
加热
活化能
比较过氧化氢在不同条件下的分解
20摄氏度测得过氧化氢分解的活化能
条件
活化能
kj/mol
没有催化剂催化
无机催化剂催化
过氧化氢酶催化
75
54
29
加热为过氧化氢分子提供能量
H2O2酶显著降低化学反应的活化能
Fe3+降低化学反应的活化能
一、酶的作用
催化剂催化作用的原理是降低化学反应活化能；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。
化学反应的发生，在体外可能通过加热或使用无机催化剂，在体内或细胞内需要通过酶的催化；由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。
a
b
c
d
反应过程
能量
初态
（反应物）
终态
（产物）
活跃状态
①
②
③
ac________________。
②
①
_____________
_____________
③
_________
ab 。
bc 。
酶的作用原理
一、酶的作用
b
a
c
d
反应过程
能量
初态
（反应物）
终态
（产物）
活跃状态
①
②
③
ac____________________________________。
②
①
酶降低的活化能
无催化剂条件下，反应所
需要的活化能
无催化剂
无机催化剂
③
酶
ab 。
酶的作用原理
酶催化时，反应的活化能
bc 。
一、酶的作用
酶(Enzyme, E)与底物(Substrare, S)结合形成酶-底物复合物，然后发生反应，产生产物（Product，P） 。
有酶参与催化的反应称之为酶促反应
E+S
ES
E+P
（教材P85 ）
酶促反应：
二、酶的本质
阅读课本79-80页“资料分析”
找出每一位科学家的研究背景、过程、结论及贡献
完成教材P80“拓展2”
巴斯德和李比希的观点分别是什么？有什么局限性？
探索酶的本质
三、 酶的本质
1、关于酶本质的探索过程
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德(微生物学家）
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
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
毕希纳
萨姆纳
李比希（化学家）
切赫、奥特曼
二、酶的本质
巴斯德和李比希的观点分别是什么？有什么局限性？
巴斯德和李比希的争论对后人研究酶的本质有何意义？
毕希纳是如何终结上述争论的？他的实验结论是什么？
探索酶的本质
三、 酶的本质
1、关于酶本质的探索过程
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德(微生物学家）
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
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
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
李比希（化学家）
切赫、奥特曼
二、酶的本质
脲酶是蛋白质
巴斯德和李比希的观点分别是什么？有什么局限性？
巴斯德和李比希的争论对后人研究酶的本质有何意义？
毕希纳是如何终结上述争论的？他的实验结论是什么？
萨姆纳成功揭示脲酶的化学本质靠的是什么样的精神？
探索酶的本质
三、 酶的本质
1、关于酶本质的探索过程
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德(微生物学家）
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
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
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
脲酶是蛋白质
李比希（化学家）
切赫、奥特曼
少数RNA也具有生物催化功能
一、酶的本质
巴斯德和李比希的观点分别是什么？有什么局限性？
巴斯德和李比希的争论对后人研究酶的本质有何意义？
毕希纳是如何终结上述争论的？他的实验结论是什么？
萨姆纳成功揭示脲酶的化学本质靠的是什么样的精神？
20世纪80年代，科学家发现少数RNA也具有催化功能！
探索酶的本质
三、 酶的本质
1、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，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA。（教材P81，黑体字）
来源
酶的概念
化学本质
功能
①酶只有一个作用：催化作用，不具有传递信息、调节的作用。
②有些酶在细胞内发挥作用，有些酶在细胞外发挥作用(如：消化酶)。
酶也可以在体外发挥作用(如：加酶洗衣粉中的酶)
③酶的基本单位是氨基酸或核糖核苷酸。
化学本质 绝大多数是_______ 少数是___ _
元素组成
合成原料
合成场所
来源 一般来说，活细胞都能产生 作用场所 RNA
蛋白质
核糖核苷酸
氨基酸
核糖体
细胞核
细胞内、外及生物体外均能发挥作用
C、H、O、N、(S)
C、H、O、N、P
二、酶的本质
1773年，意大利科学家斯帕兰礼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。
讨论：
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
问题探讨
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
化学物质将其分解
收集胃内化学物质，进行体外实验
1 酶在反应中的作用
酶是一种生物催化剂；
酶显著降低了化学反应的活化能。
3 学习设计对照实验
学会确定自变量，控制无关变量，观察和检测因变量；
学会设置对照组，明确对照组在实验中的意义。
小 结
2 酶的化学本质
绝大多数酶是蛋白质，还有少量的RNA。
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德
李比希
毕希纳
萨姆纳
其他科学家
切赫和奥特曼
发酵与死细胞中的物质有关
发酵与活细胞有关
死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵
脲酶是蛋白质
胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质
少数酶是RNA
科学在争论中前进，
在不断探索中发展。
小结
即时训练
1、下图中的鲜肝匀浆与H2O2接触后,产生的现象及推测错误的是(　　)。
A.若迅速产生大量气体,可推测鲜肝匀浆中含有过氧化氢酶
B.若增加鲜肝匀浆的量,量筒中产生气体的速率将加快
C.一段时间后气体量不再增加是因为鲜肝匀浆量有限
D.为保证实验的严谨性,需要控制温度等无关变量
C
2、下图中,①表示有酶催化的反应曲线,②表示没有酶催化的反应曲线,E表示酶降低的活化能,下列图解正确的是(　　)。
B
即时训练
3、下图中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质A在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列相关叙述正确的是(　　)。
A.a+b表示在无催化剂的条件下,物质A生成物质P
需要的活化能
B.若将酶改为无机催化剂催化该反应,则a的高度将降低
C.若仅增加反应物A的量,则图中曲线的原有形状均发生改变
D.若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线,改变酶促条件后,a的高度将降低
A
即时训练
4、用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质,处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是(　　)。
A.蛋白酶　 　B.氨基酸 　
C.RNA　 D.DNA
C
即时训练
5、科学家证实:RNaseP酶由蛋白质和RNA组成,将这种酶中的蛋白质和RNA分开,在适宜条件下,RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性,而蛋白质不具有。这一结果表明(　　)。
A.酶都是由蛋白质和RNA组成的
B.RNA具有催化作用
C.酶的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸
D.绝大多数酶是蛋白质,少数是RNA
B
即时训练
6、在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,加热和加入催化剂都能够促进过氧化氢分解,下列相关叙述正确的是(　　)。　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.加热和加入催化剂的基本原理是不同的
B.加热和加入催化剂都可以使过氧化氢分子的能量提高
C.加热和加入催化剂都可以降低过氧化氢分子的活化能
D.酶和Fe3+的作用原理是不同的
A
即时训练
7、下图为发生在哺乳动物消化道内的某项化学反应的示意图,图中的甲最可能表示(　　)。
A.麦芽糖 B.麦芽糖酶 C.蛋白酶 D.蔗糖酶
D
即时训练
讨论：
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？
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？
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。李比希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。
巴斯德是微生物学家，特别强调生物体和细胞的作用；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。
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。你认为他取得的成功靠的什么样的精神品质？
5.请给酶下一个比较完整的定义。
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。
萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
　 参考下一页　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
什么是酶？
催化作用
活细胞
有机物
酶是 产生的具有 的 ，其中绝大多数酶是蛋白质，少数的酶是RNA。
根据教材内容，酶大体可分为下述几类：
按作用部位分：
（1）胞内酶：在细胞内起作用。如呼吸酶、光合酶等
（2）胞外酶：合成分泌到细胞外起作用。如各种消化酶。
按功能分：
（1）合成酶：在物质合成时起作用。如DNA聚合酶。
（2）水解酶：催化物质水解。

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