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第1节 降低化学反应活化能的酶（一）
第5章 细胞的能量的供应和利用
【问题探讨】
1773年，意大利科学家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。
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)，排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学消化。
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。
食物在胃中的消化靠的是胃液中的某种物质（斯帕兰札尼）
？
胃液中有大量盐酸，推测盐酸使食物分解（科学家）
胃腺分泌物中有一种物质和盐酸混合后吧，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）
物质和能量
能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
细胞代谢离不开酶
细胞代谢：
（脱水缩合、光合作用、细胞呼吸等）
？
细胞内有机化学反应的特点
反应缓慢
反应过程复杂
对反应条件要求高
常见有机化学反应的条件
剧烈条件
细胞内外的环境
温和
常温
常压
水溶液环境
pH接近中性
在细胞较为温和的环境中，各种生化反应如何高效有序的进行呢？
2H2O2
2H2O + O2↑
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。
资料
加热、强酸、强碱、 加催化剂（如Fecl3)
细胞中含有过氧化氢酶
过氧化氢在体外分解需要什么条件？
细胞内的过氧化氢又是怎样被快速分解的呢？
下面我们就以过氧化氢在不同条件下的分解为例，探究酶的作用
一、酶在细胞代谢中的作用
1.探究·实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
①实验原理
细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢，细胞中有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解为氧气和水。新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。
2H2O2
2H2O + O2 ↑
不同条件
②实验目的
通过比较过氧化氢在不同条件下的分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。
1.常温 2.加热
3.加FeCl3
4.加过氧化氢酶.
试管编号 1 2 3 4
一 H2O2 浓度
二
2d 2d
实验现象 气泡产生
卫生香
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
鲜肝研磨液
反应条件
实验步骤
2d清水
2d清水
>>
常温
温度
催化剂不同
催化剂的有无
注
① 等量原则
② 确定观察指标
Fe3+做催化剂
过氧化氢酶
1
2
3
4
3
4
酶具有催化作用，与无极催化剂相比，其催化效率更高
实验现象
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号试管气泡多，加热能促进H2O2的分解，提高反应速率
2.3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？
Fe3+ 和过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率
3.3号试管和4号试管相比，哪只试管反应快，这说明了什么？
过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多
5.为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？
细胞内每时每刻都在进行着许多化学反应，这些化学反应需要在常温常压下高效率的进行，只有酶能满足这样的要求
一、酶在细胞代谢中的作用
小组合作讨论(P77)
4.2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多？
一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同。
请思考：
通过刚才的探究实验，同学们有没有发现生物学实验设计中特别需要注意的一些因素呢？
控制变量和设计对照试验
自变量：实验中 的对实验对象进行处理的因素
因变量：因 改变而变化的变量
无关变量：除自变量外，实验过程中可能还会存在一些对 造
成影响的可变因素
人为控制
自变量
1.变量:实验过程中变化的因素
控制变量与设计对照实验
实验结果
一、酶在细胞代谢中的作用
单一变量原则：实验设计时只有一个自变量，且无关变量在对照组和实验组中均要保持相同且适宜。
试管编号 1 2 3 4
实验处理 无 90℃水浴加热 2滴FeCl3 2滴肝匀浆
H2O2溶液（3%） 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL
检测指标 1. 气泡冒出情况2. 卫生香复燃情况 除作为自变量的因素外，其余无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验。(一般要设置对照组和实验组)
对照组
实验组
空白对照
空白对照：
自身对照：
相互对照：
对照组不施加任何处理因素
对照组与实验组在同一受试对象上进行
几种处理（或水平）互为对照
该实验的对照组和实验组分别是什么？
2.对照实验：
控制变量与设计对照实验
一、酶在细胞代谢中的作用
说明
结论 自变量
因变量
2号
1号
3号
4号
对照组
实 验 组
2mL 过氧化氢溶液
常温
90℃水浴
2滴FeCl3溶液
2滴肝脏研磨液
不明显
少量
较多
大量
变亮
复燃
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样
注
对照原则
① 等量原则
② 确定观察指标
③对照实验中的自变量应具有单一性，即遵循单一变量原则，只有这样才能保证实验结果的正确性，增强实验结论的说服力。
气泡产生
卫生香复燃
分 组 编 号
相 同 处 理
不 同 处 理
不复燃
不复燃
无关变量
一、酶在细胞代谢中的作用
空白对照
，。
为什么？
加热
FeCl3
酶
什么是活化能
酶的作用原理是什么
酶的这一特点对于细胞代谢有何意义？
一、酶在细胞代谢中的作用
加热能促进过氧化氢分解
加热使过氧化氢分子得到了能量，从常态便会容易分解的活跃状态
Fe3+能促进过氧化氢分解
降低了过氧化氢分解的活化能
过氧化氢酶能促进过氧化氢分解
降低了过氧化氢分解的活化能
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
正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速有序进行
酶的作用原理
一、酶在细胞代谢中的作用
酶的作用意义
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 。
酶催化时所需的活化能
bc 。
一、酶在细胞代谢中的作用
酶能够在细胞内温和环境中催化各种生化反应，酶是一种什么样的物质呢？
图中①表示：
图中②表示：
图中④表示：
无催化剂时化学反应所需的活化能。
无机催化剂催化时化学反应所需的活化能。
酶催化时化学反应所需的活化能。
图中③表示：
图中⑤表示：
无机催化剂降低的活化能
酶降低的活化能
19 世纪以前，人们还不知道酶为何物。19世纪以后，随着对酿酒中发酵过程的深入研究，科学家才逐渐揭开了酶的“面纱”
酶到底是什么物质呢
阅读课本81-82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
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？
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！
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
酶是蛋白质
少数的RNA具有催化作用
萨姆纳
切赫和奥特曼
教材P81～P82
二、酶的本质
巴斯德之前
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的某些物质在起作用
李比希
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？
讨论
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才能发挥作用，是不正确的。
二、酶的本质
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？
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。
二、酶的本质
讨论
3.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？
4.请给酶下一个比较完整的定义。
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。
酶是活细胞产生的具有催化活性的有机物。
二、酶的本质
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
容易被高温、强酸、强碱等破坏
所有的活细胞都能产生酶吗？
哺成红
X
二、酶的本质
1.来源：
活细胞
2.本质：
绝大多数是蛋白质少数可为RNA
3.作用部位：
细胞内、外、体外
4.定义：
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 作用原理 RNA
蛋白质
核糖核苷酸
氨基酸
核糖体
细胞核（真核生物）
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
显著降低化学反应的活化能
二、酶的本质
判断下列说法是否正确。
①只有具有分泌功能的细胞才能产生酶
②人体细胞中的酶有的是从食物中获得，有的细胞合成的
③一般情况下，活细胞都能产生酶
④绝大多数酶是蛋白质
⑤酶在催化过程中不断被消耗
⑥酶只能在细胞内发挥作用
⑦酶在新陈代谢和生殖发育中起调控作用
⑧酶只是起催化作用
⑨酶都是在核糖体上合成的
×
√
×
√
×
×
×
√
×
设计实验，探究某种酶的化学本质
某种酶 + 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
某种酶 + 双缩脲试剂
出现紫色→该酶是蛋白质
不出现紫色→该酶是RNA
方案1
方案2
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
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
D
二、拓展应用
1.在本节“探究·实践”中，有同学在原有实验的基础上增加了5号和6号试管，向其中分别加入2mL过氧化氢溶液后，再向5号试管内加入2滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸馏水。这样做的目的是什么？
本小节“探究·实践”涉及的自变量并非只有 个,而是包括温度和催化剂两个变量,1号试管中仅放置了过氧化氢溶液,可以起到对照作用。2号试管与 1 号试管的区别在于温度,3号试管和4号试管与 1 号试管的区别在于多了催化剂 3号试管与 4号试管之间也可以起相互对照作用。加入 2 滴煮沸过的肝脏研磨液的 5号试管,可以与加入新鲜的肝脏研磨液的 4号试管做对照;同理,加入 2 滴蒸馏水的 6 号试管可以作为 3 号试管和 4 号试管的对照组。
2.仔细阅读本节的“思考·讨论”，通过完成下面的图解，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻辑关系；写一篇短文，谈谈对科学发展过程的认识。
巴斯德之前
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
发酵是纯化学反应，与生命活动无关。
巴斯德
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。
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
酶是蛋白质
3.给你一份某种酶的结晶，你能设计实验检测它是不是蛋白质吗 请简略写出实验步骤。想一想，在萨姆纳之前，为什么很难鉴定酶的本质
可用第2章中学过的检测蛋白质的方法。在萨姆纳之前,之所以很难鉴定酶的本质,主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。

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