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生物学（新人教版）
分子与细胞
第五章第1节
降低化学反应活化能的酶
问题探讨
第一节
降低化学反应活化能的酶
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。
讨论：1.为什么要将肉块放在金属笼内？
【答案】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。
2.是什么物质使肉块消失了？
【答案】是胃内的化学物质将肉块分解了。
3.怎样才能证明你的推测？
【答案】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。
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的作用
资料1：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。幸而细胞中含有另一种物质，能将过氧化氢及时分解为氧气和水，这就是过氧化氢酶。
资料2：溶菌酶能溶解细菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用。
资料3：果胶酶能分解果肉细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得清亮。
酶有什么作用？
请利用资料1的信息设计实验来探究酶的作用。
实验原理：
实验目的：
2H2O2 = 2H2O + O2↑
1.过氧化氢在体外分解需要什么条件？
常温、加热、加催化剂（如Fecl3)
2.细胞内的过氧化氢又是怎样被快速分解的呢？
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的作用
新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。
质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。
通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用。
自变量：
因变量：
因变量的检测方法：
对过氧化氢溶液的不同处理
过氧化氢分解速率
①气泡产生的速率 ②卫生香复燃的程度
新鲜的肝脏中酶的活性足够高
试管编号 1 2 3 4
H2O2量 3% 2ml 3% 2ml 3% 2ml 3% 2ml
反应条件
气泡产生
卫生香
几乎无
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
复燃不明显
复燃明显
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的作用
实验记录表：
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
讨论
①与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？
2号试管放出的气泡多。说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
试管编号 1 2 3 4
H2O2量 3% 2ml 3% 2ml 3% 2ml 3% 2ml
反应条件
气泡产生
卫生香
几乎无
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的作用
实验记录表：
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
讨论
②在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
不能。
复燃不明显
复燃明显
试管编号 1 2 3 4
H2O2量 3% 2ml 3% 2ml 3% 2ml 3% 2ml
反应条件
气泡产生
卫生香
几乎无
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的作用
实验记录表：
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
讨论
③3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？
说明FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
复燃不明显
复燃明显
试管编号 1 2 3 4
H2O2量 3% 2ml 3% 2ml 3% 2ml 3% 2ml
反应条件
气泡产生
卫生香
几乎无
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的作用
实验记录表：
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
讨论
④3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？
3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快,这说明什么？
说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多
4号快得多
复燃不明显
复燃明显
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的作用
对照实验小结：
自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素
因变量：因自变量改变而变化的变量
无关变量：除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的可变因素
一般要设置对照组和实验组
举例：一些人听说吃一定数量的老婆饼可以考上好大学，遂进行实验
自变量：
因变量：
无关变量：
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的作用
催化剂加快化学反应速率的机理：
加热能促进过氧化氢分解，是因为加热使过氧化氢分子得到了能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
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称为活化能。
加热：Fe3+：
酶：
为反应物分子提供能量(活化能），使其达到活跃状态
降低化学反应的活化能
更显著地降低化学反应的活化能（作用机理）
想一想：如何表示？
无催化剂曲线：______
酶促反应曲线：______
无酶促反应所需活化能：______
酶促反应所需活化能： ______
酶降低的活化能： ______
曲线B
曲线A
E2
E3—E2
E3
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的作用
催化剂加快化学反应速率的机理：
教材P80+三维设计P75
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的本质
关于酶本质的探索
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？
排除物理性消化干扰
胃内的化学物质
收集胃内的化学物质，看这些物质在体外是否能将肉块分解
研究鹰的消化作用
我国：
西方：
夏禹时代
公元前21世纪
酿酒
饴糖和酱
周代
公元前11世纪
春秋战国时期
2000多年前
用曲治疗消化不良
1773年
斯帕兰扎尼
1810年
盖-吕萨克
1835年
施旺
酵母
糖类→酒精
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的本质
关于酶本质的探索
我国：
西方：
夏禹时代
公元前21世纪
酿酒
饴糖和酱
周代
公元前11世纪
春秋战国时期
2000多年前
用曲治疗消化不良
1773年
斯帕兰扎尼
1810年
盖-吕萨克
1835年
施旺
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大于盐酸的单独作用
------胃蛋白酶
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的本质
关于酶本质的探索
西方：
1773年
斯帕兰扎尼
1810年
盖-吕萨克
1857年
巴斯德VS李比希
1897年
毕希纳
1926年
萨姆纳
（诺奖-化学）
1989年
切赫，奥特曼
（诺奖-化学）
从哪种植物中提取？
溶剂是？
脲酶的作用？
将该物质称为？
酿酶
刀豆种子
丙酮
使尿素分解成氨和二氧化碳
1835年
施旺
酶的来源
酶的作用
酶的本质
合成场所
合成原料
氨基酸或核糖核苷酸
活细胞产生
催化作用
大多数是蛋白质，少数是RNA
有的在核糖体，有的在细胞核或拟核
第1节 降低化学反应活化能的酶-----酶的本质
什么是酶？
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。
三维设计P75素养探究
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~练习与应用~~~~~
一、D D
二、
1.5号试管可以与4号试管作对照，6号试管可以作为3号和4号试管的对照组
2.
二、3.设计实验检测酶是否为蛋白质
(1)实验原理：蛋白质遇双缩脲试剂产生紫色反应
(2)实验方案
对照组：标准蛋白质样液 ＋ 双缩脲试剂 → 产生紫色反应
实验组：未知成分的待测酶液＋双缩脲试剂
产生紫色反应
未产生紫色反应
是蛋白质
不是蛋白质
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~练习与应用~~~~~
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
酶的催化效率一般是无机催化剂的107-1013倍。
（一）酶具有高效性
酶具有高效性的意义：
酶的高效性保证了细胞内化学反应的顺利进行、能量供应的稳定。
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
时间
产物生成量
①
③
④
根据实验“比较过氧化氢在不同条件下分解”的结果，
尝试在下图坐标系中画出①③④号试管对应的曲线。
起点
终点
斜率
每种酶只能催化一种或一类的化学反应。
（二）酶具有专一性
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
淀粉酶溶液，蔗糖酶溶液，淀粉溶液，蔗糖溶液，
斐林试剂，碘液，其余试剂等器材都可按需提供
1、选择什么反应物和酶进行实验？
2、用什么检测生成物？
实验材料及器具：
方案一：同一种酶+不同的底物
①淀粉酶+淀粉
②淀粉酶+蔗糖
方案二：同一种底物+不同的酶
③淀粉+淀粉酶
④淀粉+蔗糖酶
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
加入物质（毫升） 试管1 试管2
3%的淀粉溶液 2ml ——
3%的蔗糖溶液 —— 2ml
淀粉酶溶液 2ml 2ml
温度 60℃ 60℃
斐林试剂 2ml 2ml
50-65℃水浴加热（分钟） 1min 1min
实验结果
实验结论 探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
砖红色沉淀
无砖红色沉淀
淀粉酶只能催化淀粉的水解，
而不能催化蔗糖的水解
能改用碘液来检测吗？为什么？
不能
因为碘液可以检测淀粉是否能被分解，但是不能检测蔗糖是否被分解。
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
《三维设计》P78
资料1：威白污渍爆炸盐(独有三重复合酶配方）
威白教你洗衣小绝招：
①洗前浸泡三十分钟，效果更佳
②若衣服太脏，可适当增加用量
③用温水浸泡效果更好，但水温不要超过60℃
1、从上面的现象你能提出来什么问题？
2、你能根据所学的知识作出假设吗？
资料2：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。
（提示：唾液PH6.2－7.4,胃液PH0.9－1.5）
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
（三）酶的作用条件较温和
酶活性：酶催化特定化学反应的能力。可用反应速率表示
解释：
酶促反应
底物
活性升高
活性降低
失活
【探究温度对酶活性的影响】请根据P83-84【探究实验】提供的实验材料思考：
温度
可分别用冰水、60℃温水、沸水进行水浴加热
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
自变量
因变量
淀粉酶活性(用是否出现蓝色及蓝色的深浅程度表示)
淀粉酶+淀粉 VS 肝脏研磨液+H2O2
√
高温会使H2O2分解
预期结果
淀粉酶
→淀粉完全被水解
→淀粉部分被水解
→淀粉未被水解
→呈棕黄色（碘液本身的颜色）
→呈浅蓝色
→呈蓝色
1试管 1′试管 2试管 2′试管 3试管 3′试管
实 验 步 骤 1 2mL淀粉溶液 2mL淀粉酶 溶液 2mL淀粉 溶液 2mL淀粉酶 溶液 2mL淀粉溶液 2mL淀粉酶
溶液
2 在冰水中水浴5min 在37℃水中水浴5min 在沸水中水浴5min 3 1与1′试管混合摇匀 2与2′试管混合摇匀 3与3′试管混合摇匀 4 冰水中水浴数分钟 37℃水浴数分钟 沸水中水浴数分钟 5 取出试管，分别滴加2滴碘液摇匀，观察现象 实验现象
结论 变蓝
不变蓝
变蓝
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
①淀粉酶在37℃时催化淀粉水解，在0℃和100℃时不能发挥催化作用。
②酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低，酶活性都会明显降低
【探究温度对酶活性的影响】
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
【探究pH对酶活性的影响】
自变量
因变量
预期结果
pH
可滴加盐酸或NaOH溶液，并用pH试纸进行检测
过氧化氢酶活性(观察气泡生成速率或卫生香复燃程度)
淀粉酶+淀粉 VS 肝脏研磨液+H2O2
√
酸可以催化淀粉水解
活性升高
活性降低
过氧化氢酶
→过氧化氢分解速率加快
→过氧化氢分解速率减慢
→气泡生成速率快，
卫生香复燃明显
→气泡生成速率慢，
卫生香复燃不明显
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
【探究pH对酶活性的影响】
1试管 1′试管 2试管 2′试管 3试管 3′试管
实 验 步 骤 1 2mLH2O2溶液 2mLH2O2酶 溶液 2mLH2O2溶液 2mLH2O2酶 溶液 2mLH2O2溶液 2mLH2O2酶
溶液
2 分别加入1mL蒸馏水 分别加入1 mL 5%的HCl 分别加入1 mL5%的NaOH 3 1与1′试管混合摇匀 2与2′试管混合摇匀 3与3′试管混合摇匀 实验现象
结论 酶的催化作用需要适宜的pH，过酸或过碱，酶活性都会明显降低
有大量气泡产生
卫生香复燃明显
无气泡产生
卫生香复燃不明显
无气泡产生
卫生香复燃不明显
在上述实验基础上，尝试设计更精准的温度和pH对酶活性影响的实验，并根据实验结果，构建数学模型
《三维设计》P79+81
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
将上述实验改为一系列温度梯度（或pH梯度），计算单位时间反应速率（可用产物生成速率或底物消耗速率表示）
最适温度
酶活性最高
低温使酶活性降低，但空间结构未遭破坏
温度过高
酶永久失活
在一定温度范围内，酶活性随温度升高而升高，
超过一定温度，酶活性随温度升高而降低
酶适宜在低温下保存
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~酶的特性
将上述实验改为一系列温度梯度（或pH梯度），计算单位时间反应速率（可用产物生成速率或底物消耗速率表示）
最适pH
酶活性最高
过碱
酶永久失活
过酸
酶永久失活
在一定pH范围内，酶活性随pH升高而升高，
超过一定pH ，酶活性随pH升高而降低
（一）温度
（二）pH
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~影响酶活性的因素
结论：
(1)反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(2)反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。
（一）温度
（二）pH
（三）酶的浓度：
在底物充足、 其他条件适宜且固定的条件下，反应速率随酶浓度的升高而加快。
（四）底物(反应物)浓度：
　　在一定的反应物浓度范围内，酶的催化效率随浓度增加而加快,达到一定浓度后，因为酶的数量有限, 酶促反应速率趋于稳定。
（五）酶活性抑制剂和激活剂
酶促反应速率
酶的浓度
底物充足
酶促反应速率
底物浓度
酶量限制
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~影响酶活性的因素
淀粉
淀粉+酶
淀粉+酶+Cl-
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~影响酶活性的因素
（五）酶活性抑制剂和激活剂
重金属离子Hg2+中毒抑制酶的作用
酶在生产、生活中的应用
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~应用
动物：最适温度35-40℃
最适pH 6.5-8.0
植物：最适温度40-50℃
最适pH 4.5-6.5
胃蛋白酶最适pH 1.5
第1节 降低化学反应活化能的酶~~~~~练习与应用~~~~~
一、DBD
二、1.模型中A代表某类酶，B代表底物，C和D代表产物。
这个模型的含义是：酶A与底物B专一性结合，催化反应的发生，产生了产物C和D。这个模型可以类比解释酶的专一性。
2.(1)A点：随着反应底物浓度的增加,反应速率加快。
B点：反应速率在此时达到最高。
C点：反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。
(2)如果A点时温度升高10℃，曲线上升的幅度变小.
因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度
的变化温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。
(3)该曲线表明，B点的反应底物的浓度足够大，
是酶的数量限制了反应速率的提高，
这时加入少量的酶，会使反应速率加快。
（2）
（3）

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