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第5章　细胞的能量供应和利用
第1节
降低化学反应活化能的酶
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
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。
是胃内的化学物质将肉块分解了。
斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用
问题探讨
【资料】1773年，意大利科学家斯帕兰札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。
斯帕兰札尼
食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。
后来，科学家
发现胃液中含有大量的盐酸，推测盐酸是使食物分解的物质。
1835年，施旺（德）
胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。
酶的发现
食物在胃中的消化要依赖酶
（1）概念：
（2）意义：
（3）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。幸而细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢分解，变成氧和水。
细胞代谢
细胞生命活动的基础。
一、酶在细胞代谢中的作用
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应。
（1）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。
2H2O2 2H2O + O2
反应条件
加热
加FeCl3
加肝脏研磨液
不同反应条件
通过O2的产生量判断
H2O2的分解情况
单位时间内产生气泡的多少；
带火星的卫生香的复燃情况。
一、酶在细胞代谢中的作用
（2）实验原理
实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
（无机催化剂）
（内有过氧化氢酶）
一、酶在细胞代谢中的作用
（3）实验步骤
实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
一、酶在细胞代谢中的作用
（3）实验步骤
实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
编号 1 2 3 4
步骤1 2mL H2O2 2mL H2O2 2mL H2O2 2mL H2O2
步骤2 未处理 90℃水浴 2滴FeCl3溶液 2滴肝脏研磨液
产生气泡
卫生香燃烧情况
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
一、酶在细胞代谢中的作用
（4）实验分析
实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
（1）与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么问题？
（2）在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
（4）3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么问题？
2号试管产生的气泡比1号试管多；
Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。
加热能提高反应速率，促进H2O2的分解
（3）3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？
一、酶在细胞代谢中的作用
（5）实验结论
实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
加热、FeCl3溶液中的Fe3+以及新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解。
与无机催化剂Fe3+相比，过氧化氢酶的催化效率更高。
一、酶在细胞代谢中的作用
实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
思考讨论（2min)
1.加热为什么能使H2O2分解？
因为加热使H2O2分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
2.在常温常压下，Fe3+和H2O2酶并未供给H2O2能量，为什么H2O2也能分解？
它们降低了H2O2分解反应的活化能。
降低化学反应的活化能。
一、酶在细胞代谢中的作用
1.酶的作用机理
2.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。
“加热加压”
——汽车加大油门（提供能量）。
Fe3+和过氧化氢酶
——降低爬山高度（穿山隧道）。
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
一、酶在细胞代谢中的作用
科学方法——控制变量和设计对照实验
（1）控制变量
①变量：
自变量：
因变量：
无关变量：
一、酶在细胞代谢中的作用
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
除自变量外，实验中还存在的一些也可对实验结果造成影响的其它变量
，分为自变量、因变量、无关变量
科学方法——控制变量和设计对照实验
（2）对照实验
①对照实验：
一、酶在细胞代谢中的作用
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。一般设置对照组和实验组。
空白对照
对照组
实验组
便于排除除自变量以外的其他因素对实验结果的干扰。
二、酶的本质
阅读P79-80的“思考·讨论”，了解关于酶本质的探索，并完成P80的拓展应用的第2题的图解。（5min）
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德
毕希纳
萨姆纳
李比希
切赫、奥尔特曼
二、酶的本质
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。
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RNA也具有催化功能。
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物
降低活化能
少数是RNA
酶的定义
酶的来源
酶的作用
酶的本质
二、酶的本质
，其中绝大多数酶是蛋白质。
1.大多数酶在水解过程中，通常能得到多肽，最后能得到氨基酸，这说明（ ）
A.大多数酶是细胞产生的
B.大多数酶是生物催化剂
C.大多数酶的化学本质是蛋白质
D.大多数酶的基本组成单位是多肽
2.关于酶的叙述中,正确的是( )
A.酶只有在生物体内才能起催化作用
B.酶都有消化作用
C.酶是活细胞产生的具有催化效率的有机物。
D.酶都是在核糖体上合成的
C
随堂测试
C
回顾旧知
1. 酶的作用机理？
2. 酶的定义？
3. 酶的本质？
降低化学反应的活化能。
酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物。
蛋白质或RNA
三、酶的特性
3号
2号
1号
比较过氧化氢在不同条件下的分解速率
具有高效性。
H2O2
H2O2
H2O2
常温
水浴加热
无机催化剂
酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。
酶
4号
H2O2
4号试管中，酶分子数>>Fe3+数，但是酶催化效率远高于Fe3+，这说酶具有什么特点？
三、酶的特性
（一）酶具有高效性
保证细胞生命活动的正常进行。
你在踢球或奔跑时，肌细胞需要大量的能量供应
供能的化学反应如果慢悠悠地进行
你还能跑那么快吗
酶的催化效率高
健步如飞
酶只能缩短反应所需时间,
不改变化学反应的平衡点和方向，也不改变生成物的量。
（二）酶具有专一性
三、酶的特性
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。但是，口腔里有唾液淀粉酶，为什么塞进牙缝里的肉丝两天后还没被消化
“锁钥模型”
如何通过实验来验证“酶具有专一性”
每一种酶只能催化一种或一类化学反应
探究·实践
探究·实践
探究: 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
1.实验原理
淀粉糖原都是非还原糖，它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。可用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，从而看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。
阅读P81-82的“探究·实践”，了解该实验的原理、设计、结论，并思考该实验中的自变量、因变量和无关变量。（3min）
探究·实践
2.实验设计
序号 项目 试管 1 试管 2
1 可溶性淀粉溶液 2ml ——
2 蔗糖溶液 —— 2
3 新鲜的淀粉酶溶液 2ml 2ml
4 保温 60℃，5min 60℃，5min
5 斐林试剂 2ml 2ml
6 水浴加热 1min 1min
7 实验结果
砖红色沉淀
无砖红色沉淀
3.实验结论
淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化蔗糖的水解。
该实验的自变量、因变量和无关变量分别是什么？
（三）酶的作用条件较温和
三、酶的特性
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
使用温水30-40℃效果最佳，切勿用60 ℃以上的热水
加酶
酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的
酶活性受PH影响示意图
酶活性受温度影响示意图
（1） 、 、 ，会使酶的 遭到破坏，使酶永久失活。
（2）低温，酶的活性很低，但酶的空间结构 ；酶制剂适宜在 保存。
过酸
过碱
温度过高
空间结构
稳定
低温下
（一）酶具有高效性
三、酶的特性
（三）酶具有专一性
（三）酶的作用条件较温和
要求：
1.前后桌为一个小组。
2.主要材料：过氧化氢和过氧化氢酶、淀粉和淀粉酶
3.完成以下问题：
①选择淀粉酶还是H2O2酶作实验材料？为什么？
②本实验的自变量是什么？需要设计几组实验？设定几个温度/PH？
③本实验的因变量是什么？怎样检测因变量？
4.完成相应的实验过程设置（可用表格也可用图示）
合作·探究：影响酶活性的条件
酶活性：酶催化特定化学反应的能力。（催化某一化学反应的速率表示。）
（一）探究温度对酶活性的影响。
（二）探究PH对酶活性的影响。
实验：探究温度对酶活性的影响
1.选择淀粉酶还是H2O2酶作实验材料？为什么？
淀粉酶；因为H2O2受温度影响也会分解。
2.本实验的自变量是什么？需要设计几组实验？设定几个温度？
温度；三组；高温，低温和常温。
3. 本实验的因变量是什么？怎样检测因变量？选择哪种鉴定试剂？
为什么不用斐林试剂？
酶的活性；碘液，检测是否出现蓝色及蓝色深浅。
斐林试剂鉴定需要水浴加热，会影响实验结果。
实验：探究温度对酶活性的影响
一组 二组 三组
试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6
2ml淀粉 2ml淀粉酶 2ml淀粉 2ml淀粉酶 2ml淀粉 2ml淀粉酶
保温
混合 将2加入1中 将4加入3中 将6加入5中
保温 0℃冰水保温5min 60℃水浴保温5min 100℃水浴保温5min
加碘液 2滴 2滴 2滴
观察颜色
结论
0℃冰水保温5min
60℃水浴保温5min
100℃水浴保温5min
变蓝
变蓝
不变蓝
温度对酶的活性有影响，温度过高或过低都会降低酶的活性。
若酶和底物混合后再调温度，一混合就已经发生反应，会使实验结果不具说服力。
实验：探究温度对酶活性的影响
一般地，动物体内的酶最适温度在35~40℃之间；植物体内的酶最适温度在40~50℃之间；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大。
酶活性受温度影响示意图
如何进一步探究淀粉酶的最适温度？
缩小温度梯度（梯度要均匀），重复进行上述实验。
实验：探究PH对酶活性的影响
1.选择淀粉酶还是H2O2酶作实验材料？为什么？
H2O2酶；因为淀粉在酸性条件下也会分解，影响实验观察效果。
2.本实验的自变量是什么？需要设计几组实验？设定几个pH？
pH；三组；酸性、中性和碱性。
3.本实验的因变量是什么？怎样检测因变量？
酶的活性；看气泡产生多少或卫生香复燃程度。
试管1 试管2 试管3
加入2滴稀盐酸 加入2滴清水 加入2滴NaOH
加肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴
加H2O2 2ml 2ml 2ml
实验现象
实验结论
实验：探究PH对酶活性的影响
产生少量气泡
酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会影响酶的活性。
产生大量气泡
产生少量气泡
实验：探究PH对酶活性的影响
一般地，动物体内的酶最适pH在6.5~8.0之间，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为1.5；植物体内的酶最适pH在4.5~6.5之间。
酶活性受PH影响示意图
（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？
酶促反应
酶作为催化剂进行催化的化学反应
影响酶促反应的因素
①温度
②pH
③抑制剂或激活剂
④酶浓度
⑤底物浓度
淀粉 葡萄糖
淀粉酶
任务：请分别作出酶充足、酶数量一定时，底物浓度对酶促反应速率的影响的曲线图。
酶
作用机理
定义及本质
特性
显著地降低化学反应的活化能
小结
活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质、少数是RNA
高效性、专一性、作用条件温和
随堂测试
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

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