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第二节 酶是生物催化剂
（第一课时）
第三章 细胞的代谢
教学目标
生命观念
认同细胞代谢离不开酶。
科学探究
学会控制实验的变量和设置对照实验。
科学思维
构建温度、pH和底物浓度对酶促反应速率影响的模型。
科学探究
通过探究“影响酶催化功能的因素”发展科学探究能力。
课堂导入
葡萄糖燃烧
同样是葡萄糖氧化分解生成CO2和H2O，为什么动物体内的反应比体外的温和得多？
绝大数酶是蛋白质
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
巴斯德之前
——酶的发现历程
活细胞产生的一类生物催化剂，大多数的酶是蛋白质，极少数是RNA。
生理作用：
活细胞
催化生化反应进行，是生物催化剂
绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA
产生部位：
化学本质：
作用部位：
细胞内外
促使反应物发生化学变化而本身却不发生化学变化
绝大数酶是蛋白质
——酶的本质
绝大数酶是蛋白质
——酶的作用过程
①酶与底物结合，形成酶-底物复合体。
→②酶-底物复合体形态发生改变，促使反应进行。
→③产物形成，反应完成，酶恢复原状。
绝大数酶是蛋白质
——酶的催化过程
蔗糖
蔗糖酶
葡萄糖+果糖
绝大数酶是蛋白质
——酶活性
酶作用的强弱可用酶活性表示。
（单位时间内底物的消耗量或产物的生成量）
如：1g蔗糖酶在1min内使多少克蔗糖水解
酶的催化功能具有专一性和高效性
——专一性
酶的催化功能具有专一性和高效性
——专一性
酶的催化功能具有专一性和高效性
——专一性
酶的催化功能具有专一性和高效性
——专一性
酶分子的结构只适合一种或者一类分子的结合，所以一种酶只能催化一种底物或少数几种相似底物的反应，这就是酶的专一性。
酶的催化功能具有专一性和高效性
——探究酶的专一性
对照原则：
一般既要设置对照组又要设置实验组。
单一变量原则：
实验中除了自变量不同外，其他的实验条件均需保持相同一致，即控制无关变量。
等量原则：
对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。
酶的催化功能具有专一性和高效性
目的要求：比较唾液淀粉酶和蔗糖酶对淀粉和蔗糖的作用
探究问题：唾液淀粉酶能水解蔗糖吗？蔗糖酶能水解淀粉吗？
材料用具：
稀释200倍的新鲜唾液
2%的蔗糖溶液
淀粉溶液
溶于质量分数为0.3%的氯化钠溶液
本尼迪特试剂
蔗糖酶溶液
——探究酶的专一性
酶的催化功能具有专一性和高效性
——探究酶的专一性
（1）方案一：用同一种酶催化不同物质
淀粉（非还原糖） 麦芽糖（还原糖）
蔗糖（非还原糖） 蔗糖
②用淀粉酶分别作用于淀粉和蔗糖后，再用本尼迪特试剂鉴定，根据是否有红黄色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性。
①
淀粉（非还原糖） 麦芽糖（还原糖）
淀粉（非还原糖） 淀粉
②再用本尼迪特试剂鉴定，从而探究酶的专一性。
①
淀粉酶
蔗糖酶
淀粉酶
淀粉酶
（2）方案二：用不同酶催化同一种物质
酶的催化功能具有专一性和高效性
——探究酶的专一性
试管 1 2 3 4 5 6
本尼迪特试剂/mL 2 2 2 2 2 2
质量分数为1%淀粉溶液/mL 3 － 3 － 3 －
质量分数为2%蔗糖溶液/mL － 3 － 3 － 3
新鲜唾液/mL － － 1 1 － －
蔗糖酶溶液/mL － － － － 1 1
实验现象
无变化
无变化
无变化
无变化
红黄色沉淀
红黄色沉淀
酶的催化功能具有专一性和高效性
——探究酶的高效性
资料: 过氧化氢是细胞中某些化学反应的副产物，具有很强的氧化性，如果不及时除去或分解，就会杀死细胞，细胞如何快速分解过氧化氢呢？
细胞内存在过氧化氢酶快速催化分解过氧化氢，每个酶分子能在1s内将10万个过氧化氢分子分解，是没有酶参与情况下的1000万倍。
H2O2 2H2O+O2
过氧化氢酶
H2O2 2H2O+O2
MnO2
酶的催化功能具有专一性和高效性
目的要求：比较过氧化氢酶和二氧化锰在过氧化氢分解中的催化效率
探究问题：在过氧化氢分解反应中，过氧化氢酶和二氧化锰的催化作用哪一个更高效？
材料用具：
2%过氧化氢溶液
新鲜的鸡肝匀浆（或马铃薯匀浆）
二氧化锰
试管、试管架
橡胶塞
卫生香
火柴
——探究酶的高效性
酶的催化功能具有专一性和高效性
2%的过氧化氢溶液3mL
2%的过氧化氢溶液3mL
1
+少许鸡肝匀浆或马铃薯匀浆
（注意：试管口不要对着人）
2
+少许二氧化锰
②气泡目测法
①卫生香复燃法
检测方法：
——探究酶的高效性
酶的催化功能具有专一性和高效性
——探究酶的高效性
观察两支试管中发生的变化
2
1
酶的催化功能具有专一性和高效性
——探究酶的高效性
打开两支试管的橡胶塞，将点燃后无明火的卫生香放在试管口处，观察现象
2
1
气泡产生较明显
卫生香复燃明显
结论：酶的催化作用相较于无机催化剂的催化作用强；酶具有高效性
酶的催化功能具有专一性和高效性
——探究酶的高效性
试管 1号 2号
H2O2溶液 3mL 3mL
鸡肝匀浆 少许
MnO2 少许
试管中发生的变化
带火星卫生香检测
产生较多气泡
产生很多气泡
助燃性更强
助燃性较强
实验结论：过氧化氢酶比二氧化锰的催化效率高得多。
酶的催化功能具有专一性和高效性
——探究酶的高效性
酶可以降低活化能，使化学反应极易进行。
化学反应进行时需要吸收能量以断开反应分子的化学键，使反应活化并完成化学反应生成产物，这种化学反应过程中所需要的能量被称为活化能。
酶具有高效性的原因是？
酶的催化功能具有专一性和高效性
——高效性
供能的化学反应如果慢悠悠地进行。
你还能跑那么快吗
化学反应要酶来催化
酶的催化效率要高
健步如飞
保证了细胞内化学反应的顺利进行。
意义
课堂小结
习题检测
1.下列能说明酶具有专一性的一组实例是( )
①唾液淀粉酶和胰淀粉酶都能水解淀粉却不能水解纤维素
②二肽酶能水解二肽
③啤酒等放久后会产生蛋白质沉淀使酒变浑浊，加入少量蛋白酶可以将其分解
④人的血液中碳酸酐酶的一个分子，每分钟可以催化分解1900万个碳酸分子
A.①② B.①③ C.①②③④ D.①②③
答案：D
解析：①②③都能证明酶具有专一性，故①②③正确；④人的血液中碳酸酐酶的一个分子，每分钟可催化分解1900万个碳酸分子，说明酶具有高效性，故④错误，D正确。
习题检测
2.下列关于酶的专一性的叙述，不正确的是( )
A.过氧化氢酶只能催化过氧化氢的分解，不能催化其他化学反应
B. 每一种酶都只能催化一种化学反应的进行
C.催化唾液淀粉酶水解的酶是蛋白酶
D.二肽酶能催化由不同氨基酸脱水缩合成的二肽的水解
答案：B
解析：每一种酶只能催化一种或一类化学反应的进行，例如过氧化氢酶只能催化过氧化氢的分解，二肽酶能催化由不同氨基酸脱水缩合成的二肽的水解，B错误，A、D正确；唾液淀粉酶的化学本质为蛋白质，催化唾液淀粉酶水解的酶是蛋白酶，C正确。
习题检测
3.下列关于酶的说法错误的是( )
A.部分病毒含有的酶由病毒自身合成
B.所有酶均为大分子有机物，绝大部分为蛋白质
C.体现酶高效性的实验中必须有无机催化剂
D.酶的专一性保证了细胞代谢的有序性
答案：A
解析：酶为活细胞产生的具有催化作用的有机物，而病毒无细胞结构，故病毒含有的酶不是由自身合成的，A错误；酶的化学本质为蛋白质或RNA，绝大部分为蛋白质，两种有机物均为生物大分子，B正确；酶的高效性指酶的催化效率高于无机催化剂，故证明或者探究酶具有高效性的实验中必须有无机催化剂作为对照，C正确；细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的，D正确。
习题检测
4.木瓜蛋白酶可用于促进蛋白质水解，菠萝蛋白酶除此功能外，还具有消炎作用。下列相关分析不正确的是( )
A.两者都可以在细胞外发挥催化作用
B.两者都具有专一性和高效性
C.两者在结构上存在差异，导致功能不完全相同
D.加热变性后均不能与双缩脲试剂发生紫色反应
答案：D
解析：酶既可以在细胞内发挥作用，也可以在细胞外发挥催化作用，A项正确；酶都具有专一性、高效性和作用条件较温和的特性，B项正确；结构决定功能，两者在结构上存在差异，导致功能不完全相同，C项正确；两者的化学本质是蛋白质，加热变性后空间结构发生政变，但肽键还在，均能与双缩脲试剂发生紫色反应，D项错误。

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