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5.1 降低化学反应活化能的酶
第5章 细胞的能量供应和应用
生物学（新人教版）
分子与细胞
温故知新
细胞以什么方式释放能量？
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢
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称为活化能
化学反应体系中进行反应的条件？
关于活化能
加热、Fe3+、酶的作用机理
加热
Fe3+
酶
提高分子的能量
降低化学反应的活化能
更显著地降低化学反应的活化能
化学反应的进行
酶的发现
为什么要将肉块放在金属笼内？
酶的发现
1783年，意大利科学家斯帕兰札尼设计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间他把小笼子取出来发现笼内的肉块消失了。
是什么物质让肉块消失了？
怎样才能证明你的推测？
酶在新陈代谢中的作用
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。
资料一
2H2O2
2H2O + O2↑
催化剂
在化学反应里能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质叫做催化剂。
酶在新陈代谢中的作用
01 / 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。
02 / 实验原理
2H2O2
2H2O + O2
反应条件
比较过氧化氢在不同条件下的分解
加热是化学反应常见的条件
Fe3+是无机催化剂
新鲜肝脏中含有过氧化氢酶
不同
条件
判断H2O2的分解快慢依据
②点燃的卫生香的复燃情况
①气泡冒出情况
O2的产生量
酶在新陈代谢中的作用
03 / 实验设计
比较过氧化氢在不同条件下的分解
取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4，向各试管内分别加入2ml过氧化氢溶液。
空白对照组
实验组
常温
90℃水浴加热
2滴FeCl3
2滴肝脏研磨液
1
2
3
4
酶在新陈代谢中的作用
步骤 试管编号 变量
1对照组 2对照组 3实验组 4实验组 一 H2O2浓度 3%
H2O2剂量 2ml 二 反应条件 常温 90℃ 2滴FeCl3 2滴肝脏研磨液
三 气泡产生
带火星的卫生香 变亮 复燃 实验结论 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样 过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快
几乎无
大量
少量
较多
自变量
因变量
无关变量
（相同且适宜）
酶在新陈代谢中的作用
试管编号 1 2 3 4
底物 2ml体积分数3%的过氧化氢溶液 处理 室温 90℃ Fecl3 肝脏研磨液
检测 观察气泡数，点燃的卫生香的燃烧程度 实验现象
(1)“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，为什么要选用新鲜的肝脏？为什么将肝脏剪碎、研磨成溶液，而不是直接加入整块的肝脏？
肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解，失去作用；
将肝脏剪碎并研磨可使肝细胞中过氧化氢酶充分释放，从而增大与过氧化氢的接触机会，以加速过氧化氢分解。
(2)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
酶在新陈代谢中的作用
比较过氧化氢在不同条件下的分解
时间
0
2
3
4
m
1
酶只缩短反应的时间，不改变生成物的量。
酶的特性——高效性
酶的高效性
酶在新陈代谢中的作用
比较过氧化氢在不同条件下的分解
酶的作用原理
降低活化能，与无机催化剂相比，酶的作用更显著。
酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍！
意义
酶的催化作用，使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行。
酶具有高效性
酶在新陈代谢中的作用
比较过氧化氢在不同条件下的分解
酶的作用机理
1
无催化剂
2
无机催化剂
3
酶
ac
bc
ab
无催化剂条件下，反应所需要的活化能
酶催化时，反应的活化能
酶降低的活化能
酶的本质
酶的本质
酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的。
“
“
老德，你说什么玩意儿？！
引起发酵的是酵母菌中的某些物质，但这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
“
“
【法】巴斯德
【德】李比希
VS
酶的本质
【德】毕希纳
将酵母菌细胞中引发发酵的物质称为酿酶。
把酵母菌细胞放在石英砂中用力研磨并加水搅拌
加压过滤，得不含酵母菌细胞提取液，并加葡萄糖
一段时间后，冒气泡，糖液变成了酒
1
2
3
酵母菌细胞中的某些物质能够在酵母菌细胞破碎后继续起作用，就像在活酵母菌细胞中一样。
“
“
酶的本质
【美】萨姆纳
科学家们又相继获得胃蛋白酶、胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶都是蛋白质。
脲酶的化学本质是蛋白质!
【美】奥尔特曼
【美】切赫
少数RNA也具有生物催化功能
20世纪80年代
酶的本质
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
其她科学家
切赫和奥尔特曼
少数酶是RNA
死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵
发酵与死细胞中的物质有关
发酵与活细胞有关
脲酶是蛋白质
胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质
酶的本质
“酶”
活细胞产生的一类具有催化作用的有机物。
绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。
① 一般说来，活细胞都能产生酶。
② 酶只起催化作用，无调节功能。
③ 酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用。
定义
本质
注意
酶的
来源
酶的
功能
酶的化
学本质
酶的本质
加酶洗衣粉
多酶片
加酶牙膏
酶的特性——高效性
酶具有高效性有什么意义呢？
无机催化剂催化的化学反应的范围比较广，比如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。酶也可以吗？
1.保证了细胞代谢快速有效地进行
2.保证了细胞内能量供应的稳定
酶的特性——专一性
实验材料
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉溶液、蔗糖溶液、淀粉酶溶液、蔗糖酶溶液、斐林试剂、碘液、水浴锅等。
1
底物A+酶溶液
等量底物B+等量相同酶溶液
方案一：酶相同，底物不同
底物+酶溶液1
等量相同底物+等量酶溶液2
2
1
2
方案二：底物相同，酶不同
如果让你设计实验来验证酶具有专一性，你的思路是什么呢？小组讨论。
酶的特性——专一性
02 / 实验设计
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
试管编号 淀粉 溶液 蔗糖 溶液 淀粉酶
1
2
2mL
2mL
2mL
2mL
产物鉴定
60℃
斐林 试剂 反应
条件
2mL
2mL
沸水浴
该实验的自变量、因变量和无关变量分别是什么？
平均分组
施加变量
能不能将实验中的斐林试剂换成碘液作为实验材料？
不能
淀粉完全分解+碘液→无现象
蔗糖分解/不分解+碘液→无现象
1
2
酶的特性——高效性
03 / 实验现象与结论
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉溶液
蔗糖溶液
对比现象
1号试管出现砖红色沉淀
2号试管无明显变化
对比得出实验结论
1
2
砖红色沉淀
无明显变化
淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化蔗糖的水解，从而说明酶具有专一性。
酶的特性——专一性
酶具有专一性
每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
脲酶——只能催化尿素分解
二肽酶——可以催化所有的二肽分解
酶具有专一性的意义
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
① 反应前后酶的结构和性质不变
② 同一生物不同细胞内酶的种类和数量不相同
酶
酶
酶
锁钥学说
底物
（反应物）
产物
（生成物）
酶的特性——酶的作用条件温和
【背景资料1】 立白污渍爆炸盐（独有三重复合酶配方） 立白教你洗衣小绝招：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℃
【背景资料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。胃液中的蛋白酶随食糜进入小肠后还有催化功能吗？（提示：唾液pH6.2－7.4,胃液pH0.9－1.5小肠液pH7.6）
从上面的现象你可以得出什么结论？
酶的催化能力可能受温度和pH的影响
酶的特性——酶的作用条件温和
探究温度对酶活性的影响实验
01 / 实验材料及试剂
热水、蒸馏水、冰块、碘液、斐林试剂
质量分数为3%的可溶性淀粉溶液
体积分数为3%的过氧化氢溶液
质量分数为2%的淀粉酶溶液
1
质量分数为20%的肝脏（如猪肝、鸡肝）研磨液（过氧化氢酶）
2
缓冲液（能在加入少量酸或碱时抵抗pH改变的溶液）
3
4
5
物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸
6
物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液
7
8
选什么作为实验材料呢？
酶的特性——酶的作用条件温和
探究温度对酶活性的影响实验
01 / 实验材料及试剂
H2O2不稳定，受热易分解。
斐林试剂检测需要水浴加热，温度是干扰条件。
实验材料
检测试剂
不选用H2O2作为反应底物的原因？
不选用斐林试剂进行鉴定的原因
淀粉、淀粉酶
碘液
酶的特性——酶的作用条件温和
组别 第一组 第二组 第三组 试管 1号 2号 3号 4号 5号 6号
实 验 步 骤 一 量取2mL 淀粉溶液 2mL 淀粉酶溶液 量取2mL 淀粉溶液 2mL 淀粉酶溶液 量取2mL 淀粉溶液 2mL
淀粉酶溶液
二 冰水 中水浴3分钟 37℃ 中水浴3分钟 沸水中水浴3分钟 三 1与2试管混合摇匀，充分反应 3与4试管混合摇匀，充分反应 5与6试管混合摇匀，充分反应 四 取试管，滴4滴碘，观察 取试管，滴4滴碘，观察 取试管，滴4滴碘，观察 预期现象 蓝色 不变 蓝色 实验结论 温度会影响酶的活性
酶的特性——酶的作用条件温和
探究温度对酶活性的影响实验
高温会使酶永久失活，不可恢复；低温使酶活性降低，酶制剂常在低温下保存
联系酶的本质，大多数为蛋白质，蛋白质高温会变性
A-B
B点
表示随温度升高，酶活性(催化效率)增强。
表示酶活性(催化效率)达到最大，此时的温度为催化的最适温度。
B-C
表示随温度升高，酶活性(催化效率)减慢。
曲线表示反应的趋势如何
抑制
失活
酶的特性——酶的作用条件温和
探究温度对酶活性的影响实验
生物酶牙膏含有溶菌酶、淀粉酶、蛋白酶等多种酶，可以杀灭有害菌，清除淀粉等食物残渣。
不同生物的最适温度不同
动物：35-40℃之间
植物：40-50℃之间
细菌和真菌：差别较大
有的酶最适温度可达70℃
30℃温水刷
酶的特性——酶的作用条件温和
探究pH对过氧化氢酶活性的影响实验
01 / 实验材料及试剂
1
质量分数为2%的淀粉酶溶液
2
质量分数为3%的淀粉溶液
3
质量分数为20%的肝脏研磨液(H2O2酶)
4
体积分数为3%的过氧化氢溶液
这次底物选淀粉还是过氧化氢呢？
淀粉在酸性条件下会被水解
实验材料
不选用淀粉作为反应底物的原因？
H2O2、H2O2酶
先加入酶溶液，固定好酶的活性，再加底物
先往试管加入酶溶液还是底物
酶的特性——酶的作用条件温和
过氧化氢溶液 1号试管 2号试管 3号试管
实验步骤 一 试管各加入2mL过氧化氢溶液 二 pH＝2 pH＝7 pH=12
三 加入过氧化氢酶2滴，振荡 四 2—3min后将点燃的卫生香分别放入试管中 实验现象 无明显变化 复燃 无明显变化
结论 只有在适合的pH下酶的催化效率最好
酶的特性——酶的作用条件温和
一定pH范围内，酶促反应速率随pH升高而加快。
在最适pH时，酶促反应速率最快。
超过最适pH后，酶促反应速率随pH升高而减慢。
探究pH对过氧化氢酶活性的影响实验
pH对酶活性的影响曲线解读
一般地，动物体内的酶最适pH在6.5－8.0之间；植物体内的酶最适pH在4.5－6.5之间；细菌和真菌体内的酶最适pH差别较大。
A-B
B点
B-C
过酸、过碱对酶活性的影响一样的吗？
过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活
反应速率
pH
最适pH
A
B
C
失活
失活
酶的特性——酶的作用条件温和
探究pH对过氧化氢酶活性的影响实验
保证细胞代谢能够在温和条件下高效进行。
酶活性受温度影响示意图
酶活性受pH影响示意图
0
0
最适pH
最适温度
t /℃
pH
酶的活性
高温、强酸、强碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。
温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。
低温使酶活性受抑制，温度恢复，酶活性可以恢复。
酶的活性
影响酶促反应的因素
酶
酶
酶
底物
（反应物）
产物
（生成物）
酶的浓度
（条件适宜，底物充足）
影响酶促反应的因素
酶
酶
酶
底物
（反应物）
产物
（生成物）
底物浓度
（条件适宜，酶量有限）
影响酶促反应的因素
影响酶促反应的因素
某种酶的催化反应速率随温度和时间变化的趋势如图所示。据图分析,下列有关叙述错误的是 (　　)
A.该酶可耐受一定的高温
B.在t1时,该酶催化反应速率随温度升高而增大
C.不同温度下,该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同
D.相同温度下,在不同反应时间该酶的催化反应速率不同
为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组（20℃）、B组（40℃）和C组（60℃），测定各组在不同反应时间内的产物浓度（其他条件相同），结果如图。回答下列问题：
（1）在时间t1之前，如果A组温度提高10℃，那么A组酶催化反应的速度会　　　　　。
（2）如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保
持不变，那么在t3时，C组产物总量　　　　　　，原因是
　　　　　　　　　　。
影响酶促反应的因素
谢 谢 观 看

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