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5.1 降低化学反应活化能的酶
（第一课时）
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。
讨论：
斯帕兰扎尼在研究鹰的
消化作用
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。
问题探讨
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。
讨论：
斯帕兰扎尼在研究鹰的
消化作用
问题探讨
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。
一.酶的本质
1.思考 讨论：关于酶本质的探索
2
1773年，意大利科学家斯帕兰札尼
后来，科学家发现胃液中含有大量的盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。
1835年，德国科学家施旺通过实验发现，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远大于盐酸的单独作用这种物质就是胃蛋白酶。
疑问：酶到底是什么物质？
我国早在4000多年前的夏禹时代，就掌握了酿酒技术。
1716年《康熙字典》收录了“酶”字，并将“酶”解释为“酒母也”。
“酒母”就是现在所说的酵母。
一.酶的本质
1.思考

讨论
：关于酶本质的探索
一.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
其他科学家
切赫和奥特曼
发酵与死细胞中的物质有关
发酵与活细胞有关
死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵
脲酶是蛋白质
胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质
少数酶是RNA
切赫
奥特曼
例1.（P80）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
一.酶的本质
（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？
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。
1.思考 讨论：关于酶本质的探索
一.酶的本质
（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。
1.思考 讨论：关于酶本质的探索
一.酶的本质
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。
1.思考 讨论：关于酶本质的探索
一.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。
例2.（P80）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
一.酶的本质
1.思考 讨论：关于酶本质的探索
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，少数酶是RNA。
2.酶的本质：
（1）在细胞内、细胞外、生物体内、生物体外都能起催化作用
（2）酶本身在反应前后其数量和性质都不改变
（3）酶在反应中不被消耗，可利用多次，但时间过长，催化能力降低甚至丧失
一.酶的本质
下列说法正确吗？
A.是活细胞都能产生酶
B.酶只能由活细胞产生
C.具有分泌功能的细胞才能产生酶
D.生物体内的酶有的从食物中获取，有的在生物体内合成
E.产生激素的细胞一定能产生酶
F产生酶的细胞一定能产生激素
×
√
×
×
×
√
关键词1：活细胞
2.酶的本质：
一.酶的本质
下列说法正确吗？
A.酶只能在细胞内起作用
B.酶能在细胞内起作用，也能在细胞外起作用
C.酶能提供使反应开始所必需的活化能
D.酶在催化过程中不断被消耗
×
√
×
×
关键词2：催化作用
催化作用的实质：
降低化学反应的活化能
2.酶的本质：
一.酶的本质
下列说法正确吗？
A.酶是蛋白质
B.绝大多数酶是蛋白质，少数为RNA
C.酶都是在核糖体上合成的
D.分解胃蛋白酶的酶是蛋白酶
×
√
×
√
关键词3：有机物
2.酶的本质：
一.酶的本质
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。
幸而细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解为氧气和水。
二.酶在细胞代谢中的作用
细胞代谢
细胞代谢：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
1
2
3
4
2H2O2 2H2O + O2
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.
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：
二.酶在细胞代谢中的作用
每滴溶液中Fe3+的数量是过氧化氢酶的分子数的25万倍
特别注意：
“新鲜的肝脏”
“研磨液”
——H2O2酶数量多、活性强
——增加H2O2酶与反应物的接触面
1.探究 实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
3.5％的氯化铁溶液，
20％的新鲜肝脏研磨液，
3%的过氧化氢溶液，
卫生香，……
（3）实验材料：
二.酶在细胞代谢中的作用
（4）实验步骤：
取4支试管分别编上序号1、2、3、4
每只试管分别加入2ml过氧化氢溶液
1
2
3
4
常温
90℃
水浴加热
2滴
3.5%FeCl3
2滴
20%肝脏研磨液
1.探究 实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
二.酶在细胞代谢中的作用
（5）实验现象：①观察气泡冒出的情况，并做比较。
1.探究 实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
二.酶在细胞代谢中的作用
3号
4号
1号
2号
无气泡
少量
较多
大量
（5）实验现象：①观察气泡冒出的情况，并做比较。
1.探究 实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
二.酶在细胞代谢中的作用
3号
4号
变亮
复燃
（5）实验现象：②观察卫生香的燃烧情况。
1.探究 实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解
二.酶在细胞代谢中的作用
2.科学方法：
控制变量和设计对照实验
实验过程中遵循的原则：
单一变量原则、对照原则、平行重复原则。
（1）单一变量原则：
①变量:实验过程中变化的因素称为变量。
②自变量:实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素叫做自变量。
③因变量:因自变量改变而变化的变量叫做因变量。
④无关变量:实验中除因变量外的一些对因变量造成影响的可变因素，叫做无关变量。
⑤ 单一变量:实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致。
二.酶在细胞代谢中的作用
（2）对照原则:一般既要有对照组又要有实验组，一般接受变量处理的一组作为实验组，不接受变量处理的一组为对照组。
2.科学方法：
控制变量和设计对照实验
二.酶在细胞代谢中的作用
①空白对照：不给对照组以任何处理因素.
例如，在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中，向甲试管溶液加入试剂，而乙试管溶液不加试剂（零剂量），一起进行温水浴加热，比较它们的变化。这样，甲为实验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照
②自身对照:自身对照指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照。实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。
如“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验，就出现了两次对照，其中第一次对照是在高浓度溶液处理下，质壁分离状态与自然状态形成对照；第二次对照是在低浓度溶液处理下，复原后状态与质壁分离状态形成对照。
2.科学方法：
控制变量和设计对照实验
二.酶在细胞代谢中的作用
③相互对照：指不单独设对照组，而是几个实验组相互对比对照，其中每一组既是实验组也是其他级别的对照组。
比如探究不同温度下种子的萌发率。观察种子分别在5℃、15℃、25℃、35℃、45℃、55℃不同温度条件下的萌发率。
④条件对照：指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的。条件对照的目的是通过对比得出相对立的结论，以验证实验结论的正确性。例如，“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”实验，采用等组实验法，其实验设计方案是：
甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）；
乙组：饲喂甲状腺抑制剂（条件对照组）；
丙组：不饲喂药剂（空白对照组）。
2.科学方法：
控制变量和设计对照实验
二.酶在细胞代谢中的作用
步骤 试管编号 说明
1 2 3 4 一
二
观察
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏
研磨液
2滴
2滴
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
反应条件
自变量
因变量
无关变量
变量
H2O2浓度
剂量
剂量
气泡产生
带火星的木条
对照实验
对照组
实验组
3.实验分析：
二.酶在细胞代谢中的作用
①与1号试管相比，2号试管出现了什么不同的现象？这一现象说明什么？
讨论：
2号试管放出的气泡多，这一现象说明加热促进过氧化氢酶的分解，提高反应速率。
②在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
不能
3.实验分析：
二.酶在细胞代谢中的作用
③3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，说明了什么？
说明FeCl3中的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。
讨论：
3.实验分析：
二.酶在细胞代谢中的作用
④3号试管与4号试管相比，哪支试管中反应速率快？这说明什么？为什么说酶对细胞内化学反应的顺利进行至关重要？
4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢比Fe3+的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
讨论：
3.实验分析：
二.酶在细胞代谢中的作用
例3.（P80）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？
3.实验分析：
二.酶在细胞代谢中的作用
5
蒸馏水
煮沸研磨液
研磨液
Fe3+
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。
二.酶在细胞代谢中的作用
5
蒸馏水
煮沸研磨液
研磨液
Fe3+
3.实验分析：
活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量。
活化能
反应历程
活跃态
常态
终态
二.酶在细胞代谢中的作用
4.原理分析：
二.酶在细胞代谢中的作用
4.原理分析：
2号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。
3号Fe3+和4号过氧化氢酶能促进过氧化氢分解，它们没有给过氧化氢分子提供能量，而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。
酶和无机催化剂并没有给反应物提供活化能，而是降低了化学反应所需要的活化能。
二.酶在细胞代谢中的作用
4.原理分析：
A
B
C
酶显著地降低了反应的活化能
酶和无机催化剂的比较
共性：
①可降低反应的活化能具有催化效率
②反应前后酶的化学性质和数量均没有变化
③酶和催化剂都只能缩短达到化学平衡的时间，并不改变化学反应的平衡点。
不同：
同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而酶的催化效率更高
二.酶在细胞代谢中的作用
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
练习与应用

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