第五章第一節(jié)降低化學反應活化能的酶

1、 第第 5 5 章章 細胞的能量供應和利用細胞的能量供應和利用 第第 1 1 節(jié)節(jié) 降低化學反應活化能的降低化學反應活化能的酶酶斯帕蘭札尼對鷹的消化研究斯帕蘭札尼對鷹的消化研究17731773年，意大利科學家斯帕蘭札尼年，意大利科學家斯帕蘭札尼設計了一個巧妙的實驗：將肉塊放入設計了一個巧妙的實驗：將肉塊放入入小巧的金屬籠內，然后讓鷹把小籠入小巧的金屬籠內，然后讓鷹把小籠子吞下去。過一段時間他把小籠子取子吞下去。過一段時間他把小籠子取出來發(fā)現(xiàn)籠內的肉塊消失了。出來發(fā)現(xiàn)籠內的肉塊消失了。問問 題題 探探 討討討論一：這個實驗要解決什么問題？討論一：這個實驗要解決什么問題？討論二：是什么物質使肉塊消

2、失了討論二：是什么物質使肉塊消失了？討論三：怎樣才能證明你的推測？討論三：怎樣才能證明你的推測？答：答：鳥類的胃是否只有物理性消化，沒有化學性消化。鳥類的胃是否只有物理性消化，沒有化學性消化。 答：答：是胃內的化學物質將肉塊分解了。是胃內的化學物質將肉塊分解了。答：答：收集胃內的化學物質，看看這些物質在體外是收集胃內的化學物質，看看這些物質在體外是否也能將肉塊分解。否也能將肉塊分解。 一般化學反應的條件一般化學反應的條件 （1 1）高溫）高溫（2 2）高壓）高壓（3 3）強酸）強酸（4 4）強堿）強堿（5 5）催化劑）催化劑細胞內外的環(huán)境細胞內外的環(huán)境1.1.常溫常溫2.2.常壓常壓3.3.水

3、溶液環(huán)境水溶液環(huán)境4.pH4.pH接近中性接近中性細胞內會發(fā)生一系列的化學反應，這些化學細胞內會發(fā)生一系列的化學反應，這些化學反應發(fā)生的環(huán)境條件是什么？反應發(fā)生的環(huán)境條件是什么？ 在這種環(huán)境狀態(tài)下發(fā)生的化學反應，應在這種環(huán)境狀態(tài)下發(fā)生的化學反應，應該有適合的生物催化劑該有適合的生物催化劑 酶酶（是很溫和的）（是很溫和的）思考思考葉綠體的生葉綠體的生理功能是什理功能是什么？么？光合作用光合作用葉綠體：葉綠體：CO2+H2O （CH2O) +O2光能光能 酶酶思考思考線粒體的線粒體的生理功能生理功能是什么？是什么？線粒體線粒體: C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量能量酶酶

4、有氧呼吸作用有氧呼吸作用思考思考核糖體的生核糖體的生理功能是什理功能是什么？么？合成蛋白質合成蛋白質核糖體：核糖體： 氨基酸氨基酸 多肽多肽酶酶縮合脫水縮合脫水核糖體核糖體葉綠體：葉綠體：CO2+H2O （CH2O) +O2光能光能 酶酶線粒體線粒體: C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量能量酶酶核糖體：核糖體： 氨基酸氨基酸 多肽多肽酶酶縮合脫水縮合脫水細胞中每時每刻都進行著許多化學細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統(tǒng)稱反應，統(tǒng)稱 細胞代謝細胞代謝2H2H2 2OO2 2 2H 2H2 2O + OO + O2 2一、酶在細胞代謝中的作用一、酶在細胞代謝中的作用1

5、1、常溫下反應、常溫下反應2 2、加熱、加熱3 3、FeFe3+3+做催化劑做催化劑4 4、過氧化氫酶、過氧化氫酶豬肝研磨液（過氧化氫酶）豬肝研磨液（過氧化氫酶）加入試管直接觀察加入試管直接觀察酒精燈加熱酒精燈加熱滴加滴加FeClFeCl3 3溶液溶液常溫常溫/ /高溫高溫/Fe/Fe3 3/ /過氧化氫酶過氧化氫酶實驗目的：實驗目的：通過比較過氧化氫在通過比較過氧化氫在不同條件不同條件下下分解的快慢，了解酶的作用和意義。分解的快慢，了解酶的作用和意義。實驗原理：實驗原理：2H2H2 2O O2 2 2 2H2 2O + O2 2實驗：實驗：比較過氧化氫在不同條件下的分解比較過氧化氫在不同條件

6、下的分解步驟步驟試管編號試管編號 說明說明1 12 23 34 4 一一二二 結結果果結論結論比較過氧化氫在不同條件下的分解速率比較過氧化氫在不同條件下的分解速率2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫常溫90FeCl3肝臟研肝臟研磨液磨液2 2滴清水滴清水2 2滴清水滴清水2 2滴滴2 2滴滴不明顯不明顯少量少量較多較多大量大量不復燃不復燃 不復燃不復燃變亮變亮復燃復燃過氧化氫在不同條件下的分解過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣速率不一樣反應條件反應條件 H H2 2OO2 2 濃度濃度劑量劑量劑量劑量氣泡產生氣泡產生衛(wèi)生香燃燒衛(wèi)生香燃燒自變量自變量因變量因變量無關變量無關變量變量變量

7、19/19/對照實驗對照實驗對照組對照組實驗組實驗組變量：實驗過程中可以變化的因素。變量：實驗過程中可以變化的因素。18/自變量：自變量：因變量：因變量：無關變量：無關變量：引起實驗變化的原因，如：加熱、引起實驗變化的原因，如：加熱、加加FeCl3溶液、豬肝研磨液等溶液、豬肝研磨液等實驗變化的結果，如：過氧化氫分解的實驗變化的結果，如：過氧化氫分解的速度。速度。實驗中的其它可變因素，會對實驗結果實驗中的其它可變因素，會對實驗結果造成影響，如反應物的性質和濃度。造成影響，如反應物的性質和濃度。1 1、與、與1 1號試管相比，號試管相比，2 2號試管出現(xiàn)什么現(xiàn)象？號試管出現(xiàn)什么現(xiàn)象？這一現(xiàn)象說明什

8、么？這一現(xiàn)象說明什么？10/10/ 加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。2 2、在細胞內，能通過加熱來提高反應速率嗎？、在細胞內，能通過加熱來提高反應速率嗎？ 不能不能3 3、3 3號和號和4 4號試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產號試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產生，這說明什么？生，這說明什么？22/22/ 4 4、3 3號試管與號試管與4 4號試管相比，哪支試管中的反應號試管相比，哪支試管中的反應速率快？這說明什么？速率快？這說明什么？4 4號試管反應速率較快。號試管反應速率較快。3443少量肝臟少量肝臟研磨液研磨液說明過氧化氫酶的催化效率比說明過氧化氫酶

9、的催化效率比FeFe3+3+的高。的高。為什么加熱時比常溫下產生的氣泡多？為什么加熱時比常溫下產生的氣泡多？常態(tài)分子常態(tài)分子 活化分子活化分子 加熱加熱 分子從分子從常態(tài)常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍活躍狀態(tài)狀態(tài)所需要的能量稱為所需要的能量稱為活化能。活化能。5 5、為什么說酶對于細胞內化學反應的順利進行、為什么說酶對于細胞內化學反應的順利進行至關重要？至關重要？因為細胞內的化學反應需要在常溫常壓下進行。因為細胞內的化學反應需要在常溫常壓下進行。各條件使反應加快的本質：各條件使反應加快的本質：加熱：加熱： FeFe3+3+：酶：酶：提高分子的能量提高分子的能量降低化學

10、反應的降低化學反應的活化能活化能同無機催化相比，酶能同無機催化相比，酶能更顯著地更顯著地降低化學降低化學反應的反應的活化能活化能，因而催化效率，因而催化效率更高更高。加入加入催化劑催化劑相當于給汽車找到了一條穿山隧道相當于給汽車找到了一條穿山隧道4/加熱加壓加熱加壓相當于給汽車加大油門相當于給汽車加大油門如果把化學反應比作駕車翻越一座高山如果把化學反應比作駕車翻越一座高山3/3/催化劑可以降低化學反應的活化能。催化劑可以降低化學反應的活化能。與無機催化劑相比較，生物催化劑與無機催化劑相比較，生物催化劑酶酶有突出的有突出的優(yōu)越性優(yōu)越性酶降低活化能的作用更顯著，因而酶降低活化能的作用更顯著，因而催

11、化效率更高。催化效率更高。 巴斯德巴斯德 和和 李比希李比希 1822182218951895（法國）（法國）微生物學家微生物學家通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)：通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)：發(fā)酵的過程中有酵母菌發(fā)酵的過程中有酵母菌結論：沒有活細胞糖類結論：沒有活細胞糖類不可能變成酒精不可能變成酒精1803180318731873（德國）（德國）化學家化學家通過對化學變化的研究認通過對化學變化的研究認為：糖類變成酒精就是一為：糖類變成酒精就是一個化學反應個化學反應結論結論: : 在這個變化過程中，在這個變化過程中，只有細胞死之后放出了某只有細胞死之后放出了某些物質起了作用些物質起了作用資料分析資料分析關于酶本質的探

12、索關于酶本質的探索11/討討 論論1 1、巴斯德和李比希的觀點各是什么？有什么積極、巴斯德和李比希的觀點各是什么？有什么積極意義？各有什么局限性？意義？各有什么局限性？2 2、巴斯德和李比希出現(xiàn)爭論的原因是什么？這一、巴斯德和李比希出現(xiàn)爭論的原因是什么？這一爭論對后人進一步研究酶的本質起到了什么作用？爭論對后人進一步研究酶的本質起到了什么作用？巴斯德認為發(fā)酵與活細胞有關是合理的，但是認為巴斯德認為發(fā)酵與活細胞有關是合理的，但是認為發(fā)酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用發(fā)酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用是不正確的；李比希認為引起發(fā)酵的是細胞中的某是不正確的；李比希認為引起發(fā)酵的是

13、細胞中的某些物質是合理的，但是認為這些物質只有在酵母細些物質是合理的，但是認為這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用是不正確的。胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用是不正確的。巴斯德是微生物學家，特別強調生物體或細胞的作巴斯德是微生物學家，特別強調生物體或細胞的作用；李比希是化學家，傾向于從化學的角度考慮問用；李比希是化學家，傾向于從化學的角度考慮問題。他們的爭論促使后人把對酶的研究目標集中在題。他們的爭論促使后人把對酶的研究目標集中在他們爭論的焦點上，使科學研究更加有的放矢。他們爭論的焦點上，使科學研究更加有的放矢。畢希納將在細胞中引起發(fā)酵的物質稱為畢希納將在細胞中引起發(fā)酵的物質稱為釀酶。釀酶

14、。酵母細胞研磨酵母細胞研磨加水攪拌加水攪拌加壓過濾加壓過濾不含活細胞的提取液不含活細胞的提取液加入葡萄糖加入葡萄糖過程過程：現(xiàn)象現(xiàn)象：冒出氣泡冒出氣泡 畢希納的研究過程畢希納的研究過程 3 3、從畢希納實驗可以得出什么結論？、從畢希納實驗可以得出什么結論？ 畢希納實驗的實驗證明，畢希納實驗的實驗證明，酵母細胞中的某些酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用，物質能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣。就像在活酵母細胞中一樣。薩姆納（薩姆納（1917）從刀豆種子中提取了脲酶結晶從刀豆種子中提取了脲酶結晶用多種方法證明脲酶是蛋白質用多種方法證明脲酶是蛋白質所有的酶

15、都是蛋白質嗎？所有的酶都是蛋白質嗎？4 4、薩姆納歷時、薩姆納歷時9 9年才證明脲酶是蛋白質，并年才證明脲酶是蛋白質，并因此榮獲諾貝爾化學獎。你認為他成功的主因此榮獲諾貝爾化學獎。你認為他成功的主要原因是什么？要原因是什么？ 薩姆納歷時薩姆納歷時9 9年用正確的科學方法，堅持不年用正確的科學方法，堅持不懈、不折不撓的科學精神，將酶提純出來，懈、不折不撓的科學精神，將酶提純出來，成功屬于不畏艱苦的人，成功屬于不畏艱苦的人，討討 論論 19821982年至年至19831983年美國科學家切赫和奧特年美國科學家切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNARNA 也也具有催化作用具有催化作用，這一研究，這一研

16、究成果的出現(xiàn)榮獲了成果的出現(xiàn)榮獲了19841984年年諾貝爾生理獎。諾貝爾生理獎。結論：結論：絕大多數(shù)酶是絕大多數(shù)酶是蛋白質蛋白質， 極少數(shù)酶是極少數(shù)酶是RNARNA。奧特曼奧特曼巴斯德之前巴斯德之前發(fā)酵是純化學反應，與生命活動無關發(fā)酵是純化學反應，與生命活動無關巴斯德巴斯德發(fā)酵與發(fā)酵與活細胞活細胞有關，發(fā)有關，發(fā)酵是整個細胞而不是細酵是整個細胞而不是細胞中某些物質起作用胞中某些物質起作用引起發(fā)酵的是引起發(fā)酵的是細胞中的某些細胞中的某些物質物質，但這些物質只有在酵，但這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發(fā)母細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用揮作用畢希納畢希納酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后

17、酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣薩姆納薩姆納酶是酶是蛋白質蛋白質李比希李比希切赫、奧特曼切赫、奧特曼少數(shù)少數(shù)RNARNA也具有生物催化功能也具有生物催化功能關于酶本質的探索關于酶本質的探索二、酶的概念和本質二、酶的概念和本質4/18/4/18/絕大多數(shù)酶是蛋白質絕大多數(shù)酶是蛋白質, ,少數(shù)的酶是少數(shù)的酶是RNA.RNA.酶是酶是活細胞活細胞產生的一類具有產生的一類具有生物生物催化作用催化作用的的有機物有機物。來源來源功能功能本質本質3443少量肝臟少量肝臟研磨液研磨液 比較過氧化氫酶和比較過氧化氫酶和FeFe3

18、+3+的催化效率的催化效率1 1、酶具有高效性、酶具有高效性酶的催化效率是無機催化劑的酶的催化效率是無機催化劑的10107 710101313 倍倍三、酶的特性三、酶的特性2 2、酶具有專一性、酶具有專一性每一種酶只能催化每一種酶只能催化一種或一類一種或一類化學反應化學反應例如：例如：二肽酶可以水解由任意兩種氨基酸二肽酶可以水解由任意兩種氨基酸組成的二肽。組成的二肽。例如：例如：蛋白酶，淀粉酶，蔗糖酶，肽酶，蛋白酶，淀粉酶，蔗糖酶，肽酶，麥芽糖酶麥芽糖酶 由這些酶的名字你能想到什么嗎？由這些酶的名字你能想到什么嗎？設計一個實驗來驗證一下你的推測設計一個實驗來驗證一下你的推測3/實實驗驗步步驟驟

19、一一1 1號試管號試管2 2號試管號試管二二三三四四實驗實驗現(xiàn)象現(xiàn)象結論結論加入淀粉酶加入淀粉酶2mL2mL，振蕩，試管下半部浸入，振蕩，試管下半部浸入6060左右的熱水中，保溫左右的熱水中，保溫5min5min2mL2mL蔗糖溶液蔗糖溶液加斐林試劑加斐林試劑 振蕩振蕩水浴加熱水浴加熱1min1min2mL2mL淀粉溶液淀粉溶液藍色藍色磚紅色沉淀磚紅色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。水解。探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用10/10/無無磚紅色沉淀磚紅色沉淀3 3、酶的作用條件較溫和、酶的作用條件較溫和11/11/

20、 酶所催化的反應叫酶所催化的反應叫酶促反應酶促反應。 酶促反應中被酶作用的物質叫做酶促反應中被酶作用的物質叫做底物底物，經(jīng)反應生產的物質叫做經(jīng)反應生產的物質叫做產物產物。溫度溫度對酶活性的影響對酶活性的影響 1 1 2 2 3 33 3可溶性淀粉可溶性淀粉 2ml 2ml 2ml 2ml 2ml 2ml 溫度溫度 唾液淀粉酶唾液淀粉酶 碘液碘液 顏色顏色 結論結論冰水中冰水中3737水浴水浴6060水水浴浴放置放置2min2min1ml1ml1ml1ml1ml1ml1 1滴滴1 1滴滴1 1滴滴搖勻混合，放置反應搖勻混合，放置反應5min5min變藍變藍變藍變藍不變藍不變藍唾液淀粉酶在唾液淀粉

21、酶在37 37 中活性最強中活性最強自變量自變量因變量因變量pHpH對酶活性的影響對酶活性的影響 1 1 2 2 3 3 肝臟研磨液肝臟研磨液 1ml 1ml 1ml 1ml 1ml 1ml pH pH3 3過氧化氫過氧化氫溶液溶液 結果結果 結論結論蒸餾水蒸餾水1mL1mLNaOH1mLNaOH1mLHCL1mLHCL1mL2ml2ml2ml2ml2ml2ml搖勻混合，放置在室溫下反應搖勻混合，放置在室溫下反應5min5min有較多氣泡有較多氣泡不明顯不明顯不明顯不明顯過氧化氫酶在中性條件中活性最強過氧化氫酶在中性條件中活性最強自變量自變量因變量因變量在一定范圍內，隨著溫度的升高，酶的活性在

22、一定范圍內，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸增強；逐漸增強；達到最適溫度時，酶的達到最適溫度時，酶的活性最高；活性最高；超過最適溫度時，隨著超過最適溫度時，隨著溫度的繼續(xù)升高，酶的溫度的繼續(xù)升高，酶的活性逐漸下降?；钚灾饾u下降。酶活性受溫度影酶活性受溫度影響示意圖響示意圖溫度過高溫度過高會使酶的空間會使酶的空間結構遭到破壞，使結構遭到破壞，使酶永酶永久失活久失活在一定范圍內，隨著在一定范圍內，隨著pHpH的升高，酶的活性逐漸的升高，酶的活性逐漸增強；增強；達到最適達到最適pHpH時，酶的時，酶的活性最高；活性最高；超過最適超過最適pHpH時，隨著時，隨著pHpH的繼續(xù)升高，酶的活性的繼續(xù)升高，酶的

23、活性逐漸下降。逐漸下降。過酸、過堿過酸、過堿會使酶的空會使酶的空間結構遭到破壞，使間結構遭到破壞，使酶酶永久失活永久失活酶活性受酶活性受pHpH影響示意圖影響示意圖本本 節(jié)節(jié) 聚聚 焦焦一、酶在細胞代謝中的作用一、酶在細胞代謝中的作用 分子從分子從常態(tài)常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的反應的活躍狀態(tài)活躍狀態(tài)所需要的能量。所需要的能量。作用：作用：催化作用催化作用 本質：本質：降低化學反應的活化能降低化學反應的活化能巴斯德之前巴斯德之前發(fā)酵是純化學反應，與生命活動無關發(fā)酵是純化學反應，與生命活動無關巴斯德巴斯德發(fā)酵與發(fā)酵與活細胞活細胞有關，發(fā)有關，發(fā)酵是整個細胞而不是細酵是整個細胞而

24、不是細胞中某些物質起作用胞中某些物質起作用引起發(fā)酵的是引起發(fā)酵的是細胞中的某些細胞中的某些物質物質，但這些物質只有在酵，但這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發(fā)母細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用揮作用畢希納畢希納酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣薩姆納薩姆納酶是酶是蛋白質蛋白質李比希李比希切赫、奧特曼切赫、奧特曼少數(shù)少數(shù)RNARNA也具有生物催化功能也具有生物催化功能關于酶本質的探索關于酶本質的探索二、酶的概念和本質二、酶的概念和本質絕大多數(shù)酶是蛋白質絕大多數(shù)酶是蛋白質, ,

25、少數(shù)的酶是少數(shù)的酶是RNA.RNA.酶是酶是活細胞活細胞產生的一類具有產生的一類具有生物生物催化作用催化作用的的有機物有機物。來源來源功能功能本質本質1 1、高效性、高效性溫度溫度pHpH3 3、作用條件較溫和、作用條件較溫和三、酶的特性三、酶的特性2 2、專一性、專一性練習：練習：1 1、加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶，請回答下面的問、加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶，請回答下面的問題：題：（1 1）這種洗衣粉為什么能夠很好地除去衣物上的）這種洗衣粉為什么能夠很好地除去衣物上的 奶漬和血漬？奶漬和血漬？（2 2）使用這種洗衣粉為什么要用溫水？）使用這種洗衣粉為什么要用溫水？（3 3）含有蛋白酶的洗衣粉不宜用來洗滌下列哪些）含有蛋白酶的洗衣粉不宜用來洗滌下列哪些 衣料？（衣料？（ ） A.A.化纖化纖 B.B.純毛純毛 C.C.純棉純棉 D.D.真絲真絲（4 4）為了更好地除去衣物上的油漬，在洗衣粉中）為了更好地除去衣物上的油漬，在洗衣粉中 還可以加入什么酶？還可以加入什么酶？B D