降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶

第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶

一、酶的作用和本質(zhì)問(wèn)題探討斯帕蘭札尼對(duì)鷹的消化研究1783年，意大利科學(xué)家斯帕蘭札尼設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下去。過(guò)一段時(shí)間后，他把小籠子取出來(lái)，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。1.這個(gè)實(shí)驗(yàn)要解決什么問(wèn)題？2.是什么物質(zhì)使肉塊消失了？3.怎樣才能證明你的推測(cè)？鳥(niǎo)類的胃是否只有物理性消化，沒(méi)有化學(xué)性消化。是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了。收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，看看這些物質(zhì)在體外是否也能將肉塊分解。

CO2+H2O

有機(jī)物

+O2光能葉綠體:

氨基酸

多肽(蛋白質(zhì)）脫水縮合核糖體：細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。線粒體:有機(jī)物

+O2CO2+H2O+能量酶酶酶組成生物體的細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境是很溫和的：常溫、常壓、水溶液環(huán)境、pH接近中性。而細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都進(jìn)行著各種生化反應(yīng)，為什么這些生化反應(yīng)能迅速有序地完成的呢？酶問(wèn)題質(zhì)疑：？在生物體外，許多化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行需要一些條件，如高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、催化劑等。細(xì)胞內(nèi)是否具備這些條件呢？比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解一、酶在細(xì)胞代謝中的作用實(shí)驗(yàn)探究：

細(xì)胞代謝是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，但代謝過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)，如過(guò)氧化氫。體內(nèi)過(guò)氧化氫過(guò)多會(huì)導(dǎo)致皮膚發(fā)黃，毛發(fā)（包括頭發(fā)）變白，會(huì)加速人體衰老，損害細(xì)胞。細(xì)胞中的過(guò)氧化氫酶能將過(guò)氧化氫及時(shí)分解.過(guò)氧化氫酶在肝臟里含量較多。資料：

過(guò)氧化氫在體外能分解嗎？需要什么條件？在體內(nèi)分解和在外界分解情況有什么不一樣嗎？82H2O2

→2H2O+O2↑1、常溫下反應(yīng)2、加熱3、Fe3+做催化劑4、過(guò)氧化氫酶豬肝研磨液加入試管直接觀察酒精燈加熱滴加FeCl3溶液1.實(shí)驗(yàn)原理（1）新鮮肝臟中含有過(guò)氧化氫酶，F(xiàn)e3+是一種無(wú)機(jī)催化劑，它們都可以催化過(guò)氧化氫分解成水和氧，加熱也可以促使過(guò)氧化氫分解成水和氧.（2）分別用一定數(shù)量的過(guò)氧化氫酶和Fe3+催化，加熱和常溫下過(guò)氧化氫分解成水和氧，可以比較反應(yīng)速率。經(jīng)計(jì)算，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鐵溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液做實(shí)驗(yàn)，每滴氯化鐵溶液中的Fe3+數(shù)，大約是每滴研磨液中過(guò)氧化氫酶分子數(shù)的25萬(wàn)倍。3.材料用具新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液.

量筒、試管、滴管、試管架、衛(wèi)生香、火柴、酒精燈、試管夾、大燒杯、三腳架、石棉網(wǎng)、溫度計(jì)。新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的H2O2溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鐵溶液。2.目的要求：通過(guò)比較過(guò)氧化氫在不同的條件下分解的快慢，了解過(guò)氧化氫酶的作用和意義。4、方法步驟:（1）.取4支潔凈試管，分別編上序號(hào)1、2、3、4，向各注入2mL過(guò)氧化氫溶液，按序號(hào)依次放置在試管架上。（2）.將2號(hào)試管放在90℃左右的水浴中加熱，觀察氣泡冒出的情況，并與1號(hào)試管作比較。（3）.向3號(hào)試管內(nèi)滴入2滴氯化鐵溶液，向4號(hào)試管內(nèi)滴入2滴肝臟研磨液，仔細(xì)觀察哪支試管產(chǎn)生的氣泡多。（4）.2～3min后，將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香分別放入3、4號(hào)試管內(nèi)液面的上方，觀察哪支衛(wèi)生香燃燒猛烈。過(guò)氧化氫在不同條件下的分解討論：1、與1號(hào)試管相比，2號(hào)試管出現(xiàn)什么現(xiàn)象？這一現(xiàn)象說(shuō)明什么？

2號(hào)試管放出的氣泡多。這一現(xiàn)象說(shuō)明加熱能促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。2、在細(xì)胞中，能通過(guò)加熱來(lái)提高反應(yīng)速率嗎？不能3、3號(hào)和4號(hào)試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，這說(shuō)明什么？

4、3號(hào)試管與4號(hào)試管相比，哪支試管中的反應(yīng)速率快？這說(shuō)明什么？為什么說(shuō)酶對(duì)于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行至關(guān)重要？

在一定催化劑和較溫和的條件下，過(guò)氧化氫就可以被分解。

4號(hào)試管中的反應(yīng)速率快，可以說(shuō)明，與無(wú)機(jī)催化劑Fe3+相比，過(guò)氧化氫酶的催化效率要高出很多。步驟試管編號(hào)說(shuō)明1234一二

觀察結(jié)論2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3肝臟研磨液2滴2滴不明顯少量較多大量不復(fù)燃不復(fù)燃變亮復(fù)燃過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣過(guò)氧化氫在過(guò)氧化氫酶的作用下分解速率最快反應(yīng)條件自變量因變量無(wú)關(guān)變量變量

H2O2

濃度劑量劑量氣泡產(chǎn)生帶火星的木條對(duì)照實(shí)驗(yàn)對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟：控制變量名稱內(nèi)容舉例作用自變量因變量無(wú)關(guān)變量上述實(shí)驗(yàn)中的氯化鐵溶液和肝臟研磨液，都屬自變量。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以變化的因素稱為變量。其中人為改變的變量稱為自變量。針對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_立可行性措施,自變量直接達(dá)到預(yù)期效果。隨著自變量的變化而變化的變量稱為因變量。上述實(shí)驗(yàn)中酶活性（以過(guò)氧化氫分解速率來(lái)表示）就是因變量。是實(shí)際發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能直觀呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。除自變量外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能還會(huì)存在一些可變因素，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，這些變量稱為無(wú)關(guān)變量。上述實(shí)驗(yàn)中的溫度、反應(yīng)物的量等就是無(wú)關(guān)變量。對(duì)預(yù)期結(jié)果產(chǎn)生干擾即產(chǎn)生誤差，并有對(duì)誤差產(chǎn)生校正的效果。對(duì)照實(shí)驗(yàn)：除了一個(gè)因素以外，其余因素都保持不變的實(shí)驗(yàn)叫做對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

空白對(duì)照：不給對(duì)照組任何處理因素。

條件對(duì)照：給對(duì)照組施以部分實(shí)驗(yàn)因素。自身對(duì)照：對(duì)照和實(shí)驗(yàn)都在同一研究對(duì)象上進(jìn)行。

相互對(duì)照：不單獨(dú)設(shè)立對(duì)照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照。1、這個(gè)實(shí)驗(yàn)為什么要選擇新鮮的肝臟？為什么要研磨？因?yàn)檫^(guò)氧化氫酶是蛋白質(zhì)，放置久了會(huì)受到細(xì)菌的作用，使組織中的酶分子數(shù)量減少或活性降低。研磨目的是使細(xì)胞內(nèi)的過(guò)氧化氫酶充分釋放出來(lái)，加大過(guò)氧化氫酶與過(guò)氧化氫的接觸面積，加速分解。2、滴入肝臟研磨液和氯化鐵溶液時(shí)，可否共用一個(gè)吸管？為什么？不能。否則滴入的氯化鐵溶液中因含有少量肝臟研磨液而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)：常態(tài)：

常態(tài)叫基態(tài)，微觀粒子處于能量最低的狀態(tài)。

活躍狀態(tài)（激發(fā)態(tài)）：微觀粒子其內(nèi)部能量高于基態(tài)能量時(shí)所處的能量狀態(tài)。常態(tài)分子活化分子加熱活化能——分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量稱為活化能分子常態(tài)活化能活躍狀態(tài)→酶催化的原理：

降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能。酶作用的機(jī)理過(guò)氧化氫酶和Fe3+促使過(guò)氧化氫分解，但它們并未供給過(guò)氧化氫能量，而是降低了過(guò)氧化氫分解反應(yīng)的活化能。催化劑可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。同無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率更高。

分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量稱為活化能………………反應(yīng)物產(chǎn)物活化能反應(yīng)進(jìn)程能量

加熱反應(yīng)物產(chǎn)物………………活化能反應(yīng)進(jìn)程能量..…………

無(wú)機(jī)催化劑表示酶的催化性的曲線

①催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率，與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶的催化效率更高。②酶只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需時(shí)間，不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)。③酶只能催化已存在的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)速率發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動(dòng)無(wú)關(guān)巴斯德李比希畢希納薩姆納VS其他科學(xué)家切赫和奧特曼發(fā)酵與死細(xì)胞中的物質(zhì)有關(guān)發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)

死細(xì)胞中的物質(zhì)和活細(xì)胞都能引起發(fā)酵脲酶是蛋白質(zhì)胃蛋白酶等許多酶也是蛋白質(zhì)少數(shù)酶是RNA三、酶的本質(zhì)酶的化學(xué)成分

酶的來(lái)源

酶的功能酶是一類生物催化劑活細(xì)胞產(chǎn)生的具有生物催化作用的是有機(jī)物。一類大部分酶是蛋白質(zhì)，也有少數(shù)是RNA。三、酶的本質(zhì)什么是酶？課后練習(xí)答案與提示基礎(chǔ)題1.巴斯德：發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)，發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用。李比希：引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但是這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用。畢希納：酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。薩姆納：酶是蛋白質(zhì)。2.提示：（1）細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都在進(jìn)行著成千上萬(wàn)種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)需要高效率地進(jìn)行，酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑高得多。（2）細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)需要在常溫、常壓、酸堿度適中等溫和條件下進(jìn)行，無(wú)機(jī)催化劑常常需要輔助以高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等劇烈條件才能有較高的催化效率。拓展題1.提示：可用第2章中學(xué)過(guò)的鑒定蛋白質(zhì)的方法。在薩姆納之前，之所以很難鑒定酶的本質(zhì)，主要是因?yàn)榧?xì)胞中酶的提取和純化非常困難。2.提示：（1）如四膜蟲(chóng)的rRNA前體具有催化活性。（2）目前已有發(fā)現(xiàn)具催化活性的DNA的報(bào)道。3.D。第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶二酶的特性酶：是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物。絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA酶的概念：怎樣驗(yàn)證酶的存在？與雙縮脲反應(yīng)思考：如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明酶具有高效性？

一、酶具有高效性步驟試管編號(hào)12一

H2O2濃度劑量二劑量結(jié)果氣泡產(chǎn)生衛(wèi)生香燃燒結(jié)論2ml2ml3%3%FeCl3肝臟研磨液2滴2滴較多大量變亮復(fù)燃過(guò)氧化氫的催化效率更高反應(yīng)條件酶具有高效性的生物學(xué)意義：

（1）保證了細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行（2）保證了細(xì)胞內(nèi)能量供應(yīng)的穩(wěn)定。思考：如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明酶具有專一性？提供：淀粉、淀粉酶、蔗糖、蔗糖酶二、酶具有專一性淀粉溶液蔗糖溶液實(shí)驗(yàn)步驟一二三實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論加入淀粉酶2滴，振蕩，試管下半部浸入60℃左右的熱水中，反應(yīng)5min2號(hào)試管中加入2mL蔗糖溶液加入斐林試劑振蕩約60℃水浴2min1號(hào)試管中加入2mL淀粉溶液無(wú)變化磚紅色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用每一種酶只能催化

化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞代謝能夠有條不紊地進(jìn)行，與酶的

是分不開(kāi)的。二、酶具有專一性一種或一類4000專一性目前發(fā)現(xiàn)的酶有

多種,它們分別催化不同的化學(xué)反應(yīng)。三、酶的作用條件較溫和酶活性：酶對(duì)化學(xué)反應(yīng)的催化效率。意義：保證了細(xì)胞代謝能夠有條不紊地進(jìn)行。

淀粉溶液1、1’號(hào)試管2、2’號(hào)試管3、3’號(hào)試管實(shí)驗(yàn)步驟一分別向1、2、3三支試管各加入2mL淀粉溶液二分別向1’、2’、3’三支試管各加入淀粉酶1ml，振蕩三1、1’放入60℃的溫水中，保溫約5min2、2’放入0℃冰水中保溫約5min3、3’放入100℃沸水中保溫約5min四分別將11’、22’、33’混合，混合后再在各自溫度下保溫5min五向混合后的三支試管各加入兩滴碘液，振蕩搖勻，觀察顏色變化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)明顯現(xiàn)象藍(lán)色藍(lán)色結(jié)論酶的催化作用需要適宜的溫度條件，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響酶的活性。探究溫度對(duì)淀粉酶活性的影響酶促反應(yīng)速率最快時(shí)的環(huán)境溫度稱為該酶促反應(yīng)的最適溫度。0最適溫度t/℃υ/mmol.s-1酶活性受溫度影響示意圖

一般地，動(dòng)物體內(nèi)的酶最適溫度在35－40℃之間；植物:40－50℃之間細(xì)菌和真菌最適溫度差別較大，有的達(dá)70℃。溫度對(duì)酶活性的影響T過(guò)高酶失活T過(guò)低只是使酶活性降低淀粉溶液1、1’號(hào)試管2、2’號(hào)試管3、3’號(hào)試管一分別向1、2、3三支試管各加入2ml過(guò)氧化氫酶溶液二分別向1’、2’、3’三支試管各加入過(guò)氧化氫2ml三分別向1、1’號(hào)試管各加入1ml蒸餾水分別向2、2’號(hào)試管各加入1ml鹽酸分別向3、3’號(hào)試管各加入1ml氫氧化鈉實(shí)驗(yàn)步驟四分別將11’、22’、33’混合，搖勻五將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香分別放入混合后的三支試管中，觀察其復(fù)燃情況實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象復(fù)燃無(wú)變化無(wú)變化結(jié)論酶的催化作用需要適宜的pH，過(guò)酸、過(guò)堿都會(huì)影響酶的活性。探究pH對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響υ/mmol.s-1最適pH0pH酶活性受pH影響示意圖一般地，動(dòng)物體內(nèi)的酶最適pH在6.5－8.0之間；但是胃蛋白酶的最適pH為1.5;

植物體內(nèi)的酶最適pH在4.5－6.5之間；pH對(duì)酶活性的影響酶促反應(yīng)速率最快時(shí)的環(huán)境pH稱為該酶促反應(yīng)的最適pH。PH過(guò)高、過(guò)低酶失活高溫、低溫、過(guò)酸和過(guò)堿對(duì)酶活性的影響其本質(zhì)相同嗎？不同，過(guò)酸、過(guò)堿或溫度過(guò)高，會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活；低溫使酶活性明顯下降，但在適宜溫度下其活性可以恢復(fù)。小結(jié)思考：課本建議用淀粉酶探究溫度對(duì)酶活性的影響，用過(guò)氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響，為什么？★影響酶促反應(yīng)速率的因素：1、溫度3、酶的濃度：反應(yīng)速率隨酶濃度的升高而加快。4、底物濃度：在一定濃度范圍內(nèi)，反應(yīng)速率隨濃度的升高而加快，但達(dá)到一定濃度，反應(yīng)速率不再變化酶促反應(yīng)速率酶的濃度酶促反應(yīng)速率底物濃度酶量一定2、pH1.酶具有極強(qiáng)的催化功能，其原因是（）A.增加了反應(yīng)物之間的接觸面B.降低了底物分子的活化能C.提高了反應(yīng)物分子的活化能D.降低了底物分子的自由能B課堂練習(xí):2.下列關(guān)于酶的敘述，正確的是（）A.酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)B.酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的，只能在生物體內(nèi)發(fā)揮作用C.酶是具有分泌功能產(chǎn)生的D.絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNAD3.同一個(gè)體內(nèi)的各類活細(xì)胞所含有的酶（

）

A、種類有差異，數(shù)量相同

B、種類有差異，數(shù)量不同

C、種類無(wú)差異，數(shù)量相同

D、種類無(wú)差異，數(shù)量不同B4.細(xì)胞內(nèi)合成酶的主要的場(chǎng)所是（）

A.細(xì)胞質(zhì)B.線粒體

C.核糖體D.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)C5.催化脂肪酶水解的酶是（）

A.肽酶B.蛋白酶

C.脂肪酶

D.淀粉酶6.圖中是一種酶促反應(yīng)P+QR,曲線E表示在沒(méi)有酶時(shí)此反應(yīng)的過(guò)程。在t1時(shí)，將催化此反應(yīng)的酶加于反應(yīng)混合物中。則表示此反應(yīng)進(jìn)程的曲線是

()Bt1AEBCDC時(shí)間

[R][P]×[Q]7、下圖示酶促反應(yīng)，甲、乙、丙、丁中屬于酶的是（）

A、甲 B、乙C、丙 D、丁A1、加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶，請(qǐng)回答下面的問(wèn)題：（1）這種洗衣粉為什么能夠很好地除去衣物上的奶漬和血漬？（2）使用這種洗衣粉為什么要用溫水？（3）含有蛋白酶的洗衣粉