降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶省賽一等獎(jiǎng)

生物（人教版）高中生物必修一第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶炎炎烈日之下，巖石變得很燙，這是因?yàn)檎丈湓趲r石上的光能轉(zhuǎn)變成熱能，而組成巖石的分子并未發(fā)生化學(xué)變化。巖石旁邊的植物同樣遭到暴曬，卻并未變得發(fā)燙。是不是植物不吸收光能呢？當(dāng)然不是。植物的葉片不但能吸收光能，而且能通過光合作用，將一部分光能轉(zhuǎn)變成儲存在有機(jī)物中的化學(xué)能。細(xì)胞的生命活動(dòng)是需要能量來驅(qū)動(dòng)的。太陽能是幾乎所有生命系統(tǒng)中能量的最終源頭。外界能量進(jìn)入細(xì)胞，并為細(xì)胞所利用，都要經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞是如何通過化學(xué)反應(yīng)來獲取和利用能量的呢？第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用17世紀(jì)上半葉海耳蒙特完成雨水澆灌柳樹實(shí)驗(yàn)1864年薩克斯證明植物的光合作用合成淀粉1880年恩格爾曼證明植物的光合作用釋放氧氣20世紀(jì)初邁爾霍夫和希爾發(fā)現(xiàn)肌肉中能時(shí)代謝的理化機(jī)制1926年薩姆納制得結(jié)晶脲酶，證明酶是蛋白質(zhì)1929年洛曼和菲斯克等分離出ATP1937年克雷布斯提出檸檬酸循環(huán)（三羧酸循環(huán)）1944-1953年艾克爾斯闡明神經(jīng)元之間的信息傳遞機(jī)制1952年霍奇金和赫胥黎提出質(zhì)膜離子通道概念1978-1982年奧爾特曼和切赫發(fā)現(xiàn)具有催化功能的RNA（核酶）陽光下，葉綠體的光合作用高效進(jìn)行，才會有“接天蓮葉無窮碧，映日荷花別樣紅”的勝景；碧波里，蓮藕細(xì)胞選擇吸收了生長發(fā)育所需的無機(jī)鹽，才為蓮贏得了“出淤泥而不染，灌清漣而不妖”的美譽(yù)；微風(fēng)中，亭亭的蓮葉葉柄“中通外直，不蔓不枝”，才使得細(xì)胞呼吸順利進(jìn)行。在生命綻放的過程中，酶和ATP扮演了怎樣的角色？信息交流起到了什么作用？物質(zhì)和能量在生命系統(tǒng)中發(fā)生了哪些復(fù)雜的轉(zhuǎn)化呢？第1節(jié)降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶01酶的作用和本質(zhì)一、細(xì)胞代謝細(xì)胞中每時(shí)每刻都在進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。01酶的作用和本質(zhì)二、酶在代謝中的作用實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^比較過氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解酶的作用和意義。2H2O2→2H2OO21常溫下反應(yīng)2加熱3做催化劑4過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溶液比較過氧化氫在不同條件下的分解速率步驟試管編號說明1234一二

結(jié)果結(jié)論比較過氧化氫在不同條件下的分解速率2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3新鮮肝臟研磨液2滴清水2滴清水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)燃過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣反應(yīng)條件自變量因變量無關(guān)變量變量H2O2濃度劑量劑量氣泡產(chǎn)生衛(wèi)生香燃燒對照實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)比較過氧化氫在不同條件下的分解速率2實(shí)驗(yàn)操作步驟（1）取4支潔凈的試管，分別編上序號1、2、3、4,向各試管內(nèi)分別加入2mL過氧化氫溶液，按序號依次放置在試管架上。（2）將2號試管放在90℃左右的水浴中加熱，觀察氣泡冒出的情況，并與1號試管作比較。（3）向3號試管內(nèi)滴入2滴FeCl3溶液，向4號試管內(nèi)滴入2滴肝臟研磨液，仔細(xì)觀察，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（4）立即將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香分別放入3號和4號試管內(nèi)液面的上方，仔細(xì)觀察，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1與1試管相比，2號試管出現(xiàn)什么不同的現(xiàn)象？這一現(xiàn)象說明什么？為什么？2號試管放出的氣泡多，這一現(xiàn)象說明加熱能促進(jìn)過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。23號和4號試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，這說明什么？為什么？Fe3和過氧化氫酶促進(jìn)過氧化氫分解，但它們并未供給過氧化氫能量，而是降低了過氧化氫分解反應(yīng)的活化能。33號試管與4號試管相比，哪支試管中的反應(yīng)速率快？說明什么？為什么？同無機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率跟高。結(jié)論：酶降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能01酶的作用和本質(zhì)二、酶在代謝中的作用1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2與無機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，催化效率更高效01酶的作用和本質(zhì)三、酶的本質(zhì)1.我國早在4000多年前的夏禹時(shí)代，就掌握了釀酒技術(shù)。1716年《康熙字典》收錄了酶字，并將“酶”解釋為“酒母也”?！熬颇浮本褪乾F(xiàn)在所說的酵母。2.19世紀(jì)，釀酒業(yè)在歐洲經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。但是，釀出的葡萄酒經(jīng)常莫名其妙地變酸。受這一問題困擾，科學(xué)界非常重視對發(fā)酵過程的研究。當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)知道，釀酒就是讓糖類通過發(fā)酵變成酒精和二氧化碳。糖類是怎么變成酒精的呢？許多化學(xué)家都相信這是一個(gè)純化學(xué)過程，與生命活動(dòng)無關(guān)。01酶的作用和本質(zhì)三、酶的本質(zhì)3.1857年，法國微生物學(xué)家巴斯德(L.Pasteur,1822-1895)通過顯微鏡觀察，提出釀酒中的發(fā)酵是由酵母菌細(xì)胞的存在所致，沒有活細(xì)胞的參與，糖類是不可能變成酒精的。德國化學(xué)家李比希（J.V.Liebig,1803-1873)卻堅(jiān)持認(rèn)為引起發(fā)酵的是酵母菌細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母菌細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用。兩種觀點(diǎn)爭執(zhí)不下。01酶的作用和本質(zhì)三、酶的本質(zhì)4.結(jié)束這一爭論的是德國化學(xué)家畢希納(E.Buchner,1860-1917)。他把酵母菌細(xì)胞放在石英砂中用力研磨，加水?dāng)嚢瑁龠M(jìn)行加壓過濾，得到不含酵母菌細(xì)胞的提取液。在這些汁液中加入葡萄糖，一段時(shí)間后就冒出氣泡，糖液居然變成了酒。這一結(jié)果與糖液中含有活酵母菌細(xì)胞是一樣的。他將酵母菌細(xì)胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱為釀酶。畢希納雖然從細(xì)胞中獲得了含有酶的提取液，但是提取液中還含有許多其他物質(zhì)，無法直接對酶進(jìn)行鑒定。有些科學(xué)家推測酶是蛋白質(zhì)，并試圖將酶從提取液中分離出來得到純酶，但由于技術(shù)上的困難都未成功因此，酶究竟是什么物質(zhì)，仍然是不解之謎。01酶的作用和本質(zhì)三、酶的本質(zhì)5.美國科學(xué)家薩姆納（J.B.Sumner,1887-1955)也認(rèn)為酶是蛋白質(zhì)。1917年，他從資料中得知刀豆種子中服酶含量相當(dāng)高(這種酶能使尿素分解成氨和二氧化碳）,便決定從刀豆種子中提取純酶。他嘗試了多種方法，歷經(jīng)一次又一次的失敗，終于在1926年的一天清晨驚喜地發(fā)現(xiàn)，在用丙酮作溶劑的提取液中出現(xiàn)了結(jié)晶，這說明提取物達(dá)到了一定的純度。這種結(jié)晶溶于水后能夠催化尿素分解成氨和二氧化碳。然后他又用多種方法證明脲酶是蛋白質(zhì)。后來，科學(xué)家又相繼獲得胃蛋白酶、胰蛋白酶等許多酶的結(jié)晶，并證明這些酶都是蛋白質(zhì)。6.20世紀(jì)80年代，美國科學(xué)家切赫（T.R.Cech,1947一）和奧特曼（S.Altman,1939-)發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化功能。01酶的作用和本質(zhì)三、酶的本質(zhì)酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化活性的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，極少數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA。02酶的特性一、酶的具有高效性酶的催化效率是無機(jī)催化劑的107~1013倍二、酶具專一性性實(shí)驗(yàn)：淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用1原理：淀粉和蔗糖是非還原性糖，但在酶的催化作用下能水解為還原糖。斐林試劑與還原糖在水浴加熱的情況下反應(yīng)出現(xiàn)磚紅色沉淀。2實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄康矸勖甘欠裰荒艽呋囟ǖ幕瘜W(xué)反應(yīng)02酶的特性二、酶具專一性性實(shí)驗(yàn)：淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用3實(shí)驗(yàn)步驟：（1）取兩支潔凈的試管，編上號，然后按照下表中序號1至序號3的要求操作。（2）輕輕振蕩這兩支試管，使試管內(nèi)的液體混合均勻，然后將試管的下半部浸到60℃左右的熱水中，保溫5min。（3）取出試管，各加入2mL斐林試劑邊加入斐林試劑，邊輕輕振蕩這兩支試管，以便使試管內(nèi)的物質(zhì)混合均勻）。（4）將兩支試管的下半部放進(jìn)盛有熱水的大燒杯中，用酒精燈加熱，煮沸1min。5觀察兩支試管內(nèi)的溶液顏色變化。序號項(xiàng)目試管1試管21注入可深性淀粉溶液2mL——2注入蔗糖溶液——2mL3注入新鮮的淀粉酶溶液2mL2mL二、酶具專一性性實(shí)驗(yàn)：淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用4實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1號試管出現(xiàn)磚紅色沉淀，2號試管無現(xiàn)象。5實(shí)驗(yàn)結(jié)論：淀粉酶只能促使淀粉水解而不能促使蔗糖水解。02酶的特性二、酶具專一性性酶具專一性性，一種酶只能與一種或一類底物結(jié)合02酶的特性三、酶的作用條件較溫和02酶的特性酶所催化的化學(xué)反應(yīng)一般是在比較溫和的條件下進(jìn)行的1溫度對酶活性的影響（1）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（2）較高的溫度容易使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，蛋白質(zhì)變性，而失去活性；低溫不會使酶失去活性，只會降低酶的活性。三、酶的作用條件較溫和02酶的特性2pH對酶活性的影響υ/mmol.s-1最適pH0pH酶活性受pH影響示意圖（1）酶促反應(yīng)速率最快時(shí)的pH稱為該酶促反應(yīng)的最適pH。（2）在過酸過堿的條件下，都會使酶的空間結(jié)