資源簡介

(共36張PPT)
5.1 降低化學反應活化能的酶
第5章細胞的能量供應和利用
第一課時
01
Part One
胃蛋白酶的發現過程
1
斯帕蘭扎尼在研究鷹的
消化作用
1773年，意大利科學家斯帕蘭禮尼做了
一個巧妙的實驗：將肉塊放入小巧的金屬籠
內，然后讓鷹把小籠子吞下去。過一段時間
后，他把小籠子取出來，發現籠內的肉塊消
失了。
討論：
1. 為什么要將肉塊放在金屬籠內？
2. 是什么物質使肉塊消失了？
3. 怎樣才能證明你的推測
排除物理性消化對肉塊的影響
胃內的化學物質將其分解
收集胃內化學物質，做體外分解肉塊實驗
斯帕蘭札尼的實驗說明：
食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某種物質。
后來，科學家發現胃液含有大量鹽酸，推測：
鹽酸是使食物分解的物質。
1835年，德國科學家施旺發現：
胃腺分泌物中有一種物質，將它與鹽酸混合后，對肉類的分解能力遠遠大于鹽酸的單獨作用，這種物質就是胃蛋白酶。
施旺
德國生理學家
斯帕蘭扎尼的實驗說明，食物在胃內的消化，靠的是胃液中的某種物質。然而這種物質是什么，他始終未能得出結論。后來，科學家發現胃液中含有大量的鹽酸，于是推測鹽酸是使食物分解的物質。1835年，德國科學家施旺通過實驗發現，胃腺分泌物中有一種物質，將它與鹽酸混合后，對肉類的分解能力遠遠大于鹽酸的單獨作用，這種物質就是胃蛋白酶。
隨著對細胞研究的不斷深入，人們認識到，細胞的生活需要物質和能量。能量的釋放、儲存和利用，都必須通過化學反應來實現。細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統稱為細胞代謝。細胞代謝離不開酶。
葉綠體：CO2+H2O （CH2O) +O2
光能
酶
線粒體: C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
核糖體：氨基酸 多肽
脫水縮合
酶
細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統稱為細胞代謝。
細胞代謝離不開酶！
在細胞較為溫和的環境中，各種生化反應如何高效有序的進行呢？
溫和
常溫
常壓
水溶液環境
pH接近中性
一、酶在細胞代謝中的作用
1、細胞代謝：
（1）概念：
（3）意義：
細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統稱為細胞代謝。
細胞中
（2）場所：
細胞代謝是細胞生命活動的基礎
一 酶的作用和本質
細胞代謝是細胞生命活動的基礎，但細胞代謝過程中也會產生代謝廢物，甚至會產生對細胞有害的物質，如過氧化氫。
體內過氧化氫過多會導致皮膚發黃，毛發（包括頭發）變白,會加速人體衰老,損害細胞。
細胞中的過氧化氫酶能將過氧化氫及時分解。
過氧化氫酶在肝臟里含量較多。
資料：
過氧化氫在體外能分解嗎？需要什么條件？
在體內分解和在體外分解情況有什么不一樣嗎？
2、比較過氧化氫在不同條件下的分解
（1）實驗原理
2H2O2 → 2H2O + O2
思考：
如何檢測產生氧氣的多少？
①加熱可以促進H2O2分解； Fe3+可以催化H2O2分解；
②新鮮肝臟細胞中含有過氧化氫酶，其能催化H2O2的分解產生氧氣和水；
③觀察現象：氣泡生成的速率； 氧氣能使帶火星的衛生香復燃，且含量不同燃燒程度不同。
步驟 試管編號
1 2 3 4
一
二
觀察
實驗結論
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常溫
90℃
FeCl3溶液
肝臟研磨液
2滴
2滴
不明顯
少量
較多
大量
不復燃
火星變亮
復燃
復燃且燃燒劇烈
過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣
過氧化氫在過氧化氫酶的作用下分解速率最快
反應條件
H2O2 濃度
劑量
劑量
氣泡產生
帶火星的衛生香
（2）實驗步驟
1.實驗中使用的肝必須是新鮮的,并且要研磨充分,為什么
2.滴入肝研磨液和FeCl3溶液時,能不能共用一個滴管 為什么
提示:不能。
防止滴入的FeCl3溶液中含少量肝研磨液而影響實驗結果的準確性。
1 必須用新鮮的肝臟做實驗材料。
2 實驗使用肝臟的研磨液,加大過氧化氫酶與試管中過氧化氫分子的接觸面積， 從而加速過氧化氫的分解。
3 不能共用一個試管吸取肝臟研磨液和氯化鐵溶液。
4 過氧化氫有腐蝕性，使用時不要讓其接觸皮膚。
5 觀察產生氧氣多少的方法：
A、觀察產生氣泡的數目的多少。
B、用無火焰的衛生香來鑒定，氧氣多會使無火焰的衛生香復燃。
實驗的注意事項
思考討論1——對實驗材料及用具的分析
提示:肝如果不新鮮,肝細胞內的過氧化氫酶就會在腐生細菌的
作用下分解。研磨充分有利于肝細胞中的過氧化氫酶充分釋放。
1）與1號試管相比，2號試管產生的氣泡多，這一現象說明了什么？
加熱能促進H2O2的分解,提高反應速率。
對現象進行分析
質疑：與1號試管相比，為什么2號試管加熱后過氧化氫就能分解？
加熱使過氧化氫分子得到能量，從常態轉變為容易分解的活躍狀態。
分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量稱為活化能
2） 3、4號試管未經加熱，也有大量氣泡產生，這說明了什么？
FeCl3中的Fe3+ 和新鮮肝臟中的過氧化氫酶都能加快過氧化氫分解的速率。
3）3號試管和4號試管相比，哪只試管中的反應速率快？這說明了什么？
過氧化氫酶比Fe3+ 的催化效率高得多。
對現象進行分析
質疑：FeCl3中Fe3+和肝臟研磨液的過氧化氫酶都
能加快過氧化氫分解，原因與2號試管的相同嗎？
降低了過氧化氫分解反應的活化能。
與無機催化劑相比較，
酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率更高。
酶具有高效性
酶降低化學反應活化能示意圖
條件
活化能
kJ/mol
沒有催化劑催化
過氧化氫酶催化
54
75
用膠態鉑催化
29
20攝氏度測得過氧化氫分解的活化能
催化劑催化作用的本質是什么？
降低化學反應的活化能
加熱相當于給汽車加大油門，用催化劑相當于幫司機找到了一條穿山隧道。
同無機催化劑相比較，酶降低活化能的作用更顯著，因而催化效率更高。
正是由于酶的催化作用，細胞代謝才能在溫和條件下快速有序的進行。
現象解釋：
各條件使反應加快的本質：
加熱：
Fe3+：
酶：
提高分子的能量（提供活化能）
降低化學反應的活化能
更顯著地降低化學反應的活化能
(1)圖中表示有酶參與時的活化能是　　　。
答案:h2
(2)若加入無機催化劑,反應的活化能是h3,則h3和h1、
h2的關系是什么
提示:h2(3)此圖說明酶催化作用的機理是什么
提示:降低化學反應的活化能。
酶作用機理的示意圖分析
控制變量和設計對照實驗
自變量：實驗中 的因素。
因變量：因 而變化的變量。
無關變量：除自變量外，實驗過程中還存在一
些 。
對照實驗
除作為自變量的因素外，其余因素（無關變量）都保持一致，并將結果進行比較的實驗叫做對照實驗。對照實驗一般要設置對照組與實驗組。
人為控制的對實驗對象進行處理
自變量改變
對實驗結果造成影響的可變因素
變量:實驗過程中的變化因素。
▲對照原則:一般既要設置對照組又要設置實驗組。
▲單一變量原則：在對照實驗中，除了自變量和要觀察記錄的因變量外，其他變量即無關變量都應當始終保持相同且適宜。
▲（等量原則）
遵循原則
步驟 試管編號 說明
1 2 3 4
一等量性原則
二
觀察
實驗結論
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常溫
90℃
FeCl3溶液
肝臟研磨液
2滴
2滴
不明顯
少量
較多
大量
不復燃
火星變亮
復燃
復燃且燃燒劇烈
過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣
過氧化氫在過氧化氫酶的作用下分解速率最快
反應條件
自變量
因變量
無關變量
變量
H2O2 濃度
劑量
劑量
氣泡產生
帶火星的衛生香
對照實驗
對照組
實驗組
實驗步驟：
無關變量
2、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下的分解速率
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常溫
90℃
FeCl3
鮮肝研磨液
2滴
2滴
不明顯
少量
較多
大量
不猛烈
猛烈
反應條件
自變量
因變量
無關變量
變量
對照組
實驗組
對照實驗
等量性原則
單一變量原則
等量性原則
無關變量
人為改變的變量
隨自變量的變化而變化的變量
1、過氧化氫在不同條件下分解速率不一樣；
2、過氧化氫酶的催化作用最顯著（高效性）
步驟 試管編號 說明
1 2 3 4
一 H2O2 濃度
二
結果 氣泡產生
衛生香燃燒
結論
【例1】酶具有極強的催化功能,其原因是(　　)
A.增加了反應物之間的接觸面積
B.降低了反應的活化能
C.提高了反應的活化能
D.酶提供了使反應開始所必需的能量
B
【例2】下圖表示酶和無機催化劑改變化學反應速率的原理。下列相關敘述正確的是(　　)
A.酶降低的化學反應的活化能是EC
B.EC或EA分別表示酶和無機催化劑為化學反應提供的活化能
C.酶具有高效性,其實質在于EB-
EAD.酶具有催化作用,是因為能為化學反應提供能量
C
【例3】下圖所示為“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗過程,有關分析合理的是(　　)
A.本實驗自變量是催化劑的種類
B.本實驗的無關變量有溫度和過氧化氫的用量等
C.1號和4號試管對照可說明酶具有催化作用
D.3號和4號試管對照可說明酶具有專一性
C
【例4】下圖中新鮮土豆片與質量分數為3%的H2O2溶液接
觸后,產生的現象及推測錯誤的是(　　)
A.若有大量氣體產生,可推測新鮮土豆片中含有過氧化氫酶
B.若增加新鮮土豆片的數量,產生氣體的速率加快
C.一段時間后氣體量不再增加是因為土豆片的數量有限
D.為保證實驗的嚴謹性,需要控制溫度等無關變量
C
第二課時
01
Part One
閱讀教材P79-80《關于酶本質的探索》，回答P80問題！
畢希納 ，1907年獲得了諾貝爾化學獎。
巴斯德 ，近代微生物學的奠基人。
李比希，德國著名化學家
薩姆納，美國生物化學家，1946年獲得諾貝爾化學獎
二、酶的本質
巴斯德之前
發酵是純化學反應，與生命活動無關
巴斯德
發酵與活細胞有關，發酵是整個細胞而不是細胞中某些物質起作用
引起發酵的是細胞中的某些物質，但這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發揮作用
畢希納
酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣
薩姆納
脲酶是蛋白質
李比希
切赫、奧特曼
少數RNA也具有生物催化功能
（1）巴斯德是微生物學家，他主要強調生物體或細胞的整體作用。
（2）李比希是化學家，傾向于從化學的角度考慮問題。
（3）他們的爭論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。
人物 巴斯德 李比希
合理性 認為發酵與活細胞有關 引起發酵的是細胞中的某些物質
局限性 發酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用 這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發揮作用
1.巴斯德和李比希的觀點各有什么積極意義？各有什么局限性？
2.在科學發展過程中出現爭論是正常的。巴斯德和李比希之間出現爭論的原因是什么？這一爭論對后人進一步研究酶的本質起到了什么作用？
畢希納的實驗說明，酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣。
酵母菌細胞研磨
加水攪拌
加壓過濾
不含酵母菌細胞的提取液
加入葡萄糖
過程：
現象：冒出氣泡，糖液變成了酒。
3.分析畢希納的研究過程，從畢希納的實驗可以得出什么結論？
薩姆納歷時9年，用正確的科學方法，堅持不懈、百折不撓的科學精神，將酶提純出來。成功屬于不畏艱苦的人。
4.薩姆納歷時九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
取得成功靠的是什么樣的精神品質？
【思考】
1、酶是活細胞產生的，只能在活細胞中發揮作用嗎？
2、所有的酶都是蛋白質嗎？
不是，可以在細胞外或生物體外
不是，少數RNA也有生物催化功能
1
酶的本質
概念：酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物。
其中絕大多數酶是蛋白質，
少數是RNA。
酶的來源
酶的功能
酶的化學本質
降低化學反應的活化能
幾乎所有活細胞
哺乳動物成熟紅細胞不能產生酶（但含有酶）
不是所有細胞都能產生酶，
但所有細胞都含有酶
1
總結：酶的本質
1、化學本質：大多為 ，
少數為 。
2、合成場所：大多為 ，
少數為
3、來源： 細胞產生的
4、作用場所：細胞 或生物體 .
5、作用： 作用
6、作用機理： 。
蛋白質
RNA
核糖體
細胞核（真核細胞）
活
內外
內外
催化
降低化學反應的活化能
本節課小結：
1、酶在細胞代謝中的作用——降低化學反應的活化能，是生物催化劑，同無機催化劑相比，催化效率更高。
2、酶的本質——酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數酶是蛋白質，少數酶是RNA。
3、設計實驗的原則：
對照原則（知道并會設置對照組和實驗組）
單一變量原則（會確認和控制變量）
等量原則
練一練
C
D
1、大多數酶在水解過程中，通常能得到多肽，最
后能得到氨基酸，這說明（ ）
A.大多數酶是由活細胞產生的
B.大多數酶是生物催化劑
C.大多數酶的化學本質是蛋白質
D.大多數酶的基本組成單位是多肽
2、酶的基本組成單位是（ ）
A.氨基酸 B.核苷酸
C.核糖核苷酸 D.A或C
3.關于酶的敘述中,正確的是( )。
A．酶只有在生物體內才能起催化作用
B．酶都有消化作用
C．酶是活細胞產生的具有催化效率的有機物。
D．酶都是在核糖體上合成的
4．在過氧化氫酶和Fe3+的催化效率比較的實驗中，把肝臟制成研磨液的目的是（ ）。
A．有利于過氧化氫酶的釋放
B．保護過氧化氫酶
C．提高過氧化氫酶的活性
D．以上說法都不正確
c
A
B
5．20世紀80年代初，Cech 和Altman分別發現了具有催化功能的核酶，打破了酶只是蛋白質的傳統觀念，為此雙雙獲得了1989年的諾貝爾化學獎。“核酶”是指某些（ ）
A．DNA B．RNA
C．染色體 D .ATP
B

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