1、第5章 細胞的能量供應和利用,降低化學反應活化能的酶 細胞的能量通貨ATP ATP的主要來源細胞呼吸 能量之源光與光合作用,第1節 降低化學反應活化能的酶,本節聚集： 1.細胞代謝為什么離不開酶？ 2.酶是什么？ 3.科學家是怎樣研究酶的本質的？,預習要求,1、能說出酶的作用及其原理 2、找出關于酶本質的探索中各位科學家得 到的結論 3、總結酶的本質 4、總結酶的特性 5、請找出實驗中自變量、因變量、無關變量、,問題探討,討論： 1.1783年斯巴蘭讓尼的實驗要解決什么問題？ 2.是什么物質使肉塊消失了？ 3.怎樣才能證明你的推測？,一、細胞代謝cellular metabolism:細胞中每

2、時每刻都進行著許多化學變化的統稱。,要求 1知道并理解酶在細胞代謝中的作用。 2進行有關的實驗和探究，學會控制自變量，觀察和檢測因變量的變化，以及設置對照組 3.酶的本質 4.酶的特性,二、酶在細胞代謝中的作用,2 H2O2 2 H2O + O2,1、常溫下反應 2、加熱 3、Fe3+做催化劑 4、過氧化氫酶,高溫 /Fe3 /過氧化氫酶,實驗原理：過氧化氫在高溫或鐵離子或過氧化氫酶的作用下都可分解成水和氧氣。,實驗目的：通過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。,實驗,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,90,3

3、.5% FeCl3,20%肝臟研磨液,2滴蒸餾水,2滴蒸餾水,2滴,2滴,不明顯,少量,較多,大量,不復燃,不復燃,變亮,復燃,過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣,反應條件,H2O2 濃度,劑量,劑量,氣泡產生,衛生香燃燒,對照組,實驗組,實驗,提高化學反應速率的途徑： (1) 用加熱或光照給反應體系提供能量。 (2) 使用催化劑。 那么，為什么使用催化劑可以提高反應速率呢？,思考：,1mol H2O2由常態變為活躍的狀態時需要吸收75 KJ的熱量，這75 KJ就是每mol H2O2的活化能。 但加入過氧化氫酶時，H2O2只要吸收29 KJ的熱量就可以轉變為活躍的狀態。少了的46 KJ的熱量

4、是不是由過氧化氫酶提供的呢？ 如果不是由過氧化氫提供的，那么如何解釋為何少了46 KJ的熱量呢？,活化能： 在一個化學反應體系中，反應開始時，反應物分子的平均能量水平較低，為“初態”。在反應的任何一瞬間反應物中都有一部分分子具有了比初態更高一些的能量，高出的這一部分能量稱為“活化能” 在一定溫度下，1mol反應底物全部進入活化態所需要的自由能就是該反應底物的活化能。單位J/mol,酶和一般催化劑的作用就是降低化學反應所需的活化能，從而使活化分子數增多，反應速度加快。,酶的催化機理是降低活化能,二、酶在細胞代謝中的作用,各條件使反應加快的本質： 加熱： Fe3+： 酶：,提高分子的能量,降低化學

5、反應的活化能,更顯著地降低化學反應的活化能,正是由于酶的催化作用，細胞代謝才能在溫和條件下高效有序地快速進行。,細胞內的環境是一個常溫常壓下的狀態,？酶的本質,討論： 1、巴斯德他李比希的觀點，各有什么積極意義？各有什么局限？ 2、他們之間的爭論對于后人進一步研究酶的本質起到了什么作用？ 3、從畢希納的實驗可以得出什么結論？ 4、薩姆納歷時9年證明脲酶是蛋白質，并獲諾貝爾獎。你認為他成功的原因是什么？ 5、請給酶下一個完整的定義。,巴斯德之前,巴斯德,李比希,畢希納,薩姆納,切赫、奧特曼,酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物,酶的分類,細胞內、細胞外、體外,課前復習,1、酶的概念：酶是活細胞產

6、生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數是蛋白質，少數是RNA （1）化學本質,（2）種類： 按存在位置分： 胞內酶：合成后在細胞內起作用的酶，如呼吸酶、ATP合成酶 胞外酶：合成后分泌到細胞外起作用的酶，如消化酶 按功能分：水解酶：催化體內物質水解的酶 合成酶：在物質合成時起作用的酶,相同點： 改變化學反應速率，本身不被消耗。 加快化學反應速率，縮短達到化學反應平衡的時間，但不改變平衡點。 降低活化能，使速率加快。,酶的催化作用和無機催化劑的比較,酶所催化的反應叫酶促反應。酶促反應中被酶作用的物質叫做底物，經反應生產的物質叫做產物。,方法步驟：,過氧化氫溶液,肝臟研磨液 滴入3滴,1,2,1,

7、2,氯化鐵溶液 滴入3滴,比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率,三、酶的特性,1、事實上，酶的催化效率一般是無機催化劑的 倍。,107 1013,（一）、酶具有高效性,2、驗證酶具有高效性的實驗,比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率,（1）實驗原理： 過氧化氫可在過氧化氫酶或無機催化劑三價鐵離子催化下分解成水和氧氣 比較H2O2在過氧化氫酶、Fe3+等不同條件下氣泡產生的多少或衛生香燃燒的劇烈程度，了解過氧化氫酶的催化作用的高效性,三、酶的特性,1、事實上，酶的催化效率一般是無機催化劑的 倍。,107 1013,（一）、酶具有高效性,2、驗證酶具有高效性的實驗,比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率,

8、（1）實驗原理： 過氧化氫可在過氧化氫酶或無機催化劑三價鐵離子催化下分解成水和氧氣 比較H2O2在過氧化氫酶、Fe3+等不同條件下氣泡產生的多少或衛生香燃燒的劇烈程度，了解過氧化氫酶的催化作用的高效性,（2）實驗過程的變量及對照分析,（3）實驗流程：,思考1：酶的催化效率是如此的高效，那么酶是不是就是萬能的了？就一種酶是不是就可以催化所有的化學反應了呢？,思考2：口腔里有唾液淀粉酶，為什么塞進牙縫里的肉絲兩天后還沒被消化?,原來酶還有專一性,每一種酶只能催化 化學反應。,細胞代謝能夠有條不紊地進行，與酶的 是分不開的。,二、酶具有專一性,一種或一類,4000,專一性,目前發現的酶有 多種,它們

9、分別催化不同的化學反應。,我給你實驗材料，你能設計實驗，并自己 動手做嗎？,實驗設計原則： 對照原則,單一變量原則,友情提示,說說看，你的實驗思路？,酶的專一性的驗證實驗 （1）實驗分析 （2）實驗原理： 淀粉（非還原糖）在相應酶（淀粉酶）催化下可分解產生麥芽糖（還原糖）、蔗糖（非還原糖）在相應酶（蔗糖酶）催化下可分解產生葡萄糖和果糖。還原糖可與斐林試劑在水浴加熱條件下產生磚紅色沉淀 用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖后，再用斐林試劑鑒定。根據是否有磚紅色沉淀來判定淀粉酶是否對二者都有催化作用，從而探索酶的專一性 （3）實驗流程：,小結與繼續研究：,酶具有高效性和專一性；那么它的這兩個特性 的發揮是不

10、是在任何條件下都可以呢？,思考：感冒發燒的你為什么不想吃飯呢？,我們的假設：溫度可以影響酶的活性,你又該動腦筋了，想想怎么用實驗去探究 溫度是如何影響酶的活性的？怎么樣才能 使你的假設變為事實？,問題聚焦,1、選擇淀粉酶還是H2O2酶作為實驗材料？,三組，高溫，低溫和常溫！,2、我要設計幾組實驗？選擇幾個溫度？,淀粉酶， H2O2受溫度影響也會分解,3、觀察指標怎么確定，選擇什么樣的鑒定試劑？,碘液，看是否變藍,溫度能影響酶的活性 （1）實驗分析,（2）實驗原理： 淀粉遇碘液呈現藍色，淀粉在淀粉酶催化下可產生麥芽糖，麥芽糖遇碘液無藍色出現 溫度能影響酶的活性，從而影響淀粉的水解，滴加碘液，根據

11、是否出現藍色及藍色的深淺來判斷酶的活性 （3）實驗流程：,（4）注意事項： 2、3步驟不能顛倒，否則酶將淀粉分解，實驗不能成功 本實驗不宜選用斐林試劑，因為斐林試劑與還原糖只有在加熱的條件下才能生成磚紅色沉淀，而該實驗需要控制溫度,pH對酶活性的影響 （1）實驗原理： 過氧化氫可在過氧化氫酶催化下分解成水和氧氣 pH可影響酶活性，從而影響O2的產生量，根據的產生量的多少可判斷pH對酶活性的影響 （2）實驗流程：,酶的特性,高效性：催化效率很高，大大提高反應速率 專一性：任何一種酶只作用于一種或幾種相關的化合物 多樣性：種類繁多 易變性：容易被高溫、強酸、強堿等破壞 反應條件較溫和：,四、影響酶

12、促反應速率的因素,溫度：在一定的溫度范圍（0-400C）內，酶的催化作用隨著溫度的升高而加快。一般來說，溫度每升高100C，反應速度就相應提高一倍。但超過600C，絕大數的酶就會失去活性。00C左右時，酶的活性很低，但酶的空間結構穩定，在適宜的溫度下酶的活性可以升高，因此，酶制劑適于在低溫（0-40C）下保存 一般來說，動物體內的酶最適溫度在35-400C之間；植物體內的酶最適溫度在40-500C之間；部分細菌和真菌甚至達到700C,pH 酶對環境中的pH十分敏感。酶只有在一定的范圍內才能表現出活性，超過這個范圍，酶就會失活 動物體內的酶最適pH大多在6.58.0之間，如唾液淀粉酶在6.27.

13、4，腸消化酶在7.6，但也有例外如胃蛋白酶在0.9-1.5；植物體內的酶最適pH大多在4.56.5之間,激活劑：能夠提高酶活性的物質，例如：NaCl是唾液淀粉酶的激活劑；一些金屬離子和無機鹽離子是一些酶的激活劑，如Mg2+是ATP合成酶的激活劑 抑制劑：能夠抑制酶活性或導致酶活性喪失的物質，例如：某些重金屬鹽、有機酸 酶濃度 反應物（底物）濃度,五、酶的應用： （1）醫藥應用： 溶菌酶能夠溶解細菌的細胞壁，具有抗菌消炎作用 多酶片中含有多種消化酶，具有治療消化不良 （2）工業生產：果膠酶能分解果肉細胞壁中的果膠，提高果汁產量，使果汁變得清亮 （3）生活用品：加酶洗衣粉、含酶牙膏,實驗設計小結,

14、解題技巧： A、審題技巧：一劃二抓三分析 B、結論歸納技巧： 實驗目的直接作為結論（常見于驗證性實驗試題） 結論是依據實驗結果展示圖表數據或曲線描述自變量和因變量的變化關系 C、課題提煉技巧：參考模式：“自變量 對 因變量 影響”,實驗目的,自變量和因變量,實驗試劑器材 實驗操作步驟 實驗結果結論,D、實驗步驟設計的一般模式：分組編號 變量處理（實驗組和對照組設置） 置于適宜條件實驗，觀察記錄實驗觀測指標,E、材料選擇的原則： 一是題目給出的實驗試劑和材料都必須充分運用 二是除非題目條件允許，否則不能自己隨意增加實驗試劑和材料,F、探究性實驗可能出現的結果是不惟一的，一般有三種可能：變量促進結果 變量抑制結果 變量與結果無關 表達的一般格式：若出現“ 現象”，則結論為 ,設計實驗步驟,1、材料器具的準備處理,2、設置實驗組和對照組,3、培養觀察：放在適宜的相同的條件下培養，一段時間后觀察現象和結果或相應方法處理，如振蕩、加熱等,4、結果的預測和分析,在A組中加入適量的-，在B組中加入等量的,如：取兩套規格相同的器材或取長勢相同的某種生物材料隨機平均分成兩份，分別標記為1、2、3或A、B、C或甲、乙、丙等加以編號便于區分,并分別加入等量的,（2）實驗步驟分步描述并加以編號（一般不宜連續描述）,（3）在量上難以做到準確的量化描述，應盡可能用“定性” 的語言表達。,（1）材料器具的