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1、 第第5 5章章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用第第1节节 降低化学反应活化能的酶降低化学反应活化能的酶巴斯德巴斯德 和和 李比希李比希 观点的比较观点的比较1822182218951895（法国）（法国）微生物学家微生物学家通过显微镜观察发现发通过显微镜观察发现发酵的过程中有酵母菌酵的过程中有酵母菌结论：没有活细胞糖类结论：没有活细胞糖类不可能变成酒精不可能变成酒精1803180318731873（德国）（德国）化学家化学家通过对化学变化的研究认通过对化学变化的研究认为糖类变成酒精就是一个为糖类变成酒精就是一个化学反应化学反应结论结论:在这个变化过程中，在这个变化过程中，只有细胞死
2、之后放出了某只有细胞死之后放出了某些物质起了作用些物质起了作用对比对比毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。母细胞中一样。酵母细胞研磨酵母细胞研磨加水搅拌加水搅拌加压过滤加压过滤不含活细胞的提取液不含活细胞的提取液加入葡萄糖加入葡萄糖过程过程：现象现象：冒出气泡：冒出气泡 毕希纳的研究过程毕希纳的研究过程毕希纳的研究过程毕希纳的研究过程 酶酶究竟是什么呢？究竟是什么呢？为什么毕希纳没能确定酶的化学本质为什么毕希纳没能确定酶的化学本质？所有的酶都是蛋白质
3、吗？所有的酶都是蛋白质吗？思考：思考：19821982年至年至19831983年美国科学家切赫和奥特年美国科学家切赫和奥特曼发现少数曼发现少数RNARNA 也也具有催化作用具有催化作用，这一研究，这一研究成果的出现荣获了成果的出现荣获了19841984年年诺贝尔生理奖。诺贝尔生理奖。结论：结论：绝大多数酶是绝大多数酶是蛋白质蛋白质，极少数酶是极少数酶是RNARNA。奥特曼巴斯德之前巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命活动无关发酵是纯化学反应，与生命活动无关巴斯德巴斯德发酵与发酵与活细胞活细胞有关，发有关，发酵是整个细胞而不是细酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用胞中某些物质起作用引起发酵的是引
4、起发酵的是细胞中的某些细胞中的某些物质物质，但这些物质只有在酵，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发母细胞死亡并裂解后才能发挥作用挥作用毕希纳毕希纳酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样萨姆纳萨姆纳酶是酶是蛋白质蛋白质李比希李比希切赫、奥特曼切赫、奥特曼少数少数RNA也具有生物催化功能也具有生物催化功能一、酶的本质一、酶的本质结论：结论：绝大多数酶是绝大多数酶是蛋白质蛋白质，极少数酶是极少数酶是RNARNA。一、酶的本质一、酶的本质酶在酶在细胞代谢中起什么作用呢细胞代谢中
5、起什么作用呢?细胞中每时每刻都进行着许多化学反细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为应，统称为细胞代谢细胞代谢。实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解2H2O2 2H2O+O2方法步骤方法步骤:1.1.取取4 4支洁净试管，编上序号，并且各注入支洁净试管，编上序号，并且各注入2mL2mL新配新配过过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。2.2.将将2 2号试管放在号试管放在9090左右的水浴中加热，观察气泡左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与冒出的情况，并与1 1号试管作比较。号试管作比较。3.3.向向3 3号试
6、管内滴入号试管内滴入2 2滴氯化铁溶液，向滴氯化铁溶液，向4 4号试管内滴号试管内滴入入2 2滴滴新鲜肝脏研磨液新鲜肝脏研磨液。轻轻地振荡两只试管，使试。轻轻地振荡两只试管，使试管内的物质混合均匀。仔细观察哪支试管产生的气泡管内的物质混合均匀。仔细观察哪支试管产生的气泡多。多。4.4.将点燃但无火焰的卫生香分别放入将点燃但无火焰的卫生香分别放入3 3、4 4号试管内液号试管内液面的上方，观察哪支卫生香燃烧猛烈。面的上方，观察哪支卫生香燃烧猛烈。实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解步骤步骤试管编号试管编号 说明说明1 12 23 34 4 一一二二 结结果果结
7、论结论比较过氧化氢在不同条件下的分解速率比较过氧化氢在不同条件下的分解速率2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温常温90FeCl3肝脏研肝脏研磨液磨液2 2滴清水滴清水2 2滴清水滴清水2 2 2 2滴滴滴滴2 2滴滴不明显不明显少量少量较多较多大量大量不复燃不复燃 不复燃不复燃变亮变亮复燃复燃过氧化氢在不同条件下的分解过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样速率不一样反应条件反应条件 H HH H2 2OOOO2 2 浓度浓度剂量剂量剂量剂量气泡产生气泡产生卫生香燃烧卫生香燃烧与与1 1号试管相比，号试管相比，2 2号试管出现什么现象？这号试管出现什么现象？这一现象说明什么？一现象说明什么
8、？加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率为什么能加快呢？为什么能加快呢？常态：常态：常叫基态，微观粒子处于能量最低的状态。常叫基态，微观粒子处于能量最低的状态。活跃状态就是激发态。活跃状态就是激发态。激发态：激发态：微观粒子其内部能量高于基态能量时微观粒子其内部能量高于基态能量时所处的能量状态。所处的能量状态。常态分子常态分子 活化分子活化分子加热加热 3 3、4 4号试管并没有加热，与号试管并没有加热，与1 1号试管对比它号试管对比它的反应速度为什么也加快了呢？的反应速度为什么也加快了呢？思考：思考：加入加入催化剂催化剂相当于给汽车找到了一条穿山隧道相当
9、于给汽车找到了一条穿山隧道加热加压加热加压相当于给汽车加大油门相当于给汽车加大油门1.1.请比较图中请比较图中3 3、4 4两支试管两支试管,哪支试管中的反应哪支试管中的反应速率快速率快?4 4号试管反应速率较快号试管反应速率较快2.2.为什么酶的催化效率会比无机催化剂更高？为什么酶的催化效率会比无机催化剂更高？3443少量肝脏少量肝脏研磨液研磨液催化剂可以降低化学反应的活化能，而且与催化剂可以降低化学反应的活化能，而且与无机催化剂相比较，生物催化剂酶有突出的无机催化剂相比较，生物催化剂酶有突出的优越性优越性酶降低活化能的作用更显著，因酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。而催化效率更高
10、。H H2 2O O2 2过程过程现现 象象说说 明明原原 因因1 1号号2 2号号3 3号号4 4号号常温常温加加2 2滴滴FeClFeCl3 3加加2 2滴滴H2O2酶酶9090水水浴加热浴加热几乎几乎 无气泡无气泡产生产生气泡很少气泡很少 气泡较少气泡较少 燃烧燃烧 不猛烈不猛烈气泡较多气泡较多 燃烧猛烈燃烧猛烈加热能促加热能促进进H2O2分解，提分解，提高反应速高反应速率率 H2O2酶和酶和Fe3+都能都能加快加快H2O2分解，且分解，且酶的催化酶的催化效率高效率高加热使加热使H2O2得到能量，得到能量，从常态转变从常态转变为容易分解为容易分解的活跃态的活跃态H2O2酶和酶和Fe3+都
11、降低了都降低了H2O2反应的活反应的活化能，且酶的化能，且酶的作用更显著作用更显著2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml2ml二、酶在细胞代谢中的作用二、酶在细胞代谢中的作用2 H2 H2 2OO2 2 2 2 H2 2O +O2 21 1、常温下反应、常温下反应2 2、加热、加热3 3、FeFe3+3+做催化剂做催化剂4 4、过氧化氢酶、过氧化氢酶猪肝研磨液（过氧化氢酶）猪肝研磨液（过氧化氢酶）加入试管直接观察加入试管直接观察酒精灯加热酒精灯加热滴加滴加FeCl3溶液溶液常温常温/高温高温/Fe3/过氧化氢酶过氧化氢酶实验目的：通过比较过氧化氢在实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件不同条
12、件下分解下分解的快慢，了解酶的作用和意义。的快慢，了解酶的作用和意义。实验原理：过氧化氢在实验原理：过氧化氢在常温常温或或高温高温或或铁离子铁离子或或过过氧化氢酶氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气。的作用下都可分解成水和氧气。二、酶在细胞代谢中的作用二、酶在细胞代谢中的作用作用：作用：催化作用催化作用 本质：本质：降低化学反应的活化能降低化学反应的活化能步骤步骤试管编号试管编号 说明说明1 12 23 34 4 一一二二 结结果果结论结论比较过氧化氢在不同条件下的分解速率比较过氧化氢在不同条件下的分解速率2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温常温90FeCl3肝脏研肝脏研磨液磨液2 2滴
13、清水滴清水 2 2滴清水滴清水2 2 2 2滴滴滴滴2 2滴滴不明显不明显少量少量较多较多大量大量不复燃不复燃 不复燃不复燃变亮变亮复燃复燃过氧化氢在不同条件下的分解过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样速率不一样反应条件反应条件自变量自变量因变量因变量无关变量无关变量y=kx变量变量 H HH H2 2OOOO2 2 浓度浓度剂量剂量剂量剂量气泡产生气泡产生卫生香燃烧卫生香燃烧对照实验对照实验对照组对照组实验组实验组二、酶在细胞代谢中的作用二、酶在细胞代谢中的作用 分子从分子从常态常态转变为容易发生转变为容易发生化学反应的化学反应的活跃状态活跃状态所需要的能量。所需要的能量。各条件使反应加快的
14、本质：各条件使反应加快的本质：加热：加热：FeFe3+3+：酶：酶：提高分子的能量提高分子的能量降低化学反应的降低化学反应的活化能活化能同无机催化相比，酶能同无机催化相比，酶能更显著地更显著地降低化学降低化学反应的反应的活化能活化能，因而催化效率，因而催化效率更高更高。细胞代谢为什么离不开酶？细胞代谢为什么离不开酶？一般化学反应的条件一般化学反应的条件（1）高温）高温（2）高压）高压（3）强酸）强酸（4）强碱）强碱（5）催化剂）催化剂细胞内外的环境细胞内外的环境是很温和的是很温和的1.常温常温2.常压常压3.水溶液环境水溶液环境4.pH接近中性接近中性细胞内会发生一系列的化学反应，这些化细胞内
15、会发生一系列的化学反应，这些化学反应发生的环境条件是什么？学反应发生的环境条件是什么？在这种环境状态下发生的化学反应，应该有适在这种环境状态下发生的化学反应，应该有适合的生物催化剂合的生物催化剂 酶酶酶是酶是什么呢？什么呢？三、三、酶酶(Enzyme)(Enzyme)的概念的概念:绝大多数酶是蛋白质绝大多数酶是蛋白质,少数的酶是少数的酶是RNA.酶是酶是活细胞活细胞产生的一类具有产生的一类具有生物生物催化作用催化作用的的有机物有机物。来源来源功能功能本质本质四、酶的特性四、酶的特性3443少量肝脏少量肝脏研磨液研磨液 比较过氧化氢酶和比较过氧化氢酶和FeFe3+3+的催化效率的催化效率1、酶具
16、有高效性、酶具有高效性酶的催化效率是无机催化剂的酶的催化效率是无机催化剂的10107 710101313 倍倍2、酶具有专一性、酶具有专一性每一种酶只能催化每一种酶只能催化一种或一类一种或一类化学反应化学反应 （例如，二肽酶可以水解由任意两种（例如，二肽酶可以水解由任意两种氨基酸组成的二肽。）氨基酸组成的二肽。）实验蛋白酶，淀粉酶，蔗糖酶，肽酶，蛋白酶，淀粉酶，蔗糖酶，肽酶，麦芽糖酶麦芽糖酶 由由这些酶的名字你能想到什么吗？这些酶的名字你能想到什么吗？设计一个实验来验证一下你的推测设计一个实验来验证一下你的推测实实验验步步骤骤一一1号试管号试管2号试管号试管二二三三四四实验实验现象现象结论结论
17、加入淀粉酶加入淀粉酶2 2mL，振荡，试管下半部，振荡，试管下半部浸入浸入6060左右的热水中，保温左右的热水中，保温5min5min2mL蔗糖溶液蔗糖溶液加斐林试剂加斐林试剂 振荡振荡水浴加热水浴加热1min2mL淀粉溶液淀粉溶液蓝色蓝色无变化无变化砖红色沉淀砖红色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。蔗糖水解。探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用3 3、酶的作用条件较温和、酶的作用条件较温和温度温度对酶活性的影响对酶活性的影响 1 1 2 2 3 33 3可溶性淀粉可溶性淀粉 2ml2ml 2ml2ml 2ml2ml 温度
18、温度 唾液淀粉酶唾液淀粉酶 碘液碘液 颜色颜色 结论结论冰水中冰水中37水浴水浴60 浴浴放置放置2min2min1ml1ml1ml1ml1ml1ml1 1滴滴1 1滴滴1 1滴滴摇匀混合，放置反应摇匀混合，放置反应5min5min变蓝变蓝变蓝变蓝不变蓝不变蓝唾液淀粉酶在唾液淀粉酶在37 中活性最强中活性最强自变量自变量因变量因变量pH对酶活性的影响对酶活性的影响 1 1 2 2 3 3 肝脏研磨液肝脏研磨液 1ml1ml 1ml1ml 1ml1ml pHpH3 3过氧化氢过氧化氢溶液溶液 结果结果 结论结论蒸馏水蒸馏水1mL5NaOH1mL5HCL1mL2ml2ml2ml2ml2ml2ml摇
19、匀混合，放置在室温下反应摇匀混合，放置在室温下反应5min5min有较多气泡有较多气泡不明显不明显不明显不明显过氧化氢酶在中性条件中活性最强过氧化氢酶在中性条件中活性最强自变量自变量因变量因变量酶活性受温度酶活性受温度影响示意图影响示意图酶活性受酶活性受pH影响示意图影响示意图在一定范围内，随着温度的升高，酶的活在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强；性逐渐增强；达到最适温度时，酶达到最适温度时，酶的活性最高；的活性最高；超过最适温度时，随超过最适温度时，随着温度的继续升高，着温度的继续升高，酶的活性逐渐下降。酶的活性逐渐下降。酶活性受温度酶活性受温度影响示意图影响示意图温度过高温度过
20、高会使酶的空会使酶的空间结构遭到破坏，使间结构遭到破坏，使酶永久失活酶永久失活在一定范围内，随着在一定范围内，随着pH的升高，酶的活性的升高，酶的活性逐渐增强；逐渐增强；达到最适达到最适pH时，酶时，酶的活性最高；的活性最高；超过最适超过最适pH时，随时，随着着pH的继续升高，的继续升高，酶的活性逐渐下降。酶的活性逐渐下降。过酸、过碱过酸、过碱会使酶的会使酶的空间结构遭到破坏，空间结构遭到破坏，使使酶永久失活酶永久失活酶活性受酶活性受pH影响示意图影响示意图1 1、高效性、高效性2 2、专一性、专一性温度温度pH3 3、作用条件较温和、作用条件较温和四、酶的特性四、酶的特性酶在细胞代谢酶在细胞
21、代谢中的作用中的作用酶的本质酶的本质酶的特性酶的特性活细胞产生的具有催化作用的活细胞产生的具有催化作用的有机物有机物，其中绝大多数酶是蛋，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是白质，少数酶是RNARNA。降低化学反应的活化能降低化学反应的活化能高效性高效性专一性专一性作用条件温和作用条件温和1.细胞内合成酶的主要的场所是（细胞内合成酶的主要的场所是（）A.细胞质细胞质 B.线粒体线粒体 C.核糖体核糖体 D.内质网内质网C课堂练习课堂练习:结论：结论：1.1.巴斯德是微生物学家，他主要强调生物体或巴斯德是微生物学家，他主要强调生物体或细胞的整体作用。细胞的整体作用。2.2.李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。问题。3.3.人物人物巴斯德巴斯德李比希李比希合理性合理性 认为发酵与活细认为发酵与活细胞有关胞有关引起发酵的是细胞引起发酵的是细胞中的某些物质中的某些物质局限性局限性 发酵是整个细胞发酵是整个细胞而不是细胞中的而不是细胞中的某些物质在起作某些物质在起作用用这些物质只有在酵这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解母细胞死亡并裂解后才能发挥作用后才能发挥作用