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1、第一节 降低化学反应活化能的酶第1页，本讲稿共22页第2页，本讲稿共22页一、酶的作用和本质一、酶的作用和本质1.1.细胞代谢细胞代谢 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。2.2.酶在细胞代谢中的作用酶在细胞代谢中的作用实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解（1 1）原理：）原理：新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶，能将过氧化氢分解成水和氧。（2 2）材料：材料：新鲜新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液研磨液（3 3）步骤：步骤：第3页，本讲稿共22页在本实验中应该注意哪些事项？在本实验中应该注意哪些事项？3.3.滴加氯化铁和肝脏研磨液不能合用一支滴管，以免滴加氯化铁和肝脏研磨液不能合用一支滴管，
2、以免影响实验效果。影响实验效果。1.1.肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生细菌的作用下分解。会在腐生细菌的作用下分解。2.2.肝脏要研磨，使过氧化氢酶与过氧化氢充分接触，从肝脏要研磨，使过氧化氢酶与过氧化氢充分接触，从而加速过氧化氢的分解。而加速过氧化氢的分解。4.4.过氧化氢有腐蚀性，使用时要小心，不过氧化氢有腐蚀性，使用时要小心，不要使其接触皮肤。要使其接触皮肤。第4页，本讲稿共22页步骤步骤试管编号1234结结果果气泡产生气泡产生卫生香燃烧卫生香燃烧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
3、燃2ml2ml2ml2ml常温常温902滴滴20%新鲜新鲜肝脏研磨液肝脏研磨液比较过氧化氢在比较过氧化氢在不同条件不同条件下的分解速率下的分解速率3%新制新制H2O2 溶液溶液反应条件反应条件二二一一2滴滴3.5%FeCl3因变量因变量自变量自变量观测指标观测指标第5页，本讲稿共22页2 2、3 3、4 4号试管号试管1 1号试管号试管加入加入H H2 2O O2 2、FeClFeCl3 3和肝脏研磨液的量及浓度和肝脏研磨液的量及浓度;H H2 2O O2 2和肝脏研磨液的新鲜程度等。和肝脏研磨液的新鲜程度等。H H2 2O O2 2分解速度分解速度控制变量控制变量9090水浴加热水浴加热 、
4、3.5%FeCl3.5%FeCl3 3溶液、溶液、20%20%肝脏研磨液肝脏研磨液单一变量原则单一变量原则对照原则对照原则自变量自变量无关变量无关变量对照组对照组实验组实验组因变量因变量等量原则等量原则第6页，本讲稿共22页121343411 1号号试管与管与2 2号号试管管对照，照，说明明1 1号号试管与管与3 3号号试管管对照，照，说明明1 1号号试管与管与4 4号号试管管对照，照，说明明3 3号号试管与管与4 4号号试管管对照，照，说明明加热可以促进过氧化氢分解加热可以促进过氧化氢分解FeClFeCl3 3能催化能催化H H2 2O O2 2分解分解过氧化氢酶能催化过氧化氢酶能催化H H
5、2 2O O2 2的分解的分解(酶具有催化作用酶具有催化作用)过氧化氢酶的催化效率比过氧化氢酶的催化效率比FeClFeCl3 3高高（酶具有高效性）（酶具有高效性）第7页，本讲稿共22页3.3.酶的功能作用机理酶的功能作用机理（1）分子从）分子从常态常态转变为容易发生化学反应的转变为容易发生化学反应的活跃状态活跃状态所需要的所需要的能量称为能量称为活化能活化能。（2）酶在生化反应中主要是）酶在生化反应中主要是降低了反应的活化能降低了反应的活化能。第8页，本讲稿共22页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(微生物学家）微生物学家）发酵与
6、活细胞有关，发酵是发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞整个细胞而不是细胞中某而不是细胞中某些物质起作用些物质起作用引起发酵的是引起发酵的是细胞中的某些物质细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作解后才能发挥作用毕希纳毕希纳酵母细胞中的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某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用作用，就像在活酵母细胞中一样，就像在活酵母细胞中一样萨姆纳萨姆纳酶是蛋白质酶是蛋白质李比希李比希（化学家）（化学家）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酶本质的探索酶本质的探索第9页，
7、本讲稿共22页二、酶的本质二、酶的本质活细胞活细胞产生的具有生物产生的具有生物催化作用催化作用的的有机物有机物(1)来源：活细胞产生来源：活细胞产生(2)本质：绝大多数是蛋白质，少数酶是本质：绝大多数是蛋白质，少数酶是RNARNA(3)功能：生物催化剂功能：生物催化剂(4)分布：细胞外分布：细胞外(胞外酶：如消化酶胞外酶：如消化酶)细胞内细胞内(胞内酶：如呼吸酶胞内酶：如呼吸酶)a.在催化某一反应时，与其他一般无机催化在催化某一反应时，与其他一般无机催化剂一样，剂一样，能显著降低反应的活化能，提高反应速能显著降低反应的活化能，提高反应速率，缩短达到平衡的时间，但并不改变反应的方率，缩短达到平衡
8、的时间，但并不改变反应的方向和平衡常数；向和平衡常数；b.反应前后酶的反应前后酶的性质和数量均没有变化。性质和数量均没有变化。第10页，本讲稿共22页1.1.1.1.酶具有酶具有酶具有酶具有高效性高效性2.2.2.2.酶具有酶具有酶具有酶具有专一性专一性3.3.3.3.酶的作用条件酶的作用条件酶的作用条件酶的作用条件较温和较温和三、酶的特性三、酶的特性酶的催化效率一般是无机催化剂的酶的催化效率一般是无机催化剂的10107 7-10-101313倍倍每一种酶只能催化每一种酶只能催化一种或者一类一种或者一类化学反应化学反应要有合适的温度要有合适的温度要有合适的要有合适的pHpH第11页，本讲稿共2
9、2页淀粉溶液淀粉溶液蔗糖溶液蔗糖溶液实实验验步步骤骤一一二二三三实验实验现象现象结果结果分别加入淀粉酶分别加入淀粉酶4 4滴，振荡，试管下半部浸入滴，振荡，试管下半部浸入6060左右的热水中左右的热水中，反应，反应3min3min2 2号试管中加入号试管中加入2mL2mL蔗糖溶液蔗糖溶液加入斐林试剂加入斐林试剂 振荡振荡水浴加热水浴加热1min1min1 1号试管中加入号试管中加入2mL2mL淀粉溶液淀粉溶液蓝色蓝色蓝色蓝色砖红色沉淀砖红色沉淀淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。淀粉酶只能催化淀粉水解，不
10、能催化蔗糖水解。淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用第12页，本讲稿共22页编号编号实实验验步步骤骤一一二二三三实验现象实验现象结论结论1 1号和号和A A号试管号试管2 2号和号和B B号试管号试管3 3号和号和C C号试管号试管混合混合1 1号和号和A A号，号，2 2号和号和B B号，号，3 3号和号和C C号，振荡，滴号，振荡，滴加碘液，观察颜色变化。加碘液，观察颜色变化。试管试管1.2.31.2.3号各加入号各加入2mL2mL淀粉淀粉试管试管A.B.CA.B.C号各加入号各加入2 2滴淀粉酶滴淀粉酶变蓝变蓝保持保持00冰水冰水中中约约2min2min加热至加热至9
11、090约约2min2min6060约约2min2min不变蓝不变蓝只有在一定温度下酶的催化效率最好只有在一定温度下酶的催化效率最好只有在一定温度下酶的催化效率最好只有在一定温度下酶的催化效率最好变蓝变蓝探究温度对淀粉酶活性的影响探究温度对淀粉酶活性的影响第13页，本讲稿共22页低低活性活性空间结构空间结构在最适温度的两侧，反应速率都比较在最适温度的两侧，反应速率都比较 较高的温度容易使酶的较高的温度容易使酶的 遭到破坏，蛋白质变性，而失去遭到破坏，蛋白质变性，而失去 。第14页，本讲稿共22页 口腔温度和体温差不多，而当我们口腔中的口腔温度和体温差不多，而当我们口腔中的唾液淀粉酶进入胃中以后，
12、却发现，唾液不再具唾液淀粉酶进入胃中以后，却发现，唾液不再具有催化淀粉分解的功能有催化淀粉分解的功能,胃中的蛋白酶随食糜进入小胃中的蛋白酶随食糜进入小肠后也不再具有催化功能。经测定，唾液的肠后也不再具有催化功能。经测定，唾液的pHpH为为6.26.27.4,7.4,胃液的胃液的pHpH为为0.91.50.91.5，小肠液的，小肠液的pHpH为为7.67.6。小资料小资料 由上述资料你可以得出何种问题呢？提出问题：提出问题：酶的名称酶的名称最适最适PHPH过氧化氢酶（肝）过氧化氢酶（肝）6.86.8唾液淀粉酶唾液淀粉酶6.86.8脂肪酶脂肪酶8.38.3胰蛋白酶胰蛋白酶8.0-9.08.0-9.
13、0胃蛋白酶胃蛋白酶1.5-2.21.5-2.2第15页，本讲稿共22页 质量分数为质量分数为2%2%的的淀粉酶溶液（唾液淀粉酶）淀粉酶溶液（唾液淀粉酶）、质量分数为、质量分数为3%3%的可溶性淀粉溶液、碘液、的可溶性淀粉溶液、碘液、PHPH为为2 2的溶液，的溶液，PHPH为为7 7的溶液，的溶液，PHPH为为1212的溶液，试管，大的溶液，试管，大烧杯，量筒，滴管，试管夹等。烧杯，量筒，滴管，试管夹等。实验材料及器具实验材料及器具：作出假设：作出假设：PHPH值过大过小都会影响酶的活性值过大过小都会影响酶的活性第16页，本讲稿共22页过氧化氢酶过氧化氢酶空间结构空间结构活性变性变性 在过酸过
14、碱的条件下，都会使酶的在过酸过碱的条件下，都会使酶的 遭到破坏遭到破坏,蛋白蛋白质质 ，酶失，酶失 。第17页，本讲稿共22页 高温、低温、过酸和过碱对酶活性的影高温、低温、过酸和过碱对酶活性的影响其本质相同吗？响其本质相同吗？不同，过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间不同，过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；低温使酶活性明显结构遭到破坏，使酶永久失活；低温使酶活性明显下降，但在适宜温度下其活性可以恢复。下降，但在适宜温度下其活性可以恢复。第18页，本讲稿共22页底物浓度：底物浓度：当酶浓度、温度和当酶浓度、温度和PH恒定时，在底物浓度很低的恒定时，在底物浓度很低的范围
15、内，反应速率与底物浓度成范围内，反应速率与底物浓度成正比，当底物浓度达到一定限度正比，当底物浓度达到一定限度时，所有的酶与底物结合，反应时，所有的酶与底物结合，反应速率达到最大，再增加底物，反速率达到最大，再增加底物，反应速率不再增加。应速率不再增加。影响酶促反应速率的其他因素影响酶促反应速率的其他因素酶的浓度：酶的浓度：在有在有足够底物足够底物而又不受其它因而又不受其它因素的影响的情况下，则酶促反应速率与酶素的影响的情况下，则酶促反应速率与酶浓度成正比。浓度成正比。酶数量一定酶数量一定底物足够底物足够底物一定底物一定第19页，本讲稿共22页例：动物脑组织中含有丰富的谷氨酸脱羧酸，能专一催化例
16、：动物脑组织中含有丰富的谷氨酸脱羧酸，能专一催化1 mol谷氨酸分解为谷氨酸分解为1mol r氨基丁酸和氨基丁酸和1 mol CO2。某。某科研小组从小鼠的脑中得到该酶后，在谷氨酸起始浓度为科研小组从小鼠的脑中得到该酶后，在谷氨酸起始浓度为10mmol/L、最适温度、最适、最适温度、最适pH值的条件下，对该酶的催值的条件下，对该酶的催化反应过程进行研究，结果见图化反应过程进行研究，结果见图-1和图和图-2。图图1产物产物CO：浓度随时间变化曲线图：浓度随时间变化曲线图 图图2酶催化反应速率随酶浓度变化曲线酶催化反应速率随酶浓度变化曲线 （注：酶浓度固定）（注：酶浓度固定）（注：反应物浓度过量）
17、（注：反应物浓度过量）请根据以上实验结果，回答下列问题：请根据以上实验结果，回答下列问题：第20页，本讲稿共22页（1）在图）在图1画出反应过程中谷氨酸浓度随时间变化的曲线（请用画出反应过程中谷氨酸浓度随时间变化的曲线（请用“1”标注）。标注）。（2）当一开始时，将混合物中谷氨酸脱羧酸的浓度增加）当一开始时，将混合物中谷氨酸脱羧酸的浓度增加50%或降或降低反应温度低反应温度10，请在图，请在图1中分别画出理想条件下中分别画出理想条件下CO2 浓度随时间浓度随时间变化的曲线（请用变化的曲线（请用“2”标注酶浓度增加后的变化曲线，用标注酶浓度增加后的变化曲线，用“3”标注温标注温度降低后的变化曲线
18、），并分别说明原因。度降低后的变化曲线），并分别说明原因。(3)重金属离子能与谷氨酸脱羧酶按比例牢固结合，不可解离，迅速重金属离子能与谷氨酸脱羧酶按比例牢固结合，不可解离，迅速使酶失活。在反应物浓度过量的条件下，向反应混合物中加入一定使酶失活。在反应物浓度过量的条件下，向反应混合物中加入一定量的重金属离子后，请在图量的重金属离子后，请在图2中画出酶催化反应速率随酶浓中画出酶催化反应速率随酶浓度变化的曲线度变化的曲线(请用请用“4”标注标注)，并说明其原因。，并说明其原因。第21页，本讲稿共22页【答案答案】（1）见曲线）见曲线1（2）酶量增加）酶量增加50%，酶催化反应速率相应提高，反应完成所需时，酶催化反应速率相应提高，反应完成所需时间减少。当温度降低间减少。当温度降低10时，见曲线时，见曲线3，其原因：温度降低，酶催，其原因：温度降低，酶催化反应速率下降，但酶并不失活，反应完成所需时间增加。化反应速率下降，但酶并不失活，反应完成所需时间增加。(3)一定量的重金属离子使一定量的酶失活，当加入的酶一定量的重金属离子使一定量的酶失活，当加入的酶量使重金属离子完全与酶结合后，继续加入的酶开始表现酶活力，量使重金属离子完全与酶结合后，继续加入的酶开始表现酶活力，此时酶的催化反应速率与酶浓度变化的直线关系不变此时酶的催化反应速率与酶浓度变化的直线关系不变第22页，本讲稿共22页