案第一节-降低化学反应活化能的酶.doc

第五章 细胞的“能量”供应和利用
第一节 降低化学反应活化能的酶
一、细胞代谢与酶
1、细胞代谢的概念：细胞内每时每刻进行着许多化学反应，统称为细胞代谢.
2、酶的作用：催化作用。（图，动画）（唯一作用）（反应前后数量和性质不变）
3、酶催化作用的原理：降低化学反应活化能。
★活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。（图）
4、酶的本质：酶是“活细胞”产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
5、酶的特性：高效性，专一性，作用条件较温和
★高效性的原因是：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著（--倍）。（图）
★专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
★作用条件较温和：适宜的温度和PH 值；
二、影响酶促反应（酶活性）的因素
酶活性：酶对化学反应的催化效率。
1、 底物浓度：在底物浓度较低时，反应速率随底物浓度增加而加快；当底物浓度很高，且达到一定限度时，反应速率就达到一个最大值，再增加底物浓度，反应速率不再改变，原因是酶饱和了。（图）
2、 酶浓度：底物足够多、其他条件适宜且不变情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。（图）
3、 温度：（图）（1）从低温开始在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强；
（2）达到“最”适温度时，酶的活性“最”高；大多数酶，在30-40℃范围内显示最高活性
（3）超过最适温度时，随着温度的继续升高，酶的活性逐渐下降，甚至失活。
（4）温度过高会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；绝大多数酶在70℃以上，其空间结构即被破坏。
（5）低温不会使酶失去活性，低温时酶活性降低，但若再给予适宜的温度，酶活性又增强。
：过酸、过碱使酶失活
4、PH值：（图）（1）在一定范围内，随着pH的升高，酶的活性逐渐增强；
（2）达到最适pH时，酶的活性最高；
（3）超过最适pH时，随着pH的继续升高，酶的活性逐渐下降。
（4）过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活
（5）大多数酶的最适PH值为4.5-8.0范围内。但胃液中胃蛋白酶的最适pH为0.9—2之间。

三、四个与酶有关的经典实验
第一个实验：证明酶的催化作用具有高效性的实验；
1、实验名称：比较过氧化氢在不同条件下的分解
常温/高温 /Fe3＋ /过氧化氢酶
2 H2O2 2 H2O + O2（气泡）
2、见下表：
试管编号
加入物质
处理
观察
1
2mLH2O2溶液
不作处理
基本无气泡产生
2
2mLH2O2溶液
90℃水浴加热
有气泡产生
3
2mLH2O2溶液
加2滴Fecl3溶液
有较多气泡产生
4
2mLH2O2溶液
加2滴肝脏研磨液
有大量的气泡产生
通过：（1）1号与2号相比，2号试管明显的气泡产生，说明升高温度能加快过氧化氢的分解反应。 （2）3号和4号试管中都有大量的气泡产生，说明FeCl3溶液和肝脏研磨液都能催化过氧化氢的分解反应；4号比3号的反应速度快，说明酶的催化效率比Fe3+高。
结论：酶在细胞代谢中的催化作用具有高效性。
3、在本实验中应该注意哪些事项？
（1）肝脏要新鲜？：否，过氧化氢酶就会在腐生细菌的作用下分解。
（2）研磨液？：释放；加大酶与过氧化氢的接触面积，加速分解。
（3）.滴加氯化铁和肝脏研磨液不能合用一支滴管。原因是酶的催化效率具有高效性，少量酶带入氯化铁溶液中也会影响实验结果的准确性。

第二个实验：. 证明酶的催化作用具有专一性的实验；
1、实验名称：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
原理：淀粉和蔗糖都是非还原性糖，淀粉在酶的催化作用下能水解为麦芽糖和葡萄糖。蔗糖在酶的催化作用不能水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖、葡萄糖、果糖均属还原性糖。还原性糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的沉淀。
2、见下表：

淀粉溶液
蔗糖溶液

实验步骤
一
 1号试管中加入2mL
淀粉溶液
 2号试管中加入2mL
蔗糖溶液
二
 加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入60℃左右的热水中，反应5min
三
 加入斐林试剂 振荡 约60℃水浴2min
实验现象
 砖红色沉淀

 无变化

结论
 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解

第三个实验：证明温度影响酶活性的实验
实验名称：不同温度对淀粉酶活性的影响
（1）淀粉+淀粉酶（T1温度）；淀粉+淀粉酶（T2温度）……淀粉+淀粉酶（Tn温度）→(用碘液检测是否出现蓝色及蓝色深浅)
（2）

1
2
3
3％可溶性淀粉
2ml
2ml
2ml
温度
 冰水中
 37℃水浴
 60 ℃浴
放置2min
唾液淀粉酶
 1ml
 1ml
 1ml

摇匀混合，放置反应5min
碘液
 1滴
 1滴
 1滴
颜色
 变蓝
 不变蓝
 变蓝
结论
 唾液淀粉酶在37 ℃中活性最强

？不用过氧化氢。
第四个实验：证明PH值影响酶活性的实验
实验名称：不同PH值对过氧化氢酶活性的影响
（1）H2O2溶液+酶液（PH1）；H2O2溶液+酶液（PH2）……H2O2溶液+酶液（PHn）→检测O2的产生速率。 （2）

1
2
3
肝脏研磨液
1ml
1ml
1ml
pH
 蒸馏水1mL
 5NaOH1mL
 5HCL1mL
3％过氧化氢溶液
 2ml
 2ml
 2ml
摇匀混合，放置在室温下反应5min
结果
 有较多气泡
 不明显
 不明显
结论
 过氧化氢酶在中性条件中活性最强

四、实验中的相关变量：
1、自变量：实验中人为改变的变量
2、因变量：随自变量改变的变量
3、无关变量：不是人为控制的变量，但能改变实验结果的变量。如：
自变量
因变量
无关变量
对照组
实验组
2号：90℃水浴加热
3号：加入3.5% FeCl32滴
4号：加入20%肝脏研磨液2滴
H2O2分解速度用产生气泡的数目多少表示
加入试剂的量；实验室的温度；FeCl3和肝脏研磨液的新鲜程度。
1号试管
2、3、4号试管
五、通过阅读分析第81页“关于酶本质的探索”的资料，【认同】科学是在不断的探索和争论中前进的。
★1、加酶洗衣粉说明什么？
2、能产生激素的细胞一定能产生酶吗？能产生酶的细胞一定能产生激素吗？
3、唾液（淀粉酶）；胃液（蛋白酶）；肠液（肽酶，淀粉酶，麦芽糖酶，脂肪酶）；胰液（蛋白酶，淀粉酶，麦芽糖酶，脂肪酶）
4、胃液和胰液为何不能混合使用？

四、答案和提示
（一）问题探讨
1.这个实验要解决的问题是：鸟类的胃是否只有物理性消化没有化学性消化？
2.是胃内的化学物质将肉块分解了。
3.提示：收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。
（二）实验
1.2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
2.不能。
3.说明FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
4.4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
（三）资料分析
1.巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。
2.提示：巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
3.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，就像在活酵母细胞中一样。
4.萨姆纳历时9年用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
（四）旁栏思考题
绝大多数酶是蛋白质，强酸、强碱、高温等剧烈条件都会影响到蛋白质的结构，所以酶比较“娇气”。
（五）第一小节练习
基础题
1.巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。
李比希：引起发酵的是细胞中的某些物质，但是这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
毕希纳：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。
萨姆纳：酶是蛋白质。
2.提示：（1）细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要高效率地进行，酶的催化效率比无机催化剂高得多。
（2）细胞内的化学反应需要在常温、常压、酸碱度适中等温和条件下进行，无机催化剂常常需要辅助以高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件才能有较高的催化效率。
3.D。
拓展题
1.提示：可用第2章中学过的鉴定蛋白质的方法。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。
2.提示：（1）如四膜虫的rRNA前体具有催化活性。（2）目前已有发现具催化活性的DNA的报道。
（六）第二小节练习
基础题
1.B。  2.B。
3.提示：这个模型中A代表某类酶，B代表反应底物，C和D代表反应产物。这个模型的含义是：酶A与底物B专一性结合，催化反应的发生，产生了产物C和D。这个模型揭示了酶的专一性。
拓展题
1.（1）A点：随着反应底物浓度的增加，反应速率加快。B点：反应速率在此时达到最高。C点：反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。
（2）如果A点时温度升高10 ℃，曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。
（3）该曲线表明，B点的反应底物的浓度足够大，是酶的数量限制了反应速率的提高，这时加入少量的酶，会使反应速率加快（图略）。