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- 2021-10-11 发布
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第五章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
一、酶的作用和本质
问题探讨
1.
该实验要解决什么问题?
2.
肉块为什么会消失?
3.
怎样证明你的猜测?
斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用
鸟类的胃是否只有物理性消化,没有化学性消化?
被胃内的化学物质分解。
收集胃内的化学物质,看看这些物质能否在体外讲肉块分解。
叶绿体:
光能
酶
线粒体:
氧气
酶
核糖体:
酶
缩合脱水
CO
2
+H
2
O (CH
2
O) +O
2
C
6
H
12
O
6
+
6H
2
O
+
O
2
6CO
2
+
12H
2
O
+
能量
氨基酸
多肽
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应,统称为
细胞代谢。
想一想:
叶绿体、线粒体、核糖体有什么生理功能?
问题1:酶在细胞代谢中起什么作用?
问题2:实验室中哪些方法可以加快反应速度?
加热、催化剂
H
2
O
2
H
2
O
+
O
2
常温
H
2
O
2
H
2
O
+
O
2
加热
H
2
O
2
H
2
O
+
O
2
FeCL
3
H
2
O
2
H
2
O
+
O
2
H
2
O
2
酶
过氧化氢在这几种不同条件下的分解速度有什么差别呢?
1、实验:
比较过氧化氢在不同条件下的分解
2H
2
O
2
2H
2
O+O
2
高温 /Fe
3+
/过氧化氢酶
实验原理:
通过比较过氧化氢在
不同条件
下分解的快慢,了解酶的作用和意义。
实验目的:
步骤
试管编号
说明
1
2
3
4
3%
的
H
2
O
2
溶液
2ml
2ml
2ml
2ml
反应条件
常温
90℃
2
滴
FeCl
3
2
滴肝脏研磨液
实验
现象
结论
无关变量
自变量
因变量
对照组
实验组
对照实验
实验组
实验组
单一变量原则
原则
实验步骤
实验步骤
试管编号
1
2
3
4
第一步
每支试管加
2ml
过氧化氢溶液
第二步
不处理
90℃
水浴
滴入
2
滴
FeCl
3
溶液
滴入
2
滴肝脏研磨液
实验现象
实验结论
1min分钟后,将点燃的卫生香放在液面的上方
酶能催化生物化学反应,催化效率比无机催化剂高得多。
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量称为
活化能
。
酶为什么能催化生物化学反应?
H
2
O
2
(
常态
)
H
2
O
2
(
活跃状态
)
能量
活化能
反应物
产物
………………
活化能
反应进程
能量
加热
加热在化学反应中的作用:
结论:
加热可以给反应物提供能量。
75
无催化剂
29
有机催化剂
(
酶
)
54
无机催化剂
活化能
(kJ.mol
-1)
条件
反应物
产物
………………
活化能
反应进程
能量
催化剂在化学反应中的作用:
..…………
无机
催化剂
……..
有机催化剂
结论:
催化剂降低了化学反应的活化能。
同无机催化剂相比,酶降低活化能的作用更显著,因而催化效率更高。
巴斯德之前
发酵是纯化学反应,与生命活动无关
巴斯德
发酵与活细胞有关,发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用
引起发酵的是细胞中的某些物质,但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
李比希
少数RNA也具有生物催化功能(核酶)
切郝、奥特曼
2、酶的本质
化学本质
基本单位
合成场所
来源
生理功能
作用原理
绝大多数酶是蛋白质
少数酶是RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
细胞核
活细胞
(哺乳动物成熟的红细胞不能合成)
催化作用
降低化学反应的活化能
练习:有关酶的叙述正确的是
1
、具有分泌功能的细胞产生的
2
、有的从食物中获得,有的在体内转化而来
3
、凡是活细胞都能产生酶
4
、大多数酶是蛋白质
5
、有的酶是核酸
6
、酶在新陈代谢中有多种功能
7
、在新陈代谢和生殖发育中起调控作用
8
、酶只起到催化作用
4、5、8
科学探究的程序
:
设计实验
提出问题
作出假设
进行实验
分析结果得出结论
其中
实验
是
实施探究
的
重要方式
。
表达交流
②
配置无关变量;
1)实验设计遵循原则:
2)实验步骤设计的内容:
①设计对照原则
②单一变量原则
③设定
自变量,设置好实验组和对照组;
④
检测因变量,观察记录实验结果。
①分组编号
②
配置无关变量;
③设定自变量,设置好实验组和对照组;
④检测因变量,观察记录实验结果。
二、酶的特性
酶是具有催化作用的有机物,与无机催化剂相比,有哪些不同的特点呢?
1、酶具有高效性
比较过氧化氢酶和Fe
3+
的催化效率
3
4
4
3
少量肝脏
研磨液
酶的催化效率是无机催化剂的
10
7
~10
13
倍。
探究:淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
现在给你淀粉酶溶液,要观察淀粉酶能否催化蔗糖和淀粉水解,应该如何设计这个实验?你又怎么知道淀粉酶催化了糖的水解呢?
提醒:麦芽糖、葡萄糖、果糖为还原性糖
淀粉溶液
蔗糖溶液
实验步骤
一
二
三
实验现象
结论
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
2号试管中加入2mL
蔗糖
溶液
加入斐林试剂
振荡
约60℃水浴2min
1号试管中加入2mL
淀粉
溶液
无变化
砖红色沉淀
淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解
探究:淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
目前发现的酶有________多种,它们分别 催化不同的化学反应。
2、酶具有专一性
每一种酶只能催化____________化学反应。
细胞代谢能够有条不紊地进行,与酶的 _______是分不开的。
一种或一类
4000
专一性
从上面进行的实验我们看出进行实验需要一定的条件,比如淀粉酶在60℃左右最好。能不能设计一个实验,来证明温度会影响酶的活性?
酶活性:酶对化学反应的催化效率。
淀粉溶液
实验步骤
一
二
三
四
实验现象
结论
探究:温度对淀粉酶活性的影响
1号试管
2号试管
3号试管
加入淀粉酶2mL,振荡
试管各加入2mL淀粉溶液
蓝色
保持0℃冰水中保温约5min
加热至100℃,保温约5min
加热至60℃,
保温约5min
各加入两滴碘液
振荡
无明显现象
只有在一定温度下酶的催化效率最好
蓝色
0
最适温度
t/
℃
υ
/mmol. s
-1
4
、温度对酶活性的影响
在最适温度的两侧,反应速率都比较_____ ;
低温:______酶的活性,升温可以恢复。
高温:破坏了酶的__________,使酶失去______且
不可恢复。
低
活性
空间结构
在最适温度下,酶的活性_____。
抑制
最高
过氧化氢溶液
实验步骤
一
二
三
四
实验现象
结论
探究:pH对过氧化氢酶活性的影响
1号试管
2号试管
3号试管
加入新鲜的肝脏碾磨液2mL,振荡
试管各加入2mL过氧化氢溶液,观察现象
无明显变化
pH=7
pH=12
pH=2
2—3min后将点燃的卫生香分别放入试管中
只有在适合的pH下酶的催化效率最好
复燃
无明显变化
υ
/mmol. s
-1
最适pH
0
pH
4
、
pH
对酶活性的影响
在最适合的pH下,
酶的活性
在过酸过碱的条件下,都会使酶的 遭到破坏而失去 且不可恢复。
最高
空间结构
活性
小结:酶的特性:
1. 具有高效性
2. 具有专一性
3. 作用条件较温和
①要有合适的温度:
②要有合适的pH:
讨论:影响酶促反应速率的因素:
1.温度
3.酶的浓度:
反应速率随
酶浓度的升高而加快。
4.底物浓度:
在一定浓度范围内,反应速率随浓度的升高而加快,但达到一定浓度,反应速率不再变化
2.pH
酶促反应速率
底物浓度
酶量一定
酶促反应速率
酶的浓度
底物无限
2、在测定胃蛋白酶的活性时,将溶液pH值由10降到2的过程中,胃蛋白酶的活性将( )
A、不断上升 B、没有变化
C、先升后降 D、先降后升
课堂巩固
B
1、催化脂肪酶水解的酶是( )
A 肽酶 B 蛋白酶 C 脂肪酶 D 淀粉酶
B
3、在植物细胞工程中常常要去掉细胞壁,在不损伤植物细胞内部结构的情况下,下列哪种物质可用于去除细胞壁( )
A、蛋白酶 B、纤维素酶
C、盐酸 D、淀粉酶
B
4、关于酶的特性,下列表述中错误的一项是
( )A. 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物
B. 化学反应前后,酶的化学性质和数量不变
C. 酶的催化效率很高,但易受温度和酸碱度影响
D. 一旦离开活细胞,酶就失去催化能力
D
5、酶的基本组成单位是( )
A.氨基酸 B.核苷酸
C.核糖核苷酸 D.A或C
D
6.右图表示酶活性与温度的关系。
下列叙述正确的是 ( )
A.当反应温度由t
2
调到最适温度
时,酶活性下降
B.当反应温度由t
2
调到最适温度
时,酶活性上升
C.酶活性在t
2
时比t
1
高,故t
2
时更适合酶的保存
D.酶活性在t
1
时比t
2
低,表明t
1
时酶的空间结构
破坏更严重
B
7.下图表示在不同条件下,酶促反应的速率变化
曲线,下列说法中错误的是 ( )
A.酶促反应的速率可用底物消失所需的
时间(或产物生成的速率)来表示
B.
Ⅱ
和
Ⅰ
相比较,酶促反应速率不同,
这是因为它们的酶浓度和温度不同
C.
AB
段影响酶促反应速率的主要限制因
子是底物浓度
D.若想探究不同温度对酶活性的影响,至少
应设计3种不同的温度
B
D
D
8.加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶,请回答下面的问题:
(1)这种洗衣粉为什么能够很好地除去衣物上的奶渍和血渍?
(2)使用这种洗衣粉为什么要用温水?
(3)含有蛋白酶的洗衣粉不宜用来洗涤下列哪些衣料?( )
A.化纤 B.纯毛 C.纯棉 D.真丝
(4)为了更好地除去衣物上的油渍,在洗衣粉中还可以加入什么酶?
B D
脂肪酶
和1号试管相比, 2号试管出现什么不同的现象?这一现象说明什么?
在细胞内,能通过加热来提高反应速率吗?
3号和4号试管未经加热,也有大量的气泡产生,这说明什么?
3号和4号试管相比,哪支试管中的反应速率快?这说明什么?
加热能促进过氧化氢分解
不能,温度过高会造成生物的细胞死亡
Fe
3+
和过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解,起催化作用
过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高的多
讨论:
试管编号
1
2
3
4
第一步
每支试管加
2ml
过氧化氢溶液
第二步
不处理
90℃
水浴
滴入
2
滴
FeCl
3
溶液
滴入
2
滴肝脏研磨液
实验现象
实验结论
1min分钟后,将点燃的卫生香放在液面的上方
单一变量原则
对照实验
对照组
实验组
无关变量
自变量
因变量
1号试管 2号试管 3号试管 1‘号试管 2’号试管 3‘号试管
注入淀粉液 2ml 2ml 2ml 注入淀粉酶液 2ml 2ml 2ml
分组分别放入不同温度5min 热水(60℃)沸水冰块中热水沸水冰块中
将淀粉酶液注入同温下的淀粉液 1‘号注入1号 2’号注入2号 3‘号注入3号
滴碘液 1~2滴 1~2滴 1~2滴
现象不变蓝变蓝(深)变蓝(浅)