降低化学反应活化能的酶--酶的作用和本质20101221.ppt

第5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 本节聚焦 1 细胞代谢为什么离不开酶 2 酶是什么 3 科学家是怎样发现和研究酶的 问题探讨 斯帕兰札尼对鹰的消化研究 1783年 意大利科学家斯帕兰札尼设计了一个巧妙的实验 将肉块放入小巧的金属笼内 然后让鹰把小笼子吞下去 过一段时间后 他把小笼子取出来 发现笼内的肉块消失了 1 这个实验要解决什么问题 2 是什么物质使肉块消失了 3 怎样才能证明你的推测 鸟类的胃是否只有物理性消化 没有化学性消化 是胃内的化学物质将肉块分解了 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 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应 统称为细胞代谢 组成生物体的细胞内外环境是很温和的 常温 常压 水溶液环境 pH接近中性 而细胞内每时每刻都进行着各种生化反应 为什么这些生化反应能迅速有序地完成的呢 酶 问题质疑 在生物体外 许多化学反应的顺利进行需要一些条件 如高温 高压 强酸 强碱 催化剂等 细胞内是否具备这些条件呢 细胞代谢是生命活动的基础 但代谢过程中也会产生对细胞有害的物质 如过氧化氢 体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄 毛发 包括头发 变白 会加速人体衰老 损害细胞 细胞中的过氧化氢酶能将过氧化氢及时分解 过氧化氢酶在肝脏里含量较多 资料 过氧化氢在体外能分解吗 需要什么条件 在体内分解和在外界分解情况有什么不一样吗 9 2H2O2 2H2O O2 1 常温下反应2 加热3 Fe3 做催化剂4 过氧化氢酶 1 实验原理 1 新鲜肝脏中含有过氧化氢酶 Fe3 是一种无机催化剂 它们都可以催化过氧化氢分解成水和氧 加热也可以促使过氧化氢分解成水和氧 2 分别用一定数量的过氧化氢酶和Fe3 催化 加热和常温下过氧化氢分解成水和氧 可以比较反应速率 经计算 用质量分数为3 5 的氯化铁溶液和质量分数为20 的肝脏研磨液做实验 每滴氯化铁溶液中的Fe3 数 大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍 3 材料用具 新鲜的质量分数为20 的肝脏研磨液 量筒 试管 滴管 试管架 卫生香 火柴 酒精灯 试管夹 大烧杯 三脚架 石棉网 温度计 新配制的体积分数为3 的H2O2溶液 质量分数为3 5 的氯化铁溶液 2 目的要求 通过比较过氧化氢在不同的条件下分解的快慢 了解过氧化氢酶的作用和意义 4 方法步骤 1 取4支洁净试管 分别编上序号1 2 3 4 向各注入2mL过氧化氢溶液 按序号依次放置在试管架上 2 将2号试管放在90 左右的水浴中加热 观察气泡冒出的情况 并与1号试管作比较 3 向3号试管内滴入2滴氯化铁溶液 向4号试管内滴入2滴肝脏研磨液 仔细观察哪支试管产生的气泡多 4 2 3min后 将点燃的卫生香分别放入3 4号试管内液面的上方 观察哪支卫生香燃烧猛烈 过氧化氢在不同条件下的分解 讨论 1 与1号试管相比 2号试管出现什么现象 这一现象说明什么 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 在细胞中 能通过加热来提高反应速率吗 不能 3 3号和4号试管未经加热 也有大量气泡产生 这说明什么 4 3号试管与4号试管相比 哪支试管中的反应速率快 这说明什么 为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要 在一定催化剂和较温和的条件下 过氧化氢就可以被分解 4号试管中的反应速率快 可以说明 与无机催化剂Fe3 相比 过氧化氢酶的催化效率要高出很多 2ml 2ml 2ml 2ml 3 3 3 3 常温 90 FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快 反应条件 H2O2浓度 剂量 剂量 气泡产生 带火星的木条 对照组 实验组 实验 实验步骤 控制变量 上述实验中的氯化铁溶液和肝脏研磨液 都属自变量 实验过程中可以变化的因素称为变量 其中人为改变的变量称为自变量 针对实验目的确立可行性措施 自变量直接达到预期效果 随着自变量的变化而变化的变量称为因变量 上述实验中酶活性 以过氧化氢分解速率来表示 就是因变量 是实际发生的实验现象 能直观呈现出实验结果 除自变量外 实验过程中可能还会存在一些可变因素 对实验结果造成影响 这些变量称为无关变量 上述实验中的温度 反应物的量等就是无关变量 对预期结果产生干扰即产生误差 并有对误差产生校正的效果 对照实验 除了一个因素以外 其余因素都保持不变的实验叫做对照实验 空白对照 不给对照组任何处理因素 条件对照 给对照组施以部分实验因素 自身对照 对照和实验都在同一研究对象上进行 相互对照 不单独设立对照组 而是几个实验组相互对照 1 这个实验为什么要选择新鲜的肝脏 为什么要研磨 因为过氧化氢酶是蛋白质 放置久了会受到细菌的作用 使组织中的酶分子数量减少或活性降低 研磨目的是使细胞内的过氧化氢酶充分释放出来 加大过氧化氢酶与过氧化氢的接触面积 加速分解 2 滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时 可否共用一个吸管 为什么 不能 否则滴入的氯化铁溶液中因含有少量肝脏研磨液而影响实验结果的准确性 实验的注意事项 常态 常态叫基态 微观粒子处于能量最低的状态 活跃状态 激发态 微观粒子其内部能量高于基态能量时所处的能量状态 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 过氧化氢酶和Fe3 促使过氧化氢分解 但它们并未供给过氧化氢能量 而是降低了过氧化氢分解反应的活化能 加入催化剂相当于给汽车找到了一条穿山隧道 催化剂可以降低化学反应的活化能 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 表示酶的催化性的曲线 催化剂可加快化学反应速率 与无机催化剂相比 酶的催化效率更高 酶只能缩短达到化学平衡所需时间 不改变化学反应的平衡点 酶只能催化已存在的化学反应 反应速率 在20度测得的过氧化氢分解的活化能 正是由于酶的催化作用 细胞代谢才能在温和的条件下快速进行 三 酶的本质 讨论 1 巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义 各有什么局限性 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 巴斯德和李比希观点的比较 1822 1895 法国 微生物学家通过显微镜观察发现发酵的过程中有酵母菌结论 没有活细胞 糖类不可能变成酒精 1803 1873 德国 化学家通过对化学变化的研究认为糖类变成酒精就是一个化学反应结论 在这个变化过程中 只有细胞死之后放出了某些物质起了作用 对比 2 巴斯德和李比希出现争论的原因是什么 这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用 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 从毕希纳的实验可以得出什么结论 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 萨姆纳用了9年才证明脲酶是蛋白质 并获诺贝尔化学奖 你认为他成功的主要原因是什么 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 5 请给酶下一个较完整的定义 巴斯德以前 发酵是纯化学反应 与生命活动无关 巴斯德 发酵是整个细胞在起作用 李比希 引起发酵的物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能起作用 比希纳 证明发酵是酵母细胞中的某些物质起作用 并且这种物质在酵母细胞裂解后仍能继续起催化作用 萨姆纳 提取脲酶并确定其为蛋白质 提出酶的化学本质是蛋白质 奥特曼 少数RNA也具有催化作用 目前比较完整的酶概念 活细胞产生的具有催化功能的有机物 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 切赫 奥特曼 少数RNA也具有生物催化功能 1773年意大利科学家斯巴兰札尼喂食鹰的实验 1836年 德国科学家施旺提取胃液中消化蛋白质的物质 胃蛋白酶 1926年美国科学家萨姆纳从刀豆中提取脲酶实验 20C80th美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也有催化功能 关于酶本质的探究 小结 酶是一类生物催化剂 活细胞产生的 具有生物催化作用的 是 有机物 一类 大部分酶是蛋白质 也有少数是RNA 三 酶的本质 什么是酶 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 课后练习答案与提示基础题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 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 3 D 1 酶具有极强的催化功能 其原因是 A 增加了反应物之间的接触面B 降低了底物分子的活化能C 提高了反应物分子的活化能D 降低了底物分子的自由能 B 课堂练习 2 下列关于酶的叙述 正确的是 A 酶的化学本质都是蛋白质B 酶是活细胞产生的 只能在生物体内发挥作用C 酶是具有分泌功能产生的D 绝大多数酶的化学本质是蛋白质 少数酶是RNA D 3 同一个体内的各类活细胞所含有的酶 A 种类有差异 数量相同B 种类有差异 数量