第1节降低化学反应活化能的酶

1、实验：实验：17731773年，意大利科学家斯帕兰扎尼将肉块放年，意大利科学家斯帕兰扎尼将肉块放 入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下入小巧的金属笼内，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，发去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发 现笼子内的肉块消失了。现笼子内的肉块消失了。背景：当时，许多科学家认为胃对食物的消化方式背景：当时，许多科学家认为胃对食物的消化方式 是研磨，即物理性消化。是研磨，即物理性消化。1 1、这个实验要解决什么问题？、这个实验要解决什么问题？3 3、是什么物质使得肉块消失了？、是什么物质使得肉块消失了？2 2、为什么要将肉块放入金属笼内？、为什么要将

2、肉块放入金属笼内？思考：思考：The enzyme of which reducing chemical reaction activation energy CO2+H2O 有机物有机物 +O2光能光能叶绿体叶绿体: : 氨基酸氨基酸 多肽多肽( (蛋白质）蛋白质）脱水缩合脱水缩合核糖体：核糖体： 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(cellular metabolism)(cellular metabolism)。 线粒体线粒体: :有机物有机物 +O2 CO2+H2O+能量能量酶酶酶酶酶酶2 H2 H2 2O O2 2 2

3、H 2H2 2O+ OO+ O2 2 2KClO2KClO3 3 2KCl+3O 2KCl+3O2 2MnOMnO2 2 MnOMnO2 2 比较过氧化氢在不同条件下的分解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1 12 23 34 4 一一 H H2 2OO2 2 浓度浓度 剂量剂量 二二 剂量剂量 分解分解速率速率气泡产生气泡产生卫生香燃烧卫生香燃烧结论结论2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温常温90FeCl3肝脏研肝脏研磨液磨液2滴滴2滴滴过氧化氢在不同条件下的分解速率不过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样，在酶的催化下，分解最快。一样，在酶的催化下，分解最快。反应

4、条件反应条件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比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解肝脏研磨液为何要用新鲜的？为何要研磨？肝脏研磨液为何要用新鲜的？为何要研磨？1 1、与、与1 1号试管相比，号试管相比，2 2号试管出现什么不同的现象？这号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？一现象说明了什么？2 2、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？3 3、3 3号和号和4 4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？明什么？4 4、3 3号与号与4 4

5、号相比，哪支试管中的反应速率快？这说明号相比，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？重要？ 4 4号试管的反应速率比号试管的反应速率比3 3号试管快得多。说明号试管快得多。说明过氧化过氧化氢酶比氢酶比FeFe3+3+的催化效率高得多的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行成。细胞内每时每刻都在进行成百上千的化学反应百上千的化学反应, , 需要在需要在常温、常压常温、常压下下高效率高效率地进行，只地进行，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有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学

6、反应的顺利进行至关重要。顺利进行至关重要。加热能促进过氧化氢的分解加热能促进过氧化氢的分解, ,提高反应速率提高反应速率 FeClFeCl3 3中的中的FeFe3+3+和猪肝研磨液的过氧化氢酶都和猪肝研磨液的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率能加快过氧化氢分解的速率阅读教材阅读教材P79P79重点概念：自变量重点概念：自变量、因变量因变量、无关变量无关变量、 对照组对照组、实实验组验组key concepts: independent variable 、dependent variable 、irrelevant variable、 control group 、experimental

7、group试管编号试管编号1234H2O2溶液溶液 2ml2ml2ml2ml反应条件反应条件常温常温900C水水浴浴 加加FeCl3溶液溶液 加肝脏加肝脏研磨液研磨液分解分解速率速率不明显不明显少量少量较多较多大量大量(因因变量变量)对照组对照组实实 验验 组组(自变量自变量)比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解对照实验对照实验气泡的气泡的产生产生卫生香复燃卫生香复燃不复燃不复燃不复燃不复燃发亮发亮复燃复燃请举例说明请举例说明无关变量：无关变量： H H2 2O O2 2的浓度的浓度和和用量用量等等。等等。探究甲状腺激素对动物生长发育的影响：探究甲状腺激素对动物生长发育

8、的影响：甲组：饲料中添加甲状腺激素甲组：饲料中添加甲状腺激素乙组：饲料中不添加甲状腺激素乙组：饲料中不添加甲状腺激素实实验组：验组：对对照组：照组：练习练习乙组乙组甲组甲组无核部分无核部分有核部分有核部分能消化吞噬的食物，但不能摄取食物，对外界刺激不再发生反应。照样摄食，对刺激仍有反应，失去的伸缩泡可以再生，能生长和分裂。一段时间后同上无核部分恢复生命活动变形虫去核实验变形虫去核实验及时植入 另一细胞核去核去核实实验组验组对对照组照组自自 身身 前前 后后 对对 照照自变量：自变量：因变量：因变量：有无细胞核有无细胞核生活状况生活状况自身前后对照自身前后对照实验实验前前是对照组，实验是对照组，

9、实验后后是实验组是实验组生物实验设计原则：生物实验设计原则： 对照原则对照原则 单一单一变量变量（单（单因子）因子）原则原则验验证落叶的分解与土壤中的微生物有关证落叶的分解与土壤中的微生物有关解读实验目的，解读实验目的，获知自变量：获知自变量： 因变量：因变量： 设计分组：设计分组： 无关变量：无关变量：土壤中微生物的有无土壤中微生物的有无落叶的分解情况落叶的分解情况土壤的温度、湿度等等土壤的温度、湿度等等酶为什么能催化化学反应？酶为什么能催化化学反应？酶的催化效率为何比无机催化剂高？酶的催化效率为何比无机催化剂高？阅读教材阅读教材P80P80重点概念：重点概念： 活化能活化能（key con

10、cept： activation energy）加热加热无机催化剂无机催化剂酶酶常态常态活跃状态活跃状态0加热加热是通过是通过 加速反应；加速反应；酶酶和和无机催化剂无机催化剂都是通过都是通过 而催化，而催化，酶酶比无机催化剂比无机催化剂 效果更显著效果更显著,因而因而催化效率更催化效率更高高。降低化学反应的活化能降低化学反应的活化能降低活化能降低活化能提供能量提供能量下图表示某类酶作用的模型。下图表示某类酶作用的模型。不变不变H H2 2O O2 2酶酶H H2 2O O2 2H H2 2O O2 2酶酶H H2 2O O2 2H H2 2O O2 2酶酶H H2 2O OO O2 2请思考

11、：请思考：酶的质量和化学性质在反应前后是否改变？酶的质量和化学性质在反应前后是否改变？1、关于酶本质的探索历程；、关于酶本质的探索历程；2、你、你能否给能否给“酶酶”下个完整的定义？下个完整的定义？阅读教材阅读教材P8182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活细胞有关，发酵发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用某些物质起作用引起发酵的是细胞中的某引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用才能发挥作用毕希纳毕

12、希纳酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续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起催化作用，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少数少数RNARNA也具也具有催有催化功能化功能切郝、奥特曼切郝、奥特曼酶的定义：酶的定义：酶是酶是活细胞活细胞产生的产生的具有催化作用具有催化作用的的有机有机物，物，其中其中绝大多数是蛋白质，绝大多数是蛋白质，少数是少数是RNARNA。判断：判断：1 1、一般来说，活细胞都能产生酶。、一般来说，活细胞都能产生酶。2 2、酶是活细胞产生的，并具有催化作用的蛋白质。、酶是活细胞产生的，并具有催化

13、作用的蛋白质。3 3、酶在催化过程中提供了反应过程所必需的活化能。、酶在催化过程中提供了反应过程所必需的活化能。4 4、酶是生物催化剂，它只能在活细胞内起作用。、酶是生物催化剂，它只能在活细胞内起作用。 酶与生活酶与生活1 1、掌握酶的特性；、掌握酶的特性；2 2、高温、低温、过酸、过碱对酶活性的影响、高温、低温、过酸、过碱对酶活性的影响 有何不同？有何不同？3 3、学习设计实验。、学习设计实验。学习目标学习目标Enzyme properties3 3号号4 4号号2 2号号1 1号号比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解1号和号和4号对照，说明：号对照，说明：3号和号和

14、4号对照，说明：号对照，说明：酶能催化酶能催化过氧化氢的分解过氧化氢的分解酶的催化具有酶的催化具有高效性高效性酶的催化效率为无机催化剂的酶的催化效率为无机催化剂的10107 7-10-101313倍。倍。 一一、酶具有、酶具有高高效性效性（high efficiency）意义：意义：保证了细胞代谢的高效进行保证了细胞代谢的高效进行。H2O2H2O2H2O2H2O2常温常温水浴水浴加热加热无机无机催化剂催化剂酶酶每一种酶只能催化每一种酶只能催化 化学反应化学反应。H2O2酶只能催化酶只能催化H2O2这这一种一种物质的分解；物质的分解；蛋白酶只能催化蛋白质这蛋白酶只能催化蛋白质这一类一类物质的水解

15、物质的水解一种或一类一种或一类 二、酶具有二、酶具有专专一性一性（specificity）“钥匙钥匙锁锁” ” 模型模型意义：意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。 实验设计实验设计验证酶的专验证酶的专一性一性淀粉和蔗糖都是非还原性糖。淀粉和蔗糖都是非还原性糖。淀粉淀粉在在淀粉酶淀粉酶的催化下能水解为的催化下能水解为麦芽糖麦芽糖。蔗糖蔗糖在在蔗糖酶蔗糖酶的催化下能水解为的催化下能水解为葡萄糖葡萄糖和和果糖果糖。请根据以上资料，设计实验方案：请根据以上资料，设计实验方案：experimental design 许多无机催化剂能在高温高压或强酸强碱条件下催化化许

16、多无机催化剂能在高温高压或强酸强碱条件下催化化学反应，酶起催化作用需要哪些条件呢？学反应，酶起催化作用需要哪些条件呢？实验探究：影响实验探究：影响 酶活性酶活性(enzyme activity) 的条件的条件( (一一) )探探究温度对唾液淀粉酶活性的影响究温度对唾液淀粉酶活性的影响(酶活性酶活性：酶对化学反应的催化酶对化学反应的催化效率效率)碘液。看是否变蓝碘液。看是否变蓝三组，高温，低温三组，高温，低温和和适宜温度适宜温度1.1.设计几组实验？设计几组实验？ 选择几个温度选择几个温度？2. 如何检测实验结果如何检测实验结果？用斐林试剂检验可以吗用斐林试剂检验可以吗？1 1号试管号试管实实验

17、验步步骤骤一一二二三三 四四五五实验现象实验现象结论结论2 2号试管号试管3 3号试管号试管向每支试管各加入向每支试管各加入2 2滴唾液淀滴唾液淀粉酶，振荡粉酶，振荡向每支试管各加入向每支试管各加入2mL2mL淀粉溶液淀粉溶液变蓝变蓝保持保持0冰水中冰水中 约约5min5min加热至加热至100 约约5min5min 37 ， 约约5min5min向每支试管各加入两滴碘液，振荡向每支试管各加入两滴碘液，振荡不变蓝不变蓝酶的催酶的催化需化需要适宜的温度要适宜的温度变蓝变蓝(一一)探探究温度对唾液淀粉酶活性的影响究温度对唾液淀粉酶活性的影响规律总结：解答实验设计题的一般思路？规律总结：解答实验设计

18、题的一般思路？思考：该实验的无关变量有哪些？思考：该实验的无关变量有哪些？规律总结：规律总结： 解答实验设计题的一般解答实验设计题的一般思路思路：1 1、审题、审题目的目的原理原理材料材料2 2、对照、分组、对照、分组3 3、观察结果、观察结果打破砂锅问到底打破砂锅问到底1、第四步调到第二步可以吗？、第四步调到第二步可以吗？2、使用、使用H2O2和和H2O2酶探究温度对酶活性的影响可以吗？酶探究温度对酶活性的影响可以吗？3、如果每组的唾液淀粉酶使用、如果每组的唾液淀粉酶使用1ml，该设计应如何修改？，该设计应如何修改？冰水浴冰水浴5min37水浴水浴5min沸水浴沸水浴5min冰水浴冰水浴5m

19、in37 水浴水浴5min沸水浴沸水浴5min取出试管分别滴加取出试管分别滴加2滴滴碘液碘液摇匀观察现象摇匀观察现象呈蓝色呈蓝色酶的催化需要适宜的温度。酶的催化需要适宜的温度。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 遭到破坏而失遭到破坏而失去去 。较低的温度则。较低的温度则 了酶的了酶的活性，活性，适当升温可使酶活性恢复，故可在低温下保存酶。适当升温可使酶活性恢复，故可在低温下保存酶。慢慢活性活性最适温度最适温度空间结构空间结构抑制抑制每种酶都有自己的每种酶都有自己的动物动物:35:354040； 植物植物:40:4050

20、50 细菌和真菌细菌和真菌: : 差别较大差别较大, ,有的可达有的可达7070实验探究：影响实验探究：影响 酶活性酶活性(enzyme activity) 的条件的条件（二）探究（二）探究pHpH对对H H2 2O O2 2酶活性的影响酶活性的影响IMN1号试管号试管2号试管号试管3号试管号试管实验实验步骤步骤一一二二三三四四预测现象预测现象结论结论PH2pH7pH12加入过氧化氢酶加入过氧化氢酶2滴，振荡滴，振荡23min将带火星的卫生香分别放入试管中将带火星的卫生香分别放入试管中无明显变化无明显变化 复燃复燃无明显变化无明显变化酶的催化需要适宜的酶的催化需要适宜的PHPH 找茬：找茬：实

21、验探究：影响实验探究：影响 酶活性酶活性(enzyme activity) 的条件的条件（二）探究（二）探究pHpH对对H H2 2O O2 2酶活性的影响酶活性的影响IMN1号试管号试管2号试管号试管3号试管号试管实验实验步骤步骤一一二二三三四四预测现象预测现象结论结论PH2pH7pH12加入过氧化氢酶加入过氧化氢酶2滴，振荡滴，振荡23min将带火星的卫生香分别放入试管中将带火星的卫生香分别放入试管中无明显变化无明显变化 复燃复燃无明显变化无明显变化酶的催化需要适宜的酶的催化需要适宜的PHPH 纠错：纠错：在该实验中温度是无关变量吗？在该实验中温度是无关变量吗？都设置为都设置为0 可以吗？

22、可以吗？每种酶都有自己的每种酶都有自己的 。在最适合的在最适合的pH 下，酶的活性下，酶的活性 。在过酸过碱的条件下，都会在过酸过碱的条件下，都会使酶的使酶的 遭遭到破坏到破坏而失去而失去 。最高最高空间结构空间结构活性活性最适最适pH唾液唾液pH值值: 6.27.4 胃胃液液pH值值: 0.91.5 小肠液小肠液 PH值：值：7.6 例题：将胃液的例题：将胃液的pHpH从从1010降低到降低到2 2的过程中，的过程中，胃液中胃蛋白酶的活性的变化是：胃液中胃蛋白酶的活性的变化是： A A、一直上升、一直上升 B B、没有变化、没有变化 C C、先升后降、先升后降 D D、先降后升、先降后升B唾

23、液唾液pH值值: 6.27.4 胃胃液液pH值值: 0.91.5 小肠液小肠液 PH值：值：7.6 酶酶促促反反应应速速率率酶酶促促反反应应速速率率底物浓度底物浓度酶的浓度酶的浓度（底物充足的情况下）（底物充足的情况下）（酶的量一定的情况下）（酶的量一定的情况下） 需要适宜的温度和需要适宜的温度和pH。 ，都会使酶的都会使酶的 遭到破坏，使酶永久失活；遭到破坏，使酶永久失活；在在 下，酶的活性下，酶的活性明显降低明显降低，但不会失活。，但不会失活。三、酶的特性三、酶的特性1.1.高高效性效性（high efficiency）2.2.专专一性一性（specificity） 一种酶一种酶只能催化只

24、能催化一种一种或或一类一类化学化学反应反应3.3.作用条件比较作用条件比较温和温和（mildprocessingcondition ）过酸、过碱或温度过高过酸、过碱或温度过高 空间结构空间结构 低温低温 一、酶的作用一、酶的作用二、酶的本质二、酶的本质1 1、酶、酶能否催化热力学不允许进行的化学反应？能否催化热力学不允许进行的化学反应？2 2、酶能否改变化学反应的程度？酶能否改变化学反应的程度？思考：思考：不能不能不能不能t t1 1有一种酶促反应有一种酶促反应 P+Q R (PP+Q R (P、QQ、RR分别代分别代表表P P、Q Q、R R的浓度的浓度) )。下图中黑色实线表示在没有酶时此

25、。下图中黑色实线表示在没有酶时此反应的进程。在反应的进程。在t t1 1时，将催化此反应的酶加于反应混合时，将催化此反应的酶加于反应混合物中物中。图中哪条曲线表。图中哪条曲线表示此反应进行示此反应进行过程（过程（ ）时间时间 RPXQ0人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是（原因是（ ） A.A.所吃食物不能消化所吃食物不能消化 B.B.胃没有排空胃没有排空 C.C.吃药使人没有了胃口吃药使人没有了胃口 D.D.体温超过合适温度，消化酶的活性下降。体温超过合适温度，消化酶的活性下降。D教材教材P P86 86 课后练习课后练习1、B 2、B3、酶的专一性

26、、酶的专一性 拓展题：（拓展题：（1 1）A A点点：随着反应底物浓度的增加，：随着反应底物浓度的增加，反应速率加快。反应速率加快。B B点点：反应速率在此时达到最高。：反应速率在此时达到最高。C C点点：反应速率不再随反应底物浓度的增加而升：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。高，维持在相对稳定的水平。（2）（3）B D脂肪酶脂肪酶同酶同酶不同底物不同底物方案二：方案二： 淀淀粉粉 + 蔗糖酶蔗糖酶 蔗蔗糖糖 + 蔗糖酶蔗糖酶 用用斐林试剂检测斐林试剂检测方方案四：案四： 蔗蔗糖糖 + 淀粉酶淀粉酶 蔗糖蔗糖 + 蔗糖酶蔗糖酶 用用斐林试剂检测斐林试剂检测方案一：方

27、案一： 淀淀粉粉 + 淀粉酶淀粉酶 蔗蔗糖糖 + 淀粉酶淀粉酶 用斐林试剂检测用斐林试剂检测 方方案三：案三： 淀淀粉粉 + 淀粉酶淀粉酶 淀淀粉粉 + 蔗糖酶蔗糖酶 用碘液或者用碘液或者斐林试剂检测斐林试剂检测 同底物同底物不同酶不同酶教学后记教学后记1、学生对、学生对1号和号和4号对照，说明什么，号对照，说明什么，3号和号和4号对照，号对照，说明什么，扯不清，不理解。而且从做系统集成来看说明什么，扯不清，不理解。而且从做系统集成来看，对于用纯唾液和稀释，对于用纯唾液和稀释10倍的唾液做催化实验，其效倍的唾液做催化实验，其效果完全相同，说明酶具有高效性也不理解，有人选催果完全相同，说明酶具有

28、高效性也不理解，有人选催化性，有人选专一性。教材课后习题，钥匙化性，有人选专一性。教材课后习题，钥匙锁模型锁模型体现了酶的专一性，学生也判断不了。体现了酶的专一性，学生也判断不了。2、实验设计时，必须给他们时间，让他们讨论，自己、实验设计时，必须给他们时间，让他们讨论，自己设计，讲出来的答案漏洞百出。如果为了赶进度，直设计，讲出来的答案漏洞百出。如果为了赶进度，直接由教师讲过去，做作业时碰到这种实验题了，即使接由教师讲过去，做作业时碰到这种实验题了，即使在教师看来很简单，但学生难以下笔。在教师看来很简单，但学生难以下笔。3、为什么上面那条曲线要研究底物充足，、为什么上面那条曲线要研究底物充足，

29、而下面这条曲线又是研究酶的用量一定？而下面这条曲线又是研究酶的用量一定？4、以后可以将问题式教学和启发式教学相、以后可以将问题式教学和启发式教学相揉合。揉合。常温常温水浴加热水浴加热无机催化剂无机催化剂酶酶反应条件：反应条件：实验实验结果结果无无少量少量较多较多大量大量不复燃不复燃气泡：气泡：复燃：复燃：不剧烈不剧烈较剧烈较剧烈最剧烈最剧烈实验结论：实验结论：过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样酶酶底物底物ABACD酶的质量和化学性质在反应前后是否改变？酶的质量和化学性质在反应前后是否改变？不变不变酶酶底物底物酶酶产物产物产物产物酶的质量和化学性质在反应前后是否改变？酶的质量和化学性质在反应前后是否改变？不变不变每一种酶只能催化每一种酶只能催化 化学反应。化学反应。细胞代谢能够有条不紊地进行，与细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的酶的专一性专一性是是分不开的。分不开的。 二、酶具有二、酶具有专一专一 性性一种或一类一种或一类 “钥匙钥匙锁锁” ” 模型模型1231号试管号试管实实验验步步骤骤一一二二三