降低化学反应活化能的酶(讲)

第5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问题探讨斯帕兰札尼实验斯帕兰扎尼实验结果：肉块消失了问题：什么原因使肉块消失了？推论：胃内含有消化肉块的某种物质。如何证明这种物质的存在？推敲：金属小笼的作用？结论：胃具有化学性消化的功能。谁在起作用呢？一酶的作用及本质（一）细胞代谢的概念（二）酶在细胞代谢中的作用细胞的最基本生命活动是新陈代谢新陈代谢是其他一切生命活动的基础新陈代谢是通过有序化学反应来实现的细胞内所有的有序化学反应，统称为细胞代谢1酶的作用本质实验原理：2H2O22H2OO2条件1：常温下分解条件2：加热分解条件3：加入FeCl3后分解条件4：加入肝脏研磨液（H2O2酶）后分解比较过氧化氢在不同条件下的分解实验探究实验操作、现象和结论比较过氧化氢在不同条件下的分解试管编号12343%过氧化氢催化剂温度

现象

气泡数点燃的卫生香步骤及记录2ml2ml2ml2ml3.5%FeCl32滴室温20%肝脏研磨液2滴室温室温-90℃水浴加热-比较过氧化氢在不同条件下的分解与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？为什么？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。1、比较１号与２号试管的现象加热为分子的运动（活化）提供了能量，加速了化学反应3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？为什么？Fe3和过氧化氢酶能促进过氧化氢的分解，但它们并未给过氧化氢分子的运动提供能量，而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。比较过氧化氢在不同条件下的分解2、比较3号与4号试管的现象同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。比较过氧化氢在不同条件下的分解3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？说明什么？为什么？3、比较3号与4号试管的现象实验操作、现象和结论试管编号12343%过氧化氢催化剂温度

现象

气泡数无少较多很多点燃的卫生香无燃烧有燃烧燃烧明显燃烧猛烈步骤及记录2ml2ml2ml2ml比较过氧化氢在不同条件下的分解3.5%FeCl32滴室温20%肝脏研磨液2滴室温室温-90℃水浴加热-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。条件活化能（kj/mol）没有催化剂催化75Fe3+催化剂54过氧化氢酶催化剂29能量反应过程无酶催化有酶的催化降低的活化能酶的作用原理反应物生成物酶的作用原理酶的作用原理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。各种条件使反应加快的本质：加热：Fe3：酶：提高分子运动的能量降低化学反应的活化能更显著地降低化学反应的活化能酶的催化作用的本质是：更显著地降低化学反应的活化能我负责摘掉多余的氧原子过氧化氢酶从两个H2O2分子中各摘掉一个氧原子，并撮合成氧分子（O2），而H2O2变成H2O了2酶的作用原理酶的作用原理酶与底物结合催化底物反应+酶EES→ES→EP底物(S)产物(P)酶ES复合物酶的作用原理设计生物实验的原则实验探究科学性原则简便性原则对照原则单一变量原则随机性原则平行重复原则实验设计的原则对照原则设置对照是生物实验的重要原则，除了一因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。通过设置实验对照对比，排除无关因素的影响，增加实验结果的可信度和说服力。实验组：（1组可多组）

是接受实验变量处理的对象组对照组：（一般是1组）

是不接受实验变量处理的对象组对照实验单一变量原则就是一个实验中只能有一个自变量，即实验过程中欲处理的实验因素。其他实验条件各组要保持一致，以避免或减少无关变量和额外变量的干扰。单一变量（单因子变量）原则①自变量（实验变量）与因变量（反应变量）自变量（实验变量）：实验者主动操纵的条件和因子，是作用于实验对象的因素。是人为改变的量。自变量的设置须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。因变量（反应变量）：随自变量变化而变化的变量，是实验者观察的因素。②无关变量（控制变量）指与研究目标无关，但却影响研究结果的变量。实验者应严格控制无关变量，否则实验结果的真实性无法得到认定。控制无关变量的方法是等量且适宜等量且适宜的内容包括实验材料要相同且适宜：数量、大小、生理状况等

实验器具要相同且适宜：材质、大小等实验试剂要相同且适宜：种类、成分、浓度、体积等

环境条件要相同且适宜：温度、光照、pH等。对照实验的对照类型（1）空白对照：不做任何处理的对象组。（包括加清水、加蒸馏水，做假手术等）（2）相互对照：不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照。（3）自身对照：指实验与对照在同一对象上进行，不另设对照组。实验处理前的状况为对照组，实验处理后的变化则为实验组。（4）条件对照：指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的。不是检验假设需要，但更能充分说明实验变量饲喂甲状腺激素的为实验组； 不饲喂药剂的是空白对照组；饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组。探究或验证甲状腺激素的生理作用的实验（均切或均不切）.直接观察水浴加热肝脏研磨液FeCl3溶液对照组实验组实验组实验组1234过氧化氢在不同条件下的分解实验变量反应变量无关变量对照组实验组气泡数量多少燃烧程度大小加入试剂的量实验室的温度氯化铁和肝脏研磨液的新鲜程度溶液pH等1号试管2、3、4号试管2号:90度水浴加热3号:加入35%的氯化铁4号:加入20%肝脏磨液过氧化氢在不同条件下的分解在同样条件下重复相同实验，观察实验结果的相同程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。随机性原则虽然要求随机抽取样本，这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影响。平行重复原则就是为解决这个问题而提出的。平行复重原则确立实验目的实验设计的一般程序实验探究验证性实验探究性实验确定实验变量明确实验原理拟订实验方案设计实验步骤预测实验结果得出实验结论第一步：取材（加工）、分组、编号第二步：分组处理、设置对照、控制变量第三步：观察记录实验现象（三）酶的化学本质1对酶化学本质的探索资料分析酒为什么变酸了观察1：变酸的酒液中含有乳酸菌结论1：酒变酸的原因在于酒液中出现了乳酸菌观察2：未变质的酒液中含有酵母活细胞结论2：认为发酵的过程并非与生命活动无关，需要酵母活细胞的参与才能进行巴斯德的工作引起发酵的是细胞中的某些化学物质，但这些物质只有在酵母细胞裂解死亡后才能发挥作用李比希的声音发酵需要酵母活细胞产生的物质（酿酶）的参与，这些物质在有无酵母细胞的情况下都能发挥作用毕希纳的实验（1897年）研磨酵母菌酵母菌研磨滤液中葡萄糖含酒精的研磨液由于这项发现，毕希纳获得了1907年诺贝尔化学奖分析：对发酵的过程，巴斯德和李比希观点的积极性和局限性？人物巴斯德李比希积极性局限性发酵与活细胞有关引起发酵的是细胞中的某些物质发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用他从刀豆的种子里分离出一种纯的结晶体，然后把这种结晶体放进人尿中去，这时人尿里的尿素便很快就分解成了二氧化碳和氨。萨姆纳发现，它所起的作用与当时已经知道的脲酶一样。经过进一步分析，证明这种结晶体就是脲酶。最后，萨姆纳证明了脲酶确实是一种蛋白质！他用实验结果否定了化学权威威尔斯塔特的实验结论，从而证明了酶就是蛋白质。他因此而获得了1946年的诺贝尔化学奖。萨姆纳的工作1981年切赫（Cech）发现在离体条件下，原生动物嗜热四膜虫大核前体rRNA可在没有蛋白质存在下，由Mg2和鸟苷或5’鸟苷酸作辅助因子，完全催化自我剪接过程。1978年，奥特曼（Altman）发现RNA核酸内切酶RNaseg2浓度下，催化前体tRNA的剪切，而蛋白质亚基则无此功能，从而说明RNaseP的催化功能是由其RNA亚基部分来承担的。奥特曼和节赫的工作资料分析巴斯德之前发酵是纯化学反应，与生命无关萨姆纳酶是蛋白质巴斯德只与活的酵母菌有关RNA也具有生物催化功能李比希只与死的酵母菌分解出的物质有关毕希纳活细胞粉碎后所得的物质作用和活的酵母细胞作用一样活细胞产生的一类具催化作用的有机物。来源功能化学本质（绝大多数是蛋白质，少数是RNA）2反应前后酶的性质和数量均没有变化1酶能降低反应的活化能，提高反应速率，缩短到达平衡的时间，但并不改变反应的方向2酶化学本质酶、激素和蛋白质的区别？酶的作用是催化激素的作用是调节功能绝大多数酶是蛋白质一部分激素是蛋白质（胰岛素等）化学本质简要回答1、什么叫活化能？2、酶的作用？3、加热为什么能促进过氧化氢的分解？4、酶的化学本质是什么？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酶降低化学反应所需的活化能加热促进分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。说明过氧化氢酶比Fe3的催化效率高得多。为什么4号试管的反应速率比3号试管快得多？比较过氧化氢在不同条件下的分解二酶的特性质量分数为20％的新鲜肝脏研磨液1滴质量分数为3.5％的氯化铁溶液1滴生物催化剂：过氧化氢酶所含酶的相对数量：1无机催化剂：Fe3+的相对数量：25万1、酶具有高效性大量实验数据表明，酶的催化效率大约是无机催化剂的107~1013倍，这就是酶催化的高效性酶的高效性的意义：酶催化的高效性对细胞生命活动的高效快速进行具有重要意义酶对化学反应的催化效率，叫酶的活性。过氧化氢酶除了能催化过氧化氢分解外，能否催化其他物质的化学反应？淀粉酶的作用是什么？2、酶具有专一性淀粉+水麦芽糖+少量葡萄糖淀粉酶淀粉酶能水解蔗糖吗？①号试管②号试管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加入斐林试剂振荡约60℃水浴2min2mL蔗糖溶液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每一种酶只能催化一种或一类化学反应，这就是酶催化的专一性。对细胞代谢能有条不紊地进行具有重要意义2、酶具有专一性根据酶的专一性对酶命名水解酶分解酶合成酶氧化还原酶转移酶根据酶的作用底物对酶命名淀粉酶麦芽糖酶蛋白酶脂肪酶酶的专一性的意义确定自变量：控制无关变量：探究一探究温度对酶活性的影响（1）作出假设温度影响酶的活性，温度过高、过低，酶的活性都会降低温度底物浓度和量相同；酶浓度和量相同；pH适宜……3、酶的作用条件温和（易受温度和pH的影响）（2）验证假设（设计实验）材料用具和试剂：（3）进行实验淀粉酶淀粉碘液斐林试剂（用具略）实验步骤一二三四预测现象结论1号试管2号试管3号试管加入淀粉酶2滴，振荡试管各加入2mL淀粉溶液蓝色保持0℃冰水中反应约5min加热至100℃，反应约5min加热至60℃，反应约5min各加入两滴碘液无明显现象一定温度下酶的催化效率最高蓝色方案一探究温度对淀粉酶活性的影响？？？该实验方案有什么不足吗1号试管2号试管3号试管实验步骤一二三四五预测现象结论向1、2、3号试管中各加入2mL淀粉溶液取3支试管分别编号1’、2’、3’，各加入等量淀粉酶溶液取1号和1’号试管60℃水浴共同保温5min给１、２、３号试管分别加入对应编号的淀粉酶溶液2滴，振荡保温5min向三支试管各加入两滴碘液，震荡观察。无明显变化蓝色蓝色在适合的温度下酶的催化效率最高取2号和2’号试管0℃水浴共同保温5min取3号和3’号试管100℃水浴共同保温5min方案二探究温度对淀粉酶活性的影响（4）分析结果方案二的实验设计更科学（科学性原则）温度适宜酶的活性高，温度过低或过高均影响酶的活性（5）结论和应用酶的活性高低与酶的温度有关对酶制品的储存、运输与应用要考虑温度问题（6）表达与交流质询答辩反思修改提出新问题等①控制温度的方法不同，为什么有不同的实验结果？酶的催化效率高，加酶后再做变量（温度）的调控，底物已经被催化分解一部分了②该实验能用斐林试剂代替碘液吗，为什么？不行，因为斐林试剂检测过程中要加热，而本实验中的变量就是温度温度/℃速率/mmol·s-1酶的温度活性曲线（唾液淀粉酶）37温度/℃速率/mmol·s-1酶的温度活性曲线（α-淀粉酶）60（7）进一步探究对温度对酶的影响进行定量研究：设置温度梯度，用出现同一结果所需时间来表示酶的活性，绘制成酶的温度活性曲线图③将0℃和100℃处理过的酶再置于60℃环境中，结果如何？0℃处理过的酶恢复活性，100℃处理过的酶永久失去活性酶促反应需要温和的温度条件，在最适宜温度下，酶的活性最高，温度偏高或偏低酶的活性都会明显降低。如果温度过高使酶的空间结构遭到破坏而永久失去活性。低温不能使酶失活。结论探究二pH对酶活性的影响1要注意的几个问题：①自变量的确定：②梯度的确定：③酶的选择：④因变量的确定：过氧化氢酶（取材容易）酶促反应速率（气泡数量或卫生香燃烧程度）三组或多组pH1号试管2号试管3号试管实验步骤一二三四现象结论2探究pH对过氧化氢酶活性的影响加入过氧化氢酶2滴滴加2滴盐酸滴加2滴蒸馏水滴加2滴NaOH三支试管各加入2mLH2O2溶液观察气泡数（2—3min后卫生香的燃烧情况）无明显变化气泡多（复燃）无明显变化只有在适合的pH下酶的催化效率最高为什么先加酶再调pH，再加过氧化氢？使不同时间的反应条件一致在最适宜pH下，酶的活性最高，pH偏高或偏低酶的活性都明显降低。在过酸过碱的条件下，都会使酶的空间结构遭到破坏而永久失去活性3酶的pH活性曲线4酶促反应需要适宜的pH速率/mmol·s-1酶的温度活性曲线（胃蛋白酶）2pH速率/mmol·s-1酶的温度活性曲线（胰蛋白酶）8pH三影响酶活性的因素3酶浓度的影响1温度2pH酶促反应速率酶的浓度①底物浓度不变时②底物浓度远远大于酶浓度时酶促反应速率酶的浓度底物耗尽酶浓度在一定范围内，酶促反应速率随酶浓度的升高而加快，酶过量时，酶促反应速率不变。当底物浓度远远大于酶浓度时，两者呈线性关系三影响酶活性的因素4底物浓度的影响底物浓度在一定范围内，酶促反应速率随底物浓度的升高而加快，但底物达到一定浓度时，酶促反应速率不再变化。酶促反应速率底物浓度酶量（a）酶量（2a）酶量一定时底物浓度与反应速率的关系酶量加倍此段为何重合？三影响酶活性的因素5酶与反应时间的关系酶的浓度(2a)①底物浓度一定时生成物的量时间酶的浓度(a)酶量加倍底物浓度(2v)底物浓度(v)生成物的量时间底物加倍②酶量一定时主要考虑酶量多少（底物多少）与时间的关系酶量增加，反应时间缩短底物增加，反应时间延长反应完成反应完成反应完成反应完成三影响酶活性的因素6酶的激活剂和抑制剂酶的抑制剂是一类与酶结合的化合物。抑制剂通过防止ES的形成或防止ES生成E＋P来抑制酶的活性抑制作用可逆抑制不可逆抑制

竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制与酶结合后能启动或增强酶的活性的物质叫酶的激活剂。很多金属离子是酶的激活剂。Mg2能激活磷酸酯酶，Cl-能激活α-淀粉酶酶的抑制剂酶的激活剂三影响酶活性的因素7动态影响体内温度的高低变化和pH的变化和底物的变化都能对酶的活性产生动态影响。酶促反应速率底物浓度环境因素改变改变环境1、胃蛋白酶的最适温度为37℃，在测定其活性时，将溶液从0℃→37℃过程中，胃蛋白酶的活性将；将溶液从100℃→37