第5章细胞的能量供应和利用

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本质的？问题探讨斯帕兰札尼对鹰的消化研究1773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。

CO2+H2O

有机物

+O2光能叶绿体:

氨基酸

多肽(蛋白质）脱水缩合核糖体：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。

线粒体:有机物

+O2CO2+H2O+能量酶酶酶

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？比较过氧化氢在不同条件下的分解一、酶在细胞代谢中的作用实验探究：实验探究：

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？在体内分解和在体外分解情况有什么不一样吗？92H2O2

→2H2O+O2↑2、加热3、Fe3+做催化剂4、过氧化氢酶1、常温下反应猪肝研磨液加入试管直接观察酒精灯加热滴加FeCl3溶液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步骤试管编号

说明1234一二

观察结论2ml2ml2ml2ml3%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点燃的卫生香实验讨论：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。为什么加热能提高反应速率呢？

常态活跃状态加热使过氧化氢分子得到能量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。讨论：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？

说明Fe3+和过氧化氢酶都能加快过氧化氢的分解速率4号试管中的反应速率快，可以说明与Fe3+相比，过氧化氢酶的效率要高出很多。在化学反应里能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有变化的物质叫做

。加入FeCl3和过氧化氢酶就是加入了催化剂。催化剂思考为什么加入了催化剂，过氧化氢的分解速率会加快呢？并且有机催化剂过氧化氢酶的催化效率更高呢？总结：FeCl3和过氧化氢酶促使过氧化氢分解，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。2、酶的作用：催化作用实质是降低化学反应活化能。加入酶相当于给汽车找到了一条穿山隧道加热加压相当于给汽车加大油门催化剂可以降低化学反应的活化能，而且与无机催化剂相比较，生物催化剂酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。步骤试管编号

说明1234

一二

观察结论2ml2ml2ml2ml3%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自变量因变量无关变量变量

H2O2

浓度剂量剂量气泡产生点燃的卫生香对照实验对照组实验组实验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：酶到底是什么物质呢？阅读P81页“资料分析”《关于酶本质的探索》找出每位科学家的观点，完成表格。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人物巴斯德李比希合理性认为发酵与活细胞有关引起发酵的是细胞中的某些物质局限性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。⑴巴斯德以前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。⑵巴斯德：发酵是整个细胞在起作用。⑶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。⑷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⑸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⑹奥特曼：少数RNA也具有催化作用。四、酶的定义:绝大多数酶是蛋白质,少数的酶是RNA.酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。来源功能本质所有的活细胞都能产生酶吗？酶只在细胞内发挥作用吗？

思考：通过阅读“资料分析”，你能得到什么启发？“在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点”。--------马克思1、酶在细胞代谢中的作用2、酶的本质3、酶的定义课堂小结：降低化学反应活化能，是生物催化剂。同无机催化剂相比，催化效率更高。绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。1.细胞内合成酶的主要的场所是（）

A.细胞质B.线粒体

C.核糖体D.内质网C课堂练习:2.在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，把肝脏制成研磨液的目的是（）

A.利于过氧化氢酶的释放

B.提高过氧化氢酶的活性

C.保护过氧化氢酶

D.降低过氧化氢酶的活性A3.选用新鲜肝脏做实验，是因为肝脏中（）

A.含过氧化氢酶多

B.含过氧化氢酶但易挥发

C.含过氧化氢酶多且活性强

D.含酶的种类很多

4.下列关于酶的表述，全面而准确的是（）

A.酶不能脱离生物体起作用；

B.酶是蛋白质；

C.酶与无机催化剂没有本质区别；

D.酶是活细胞产生的有催化作用的有机