第五章

細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第一節(jié)

降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶5.1.1酶的作用和本質(zhì)1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭札尼做了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)：將肉塊放入小巧的金屬籠內(nèi)，然后讓鷹把小籠子吞下去。過(guò)一段時(shí)間后，他把小籠子取出來(lái)，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。斯帕蘭扎尼在研究鷹的消化作用1.為什么要將肉塊放在金屬籠內(nèi)？便于取出實(shí)驗(yàn)材料(肉塊)，排除物理消化對(duì)肉塊的影響，確定其是否發(fā)生了化學(xué)消化。問(wèn)題探討2.是什么物質(zhì)使肉塊消失了？3.怎樣才能證明你的推測(cè)？是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了。收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，看看這些物質(zhì)在體外是否也能將肉塊分解。一.酶在細(xì)胞代謝中的作用123斯帕蘭札尼的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某種物質(zhì)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)胃液中含有大量的鹽酸，于是推測(cè)鹽酸是使食物分解的物質(zhì)。德國(guó)科學(xué)家施旺通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，胃腺分泌物中有一種物質(zhì)，將它與鹽酸混合后，對(duì)肉類的分解能力增強(qiáng)，這種物質(zhì)就是胃蛋白酶。能量的釋放、儲(chǔ)存和利用，都必須通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞代謝:細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)的統(tǒng)稱。1.條件:細(xì)胞代謝離不開(kāi)酶4.意義:細(xì)胞代謝是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ).2.場(chǎng)所:主要是細(xì)胞質(zhì)3.特點(diǎn):復(fù)雜、有序、溫和、高效2H2O22H2O+O22H2O2

2H2O+O2反應(yīng)條件一.酶在細(xì)胞代謝中的作用探究?實(shí)踐

比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解（1）實(shí)驗(yàn)原理（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)比較過(guò)氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解過(guò)氧化氫酶的作用。H2O2在水浴加熱、FeCl3溶液中Fe3＋和肝臟研磨液中過(guò)氧化氫酶的作用下加速分解。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的新鮮肝臟研磨液1滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鐵溶液1滴過(guò)氧化氫酶相對(duì)數(shù)量1Fe3+

相對(duì)數(shù)量25萬(wàn)（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.常溫2.水浴加熱3.加FeCl34.加過(guò)氧化氫酶2ml過(guò)氧化氫+試管12ml過(guò)氧化氫+試管2+90℃水浴加熱2ml過(guò)氧化氫+試管3+FeCl3溶液

2ml過(guò)氧化氫+試管4+過(guò)氧化氫酶觀察氣泡多少觀察衛(wèi)生香復(fù)燃（4）實(shí)驗(yàn)材料：一.酶在細(xì)胞代謝中的作用3.5％的FeCl3

溶液20％的新鮮肝臟研磨液3%的新制H2O2溶液衛(wèi)生香、量筒、試管、滴管、試管架……(酶多、接觸面積大)（5）實(shí)驗(yàn)步驟常溫90℃水浴加熱2滴3.5%FeCl3

2滴20%

肝臟研磨液(不穩(wěn)定)（6）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一.酶在細(xì)胞代謝中的作用①觀察氣泡冒出的情況，并做比較。1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)無(wú)氣泡少量較多大量②觀察衛(wèi)生香的燃燒情況。3號(hào)4號(hào)變亮復(fù)燃加熱能促進(jìn)H2O2的分解。FeCl3中的Fe3+和新鮮肝臟中的過(guò)氧化氫酶都能加快H2O2分解的速率。細(xì)胞內(nèi)不能加熱4號(hào)反應(yīng)速率快過(guò)氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)在常溫常壓酶的催化下高效進(jìn)行。（7）實(shí)驗(yàn)結(jié)論過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣，在過(guò)氧化氫酶的作用下分解速率最快一.酶在細(xì)胞代謝中的作用控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)科學(xué)方法實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遵循的原則：?jiǎn)我蛔兞吭瓌t、對(duì)照原則、平行重復(fù)原則。1.單一變量原則①變量:實(shí)驗(yàn)過(guò)程中變化的因素②自變量:人為控制的對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行處理的因素③因變量:因自變量改變而變化的變量④無(wú)關(guān)變量:一些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的可變因素⑤單一變量:除一個(gè)自變量的因素外，其余因素(無(wú)關(guān)變量)都保持一致且適宜。2.對(duì)照原則①對(duì)照實(shí)驗(yàn)：除作為自變量的因素外，無(wú)關(guān)變量都保持一致，并將結(jié)果進(jìn)行比較的

實(shí)驗(yàn)。分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組經(jīng)實(shí)驗(yàn)因素處理的人為改變條件的組。實(shí)驗(yàn)組：對(duì)照組：未經(jīng)實(shí)驗(yàn)因素處理的組。實(shí)驗(yàn)結(jié)果已知實(shí)驗(yàn)結(jié)果未知自變量因變量無(wú)關(guān)變量(相同且適宜)(控制)(檢測(cè))一.酶在細(xì)胞代謝中的作用控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)科學(xué)方法2.對(duì)照原則②對(duì)照的類型：空白對(duì)照不給對(duì)照組做任何實(shí)驗(yàn)處理，這里的”空白”絕不是什么影響因素都不給予，而是針對(duì)實(shí)驗(yàn)組所要研究的實(shí)驗(yàn)因素給與空白。自身對(duì)照對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組都在同一研究對(duì)象上進(jìn)行。不另設(shè)對(duì)照組。(不同處理的前后對(duì)照)條件對(duì)照雖給對(duì)象施以某種實(shí)驗(yàn)處理，但這種處理是作為對(duì)照意義的。目的是通過(guò)對(duì)比得出相對(duì)立的結(jié)論，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性。相互對(duì)照不另設(shè)對(duì)照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組之間相互對(duì)照，其中的每一組既是實(shí)驗(yàn)組也是其他組的對(duì)照組。1號(hào)試管為空白對(duì)照2、3、4為相互對(duì)照3.平行重復(fù)原則多次實(shí)驗(yàn)，取平均值，用以減少誤差和偶然性一.酶在細(xì)胞代謝中的作用（8）實(shí)驗(yàn)分析試管編號(hào)步驟1234一二

三2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3肝臟研磨液2滴2滴幾乎無(wú)少量較多大量不復(fù)燃不復(fù)燃變亮復(fù)燃反應(yīng)條件無(wú)關(guān)變量H2O2濃度H2O2劑量氣泡產(chǎn)生帶火星的衛(wèi)生香對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組自變量對(duì)照實(shí)驗(yàn)變量相同且適宜因變量對(duì)照原則單一變量原則多次實(shí)驗(yàn)：平行重復(fù)原則3號(hào)Fe3+和4號(hào)H2O2酶能促進(jìn)H2O2分解，它們沒(méi)有給H2O2分子提供能量，而是降低了H2O2分解反應(yīng)的活化能。2號(hào)加熱能促進(jìn)過(guò)H2O2分解，是因?yàn)榧訜崾笻2O2分子得到了能量，從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀追纸獾幕钴S狀態(tài)?；罨苁侵阜肿訌某B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需的能量。活化能反應(yīng)歷程活躍態(tài)常態(tài)終態(tài)原理分析一.酶在細(xì)胞代謝中的作用酶和無(wú)機(jī)催化劑并沒(méi)有給反應(yīng)物提供活化能，而是降低了化學(xué)反應(yīng)所需要的活化能。酶顯著降低了反應(yīng)的活化能，催化效率更高不同：

酶和無(wú)機(jī)催化劑的比較共性：①可降低反應(yīng)的活化能，具有催化效率②反應(yīng)前后酶的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量均沒(méi)有變化③酶和催化劑都只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間，并不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)。同無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，因而酶的催化效率更高活化能一.酶在細(xì)胞代謝中的作用1.思考?討論：關(guān)于酶本質(zhì)的探索二.酶的本質(zhì)發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動(dòng)無(wú)關(guān)巴斯德李比希畢希納薩姆納其他科學(xué)家切赫和奧特曼發(fā)酵與死細(xì)胞中的物質(zhì)有關(guān)發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)死細(xì)胞中的物質(zhì)和活細(xì)胞都能引起發(fā)酵脲酶是蛋白質(zhì)胃蛋白酶等許多酶也是蛋白質(zhì)少數(shù)酶是RNA切赫奧特曼疑問(wèn)：酶到底是什么物質(zhì)？1.巴斯德和李比希的觀點(diǎn)各有什么積極的意義？各有什么局限性？巴斯德:發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)

√；發(fā)酵是整個(gè)細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用

×畢希納:發(fā)酵是細(xì)胞中的某些物質(zhì)

√；這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解才能發(fā)揮作用

×思考?討論：關(guān)于酶本質(zhì)的探索二.酶的本質(zhì)2.在科學(xué)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)爭(zhēng)論是正常的。巴斯德和李比希之間出現(xiàn)爭(zhēng)論的原因是什么？這一爭(zhēng)論對(duì)后人進(jìn)一步研究酶的本質(zhì)起到了什么作用？巴斯德是微生物學(xué)家，特別強(qiáng)調(diào)生物體或細(xì)胞的作用；李比希是化學(xué)家，傾向于從化學(xué)的角度考慮問(wèn)題。他們的爭(zhēng)論促使后人把對(duì)酶的研究目標(biāo)集中在他們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)上，使科學(xué)研究有的放矢。3.薩姆納歷時(shí)9年才證明脲酶是蛋白質(zhì)，并因此榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。你認(rèn)為他取得成功靠的是什么樣的精神品質(zhì)？4.請(qǐng)給酶下一個(gè)比較完整的定義。薩姆納歷時(shí)9年，用正確的科學(xué)方法，堅(jiān)持不懈、百折不饒的科學(xué)精神，將酶提純出來(lái)。成功屬于不畏艱苦的人。酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化活性的有機(jī)物。酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA(核酸)。2.酶的本質(zhì)①在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外、生物體內(nèi)、生物體外都能起催化作用②酶本身在反應(yīng)前后其數(shù)量和性質(zhì)都不改變③酶在反應(yīng)中不被消耗,可重復(fù)利用,但時(shí)間過(guò)長(zhǎng),催化能力降低甚至喪失二.酶的本質(zhì)某種酶+雙縮脲試劑出現(xiàn)紫色→該酶是蛋白質(zhì)不出現(xiàn)紫色→該酶是RNA某種酶+蛋白酶加入酶的底物底物沒(méi)有被催化→該酶是蛋白質(zhì)底物被催化→該酶是RNA作業(yè)第五章

細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第一節(jié)

降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶5.1.2酶的特性（1）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:3號(hào)4號(hào)一.酶的特性（2）含義:酶的催化效率是無(wú)機(jī)催化劑的107~1013倍。1.酶具有高效性每滴溶液中Fe3+的數(shù)量是過(guò)氧化氫酶的分子數(shù)的25萬(wàn)倍。過(guò)氧化氫酶比Fe3+的催化效率高得多,說(shuō)明酶具有高效性。3號(hào)4號(hào)項(xiàng)目對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組材料等量的同一種底物試劑一定量的無(wú)機(jī)催化劑等量底物對(duì)應(yīng)的酶溶液現(xiàn)象反應(yīng)速率慢或反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)反應(yīng)速率快或反應(yīng)時(shí)間短結(jié)論酶具有高效性（4）意義：一.酶的特性（3）原理:與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶能顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，

酶的催化效率更高。酶只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需要的時(shí)間，不能改變化學(xué)反應(yīng)的

。酶_______改變最終生成物的量。平衡點(diǎn)不能①保證了細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行。②保證了細(xì)胞內(nèi)能量供應(yīng)的穩(wěn)定。一.酶的特性探究?實(shí)踐：淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用2.酶具有專一性1.實(shí)驗(yàn)原理

淀粉

蔗糖

(非還原糖)(還原糖)(非還原糖)(還原糖)(還原糖)還原糖+斐林試劑磚紅色沉淀水解水解水浴加熱淀粉酶2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄康矸勖甘欠裰荒艽呋囟ǖ幕瘜W(xué)反應(yīng)淀粉酶溶液，淀粉溶液，蔗糖溶液，蔗糖酶溶液，斐林試劑、熱水、試管、燒杯等3.實(shí)驗(yàn)材料麥芽糖葡萄糖

+果糖（1）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證步驟項(xiàng)目123456789102mL—60℃保溫5min各加入2mL沸水浴1min60℃保溫5min各加入2mL沸水浴1min磚紅色無(wú)磚紅色磚紅色無(wú)磚紅色一.酶的特性方案一:同種酶+不同底物1234方案二:同種底物+不同底酶—2mL2mL2mL——淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解2mL—2mL2mL———2mL淀粉只能被淀粉酶水解，不能被蔗糖酶水解酶具有專一性注入可溶性淀粉溶液注入蔗糖溶液注入新鮮的淀粉酶溶液注入新鮮的蔗糖酶溶液保溫加斐林試劑水浴加熱觀察顏色變化結(jié)論結(jié)論4.實(shí)驗(yàn)步驟（2）含義：每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。（3）意義：保證了細(xì)胞代謝能夠有條不紊地進(jìn)行（4）原因：a.鎖鑰學(xué)說(shuō)酶有一定的空間結(jié)構(gòu)，酶在反應(yīng)中與底物的關(guān)系就像鑰匙和鎖的關(guān)系，它們的空間結(jié)構(gòu)必須相互結(jié)合形成復(fù)合物才能發(fā)生反應(yīng)。一.酶的特性2.酶具有專一性

酶的催化作用圖解底物（反應(yīng)物）酶產(chǎn)物（生成物）一類蛋白酶:蛋白質(zhì)→多肽肽酶:多肽→氨基酸一種H2O2酶:H2O2脲酶:尿素淀粉酶:淀粉b.誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)底物與酶活性部位結(jié)合，會(huì)誘導(dǎo)酶發(fā)生構(gòu)象變化，使酶的活性中心變得與底物的結(jié)構(gòu)互補(bǔ)，兩者相互契合，從而發(fā)揮催化功能。酶加入酶B的反應(yīng)速率和無(wú)酶條件下的反應(yīng)速率相同，說(shuō)明酶B對(duì)此反應(yīng)無(wú)催化作用。加入酶A的反應(yīng)速率隨反應(yīng)物濃度的增大明顯加快，說(shuō)明酶具有

。專一性許多無(wú)機(jī)催化劑能在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿條件下催化化學(xué)反應(yīng)。酶催化特定化學(xué)反應(yīng)的能力。酶活性:一.酶的特性探究?實(shí)踐：影響酶活性條件（1）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1.實(shí)驗(yàn)原理2.背景知識(shí)可用在一定條件下催化某一化學(xué)反應(yīng)的速率表示。唾液(淀粉酶)pH6.2~7.4胃夜(胃蛋白酶)pH0.9~1.5小腸液(多種酶)pH7.6使用溫水(30~40℃)效果最佳，切勿用60℃以上的熱水加酶影響酶活性的可能因素是？唾液淀粉酶進(jìn)入胃后還能消化淀粉嗎？不能溫度、pH產(chǎn)物生成底物剩余溫度或pH的改變會(huì)影響酶的活性嗎？3.提出問(wèn)題：4.做出假設(shè)：溫度或pH會(huì)影響酶的活性5.材料用具：根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x擇材料用具（酶、底物、檢測(cè)試劑）一.酶的特性6.實(shí)驗(yàn)步驟：步驟組別試管123456782mL—2mL—2mL——2mL—2mL—2mL0℃冰水保溫5min60℃水浴保溫5min100℃水浴保溫5min0℃冰水保溫5min60℃水浴保溫5min100℃水浴保溫5min2滴2滴2滴變藍(lán)變藍(lán)不變藍(lán)溫度對(duì)酶的活性有影響，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)降低酶的活性溫度對(duì)酶活性的影響加淀粉加淀粉酶第一組第二組第三組保溫混合混合保溫加碘液觀察顏色結(jié)論淀粉

麥芽糖淀粉酶藍(lán)色

無(wú)藍(lán)色碘液碘液1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)5號(hào)6號(hào)1與2試管混合搖勻3與4試管混合搖勻5與6試管混合搖勻1.為什么不宜選擇H2O2酶探究溫度對(duì)酶活性影響？H2O2在加熱條件下分解，會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.本實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量各是什么？觀察指標(biāo)？自變量自變量檢測(cè)指標(biāo)3.能不能用斐林試劑對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)？不能，因?yàn)殪沉衷噭z測(cè)時(shí)要水浴加熱，干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因變量自變量步驟試管1號(hào)2號(hào)3號(hào)1

2

3451mlHCl1mlH2O1mlNaOH2滴2滴2滴pH影響酶活性,過(guò)高或過(guò)低都會(huì)降低酶活性2ml2ml2ml無(wú)氣泡大量氣泡無(wú)氣泡思考：先往試管加入酶溶液還是底物呢？先加入酶溶液一.酶的特性6.實(shí)驗(yàn)步驟：pH對(duì)酶活性的影響加肝臟研磨液加不同pH溶液H2O2溶液實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論2H2O2

2H2O+O2H2O2酶1.為什么不宜選擇淀粉探究PH對(duì)酶活性影響？淀粉在酸性條件下可以水解2.本實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量各是什么？觀察指標(biāo)？自變量檢測(cè)指標(biāo)底物和酶混合之前，必須先在一定的溫度或PH條件下分別處理一段時(shí)間，使反應(yīng)一開(kāi)始就達(dá)到預(yù)設(shè)條件。自變量因變量(2)含義酶通常在一定pH范圍和一定溫度范圍內(nèi)才能起作用，而且在最適宜的溫度和pH下酶的活性最高，溫度和pH偏高或偏低，酶活性都會(huì)明顯降低。一.酶的特性3.酶的作用條件較溫和酶所催化的化學(xué)反應(yīng)一般是在比較溫和的條件下進(jìn)行的。υ/mmol.s-1t/℃酶活性受溫度影響示意圖pHυ/mmol.s-1酶活性受PH影響示意圖(3)數(shù)學(xué)模型①描述曲線含義？在一定溫度(pH)范圍內(nèi)，隨溫度(pH)的升高，酶的催化作用增強(qiáng)，超過(guò)這一范圍酶的催化作用逐漸減弱。最適溫度最適pH一.酶的特性υ/mmol.s-1