第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

第1節(jié)

降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶細(xì)胞代謝酶的本質(zhì)酶的作用：比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解目

錄123問(wèn)題探討1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭札尼（L.Spallanzani，1729-1799）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。斯帕蘭禮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)？2、是什么物質(zhì)使肉塊消失了？3、怎么證明你的猜測(cè)

便于取出實(shí)驗(yàn)材料（肉塊），排除物理性消化對(duì)肉塊的影響，確定其是否發(fā)生了化學(xué)性消化。是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)將肉塊分解了。收集胃里的物質(zhì)，看看體外是否也能將肉塊進(jìn)行分解。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)。然而這種物質(zhì)是什么，他始終未能得出結(jié)論。后來(lái)，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)。1835年，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)肉類的分解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鹽酸的單獨(dú)作用，這種物質(zhì)就是胃蛋白酶。

隨著對(duì)細(xì)胞研究的不斷深入，人們認(rèn)識(shí)到，細(xì)胞的生活需要物質(zhì)和能量。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)。

外界能量進(jìn)入細(xì)胞，并為細(xì)胞所利用，都要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝。細(xì)胞內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)，都需要酶的催化。細(xì)胞代謝概念：場(chǎng)所：意義：細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝主要是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，細(xì)胞代謝離不開酶（有氧呼吸、光合作用、蛋白質(zhì)的合成等）一、細(xì)胞代謝酶促反應(yīng)：有酶參與催化的反應(yīng)稱之為酶促反應(yīng)二、酶在細(xì)胞代謝中的作用資料一：細(xì)胞代謝是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，但代謝也會(huì)產(chǎn)生對(duì)細(xì)胞有害的物質(zhì)，如過(guò)氧化氫（體內(nèi)過(guò)氧化氫過(guò)多會(huì)導(dǎo)致皮膚發(fā)黃，會(huì)加速人體衰老），但細(xì)胞中的另一種物質(zhì)可以將過(guò)氧化氫及時(shí)分解成氧氣和水，這種物質(zhì)就是過(guò)氧化氫酶。以過(guò)氧化氫在不同條件下的分解為例，探究酶的作用。觀察現(xiàn)象提出問(wèn)題實(shí)驗(yàn)探究步驟：作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，得出結(jié)論表達(dá)與交流進(jìn)一步探究二、酶的作用：比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解2H2O2

2H2O+O2↑2H2O2

2H2O+O2↑2H2O2

2H2O+O2↑Fe3+過(guò)氧化氫酶2H2O2

2H2O+O2↑1.實(shí)驗(yàn)原理（1）常溫（2）水浴加熱（3）加Fe3+催化劑（4）加過(guò)氧化氫酶通過(guò)比較過(guò)氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解酶的作用。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、酶的作用：比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解3.實(shí)驗(yàn)材料（1）新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液（2）新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過(guò)氧化氫溶液（3）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液。肝臟如果不新鮮，肝細(xì)胞內(nèi)的過(guò)氧化氫酶就會(huì)在蛋白酶作用下分解。

“研磨液”——使肝臟細(xì)胞中的過(guò)氧化氫酶釋放出來(lái)，可充分與過(guò)氧化氫接觸，加快分解速率。

酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑的催化效率高的多，即使少量的酶混入FeCl3溶液，也會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，增大實(shí)驗(yàn)誤差.注意：實(shí)驗(yàn)中滴加FeCl3溶液和肝臟研磨液的滴管不能混用二、酶的作用：比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)試管編號(hào)步驟1234一二

三觀察1.氣泡冒出情況；2.衛(wèi)生香復(fù)燃情況2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3肝臟研磨液2滴2滴反應(yīng)條件H2O2濃度H2O2劑量3號(hào)4號(hào)1號(hào)2號(hào)不明顯少量較多大量觀察產(chǎn)生氣泡的多少二、酶的作用：比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解變亮復(fù)燃觀察衛(wèi)生香的燃燒情況二、酶的作用：比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)試管編號(hào)步驟1234一二

三觀察2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3肝臟研磨液2滴2滴反應(yīng)條件H2O2濃度H2O2劑量氣泡產(chǎn)生帶火星的衛(wèi)生香幾乎無(wú)少量較多大量不復(fù)燃不復(fù)燃變亮復(fù)燃二、酶的作用：比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解二、酶的作用：比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解5.分析結(jié)果

與1號(hào)試管相比，2號(hào)試管放出的氣泡多。這一現(xiàn)象說(shuō)明了什么？加熱能促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。(為反應(yīng)提供能量)2.

在細(xì)胞內(nèi)，能通過(guò)加熱來(lái)提高反應(yīng)速率嗎？不能。細(xì)胞是在常溫下生活，若加熱，會(huì)使細(xì)胞死亡3.

3號(hào)和4號(hào)試管未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，說(shuō)明了什么？說(shuō)明Fe3+和新鮮肝臟中的過(guò)氧化氫酶都能加快過(guò)氧化氫分解的速率。4.

3號(hào)試管與4號(hào)試管相比，哪支試管中反應(yīng)速率快？這說(shuō)明什么？4號(hào)試管的反應(yīng)速率快，說(shuō)明過(guò)氧化氫酶比Fe3+的催化效率更高。二、酶的作用：比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論1.過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣；2.過(guò)氧化氫在過(guò)氧化氫酶的作用下分解速率最快

有同學(xué)在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了5號(hào)和6號(hào)試管，向其中分別加入2mL過(guò)氧化氫溶液后，再向5號(hào)試管內(nèi)加入2滴煮沸過(guò)的肝臟研磨液，向6號(hào)試管內(nèi)加入2滴蒸餾水。這樣做的目的是:

加入2滴煮沸過(guò)的肝臟研磨液的5號(hào)試管，可以與加入新鮮的肝臟研磨液的4號(hào)試管作對(duì)照；

加入2滴蒸餾水的6號(hào)試管可以作為3號(hào)試管和4號(hào)試管的對(duì)照組。科學(xué)方法：控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)1、控制變量(2)自變量：(3)因變量：(4)無(wú)關(guān)變量：(1)變

量：除自變量外，實(shí)驗(yàn)中還存在的一些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的可變因素。隨著自變量的改變而變化的變量。人為控制的對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行處理的因素。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的變化因素。如：“加熱、加Fe3+、加肝臟研磨液”。如：“H2O2分解速率”如：“反應(yīng)物濃度、用量、反應(yīng)時(shí)間”等(不同條件)(結(jié)果)(相同條件)

無(wú)關(guān)變量在對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組中均要保持相同且適宜?？茖W(xué)方法：控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)2、對(duì)照試驗(yàn)除作為自變量的因素外，其余因素（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)叫作對(duì)照實(shí)驗(yàn)。（一般要設(shè)置對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組）空白對(duì)照、相互對(duì)照、自身(前后)對(duì)照、條件對(duì)照。(2)類型：(3)對(duì)照組：(4)空白對(duì)照：(1)定

義：未經(jīng)過(guò)處理的一組(自然狀態(tài)下或已知實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一組)。對(duì)照組不施加任何處理因素。作用是排除無(wú)關(guān)變量的干擾。(5)實(shí)驗(yàn)組：經(jīng)過(guò)處理的一組(未知實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一組)空白對(duì)照不給對(duì)照組做任何實(shí)驗(yàn)處理，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)照組施以某種實(shí)驗(yàn)因素的處理（不是自變量），但這種處理是作為對(duì)照因素的。目的是更有效的比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的結(jié)果。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?？茖W(xué)方法：控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)分組編號(hào)2號(hào)1號(hào)3號(hào)4號(hào)常溫90℃水浴2滴FeCl3溶液2滴肝臟研磨液不同處理H2O2溶液（3%）2mL2mL2mL2mL氣泡產(chǎn)生不明顯少量較多大量衛(wèi)生香復(fù)燃變亮復(fù)燃無(wú)關(guān)變量自變量因變量因變量實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組空白對(duì)照對(duì)照原則（對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組）等量原則（控制無(wú)關(guān)變量）科學(xué)性原則科學(xué)方法：控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)原則單一變量原則：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)只有一個(gè)自變量，且無(wú)關(guān)變量在對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組中均要保持相同且適宜單一變量原則（自變量）二、酶的作用：酶的作用機(jī)理（2）活化能：分子從_____轉(zhuǎn)變?yōu)開________________的活躍狀態(tài)所需要的能量。常態(tài)容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（1）物質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)條件：常態(tài)分子活躍態(tài)分子易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)吸收能量（3）加熱與催化劑區(qū)別加熱向H2O2分子提供能量，讓更多的H2O2吸收能量處于活躍狀態(tài)催化劑降低非活化分子轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨肿拥拈T檻（降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能）

同無(wú)機(jī)催化劑相比，酶降低活化能的作用更明顯，因而催化效率更高?；罨躡acd反應(yīng)過(guò)程能量初態(tài)（反應(yīng)物）終態(tài)（產(chǎn)物）活躍狀態(tài)①②③ac酶降低的活化能無(wú)催化劑條件下，反應(yīng)所需要的活化能①無(wú)催化劑②無(wú)機(jī)催化劑③酶ab酶催化時(shí)，反應(yīng)所需的活化能bc

酶能增加產(chǎn)物的生成量嗎？未加催化劑無(wú)機(jī)催化劑酶催化時(shí)間產(chǎn)物量

酶只能加快反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，不能增加產(chǎn)物的量。三、酶的本質(zhì)：巴斯德之前發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動(dòng)無(wú)關(guān)巴斯德(微生物學(xué)家）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)胞中某些物質(zhì)起作用引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用畢希納酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣薩姆納脲酶是蛋白質(zhì)李比希（化學(xué)家）切赫、奧特曼少數(shù)RNA也具有生物催化功能問(wèn)題1.巴斯德和李比希的觀點(diǎn)各有什么積極意義？各有什么局限性？問(wèn)題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？問(wèn)題3.從畢希納的實(shí)驗(yàn)可以得出什么結(jié)論？

巴斯德認(rèn)為發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān),是合理的；認(rèn)為發(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,是不正確的。李比希認(rèn)為引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì),是合理的；認(rèn)為這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用，是不正確的。

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)研究更加有的放矢。

畢希納的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。催化作用酶是產(chǎn)生的具有的

，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA?；罴?xì)胞有機(jī)物三、酶的本質(zhì)：一般催化水解什么，就命名什么酶化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是_______少數(shù)是_____合成原料___________________合成場(chǎng)所_______來(lái)源活細(xì)胞(哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞除外)都能產(chǎn)生酶作用場(chǎng)所細(xì)胞內(nèi)、外或生物體外均可生理功能作用機(jī)理_________蛋白質(zhì)RNA氨基酸核糖核苷酸核糖體催化作用顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能細(xì)胞核（主要）1.酶對(duì)細(xì)胞代謝起著非常重要的作用，可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。下列關(guān)于酶的作用特點(diǎn)及本質(zhì)的敘述，正確的是（）A.酶不能脫離生物體起作用

B.酶只有釋放到細(xì)胞外才起作用C.所有的酶都是蛋白質(zhì)

D.酶是具有催化作用的有機(jī)物2.酶和無(wú)機(jī)催化劑都能催化化學(xué)反應(yīng)。與無(wú)機(jī)催化劑相比，酶具有的特點(diǎn)是（）A.能為反應(yīng)物提供能量

B.能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能C.能在溫和條件下催化化學(xué)反應(yīng)

D.催化化學(xué)反應(yīng)更高效DD在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)中，各組的處理如下表所示。對(duì)該實(shí)驗(yàn)的有關(guān)分析，不正確的是（）A.上表所示實(shí)驗(yàn)處理研究了溫度和催化劑兩個(gè)自變量B.試管2中沒有加入任何試劑，應(yīng)為空白對(duì)照組C.試管4和試管1形成對(duì)照，可說(shuō)明酶具有催化作用D