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1、第一节第一节 降低化学反应活化能的酶降低化学反应活化能的酶1、说明酶在细胞代谢中的作用、本质和特性。2、进行有关的实验和探究,学会控制自变量,观察和检测因变量的变化,以及设置对照组和重复实验。3、通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料,认同科学是在不断地探索和争论中前进的。斯帕兰札尼的实验斯帕兰札尼的实验讨论:讨论:1 1、这个实验要解决什么问题?、这个实验要解决什么问题?鸟类的胃是否只有物理性消化,鸟类的胃是否只有物理性消化,没有化学性消化没有化学性消化2 2、是什么物质使肉块消失了?、是什么物质使肉块消失了?是胃内的化学物质将肉块分解了是胃内的化学物质将肉块分解了3 3、怎样才能证明你的推
2、测?、怎样才能证明你的推测?收集胃内的化学物质,看看这些物质在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了体外是否也能将肉块分解了一、细胞代谢一、细胞代谢C CCOOHCOOHH HN NR R1 1R R2 2O OHHH HC CNHNH2 2C OHC OHH H+R R1 1C CNHNH2 2C C H HOOCOOHCOOHC CHHN NR R2 2HH1.1.概念:概念:细胞中每时每刻都进行着许多化学细胞中每时每刻都进行着许多化学 反应,统称为反应,统称为细胞代谢细胞代谢。2.2.意义:细胞代谢意义:细胞代谢是细胞生命活动的基础是细胞生命活动的基础酶在细胞代谢中的
3、重要作用酶在细胞代谢中的重要作用 在生物体外,许多化学反应的顺利进行需要一些在生物体外,许多化学反应的顺利进行需要一些条件,如条件,如高温、高压、强酸、强碱、催化剂高温、高压、强酸、强碱、催化剂等。等。等。等。细胞细胞内是否具备这些条件呢?内是否具备这些条件呢?组成生物体的细胞内外环境是很温和的:组成生物体的细胞内外环境是很温和的:常温、常温、常压、水溶液环境、常压、水溶液环境、pHpH接近中性接近中性。而细胞内每时每刻。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?有序地完成的呢?二、酶在细胞代谢中的作用二、酶在细
4、胞代谢中的作用 探究酶在细胞代谢中的作用探究酶在细胞代谢中的作用2 H2 H2 2OO2 2 2 2 H2 2O +O2 2高温高温/Fe3/过氧化氢酶过氧化氢酶实验原理:过氧化氢在实验原理:过氧化氢在高温高温或或铁离子铁离子或或过氧化氢过氧化氢酶酶的作用下都可分解成水和氧气。的作用下都可分解成水和氧气。新鲜猪肝或萝卜细胞等活细胞中均含有过氧化新鲜猪肝或萝卜细胞等活细胞中均含有过氧化氢酶氢酶,FeFe3+3+是一种无机催化剂,质量分数为是一种无机催化剂,质量分数为3.5%3.5%的氯化铁溶液和质量分数为的氯化铁溶液和质量分数为20%20%的肝脏研磨的肝脏研磨液相比,每滴氯化铁溶液中的液相比,每
5、滴氯化铁溶液中的FeFe3+3+数,大约是每数,大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的滴研磨液中过氧化氢酶分子数的2525万倍。万倍。实验目的:通过比较过氧化氢在实验目的:通过比较过氧化氢在不同条件不同条件下分解下分解的快慢,了解酶的作用和意义。的快慢,了解酶的作用和意义。1 1、常温下反应、常温下反应2 2、加热、加热3 3、FeFe3+3+做催化剂做催化剂4 4、过氧化氢酶、过氧化氢酶加入试管直接观察加入试管直接观察酒精灯加热酒精灯加热滴加滴加FeCl3溶液溶液猪肝研磨液(过氧化氢酶)猪肝研磨液(过氧化氢酶)实验材料用具实验材料用具新鲜的质量分数为新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液的肝脏研磨
6、液质量分数为质量分数为3.5%的氯化铁溶液的氯化铁溶液量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、试管夹、量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计大烧杯、三脚架、石棉网、温度计比较H2O2在不同条件下的分解速率实验后步骤步骤试管编号试管编号 说明说明1 12 23 34 4 一一 HH2OO2 浓度 剂量剂量 二二 剂量剂量 结结果果气泡产生气泡产生卫生香燃烧卫生香燃烧结论结论3%2ml常温常温常温常温反应条件反应条件2 2滴清水滴清水滴清水滴清水不明显不明显不明显不明显不复燃不复燃不复燃不复燃3%2ml2ml2ml3%3%90FeCl3肝脏研肝脏研肝脏研肝脏
7、研磨液磨液磨液磨液2 2滴清水滴清水滴清水滴清水2 2滴滴滴滴2 2滴滴滴滴少量少量少量少量不复燃不复燃不复燃不复燃较多较多较多较多变亮变亮变亮变亮大量大量大量大量复燃复燃复燃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过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快实验前带火星卫生香实验后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?这一现象说明号试管出现什么不同的现象?这一现象说明了什么?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
8、和号和4 4号试管未经加热,也有大量气泡产生,这说明什么?号试管未经加热,也有大量气泡产生,这说明什么?4 4、3 3号与号与4 4号相比,哪支试管中的反应速率快?这说明什么?为什号相比,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重要?么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要?2 2号试管放出的气泡多,说明加热能促进过氧化氢的分解号试管放出的气泡多,说明加热能促进过氧化氢的分解,提提高反应速率。高反应速率。FeCl3中中Fe3+和和猪肝研磨液的猪肝研磨液的过氧化氢酶都能加快过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率过氧化氢分解的速率4 4号试管的反应速率比号试管
9、的反应速率比3 3号试管快的多,说明号试管快的多,说明过氧化过氧化氢酶比氢酶比Fe3+Fe3+的催化效率高的多。各种反应在常温、的催化效率高的多。各种反应在常温、常压下高效率的进行,只有酶能满足这样的要求。常压下高效率的进行,只有酶能满足这样的要求。变量:变量:实验过程中可以变化的因素。实验过程中可以变化的因素。自变量自变量:因变量因变量:人为改变的变量。人为改变的变量。随着自变量的变化而变化的变量。随着自变量的变化而变化的变量。无关变量:无关变量:对照实验:对照实验:除了一个因素以外,其余因除了一个因素以外,其余因素都保持不变的实验。素都保持不变的实验。对照组对照组:实验组实验组:除自变量以
10、外,实验过程中可能还除自变量以外,实验过程中可能还会存在一些可变因素,对实验结果会存在一些可变因素,对实验结果造成影响,造成影响,实验设计原则实验设计原则:对照原则对照原则 单一变量原则单一变量原则步骤步骤试管编号试管编号 说明说明1 12 23 34 4 一一 HH2OO2 浓度 剂量剂量 二二 剂量剂量 结结果果气泡产生气泡产生卫生香燃烧卫生香燃烧结论结论比较过氧化氢在不同条件下的分解速率2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温常温常温常温90FeCl3肝脏研肝脏研肝脏研肝脏研磨液磨液磨液磨液2 2滴清水滴清水滴清水滴清水 2 2滴清水滴清水滴清水滴清水2 2滴滴滴滴2 2滴滴滴滴不明
11、显不明显不明显不明显少量少量少量少量较多较多较多较多大量大量大量大量不复燃不复燃不复燃不复燃 不复燃不复燃不复燃不复燃变亮变亮变亮变亮复燃复燃复燃复燃过氧化氢在不同条件下的分解过氧化氢在不同条件下的分解过氧化氢在不同条件下的分解过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样速率不一样速率不一样速率不一样反应条件反应条件自变量自变量因变量因变量无关变量无关变量对照实验对照实验对照组对照组实验组实验组实验的注意事项实验的注意事项:1 1 1 1 必须用新鲜肝脏做实验材料。必须用新鲜肝脏做实验材料。必须用新鲜肝脏做实验材料。必须用新鲜肝脏做实验材料。2 2 2 2 实验使用肝脏的研磨液时实验使用肝脏的研磨液时
12、实验使用肝脏的研磨液时实验使用肝脏的研磨液时,加大肝脏内过氧化氢酶与加大肝脏内过氧化氢酶与加大肝脏内过氧化氢酶与加大肝脏内过氧化氢酶与试管中过氧化氢分子的接触面积,从而加速过氧化氢试管中过氧化氢分子的接触面积,从而加速过氧化氢试管中过氧化氢分子的接触面积,从而加速过氧化氢试管中过氧化氢分子的接触面积,从而加速过氧化氢的分解。的分解。的分解。的分解。3 3 3 3 不能共用一个吸管吸取肝脏研磨液和氯化铁溶液。不能共用一个吸管吸取肝脏研磨液和氯化铁溶液。不能共用一个吸管吸取肝脏研磨液和氯化铁溶液。不能共用一个吸管吸取肝脏研磨液和氯化铁溶液。4 4 4 4 过氧化氢有腐蚀性,使用时不要让其接触皮肤。
13、过氧化氢有腐蚀性,使用时不要让其接触皮肤。过氧化氢有腐蚀性,使用时不要让其接触皮肤。过氧化氢有腐蚀性,使用时不要让其接触皮肤。5 5 5 5 观察产生氧气多少的途径:观察产生氧气多少的途径:观察产生氧气多少的途径:观察产生氧气多少的途径:一、观察产生气泡的数目的多少。一、观察产生气泡的数目的多少。一、观察产生气泡的数目的多少。一、观察产生气泡的数目的多少。二、用无火焰的卫生香来鉴定,氧气多会使无火焰二、用无火焰的卫生香来鉴定,氧气多会使无火焰二、用无火焰的卫生香来鉴定,氧气多会使无火焰二、用无火焰的卫生香来鉴定,氧气多会使无火焰 的卫生香复燃。的卫生香复燃。的卫生香复燃。的卫生香复燃。酶在细胞
14、代谢中的作用酶在细胞代谢中的作用活化能:活化能:分子从常态转变为容易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。发生化学反应的活跃状态所需要的能量。各条件使反应加快的本质:各条件使反应加快的本质:加热:加热:FeFe3+3+:酶:酶:使过氧化氢分子得到能量,从常态转变为容易分使过氧化氢分子得到能量,从常态转变为容易分解的活跃状态解的活跃状态降低化学反应的降低化学反应的活化能活化能同无机催化相比,酶能更显著地降低化同无机催化相比,酶能更显著地降低化学反应的学反应的活化能,活化能,因而催化效率更高。因而催化效率更高。催化剂可以降低化学反应的活化能,从而使活化分催化剂可以降低化学反应的活
15、化能,从而使活化分子数增多,反应速度加快,而且与无机催化剂相比子数增多,反应速度加快,而且与无机催化剂相比较,生物催化剂酶有突出的优越性较,生物催化剂酶有突出的优越性酶降低活化酶降低活化能的作用更显著,因而催化效率更高。能的作用更显著,因而催化效率更高。正是酶的催化作用,细胞代谢才能在温和的正是酶的催化作用,细胞代谢才能在温和的条件下快速进行条件下快速进行。一、细胞代谢一、细胞代谢二、酶在细胞代谢中的作用二、酶在细胞代谢中的作用三、酶的本质三、酶的本质关于酶本质的探索关于酶本质的探索葡萄酒为什么变酸?葡萄酒为什么变酸?参阅学习资料(一)和教材参阅学习资料(一)和教材8181页相关内容页相关内容
16、(一)问题的提出(一)问题的提出2.2.那时人们认为酿酒过程是一个什那时人们认为酿酒过程是一个什么过程?么过程?纯化学过程纯化学过程3 3如果你是巴斯德,你会从哪里入如果你是巴斯德,你会从哪里入手来研究葡萄酒变酸的原因?手来研究葡萄酒变酸的原因?酵母酵母1.1.酿酒的基本原理酿酒的基本原理:糖类糖类发酵发酵酒精酒精 +二氧化碳二氧化碳酵母酵母参阅学习资料(二)和教材参阅学习资料(二)和教材8181页相关内容页相关内容(二)巴斯德的研究2 2、巴斯德在研究葡萄酒变酸原因、巴斯德在研究葡萄酒变酸原因的过程中获得了哪些主要成果?的过程中获得了哪些主要成果?1 1、巴斯德认为糖类转变为酒精、巴斯德认为
17、糖类转变为酒精必须有什么参与?必须有什么参与?酵母菌活细胞酵母菌活细胞揭示了发酵的原理揭示了发酵的原理创造了著名的巴氏灭菌法创造了著名的巴氏灭菌法 尤斯图斯尤斯图斯冯冯 李比希李比希 ,男爵(,男爵(Justus Justus von Liebigvon Liebig,18031803年年5 5月月1212日出生于德国达姆施塔日出生于德国达姆施塔特,特,18731873年年4 4月月1818日逝世于德国慕尼黑)是一位德日逝世于德国慕尼黑)是一位德国化学家,他最重要的贡献在于农业和生物化学,国化学家,他最重要的贡献在于农业和生物化学,他创立了有机化学。因此被称为他创立了有机化学。因此被称为“化学
18、之父化学之父”。(三)不同的声音人物人物巴斯德巴斯德李比希李比希争争论论的的焦焦点点发酵与活细胞有关发酵与活细胞有关发酵是整个细胞而发酵是整个细胞而不是细胞中的某些不是细胞中的某些物质在起作用物质在起作用引起发酵的是细胞引起发酵的是细胞中的某些物质中的某些物质这些物质只有在酵这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解母细胞死亡并裂解后才能发挥作用后才能发挥作用讨论:你将如何来证明是讨论:你将如何来证明是活酵母细胞活酵母细胞还是酵母细胞里还是酵母细胞里的的某些化学物质某些化学物质在起作用?在起作用?(三)不同的声音 爱德华爱德华毕希纳毕希纳 ,德国化学家德国化学家。18971897年毕希纳年毕希纳用砂粒研
19、磨酵母细胞,把所有的细胞全部研碎,并成用砂粒研磨酵母细胞,把所有的细胞全部研碎,并成功地提取出一种液体。他发现,这种液体依然能够功地提取出一种液体。他发现,这种液体依然能够像酵母细胞一样完成发酵任务。这个实验证明了活体酵素与非活像酵母细胞一样完成发酵任务。这个实验证明了活体酵素与非活体酵素的功能是一样的。由于这项发现,毕希纳获得了体酵素的功能是一样的。由于这项发现,毕希纳获得了19071907年诺年诺贝尔化学奖。贝尔化学奖。(四)实验出真知2 2、毕希纳把酵母细胞内引起发酵的物质称为什么?、毕希纳把酵母细胞内引起发酵的物质称为什么?酿酿 酶酶1 1、这种能引起发酵的物质来自哪里?、这种能引起发
20、酵的物质来自哪里?活细胞活细胞思考:萨姆纳在酶研究上的主要成就?思考:萨姆纳在酶研究上的主要成就?首次分离出酶结晶,首次直接证明酶是蛋白质首次分离出酶结晶,首次直接证明酶是蛋白质 美国生物化学家萨姆纳从美国生物化学家萨姆纳从19171917年开始用刀豆粉为原料,年开始用刀豆粉为原料,分离提纯其中的脲酶(这种酶能使尿素分解成氨和二氧分离提纯其中的脲酶(这种酶能使尿素分解成氨和二氧化碳,刀豆中脲酶多,易于测定)。他尝试了各种方法,化碳,刀豆中脲酶多,易于测定)。他尝试了各种方法,经历一次又一次的失败,终于在经历一次又一次的失败,终于在19261926年成功地分离出了年成功地分离出了脲酶结晶,并用多
21、种方法证明脲酶是蛋白质。这是生物脲酶结晶,并用多种方法证明脲酶是蛋白质。这是生物化学史上首次得到的结晶酶,也是首次直接证明酶是蛋化学史上首次得到的结晶酶,也是首次直接证明酶是蛋白质。白质。(五)不懈努力(1)证明某种酶是蛋白质证明某种酶是蛋白质实验组:待测酶液双缩脲试剂实验组:待测酶液双缩脲试剂是否是否出现紫色反应。出现紫色反应。对照组:已知蛋白液双缩脲试剂对照组:已知蛋白液双缩脲试剂出出现紫色反应。现紫色反应。酶化学本质的酶化学本质的实验验证实验验证试一试:请你给酶下一个定义试一试:请你给酶下一个定义活细胞产生的活细胞产生的蛋白质蛋白质具有催化作用的具有催化作用的 直到直到19301930年
22、至年至19361936年间,诺塞洛泼和库尼兹相年间,诺塞洛泼和库尼兹相继得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶结继得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶结晶,并用相应方法证实酶是一种蛋白质,酶是蛋晶,并用相应方法证实酶是一种蛋白质,酶是蛋白质的属性才普遍被人们所接受。白质的属性才普遍被人们所接受。为此,萨姆为此,萨姆纳和诺塞洛泼于纳和诺塞洛泼于19461946年共同获得诺贝尔化学奖。年共同获得诺贝尔化学奖。(六)集体智慧思考:现在你对酶的本质是怎么理解的?思考:现在你对酶的本质是怎么理解的?酶不都是蛋白质酶不都是蛋白质 很多年来,人们一直认为所有的酶都是蛋白质。很多年来,人们一直认为所有的酶都
23、是蛋白质。2020世纪世纪8080年代,美国科学家切赫和奥特曼发现少数年代,美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNARNA也也具有生物催化功能。具有生物催化功能。“酶不都是蛋白质酶不都是蛋白质”,这一科学,这一科学事实再一次有力地证明了实验在科学发展中所起到的事实再一次有力地证明了实验在科学发展中所起到的举足轻重的作用,同时也让我们看到,科学是发展的,举足轻重的作用,同时也让我们看到,科学是发展的,探索是无止境的,而真理是相对的,现在的科学事实探索是无止境的,而真理是相对的,现在的科学事实可能在今后会被修正,甚至推翻。可能在今后会被修正,甚至推翻。(七)发展补充完善(2)证明某种酶是证明某种酶是R
24、NA 实验组:待测酶液吡罗红染液实验组:待测酶液吡罗红染液是否是否呈现红色。呈现红色。对照组:已知对照组:已知RNA溶液吡罗红染液溶液吡罗红染液出现红色。出现红色。酶酶是是活细胞活细胞产生的具有产生的具有催化作用催化作用的的有机物有机物,其中绝大多数酶是其中绝大多数酶是蛋白质蛋白质,少数酶是少数酶是RNARNA。三、酶的定义和本质三、酶的定义和本质二、酶在细胞代谢中的作用二、酶在细胞代谢中的作用一、细胞代谢一、细胞代谢酶是一类生物催化剂酶是一类生物催化剂酶的本质酶的本质 酶的来源酶的来源 酶的功能酶的功能酶是酶是活细胞活细胞产生的,只能在活细胞中发挥作用吗?产生的,只能在活细胞中发挥作用吗?巴
25、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与活细胞有关,发,发酵是整个细胞而不是细酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用胞中某些物质起作用引起发酵的是细胞中的某些引起发酵的是细胞中的某些物质物质,但这些物质只有在酵,但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发母细胞死亡并裂解后才能发挥作用挥作用毕希纳毕希纳酵母酵母细胞中的某些物质细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后能够在酵母细胞破碎后继续继续起催化作用起催化作用,就像在活酵母细胞中一样,就像在活酵母细胞中一样萨姆纳萨姆纳脲酶是脲酶是蛋白质蛋白质李比希李比希切赫、奥特曼切赫、
26、奥特曼少数少数RNARNA也具有生物催化功能也具有生物催化功能讨论:讨论:1 1、巴斯德和李比希的观点各有、巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义?各有什么局限什么积极意义?各有什么局限性?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。讨论:讨论:2 2、巴斯德和李比希出现争论的原、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?研究酶的本质起到了什么作用?巴斯
27、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 3、从毕希纳实验可以、从毕希纳实验可以得出什么结论?得出什么结论?讨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。课堂小结一一 细胞代谢细胞代谢二二 设计实验的原则:设计实验的原则:单一变量原则单一变量原则 设置对照实验原则设置对照实验原则三三 酶的作用酶的作用:降低化学反应降低化学反应活化能活化能,提高化学反应速率,提高化学反应速率四四 酶的本质酶的本质:绝大多数酶
28、是绝大多数酶是蛋白质蛋白质,少数是少数是RNARNA1、大多数酶在水解过程中,通常能得到多、大多数酶在水解过程中,通常能得到多肽,最后能得到氨基酸,这说明(肽,最后能得到氨基酸,这说明()A.大多数酶石油或细胞产生的大多数酶石油或细胞产生的 B.大多数酶是生物催化剂大多数酶是生物催化剂 C.大多数酶的化学本质是蛋白质大多数酶的化学本质是蛋白质 D.大多数酶的基本组成单位是多肽大多数酶的基本组成单位是多肽2、酶的基本组成单位是(、酶的基本组成单位是()A.氨基酸氨基酸 B.核苷酸核苷酸 C.核糖核苷酸核糖核苷酸 D.A或或CCD2 2下列有关对照实验设置的叙述中,错误的是下列有关对照实验设置的叙
29、述中,错误的是()()A A要设置对照组和实验组要设置对照组和实验组 B B自变量要始终保持相同自变量要始终保持相同C C无关变量要始终相同且适宜无关变量要始终相同且适宜 DD要遵循单因子变量原则要遵循单因子变量原则3 3同无机催化剂相比,酶具有更高的催化效率同无机催化剂相比,酶具有更高的催化效率的原因是的原因是()()。A A降低反应的活化能的作用更显著降低反应的活化能的作用更显著B.B.能供给反应物能量能供给反应物能量C C改变了反应的途径改变了反应的途径 DD能降低反应活化能能降低反应活化能4 4关于活化能,下列说法不正确的是关于活化能,下列说法不正确的是()()。A A是反应物分子从常态变为活跃状态所需要的能是反应物分子从常态变为活跃状态所需要的能 量量B B加热、加压通常能使反应物分子获得足够的活加热、加压通常能使反应物分子获得足够的活 化能化能C C无机催化剂使反应物分子获得的活化能的总量无机催化剂使反应物分子获得的活化能的总量 更多而加快反应速率更多而加快反应速率DD酶能降低反应物分子发生反应的活化能而使反酶能降低反应物分子发生反应的活化能而使反 应更容易进行应更容易进行C C
限制150内