降低化学反应活化能的酶--酶的作用和本质20101221.ppt

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1、第5章 细胞的能量供应和利用第第1节节 降低化学反应活化能的酶降低化学反应活化能的酶 一、酶的作用和本质一、酶的作用和本质本节聚焦本节聚焦l1、细胞代谢为什么离不开酶？、细胞代谢为什么离不开酶？l2、酶是什么？、酶是什么？l3、科学家是怎样发现和研究酶的？、科学家是怎样发现和研究酶的？问题探讨问题探讨斯帕兰札尼对鹰的消化研究斯帕兰札尼对鹰的消化研究17831783年，意大利科学家年，意大利科学家斯帕兰札尼设计了一个斯帕兰札尼设计了一个巧妙的实验：将肉块放巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小过一段时间后，他把

2、小笼子取出来，发现笼内笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。的肉块消失了。1.这个实验要解决什么问题？这个实验要解决什么问题？2.是什么物质使肉块消失了是什么物质使肉块消失了？3.怎样才能证明你的推测？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。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。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。否也能将肉块分解。CO2+H2O 有机物有机物+O2光能光能叶绿体叶绿体:氨基酸氨基酸 多肽多肽(蛋白质）蛋白质）脱水缩合脱水缩合核糖

3、体：核糖体：细胞中每时每刻都进行着许多化学反细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为应，统称为细胞代谢细胞代谢。线粒体线粒体:有机物有机物+O2 CO2+H2O+能量能量酶酶酶酶酶酶 组成生物体的细胞内外环境是很温和的：常温、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、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？酶酶问题质疑：问题质疑：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

4、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？比较过氧化氢在不同比较过氧化氢在不同条件下的分解条件下的分解一、酶在细胞代谢中的作用一、酶在细胞代谢中的作用实验探究：实验探究：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，如也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢过氧化氢。体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄，毛发体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄，毛发（包括头发）变白（包括头发）变白 ，会加速人体衰老，损害，会加速人体衰老，损害细胞。细胞

5、。细胞中的细胞中的过氧化氢酶能将过氧化氢及时分过氧化氢酶能将过氧化氢及时分解解.过氧化氢酶在过氧化氢酶在肝脏肝脏里含量较多。里含量较多。资料：资料：过氧化氢在体外能分解吗？需要什么条件？过氧化氢在体外能分解吗？需要什么条件？在体内分解和在外界分解情况有什么不一样吗？在体内分解和在外界分解情况有什么不一样吗？92 2 HH2 2OO2 2 2 2 H2 2O +O2 21 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、过氧化氢酶猪肝研磨液猪肝研磨液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FeClFeCl3 3溶液溶液1

6、.实验原理实验原理（1）新鲜肝脏中含有过氧化氢酶）新鲜肝脏中含有过氧化氢酶，Fe3+是一种无是一种无机催化剂，它们都可以催化过氧化氢分解成水和氧，机催化剂，它们都可以催化过氧化氢分解成水和氧，加热也可以促使加热也可以促使过氧化氢分解成水和氧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分别用一定数量的过氧化氢酶和Fe3+催化，催化，加热和常温下加热和常温下过氧化氢分解成水和氧，过氧化氢分解成水和氧，可以比较反可以比较反应速率。应速率。经计算，用质量分数为经计算，用质量分数为3.5%的氯化铁溶的氯化铁溶液和质量分数为液和质量分数为20%的肝脏研磨液做实验，的肝脏研磨液做实验，每滴氯每滴

7、氯化铁溶液中的化铁溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的氢酶分子数的25万倍。万倍。3.材料用具材料用具 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液.量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒量筒、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、温度精灯、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计。计。新配制的体积分数为新配制的体积分数为3%的的H2O2溶液，溶液，质量分数质量分数 为为3.5%的氯化铁溶液。的氯化铁溶液。2.目的要求：目的要求：通过比较过氧化氢在不同的条件下分解的通过比较过氧化氢在不同的条

8、件下分解的 快快 慢，慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。了解过氧化氢酶的作用和意义。4 4、方法步骤方法步骤:（1 1）.取取4 4支洁净试管，分别编上序号支洁净试管，分别编上序号1 1、2 2、3 3、4 4，向各注入向各注入2mL2mL过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。上。（2 2）.将将2 2号试管放在号试管放在9090左右的水浴中加热，观察左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与气泡冒出的情况，并与1 1号试管作比较。号试管作比较。（3 3）.向向3 3号试管内滴入号试管内滴入2 2滴氯化铁溶液，向滴氯化铁溶液，向4 4号试管号试管内滴入内滴入

9、2 2滴肝脏研磨液，仔细观察哪支试管产生的气泡滴肝脏研磨液，仔细观察哪支试管产生的气泡多。多。（4 4）.2.23min3min后，将点燃的卫生香分别放入后，将点燃的卫生香分别放入3 3、4 4号试号试管内液面的上方，观察哪支卫生香燃烧猛烈。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过氧化氢在不同条件下的分解1 1、与、与1 1号试管相比，号试管相比，2 2号试管出现什么现象？这一号试管出现什么现象？这一现象说明什么？现象说明什么？2号试管放出的气泡多。这一现象说明号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。进过氧化氢的分解，提高反应

10、速率。2、在细胞中，能通过加热来提高反应速率吗？、在细胞中，能通过加热来提高反应速率吗？不能不能3、3号和号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？这说明什么？4、3号试管与号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速号试管相比，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？反应的顺利进行至关重要？在一定催化剂和较温和的条件下，过氧化氢就可在一定催化剂和较温和的条件下，过氧化氢就可以被分解。以被分解。4号试管中的反应速率快，可以说明，与无机催号试管中的反应速率快，可以说明，与

11、无机催化剂化剂Fe3+相比，过氧化氢酶的催化效率要高出很多。相比，过氧化氢酶的催化效率要高出很多。步骤步骤试管编号试管编号 说明说明1 12 23 34 4 一一二二 观观察察结论结论2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常温常温90FeCl3肝脏研肝脏研磨液磨液2 2滴滴2 2滴滴不明显不明显少量少量较多较多大量大量不复燃不复燃 不复燃不复燃变亮变亮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变量变量H H2 2OO2

12、2 浓度浓度剂量剂量剂量剂量气泡产生气泡产生带火星的木条带火星的木条对照实验对照实验对照组对照组实验组实验组实验步骤：实验步骤：控制变量名称名称内容内容举例举例作作 用用自自变变量量因因变变量量无无关关变变量量上述实验中的氯化上述实验中的氯化铁溶液和肝脏研磨铁溶液和肝脏研磨液，都属自变量。液，都属自变量。实验过程中可以变化实验过程中可以变化的因素称为变量。其的因素称为变量。其中人为改变的变量称中人为改变的变量称为自变量。为自变量。针对实验目的确立针对实验目的确立可行性措施可行性措施,自变自变量直接达到预期效量直接达到预期效果。果。随着自变量的变化随着自变量的变化而变化的变量称为而变化的变量称为

13、因变量。因变量。上述实验中酶活性上述实验中酶活性（以过氧化氢分解（以过氧化氢分解速率来表示）就是速率来表示）就是因变量。因变量。是实际发生的实验是实际发生的实验现象，能直观呈现现象，能直观呈现出实验结果。出实验结果。除自变量外，实验过除自变量外，实验过程中可能还会存在一程中可能还会存在一些可变因素，对实验些可变因素，对实验结果造成影响，这些结果造成影响，这些变量称为无关变量。变量称为无关变量。上述实验中的温上述实验中的温度、反应物的量度、反应物的量等就是无关变量等就是无关变量。对预期结果产生干对预期结果产生干扰即产生误差，并扰即产生误差，并有对误差产生校正有对误差产生校正的效果。的效果。ll对

14、照实验：l除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。ll空白对照：不给对照组任何处理因素。l条件对照：给对照组施以部分实验因素。l自身对照：对照和实验都在同一研究对象上进行。l相互对照：不单独设立对照组，而是几个实验组相互对照。ll1、这个实验为什么要选择新鲜的肝脏？为什么要研磨、这个实验为什么要选择新鲜的肝脏？为什么要研磨？l 因为过氧化氢酶是蛋白质，放置久了会受到细菌的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，加大过氧化的是使细胞内的过氧化氢

15、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。氢酶与过氧化氢的接触面积，加速分解。l2、滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，可否共用一个吸、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？管？为什么？l 不能。否则滴入的氯化铁溶液中因含有少量肝脏研不能。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磨液而影响实验结果的准确性实验的注意事项实验的注意事项：常态：常态：常态叫基态，微观粒子处于能量最低的状态。常态叫基态，微观粒子处于能量最低的状态。活跃状态（活跃状态（激发态）：激发态）：微观粒子其内部能量高于基态能量时所处的能微观粒子其内部能量高于基态能量时所处

16、的能量状态。量状态。常态分子常态分子 活化分子活化分子加热加热 活化能活化能 分子从常态转变为容易发生化学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反应的活跃状态所需要的能量称为活化能分子初态分子初态活化能活化能活跃状态活跃状态过氧化氢酶和过氧化氢酶和Fe3+促使过氧化氢分解，但它们并促使过氧化氢分解，但它们并未供给过氧化氢能量，而是降低了过氧化氢分解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。反应的活化能。加入催化剂相当于给汽车找到了一加入催化剂相当于给汽车找到了一条穿山隧道条穿山隧道催化剂可以降低化学反应的活化能。同无机催化剂可以降低化学反应的活化能。同无

17、机催化剂相比，催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。因而催化效率更高。l表示酶的催化性的曲线llll催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。l酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。l酶只能催化已存在的化学反应。反应速率条件活化能/kJmol没有催化剂催化75用胶态铂催化54用过氧化氢酶催化29在在20度测得的过氧化氢分解的活化能度测得的过氧化氢分解的活化能 正是由于酶的催化作用，细胞代正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在谢才能在温和温和的条件下的条件下快速快速进行。进行。三、酶的本质三、酶的本质讨论：讨论：1

18、1、巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义？各、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？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。母细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。巴斯德巴斯德 和和 李比希李比希 观点的比较观点的比较18

19、221895（法国）（法国）微生物学家微生物学家通过显微镜观察发现发通过显微镜观察发现发酵的过程中有酵母菌酵的过程中有酵母菌结论：没有活细胞，糖结论：没有活细胞，糖类不可能变成酒精类不可能变成酒精18031873（德国）（德国）化学家化学家通过对化学变化的研究认通过对化学变化的研究认为糖类变成酒精就是一个为糖类变成酒精就是一个化学反应化学反应结论结论:在这个变化过程中，在这个变化过程中，只有细胞死之后放出了某只有细胞死之后放出了某些物质起了作用些物质起了作用对比对比人物人物巴斯德巴斯德李比希李比希合理性合理性 认为发酵与活细认为发酵与活细胞有关胞有关引起发酵的是细胞引起发酵的是细胞中的某些物质

20、中的某些物质局限性局限性 发酵是整个细胞发酵是整个细胞而不是细胞中的而不是细胞中的某些物质在起作某些物质在起作用用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2、巴巴斯斯德德和和李李比比希希出出现现争争论论的的原原因因是是什什么么？这这一一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？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考虑

21、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标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。放矢。3、从毕希纳的实验可以得出什么结论？、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。母细胞中一样。4、萨姆纳用了、萨姆纳用了9年才证明脲酶是蛋白质，并获诺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？贝尔化学奖，你认为他成功的主要原因是什么？萨姆纳历时萨姆纳历时9年用

22、正确的科学方法，坚持不懈、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。不畏艰苦的人。5、请给酶下一个较完整的定义。、请给酶下一个较完整的定义。巴斯德以前：巴斯德以前：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：发酵是整个细胞在起作用发酵是整个细胞在起作用。李比希：李比希：引起发酵的物质只有在酵母细胞死亡并裂解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后才能起作用。比希纳：比希纳：证明发酵是酵母细胞中的某些物质起作用，证明发酵是酵母细胞中的某些物质起作用，并且这种物

23、质在酵母细胞裂解后仍能继续起催化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萨姆纳：萨姆纳：提取脲酶并确定其为蛋白质提取脲酶并确定其为蛋白质。提出酶的化学本。提出酶的化学本质是蛋白质质是蛋白质奥特曼：少数奥特曼：少数RNARNA也具有催化作用。也具有催化作用。目前比较完整的目前比较完整的酶概念：活细胞产生的具有酶概念：活细胞产生的具有催化功能的有机物催化功能的有机物巴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

24、胞中的某引起发酵的是细胞中的某些物质些物质，但这些物质只有，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用才能发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酶是酶是蛋白质蛋白质切赫、奥特曼切赫、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1773年意大利科学家斯年意大利科学家斯巴兰札尼喂食鹰的实验巴兰札尼喂食鹰的实验1836年年,德国科学家德国科学家施旺施旺提取胃液中消化蛋白提取胃液中消化蛋白质的物质质的物质-胃

25、蛋白酶胃蛋白酶1926年美国科学家萨姆纳年美国科学家萨姆纳从刀豆中提取脲酶实验从刀豆中提取脲酶实验20C80th美国科学家切赫和奥特曼发现少美国科学家切赫和奥特曼发现少数数RNA也有催化功能也有催化功能关关于于酶酶本本质质的的探探究究小结酶的化学成分酶的化学成分酶的来源酶的来源酶的功能酶的功能酶是一类生物催化剂酶是一类生物催化剂活细胞活细胞产生的产生的具有生物催化作用具有生物催化作用的的是是有机物有机物。一类一类大部分酶是蛋白质，也有少数是大部分酶是蛋白质，也有少数是RNARNA。三三、酶的本质、酶的本质什么是酶什么是酶？来源来源功能功能化学本质化学本质多数是蛋白质类化合多数是蛋白质类化合物，

26、少数是物，少数是RNA。活活细胞产生的细胞产生的催化剂催化剂 酶是酶是活细胞产生活细胞产生的具有的具有催化作用催化作用的的有机物有机物课后练习答案与提示基础题1.巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。李比希：引起发酵的是细胞中的某些物质，但是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。2.提示：（1）细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要高效率地进行，酶的催化效率比无机催化剂高得多。（2）细胞内的化学反应需要在常温、常压、酸碱度

27、适中等温和条件下进行，无机催化剂常常需要辅助以高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件才能有较高的催化效率。l拓展题l1.提示：可用第2章中学过的鉴定蛋白质的方法。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。l2.提示：（1）如四膜虫的rRNA前体具有催化活性。（2）目前已有发现具催化活性的DNA的报道。3.D。1.酶具有极强的催化功能，其原因是（）A.增加了反应物之间的接触面B.降低了底物分子的活化能C.提高了反应物分子的活化能D.降低了底物分子的自由能B课堂练习课堂练习:2.下列关于酶的叙述，正确的是（）A.酶的化学本质都是蛋白质B.酶是活细胞产生的，只能在生物体

28、内发挥作用C.酶是具有分泌功能产生的D.绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNAD3.同一个体内的各类活细胞所含有的酶（同一个体内的各类活细胞所含有的酶（）A、种类有差异，数量相同种类有差异，数量相同B、种类有差异，数量不同种类有差异，数量不同C、种类无差异，数量相同种类无差异，数量相同D、种类无差异，数量不同种类无差异，数量不同B4.细胞内合成酶的主要的场所是（细胞内合成酶的主要的场所是（）A.细胞质细胞质 B.线粒体线粒体 C.核糖体核糖体 D.内质网内质网C5.催化脂肪酶水解的酶是（催化脂肪酶水解的酶是（）A.肽酶肽酶 B.蛋白酶蛋白酶 C.脂肪酶脂肪酶 D.淀粉酶淀粉酶6.图中是一种酶促图中是一种酶促反应反应P+Q R,曲曲线线E表示在没有酶时此反表示在没有酶时此反应的过程。在应的过程。在t1时，将催时，将催化此反应的酶加于反应混化此反应的酶加于反应混合物中。则表示此反应进合物中。则表示此反应进程的曲线是程的曲线是()Bt1AEBCDC时间时间RPQ7、下图示酶促反应，甲、乙、丙、丁中属于酶的是（）A、甲B、乙C、丙D、丁A