第5章

細胞的能量供應和利用第1節降低化學反應活化能的酶

一酶的作用和本質第Ⅰ部正文問題探討討論：1.1783年斯帕蘭札尼的實驗要解決什么問題？2.是什么物質使肉塊消失了？3.怎樣才能證明你的推測？是否只有物理性消化，沒有化學性消化胃內的化學物質收集胃內的化學物質，看看這些物質在體外是否能將肉塊分解一、細胞代謝

細胞中每時每刻都進行著許多化學反應，統稱為細胞代謝。細胞代謝是生命活動的基礎CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶酶對照實驗1實驗過程中的變化因素稱為變量。2人為控制的對實驗對象進行處理的因素叫作自變量；3因自變量改變而變化的變量叫作因變量。4除自變量外，還存在一些對實驗結果造成影響的可變因素，叫作無關變量。5對照實驗一般設置對照組和實驗組

自變量因變量無關變量為保證自變量為單一變量而引起因變量發生相應的變化，故無關變量必須相同步驟試管編號

說明1234

一H2O2質量分數

劑量二

劑量結果氣泡產生衛生香燃燒結論比較過氧化氫在不同條件下的分解速率2ml2ml2ml2ml3%3%3%3%常溫90℃FeCl3肝臟研磨液2滴2滴不明顯少量較多大量不復燃不復燃變亮復燃過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣反應條件自變量因變量無關變量對照實驗對照組空白對照實驗組變量上圖中1組、2組也可各加2滴清水，依然是空白對照。對比實驗（P92）也叫相互對照實驗，設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結果的比較分析來探究某種因素對實驗對象的影響。步驟試管編號

說明123

一H2O2質量分數

劑量二

劑量結果氣泡產生衛生香燃燒結論比較過氧化氫在不同條件下的分解速率2ml2ml2ml3%3%3%90℃FeCl3肝臟研磨液2滴2滴少量較多大量不復燃變亮復燃過氧化氫在不同條件下的分解速率不一樣反應條件自變量因變量無關變量對照實驗之對比實驗實驗組變量此圖為對比實驗，即相互對照實驗，不單設對照組，是對照實驗的一種

對照實驗

1空白對照2對比實驗（相互對照實驗）3自身對照（對照組與實驗組都在同一研究對象上，不另設對照組）：

例：摘除小鼠甲狀腺，一段時間后再移入摘除的腺體或補充一定量的激素，觀察前后變化情況。4條件對照：雖給對照組施以某種實驗因素的處理，但只是作為對照因素，不是所

要研究的實驗因素。例：”驗證甲狀腺激素促進幼小動物發育“---甲組蝌蚪飼喂甲狀腺激素，甲組蝌蚪飼喂甲狀腺激素抑制劑，空白對照不作任何處理。

活化能：分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。表在20℃測得的過氧化氫分解的活化能條件活化能/kJ·mol-1沒有催化劑催化

用Fe3+催化

用過氧化氫酶催化75

43

29與無機催化劑相比，酶能顯著降低化學反應活化能，催化效率更高質量分數為20％的新鮮肝臟研磨液1滴質量分數為3.5％的氯化鐵溶液1滴所含酶的數量（個）aFe3+的數量（個）2.5×105a加熱：提高分子的能量Fe3+：降低化學反應的活化能酶：更顯著地降低化學反應的活化能巴斯德之前發酵是純化學反應，與生命活動無關巴斯德發酵與活細胞有關，發酵是整個細胞而不是細胞中某些物質起作用引起發酵的是細胞中的某些物質，但這些物質只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發揮作用畢希納酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎后繼續起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣薩姆納酶是蛋白質李比希切赫、奧特曼少數RNA也具有生物催化功能關于酶本質的探索延伸：巴氏消毒法（選修三）對一些不耐高溫的液體，如牛奶在62~65℃消毒30分鐘，或80~90℃處理30s~1min，可以殺死牛奶中的絕大多數微生物，并且不破壞牛奶的營養成分。延伸閱讀法國的啤酒、葡萄酒業在歐洲是很有名的，但啤酒、葡萄酒常常會變酸，整桶的芳香可口啤酒，變成了酸得讓人不敢聞的黏液，只得倒掉，這使酒商叫苦不已，有的甚至因此而破產。1856年，里爾一家釀酒廠廠主請求巴斯德幫助尋找原因，看看能否防止葡萄酒變酸。巴斯德答應研究這個問題，他在顯微鏡下觀察，發現未變質的陳年葡萄酒，其液體中有一種圓球狀的酵母細胞。，當葡萄酒和啤酒變酸后，酒液里有一根根細棍似的醋酸菌，就是這種“壞蛋”在營養豐富的葡萄酒里繁殖，使葡萄酒“變酸”。他把封閉的酒瓶放在鐵絲籃子里，泡在水里加熱到不同的溫度，試圖即殺死這醋酸菌，而又不把葡萄酒煮壞，經過反復多次的試驗，他終于找到了一個簡便有效的方法：只要把酒放在五六十攝氏度的環境里，保持半小時，就可殺死酒里的醋酸菌，這就是著名的“巴斯德殺菌法”（又稱低溫滅菌法），這個方法至今仍在使用，市場上出售的消毒牛奶就是用這種辦法消毒的延伸：脲酶絕大多數微生物都能利用葡萄糖，但是只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素。利用以尿素為唯一氮源的選擇培養基，可以從土壤中分離出分解尿素的細菌。但是在該選擇培養基上生長的微生物，不都是用尿素為氮源的，也有是以空氣中的氮氣為氮源的微生物，為了鑒別，一般要用酚紅作指示劑予以檢驗。

酶是

產生的具有的

來源酶的本質功能活細胞催化作用※

絕大多數是蛋白質有機物2、酶具有專一性

蛋白酶，淀粉酶，蔗糖酶，肽酶，麥芽糖酶……1、酶具有高效性酶的催化效率是無機催化劑的107－1013

倍每一種酶只能催化一種或一類化學反應比較：無機催化劑催化的化學反應范圍比較廣，例：酸既能催化蛋白質水解，也能催化脂肪水解，還能催化淀粉水解。探究影響酶活性的條件提出問題作出假設設計實驗方案進行實驗分析結果表達交流材料用具：新配置的淀粉酶溶液；淀粉溶液；熱水，冰塊；NaOH，HCL，蒸餾水；碘液，斐林試劑溫度對酶活性的影響步驟試管1試管2試管3試管4試管5試管6一步2ml淀粉溶液2ml淀粉溶液2ml淀粉溶液2ml淀粉溶液1ml淀粉酶溶液1ml淀粉酶溶液1ml淀粉酶溶液1ml淀粉酶溶液二步各保溫5分鐘冰浴水浴60℃沸水浴三步2管倒入1管4管倒入3管6管倒入5管四步各保溫2分鐘冰浴水浴60℃沸水浴后用自來水沖涼五步加2滴碘液觀察加2滴碘液觀察加2滴碘液觀察延伸：由定性向定量轉化上述實驗取低、中、高三個溫度點，只能稱為定性實驗。可把溫度梯度縮小，以實現定量實驗：例：從0℃~100℃，以10℃或20℃為梯度分別設置若干小組；以1或2分鐘為間隔取反應液與碘液反應，記錄淀粉消失的時間，以時間的倒數為判斷酶活性的高低。溫度對酶活性的影響---變式探討：可行嗎？步驟試管1試管2試管3試管4試管5試管6一步2mlH2O2溶液2mlH2O2溶液2mlH2O2溶液2mlH2O2溶液1mlH2O2酶溶液1mlH2O2酶溶液1mlH2O2酶溶液1mlH2O2酶溶液二步各保溫5分鐘冰浴水浴60℃沸水浴三步2管倒入1管4管倒入3管6管倒入5管四步各保溫2分鐘冰浴水浴60℃沸水浴后用自來水沖涼五步觀察現象觀察現象觀察現象不可行溫度對酶的活性有影響同時對H2O2的分解也有影響PH對酶活性的影響試管1試管2試管3一步2滴H2O2酶溶液2滴H2O2酶溶液2滴H2O2酶溶液二步1mLPH緩沖液1mL鹽酸溶液1mLNaOH溶液三步1mLH2O2溶液1mLH2O2溶液1mLH2O2溶液四步觀察延伸：上述試驗同樣為定性實驗，思考如何把它變為定量實驗。PH對酶活性的影響--變式探討：可行嗎？試管1試管2試管3一步2滴淀粉酶溶液2滴淀粉酶溶液2滴淀粉酶溶液二步1mLPH緩沖液1mL鹽酸溶液1mLNaOH溶液三步1mL淀粉溶液1mL淀粉溶液1mL淀粉溶液四步每隔一定時間取適量液體加2滴碘液觀察不可行，因為碘與堿液有反應，會影響檢測結果（3I?+6NaOH==5NaI+NaIO?+3H?O）3、酶的作用條件較溫和在一定范圍內，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸增強；達到最適溫度時，酶的活性最高；超過最適溫度時，隨著溫度的繼續升高，酶的活性逐漸下降。酶活性受溫度影響示意圖溫度過高會使酶的空間結構遭到破壞，使酶永久失活v/mmolT在一定范圍內，隨著pH的升高，酶的活性逐漸增強；達到最適pH時，酶的活性最高；超過最適pH時，隨著pH的繼續升高，酶的活性逐漸下降。過酸、過堿會使酶的空間結構遭到破壞，使酶永久失活酶活性受pH影響示意圖此反應稱為酶促反應A代表某類酶，B代表反應底物，C和D代表反應產物。含義：酶A和底物B專一性結合，催化化學反應的發生，產生了產物C和D。這個模型揭示酶的專一性。酶促反應特點生物體內的各種化學反應，幾乎都是由酶催化的。酶所催化的反應叫酶促反應。酶促反應中被酶作用的物質叫作底物。經反應生成的物質叫作產物。酶作為生物催化劑，與一般催化劑有相同之處，也有其自身的特點。相同點：(1)改變化學反應速率，本身不被消耗；(2)只能催化熱力學允許進行的反應；(3)加快化學反應速率，縮短達到平衡的時間，但不改變平衡點；(4)降低活化能，使化學反應速率加快。，不同點(酶的特點)：(1)高效性，指催化效率很高，使得反應速率很快；(2）專一性，任何一種酶只作用于一種或一類相關的化合物，這就是酶對底物的專一性；(3)酶的作用條件較溫和C例題：1有的載體蛋白同時充當酶的作用，催化ATP的水解。如把鈣離子從細胞內向細胞外運輸的載體蛋白（P88）；離子泵也是具有ATP水解酶活性的載體蛋白。（P89）2有氧呼吸酶存在的場所是線粒體內膜和線粒體基質中。3光合作用的酶存在于類囊體薄膜和葉綠體基質中。聯想，類比：4作物長期處于高濃度CO2環境后光合效率會降低，可能是降低了固定CO2的酶的活性或減少了固定CO2的酶的數目。（P108）5在正常情況下，多巴胺發揮作用后會被突觸前膜上的轉運蛋白從突觸間隙回收。吸食可卡因后，可卡因會使轉運蛋白失去回收多巴胺的功能，于是多巴胺就留在突觸間隙持續發揮作用，導致突觸后膜上的多巴胺受體減少。當可卡因藥效失去后，由于多巴胺受體已減少，機體正常的神經活動受到影響，服藥者就必須服用可卡因來維持6由于毛囊中的黑色素細胞衰老，細胞中的酪氨酸酶活性降低，黑色素合成減少，所以老年人的頭發會變白。老年人的皮膚上會長出“老年斑”，這也是細胞內色素積累的結果。7基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。又如，人的白化癥狀是由編碼酪氨酸酶的基因異常而引起的。酪氨酸酶存在于正常人的皮膚、毛發等處，它能將酪氨酸轉變為黑色素。如果一個人由于基因異常而缺少酪氨酸酶，那么這個人就不能合成黑色素，從而表現出白化癥狀。8在進行細胞培養時，首要對新鮮取材的動物組織進行處理，或用機械的方法，用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理一段時間，將組織分散9艾弗里和他的同事將加熱致死的S型細菌碎后，設法去除絕大部分糖類、蛋白質和脂質，制取細胞提取物。將細胞提取物加入有R型活細菌的培養基中結果出現了S型活細菌然后，他們對組胞提取物分別進行不同的處理后再進行轉化實驗，結果表明分別用蛋白酶、RNA酶或酯酶處理后，細