【課件】5.1 降低化學(xué)反應(yīng)的活化能的酶

1、生物為了生存都要獲取能量生物為了生存都要獲取能量 細胞的能量獲取和利用需要通過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。第5章 細胞的能量供應(yīng)和利用 細胞代謝：細胞代謝：細胞中每時每刻進行的化學(xué)反應(yīng)的總稱化學(xué)反應(yīng)的總稱。 CO2+H2O 有機物有機物 +O2光能光能葉綠體葉綠體: : 氨基酸氨基酸 多肽多肽( (蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)）脫水縮合脫水縮合核糖體：核糖體：線粒體線粒體: :有機物有機物 +O2 CO2+H2O+能量能量酶酶酶酶酶酶細胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境條件：細胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境條件：條件溫和條件溫和: 常溫常壓，酸堿度適中，有適合的生物催化劑常溫常壓，酸堿度適中，有適合的生物催化劑酶酶（儲存能量）（儲存能量）（釋

2、放能量） 第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 一 酶的作用和本質(zhì) 第5章 細胞的能量供應(yīng)和利用 二 酶的特性酶結(jié)構(gòu)酶結(jié)構(gòu)酶的應(yīng)用1 1、這個實驗要解決什么問題？為何要將肉放、這個實驗要解決什么問題？為何要將肉放在金屬籠子里？在金屬籠子里？2 2、是什么物質(zhì)使肉塊消失了？、是什么物質(zhì)使肉塊消失了？3 3、怎樣才能證明你的推測？、怎樣才能證明你的推測？鳥類的胃中是否只有物理消化，無鳥類的胃中是否只有物理消化，無化學(xué)消化?；瘜W(xué)消化。胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，體外是否能將肉分解。收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，體外是否能將肉分解。胃內(nèi)起消化作用的物質(zhì)主要是什么？胃內(nèi)起消化作用的物質(zhì)主要是什么？在

3、19世紀，隨著對釀酒中發(fā)酵過程的深入研究，科學(xué)家才逐漸揭開酶的面紗。酶到底是什么物質(zhì)？巴斯德之前巴斯德之前發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動無關(guān)發(fā)酵是純化學(xué)反應(yīng)，與生命活動無關(guān)巴斯德巴斯德發(fā)酵與發(fā)酵與活細胞活細胞有關(guān)，發(fā)酵是有關(guān)，發(fā)酵是整個細胞而不是細胞中某些整個細胞而不是細胞中某些物質(zhì)起作用物質(zhì)起作用引起發(fā)酵的是引起發(fā)酵的是細胞中的某些物質(zhì)細胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母細胞死亡并但這些物質(zhì)只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用裂解后才能發(fā)揮作用畢希納畢希納酵母細胞中的酵母細胞中的某些物質(zhì)某些物質(zhì)能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化能夠在酵母細胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣作用，就

4、像在活酵母細胞中一樣薩姆納薩姆納酶是酶是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)李比希李比希切赫、奧特曼切赫、奧特曼少數(shù)少數(shù)RNA也具有生物催化功能也具有生物催化功能一、酶的本質(zhì)一、酶的本質(zhì)絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)的酶是少數(shù)的酶是RNA.酶是酶是活細胞活細胞產(chǎn)生的一類具有產(chǎn)生的一類具有生物生物催化作用催化作用的的有機物有機物。來源來源功能功能本質(zhì)本質(zhì)酶在活細胞中產(chǎn)生，但可以在細胞內(nèi)，細胞外甚至在體外起作用2H2O22H2O+O2？1 1、常溫下反應(yīng)、常溫下反應(yīng)2 2、加熱、加熱3 3、FeFe3+3+做催化劑做催化劑4 4、過氧化氫酶、過氧化氫酶3%的H2O2水浴FeCl3肝臟研磨液2mL2mL2mL2

5、mL902滴2滴現(xiàn)象2H2O2 2H2O+O2？試管內(nèi)液面的上方點燃的衛(wèi)生香對照實驗單一變量原則對照組實驗組實驗組實驗組步驟無關(guān)變量1 2 3 4變量自變量因變量等量原則有催化劑有催化劑無催化劑無催化劑加熱使過氧化氫分子得到能量，容易分解。但加Fe和過氧化氫酶時并沒有加熱，但反應(yīng)比加熱更快，為什么？ 并未供給過氧化氫能量，而是了過氧化氫分解反應(yīng)的。 同無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更明顯，因而催化效率更高。酶酶使使活活化化能能降降低低能量能量反應(yīng)過程反應(yīng)過程沒有酶催化沒有酶催化有酶的催化有酶的催化作用：作用：催化作用催化作用 原理：原理：降低化學(xué)反應(yīng)的活化能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能 在研究酶性

6、質(zhì)的過程中在研究酶性質(zhì)的過程中, ,科學(xué)家通過整理科學(xué)家通過整理大量的實驗數(shù)據(jù)大量的實驗數(shù)據(jù), ,發(fā)現(xiàn)酶的催化效率大約是無發(fā)現(xiàn)酶的催化效率大約是無機催化劑的機催化劑的107-1013倍倍。 由上述資料可看出酶具有什么特性？由上述資料可看出酶具有什么特性？ 高效性高效性3443少量肝臟少量肝臟研磨液研磨液 比較過氧化氫酶和比較過氧化氫酶和FeFe3+3+的催化效率的催化效率酶的催化效率是無機催化劑的酶的催化效率是無機催化劑的10107 710101313 倍倍酶只縮短到達化學(xué)平衡的時間，但不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點生成物產(chǎn)量只與反應(yīng)物的量有關(guān) 酶既能催化蛋白質(zhì)的水解，也能催化脂酶既能催化蛋白質(zhì)的水解

7、，也能催化脂肪、淀粉水解。肪、淀粉水解。 蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)水解，但不能催蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)水解，但不能催化脂肪、淀粉等的水解。脲酶只能催化尿素分化脂肪、淀粉等的水解。脲酶只能催化尿素分解，對其他化學(xué)反應(yīng)不起作用。解，對其他化學(xué)反應(yīng)不起作用。專一性，專一性，一種酶只能催化一種或一類一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)。 口腔里有唾液淀粉酶，為什么塞進牙口腔里有唾液淀粉酶，為什么塞進牙縫里的肉絲兩天后還沒被消化縫里的肉絲兩天后還沒被消化? ? 由上述資料可看出酶具有什么特性？由上述資料可看出酶具有什么特性？保證代謝有序進行，每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)保證代謝有序進行，每一種酶只能催

8、化一種或一類化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)鎖鑰關(guān)系注意：1 酶作為催化劑在反應(yīng)前后質(zhì)量和結(jié)構(gòu)是不變的 2 無機催化劑沒有專一性這一特點酶的作用條件溫和酶的作用條件溫和溫度過高、過低；溫度過高、過低；pHpH過酸、過堿過酸、過堿都會影響酶的活性都會影響酶的活性原因：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)受溫度、PH值的影響0最適溫度最適溫度t/mmol. s/mmol. s-1 -1酶活性受溫度影響示意圖酶活性受溫度影響示意圖 一般地，一般地，動物動物體內(nèi)的體內(nèi)的酶最適溫度在酶最適溫度在35354040之之間；間；植物植物:40:405050之間之間 細菌和真菌最適溫度差細菌和真菌最適溫度差別較大，有的達別較大，有的達707

9、0。溫度對酶活性的影響溫度對酶活性的影響酶活性1 在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸增在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸增強；強；2 達到達到最適溫度最適溫度時，酶的時，酶的活性最高；活性最高；3 超過最適溫度時，隨著溫超過最適溫度時，隨著溫度的繼續(xù)升高，酶的活性逐度的繼續(xù)升高，酶的活性逐漸下降。漸下降。 4 溫度過高溫度過高會使酶的空間結(jié)會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活，酶永久失活，溫度過低溫度過低只降低酶活性只降低酶活性，不，不破壞酶破壞酶/mmol. s/mmol. s-1 -1最適最適pH0pH 酶活性受酶活性受pHpH影響示意圖影響示意圖pH對酶活

10、性的影響對酶活性的影響1 在一定范圍內(nèi)，隨著在一定范圍內(nèi)，隨著pH的升高，酶的活性逐漸增的升高，酶的活性逐漸增強；強；2 達到達到最適最適pH時，酶的活時，酶的活性最高；性最高；3 超過最適超過最適pH時，隨著時，隨著pH的繼續(xù)升高，酶的活的繼續(xù)升高，酶的活性逐漸下降。性逐漸下降。4 過酸、過堿過酸、過堿會使酶的空會使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永酶永久失活久失活 一般動物體內(nèi)的酶最適一般動物體內(nèi)的酶最適pHpH在在6.56.58.08.0之間；但是之間；但是胃蛋白酶的最適胃蛋白酶的最適pHpH為為1.51.5; ; 植物體內(nèi)的酶最適植物體內(nèi)的酶最適pHpH在在4.54.56.

11、56.5之間；之間；0 最適溫度最適溫度 t / OC V / mmols-1酶的活性受溫度影響酶的活性受溫度影響示意圖示意圖0 6 最適最適 pH 10 pHV / mmols-1酶的活性受酶的活性受pH影響影響示意圖示意圖結(jié)論：結(jié)論： 在最適宜的溫度和最適宜的在最適宜的溫度和最適宜的pH下，酶的活性下，酶的活性最高。溫度和最高。溫度和pH偏高或偏低，酶的活性都會明顯偏高或偏低，酶的活性都會明顯降低。過酸、過堿和高溫，都能使酶的分子結(jié)構(gòu)降低。過酸、過堿和高溫，都能使酶的分子結(jié)構(gòu)遭到破壞而失去活性，且不可逆。遭到破壞而失去活性，且不可逆。1 酶具有高效性2 酶具有專一性3 酶的作用條件較溫和指

12、單位時間內(nèi)反應(yīng)物的消耗量或生成物的生成量(mmol/s)除溫度，PH值影響酶的活性，影響酶促反應(yīng)速率外，底物濃度，酶濃度也可以影響酶數(shù)量的限制（酶達到飽和）前提：底物充足的情況下細胞代謝與酶細胞代謝與酶細胞代謝細胞代謝的概念：的概念：酶的發(fā)現(xiàn)：酶的發(fā)現(xiàn)：酶的概念酶的概念：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNARNA。酶的特性：酶的特性：專一性專一性高效性高效性作用條件較溫和作用條件較溫和細胞內(nèi)每時每刻進行著許多化學(xué)細胞內(nèi)每時每刻進行著許多化學(xué) 反應(yīng)，統(tǒng)稱為細胞代謝。反應(yīng)，統(tǒng)稱為細胞代謝。發(fā)現(xiàn)過程發(fā)現(xiàn)過程

13、發(fā)現(xiàn)的意義發(fā)現(xiàn)的意義發(fā)現(xiàn)過程中的科學(xué)探究思想發(fā)現(xiàn)過程中的科學(xué)探究思想將剛采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其將剛采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其甜味。這是因為加熱會（甜味。這是因為加熱會（ ） A. 提高淀粉酶活性提高淀粉酶活性 B. 改變可溶性糖分子的結(jié)構(gòu)改變可溶性糖分子的結(jié)構(gòu) C. 防止玉米粒發(fā)芽防止玉米粒發(fā)芽 D. 破壞將可溶性糖轉(zhuǎn)化為淀粉的酶破壞將可溶性糖轉(zhuǎn)化為淀粉的酶D 解析：經(jīng)沸水處理后，玉米細胞內(nèi)的酶失活，解析：經(jīng)沸水處理后，玉米細胞內(nèi)的酶失活，使可溶性糖（有甜味）不能正常轉(zhuǎn)化為淀粉。使可溶性糖（有甜味）不能正常轉(zhuǎn)化為淀粉。. .1.酶具有極強的催化功能，其原因是（

14、）A.增加了反應(yīng)物之間的接觸面B.降低了底物分子的活化能C.提高了反應(yīng)物分子的活化能D.降低了底物分子的自由能練習練習B 3. 下列功能特征中與酶無直接關(guān)系的是（下列功能特征中與酶無直接關(guān)系的是（ ） A. 消化功能消化功能 B. 滲透吸水滲透吸水 C. 蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成 D. DNA的轉(zhuǎn)錄與的轉(zhuǎn)錄與mRNA的翻譯的翻譯 4. 活細胞內(nèi)大多數(shù)酶的形成部位在（）活細胞內(nèi)大多數(shù)酶的形成部位在（） A. 葉綠體葉綠體 B. 線粒體線粒體 C. 核糖體核糖體 D. 高爾基體高爾基體 5. 活細胞內(nèi)合成酶的原料是（）活細胞內(nèi)合成酶的原料是（） A. 脂肪酸脂肪酸 B. 氨基酸氨基酸 C. 核糖核苷酸

15、核糖核苷酸 D. 氨基酸和核糖核苷酸氨基酸和核糖核苷酸BCD在其他條件不變而酶濃度增加時，下列圖中能正確表示生成物量變化的是(圖中虛線為酶濃度增加后的變化曲線) ( )C如果酶的數(shù)量一定，下列哪個圖示最確切地反映了反應(yīng)速率與底物濃度的數(shù)量關(guān)系（ ） BPPP核糖核糖腺嘌呤腺嘌呤APPP很容易水解；釋放出大量能量很容易水解；釋放出大量能量 （30.54kJ/mol）五、五、ATPATP高能磷酸鍵高能磷酸鍵腺苷腺苷磷酸基團磷酸基團 一般水解時，能夠釋放20.92kJmol能量的化合物都叫做高能化合物。 高能磷酸鍵水解時釋放的能量多達30.54kJmol ，所以ATP是高能磷酸化合物。 資 料PPP

16、核糖核糖P腺嘌呤核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸A-PPP水解酶 A-PP + Pi +ADP能量 ATPATP的水解為各項生命活動直接提供能量1.1.一個成年人在平靜狀態(tài)下，一個成年人在平靜狀態(tài)下，2424小時將有小時將有40kg40kg的的ATP ATP 發(fā)生轉(zhuǎn)化，而細胞內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)化，而細胞內(nèi)ATPATP、ADPADP的總量僅有的總量僅有2mg2mg10mg10mg。2.2.用用3232P P標記磷酸加入細胞培養(yǎng)液中，短時間內(nèi)快速分標記磷酸加入細胞培養(yǎng)液中，短時間內(nèi)快速分 離出離出ATPATP，ATPATP的總量變化不大，但是大部分的總量變化不大，但是大部分ATPATP末端末端 磷酸基團卻已經(jīng)帶有

17、放射性標記。磷酸基團卻已經(jīng)帶有放射性標記。v思考：ATP與ADP之間存在著怎樣的關(guān)系？能量A-PPP(ATP)A-PP(ADP)能量Pi酶Pi酶動態(tài)平衡二、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化ATP合成酶水解酶ADP +Pi +能量糖類、脂糖類、脂肪等有機肪等有機物氧化分物氧化分解解問題探討問題探討3 3：ATPATP的來源途徑的來源途徑1.綠色植物綠色植物2.動物和人等動物和人等ADP+Pi+ADP+Pi+能量能量ATPATP酶酶光光合合作作用用呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用 合作探究2：ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是否可逆?ATP水解水解ATP合成合成酶酶能量能量反應(yīng)場所反應(yīng)場所物質(zhì)是可逆的，能量和酶

18、是不可逆的物質(zhì)是可逆的，能量和酶是不可逆的水解酶水解酶合成酶合成酶高能磷酸鍵內(nèi)高能磷酸鍵內(nèi)的化學(xué)能的化學(xué)能有機物中的化學(xué)有機物中的化學(xué)能或光能能或光能分布的場所較廣分布的場所較廣葉綠體、葉綠體、線粒體線粒體和細胞質(zhì)基質(zhì)和細胞質(zhì)基質(zhì)ATP是細胞的 能量“通貨” 呼吸作用（葡萄糖等氧化分解）呼吸作用（葡萄糖等氧化分解）釋放能量釋放能量( (放能放能反應(yīng)反應(yīng)) )合成合成水解水解生命活動生命活動( (需需/ /吸能吸能反應(yīng)反應(yīng)) )ATP三、三、ATP的利用的利用糖類等有機物呼吸作用ATP提供能量生命活動細胞內(nèi)的能量“通貨”三、ATP的利用問題探討問題探討3 3：說出：說出ATPATP在能量代謝中的作用在能量代謝中的作用生生物物發(fā)發(fā)電電螢螢火火蟲蟲發(fā)發(fā)光光肌肌細細胞胞收收縮縮主動運輸主動運輸大大腦腦思思考考直接能源：直接能源：間接能源：間接能源：根本能源：根本能源：重要能源：重要能源：主要能源：主要能源：儲存能源：儲存能源：ATP