第五章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
一酶的作用和本质
【目标导入】
1．说明酶在细胞代谢中的作用、本质，并初步了解酶的特性。
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。
【问题导学】
问题探讨
【介绍】1773年意大利科学家斯帕兰札尼的实验
【背景知识】在斯帕兰札尼做此实验之前，人们认为鸟类的胃只能磨碎食物，不能分解有机物，也就是说鸟类的胃只有物理性消化，没有化学性消化。
【讨论】1. 斯帕兰札尼设计的实验巧妙之处在哪里？ (设计了一个小巧的金属笼子，让鸟胃不能磨到笼内的肉，但胃液可以进入笼内消化食物。)
2. 这个实验要解决什么问题？（鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化） 3. 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）
4. 怎样才能证明你的推测？（收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解了。）
一、酶的作用和本质
（一）、酶在细胞代谢中的作用
1. 细胞代谢：场所：_________内 实质：各种______的总称 意义：细胞生命活动的_________ 。 细胞代谢离不开______。 2. 实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
（1）实验目的：通过比较____________________________，了解
_____________________________。
3+
（2）实验原理：水浴加热、FeCl 3溶液中的Fe 以及肝脏研磨液中的__________均可影响H 2O 2分解为H 2O 和O 2的速率。
（3）实验原则：①____________②____________③____________ （4）实验设计及现象：
【对上述实验进行分析：】
①、本实验中自变量是______________，因变量是________________，无关变量有_______________________。本实验的对照组是_____号试管，实验组是___________号试管。
②、与１号试管相比，２号试管出现的现象说明什么？__________________________________。 3号试管和4号试管未经加热也有大量气泡产生，这说明什么？_________________________。 3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？________________________ ______________________________________。
③、通过对该实验结果的分析和讨论，你能得出哪些结论：_____________________________。 ④为什么加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率？加热起了什么作用？
加热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。
⑤在细胞内能通过加热来提高反应速率吗？为什么说酶对于细胞内化学反应的进行至关重要？
不能。体内的生化反应需在常温、常压下高效率地进行。我们生病发热时医生总是想方设法首先降温，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
3、实验小贴士：
①、实验时为什么选用新鲜的肝脏？ ②、肝脏为什么要制成研磨液？ ③、滴入肝脏研磨液和FeCl 3溶液时，能否共用一个吸管？为什么？
4. 小结：酶在细胞代谢中的作用（酶的作用原理）——通过降低化学反应活化能来催化反应，
且催化效率比无机催化剂更高。
（二）酶的发现及酶的本质
1．（探索历程）
①巴斯德以前：认为发酵是纯 ，与 无关。
②巴斯德：发酵是由于 的存在，即有 的参与才能引起发酵；
③李比希：引起发酵的是 中的某些物质，但这些物质只有在 后才能发挥作用。 ④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作用，与活酵母一样，都能引起发酵，他将引起发酵的物质称为 。
⑤ 从刀豆中提取出脲酶，他用多种方法证明了酶是 。
⑥20世纪80年代，美国科学家____和_____发现少数 也有生物催化功能。
2. （结论）酶是 产生的，具有 作用的一类 ，其中绝大多数酶是 ，少数是
3. 思考：①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?
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 ②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
③在萨姆纳之前，为什么很难鉴定酶的本质？ 主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。 ④用“试剂检测法”鉴定酶的本质
(1)实验原理和方法
酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下：
(1)图中ac 和bc 段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能。
(2)若将酶变为无机催化剂，则b 在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。
酶的特性及相应曲线模式图的分析
【能力导练】
1．(必修1 P80图5—2改编) 如图中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质A 在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P 所需能量的变化过程。下列相关叙述正确的是( )
A ．ab 段表示在无催化剂的条件下，物质A 生成物质P 需要的活化能 B ．若将酶改为无机催化剂催化该反应，则a 的高度将降低
C ．若仅增加反应物A 的量，则图中曲线的原有形状均发生改变
D ．若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线，改变酶促条件后，a 的高度将降低 2．活细胞中合成酶的主要场所是（ ）
A 、细胞核 B、线粒体 磷脂 C、核糖体 D、高尔基体 3、在过氧化氢酶溶液中加入双缩脲试剂，其 （ ） A 、产生气泡 B、溶液呈蓝色 C 、溶液呈紫色 D、产生砖红色沉淀 4．关于酶的叙述，错误的是( )
A ．同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中
B ．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构 C ．酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度 D ．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物
5．(2015·高考海南卷，15,2分) 关于人体内激素和酶的叙述，错误的是( ) A ．激素的化学本质都是蛋白质 B ．酶可以降低化学反应的活化能 C ．高效性是酶的重要特性之一
D ．激素与靶细胞结合可影响细胞的代谢
6. 某生物学家用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。据所给信息结合所学知识分析回答以下问题：
(1)核糖体由________________构成，用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质后，剩余的物质是________。
(2)题中信息可推知核糖体中能催化该反应的物质是________，而不是蛋白酶。
(3)蛋白酶是由活细胞合成的具有催化作用的有机物，用________试剂进行检测可以呈现紫色反应。
(4)在一定温度范围内，温度降低，酶活性降低，而酶促反应的活化能________(会或不会) 降低。
7．如图所示，分别向4支各盛有5mL 过氧化氢溶液的试管内加入肝或砂子。在这个实验中，试管A 放氧相对缓慢，试管C 和D 不放氧。请回答：
（1）肝脏中有什么物质能引起过氧化氢释放氧气？ 。理由是 。
（2）为什么用煮沸冷却的肝做对照要比用砂子做对照理更好些？ 。 （3）为什么试管B 放氧速度比试管A 快？ 。
【问题导学】答案：
一、（一）1. 细胞 化学反应 基础 酶 2. （1）过氧化氢在不同条件下分解的快慢，过氧
化氢酶的作用和意义。 （2）过氧化氢酶 （3）单一变量原则、对照原则、平行重复原则、科
① 2号：水浴加热；3号：加FeCl 3溶液；4号：加肝脏研磨液；Ｈ２Ｏ２分解速率；
加入Ｈ２Ｏ２的量；实验室的温度；FeCl 3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度。 1； 2、3、4； ② 2号放出的气泡多，加热能促进Ｈ２Ｏ２的分解，提高反应速率。
3+
FeCl3溶液中的Fe 和新鲜肝脏中得过氧化氢酶都能加快Ｈ２Ｏ２的分解速率。
3+
4号，过氧化氢酶比Fe 的催化效率高得多。
③、Ａ：1和2,1和3,1和4，比较，说明过氧化氢在不同的条件下分解的速率不同。
Ｂ：3试管和4试管只有加入的催化剂不同，结果3放的氧气少，4放出氧气多。说明酶的效率比无机催化剂高。
3. ①肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解，过氧化氢就不能被分解成水和氧气。
② 因为研磨碎的肝脏能与试管中的过氧化氢充分接触，使其中的酶能正常发挥其催化特性，从
而加速过氧化氢的分解。
③ 不能共用一个吸管，否则滴入的FeCl 3溶液中会含少量肝脏研磨液而影响实验结果的准确性。
（二）1、①化学过程，生命活动 ②酵母细胞 活细胞 ③酵母细胞，酵母细胞死亡并裂
解 ④酿酶 ⑤萨姆纳 蛋白质 ⑥切赫 奥特曼 RNA 2、活细胞，催化 ，有机物，蛋白质，RNA 。
【能力导练】答案：
1. A 2. C 3.C 4.B 5.A
6.[答案] (1)蛋白质和RNA RNA (2)RNA (3)双缩脲 (4)不会 7. (1)过氧化氢酶 过氧化氢酶能催化过氧化氢分解成H 2O 和O 2
(2)煮沸冷却的肝中同样含有过氧化氢酶，但已失去活性，这样遵循了单一变量原则，
同时该对照实验还能说明温度过高，酶将失去活性
(3)将肝碾碎，过氧化氢酶容易释放出来。