科学·技术·社会　酶为生活添姿彩PPT及课堂实录内容

第五章 细胞的能量供应和利用

第一节 降低化学反应活化能的酶

教学目标

1.说明酶在细胞代谢中的作用、本质和特性。

2.通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断的探索和争论中前进的。

3.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。

教学重点

酶的作用、本质和特性。

教学难点

（1）酶降低化学反应活化能的原理。

（2）控制变量的科学方法。

教学过程：

教学内容

情境创设

教师活动

人不吃饭行吗？食物进入人体内发生了怎样的变化？这些问题在现在来说都已经十分清楚了。这些变化过程在其他生物中有没有呢？早在二百多年前科学家就对此进行了探索。

实验介绍：1783年意大利科学家斯帕兰札尼将肉块放在小巧的金属笼中，然后让鹰吞下，过了一段时间，将笼子取出，肉块不见了。

问：（1）为何要将肉块放在笼子中？

答：排除了胃对肉块的物理性消化。

问：（2）对肉起消化作用的是什么物质？

答：一定是某些物质进入到金属笼中，使肉分解。现在已经知道这个能让肉分解的物质就是——酶。

问：（3）进行肉类消化的过程的条件是怎样的？

答：进行分解肉的反应是在一种极温和的条件下进行的。

问：（4）在实验室中能否也能让肉分解？能的话需要怎样的条件？

答：实验室也能进行肉的分解，但是比起在生物体中来说，需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件才能进行。

问题探讨

1.这个实验要解决的问题是：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化？

2.是胃内的化学物质将肉块分解了。

3.提示：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。

总结：对于一个生物体来说要进行的生理活动非常之多，构成生物体的每一个细胞内的物质需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的[来源学§科§网]学生活动

学生思考回答

生物化学反应，每一个化学反应都伴随着能量的变化。细胞中全部有序的化学变化的总称就叫细胞代谢。

细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条件下，迅速高效地进行呢？在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？

过氧化氢在不同条件下的分解

实验前介绍：动植物在代谢中产生的过氧化氢，对机体是有毒的。

机体通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。

铁离子也可催化这一反应。

2H2O2H2O＋O2

问：如何获得过氧化氢酶？

学生思考回答：新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，所以新鲜肝脏研磨液答

含有较多的过氧化氢酶。

按以下实验步骤来进行实验：

试管编1 2 3 4

号

＋

实验原过氧化氢在高温或Fe3或过氧化氢酶的作用下都可分

理

解成水和氧气

第一步

每支试管各加入2 mL 3%的H2O2溶液

用滴管加2用滴管加2滴

滴质量分数

第二步

90 ℃热水浴

3.5%FeCl3溶

为20%肝脏液

研磨液

观

察

观察气泡冒出情况，并记录

现象

无

较多

较多

很多

将点燃

的卫生

香放在没变化

火头变亮

火头变亮

复燃

液面上

没有生生成了少量氧生成了少量生成了大量原因

成氧气

气

氧气

氧气

结论

酶的催化效率比无机催化剂的催化作用更显著

对上述实验进行分析，对照实验的特点。

问：上述实验分成了1、2、3、4号四支试管，哪些是四支试

管共同的条件？两两比较不同的条件有几个？

答：共同点：都在试管中加入2 mL H2O2溶液，都在相同的压学生讨论回力下进行。

[来源学科网Z|X|X|K][来源学科网]

不同点：1和2：只有温度不同；1和3：3多了2滴FeCl3溶答

液；1和4：4多了2滴肝脏研磨液；3和4：加入的催化剂不同。

问：1号试管没有加任何试剂，它起的作用是什么？

答：它起的是对照的作用。

结论：进行该实验的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，观察其对实验结果的影响。如果结果不同，那么影响该结果的就是这一不同的因素。在上述实验3试管和4试管只有加入的催化剂不同，那么该实验的结果3放的氧气少，4放出氧气多就是因为加入到4号催化剂的催化效率比加入到3号的高。即酶具有高效性。

问：2和4试管现象基本相同，能否在生物体中也利用2的方法来解毒？

答：不能。加热到这样的温度会造成生物的细胞死亡。

问：能否用同一滴管给3和4试管加FeCl3溶液和肝脏研磨液？

答：不能。共用滴管会让肝脏研磨液（或FeCl3溶液）残留在滴管内，难以判断出过氧化氢的分解是哪种滴加液的作用，影响实验结果的准确。

问：为何酶的催化效率会比无机催化剂更高呢？

答：酶降低了活化能。活化能就是分子从常态转化变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。活化能越大，反应就越不容易进行，反之就容易进行。

教师精讲］

在生物体中，生物体内的化学反应每时每刻进行着。以人为例：据估计人体细胞内每分钟大约要发生几百万次的化学反应，这么多的化学反应能在人体中顺利而迅速地完成，完全是靠酶的催化作用。它和无机催化剂相比，具有更高的催化效率。

酶在细胞内的物质变化过程中起着重要作用，这个作用是其他物质无法代替的。它降低了化学反应中的活化能，而自身却没有发生变化，所以是一种催化剂。它是细胞内产生的，所以它也是细胞中具有高效催化效率的生物催化剂。它的作用就是降低活化能。

2.在医院常用双氧水作为身体出现小伤口的消毒用药，能观察到什么现象吗？试解释该现象。

2.能看到伤口有气泡产生。原因是人体细胞中产生的酶将双氧水分解成了水和

氧气。

[来源:Zxxk.Com]

课堂小结

酶的本质

现在已经知道细胞内的生理活动之所以如此有序地快速进行，酶的作用无可替代，但是19世纪以前，人们对这些所知甚少，人们对酶的认识是科学家不懈努力的结果。

［］

巴斯德和李比希观点的比较

巴斯德

李比希

1822～1895（法国）

1803～1873（德国）

微生物学家、通过显微镜观察

化学家，通过对化学变化的研究

发现发酵的过程中有酵母菌存在

认为糖类变成酒精就是一个化学反应

结论：没有活细胞

结论：在这个变化过程中，只有细胞

糖类不可能变成酒精

死亡之后放出了某些物质起了作用

问：从巴斯德研究的领域来看，他得出结论的出发点主要是什么？

答：巴斯德是微生物学家，他主要强调生物体或细胞的整体作用。

问：从李比希研究的领域来看，它得出结论的出发点主要是什么？

答：李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。

问：他们的争论被哪位科学家的研究成果平息了？

答：毕希纳。

请分析毕希纳研究的过程（学生活动）。

实验：酵母细胞研磨加水搅拌加压过滤含酵母细胞的提取液加入葡萄糖。

现象：冒出气泡。

结论：酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用一样。

酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。

问：你认为毕希纳只凭上面的实验能不能说明酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用

一样？

答：不能。

问：那还应做怎样的实验？

答：对照实验。将酵母菌分成两等份，一半直接加入葡萄糖，另一半通过研磨、过滤等过程来进行，观察结果是否一样。

问：有人说毕希那的研究成果与前人无关，你同意这样的观点吗？

答：不同意。正是由于巴斯德、李比希的研究确定了争论的焦点，使得毕希纳的研究更加具有针对性。

师生互动

学让思考回答

虽然已经确定了酶在物质变化中的作用，但酶到底是什么物质仍然是困扰大家的问题。要研究酶是什么物质，首先要得到纯度较高的酶，然后才能作出鉴定。美国科学家萨姆纳在研究酶究竟是什么过程中作出了杰出贡献。

萨姆纳的研究过程

问：萨姆纳研究哪种酶？是如何确定的？

答：脲酶。借助其他科学家的研究，知道刀豆种子中脲酶的含量比较高。

问：脲酶提取出了，根据你学过的知识如何证明它就是脲酶，不是细胞中其他的有机物呢？

答：在这个实验中首先可以证明是不是蛋白质。用双缩脲试剂这个特有反应来鉴定。然后根据脲酶的特性：尿素氨＋二氧化碳，来判定它不是脲酶。

1926年萨姆纳的重要科学研究成果让人们知道脲酶就是蛋白质，后来其他科学家也提取了其他种类的酶，也证明是蛋白质，所以在以后一段较长的时间，人们都认为酶就是蛋白质。

问：科学家得出的结论应用的什么方法？

答：概括法。

问：你能说出当时概括得出这个结论的基本思路吗？

答：脲酶是蛋白质，胰蛋白酶也是蛋白质，胃蛋白酶也是蛋白质。人们发现的酶都是蛋白质，所以酶就是蛋白质。

问：这样的结论到了20世纪80年代美国科学家的重要发现出现了什么变化？

答：美国科学家切赫和奥特曼发现了一种酶，它也有催化功能，但是它是RNA。这样酶的定义就有了发展。即：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少量的是RNA。

资料分析

1.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.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.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。

4.萨姆纳历时9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。成功属于不畏艰苦的人。

［教师精讲］

酶作为生物催化剂，人们对它的认识经历了较长的时间，从酶究竟是在活细胞中能起作用还是释放出来起作用一直争论到到底是什么物质，每次争论的结果都让人们对酶的认识更深入一步，更加准确，所以可以说酶的本质的发现过程也正是人们认识自然的一个真实写照。

酶的概念：活细胞产生的具有生物催化活性的有机物。

只要是活细胞就能产生酶（人和哺乳动物成熟的红细胞除外）

注意与激素，维生素的区别

酶的作用。降低活化能，使细胞代谢在温和条件下快速地进行。

本质：绝大多数为蛋白质，少量为RNA（构成酶的基本单位是氨基酸和核糖核苷酸）