一　酶的作用和本质主要内容及教案内容

高一生物导学案

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第5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

细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多__________，统称为__________。它是__________的基础。

活动一：酶在细胞代谢中的作用

【实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解

】

★实验目的原理：_______________________________________________________________。

★实验步骤和实验结果：

★讨论：①与1号相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？

_______________________________________________________________________________ ②3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？

_______________________________________________________________________________ ③3号与4号相比，哪支试管反应速率快?这说明什么？

______________________________________________________________________________ ★酶的作用机理： 。

同 相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更 。

活动二：酶的发现

【资料分析】结合课本P81-82

1、远在4000多年前，我国劳动人民就已用粮食、水果来发酵酿酒，最迟在公元前1000年，中国人就发明了当时世界上最优良的造酒技术--以曲酿酒。现代食品化学已经分析出，曲是霉菌和酵母的混合物，用小麦或小米半熟后发霉制成，这种霉菌能产生出比麦芽更有效的"消化"淀粉的淀粉酵素。在欧洲，对酵素的认识与利用主要是在人工发酵工艺上。

2、1680年荷兰的业余生物学家、布商列文虎克在用显微镜观察中首先发现了酵母细胞。一个半世纪以后，法国物理学家卡格尼亚尔·德拉图尔使用一台优质的复式显微镜，专心研究酵母，他仔细观察了酵母的繁殖过程，确定酵母是一种活的微生物。在19世纪50年代，酵母就成了一个热门的研究课题。

3、1752年，法国物理学家列奥米尔用鹰作实验对象，让鹰吞下几个装有肉的小金属管，管壁上的小孔能使胃内的化学物质作用到肉上。当鹰吐出这些管子的时候，管内的肉已部分分解了，管中有了一种淡黄色的液体。1777年，苏格兰医生史蒂文斯用导管插入哺乳类动物胃里，抽出胃液，同样发现它对食物有分解作用。

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5、1834年，德国科学家施旺用氯化汞和动物胃液相作用，沉淀出一种白色粉末，发现一种分解食物的能力竟比胃液还强的"胃蛋白酵素"。不久，两位法国化学家帕扬和佩索菲发现，麦芽提取物中

有一种物质，能迅速地把淀粉分解成糖，其速度远远超过了酸的作用，他们称这种物质为“淀粉酵素制剂”。

6、1860年，法国微生物学家巴斯德在寻求葡萄酒变质的方法时，进行了酵母的人工发酵。认为在酵母细胞中存在一种活力物质，并把这种物质命名为“酵素”（ferment）。他提出发酵是这种活力物质催化的结果，并认为活力物质只存在于生命体中，细胞破裂就会失去发酵作用。

7、1878年，德国生理学家威廉·屈内首次提出了酶（enzyme）这一概念。随后，酶被用于专指胃蛋白酶等一类非活体物质，而酵素（ferment）则被用于指由活体细胞产生的催化活性。

8、1897年，德国科学家爱德华·比希纳开始对不含细胞的酵母提取液进行发酵研究。他发现，这种液体依然能够像酵母细胞一样完成发酵任务。这个实验证明了活体酵素与非活体酵素的功能是一样的。纠正了对酶的错误认识，证明发酵过程并不需要完整的活细胞存在。因此，“酶”这个词现在适用于所有的酵素，而且是使生化反应的催化剂。毕希纳由于这项发现而获得了1907年诺贝尔化学奖。

9、1925年，美国奈尔大学独臂青年化学家萨姆纳提纯出了酵素，并证明它是一种蛋白质。接着，美国化学家诺思罗普把一系列酵素提纯出来，证明它们都是蛋白质。他俩因此共同获得了1946年诺贝尔化学奖奖。在此之后几十年里，科学家公认酵素的成分是蛋白质。

10、1980年代，托马斯·切赫和悉尼·奥尔特曼分别从四膜虫的rRNA前体的加工研究和细菌的核糖核酸酶P复合物的研究中都发现RNA本身具有自我催化作用，并提出了“核酶”的概念。核酶的发现表明RNA既能够携带遗传信息，又具有生物催化功能，1989年，其二人也因此获得诺贝尔化学奖。

★理一理：（只填时间及姓名）

★绝大多数的酶是

，少数的酶是

，酶是化学反应的

。

总结：酶是

产生的，具有

的一类

，绝大多数的酶是

，少数的酶是

。

【练一练】

如何设计相关实验证明：Ⅰ、酶具有催化作用；Ⅱ、酶具有高效性；Ⅲ、唾液淀粉酶是蛋白质。

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【课后趣味阅读】

十个诺贝尔奖与酶的不解之缘

早期酶的发现来源于人们对发酵机理的逐渐了解。

人类早就会利用酵母使果汁和粮食转化成酒，远在4000多年前，我国劳动人民就已用粮食、水果来发酵酿酒，最迟在公元前1000年，中国人就发明了当时世界上最优良的造酒技术--以曲酿酒，现代食品化学已经分析出，曲是霉菌和酵母的混合物。人们把果汁和粮食变成酒的过程叫做发酵，酵母制品被称为酵素。

在19世纪50年代，法国物理学家德拉图尔使用了显微镜观察到了酵母的繁殖过程。使他感到特别惊奇的是，酵母居然是活的。如果再往上追溯，那就是1680年列文虎克。他通过放大率达270倍（当时最高倍率）的透镜他第一次观察到了酵母细胞。所以说他是酵母细胞发现的第一人，而德拉图尔则是确定了酵母是一种活的微生物的第一人。 随后，人们还发现在肠道里也进行着类似于发酵的过程。1752年，法国物理学家列奥米尔用鹰作实验对象，让鹰吞下几个装有肉的小金属管，管壁上的小孔能使胃内的化学物质作用到肉上。当鹰吐出这些管子的时候，管内的肉已部分分解了，管中有了一种淡黄色的液体。于是，他推断胃液中一定含有消化肉块的物质。但是什么，他不清楚。1777年，苏格兰医生史蒂文斯从胃里分离一种液体（胃液），并证明了食物的分解过程可以在体外进行。1834年，德国博物学家施旺把氯化汞加到胃液里，沉淀出一种白色粉末。除去粉末中的汞化合物，把剩下的粉末溶解，得到了一种浓度非常高的消化液，他把这粉末叫作“胃蛋白酶”（希腊语中的消化之意）。同时，两位法国化学家帕扬和佩索菲发现，麦芽提取物中有一种物质，能使淀粉变成糖，变化的速度超过了酸的作用，他们称这种物质为“淀粉酶制剂”（希腊语的“分离”）。

19世纪50年代，法国利尔大学的化学家和生理学家巴斯德通过对蔗糖转化为酒精的发酵过程进行的研究。认为在酵母细胞中存在一种活力物质，并把这种物质命名为“酵素”（ferment）。他提出发酵是这种活力物质催化的结果，并认为活力物质只存在于生命体中，细胞破裂就会失去发酵作用。1878年，德国生理学家威廉·屈内首次提出了酶（enzyme）这一概念。随后，酶被用于专指胃蛋白酶等一类非活体物质，而酵素（ferment）则被用于指由活体细胞产生的催化活性。

酶界的第一个诺贝尔奖：改变对酶的错误认识，酶和酵素两个概念合二为一。

1897年，德国科学家爱德华·比希纳开始对不含细胞的酵母提取液进行发酵研究。他发现，这种液体依然能够像酵母细胞一样完成发酵任务。这个实验证明了活体酵素与非活体酵素的功能是一样的。纠正了对酶的错误认识，证明发酵过程并不需要完整的活细胞存在。因此，“酶”这个词现在适用于所有的酵素，而且是使生化反应的催化剂。

他将其中能够发挥发酵作用的酶命名为发酵酶（zymase）。这一贡献打开了通向现代酶学与现代生物化学的大门，其本人也因“发现无细胞发酵及相应的生化研究”而获得了1907年的诺贝尔化学奖。

酶界的第二个诺贝尔奖：确认酶的化学本质是蛋白质。

人们在认识到酶是一类不依赖于活体细胞的物质后，下一步工作就是鉴定其生化组成成分。许多早期研究者指出，一些蛋白质与酶的催化活性相关；但包括诺贝尔奖得主里夏德·维尔施泰特在内的部分科学家认为酶不是蛋白质，他们辩称那些蛋白质只是酶分子的携带者，蛋白质本身并不具有催化活性。1926年，美国生物化学家詹姆斯·萨姆纳完成了一个决定性的实验。他首次从刀豆得到尿素酶结晶，并证明了尿素酶的蛋白质本质。其后，萨姆纳在1931年过氧化氢酶的研究中再次证实了酶为蛋白质。美国有机和生物化学家约翰·霍华德·诺思罗普和美国生化学家、病毒学家温德尔·梅雷迪思·斯坦利通过对胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶等消化性蛋白酶的研究，最终确认蛋白质可以是酶。以后陆续发现的两千余种酶均证明酶的化学本质是蛋白质。以上三位科学家因此获得1946年度诺贝尔化学奖。

随后，由于科学家们前赴后继的努力，关于酶的生命科学突破性研究和发现，使得他们一次次的拿到了人类生命科学领域内的最高桂冠—诺贝尔生理医学奖、化学奖等奖项。 酶界的第三个诺贝尔奖：指出在核酸里，一个核苷酸核糖与另一个核苷酸核糖由一个磷酸连接起来。

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英国有机化学家亚力山大·罗伯托·托德因核苷酸与核苷酸辅酶结构研究成果，获1957年诺贝尔化学奖。他最大贡献是对核酸、核苷酸及核苷酸辅酶的研究，建立其连接方式。指出在核酸里，一个核苷酸核糖与另一个核苷酸核糖由一个磷酸连接起来。核酸就是用这种方式把许多核苷酸连成一个长链的结构。

酶界的第四个诺贝尔奖，DNA聚合酶的酵素发现：它可忠实地复制任何来自微生物、植物、或动物的DNA。

美国生物学家和科学家阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg，1918-2007）和他的老师西班牙科学家塞韦罗·奥乔亚因发现DNA聚合酶和RNA聚合酶共享1959年的诺贝尔生理医学奖。

阿瑟·科恩伯格被称为“酶的情人”。他一生中发现了30多种酶，从1950年起，科恩伯格的研究目标就一直放在找寻合成DNA和RNA的酵素上。科恩伯格最引人注目的研究工作，是在20世纪50年代中期用实验证明DNA的复制并分离了复制所需的酶，这集中反映在他于1956年发表的著名论文《脱氧核糖核酸的酶促合成》一文中。科恩伯格从常见于消化道的大肠杆菌中，分离出这个名为DNA聚合酶的酵素，它可忠实地复制任何来自微生物、植物、或动物的DNA。

酶界的第五个诺贝尔奖：在于研究了核糖核酸酶的三维结构与功能的关系以及核糖核酸分子的催化活性与其化学结构之间的关系的研究。

美国生物化学家克里斯蒂安·伯默尔·安芬森，斯坦福·穆尔，威廉·霍华德·斯坦因，前者因对核糖核酸结构的研究，后两位因对核糖核酸分子的催化活性与其化学结构之间的关系的研究共同获得了1972年诺贝尔化学奖。

酶界的第六个诺贝尔奖：酶催化反应的立体化学的研究取得进展。

英国化学家康福思，瑞士化学家普雷洛格因酶催化反应的立体化学的研究而获得1975年诺贝尔化学奖。英国化学家康福思，主要进行甾族化合物和其他生物活性天然产物的合成及甾族化合物的生物合成研究。包括青霉素化学、杂环化合物化学、酶化学等的研究。瑞士化学家普雷洛格主要开展的是生物碱、抗菌素、酶和其他天然化合物的立体化学研究。

酶界的第七个诺贝尔奖：发现限制性内切酶以及在分子遗传学方面的应用。

1978年，瑞士微生物学家阿尔伯、美国微生物学家内森斯、美国著名的微生物学家史密斯因发现限制性内切酶以及在分子遗传学方面的应用而获得当年的诺贝尔生理学和医学奖。

由于限制性核酸内切酶的发现及其在分子遗传学中的应用，为遗传工程的产生拉开了序幕。同时这项研究以后又导致了旨在把核酸拆开再按其它结构加以组装的重组DNA的研究工作。

酶界的第八个诺贝尔奖：了解酶在分子水平上的工作机制，提出“核酶”概念。

1980年代，托马斯·切赫和悉尼·奥尔特曼分别从四膜虫的rRNA前体的加工研究和细菌的核糖核酸酶P复合物的研究中都发现RNA本身具有自我催化作用，并提出了“核酶”的概念。这是第一次发现蛋白质以外的具有催化活性的生物分子。

核酶的发现表明RNA既能够携带遗传信息，又具有生物催化功能，因此人们推测RNA很可能早于DNA和蛋白质，是生物进化史中首先出现的生物大分子，这是一种生命起源的新概念。对核酶结构与作用机理的研究可帮助人们设计生物体内本不存在的核酶，作为工具酶去催化特定的反应。1989年，其二人也因此获得诺贝尔化学奖。

酶界的第九个诺贝尔奖：产生储能分子三磷酸腺苷(ATP)的酶催化过程有开创性贡献生命的能量货币--腺三磷的研究上的突破。

1997年化学奖授予保罗.波耶尔（美国）、约翰.沃克（英国）、因斯.斯寇（丹麦）三位科学家，表彰他们在生命的能量货币--腺三磷的研究上的突破。三磷酸腺苷是所有生物细胞新陈代谢过程的“燃料”。

酶界的第十个诺贝尔奖：“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的。”

2009年10月5日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，将2009年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家伊丽莎白·布莱克本、卡萝尔·格雷德和杰克·绍斯塔克，以表彰他们“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”。