第1节、降低化学反应活化能的酶
第五章　细胞的能量供应和利用
复习课
1、这个实验要解决什么问题？为何要将肉放在金属笼子里？
2、是什么物质使肉块消失了？
3、怎样才能证明你的推测？
问题探讨
阅读课本, 关于酶本质的探索
1、巴斯德的观点哪些是正确的,哪些是错误的?李毕希的观点呢?
2、从毕希纳的实验可以得出什么结论？
3、萨姆纳用了9年才证明脲酶是蛋白质，并获诺贝尔化学奖，你认为他成功的主要原因是什么？
4、请给酶下一个较完整的定义。
巴斯德之前
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
巴斯德
发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用
引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用
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催化作用，就像在活酵母细胞中一样
萨姆纳
酶是蛋白质
李比希
切赫、奥特曼
少数RNA也具有生物催化功能
总结酶的定义
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应的统称。
细胞代谢
1、酶在细胞代谢中的作用
2 H2O2 2 H2O + O2
1、常温下反应
2、加热
3、Fe3+做催化剂
4、过氧化氢酶
高温 /Fe3＋ /过氧化氢酶
实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用和意义。
实验原理：过氧化氢在高温或铁离子或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气。
实验
比较过氧化氢在不同条件下的分解速率
2ml
2ml
2ml
2ml
3%
3%
3%
3%
常温
90℃
FeCl3
肝脏研磨液
2滴
2滴
不明显
少量
较多
大量
不复燃
不复燃
变亮
复燃
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样
反应条件
H2O2 浓度
剂量
剂量
气泡产生
卫生香燃烧
对照组
实验组
实验
1、与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？

2、在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
3、3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？

4、3号与4号相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？
讨论：
酶在细胞代谢中的作用
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。
活化能
常态：常叫基态，微观粒子处于能量最低的状态。

活跃状态就是激发态。
激发态：微观粒子其内部能量高于基态能量时所处的能量状态。当原子获得能量的时候，便由基态跃迁到激发态。
酶在细胞代谢中的作用
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。
各条件使反应加快的本质：
加热：
Fe3+：
酶：
提高分子的能量
降低化学反应的活化能
同无机催化相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能，因而催化效率更高。
活化能
在20度测得的过氧化氢分解的活化能
正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行。
？酶的本质
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数RNA也具有催化功能。
酶的本质
在研究酶性质的过程中,科学家通过整理大量的实验数据,发现酶的催化效率大约是无机催化剂的107-1013倍。

由上述资料可看出酶具有什么特性？
高效性
二、酶的特性
资料1
蛋白酶只能催化蛋白质水解，但不能催化脂肪、淀粉等的水解。脲酶只能催化尿素分解，对其他化学反应不起作用。
专一性，一种酶只能催化一种或一类化学反应。
资料2
口腔里有唾液淀粉酶，为什么塞进牙缝里的肉丝两天后还没被消化?
由上述资料可看出酶具有什么特性？
实验设计
1、在不同的温度下，同一种酶的活性是否会受到影响？
2、在不同的pH下，同一种酶其活性是否会改变？

请设计相关的实验，验证你们的假设
酶有哪些特性？哪些因素会影响酶的活性？
酶对化学反应的催化效率为酶的活性。
温度对酶活性的影响
冰水中
60℃水浴
沸水浴
放置2min
1ml
1ml
1ml
1滴
1滴
1滴
摇匀混合，放置反应5min
变蓝
变蓝
不变蓝
淀粉酶在60 ℃中活性最强
pH对酶活性的影响
蒸馏水1mL
NaOH 1mL
HCL 1mL
2ml
2ml
2ml
2mL
摇匀混合，放置在60℃水浴中反应5min
砖红色沉淀
无砖红色沉淀
无砖红色沉淀
淀粉酶在中性条件中活性最强
2mL
2mL
摇匀混合，沸水浴1min
资料3
由此可看出酶的作用条件有什么特点？
作用条件温和
温度对酶活性的影响
酶促反应速率最快时的环境温度称为该酶促反应的最适温度。
一般地，动物体内的酶最适温度在35~40℃之间；
植物体内的酶最适温度在40~50℃之间；
细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大。
一般地，动物体内的酶最适pH在6.5－8.0之间；
植物体内的酶最适温度在4.5－6.5之间；
细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大。
pH对酶活性的影响
酶促反应速率最快时的环境pH称为该酶促反应的最适pH。
高温、低温、过酸和过碱对酶活性的影响其本质相同吗？
不同，过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；低温使酶活性明显下降，但在适宜温度下其活性可以恢复。酶适于在0－4℃保存。
思考
酶的应用
1、加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶，请回答下面的问题：
（1）这种洗衣粉为什么能够很好地除去衣物上的奶渍和血渍？
（2）使用这种洗衣粉为什么要用温水？
（3）含有蛋白酶的洗衣粉不宜用来洗涤下列哪些衣料？（ ）
A.化纤 B.纯毛 C.纯棉 D.真丝
（4）为了更好地除去衣物上的油渍，在洗衣粉中还可以加入什么酶？
B D
脂肪酶
课堂巩固
3.人在发高烧时，常常不思饮食，其根本原因时
A.消化道内食物尚未消化 B.发烧使胃肠蠕动减弱
C.体内的食物残渣排出受阻
D.高温使酶的活性减弱
2.下列有关酶的叙述错误的是
A.组成大多数酶的基本单位是氨基酸
B.少数的酶是RNA
C.每种酶都具有高效性，专一性
D.酶都具有消化功能
4、胃蛋白酶进入小肠后就几乎没有了催化作用，主要原因是
A. pH不合适
B.在胃里发挥了作用，不能再继续起作用了
C.被小肠内的物质包裹起来，不能起作用了
D.小肠内没有蛋白质可被消化
5、关于酶的特性，下列表述中错误的是
A、酶是活细胞产生的具有催化能力的有机物
B、化学反应前后，酶的化学性质和数量不变
C、酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度影响
D、一旦离开活细胞，酶就失去催化能力
6、用纯唾液和用稀释10倍的唾液做唾液淀粉酶
的催化实验，其效果完全相同，这说明酶具有
A、专一性 B、多样性 C、高效性 D、多变性
7、能水解脂肪酶的酶是
A、淀粉酶 B、蛋白酶
C、脂肪酶 D、麦芽糖酶
C
B
8、将唾液淀粉酶先放入沸水中2分钟，再放
在370C的恒温水浴中，酶的催化效率前后变化是
A、不断降低 B、先升后降
C、先降后升 D、没有变化
D
第二节、细胞的能量“通货”
— ATP
（1）细胞中主要是由什么细胞器来产生能量的？
（2）细胞中有哪些生理过程在不断地消耗着能量？
（3）细胞内存在有糖类、脂肪等有机物，这些有机物含有大量且稳定的能量，但某项生命活动可能不用大量的能量就足以进行，而且糖类、脂肪中储存的能量又过于稳定，不易被生物体利用，细胞又是怎样解决这一矛盾的呢？
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
3.萤火虫发光的过程有能量的转换吗？
讨论：
用小刀将数十只萤火虫的发光器割下,干燥后研磨成粉末,取三等份分别装入三支试管,各加入少量水使之混合,置于暗处,可见试管内有淡黄色荧光出现,约过15分钟荧光消失
萤火虫发光器
A
B
C
B
A
萤火虫发光器
的经典实验
C
具有改善肌体代谢的作用，同时又是体内能量的主要来源。目前普遍用于心力衰竭、心肌梗塞、脑动脉硬化、冠状动脉硬化等等，并发现其具有抗癌作用，可望成为有前景的抑癌剂。
功能:
二、ATP的结构简式
H—N—H
C N
N C
C—H
C C H O O O
H N N O H C O P O ～P O ～P OH
C H H C OH OH OH
H C C H
OH OH
P
P
P
P P P
A—P～P～P
腺嘌呤
高能磷酸键
核糖
腺苷(A)
ATP
分子结构
简 式
三个磷酸基团
三磷酸腺苷
～
～
ATP分子中具有高能磷酸键
A—P~P~P
～高能磷酸键:30.54KJ/mol
ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物
+
A-P~P
A-P~P P
~
P
ATP
ADP
Pi(磷酸)
能量
+
酶
ATP与ADP的相互转化：
能量的　储存
能量的 释放
ATP 酶 ADP + Pi + 能量
ADP+Pi+能量 酶 ATP
2.ATP的含量处在动态平衡之中，
保证了稳定供能。
1.伴随能量的储存和释放
ATP 酶 ADP +Pi+能量
（能量“通货”）
ATP与ADP的相互转化：
ATP与ADP的相互转化
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
光
合
作
用
ADP+Pi
能量
ATP
酶
ADP转化成ATP时所需能量的主要来源
光合作用
光能
ATP
有机物
呼吸作用
ATP
比 较：
有机物
ATP— 是新陈代谢所需能量的 来源
糖类是生命活动的主要 物质
脂肪是生物体的 物质
光能
—是生命活动的最终能量来源
直接
能源
储能
讨 论：
（1）众多能源物质中，ATP这种绝对含量
极少的物质为什么成为直接能源？
（2）为什么ATP是细胞内能量释放、储存、
转移和利用的中心物质，成为生物的
直接能源呢？
（3）ATP对生命的维持是极其重要的，试想：当产生ATP的过程停止时，会发生什么？
（4）ATP在生物体中的绝对含量是极小的，但生物体中的每一个细胞每时每刻都在消耗着ATP，但在正常情况下，生物体内的ATP量可满足机体的要求，奥妙何在呢？
讨 论：
ATP
物质可循环利用
能量是不可循环利用
反应不可逆
ATP 酶 ADP + Pi + 能量
ADP+Pi+能量 酶 ATP
上面两个反应式可逆的吗？
1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解后，释放出2870kJ的能量。计算：1分子葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量是1分子ATP水解所释放能量的多少倍？
（ 94 ）
巩固练习
2.ATP分子中大量的化学能储存在 _________内。2分子ADP中含有的腺苷、磷酸基团、高能磷酸键的数目依次是__、__、__个。
高能磷酸键
2
4
2
细 胞 呼 吸
复 习 提 问
生物体生命活动的主要能源物质是什么？
生物体新陈代谢所需能量的直接来源是什么？
葡萄糖
ATP
那么：葡萄糖中储存的能量如何转化为生命活动所需要的直接能量ATP的呢？
概念：
有机物在活细胞内氧化分解为二氧化碳和水或分解为一些不彻底的氧化产物，并且伴随着能量释放的过程。
实质：
生物氧化
特征：
1、温和条件下逐步进行
2、需酶的作用
3、能量分段释放
一、细胞呼吸
“呼吸”和“细胞呼吸”有什么区别？
“呼吸”是指生物体或细胞吸入氧气和呼出二氧化碳的过程，而“细胞呼吸”是指细胞内有机物分解释放能量的过程。
思考
“呼吸”是“细胞呼吸”的前提和基础，没有呼吸过程吸入的氧气，就不能进行细胞呼吸；而“细胞呼吸”是“呼吸”的继续。
二、细胞呼吸的类型
（一）有氧呼吸
1、概念：细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放大量能量的过程。
C6H12O6
2、有氧呼吸的过程
6CO2
12H2O
线粒体
细胞质基质
②
①
③
NAD+
NADH
（阅读思考）
1.细胞呼吸包括哪几种类型？
2.有氧呼吸每个阶段各发生了哪些变化？
第一阶段：产物有哪些？在哪里进行？
第二阶段：产物有哪些？在哪里进行？
第三阶段：产物有哪些？在哪里进行？
3.为什么说线粒体是有氧呼吸的主要场所？
4.细胞呼吸释放的能量都是用来合成ATP吗？
5.有氧呼吸的总反应式
6.有氧呼吸产物中C H O 三种元素分别来自反应物中的何种物质？
有氧呼吸的过程
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
+4[H] + 能量
场所：细胞质基质
①
丙酮酸彻底分解
酶
6CO2 +20[H] + 能量
场所：线粒体基质
②
2CH3COCOOH
[H]的氧化
酶
12H2O + 能量
场所：线粒体内膜
③
24[H] + 6O2
+6H2O
（34ATP）
（2ATP）
（2ATP）
2CH3COCOOH
场所：
细胞质基质和线粒体
2870kJ/mol能量去向：
一部分转移到ATP中(1161kJ/mol，约40%) ；
另一部分以热能形式散失。
总反应式：
概念：
细胞在O2的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出
CO2和H2O，同时释放出大量能量的过程。
（3）24[H]+6O2
12H2O + 能量(34ATP)
酶
C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 6 CO2+ 12 H2O +
能量
酶
O原子的去路
有氧呼吸三个阶段的比较
细胞质基质
主要是葡萄糖
丙酮酸[H]
少量
丙酮酸H2O
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
3、有氧呼吸的总反应式：
C6H12O6+6H2O+6O2
6CO2+12H2O+
酶
能量
1mol葡萄糖释放2870KJ，有1161KJ转移至ATP（合成38molATP）
能量的转移和利用
体温调节等
吸收、分泌
肌肉收缩
生物合成
神经传导
例1.下图是有氧呼吸的过程图解，请依图回答：
(1)写出长方框内1、2、3所依次代表的物质名称： 、 _____、 。
(2)依次填出椭圆框内4、5、6所代表的能量的多少 、 ____、 。
(3)有氧呼吸的主要场所是 ______，进入该场所的呼吸底物是_____。
(4)用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O转移的途径是_______________
葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
H2O
丙酮酸
CO2
少量
少量
大量
线粒体
丙酮酸
6
1.C6H12O6在细胞内分解到丙酮酸的过程中，下列叙述正确的是：
A、在线粒体中进行无氧呼吸
B、需在的氧条件下进行
C、不产生CO2 D、反应速度不受温度的影响
2. C6H12O6 是细胞进行有氧呼吸最常利用的物质。将一只实验小鼠放入含有放射性18O2气体的容器内， 18O2进入细胞后，最先出现的放射性化合物是：
A、丙酮酸 B、乳酸 C、 CO2 D、 H2O
C
D
刘翔在训练时常会在第二天早上肌肉发酸,为什么?
指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放少量能量的过程。
1.概念：
（二）、无氧呼吸
2无氧呼吸的过程
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
+能量（少量）
场所：细胞质基质
①
2丙酮酸+4[H]
②
丙酮酸不彻底分解
场所：细胞质基质
A.乳酸发酵
酶
2C3H6O3(乳酸)
B.酒精发酵
酶
2C2H5OH(酒精)
+2CO2
2丙酮酸+4[H]
2丙酮酸+4[H]
例：高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根等）
例：大多数植物、酵母菌
总反应式：
C6H12O6
酶
2C3H6O3(乳酸)
+ 能量
C6H12O6
酶
2C2H5OH(酒精)
+ 2CO2+能量
能量去向
1mol葡萄糖分解为乳酸后，共放出196.65kJ的能量，其中有61.08KJ的能量储存在ATP中，其余的能量以热能的形式散失,未释放的能量储存在何处？
问：为什么不同生物无氧呼吸的产物不同？

无氧呼吸和有氧呼吸有何异同？
细胞质基质、线粒体（主要）
细胞质基质
需氧、酶等
不需氧、需酶
较 多
较 少
①两者第一阶段相同
②都分解有机物、释放能量
（3）、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
二氧化碳和水
酒精和二氧化碳或乳酸
三、细胞呼吸意义
1.为生命活动提供能量
2.为体内其他化合物的合成提供原料
四、影响细胞呼吸的因素
1、温度：植物最适25-30℃
温度
呼吸速率
应用：贮存水果时，适当降低温度能延长保存时间
在农业上，夜晚适当降低温度，可以减少呼吸作用对有机物的消耗
影响细胞呼吸的因素
练习：若白天光照充足，下列哪种条件下对农作物增产有利( )
A.昼夜恒温25℃
B.白天温度25℃，夜间温度15℃
C.昼夜恒温15℃
D.白天温度30℃，夜间温度25℃
B
2、O2：
/CO2释放量
O2浓度
一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增大，无氧呼吸则受到抑制。
问：中耕松土有何作用？
水稻生产中适时露田和晒田的目的是什么？
呼吸作用的强度
贮藏水果时下降到a点最有利贮藏。
CO2释放
O2吸收
O2浓度
a
2、O2浓度
CO2释放量
右图表示大气中氧的浓度对植物组织内CO2产生的影响, 试据图回答:
(1)A点表示植物组织释放CO2较多,这些CO2是 的产物。
(2)由A到B,CO2的释放量急剧减少,其原因是
。
(3)由B到C,CO2的释放量又不断
增加,其主要原因是
。
A

无氧呼吸
氧气增加，无氧呼吸受
抑制,有氧呼吸很微弱
氧气充足时，有氧呼吸加强，释放CO2量增多
(4)为了有利于贮藏蔬菜或水果,
贮藏室内的氧气应调节到图中的
哪一点所对应的浓度?
采取这一措施的理由是_________ ______________。
B点。因为这时有氧呼吸很微弱，无氧呼吸又受到抑制，糖类等有机物分解得最慢。
4、水
细胞含水量高，代谢增强。所以，稻谷等种子在贮藏前要晾晒，甚至风干，减少水分，降低呼吸消耗
3、CO2浓度：增加浓度有良好的保鲜效果。
1 .温度：温度通过影响酶的活性来影响呼吸速率。
2 .O2的浓度：
①在一定范围内，随O2浓度的增大，有氧呼吸增强，达到一定浓度以后，由于受线粒体的限制，呼吸作用强度不再增大。
② O2的存在抑制了无氧呼吸的进行。
3.CO2浓度过大抑制呼吸作用的进行
影响呼吸作用的因素
练习1：种子在浸水和不浸水的情况下进行细胞呼吸都能产生（ ）
葡萄糖 B.丙酮酸
C.乳酸 D.酒精
B
2.如果酵母菌在进行有氧呼吸和酒精发酵时，分解葡萄糖产生等量的CO2 那么这两种呼吸作用所消耗葡萄糖的摩尔数之比是
A、1：2
B、1：3
C、1：4
D、1：6
3、一运动员正在进行长跑锻练，从他的大腿肌细胞中检测到3种化学物质，其浓度变化如下图。图中P、Q、R三曲线依次代表 
A、 O2、CO2、乳酸B、乳酸、CO2、O2
C、 CO2 、O2、乳酸 D、 CO2、 乳酸、O2
4、酵母菌在有氧的条件下进行有氧呼吸，在无氧条件下进行无氧呼吸。将酵母菌研磨、离心后，得到
上清液（含细胞质基质）和沉淀物（含细胞器）。
把等量的上清液、沉淀物和未曾离心的均浆分别
防入甲、乙、丙3个试管中，进行四项独立实验（见右图）
（1）向3个试管中分别加入等量的葡萄糖，各试管的最终产物 是：甲 乙 丙
（2）向3个试管中分别加入等量的丙酮酸，各试管的最终产物 是：甲 乙 丙
（3）在隔绝空气的情况下，重复实验（1），各试管的最终产物 是：甲 乙 丙
丙酮酸
无反应
CO2和H2O
无反应
CO2和H2O
CO2和H2O
酒精和CO2
无反应
酒精和CO2
下列转变需经哪些生理过程才能实现？
光能
糖类等有机物中稳定的化学能
ATP中活跃的化学能
直接用于各种生命活动
①
②
③
光合作用
细胞呼吸
ATP水解
思考
五、光合作用与呼吸作用的区别和联系
含叶绿体的细胞
一切活细胞
叶绿体
细胞质基质、线粒体
光、温度、酶、色素
适宜的温度、酶、氧气
无机物合成有机物
有机物分解为无机物
将光能转变成化学能储存在所合成的有机物中
将储存在有机物中的化学能释放出来，一部分转移给ATP,一部分以热能形式散失
把无机物合成有机物，储存能量
分解有机物，释放能量
扩展：在一封闭的玻璃容器中，用18O标记的水培养植物，通过光合作用和呼吸作用，此水中的氧在容器中的循环途径是（ ）
B
第四节
光合作用
光合
作用
H20
C02
02
光
(CH20)n
为能源物质
几乎不含能量
光合作用分为哪两个阶段？
水为什么会裂解放出氧？氧和[H]的去向如何？
ATP被比为生物体细胞中的能量“通货”，形成ATP的能量从哪儿来？这步反应需要酶吗？如果需要，你认为有关酶存在于什么部位？
三碳化