5.1 降低化学反应活化能的酶-【大鹏生物】2024高考生物一轮复习讲义

第5章 细胞的能量供应和利用 炎炎烈日之下，岩石变得很烫，这是因为照射在岩石上的光能转变成热能，而组成岩石的分子并未发生化学变化。岩石旁边的植物同样遭到暴晒，却并未变得发烫。是不是植物不吸收光能呢?当然不是。植物的叶片不但能吸收光能，而且能通过光合作用，将一部分光能转变成储存在有机物中的化学能。 细胞的生命活动是需要能量来驱动的。太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头。外界能量进入细胞，并为细胞所利用，都要经过复杂的化学反应。 细胞是如何通过化学反应来获取和利用能量的呢? 新叶伸向和煦的阳光， 蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。 它们为生存而获取能量， 能量在细胞里流转激荡! 第1节 降低化学反应活化能的酶 1.1 酶在细胞代谢中的作用 1.细胞代谢 （1）定义：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 （2）生物学意义：是细胞中能量获得及利用的途径，是细胞生命活动的基础。 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解－认识酶的作用 （1）实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。 （2）实验原理：新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶、FeCl3溶液中的Fe3+以及水浴加热均会影响H2O2分解为H2O和O2的速率。 （3）实验步骤及现象 试管 编号 3%过氧化氢 溶液 实验处理 实验现象 点燃卫生香检测 1 2 mL 对照组（不处理） 无明显气泡放出 无明显现象 2 2 mL 90℃左右水浴加热 气泡很少 不亮 3 2 mL 2滴3.5%FeCl3溶液 气泡较多 复燃 4 2 mL 2质量分数20%的滴肝脏研磨液 气泡很多 燃烧猛烈 （4）实验结论 加热、FeCl3溶液中的Fe3+以及新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解，与无机催化剂Fe3+相比，过氧化氢酶的催化效率要高得多。 3.实验说明与分析 （1）实验中相关变量 变量：实验中可以变化的因素，包括自变量、因变量与无关变量。 变量 含义 实例 自变量 实验中人为改变的变量 试管2 90℃水浴加热 试管3 FeCl3溶液 试管4 新鲜肝脏研磨液 因变量 随自变量变化而变化的变量 过氧化氢的分解速率 无关变量 除自变量外，实验中一些可能会对实验结果造成影响的可变因素 反应物的浓度、肝脏的新鲜程度等 （2）对照实验 ①含义：除一个因素外，其余因素都保持不变的实验。 ②遵循原则：单一变量原则。除要研究的变量外，其余变量都应始终保持相同且适宜。 1.2 酶的本质 1.关于酶本质的探索 项目 科学家 结论 19世纪 / 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 1857年 李比希 认为酵母细胞死亡后释放出某些物质引起发酵 巴斯德 认为发酵与活酵母细胞有关，是整个细胞，而不是细胞中的某些物质起作用 1897-1926年 萨姆纳 刀豆种子中成功提取脲酶，并通过实验证明脲酶是蛋白质 毕希纳 发现酵母细胞中某些物质起作用，而非酵母细胞本身起作用 20世纪80年代 切赫、奥特曼 发现少数RNA也具有生物催化功能 现在 / 酶的本质绝大多数为蛋白质极少数为RNA 2.酶的本质 酶是由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，少数为RNA。 3.酶的作用机理 酶能降低化学反应活化能，使细胞代谢在较温和的条件下快速顺利进行。 （1）活化能：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。 （2）酶的作用机理 ①反应物A处于常态，在反应的瞬间，反应物中有一部分分子具有比常态更高的能量，即处于活化态，这时就能形成新物质即产物P处于活化态的应速率就越快。 ②在酶催化反应过程中，只需较少的能量就可以使反应物进入活化态，与非催化反应过程相比，处于活化态的分子数量大大增加，从而加快了反应速率。 ③酶是一种生物催化剂，不能改变反应途径。 ※大鹏老师提示※ 1982年，美国科学家T.Cech和他的同事在对“四膜虫编码rRNA前体的DNA序列含有间隔内含子序列”的研究中发现，自身剪接内含子的RNA具有催化功能，并因此获得了1989年诺贝尔化学奖。 为了与酶（enzyme）区分，Cech将它命名为ribozyme，其中文译名“核酶”已得到大多数人的认可。因为其本质是RNA，而且不参与翻译，所以它又属于组成型非编码RNA中的一份子。核酶在非编码RNA的分类中亦被称为“催化性小RNA”，属于生物催化剂，可降解特异的mRNA序列。 1.3 酶的特性 1.酶具有高效性 （1）含义：酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。 ①加酶和加入化学（无机）催化剂两条曲线相比较，说明酶催化具有高效性。 ②加酶和不加入催化剂两条曲线相比较