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第三章

生物的新陈代谢

新陈代谢：活细胞中全部化学反应的总称。

第一书

新陈代谢与酶

一、酶的发现

酶：是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物。

二、酶的特性

1． 酶的高效性

2．酶的专一性：

催化一种化合物或一类化合物的化学反应。

3．酶需要适宜的条件：同温度、pH有密切关系。

引言：第二章中我们已经学习了有关细胞的一些知识。在第三章中，我们将学习生物新陈代谢的知识。新陈代谢是生物体进行生命活动的基础，只有在新陈代谢的基础上，生物体才会表现出其他生命活动。因此，新陈代谢是生物最基本的特征，那么，新陈代谢究竟是指什么呢？　

　　（教师放投影片：光合作用的反应式，有氧呼吸及氨基酸缩合形成多肽的反应式。）

　　讲述：上述反应都是在活细胞中进行的，这些化学反应发生的过程。就是生物体内进行新陈代谢的过程。因此，我们可以说，新陈代谢是活细胞中全部化学反应的总称。

　　这些都是本节课重点探讨的问题。

　　下面，首先请同学们阅读课本中“酶的发现”。

　　阅读后，教师要求学生提出不懂的问题。

讨论后学生回答：

1．1783年，意大利科学家斯巴兰让尼设计的实验，其巧妙之处在哪里？从这个实验中你能得出什么结论？

　　　3. 20世纪80年代，科学家又发现少数RNA也具有生物催化作用，这一发现使酶的概念又扩展成什么？

　　　酶既是生物催化剂，它和无机催化剂相比，具有哪些不同的特点呢？下面我们通过实验来探索。

讲述：过氧化氢（H₂O₂）在Fe³⁺的催化下，可分解成H₂O和O₂，动物新鲜肝脏中含有的过氧化氢酶也能催化这个反应。据测算，每滴氯化铁中的Fe³⁺数，大约是肝脏研磨液中过氧化氢分子数的25万倍。从数目上看，一滴含有催化剂的容液中，Fe³⁺数远远大于过氧化氨酶的分子数。如果现在我们想弄清楚Fe³⁺与过氧化氢酶，哪一种催化剂的催化效率高，那么，我们应该如何设计这个实验？　提问：

1．你在实验过程中观察到哪些实验现象？

　2．从这个实验你可以得出什么结论？

　讲述：过氧化氢酶的催化效率和Fe³⁺相比，要高很多。事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的 10⁷～ 10¹³倍。上述实验说明了酶的一个特性——高效性。

　　酶还具有什么特性呢？让我们继续通过实验来探索。

　　讲述：淀粉和蔗糖都是非还原性糖，淀粉在酶的催化下能水解为麦芽糖和葡萄糖，蔗糖在酶的催化下能水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖、果糖、葡萄糖均属还原性糖。还原性糖能够与一种叫做斐林的试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的沉淀。现在给你淀粉酶溶液，要观察淀粉酶能催化哪种糖水解？应该如何设计这个实验？你又怎么能知道淀粉酶催化了糖的水解呢？

讲述:上述实验说明了酶具有的又一个特性—专一性；需要说明的是：生物体内有些酶能够催化某些分子结构相近矿物质，如二肽酶，可似催化任何两种氨基酸组成的二肽水解。所以，确切地说，酶的专一性是指一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应.

　　根据酶的专一性，催化蔗糖的水解，应该是哪一种酶？　　（回答：蔗糖酶。）

　提问：做《探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用》的实验时；为什么要将试管浸到60 ℃的温水中？

　　　讲述：酶的催化效率的高低，又叫做酶的活性。从上面的实验可以知道，酶的活性与哪些条件有关？（教师出示：酶活性受温度影响示意图投影片。）

　　提问：温度与酶的活性有什么关系呢？

　　　讲述：温度对酶促反应速度有很大影响，如上图所示，每种酶都有自己的最适温度。在最适温度的两侧，反应速度都比较低，所以我们看到的是～个钟形的曲线。大部分酶在较高的温度下（如 60℃以上）时，会因为酶的分子结构遭到破坏而失去活性。根据这个道理，我们在使用加酶洗衣粉时，用哪种水（如凉水、沸水、温水）浸泡好呢？

　（教师出示：胰、胃蛋白酶受PH影响的示意图投影片。）

　　提问：酶的活性还受哪些条件的影响呢？

　　　pH与酶的活性有什么关系呢？

　 讲述：因此，从上图可以看出，酶促反应不仅与温度有关，还与pH等条件有关。因为在过酸、过碱的条件下，都会使酶的分子结构遭到破坏而失去恬性。下面哪位同学能够总结出酶的第三个特性？

　　　小结：生物催化剂──酶和无机催化剂相比，具有高效性、专一性、并且需要适宜的条件。

提问：请一位同学说出叶绿体、线粒体、核糖体的生理功能是什么？

（回答：略。）

　讲述：生物体内这些化学反应，在生物体内温和的条件下（常温、常压）很快就能完成，这全靠生物体内的催化剂——酶的作用。那么，酶的本质是什么？又有哪些特征？

　2. 20世纪30年代以来。科学家相继提取出多种酶的蛋白质结晶，这一事实说明酶的本质是什么？

　4．酶从具有催化作用的蛋白质，发展到有催化作用的有机物，导致酶概念发展的因素是什么？

（回答：略。）

（回答：略。）

讲述：要比较Fe³⁺和过氧化氢酶的催化效率，设计实验中的其他条件应该相同，如两个试管中过氧化氢溶液的量应该相同， Fe³⁺和动物肝脏也应尽可能同时加入两个试管中。

　（学生按实验步骤分组实验。）

　（回答：略）。

（回答：过氧化氢酶的催化能力强。）

　然后学生按设计步骤实验。）

　　提问：1．哪个试管加入斐林试剂后再加热会出现了砖红色的沉淀？

（回答：在加入可溶性淀粉的试管中。）

　2．出现砖红色沉淀的原因是什么？

（回答：略。）

　　3. 实验得出的结论是什么？

（回答：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。）

　（回答：我们使用的淀粉酶，在60 ℃左右时，催化效率最高。）

　（回答：温度。）

　（回答：在最适温度下，酶的活性最高，低于或高于最适温度时酶的活性都降低。）

　（回答：温水。）

　（回答：受pH的影响。）

　（回答：在最适的pH下，酶的活性最高。）

　（回答：酶活性的发挥需要适宜的条件。）