1.本章思维导图
2.本节电子教材
3.本节教材插图
4.视频资源
1.酶在细胞代谢中的作用
2.酶的本质
3.酶的特性
5.教材旁栏问题和练习及答案
问题探讨
年，意大利科学家斯帕兰札尼(L.Spallanzani,—)做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后,他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。
讨论：
1.为什么要将肉块放在金属笼内？
便于取出实验材料(肉块)，排除物理性消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学性消化。
2.是什么物质使肉块消失了？
是胃内的化学物质将肉块分解了。
3.怎样才能证明你的推测？
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。
一、酶的作用和本质
探究与实践
1.与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？
2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
2.在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？
不能。
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？
说明FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
4.3号试管与4号试管相比，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？
4号试管的反应速率比3号试管快得多，说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
思考?讨论
1.巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义？各有什么局限性？
巴斯德认为发酵与活细胞有关,是合理的；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；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.在科学发展过程中出现争论是正常的。巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？
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.从毕希纳的实验可以得出什么结论？
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年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？
萨姆纳历时9年，发扬坚持不懈、百折不挠的科学精神，用正确的科学方法，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
5.请给酶下一个比较完整的定义。
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。
练习与应用
一、概念检测
1.酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是(D)
A.酶不能脱离生物体起作用
B.酶只有释放到细胞外才起作用
C.所有的酶都是蛋白质
D.酶是具有催化作用的有机物
2.酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有的特点是(D)
A.能为反应物提供能量
B.能降低化学反应的活化能
C.能在温和条件下催化化学反应
D.催化化学反应更高效
二、拓展应用
1.在本节“探究?实践”中，有同学在原有实验的基础上增加了5号和6号试管，向其中分别加入2mL过氧化氢溶液后，再向5号试管内加入滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸憎水。这样做的目的是_______。
本小节“探究?实践”涉及的自变量并非只有一个，而是包括温度和催化剂两个变量，1号试管中仅放置了过氧化氢溶液，可以起到对照作用。2号试管与1号试管的区别在于温度，3号试管和4号试管与1号试管的区别在于多了催化剂，3号试管与4号试管之间也可以起相互对照作用。加入2滴煮沸过的肝脏研磨液的5号试管，可以与加入新鲜的肝脏研磨液的4号试管做对照；同理，加入2滴蒸馏水的6号试管可以作为3号试管和4号试管的对照组。
2.仔细阅读本节的“思考?讨论”，通过完成下面的图解，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻辑关系；写一篇短文，谈谈对科学发展过程的认识。
巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。
李比希：引起发酵的是细胞中的某些物质，但是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。
3.给你一份某种酶的结晶，你能设计实验检测它是不是蛋白质吗？请简略写岀实验步骤。想一想，在萨姆纳之前，为什么很难鉴定酶的本质？
用双缩脲试剂检测。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。
二、酶的特性
练习与应用
一、概念检测
1.嫩肉粉的主要作用是利用其中的酶对肌肉组织中的有机物进行分解，使肉类制品口感鲜嫩。由此可推测嫩肉粉中能起分解作用的酶是(D)
A.纤维素酶B.淀粉酶C.脂肪酶D.蛋白酶
2.能够促使唾液淀粉酶水解的酶是(B)
A.淀粉酶B.蛋白酶C.脂肪酶D.麦芽糖酶
3.将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85℃水中热烫处理2min，可较好地保持甜味。这是因为加热会(D)
A.提高淀粉酶的活性
B.改变可溶性糖分子的结构
C.破坏淀粉酶的活性
D.破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性
二、拓展应用
1.下图表示的是某类酶作用的模型。尝试用文字描述这个模型。这个模型能解释酶的什么特性？
这个模型中A代表某类酶，B代表底物，C和D代表产物。这个模型的含义是：酶A与底物B专一性结合，催化反应的发生，产生了产物C和D。这个模型可以类比解释酶的专一性。
2.下图表示最适温度下反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。
(1)请解释在A、B、C三点时该化学反应的状况。
(2)如果从A点开始温度升高10℃，曲线会发生什么变化？为什么？请画出变化后的曲线。
(3)如果在B点时向反应混合物中加入少量同样的酶，曲线会发生什么变化？为什么？请画岀相应的曲线。
(1)A点：随着反应底物浓度的增加,反应速率加快。B点：反应速率在此时达到最高。C点：反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。
(2)如果A点时温度升高10℃，曲线上升的幅度变小因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。
(3)该曲线表明，B点的反应底物的浓度足够大，是酶的数量限制了反应速率的提高，这时加入少量的酶，会使反应速率加快(图略)。
6.教学参考
1.酶与一般催化剂的比较
生物体内的各种化学反应，几乎都是由酶催化的。酶所催化的反应叫酶促反应。酶促反应中被酶作用的物质叫做底物。经反应生成的物质叫做产物。酶作为生物催化剂，与一般催化剂有相同之处，也有其自身的特点。相同点：（1）改变化学反应速率，本身不被消耗；（2）只能催化热力学允许进行的反应；（3）加快化学反应速率，缩短达到平衡的时间，但不改变平衡点；（4）降低活化能，使化学反应速率加快。不同点（酶的特点）：（1）高效性，指催化效率很高，使得反应速率很快；（2）专一性，任何一种酶只作用于一种或几种相关的化合物，这就是酶对底物的专一性；（3）多样性，指生物体内具有种类繁多的酶；（4）易变性，由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏；（5）反应条件的温和性，酶促反应在常温、常压、生理pH条件下进行；（6）酶的催化活性受到调节、控制；（7）有些酶的催化活性与辅因子有关。
2.酶的化学本质及其组成
酶的化学本质除了具有催化活性的RNA之外几乎都是蛋白质。但是，不能说所有的蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，才称为酶。证明酶的化学本质是蛋白质的证据有以下几条。（1）酶经酸或碱水解后的最终产物是氨基酸，酶能被蛋白酶水解而失活。（2）酶是具有空间结构的生物大分子，凡使蛋白质变性的因素都可使酶变性失活。（3）酶是两性电解质，在不同pH下呈现不同的离子状态，在电场中向某一电极泳动，各自具有特定的等电点。（4）酶和蛋白质一样，具有不能通过半透膜等胶体的性质。（5）酶也有蛋白质所具有的化学呈色反应。（6）酶与蛋白质的相对分子质量相似，结构相似。（7）酶在物理、化学因素作用下，也可变性沉淀。（8）做元素分析，酶与蛋白质的元素含量相似，可以用氨基酸人工合成酶。按照酶的化学组成可以将酶分为以下两类。（1）单纯蛋白质酶有些酶只是肽链，除了氨基酸外不含任何其他化学物质，也就是说有些酶是单纯的蛋白质，如胰腺的核糖核酸酶、淀粉酶等。（2）结合蛋白质酶有些酶除了蛋白质外，还含有一些对热稳定的非蛋白质类小分子物质或金属离子，即由蛋白质部分和非蛋白质部分组成。结合蛋白质酶的蛋白质部分称为脱辅酶，非蛋白质部分称为辅因子。脱辅酶与辅因子结合后所形成的复合物称为“全酶”，即全酶=脱辅酶+辅因子。在酶催化时，一定要有脱辅酶和辅因子同时存在才起作用，二者各自单独存在时，均无催化作用。脱辅酶部分决定酶催化的专一性，辅酶(辅基)在酶催化中通常起着电子、原子或某些化学基团的传递作用，大部分辅酶是维生素或维生素的衍生物。
3.影响酶作用的因素
酶的催化活性的强弱以单位时间(每分)内底物减少量或产物生成量来表示。研究某一因素对酶促反应速率的影响时，应在保持其他因素不变的情况下，单独改变研究的因素。
影响酶促反应的因素常有：酶的浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。其变化规律有以下特点。(1)酶浓度对酶促反应的影响在底物足够,其他条件固定的情况下，反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时，酶促反应的速率与酶浓度成正比。(2)底物浓度对酶促反应的影响在底物浓度较低时，反应速率随底物浓度增加而加快，反应速率与底物浓度近乎成正比；在底物浓度较高时，底物浓度增加，反应速率也随之加快，但不显著；当底物浓度很大，且达到一定限度时，反应速率就达到一个最大值，此时即使再增加底物浓度，反应速率几乎不再改变。(3)pH对酶促反应的影响每一种酶只能在一定限度的pH范围内才表现活性，超过这个范围酶就会失去活性。在一定条件下，每一种酶在某一个pH时活力最大，这个pH称为这种酶的最适pHo(4)温度对酶促反应的影响在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快；但当温度升高到一定限度时，酶促反应速率不仅不再加快反而随着温度的升高而下降。在一定条件下，每一种酶在某一温度时活力最大，这个温度称为这种酶的最适温度。(5)激活剂对酶促反应的影响激活剂可以提高酶活性，但不是酶活性所必需的。激活剂大致分两类：无机离子和小分子化合物。(6)抑制剂对酶促反应的影响抑制剂使酶活性下降，但不使酶变性。抑制剂的作用机制分两种：可逆的抑制作用和不可逆的抑制作用。
4.对照实验和对比实验
（1）对照实验除了作为自变量的因素外，其余因素（无关变量）都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验，对照实验一般要设置对照组和实验组，这是教材对它的定义。也就是说，对照实验有且只有一个变量，一般设置两组实验，一组为对照组，另一组为实验组。一般来说，未经实验因素处理的一组作为对照组，经实验因素处理的人为改变条件的一组作为实验组；或者说，实验结果已知的一组作为对照组，实验结果未知的一组作为实验组。对照实验主要有空白对照、自身对照、条件对照和相互对照这四种类型。①空白对照。空白对照是指不给对照组做任何实验处理，这里的“空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给予空白。也就是说，除不给予实验变量外,别的无关变量都与实验组完全相同，以突出所要研究的因素。空白对照组通常加入等量的清水、蒸馏水或生理盐水来替代实验因素，进行对照。②自身对照。自身对照是指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照组。例如，研究动物的内分泌腺时，首先摘除动物的内分泌腺体，一段时间后再移入摘除的腺体或补充一定量的相应激素，观察生物自身实验前与实验后情况的变化来研究内分泌腺的作用。③条件对照。条件对照是指虽给对照组施以某种实验因素的处理，但这种处理是作为对照因素的，不是所要研究的实验因素。这种处理不包括实验研究给定的实验变量，目的是更有效地比较实验组和对照组的结果。条件对照的目的是通过正反对比更加明确地得出要研究的实验因素的影响。例1：“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”实验，其实验设计方案是：甲组：饲喂甲状腺激素(实验组)；乙组：饲喂甲状腺抑制剂(条件对照组)；丙组：不饲喂药剂(空白对照组)。④相互对照。相互对照是指不另设对照组,而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。相互对照实验通常运用于探究的实验因素对实验结果没有明确影响的情况，它可以有效地抵消无关变量的影响，明确自变量与因变量的关系，使实验结果更有说服力。例如，在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验中，设置有氧和无氧两个实验组，探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过相互对比得出氧气条件对酵母菌细胞呼吸的影响。(2)对比实验设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验。在对比实验中，通常不清楚研究的实验因素对实验结果的影响，需要通过实验进行确定，因此所有组别都是实验组。对比实验在教材中的典型例子就是“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验。在这个探究活动中，设置有氧和无氧两个实验组，探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式。又如，年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，探究DNA和蛋白质何种为遗传物质的实验中，他们分别用35S标记蛋白质外壳、32P标记DNA,进行实验结果的相互比较，证明了DNA是遗传物质。显而易见地，对比实验和对照实验中的相互对照是一致的，因此对比实验也可以称为相互对照实验。(3)对照实验和对比实验在一定的条件下可以相互转变人类在不同的时期，对事物的认知也在不断发展；不同的人，对事物的认知水平也有差异。例如，如果人们不知道温度对某种植物种子萌发的影响，此时设计一系列的实验条件进行研究，这就是对比实验，从对比实验中可以确定该种子萌发的最适宜温度；如果现在人们已经知道了上述种子萌发的最适宜温度，还想研究其他温度对该种子萌发的影响，此时设计的实验就是对照实验。同样，对于学生来说，因为知识有限，对照实验在一定的条件下也可以认为是对比实验。实验教学中，强调的是实验设计的基本原则和对变量的控制等基本要素，而不应花过多的精力分析某个实验是对照实验还是对比实验，讨论这些名称问题并没有太多的实际意义，不会给学生的学习带来切实的帮助。
图片来自人教版新教材，若侵删！
往期链接
新必修1《分子与细胞》
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科学家访谈
第1章 走近细胞
第1节细胞是生命活动的基本单位
第2节细胞的多样性和统一性
第2章 组成细胞的分子
第1节细胞中的元素和化合物
第2节细胞中的无机物
第3节细胞中的糖类和脂质
第4节蛋白质是生命活动的主要承担者
第5节核酸是遗传信息的携带者
第3章 细胞的基本结构
第1节细胞膜的结构和功能
第2节细胞器之间的分工合作
第3节细胞核的结构和功能
第4章 细胞的物质输入和输出
第1节被动运输
第2节主动运输与胞吞、胞吐
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
第2节细胞的能量“货币”ATP
第3节细胞呼吸的原理和应用
第4节光合作用与能量转化
第6章 细胞的生命历程
第1节细胞的增殖
第2节细胞的分化
第3节细胞的衰老和死亡
致各位读者：因为
