酶本质的探索

结论 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
能用碘液检测实验结果吗？
不能，碘液不能检测蔗糖，蔗糖有没有被分解 不能检测出来。
（三）酶的作用条件比较温和
探究：许多无机催化剂能在高温、高压、强酸 或强碱条件下催化化学反应。酶起催化作用需 要怎样的条件呢？
探究温度对淀粉酶活性的影响
探究pH对过氧化氢酶活性的影响
酶的催化机理 S（底物）+E（酶） SE（中间化合物） E+P（生成物）
1、酶的特性
高效性
高效性的原理： 酶降低活化能的作用更显著
(1)含义：与无机催化剂相比，酶 降低化学反应活化能 的作用更显著，催化效率更高，是无机催化剂的107～ 1013倍。
(2)曲线模型
高效性 催化
专一性
(1)含义：每一种酶只能催化 一种或一类
【借题发挥】 “四看法”分析酶促反应曲线 (1)看两坐标轴的含义：分清自变量与因变量，了解 两个变量的关系。 (2)看曲线的变化：利用数学模型法观察同一条曲线 的升、降或平的变化，掌握变量变化的生物学意义。 如在分析影响酶促反应的因素时，一般情况下，生成 物的量未达到饱和时，限制因素是横坐标所表示的因 素，当达到饱和后，限制因素是除横坐标所表示的因 素之外的其他因素。 (3)看特殊点：即曲线的起点、终点、顶点、转折点、 交叉点等五点，理解特殊点的意义。 (4)看不同曲线的变化：理解曲线之间的内在联系， 找出不同曲线的异同及变化的原因。
4．影响酶促反应的因素
甲
乙
丙
从甲图、乙图中你能得出什么结论？
①在一定温度(或pH)范围内，随温度(或pH)的升高，酶的催化作用 增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
②过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活 性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。

从酶本质的探索历程中发展科学思维发布时间：2022-05-24T07:18:29.781Z 来源：《中小学教育》2022年第458期作者：刘小韵[导读] 生命科学史记录了科学发展过程中科学家不懈的探索与实践，是发展学生素养的良好载体，本文以酶本质的探索历程为例，试图通过整理探索脉络、分析实验过程、挖掘隐藏内容、论证生物议题等方式发展学生科学思维。

四川省成都市高新区中和中学610212摘要：生命科学史记录了科学发展过程中科学家不懈的探索与实践，是发展学生素养的良好载体，本文以酶本质的探索历程为例，试图通过整理探索脉络、分析实验过程、挖掘隐藏内容、论证生物议题等方式发展学生科学思维。

关键词：高中生物学科学思维酶的本质在课程改革背景下，新的课程标准指出生物学是自然科学中的一门基础学科，高中生物学科应该以核心素养为宗旨，其中“科学思维”是重要的核心素养之一。

而在生物教学过程中，教师可以利用科学史培养学生的科学思维，故本文选择酶本质的探索历程为例进行分析。

关于酶本质的探索过程是出现在高一学生学习酶一节中的“资料分析”部分。

教材中给出了19世纪至20世纪各国科学家对于酶本质进行的一系列探索。

若只是引导学生通过阅读材料，自行填写各科学家的观点，学生将缺乏深层思考，无法深入理解实验探索过程，也难以对实验结果灵活应用，科学思维并没有得到很好的发展，所以本人试图通过以下等途径引导学生对于阅读材料挖掘再利用，提升学生的科学素养。

一、整理探索脉络，发展分析与综合思维在酶本质的探索这一节内容中，主要有各国科学界历时两个世纪共同参与完成，单纯记忆某个科学家和对应的实验结论不仅无趣且易错。

可以设置表格，通过引导学生分析实验流程，在整理过程中整理出各个科学家的观点，完成探索脉络，便于学生理解。

学生通过完成表格可以整理出实验的前后逻辑关系。

首先是酿酒业发现问题：酒为什么会变酸？发酵过程究竟是怎样的？发酵过程是细胞完成的吗？这里面起作用的酶是什么物质？其他的酶都是蛋白质吗？这些问题就是在科学家一个个实验后在不同的时期提出的。

考点一 酶的本质、作用及特性
(3)温度和pH对酶促反应速率的影响
重点难点·透析
目录
考点一 酶的本质、作用及特性
(2)酶促反应产物浓度与反应时间的关系曲线
重点难点·透析
目录
考点一 酶的本质、作用及特性
重点难点·透析
2．教材中具有“专一性”或“特异性”的物质归纳
目录
考考点点一一细胞酶的的本多质样、性作和用统及一特性性
提示:温度增酶和加促pH而反影应响速加酶率快促反，不应但再速当增率底加的物原达因到。是一影定响浓了度酶后的，活受性酶;数底量物的浓限度制和，酶 浓度影响酶促反应速率的原因是影响了酶分子和底物分子的结合,酶的活 ②性乙并图没：有在改底变物。充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度
成 正比 。 目录
目录
考点二 探究酶的专一性、高效性及影响酶活性的因素
1．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验原理 2H2O2 （过氧化氢酶）→ 2H2O＋O2↑ (2)实验材料：
①新鲜的质量分数为20%肝脏研磨液； ②新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液； ③质量分数为3.5%的FeCl3溶液； ④各种用具如：量筒、试管、滴管、酒精灯、卫生香等等。
目录
考考点点一一细胞酶的的本多质样、性作和用统及一特性性
典例·精心深研
2.(2023·广东深圳调研)嚼馒头时会感觉有甜味，那是因为唾液淀粉酶将淀粉分
解成了麦芽糖。下列有关酶的说法，错误的是( A )
A.升高温度和加酶都能加快H2O2分解的速率，二者作用机理相同 B.高温、强酸、强碱都会导致唾液淀粉酶的空间结构改变而使其失活 C.唾液淀粉酶既可作为淀粉水解的催化剂，又可作为蛋白酶催化的反应底物 D.唾液淀粉酶能够与双缩脲试剂细胞死亡并 裂解后从才能发挥作用

毕希纳的实验
酵母菌细胞放在石英砂中用力研磨。
加水搅拌，再进行加压过滤,得到不 含酵母菌细胞的提取液。 在这些汁液中加入葡萄糖。
按照巴斯德和利比希的观点，分别可能会发生什么现象
？
糖液中冒出气泡，糖液居然变成了酒。
毕希纳的实验
糖液中冒出气泡，糖液居然变成了酒。
结论：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， 就像在活酵母细胞一样。
将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶。
萨姆纳的实验
脲酶
蛋白质尿素 → 氨Fra bibliotek 二氧化碳刀豆种子
（J.B. Sumner）
胃蛋白酶
过氧化氢酶
胰蛋白酶
溶菌酶
……
是不是所有的酶都是蛋白质呢？
（Justus von Liebig）
两种不同的观点
人物
巴斯德
李比希
身份
微生物学家
化学家
酿酒中的发酵是由酵母 引起发酵的是酵母菌细
菌细胞存在导致的
胞中的某些物质
争论的焦点
只有活细胞的参与，糖 这些物质只有在酵母菌
类才能变成酒精
细胞死亡并裂解后才能
发挥作用
怎样设计实验能找出确实的证据证明引
起发酵的到底是什么呢？
纯化学过程， 与生命活动无关
糖类 酒精+二氧化碳 糖类变成酒精和生命活动有关系吗?
1857年 巴斯德的研究
（Louis Pasteur）
发酵过程中酒精的产量与活 酵母菌的繁殖量成正比。
结论：酿酒中的发酵是由酵母菌细 胞存在导致的
没有活细胞的参与，糖类是不可能 变成酒精的。
李比希的观点
引起发酵的是酵母菌细胞中的某些 物质，但这些物质只有在酵母菌细 胞死亡并裂解后才能发挥作用。

此外，毕希纳进行了对比实验，在糖液中加入活酵母细胞，酿成了酒。
现象：冒出气泡
结果：酵母细胞提取液和活酵母细胞的作用一样。
接着提出以下问题：
（1）毕希纳把酵母细胞放在石英砂中用力研磨，是为了什么？
（2）为什么要加压过滤，为什么他要得到不含酵母细胞的提取液？
教师评价总结，对学生的回答进行补充说明。接着引导学生得出结论：引起发酵的是酵母细胞在生命活动过程中产生的某些物质。
教学目标：
力目标：
1.通过分析酶本质的探究历程，进行实验设计的技能训练；
2.通过分析酶本质的探究历程，进行归纳总结的思维训练。
三、情感态度价值观目标：
1.认同科学发展是在不断地探索和争论中进行的，养成自觉发现问题，讨论问题的习惯；
2.认同科学的发现需要质疑、创新、勇于实践、合作的科学态度。
学生四人为一组，思考并交流讨论。
甲小组代表表达讨论结果：实验材料采用活酵母细胞。将酵母细胞中的物质分离出来制成不含酵母细胞的提取液，加入葡萄糖溶液。还需要补充对比实验：将活酵母细胞直接加入葡萄糖溶液，观察两组实验结果是否一样。
学生思考并分析毕希纳的实验过程。
学生思考并回答问题：
（1）将活酵母细胞的细胞结构破坏，将里面的物质释放出来。
提问：酶到底是什么物质呢？科学家是怎么知道的呢？
学生回忆、倾听、思考。
以学生熟悉的知识点导入，引起注意，关注课堂。
二、
1.提出问题
2.作出假设
3.设计实验
4.实施实验
5.得出结论
回到课本，引出酶的探索和酿葡萄酒有关：在19世纪，由于酿出的葡萄酒经常变酸，受这一问题困扰，科学界非常重视对发酵过程的研究。当时已经知道酿酒就是让糖类变成酒精和二氧化碳，这个过程被称为发酵。

必修一模块介绍了细胞作为最小的生命系统的物 质组成、结构、功能及其发展变化。
本模块的第五章，主要介绍了细胞能量供应和利 用的一系列化学反应。本节课内容位于第五章第一节 第二课时，主要介绍了科学家关于酶本质的探究历程， 旨在让学生通过分析归纳材料，理解酶的本质，一方 面为理解细胞中生命活动的快速、高效进行奠定基础， 另一方面为其后与酶有关的内容——“光合作用”、 “呼吸作用”学习做好铺垫。
以谈话法，一问一答的形式，复习已有知识，进一步巩 固新知识，对学生进行归纳总结的思维训练，使学生真正 理解酶的本质，从而达到概述酶的本质的能力目标。
THANKS
同学小组合作，思考三个问题：（1）实验该如何取材？（2） 采用什么实验方法？（3）反应变量如何设置？
并对毕希纳提出的假说设计实验来验证假说的合理性。教师 进行评价总结，引导学生分析毕希纳的研究过程，同时分析每 一个步骤的意义。 过程：活酵母细胞→加水搅拌→加压过滤→不含酵母细胞的提 取液→加入葡萄糖 对比实验：在糖液中加入活酵母细胞，酿成了酒。 现象：冒出气泡 结论：酵母细胞提取液和活酵母细胞的作用一样。
3.思想性分析
本节课中酶本质的探索材料，讲述巴斯德、李 比希等科学家对酶本质的探索随着科学技术的进步， 不断改进，不断完善的过程，引导学生对资料进行 分析，从而培养学生创新、实事求是、敢于质疑、 大胆实践的科学态度，及自觉发现问题、讨论问题 的习惯。
02 教学目标
知识目标：
1.概述酶的本质。
能力目标：
教学过程
得出结论
教师总结：1926年萨姆纳用丙酮作溶剂的提取液中出 现了结晶，这种结晶溶于水后能够催化尿素分解成氨 和二氧化碳，因而说明该结晶为脲酶。然后他又用多 种方法证明了脲酶是蛋白质。

必修1P79【科学史】“关于酶本质的探索”教学设计
一、教学目标
1.认同科学家关于酶本质的探索历程，强化认识世界的物质观；
2.引导学生认识相关的研究方法与技术，提升科学思维与探究能力；
3.让学生体会科学研究的艰辛与科学家的探索精神，强化社会责任。

二、教学内容
三、“讨论问题”的参考答案
1.（题略）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菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用，是不正确的。

2.（题略）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.（题略）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.（题略）萨姆纳历时九年，用正确的科学方法坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来，成功属于不畏艰苦的人。

5.（题略）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。

关于酶本质的探索
14
德国化学家李比希：
引起发酵的是细胞中的某些化学物质，但这些 物质只有在酵母细胞裂解死亡后才能发挥作用
德国化学家毕希纳：
发酵需要酵母活细胞产生的物质即酿酶的参与， 这些物质在有无酵母细胞的情况下都能发挥作用
关于酶本质的探索
15
分析：对发酵的过程，巴斯德和李比希观点的
人物 积 极 性 局 限 性
关于酶本质的探索
4
新课导入
“酶的本质究竟是什么？”
关于酶本质的探索
5
讲授新课
发酵究竟是怎样的过程？ 酶的本质是什么？
关于酶本质的探索
6பைடு நூலகம்
讲授新课
发 酵
酒莫名其妙的变酸
究
竟
是 怎
法国微生物学家巴斯德
积极性
样
德国化学家李比希
局限性
的
过
程
？
德国化学家毕希纳
在科学事实面前，不要盲目相信权威，要敢于质疑，敢于探索
关于酶本质的探索
21
关于酶本质的探索
22
关于酶本质的探索
1
人教版 生物必修1 分子与细胞
第5章 细胞的能量
供应
第1节 降低化学反 应活化能的 酶
关于酶本质的探索
2
体验科学探究中的分析、解决问题的思维方法
认同“科学是在不断的探究和争论中前进”的观 点
受到科学家崇高的精神境界的熏陶
关于酶本质的探索
3
新课导入
具
讲授新课
体
设
计
课堂小结
课后作业
关于酶本质的探索
8
酒
巴斯德、李比希
莫
毕希纳的研究

“在科学上没有平坦的大道， 只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀 登的人，才有希望达到光辉的 顶点。”
—— 马克思
1982年至1983年美国科学家切赫和奥 特曼发现少数RNA 也具有催化作用，这一 研究成果的出现荣获了1984年诺贝尔生理奖。
结论：绝大多数酶是蛋白质，极少数酶是 RNA。
科学是知识、方法和不断发展的过程
酶(Enzyme)的概念:
酶是活细胞产生的一类具有
来源
生物催化作用的有机物。
功能
本质
绝大多数酶是蛋白质, 少数的酶是RNA.
对比 巴斯德 和 李比希 观点的比较
1822——1895（法国） 1803——1873（德国）
微生物学家
化学家
通过显微镜观察发现发 酵的过程中有酵母菌
结论：没有活细胞糖类 不可能变成酒精
通过对化学变化的研究认 为糖类变成酒精就是一个 化学反应 结论: 在这个变化过程中， 只有细胞死之后放出了某 些物质起了作用
毕希纳的研究过程——实证
过程： 酵母细胞研磨 加水搅拌 加压过滤 不含活细胞的提取液 加入葡萄糖
现象：冒出气泡 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。
为什么毕希纳没能 确定酶的化学本质？
萨姆纳找到了酶——实验材料
所有的酶都是蛋白质吗？

5.1897年，德国化学家Buchner兄弟把酵母细胞放在石英砂中用力研磨，加水搅拌，在进行加压过滤，得到不含酵母的提取液，在这些汁液中加入葡萄糖，一段时间后就冒出气泡（是什么气体？），糖液居然变成了酒（巴斯德和李比希谁的观点正确？“某些物质”是什么物质？），为此Bucher获得了1911年诺贝尔化学奖；
9.20世纪80年代，美国科学家切赫（T.R.Cech,1947—）和奥特曼（S.Altman,1939—）发现少数RNA也具有生物催化作用。Fra bibliotek一、二、
1.1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼（L.Spallanzani,1729—1799）设计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失了。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。
2.1810年，Jaseph Gaylussac发现酵母可将糖转化为酒精；
6.后来科学家就把它命名为“酶”，英文名称是Enzyme，意思是“在酵母中”，但是酶到底是什么？还是个谜。
7.1926年，美国科学家萨姆钠（J.B.Sumner,1887—1955）从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。
8.20世纪30年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。
3.1836年，德国科学家施旺（T.Schwann,1810—1882）从胃液中提取出了消化蛋白质的物质。解开胃的消化之谜。
4.1857年，法国微生物学家Pasteur通过显微镜观察，提出酒精发酵是由于酵母细胞活动的结果，即离不开酵母活细胞；Liebig反对这种观点，认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质；

练习
1.下面关于酶的表述，全面而准确的是（D） A.酶不能脱离生物体起作用； B.酶是蛋白质； C.酶与无机催化剂没有本质区别； D.酶是活细胞产生的有催化作用的有机物；
2.下列关于酶的叙述，正确的是（B） A 酶只有在生物体内才能起催化作用，其催
化本质是提高反应的活化能
B 所有的酶都含有C、H、O、N四种元素 C 人体内的酶在进行催化的过程中，酶本身
发酵是纯化学反应，与生命活动无关
发酵与 活细胞 有关
巴斯德
脲酶是 蛋白质
VS
毕希纳 萨姆纳
李比希
发酵与死细胞 中的物质有关
死细胞中的物 质和活细胞都
能引起发酵
少数酶是 RNA
其他科学家
胃蛋白酶等许多 酶也是蛋白质
切赫和奥特曼
酶的定义
来源
功能
酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用 的有机物。
化学本质 绝大多数酶是蛋白质，少数的酶是RNA.
知识点——关于酶本 质的探索
斯帕兰札尼的实验
讨论：1、这个实验要解决什么问题？ 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了
（一）酶的本质
不变，所以酶不会发生自我更新
D 酶都是在核糖体上合成的

【高中生物】高中生物知识点：酶的本质与特性酶的作用和本质：1．酶的作用：降低活化能。

(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)作用机理：酶能降低化学反应所需的活化能，使一个原本在较温和条件下不能进行的反应可以高效快速地进行。

2．酶的本质及实验验证(1)酶本质的探索时间发现者实验过程及现象实验结论1773年意大利科学家斯帕兰札尼将装有肉块的小金属笼子让鹰吞下，一段时间后取出，发现笼内的肉块不见了说明胃具有化学性消化的作用1836年德国科学家施旺从胃液中提取出了消化蛋白质的物质这就是胃蛋白酶1926年美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并进行了证明脲酶是蛋白质的化学实验证明脲酶是一种蛋白质20世纪30年代许多科学家提取多种酶的蛋白质结晶酶是一类具有生物催化作用的蛋白质20世纪 80年代美国科学家切赫和奥特曼少数RNA也具有生物催化功能少数的酶是RNA(2)酶的本质化学本质绝大多数是蛋白质少数是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成场所核糖体细胞核（真核生物）（主要）来源一般来说，活细胞都能产生酶(3)酶化学本质的实验验证①证明某种酶是蛋白质实验组：待测酶液+双缩脲试剂一?是否出现紫色反应。

对照组：标准蛋白质溶液+双缩脲试剂??出现紫色反应。

②证明某种酶是RNA实验组：待测酶液+吡罗红染液??是否呈现红色。

对照组：标准RNA溶液+吡罗红染液??出现红色。

酶的特性及应用：1、酶的特性(1)高效性：酶的催化效率是无机催化剂的107~ 103倍，这说明酶具有高效性的特点。

(2)专一性：每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应，这说明酶的催化作用具有专一性的特点，酶的专一性的解释常用“锁和钥匙学说”。

(3)温和性：绝高温都能使蛋白质其他化学键的断裂永久失活。

但低温酶活性可以恢复。

2、酶的特性在生产生活中的应用（1）人在发烧时，不想吃东西，其原因是温度过高导致消化酶的活性降低。

· V / mmol s-1
· V / mmol s-1
0
最适温度
t / OC
酶的活性受温度影响示意图
0 6 最适 pH 10 pH
酶的活性受pH影响示意图
结论：
在最适宜的温度和最适宜的pH下，酶的活 性最高。温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会 明显降低。过酸、过碱和高温，都能使酶的分 子结构遭到破坏而失去活性，且不可逆。
酶的作用条件温和
温度过高、过低；pH过酸、过碱 都会影响酶的活性
原因：绝大多数酶是蛋白质，蛋白质受温度、PH 值的影响
温度对酶活性的影响
1 在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性逐
渐增强；
2 达到最适温度时，酶
酶 υ/mmol. s-1 活 性
的活性最高；
一般地，动物体内的
3 超过最酶最适适温温度度在时3，5－随40℃着
1 酶具有高效性 2 酶具有专一性 3 酶的作用条件较温和
指单位时间内反应物的消耗量或生成
物的生成量
(mmol/s)
除温度，PH值影响酶的活性，影响酶促反 应速率外，底物浓度，酶浓度也可以影响
酶数量的限制（酶 达到饱和）
前提：底物充足 的情况下
课堂小结
细胞代 细胞内每时每刻进行着许多化学
谢的概 反应，统称为细胞代谢。
少量肝脏 研磨液
3
4
3
4
酶的催化效率是无机催化剂的107－1013 倍
酶只缩短到达化学 平衡的时间，但不 改变化学反应的平 衡点
生成物产量只与反应物的量有关
下图是人体某个化学反应的示意图。
（1）图中的哪个英文字母代表酶？
A
酶既能催化蛋白质的水解，也能催化 脂肪、淀粉水解。

教材中“关于酶本质的探索”的几点探讨作者：何晓莹李楚华来源：《中学生物学》2020年第06期摘要人教版高中生物必修1的教材在“关于酶本质的探索”这部分科学史中的相关描述较为简略，易使师生产生疑问和误解。

通过查阅相关文献，尝试对巴斯德、毕希纳实验的背景和具体过程等问题进行探讨和分析，为该部分科学史的教学设计提供一些参考和依据。

关键词巴斯德毕希纳无细胞酵解实验中图分类号Q-49文献标志码 E在人教版高中生物《必修1.分子与细胞》的第五章第一节“降低化学反应活化能的酶”中插入了“关于酶本质的探索”的科学史内容，但是关于巴斯德、李比希、毕希纳的相关描述比较简略，容易引发师生的疑问和误解。

例如，巴斯德实验的反应物是葡萄糖，这是真的吗？当巴斯德和李比希的观点相悖时，伟大的科学家巴斯德竟想不出做活酵母和死亡酵母提取物的对比实验吗？如果巴斯德尝试了，为什么不成功？毕希纳所做的实验看起来比较简单，在30年间，竟没有一个人尝试这种方法吗？毕希纳的实验过程真的是这样的吗？通过查阅国内外的相关文献，发现，有关毕希纳的无细胞酵解实验在国内的文章中极少，国外则比较多。

在此基础上，尝试对上述的问题做出较科学的回答，呈现较清晰的有关酶的发现的科学史，以便为该部分的教学设计提供一定的参考。

1 背景酶在古代就已经比较广泛地应用于生产和生活实践，比如我国人民夏禹时代就会酿酒，周朝就会制饴、制酱，春秋战国时期就会用曲来治疗消化不良的疾病等。

但在很长一段时间内，人们并不清楚发酵的具体过程是怎样的。

直至18世纪末，人们才认识到，在发酵过程中糖类分解成了酒精和二氧化碳。

1810年，盖·吕萨克（CayLussac）表明发酵后酒精和二氧化碳的重量之和几乎等于糖的重量。

当时人们认为，发酵中产生的酵母不过是其中的一种副产品。

在1837年，拉图尔（Cagniard Latour）、库茨因格（Friedrich Kutzing）和施旺（Theodor Schwann）先后用显微镜（放大倍数约为500倍）观察酵母，他们得出了一致的结论：酵母是活的有机体。

对比实验
反应变量如何设置？
不含酵母细胞的提取液和 活酵母细胞的提取液
毕希纳
酵母活细胞研磨 加水搅拌
加压过滤
不含酵母细胞的提取液 加入葡萄糖 酒
+葡萄糖
毕希纳实验示意图
毕希纳
+
糖液 + 活酵母细胞
酒
对比实验示意图
毕希纳
结论： 酵母细胞提取液和活酵母
细胞的作用一样。
毕希纳
酵母活细胞研磨 加水搅拌 加压过滤
巴斯德 （L.Pasteur) 法国微生物学家
巴斯德
1854年开始研究酒精工业
巴斯德
将发酵中的液体带回实验室， 进行实验、观察
巴斯德
通过显微镜观察到酵母细胞
巴斯德
发酵过程
和 酵母菌的生长 和增殖有关。
巴斯德
提出酿酒中 的发酵是由于 酵母菌细胞的 存在，与酵母 菌的生命活动
密切相关。
李比希
为什么把酵母细 胞放在石英砂中 用力研磨？
为什么要加 压过滤？
不含酵母细胞的提取液
加入葡萄糖
酒
为什么要得到不含 酵母细胞的提取液？
小组讨论
1.毕希纳把酵母细胞放在石英砂中用力研磨， 是为了什么？
答：将活酵母细胞的细胞结构破坏，将里面 的 物质释放出来。
2.为什么要加压过滤？为什么要得到不含酵母 细胞的提取液？
李比希 （J.V.Liebig) 有机化学之父
李比希
引起发酵的是酵母细胞中的某些物质， 但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解
后才能发挥作用
比较
巴斯德 主要观点 与酵母菌活细胞生
命活动有关
各有所长
发酵与细胞生命 活动有关
未具体说明是酵母 各有所短 菌的哪种物质导致

葡萄酒 酿酒： 糖类 发酵 酒精 + 二氧化碳
发酵：纯化学反应，与生命活动无关
关于酶本质的探索
资料3：1857年，法国 微生物学家巴斯德通过 显微镜观察，提出酿酒 中的发酵是由于酵母细 胞的存在，没有活细胞 的参与，糖类是不可能 变成酒精的。
著名的鹅颈瓶
李比希
巴斯德
关于酶本质的探索
巴斯德
利科学家斯帕兰札尼
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
以前，人们认为鸟类的胃只 内的肉块消失了。
能磨碎食物，不能分解食物
中的有机物。也就是说鸟类
的胃只有物理性消化，没有
化学性消化。
关于酶本质的探索
资料2：在19世纪， 酿酒业在欧洲经济中 占有重要的地位。但 是，酿出的葡萄酒经 常莫名其妙地变酸。 受这一问题困扰，科 学界非常重视对发酵 过程的研究。
细胞裂解死亡后才能发
挥作用
酶（Enzyme）的名称的提出
1877年
德国人库恩提出酶（Enzyme） 这个名词，取自希腊语“来源 于酵母”之意。
库恩（1837–1900）
4.无细胞发酵的发现
1897年
德国的毕希纳发现无细胞的 酵母汁就可以完成发酵。
毕希纳 （1860-1917）
发酵确实可以在无细胞的条件下进行 发酵所需要的物质是活细胞产生的
李比希
为什么他们会有不同 的结论呢？
资料4：德国化学家 李比希却坚持认为引 起发酵的是酵母细胞 中的某些物质，但这 些物质只有在酵母细 胞死亡并裂解才能发 挥作用。
矛盾和争执的出现对 科学发展的影响？

酶本质探究历程人类对酶的化学本质的认识历经了三次飞跃; 第一次飞跃：1926年美国科学家从刀豆种子中提取了的结晶,并且通过化学实验证实了脲酶是一种蛋白质;因此荣获了1964年的诺贝尔化学奖;在此后的几十年中,人们所发现的几千种酶都是蛋白质,所以20世纪30年代,科学家对酶定义为：酶是一类具有生物催化作用的蛋白质;有的酶为,其分子组成全为蛋白质,不含非蛋白质物质,如大多数水解酶类；有的酶为缀合蛋白质结合蛋白质,其分子中除蛋白质外,还有非蛋白质物质,如;结合蛋白酶的蛋白质部分成为酶蛋白,非蛋白质部分成为辅酶或辅基,酶蛋白和辅基组成的完整分子成全酶;只有全酶方起催化作用,分开后的酶蛋白或辅酶皆无催化作用;有些辅酶和酶蛋白结合紧密,不易分开；有的辅酶和酶蛋白结合疏松,前者一般称为辅基,后者一般称为辅酶;辅酶是指直接参与催化反应中的有机物;按照近代意义,游离金属离子,如Mg2+﹑Mn2+等,不能称为辅酶,只能称为辅助因子,因为金属离子只是间接参与催化,有的仅仅是维持酶分子的——SH基的还原状态；有的只是帮助形成活性必需的立体构想;辅酶相同而酶蛋白不同的几种酶能催化同一种化学反应,但各作用于不同的底物;例如乳酸脱氢酶与有同样的辅酶NAD,但酶蛋白不同,它们虽然同样作用,但前者只能催化乳酸脱氢,而后者只能催化苹果酸脱氢;第二次飞跃：20世纪80年代以来的科学研究表明,一些RNA也具有酶的催化作用;例如一种叫做RNasep的酶,这种酶是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的,科学家将这种酶的蛋白质完全出去以后,并且提高了Mg2+的浓度,他们发现留下来的RNA 仍然具有与该种酶的催化活性;又如1982年,美国科罗拉大学等人发现了的26SrRNA前体在鸟苷存在,但完全无蛋白质的情况下能进行自我拼接,因此首次提出了RNA具有酶活性的概念;1983年和Pace的实验分别证实了的发现,1986年又发现了L19RNA也有经典的酶促作用的特征,并且L19RNA在催化过程中既有活性,又有活性,于是他得出L19RNA也是一种酶的结论;和为此荣获1989年的诺贝尔化学奖;这以后发现的RNA催化剂愈来愈多,它们在tRNA﹑rRNA和mRNA的成熟以及其他一些重要生化反应中表现出催化活性;因此科学家又一次对酶定义为：酶是活细胞产生的具有生物催化功能的有机物,其中大部分是蛋白质,少数是RNA;第三次飞跃：1994年等人的研究证实了具有酶活性的DNA的存在;最小的DNA催化剂是由47个核苷酸组成的单链DNA——E47,用于连接两段底物DNA：S1和S2,结果出现预期的连接产物;产物的形成还需要S1的3′——磷酸基团被活化;由E47催化S1和S2的连接反应比无模板的情况至少快1015倍,这样使人们认识到除了蛋白质和RNA具有酶的功能外,某些DNA也具有酶的功能;实现了人类对酶的化学本质认识的第三次飞跃;所以科学家再次对酶定义为：酶是活细胞产生的具有生物催化功能的有机物,其中大部分是蛋白质,少数是RNA或DNA;。