5.1 降低化学反应活化能的酶-2024-2025学年高一生物爱上课堂优质课件（人教版2019必修1）

第5章 细胞的能量供应和应用 第1节 降低化学反应活化能的酶 1 问题探讨 思考： 将肉块放入小巧的金属笼内，让鹰把小笼子吞下去。一段时间后，取出小笼子，发现笼内的肉块消失了。 斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用 3.怎样才能证明你的推测？ 1.为什么要将肉块儿放在金属笼内？ 2.是什么物质使肉块消失了？ 便于取出实验材料（肉块），排除物理性消化，确定其是否发生了化学性消化。 胃内的化学物质将肉块分解了。 收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否发挥作用。 后来，科学家发现胃液中含有大量盐酸，于是推测盐酸是使食物分解的物质。 1835年，德国科学家施旺，通过实验发现，胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢离不开酶。那么，酶有什么作用呢？ 一、酶的作用和本质 探究·实践 实验原理 实验材料 新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液 新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液 质量分数为3.5%的FeCl3溶液。 （一） 酶在细胞代谢中的作用 比较过氧化氢在不同条件下的分解 新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。质量分数为3.5%FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+，大约是过氧化氢酶分子数的25万倍。 细胞在代谢中会产生代谢废物，甚至是有害的物质，如H2O2 。幸而细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢及时分解为氧气和水，解除对细胞的毒害。 2ml H2O2溶液 1号 2滴FeCl3溶液 2滴肝脏研磨液 2号 2ml H2O2溶液 90℃水浴 3号 2ml H2O2溶液 3号 4号 4号 探究·实践 实验过程及结果 常温 讨 论： 1. 与1号试管相比 ，2号试管产生的气泡多 。说明了什么 ？ 2. 在细胞内 ，能通过加热来提高反应速率吗 ？ 4. 3号试管和4号试管相比 ，4号试管中的反应速率快 , 说明了什么 ？ 3. 3号和4号试管未经加热 ，也有大量气泡产生 ，说明了什么 ？ 4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比铁离子的催化效率高得多。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。 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。 不能。 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。 探究·实践 实验注意事项 1、肝脏需要新鲜的，肝脏需制成研磨液，使酶释放出来。 2、不能共用一个滴管吸取 液和 溶液。 3、H2O2溶液氧化性强，有腐蚀性，使用时不要使其接触到皮肤。 最好 （ 因为H2O2常温下易 ）。 4、检验试管内产生的气体性质时，应用点燃的卫生香（无火焰）将气泡搅动一下，但注意不要将卫生香插入试管底部。 肝脏研磨 氯化铁 现配现用 分解 科学方法 控制变量和设计对照实验 变量： 概念: 实验过程中的变化因素称为变量。 类型: 1. 人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量。 2. 因自变量改变而变化的变量叫作因变量。 3. 除自变量外,实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量。 对照实验： 概念: 除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。 类型: 对照实验一般要设置对照组和实验组,未作任何处理的对照组叫作空白对照。 探究·实践 比较过氧化氢在不同条件下的分解——变量分析 对照组 实验组 试管编号 1 2 3 4 加入物质 处理 不处理 加2滴 溶液 加2滴 液 现象 基本无气泡产生 有_______气泡产生 有_______气泡产生，并使卫生香燃烧 有_______气泡产生，并使卫生香猛烈燃烧 2 mL 3% H2O2溶液 90℃水浴加热 FeCl3 肝脏研磨 变量 无关变量 自变量 因变量 少量 较多 大量 （二）酶的作用机理 1. 加热为什么能促进过氧化氢的分解呢？ 加热使H2O2分子获得能量（提供活化能）， 从常态转变为容易分解的活跃状态。 2. Fe3+和过氧化氢酶为什么能促进过氧化氢分解呢？ 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. Fe3+和过氧化氢酶为什么能促进过氧化氢分解呢？ 催化剂降低了非活化分子转变为活化分子的门槛 催化剂的催化原理： 降低化学反应的活化能 酶作用的机理： 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。 （二）酶的作用机理 易错提醒 1. 酶只能降低化学反应的活化能，只起催化作用，不能为化学反应提供活化能。 2. 加热、加压、点燃等剧烈条件为化学反应反应物提供能量（活化能）。 3. 因为酶的催化作用，使细胞代谢中的化学反应能在温和的条件下快速的进行。 活化能 b a c d 反应过程 能量 初态 （反应物） 终态 （产物） 活跃状态 ① ② ③ ac______________________________________。 ② ① 酶降低的活化能 无催化剂条件下，反应所 需要的活化能 无催化剂 无机催化剂 ③ 酶 ae 。 无机催化剂催化时，反应所需的活化能 bc 。 思维提升 e 思考·讨论 阅读课本79-80页“资料分析” 找出每一位科学家的研究背景、过程、结论及贡献 完成课后练习“T2图解” 酶到底是什么物质呢？ 19世纪 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 李比希 引起发酵的是细胞中的某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用 萨姆纳 脲酶是蛋白质 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。 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 切赫、奥尔特曼 少数RNA也具有生物催化功能 思考·讨论 酶的本质 酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。 由细胞产生，在细胞内和细胞外都能发挥催化作用 酶 Enzyme 化学本质 绝大多数是蛋白质 合成原料 合成场所 来源 生理功能 作用部位 作用原理 少数是RNA 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 催化作用 降低化学反应的活化能 主要在细胞核（真核） 活细胞一般都能合成 （三）酶的本质 细胞内、细胞外都可以 ★酶与无机催化剂的共性 特别提醒 1、酶与无机催化剂的催化机理相同，都是降低化学反应的活化能。 2、酶和无机催化剂在反应前后数量和性质不发生改变，一段时间内可以重复利用。 3、酶与无机催化剂都不改变反应的平衡点，只是缩短了到达平衡点的时间。如下图所示。 无机催化剂 生物酶 VS 二、酶的特性 1、高效性 ①内容：与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 （实验数据表明，酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍） ②意义：保证了细胞内化学反应的快速进行。 ③原因：与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。 ④曲线表示： 无机催化剂催化范围比较广。酸能催化蛋白质、脂肪、淀粉水解。 酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗? 无机催化剂 生物酶 VS 二、酶的特性 实验原理 探究·实践 探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性） 淀粉酶 蔗糖（非还原性） 葡萄糖（还原性）+果糖（还原性） 蔗糖酶 实验思路 1. 不同种底物 + 同种酶 2. 同种底物 + 不同种酶 观察是否有反应进行 探究·实践 探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 广东省四会市四会中学　方仲扬   试管1 试管2 实 验步 骤 1 2ml可溶性 溶液  / 2  / 2ml 溶液 3 2ml新鲜 溶液   4 振荡 → 60℃水浴 → 保温5 min → 2ml 试剂→沸水浴1min 实验现象 砖红色沉淀 无 沉淀 结论 淀粉酶能使 水解，不能使 水解。酶具有 性。 淀粉酶 斐林 蔗糖 砖红色 淀粉 淀粉 蔗糖 专一 实验自变量：____________ 因变量：________________无关变量： 。 底物种类 底物是否水解 溶液浓度等 实验步骤 能否用碘液对实验结果进行检测？ 不能，因为碘液无法检测蔗糖是否发生水解。 2、专一性 ①内容：每一种酶只能催化一种或一类化学反应 （目前发现的酶有8000多种,它们分别催化不同的化学反应） ②意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行 ③曲线表示： 或空白对照 a.在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时的变化是明显加快，说明酶A能催化该反应。 b.在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不能催化该反应。 二、酶的特性 ③原因： 锁钥学说 酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。 二、酶的特性 许多无机催化剂能在高温、高压、强酸和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? 无机催化剂 生物酶 VS 提示：酶的本质绝大多数是蛋白质，高温、高压、强酸或强碱会使其变性失活。 二、酶的特性 探究·实践 酶的活性：酶催化化学反应的能力，一般用化学反应的速率表示。 背景信息 在初中做消化酶实验时，需要控制温度等条件。 不同的消化液的pH不一样。 作出假设 1. 在不同的温度下，同一种酶活性是否会受到影响？ 2. 在不同的pH下，同一种酶活性是否会改变？ 影响酶活性的条件 材料选择 影响酶活性的条件 探究·实践 质量分数为2%的淀粉酶溶液、质量分数为20%的肝脏研磨液（过氧化氢酶）、 质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、体积分数为3%的过氧化氢溶液、 物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸、物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液、缓冲液、热水、蒸馏水、冰块、 碘液、斐林试剂 应该选择哪一种酶作实验材料 分别探究温度、pH对酶活性的影响呢 ？为什么 ? 提示：温度会影响H2O2的分解，而酸性条件下淀粉会被分解，最终影响实验结果。 1. 本实验的自变量和因变量是什么？ 2. 本实验将设置几个组别？ 3. 如何控制自变量？ 4. 因变量将如何检测？ 5. 本实验中存在哪些无关变量？怎么控制？ 设计实验 探究·实践 影响酶活性的条件 探究温度对淀粉酶活性的影响实验 步骤 试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6 第一步 2 mL淀粉溶液 ＋   ＋   ＋   1 mL淀粉酶溶液   ＋   ＋   ＋ 第二步 分别保温5min 冰浴，0℃ 水浴，60℃ 沸水浴 第三步   将试管 中的溶液倒入试管 中混合 将试管 中的溶液倒入试管 中混合 将试管 中的溶液倒入试管 中混合 第四步 分别保温2min 冰浴 水浴，60℃ 沸水浴 用自来水冲凉 第五步   加入2滴 ，观察 变化 2 1 4 3 6 5 碘液 颜色 探究·实践 实验过程 实验结论 温度会影响酶的活性，温度过低或过高酶活性都较低。 探究·实践 小结 类比 影响酶活性的条件 探究pH对H2O2酶活性的影响实验 步骤 试管1 试管2 试管3 第一步 加入2滴 液 第二步 1mLpH=7的 液 mL盐酸溶液 1mL 溶液 第三步 加入2mL 溶液 第四步 观察 速率，或插入卫生香、观察 时间 实验 现象 气泡生成速率快 气泡生成速率慢 气泡生成速率慢 肝脏研磨 缓冲 NaOH 1 H2O2 气泡生成 复燃所需 探究·实践 实验过程 实验结论 pH会影响酶的活性，pH过低或过高酶活性都较低。 3、酶的作用条件较温和 ①内容：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的 ②曲线表示：（通过系列梯度实验进行测定，绘制出温度和pH曲线图） 最适pH υ/mmol. s-1 酶活性受pH影响示意图 t/℃ υ/mmol. s-1 最适温度 酶活性受温度影响示意图 二、酶的特性 最适pH υ/mmol. s-1 酶活性受pH影响示意图 t/℃ υ/mmol. s-1 最适温度 酶活性受温度影响示意图 高温、强酸、强碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 在最适宜的温度和pH条件下，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。 低温使酶活性受抑制，温度恢复，酶活性可以恢复；（适于酶的储存） 阅读P84 “相关性息” 二、酶的特性 3、酶的作用条件较温和 小结 与无机催化剂相比较，酶所具有的特性，使得细胞中的各类化学反应能在温和的环境中高效、有序的进行。当然，这些还与酶在细胞中的分布有关。 无机催化剂 生物酶 VS 补充·拓展 酶促反应 1. 酶促反应： 由酶催化的化学反应，生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应。 2. 酶促反应速率： 单位时间内反应物或生成物浓度的改变量。 3.影响酶促反应速率的因素： pH 温度 抑制剂 激活剂 活性 浓度 底物浓度 酶 酶促反应速率 补充·拓展 酶促反应 课堂小结 $$