5.1 降低化学反应活化能的酶-【爱上生物课】2024-2025学年高一生物上学期优质课件（人教版2019必修1）

1 第1节 降低化学反应活化能的酶 1 第四章 细胞的能量供应与利用 1773年，意大利科学家斯帕兰扎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，发现笼内的肉块消失了。 问题探讨 是什么物质使肉块消失了？ 怎样才能证明你的推测？ 为什么要将肉放在金属笼内？ 便于取出肉块，排除物理消化对肉块的影响， 确定其是否发生了化学消化。 是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也能将肉块分解。 1835年德国科学家施旺发现胃腺分泌物中有胃蛋白酶 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 细胞代谢的主要场所 ，控制中心 。 细胞质基质 细胞核 细胞代谢 CO2+H2O 有机物 +O2 光能 叶绿体: 氨基酸 多肽(蛋白质） 核糖体： 线粒体: 有机物 +O2 CO2+H2O+能量 酶 酶 酶 2H2O2 2H2O + O2↑ 资料一：细胞代谢是细胞生命活动的基础，但代谢也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢，体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄，毛发（包括头发）变白 ，会加速人体衰老。 01 酶在细胞代谢中的作用 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 2 H2O2 2H2O + O2↑ Fe3+ 过氧化氢酶 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 比较过氧化氢在不同条件下的分解（实验） 1.实验原理 2.实验目的： 通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用和意义。 新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液（含较多的H2O2酶） 质量分数为3.5%的FeCI3溶液 新配制的体积分数为3 %的H2O2溶液 量筒、试管、滴管、试管架、试管夹、大烧杯、三脚架、 石棉网、温度计、卫生香、火柴 3.材料用具 比较过氧化氢在不同条件下的分解（实验） 2滴FeCl3溶液 2滴肝脏研磨液（H2O2酶） 如何判断过氧化氢被分解的快慢？ 观察单位时间内产生气泡的多少 观察带火星的卫生香的复燃情况 比较过氧化氢在不同条件下的分解（实验） 试管编号 步骤 1 2 3 4 一 二 三 观察 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 几乎无 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 反应条件 H2O2浓度 H2O2剂量 气泡产生 带火星的卫生香 比较过氧化氢在不同条件下的分解（实验） 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 2）3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？ 1）与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明了什么？ 加热能促进H2O2的分解,提高反应速率； FeCl3中的Fe3+ 和新鲜肝脏中的H2O2酶都能加快H2O2分解的速率。 思考与讨论 比较过氧化氢在不同条件下的分解（实验） 2滴FeCl3溶液 2滴肝脏研磨液（H2O2酶） 10 3）3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快,这说明什么？ H2O2酶比Fe3+ 的催化效率高得多。 4）2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多,为什么？ 一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同。 思考与讨论 比较过氧化氢在不同条件下的分解（实验） 2滴肝脏研磨液（H2O2酶） 2滴FeCl3溶液 11 试管编号 步骤 1 2 3 4 一 二 三 观察 实验结论 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 几乎无 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 H2O2在不同条件下的分解速率不一样 H2O2在H2O2酶的作用下分解速率最快 反应条件 H2O2浓度 H2O2剂量 气泡产生 带火星的卫生香 比较过氧化氢在不同条件下的分解（实验） 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 科学方法 控制变量和设计对照实验 变量： 自变量： 因变量： 除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验造成影响，这些变量称为无关变量。 实验过程中可以变化的因素 其中人为改变的变量 随着自变量的变化而变化的量 无关变量： 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 剂量 二 剂量 结果 气泡产生 卫生香燃烧 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 新鲜肝脏研磨液 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 反应条件 步骤 变量 自变量 因变量 无关变量 无关变量 相同 适宜 分析本实验的变量 科学方法 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 剂量 二 剂量 结果 气泡产生 卫生香燃烧 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 新鲜肝脏研磨液 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 反应条件 步骤 变量 自变量 因变量 无关变量 无关变量 相同 适宜 ①对照实验：除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验。 对照实验 对照组 实验组 对照性原则 等量性原则 单一变量原则 等量性原则 科学方法 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 ②对照实验设计的一般步骤 对照实验的目的是排除无关变量的干扰，从而确定自变量与因变量的关系。 自变量 因变量 无关变量 (相同适宜) (控制) (检测) 一般步骤： 第一步：取材、分组编号，统一处理； 第二步：分组施加自变量 第三步：一段时间后，检测因变量 科学方法 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 空白对照 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与空白。 1号试管即为空白对照 ③对照实验类型 科学方法 2滴FeCl3溶液 2滴肝脏研磨液（H2O2酶） 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 自身对照 对照组和实验组都在同一研究对象上进行。不另设对照组。(不同处理的前后对照) 紫色洋葱鳞片叶外表皮 滴加3%的蔗糖溶液，低倍镜观察 滴加清水后，低倍镜观察 → → 制成装片， 低倍镜观察。 → ③对照实验类型 科学方法 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 相互对照 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。 ③对照实验类型 科学方法 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 酶的作用 作用原理一样吗？ 分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量称为活化能。 H2O2 (常态) 能量 活化能 H2O2(活跃状态) 01 酶在细胞代谢中的作用 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 酶的作用机理：酶能降低化学反应的活化能。 活化能 正是因为酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。 与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 酶的作用机理：酶能降低化学反应的活化能。 没有催化剂 无机催化剂 加酶 反应过程 能量 酶降低了反应的活化能 酶的作用机理：酶能降低化学反应的活化能。 分析：各条件使反应加快的本质： 加热 为反应物分子提供能量(活化能），使其达到活跃状态 Fe3+ 降低化学反应的活化能 酶 更显著地降低化学反应的活化能（作用机理） 活跃状态 终态 酶能增加产物的生成量吗？ 未加催化剂 无机催化剂 酶催化 时间 产物量 加酶不能增加产物量， 但可以加快反应速率 酶是什么物质？酶有什么作用？ 酶在哪里产生？ 酶为什么能催化化学反应？酶的催化效率为何比无机催化剂高？ 1、关于酶本质的探索 19世纪以前，人们还不知道酶为何物。 19世纪以后，随着酿酒中发酵过程的深入研究， 科学家才揭开酶的“面纱”。 酶的本质 02 巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某种物质其作用 引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用 酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起到催化作用，就像在活酵母细胞中一样。 巴斯德 李比希 毕希纳 发现了起催化作用的物质 —— 酿酶 VS 酶的本质 02 从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质 发现少数RNA具有催化功能。 萨姆纳之后 科学家们获得胃蛋白酶，胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶的化学本质是蛋白质。 切赫、奥尔特曼 发现了绝大多数酶是蛋白质，少数RNA。 酶的本质 02 定义 本质 注 绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。 酶的化学本质 酶的来源 酶的功能 一般说来，活细胞都能产生酶 酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 酶只起催化作用，无调节功能 酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物， 酶的本质 02 1.高效性 酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍 保证了细胞内化学反应的快速进行。 与无机催化剂相比， 酶能显著降低化学反应的活化能。 ①内容 ②原因 ③意义 酶的特性 03 2.专一性 一种酶只能催化一种或一类反应。 保证了细胞内代谢有条不紊的进行。 ①内容 ②意义 还与酶在细胞中的分布有关 酶的特性 03 原理: 淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性） 淀粉酶 蔗糖（非还原性） 淀粉酶 蔗糖（非还原性） 探究：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 2ml 淀粉 2ml 淀粉酶 1号 2号 2ml 蔗糖 方案一：酶相同，底物不同 用碘液or斐林试剂 来检测实验结果？ 原理: 淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性） 淀粉酶 淀粉（非还原性） 蔗糖酶 淀粉（非还原性） 探究：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 2ml 淀粉 2ml 淀粉酶 1号 2号 2ml 淀粉 用碘液or斐林试剂 来检测实验结果？ 方案二：底物相同，酶不同 2ml 蔗糖酶 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？ 探究：影响酶活性的条件 酶活性: 酶催化特定化学反应的能力。 可用在一定条件下催化某一化学反应的速率表示。 思路: 设置条件对照 1 底物 + 条件1 + 酶 2 底物 + 条件2 + 酶 3 底物 + 条件3 + 酶 ………… 一段时间后 检测 底物的减少量 或 产物的生成量 温度 2%淀粉酶溶液 实验材料： PH 20%的肝脏研磨液 （过氧化氢酶） 3%可溶性淀粉溶液 3%过氧化氢溶液 酸性条件促进淀粉水解。 加热也会使过氧化氢分解。 探究：影响酶活性的条件 1 2 100℃ 3 4 60℃ 5 6 0℃ 2ml淀粉 2ml淀粉 2ml淀粉 1ml淀粉酶 1ml淀粉酶 1ml淀粉酶 温度处 理5min 将同一温度内的两物质混合 滴加碘液 不变蓝 变蓝 变蓝 结论：酶的催化作用需要在适宜的温度下进行 探究一: 温度对酶活性的影响 温度过低，酶活性下降，但没失活。温度过高会导致酶失活 1、温度对酶活性的影响 酶的名称 最适温度 动物体内酶 35~40℃ 植物体内酶 40~50℃ 人体内酶 37℃ Taq酶 90℃以上 酶制剂适宜在低温下保存。 04 酶的作用条件较温和 2号 3号 1号 2滴肝脏研磨液（ H2O2 酶） 1mL PH=7的缓冲液 1ml NaOH溶液 1ml HCl溶液 2ml H2O2溶液 观察气泡产生的速率，或插入卫生香，观察复燃所需时间 为什么不用淀粉酶和淀粉来探究pH对酶活性的影响？ 因为酸性条件促进淀粉水解。 探究二: PH对酶活性的影响 在最适pH下，酶的活性最高 过酸过碱，会使酶的空间结构遭到破坏而失活。 不同酶的最适pH不同 pH 2、PH对酶活性的影响 酶的名称 最适pH 动物体内酶 6.5-8.0 植物体内酶 4.5-6.5 胰蛋白酶 8.0-9.0 胃蛋白酶 1.5-2.2 04 酶的作用条件较温和 过酸、过碱、高温都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶失去活性；而低温只是使酶的活性降低，酶的分子结构未遭到破坏，温度升高可恢复其活性。 酶所催化的反应一般是在比较温和的条件下进行的。 04 酶的作用条件较温和 1、温度和pH均影响反应的速率 分析有图你能得出什么结论？ 2、酶催化反应时,最适温度和最适pH不会相互影响。 04 酶的作用条件较温和 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： 单位时间内反应物减少量或生成物的增加量。 3.影响因素： 05 影响酶促反应速率的因素 ①图甲中，温度从a降低或升高，酶促反应速率 ，下降的原因分别是 。 ②图乙中，pH从b降低或升高，酶促反应速率 ，下降的原因是 。 ③图丙中，底物浓度为c时，酶促反应速率 ，不再增长的原因是 。 ④图丁中， 时， 。 均下降 低温抑制了酶活性，高温使酶的空间结构发生改变 酶的空间结构发生改变 最大 酶的数量有限，已达到饱和 底物充足 酶促反应速率和酶浓度成正比 均下降 05 影响酶促反应速率的因素 45 酶的应用 溶菌酶溶解细菌的细胞壁 含酶牙膏 多酶片 胰蛋白酶 加酶洗衣粉 果胶酶 科学·技术·社会：酶为生活添姿彩 46 学以致用 天天向上 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.70 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder r0.2.61(gap_fixed:False) $$