5.1.1 降低化学反应活化能的酶（酶的作用和本质）-2024-2025学年高一生物同步课堂精优课件（人教版2019必修1）

讨论：1.为什么要将肉块放在金属笼内？ 2.是什么物质使肉块消失了？ 3.怎样才能证明你的推测？ 便于取出肉块、排除物理性消化干扰 胃内的化学物质 收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否能将肉块分解 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 斯帕兰扎尼在研究鹰的 消化作用 5.1降低化学反应活化能的酶 一、酶的作用和本质 学习目标： 1. 说明酶在细胞代谢中的作用和化学本质。（重点） 2. 进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化。（重、难点） 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 细胞代谢是生命活动的基础。 细胞代谢中会产生许多对细胞有害的物质，如过氧化氢，会引起细胞衰老。为了应对有害的过氧化氢，细胞中有一种物质，能将其分解为氧和水，这种物质就是过氧化氢酶。 细胞代谢离不开酶。 1.探究·实践“比较H2O2在不同条件下的分解”中实验目的是什么？实验原理是什么？如何判断过氧化氢被分解的快慢？ 2. 该实验中实验组和对照组是什么？哪些是自变量、因变量和无关变量？ 3.完成P77的4道讨论题。 4.什么是活化能？酶与无机催化剂相比的优点？ 阅读课本77-78页，回答下面问题。 自主学习1 5min 2 H2O2 2 H2O + O2↑ /Fe3+ 过氧化氢酶 一、比较过氧化氢在不同条件下的分解（实验） 2.实验原理 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。 新鲜的肝脏研磨液 如何判断过氧化氢被分解的快慢？ ①观察单位时间内产生气泡的多少 ②观察点燃的卫生香的复燃情况 常温/ 1.实验目的： 过氧化氢酶含量多且活性高 试 管 3% H2O2溶液 反应条件 实验现象 1 2 3 4 四、实验设计与分析： 较少 常温 90℃ 水浴加热 几乎没有 2mL 2mL 2mL 2mL FeCl3溶液 2滴 肝脏研磨液2滴 气泡多少 卫生香燃烧情况 较多 很多 复燃 燃烧不猛烈 复燃 燃烧猛烈 不复燃 不复燃 6 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？ 2.在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 3.3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？ 4.3号试管和4号试管相比，4号试管中的反应速率快,这说明了什么？为什么说酶对细胞内化学反应的顺利进行至关重要？ 2号试管，加热能促进过氧化氢分解，提高反应速率。 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。 过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多 讨论 不能，细胞承受不住高温 细胞内每时每刻都在进行成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的要求。 试 管 3% H2O2溶液 反应条件 实验现象 1 2 3 4 四、实验设计与分析： 较少 常温 90℃ 水浴加热 几乎没有 2mL 2mL 2mL 2mL FeCl3溶液 2滴 肝脏研磨液2滴 气泡多少 卫生香燃烧情况 较多 很多 复燃 燃烧不猛烈 复燃 燃烧猛烈 不复燃 不复燃 结论： 水浴加热、FeCl3 、过氧化氢酶都能加快H2O2分解的速率； 与FeCl3 相比，过氧化氢酶的催化速率要高得多。 8 1.什么是活化能？ 二、酶的作用机理 思考： 2.加热为什么能加快过氧化氢分解？ 3. Fe3+和过氧化氢酶都有催化作用，你认为催化的机理是什么？ (1)活化能： 分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃态所需要的能量。 图中①表示： 图中②表示： 图中④表示： 无催化剂时化学反应所需的活化能。 无机催化剂催化时化学反应所需的活化能。 酶催化时化学反应所需的活化能。 二、酶的作用机理 (2)酶催化的机理 酶与无机催化剂催化的机理相同，都能降低化学反应的活化能，但是酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 ③表示： ⑤表示： 无机催化剂降低的活化能 酶降低的活化能 二、酶的作用机理 正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行。 自变量 因 变 量 无关 变量 试 管 3% H2O2溶液 反应条件 实验现象 1 2 3 4 四、实验设计与分析： 较少 常温 90℃ 水浴加热 几乎没有 2mL 2mL 2mL 2mL FeCl3溶液 2滴 肝脏研磨液2滴 气泡多少 卫生香燃烧情况 较多 很多 复燃 燃烧不猛烈 复燃 燃烧猛烈 不复燃 不复燃 该实验中实验组和对照组是什么？哪些是自变量、因变量和无关变量？ 对照 实验 对照组 实验组 12 科学方法 控制变量和设计对照实验 实验过程中遵循的原则： 单一变量原则、对照原则。 ①自变量:实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素叫做自变量。 ②因变量:因自变量改变而变化的变量叫做因变量。 ③无关变量:实验中除因变量外的一些对因变量造成影响的可变因素，叫做无关变量。 单一变量原则：实验设计时只有一个自变量，且无关变量在对照组和实验组中均要保持一致且适宜 对照原则 ①对照实验：除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致（相同且适宜），并将结果进行比较的实验。 ②对照的类型： 空白对照、自身对照、相互对照(对比)、条件对照。 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。 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) 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。 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 (适宜且相等) (控制) (检测) 一般步骤： 第一步：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 根据实验目的和器材，分析实验的自变量，找出主要的无关变量，明确因变量的检测方法。 在“探究·实践”——《比较H2O2在不同条件下的分解》的实验中，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2滴煮沸过的肝脏研磨液，向6号试管内加入2滴蒸馏水。这样做的目的是什么？ 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。 1min 小组讨论 针对训练 例1.为验证酶的高效性,进行下图所示实验,以下叙述正确的是(　　)。 A.加氯化铁的试管必须加热处理 B.两试管加入催化剂的分子数相同 C.两试管加入过氧化氢的量不同 D.反应完成后,两试管中产物数量相同 D 对点练1.下图中的鲜肝匀浆与H2O2接触后,产生的现象及推测错误的是(　)。 A.若迅速产生大量气体,可推测鲜肝匀浆中含 有过氧化氢酶 B.若增加鲜肝匀浆的量,量筒中产生气体的速率 将加快 C.一段时间后气体量不再增加是因为鲜肝匀浆量有限 D.为保证实验的严谨性,需要控制温度等无关变量 C 例2.下图中,①表示有酶催化的反应曲线,②表示没有酶催化的反应曲线,E表示酶降低的活化能,下列图解正确的是(　　)。 B 对点练2.下图中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质A在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列相关叙述正确的是(　　)。 A.a+b表示在无催化剂的条件下,物质A生成物质P 需要的活化能 B.若将酶改为无机催化剂催化该反应,则a的高度将降低 C.若仅增加反应物A的量,则图中曲线的原有形状均发生改变 D.若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线,改变酶促条件后,a的高度将降低 A 自主学习2 （3min） 1.整理出科学家对酶的本质的探索过程 （参考P80拓展应用2的图解）。 2.酶的本质是什么？ 3.完成“思考·讨论”的第1、5题。 阅读课本79-80页，回答下面问题。 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 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 脲酶是蛋白质 巴斯德 李比希 毕希纳 萨姆纳 切赫、奥尔特曼 少数RNA也 具有催化功能 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起作用 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。 酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物。 其中绝大多数酶是蛋白质 少数是RNA 酶的来源 酶的作用 显著降低化学反应的活化能 酶的化学成分 根据本节课的学习，给酶下一个定义。 2min 某种酶 + 蛋白酶 加入酶的底物 底物没有被催化→该酶是蛋白质 底物被催化→该酶是RNA 某种酶 + 双缩脲试剂 出现紫色→该酶是蛋白质 不出现紫色→该酶是RNA 方案1 方案2 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？ 小组讨论 1.用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质,处理后的核糖体仍可催化氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是(　　)。 A.蛋白酶　 　B.氨基酸 　C.RNA　 D.DNA 针对训练 C 2.科学家证实： 酶由蛋白质和RNA组成，将这种酶中的蛋白质和RNA分开，在适宜条件下，RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，而蛋白质不具有。这一结果表明( @65@ )。 A.酶都是由蛋白质和RNA组成的 B.RNA具有催化作用 C.酶的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸 D.绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA B 项目 酶 化学本质 产生细胞 来源 合成原料 合成场所 作用场所 作用实质 能否重复利用 绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA 活细胞都能产生酶（一般不考虑哺乳动物成熟红细胞） 生物体内合成 氨基酸或核糖核苷酸 核糖体、细胞核等 既可以在细胞内，也可以在细胞外或生物体外发挥作用 显著降低化学反应的活化能，使化学反应在较低能量水平上进行，从而加快化学反应速率 酶作为催化剂，反应前后化学性质和数量不变，可以重复利用 总结 1.下列叙述，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)酶是具有催化作用的化合物(　　) (2)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物(　　) (3)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸(　　) (4)酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率(　　) (5)酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质，酶的催化作用既可发生在细胞内，也可以发生在细胞外(　　) (6)酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸(　　) √ √ × × × × 当堂训练 2、下列有关酶的叙述正确的是（ ） ①酶是具有分泌功能的细胞产生的　②有的从食物中获得，有的是体内转化而来　③酶是由活细胞产生的　④绝大多数酶的化学本质是蛋白质　⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇　⑥酶在代谢中有多种功能　⑦酶在新陈代谢和生殖发育中起调控作用　⑧酶只是起催化作用 ⑨酶只在细胞内发挥作用 A.①②⑤ B.③⑦⑨ C.③④⑧ D.④⑤⑥ √ 3.下列关于活化能的叙述，不正确的是（ ） A.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 B.无机催化剂、水浴加热都可以降低化学反应的活化能 C.酶可以降低化学反应的活化能 D.同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著 √ 4.下列有关酶的叙述，不正确的是（ ） A.酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸 B.酶是生物催化剂 C.酶能降低化学反应的活化能 D.产生酶的细胞均有分泌功能 √ 5.德国化学家毕希纳将酵母细胞放在石英砂中用力研磨、加水搅拌，再进行加压过滤，得到不含酵母细胞的提取液。在这些汁液中加入葡萄糖，一段时间后冒出气泡，糖液居然变成了酒。根据以上实验，分析得出的结论错误的是 A.葡萄糖变成酒的过程中发生了化学变化 B.将糖变成酒的物质是汁液中的酿酶 C.研磨有利于酵母细胞内酿酶的释放 D.该实验证明酿酶的化学本质是蛋白质 √ 为什么加酶洗衣粉需要用温水浸泡？ 第1节 降低化学反应活化能的酶 ——酶的特性（第2课时） 学习目标： 1、阐明酶的特性（重点）。 2、掌握实验探究温度、酸碱度对酶促反应的速率的影响。（重、难点） 3、理解影响酶活性因素的曲线。（难点） 思考讨论 通过比较FeCl3和过氧化氢酶催化H2O2的分解效率，可以得出酶具有什么特性？ 一、酶具有高效性 每滴FeCl3溶液中的Fe3＋和每滴肝脏研磨液中的过氧化氢酶分子数的数目之比是250000∶1 3号 4号 滴加FeCl3 滴加肝脏研磨液 事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的107 ～1013倍。 31 保证了细胞内化学反应的快速进行，能量供应稳定。 与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。 1、意义 2、原因 3、曲线表示 O2的量 时间 0 FeCl3 过氧化氢酶 未加催化剂 一、酶具有高效性 ①与未加催化剂相比，说明酶具有_________； 与无机催化剂相比，说明酶具有___________。 ②酶只能缩短达到化学反应平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。 ③酶只能催化已存在的化学反应。 催化作用 高效性 无机催化剂催化的化学反应的范围比较广，比如酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉的水解。 酶也具有这个本领吗？ 淀粉和蔗糖都是非还原糖，它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。 探究酶的专一性： 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定反应后溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 蔗糖（非还原性） 葡萄糖（还原性）+果糖（还原性） 酶 淀粉（非还原性） 麦芽糖（还原性）+葡萄糖（还原性） 酶 原理 1号试管 2号试管 实验步骤 一 二 三 实验现象 结论 分别加入淀粉酶滴，振荡，试管下半部浸入60℃左右的热水中，保温5min 2mL蔗糖溶液 加入斐林试剂 振荡 60℃水浴2min 2mL淀粉溶液 无砖红色沉淀 有砖红色沉淀 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。 实施实验，分析结果： 思考：能否用碘液对实验结果进行检测？ 不能，无论蔗糖是否发生水解，都不与碘发生颜色反应（反应前后都无变化） 说明酶具有专一性。 方案一 同种酶+不同底物 ① 底物1 + 酶溶液 ② 等量底物2 + 等量相同酶溶液 方案二 同种底物+不同酶 ① 底物 + 酶溶液1 ② 等量相同底物 + 等量酶溶液2 实验设计 还有其他的方案验证酶的专一性吗？ 探究酶的专一性： 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？ 36 一种 H2O2酶：H2O2 脲酶：尿素 淀粉酶：淀粉 一类 蛋白酶：蛋白质→多肽 肽酶：多肽→氨基酸 每一种酶只能催化一种或一类反应。 ①内容 保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。 ②意义 二、酶具有专一性 a、在反应物A中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物A。 b、在反应物A中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不能催化底物A。 ③专一性曲线： 底物A浓度 反应速率 酶A 酶B （未加催化剂） 锁钥学说 ④原因 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、酶具有专一性 酶活性部位不是刚性不变的，其形状可在结合底物时有所改变，即底物与酶活性部位结合，会诱导酶发生构象变化，使酶的活性中心变得与底物的结构互补，两者相互契合，从而发挥催化功能。 诱导契合学说 二、酶具有专一性 ④原因 Lavf58.20.100 $$null