5.1 降低化学反应活化能的酶-2024-2025学年高一生物同步高效教学课件（人教版2019必修1）

第1节 降低化学反应活化能的酶 第五章 细胞的能量供应和利用 一 酶的作用和本质 问题探讨 1 2 3 2、是什么物质使肉块消失了？ 3、怎样才能证明你的推测？ 1、为什么要将肉放在金属笼内？ 排除物理消化对肉块的影响，确定其是否发生化学消化 是胃内的化学物质将肉块分解了。 收集胃内的化学物质，看看这些物在体外是否也能将肉块分解质。 斯帕兰扎尼的实验说明，食物在胃中的消化，靠的是胃中的某种物质。然而这种物质是什么？ 胃蛋白酶 化学反应 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称细胞代谢 一、细胞代谢 实质？ 场所？ 细胞质基质 二、酶在细胞代谢中的作用 实验原理: 2H2O2 2 H2O + O2 不同条件 3 步骤 试管编号 说明 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 剂量 二 剂量 结果 气泡产生 卫生香燃烧 结论 比较过氧化氢在不同条件下的分解速率 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ 水浴加热 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 变亮 变亮 复燃 1.加热可以促进H2O2分解，提高反应速率； 2.Fe3+和过氧化氢酶都能加快H2O2分解； 3.过氧化氢酶的催化效率更高 反应条件 自变量 因变量检测指标 无关变量 对照组 实 验 组 对照实验 变量 对照实验中变量 A.对照实验：除了一个因素外，其余因素都不变的实验称为对照实验。 (对照组和实验组) 对照组是自然状态的对象组。 实验组是接受实验变量处理的对象组； 对照目的? 空白对照 指不做任何实验处理的对象组(无变量) 消除无关变量对实验结果的影响。 对照与实验对照处理 实验对照类型 空白对照 自身对照 条件对照 相互对照 指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照 指给实验对象施以某种处理，具有对照和比较意义 指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照 指不做任何实验处理的对象组 控制变量 自变量 因变量 无关变量 (相同且适宜、等量且适量) (单一变量) (检测) 设计对照实验一般步骤： 第一步：分组、编号（注意“均分（多只/株！）、状态一致”等） 第二步：控制自变量 第三步：控制无关变量 科学方法 第三步：检测因变量 活化能的概念： 能量 反应过程 反应物 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 活化态 初态 产物 终态 活化能 2、3、4号试管能促进H2O2分解的原因是什么？ 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 8 初态 终态 活化态 活化能（EA） 活化能：分子从常态变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量。 各条件使反应加快的本质(原理)： 加热： Fe3+： 酶： 提高分子的能量 降低化学反应的活化能 更显著地降低化学反应的活化能 反应总能量改变 酶促反应 活化能 一般催化剂催 化反应的活化能 能量 反 应 过 程 非催化反应活化能 反应物 产物 C D B A E 酶促反应活化能的改变 14 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。 巴斯德之前 酒母 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 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 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 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——酿酶 萨姆纳 证明了脲酶是蛋白质 李比希 切赫、奥尔特曼 少数RNA也具有生物催化功能 三、酶的本质 三、酶的本质 化学成分 酶的来源 酶的功能 酶是活细胞产生的，具生物催化作用的有机物， 大部分酶是蛋白质，也有少数是RNA。 请给酶下一个较完整的定义： 酶促反应：由酶催化的化学反应称为酶促反应 底物：受酶催化发生化学反应的分子叫底物（反应物） 小结：酶的基础知识 化学本质 合成场所 原料 作用 作用场所 作用机理 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 核糖体 细胞核（主要） 氨基酸 核糖核苷酸 催化 细胞内、外或生物体外均可 显著降低化学反应的活化能 拓展：1、酶化学本质的实验验证 证明脂肪酶是蛋白质 实验组： 对照组： 待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应 已知蛋白质液＋双缩脲试剂→出现紫色反应 2、人肝脏细胞某种酶，可将肝糖原分解为还原糖。为探究该酶化学本质是蛋白质还是RNA，请设计相互印证的甲、乙两个组。 甲组： 乙组： 该酶用蛋白酶处理后，再与肝糖原混合 该酶用RNA酶处理后，再与肝糖原混合 预期结果及结论： 若甲组有还原糖生成，而乙无，则该酶是RNA 若甲无乙有，则该酶是蛋白质 判断.下列有关酶的叙述正确的是(　 　) ①是有分泌功能的细胞产生的　 ②酶都是蛋白质 组成酶的基本单位 . ③酶在代谢中有多种功能 　 ④在新陈代谢和生长发育中起调控作用 ⑤淀粉酶的形成与内质网有关。 ×活细胞即可，例呼吸酶 　 × × × 氨基酸或核糖核苷酸 √ (1)活化能: 分子从 态到达 状态所需的能量 (2)无酶催化的反应曲线是______，无酶时的活化能是 。 (3)有酶催化的反应曲线是______，有酶时的活化能是 。 (4)ca段的含义是: 在无催化剂的条件下，启动反应所需要的 。 (5)ba段的含义是: 酶 __。 (6)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b点在纵轴上将________移动。 常 活跃 ① ② 降低的活化能　 向上 ac bc 常 态 活化态 活化能　 D A A：例如：唾液淀粉酶可以催化淀粉水解， 也会作为底物被蛋白酶分解 C C B 降低 液泡 自由扩散 丙 绿色/黄绿色 茶多酚氧化酶最适温度是多少？ 热水 高温破坏其空间结构 凉开水 隔绝氧气避免氧化 一、高效性 二、专一性 三、作用条件温和性 酶的三大特性 1.高效性：（比较过氧化氢在不同条件下的分解） （1）含义：酶的高效性是相对无机催化剂而言的。酶的催化效率是无机催化剂的__ _ _____倍。 （2）意义：保证细胞代谢快速进行。 （3）曲线： 107~1013 a b c 【设计实验】 1、实验a、c证明了什么？ 2、如何证明酶有高效性？ 2）酶只能缩短达到化学平衡的时间，不改变化学反应的平衡点。反应前后质量、性质不变。 酶有催化作用 a、b 反应物（底物） 酶 产物 2. 专一性 （1）含义：每一种酶只能催化 化学反应。 一种或一类 1)字母A、B、C和D分别代表______、______、______。 2)如何解释这一模型？ 锁钥学说 体现酶具有专一性。反应前后酶的理化性质不发生变化。 酶 反应物 产物 二肽酶 29 例. 下图表示一个有酶起作用的化学反应,则A、B、C最可能代表 ( ) A 麦芽糖酶 麦芽糖 葡萄糖 B 淀粉酶 淀粉 麦芽糖 C 蛋白酶 蛋白质 多肽 D 脂肪酶 脂肪 甘油和脂肪酸 B 用同一种酶催化两种不同物质 or 用两种不同酶催化同种物质 如何验证酶具有专一 性呢？ P81 实验材料：淀粉酶溶液、淀粉、蔗糖、 斐林试剂 编号 实验步骤 1号试管 淀粉溶液 2号试管 保温5分钟 2ml 浅蓝色-砖红色沉淀 蔗糖溶液 工业淀粉酶溶液 斐林试剂 50-65℃水浴 观察现象 60℃水浴 2ml 1ml 1ml 保温5分钟 2ml 2ml 保温2分钟 保温2分钟 没有变化 实验结果：淀粉酶只能催化淀粉水解， 不能催化蔗糖水解。 结论：酶具有专一 性 能否将斐林换成碘液？ 碘液只能鉴定淀粉是否水解，不能鉴定蔗糖是否水解 （1）酶促反应： 由酶催化的化学反应。 （2）底 物： 发生化学反应的分子------就是反应物 （3）酶活性： 酶催化特定化学反应的能力。 【拓展】概念：酶促反应、底物、酶活性P82 （可用什么表示活性高低？） 3.酶的作用条件温和： 酶的活性高低可用单位时间内底物的减少量和生成物的生成量来表示。 υ/mmol. s-1 抑制 失活 t/℃ 最适温度 酶活性受温度影响示意图 思考：（1）描述曲线含义？ （2）低温、高温对酶活性的影响其本质相同吗？ （3）酶的保存方法？ （1）在一定温度(pH)范围内，随温度（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）高温会破坏酶的空间结构，使酶失活。 低温只使酶活性受抑制，但在适宜温度下其活性可以恢复 低温 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 提出问题：温度/pH影响酶的活性吗？ 作出假设：温度/pH影响酶活性 设计实验：设计实验步骤，预期实验结果 进行实验：按预定方案进行实验 分析结果得出结论： 表达和交流： 步骤； 1.分组编号 2.分组处理（控制自变量） 3.控制无关变量（所加物质等量且适量，放在相同且适宜的条件下进行）。 4.检测因变量（要具体，可操作） 设计原则： 对照原则，单一变量原则，等量原则。 科学性原则，可重复原则 预测结果： 科学探究步骤 影响酶活性的条件 探究温度对淀粉酶活性的影响 【一】实验原理：温度影响酶的活性（淀粉酶），进而影响淀粉的水解。淀粉遇碘液变蓝，根据是否出现蓝色以及蓝色的深浅可判断酶的活性。 淀粉 → 碘液 蓝色 → 淀粉酶 麦芽糖+葡萄糖 → 碘液 无蓝色出现 温度 (2)因变量： (3)无关变量： 不同温度条件下淀粉酶的活性 实验操作顺序、溶液的量、时间等 （0 ℃、60 ℃、100 ℃） (1)自变量： 如何分组？ 组别 第一组 第二组 第三组 试管 1号 1’号 2号 2’号 3号 3’号 实验步骤 一 1ml淀粉酶 2ml淀粉 1ml淀粉酶 2ml淀粉 1ml淀粉酶 2ml淀粉 二 冰水浴5min 60℃水浴5min 沸水浴5min 三 把1’的淀粉倒进1号管，混匀 把2’的淀粉倒进2号管，混匀 把3’的淀粉倒进3号管，混匀 四 置原温度水浴2min 五 现象 结论 加入2滴碘液 加入2滴碘液 冷却，加2滴碘液 蓝色 不变蓝，棕黄色 蓝色 60℃酶可催化淀粉水解，100，0均不能，说明没发挥催化作用需要适宜的 【二】实验步骤、现象及结论： 1、本实验能否用斐林试剂检测有无还原糖的产生？ 2、能否用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响？ 先保温再混合 3、如何进一步探究最是温度？ 36 思路：等梯度温度下将肉块（蛋白块）和蛋白酶放到一起 思路：如何获得更加准确的最适温度？ 如何找到酶的最适温度？ 温度 15℃ 25℃ 35℃ 45℃ 55℃ 65℃ 肉块消失时间 3h 2h 0.8h 0.8h 1.8h 4h 温度 35℃ 37℃ 39℃ 41℃ 43℃ 45℃ 肉块消失时间 0.8h 0.7h 0.4h 0.6h 0.7h 0.8h 问题：此为 实验，能确定酶最适温度的大致值； 最适温度一定在 之间。 问题：此为 实验，能确定酶最适温度是39℃吗？ ； 预 35℃~45℃ 正式 不能 可以用双缩脲试剂检测反应情况吗？ 最适pH pH υ/mmol. s-1 失活 失活 酶活性受PH影响示意图 思考：（1）描述曲线含义？ （2）低温、高温、过酸、过碱对酶活性的影响其本质相同吗？ （3）酶的保存方法？ （1）在一定pH范围内，随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、过碱会破坏酶的空间结构，使酶失活。 最适PH 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 酶的名称 最适pH 过氧化氢酶（肝） 6.8 唾液淀粉酶 6.8 脂肪酶 8.3 胰蛋白酶 8.0-9.0 胃蛋白酶 1.5 各种酶的最适Ph P84： 1）pH为多少时，酶活性最大？ 2）从图中可以得到什么结论？ 反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。 0 反应物剩余量（相对值） PH 30℃ 33 ℃ 37 ℃ 35 ℃ 反应溶液温度的变化不影响酶作用的最适pH。 1）温度为多少时，酶活性最大？ 2）从图中可以得到什么结论？ 项目 试管 1 2 3 肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴 pH值 蒸馏水1ml 5%盐酸1ml 5%NaOH 1ml 过氧化氢溶液 2mL 2mL 2mL 结果现象 无气泡 有气泡 无气泡 pH对过氧化氢酶活性的影响 自变量 过氧化氢酶在中性条件中活性最强 5、酶的浓度 4、底物浓度： 酶促反应速率 酶的浓度 酶促反应速率 底物浓度 酶量和酶活性的限制 1.温度 2.PH 3.重金属 【总结】影响酶促反应的因素 反应底物足够多 【能力提升】课本P85页 拓展2 A B C A点反应速率随反应物浓度增大而升高 B点反应速率在此时达到最高。 C点反应速率不再随反应物浓度增大而升高，维持在相对稳定的水平。 (2)原因：原曲线表示最适温度下的酶促反应速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会下降。 (3)该曲线表示，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。 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 44 45 C C C 过氧化氢在常温下可以分解，高温会加速分解，从而对实验造成干扰 淀粉会在酸性条件下水解 分别将酶和反应物调到相应的温度 一种或一类 底物→PH缓冲液→XX酶（底物与酶可换顺序） 使酶失去活性，控制反应时间 高效性 45℃ PH≤1和PH≥13 温度 (y0-y1)/3 核糖体 内质网 高尔基体 线粒体 无关 相同且适宜 甲 否 H2O2在加热的条件下分解会加快 否 胃蛋白酶也是蛋白质，也会与双缩脲试剂反应出现紫色 D A C D 添加多糖的种类和pH 抑制 MYP 低 蛋白质 检测单位时间内淀粉水解产物的生成量 上 7.0 无关 自 酶溶液和淀粉溶液分别达预设温度后在混合 碘液 剩余量 否 温度会影响H2O2的分解 该实验条件下，过氧化氢酶最适PH约为7，PH升高或降低酶活性均降低 6-8 内设置温度梯度 $$