5.1降低化学反应活化能的酶课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

酶与我们的生产生活实践关系密切，你还能举出生活中与酶有关的实例吗？ 米饭在口中咀嚼后感觉到甜味 降低化学反应 活化能的酶 第五章 细胞的能量供应和利用 第1节 ——第1课时 1．为什么要将肉块放在金属笼内？ 2．是什么物质让肉块消失了？ 3．怎样才能证明你的推测？ 讨论 1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼(L.Spallanzani, 1729—1799）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。 排除物理性消化对肉块的影响，确定肉块消失过程是否存在化学性消化 鹰胃里的化学物质 收集鹰胃里的化学物质，看能否在体外将肉块分解 斯帕兰札尼的实验说明：食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。后来，科学家发现胃液中含有大量的盐酸，推测盐酸是使食物分解的物质。 1835年，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大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 疑问：酶是什么物质？有什么作用 ——第1课时酶的作用和本质 一.酶在细胞代谢中的作用 细胞呼吸 光合作用 细胞中每时每刻都进行这许多化学反应，统称为细胞代谢。 酶催化的生物化学反应达到95%以上，细胞代谢离不开酶。 一.酶在细胞代谢中的作用 主要场所: 特点: 意义: 细胞代谢： 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 细胞质基质 一般都需要酶催化；在水环境中进行； 反应条件温和；一般伴随着能量的释放、储存和利用。 细胞代谢是细胞生命活动的基础 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。 1、细胞内也能通过加热的方式提高反应速率吗？ FeCl3 2H2O2 2H2O + O2 不能！ 2、细胞内由哪种物质充当催化剂提高反应速率？ 酶 细胞里面的过氧化氢在过氧化氢酶的催化下分解了。 一.酶在细胞代谢中的作用 细胞代谢中会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。过氧化氢在催化剂的作用下或者通过加热能够快速分解成无毒无害的水和氧气。那么细胞内也能通过加热的方式提高反应速率吗？不能，细胞会死亡。那细胞中谁充当催化剂提高反应速率？酶，催化过氧化氢分解的过氧化氢酶。细胞为何选择酶而不是其它方式清除来过氧化氢呢？我们一起通过过氧化氢在不同条件下的分解为例，探究酶的作用。guo 一.酶在细胞代谢中的作用 探究一、比较过氧化氢在不同条件下的分解 1、实验目的： 了解过氧化氢酶的作用和意义。 2、实验原理： 在各种条件下，过氧化氢酶的分解速率不一样。 2H2O2 2H2O + O2 反应条件 1、常温 → 2ml过氧化氢 2、加热 → 2ml过氧化氢+90℃水浴加热 3、加FeCl3 → 2ml过氧化氢+质量分数为3.5%FeCl3 溶液 4、过氧化氢酶 → 2ml过氧化氢+过氧化氢酶 新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液 一.酶在细胞代谢中的作用 一.酶在细胞代谢中的作用 步骤 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3溶液 新鲜肝脏研磨液 剂 量 2滴 2滴 结果 气泡产生 卫生香燃烧 不明显 少量 较多 复燃不明显 大量 迅速复燃 控制变量和设计对照实验 控制变量 (2)自变量： (3)因变量： (4)无关变量： (1)变 量： 除自变量外，实验中还存在的一些对实验结果造成影响的可变因素。 随着自变量的改变而变化的变量。 人为控制的对实验对象进行处理的因素。 实验过程中的变化因素。 单一变量原则：实验设计时只有自变量发生变化，且无关变量均要保持相同且适宜。 如：“加热、加Fe3+、加肝脏研磨液”。 如：“H2O2分解速率” 如：“反应物浓度、用量、反应时间”等 实验过程中遵循的原则： 单一变量原则（控制变量）、对照原则（对照实验）、平行重复原则。 探究一、比较过氧化氢在不同条件下的分解 讨论 1.与1号试管相比，2号试管出现什么不同现象？这一现象说明什么？ 与1号试管相比，2号试管产生气泡较多。这一现象说明加热加快反应速率。 2.3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？ 说明催化剂有催化作用，加快反应速率。 3.3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？ 4号反应速度快；说明酶的催化效率更高； 酶使细胞内化学反应在温和的条件下快速有序地进行。 探究一、比较过氧化氢在不同条件下的分解 实验结论 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样； 酶具有催化作用； 同无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 一.酶在细胞代谢中的作用 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。 ——酶作用机理分析 酶的作用原理： 酶降低化学反应的活化能。 同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。 使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。 意义： 酶和无机催化剂的比较 共性： ①可降低反应的活化能具有催化效率 ②反应前后酶的化学性质和数量均没有变化 ③酶和催化剂都只能缩短达到化学平衡的时间，并不改变化学反应的平衡点。 同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而酶的催化效率更高 不同 根据下图分析酶的作用原理： (1)表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是______段。 (2)表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是______段。 (3)酶降低的活化能是______段。 AC BC AB (4)酶和无机催化剂一样，并不改变平衡点的位置，只是改变化学反应的速率，使化学反应更快地达到平衡点。酶在反应前后的数量和性质不变。 (5)无机催化剂和酶都能提高反应速率，但是酶的催化效率更高；酶不能为化学反应提供所需要的能量，而是通过降低反应的活化能来加快反应速率。 (6)酶只能催化原本能进行的反应，而不能催化原本不能进行的反应。 二.酶的本质 酶到底是什么物质呢？ 关于酶本质的探索 巴斯德之前 萨姆纳 巴斯德 李比希 毕希纳 切赫和奥尔特曼 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 发酵必需有活细胞参与 引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质,且只在酵母菌死亡裂解后才发挥作用 活细胞粉碎后所得物质（酿酶）的作用和活的酵母细胞一样 证明脲酶是蛋白质 证明少量RNA也具有生物催化功能 争论 结论：酶绝大多数是蛋白质，只有少部分是RNA 酶 功能 本质 来源 活细胞产生的 催化剂 绝大多数是蛋白质， 少数是RNA 二.酶的本质 酶促反应：由酶催化的化学反应称为酶促反应 底物：受酶催化而发生化学反应的分子叫底物（反应物） 一、概念检测 练习与应用 1.酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是（ ） A.酶不能脱离生物体起作用 B.酶只有释放到细胞外才起作用 C.所有的酶都是蛋白质 D.酶是具有催化作用的有机物 D 一、概念检测 练习与应用 2.酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有的特点是（ ） A.能为反应物提供能量 B.能降低化学反应的活化能 C.能在温和条件下催化化学反应 D.催化化学反应更高效 D 二、拓展应用 练习与应用 1.在本节“探究・实践”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 2 mL 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。这样做的目是_______________________________________________。 可以作为3 号试管和4 号试管的对照组 降低化学反应 活化能的酶 第1节 ——第2课时 酶的特性 一.酶具有高效性 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 酶的高效性是指同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著 酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍 一.酶具有高效性 资料：纺织工业上的褪浆工序常用两种方法:化学法,需用NaOH 7~9克/升,在70~80 ℃条件下作用12小时,褪浆率仅为50%~60%;加酶法,用少量细菌淀粉酶,在适宜温度时只需5分钟,褪浆率达100%。 这一事实说明了什么？ 酶具有高效性 一.酶具有高效性 你在踢球或奔跑时，肌细胞需要大量的能量供应。如果供能的化学反应慢悠悠地进行。你还能跑那么快吗?化学反应要酶来催化，酶的催化效率要高，你才能健步如飞。 说明酶高效性有什么生物学意义？ 保证了细胞代谢快速有效地进行。 保证了细胞内能量供应的稳定。 二.酶具有专一性 资料：口腔里有唾液淀粉酶，可塞进牙缝里的肉丝两天后还没被消化?脲酶——只能催化尿素分解。过氧化氢酶——只能使过氧化氢分解。 根据上述资料，你能得出什么结论？ 酶具有专一性 意义:保证细胞代谢能够有条不紊地进行 二.酶具有专一性 探究一：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 实验目的 实验原理 实验设计 1 号试管 2 号试管 步 骤 一 2ml 淀粉溶液 2ml 蔗糖溶液 二 加入 2ml 新鲜的淀粉酶溶液，振荡，约 60℃ 保温 5min 三 加入 2ml 斐林试剂，水浴加热 1min 现象 淀粉和蔗糖都是非还原糖。 淀粉和蔗糖在酶的作用下都能水解成还原糖。 通过斐林试剂鉴定溶液中是否有还原糖，确定酶促反应产物。 二.酶具有专一性 实验结果 1 号试管 2 号试管 步 骤 一 2ml 淀粉溶液 2ml 蔗糖溶液 二 加入 2ml 新鲜的淀粉酶溶液，振荡，约 60℃ 保温 5min 三 加入 2ml 斐林试剂，水浴加热 1min 现象 砖红色沉淀 无砖红色沉淀 实验结论 淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解 酶具有专一性，即一种酶只能催化一种或一类反应 1、实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？ 2、本实验的设计思路是什么？你还有其他设计思路吗？ 思考讨论 不能，因为碘液只能检测淀粉的有无，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色 探究同一种酶是否能催化不同底物水解。 另一种设计思路：探究不同种类的酶能否催化同一种底物的水解。 唾液（淀粉酶） pH 6.2~7.4 胃液（胃蛋白酶） pH 0.9~1.5 小肠液（含多种酶） pH 7.6 使用温水30-40℃效果最佳，切勿用60 ℃以上的热水 加酶 背景资料 阅读上述材料，能得出哪些结论？ 三.酶的作用条件较温和 酶活性：酶催化特定化学反应的能力。 酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 1、酶的催化效率可能受温度影响。 2、酶的催化效率可能受pH值的影响，并且不同的酶需要不同的pH 条件。 实验原理 淀粉+碘液→_蓝色_ 用溶液中是否出现蓝色或蓝色的_深浅来判断淀粉_剩余量__。 实验设计 探究二：探究温度对酶活性的影响 试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′ 实验步骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 二 放入0 ℃冰水中水浴5 min 放入60 ℃温水中水浴5 min 放入100 ℃热水中水浴5 min 三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃温水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入两滴碘液，振荡 试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′ 实验步骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL淀粉溶液 二 放入0 ℃冰水中水浴5 min 放入60 ℃温水中水浴5 min 放入100 ℃热水中水浴5 min 三 将1与1′试管内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将2与2′试管内的液体混合后继续在60 ℃温水内放置10 min 将3与3′试管内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入两滴碘液，振荡 实验现象 实验结论 实验结果 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色 淀粉酶在60 ℃时催化淀粉水解，在100 ℃和0 ℃时都不能发挥催化作用。酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性 1.实验过程中是否可以把淀粉酶与淀粉在常温下混合,然后再放入一定温度条件下保温?为什么? 2.实验结果的鉴定为什么选择碘液而不用斐林试剂? 3.能否用过氧化氢溶液和过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响?为什么? 不能,常温下淀粉会被淀粉酶水解,影响实验结果。 此实验的自变量是温度,不能随意改变,而斐林试剂使用时需水浴加热,温度改变后会影响酶与底物反应。 不能。因为过氧化氢受热易分解,温度越高,过氧化氢分解越快,会对实验结果造成干扰。 思考讨论 探究三：探究PH对酶活性的影响 实验原理: 实验方案 H2O2→H2O+O2。 不同条件下气泡产生速率反映H2O2的分解速率 (1)取8支洁净的试管并编号,分别加入_等量新鲜的肝脏研磨液_。 (2)用_盐酸或NaOH溶液_调整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)。 (3)分别滴加_等量的过氧化氢溶液_并摇匀。 (4)用点燃但无火焰的卫生香来检测_氧气_的生成情况。 酶发挥催化作用需要_适宜的pH_,pH偏高或偏低都会影响酶的活性。 实验结论: 1.为什么不选择淀粉和淀粉酶做pH影响酶活性的实验? 2.如何避免除pH之外的因素对实验结果造成干扰? 3.归纳总结:通过以上两个实验可以得出什么结论? 酸性溶液会使淀粉分解,影响实验结果;碱性条件下碘与淀粉不会变蓝色。 除自变量pH外,其他的无关变量,在实验过程中必须控制为完全相同且适宜。 酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的,酶促反应需要适宜的温度和pH。 思考讨论 三.酶的作用条件较温和 建构数学模型 抑制 失活 失活 失活 低温影响酶的活性，但不会使酶的空间结构遭到破坏，温度适当升高后，酶仍能恢复活性。但高温会导致酶的空间结构遭到破坏，使其永久失活。 低温保存酶等蛋白质制品 影响酶促反应速率的因素 除了前面提到的温度、PH还有酶的浓度、底物的浓度。 在一定浓度范围内，反应速率随浓度的升高而加快；但达到一定浓度后，反应速率不再变化 酶促反应速率 底物浓度 酶量一定 底物浓度 酶促反应速率 酶的浓度 反应速率随酶浓度的升高而加快 酶的浓度 底物足够 酶的专一性 每一种酶只能催化一种或一类的化学反应 酶的催化效率是无机催化剂的107 ~1013 倍 酶的高效性 酶的作用条件较温和 酶所催化的反应一般是在比较温和的条件下进行的。 课堂小结 课堂小结 SZ-LWH Lavf57.25.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com $$