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必修1

第1节 降低化学反应活化能的酶 第5章 细胞的能量供应和利用 能量 物质进行化学反应 细胞代谢 酶 高中生物学 2 2H2O2 2H2O + O2 反应条件 资料2：药用过氧化氢溶液的说明书上关于过氧化氢的贮藏说明为“密闭、在荫凉处（温度不超过20℃）保存”。 资料3：过氧化氢在储运过程中有特殊的要求，严禁与FeCl3等金属化合物混存混运。 资料1：细胞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，毛发变白 ，会加速人体衰老。细胞中含有过氧化氢酶能够将过氧化氢及时分解为氧气和水。 思考：1.根据以上资料可知哪些因素可能会加快H2O2的分解？ 加热 FeCl3 H2O2酶 2.哪种条件下H2O2的分解速率最快？ 任务1：探究酶在细胞代谢中的作用 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 产生量 高中生物学 探究1 比较H2O2在不同条件下的分解 2H2O2 2H2O + O2 反应条件 1. 实验原理 通过O2的产生量判断H2O2的分解情况 2. 实验设计 不同条件 加热 Fe3+是无机催化剂 新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶 试管编号 1 2 3 4 实验 处理 无 90℃水浴加热 2滴 FeCl3 2滴 肝匀浆 H2O2溶液 （3%） 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 检测 指标 1. 气泡冒出情况 2. 卫生香复燃情况 高中生物学 4 与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？ 3. 实验结果与结论 2号试管放出的气泡多，这一现象说明加热促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 不能 ②在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 高中生物学 5 3. 实验结果与结论 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。 4号试管的反应速率比3号快得多。说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。 ④3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？（比较每滴溶液中Fe3+和过氧化氢酶分子数） ⑤根据以上分析，为什么说酶对于细胞内的化学反应的顺利进行至关重要？ 细胞内进行的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。 酶在细胞代谢中的作用 ——催化作用 高中生物学 6 酶在细胞代谢中的作用 ——催化作用原理（阅读教材P78第1、2段） 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。 高中生物学 加热 Fe3+ H2O2酶 为过氧化氢分子提供能量 降低了过氧化氢分解反应的活化能 降低了过氧化氢分解反应的活化能 与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著 ：降低化学反应的活化能 酶在细胞代谢中的作用 ——催化作用原理 思考：1.根据以上示意图分析，为什么过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高？ 2.若以反应时间为横坐标，氧气的量为纵坐标，画出没有催化剂、无机催化剂、酶三条曲线。 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 没有催化剂条件下，反应所 需要的活化能 没有催化剂 无机催化剂 ③ 酶 ab 。 酶催化时，反应所需要的活化能 bc 。 没有催化剂、无机催化剂、酶分别对应下列哪条曲线？ 请思考： 能够在细胞内温和环境中催化各种生化反应，酶是一种什么样的物质呢？ 任务2：探索酶的本质 1773年 意大利科学家斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用…… 巧妙之处？ 鹰胃中的分泌物（胃液） 对肉有消化作用！ P76第一段 高中生物学 巴斯德之前： 巴斯德 李比希 毕希纳 请阅读P79-80的“关于酶本质的探索”并按以下逻辑关系说出相应观点 萨姆纳 萨姆纳之后 切赫、奥尔特曼 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 —— 酶 酶的本质 萨姆纳 从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质 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 发现少数RNA具有生物催化功能 活细胞产生的 ——酶的来源 绝大多数酶是蛋白质，少数为RNA ——酶的化学本质 具有催化作用 ——酶的功能 酶 思考：1.根据酶的概念说出组成酶的元素、基本单位、合成场所、作用场所 2.说明蛋白质与酶、激素、抗体、转运蛋白的关系 高中生物学 13 ①只有具有分泌功能的细胞才能产生酶 ②人体细胞中的酶有的是从食物中获得，有的细胞合成的 ③一般情况下，活细胞都能产生酶 ④绝大多数酶是蛋白质 ⑤酶在催化过程中不断被消耗 ⑥酶只能在细胞内发挥作用 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酶都是在核糖体上合成的 动动脑 下列说法正确吗？ × √ × × × × √ √ × 请思考： 科学探究离不开科学实验，那如何设计实验呢？ 任务3：学习设计对照实验 1.以上实验过程中哪些因素是可以变化的？ 2.以上因素中哪些是人为控制的对过氧化氢溶液进行处理的因素？ 3.以上变量中哪种变量会因自变量的改变而变化？ 4.除自变量外，实验过程中还存在哪些可变因素对实验结果造成影响？ 温度、催化剂种类、 H2O2体积和浓度、反应时间、 H2O2分解速率 温度、催化剂种类 H2O2分解速率 H2O2体积和浓度、反应时间 变量 自变量 因变量 无关变量 （相同且适宜） 高中生物学 15 设计对照实验 对照实验一般要设置对照组和实验组 对照组 实验组 空白对照 对照实验：除作为自变量的因素外，其余无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验。 高中生物学 16 1、设计原则： 实验设计思想 2、变量的确定： ①对照原则 ②单一变量原则 ③等量性原则 ①自变量是什么？怎么控制自变量？ ②无关变量有哪些？应怎样控制？ ③因变量是什么？怎么检测？ 4、预期实验结果及结论： 探究性实验 验证性实验 3、实验设计： ①材料处理，分组（随机均分）编号。 ②设置对照组、实验组。即设置自变量（单一）、控制无关变量（相同且适宜） ③一段时间后，观察并记录因变量 请思考： 1.根据第3、4组结果可知，酶的催化效率与无机催化剂有什么不同？ 酶的特性1：高效性 2.根据第1、4组结果不能证明酶具有高效性，原因是什么？ （酶的催化效率一般是无机催化剂的 倍） 107～1013 高效性是酶相对于无机催化剂的特性，而第1、4组自变量为是否有 H2O2酶，只能证明酶具有催化作用。 3.根据作用原理说明酶具有高效性的原因。 任务4：明确酶的特性 与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著 4. 酶具有高效性对于细胞有什么意义？ 保证了细胞内化学反应的快速进行。 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？ 探究2 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 1. 实验原理： 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。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，确定淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 （1）该实验的自变量是什么？ 请思考： 底物种类 （2）该实验的因变量是什么？如何检测？ 底物是否被水解。 加入斐林试剂水浴加热后，若出现砖红色沉淀，则说明底物被水解；反之，则说明底物未被水解。 （3）能用碘液代替斐林试剂进行鉴定吗？为什么？ 不能使用碘液进行鉴定，碘液无法鉴定蔗糖是否被分解。 （4）该实验的无关变量是什么？（购买的淀粉酶在60℃催化效率最高） 淀粉溶液的浓度和体积、蔗糖溶液的浓度和体积、淀粉酶的浓度和体积、反应时间、温度等。 2.实验设计： 请思考： （1）在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要 ？ 试管 编号 淀粉 溶液 蔗糖 溶液 淀粉酶 溶液 1 2 mL 2 mL 2 2 mL 2 mL 产物鉴定 斐林试剂 反应 条件 2 mL 沸水浴 1 min 2 mL 有 （2）写出预期实验结果及结论。 若两组都出现砖红色沉淀，则淀粉酶不是只能催化特定的化学反应； 若只有一组出现砖红色沉淀，则淀粉酶只能催化特定的化学反应。 3.实验结果： 4.实验结论： 淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解！ 酶的特性2：专一性 一种酶只能催化一种或一类化学反应。 资料：脲酶只能催化尿素分解；过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解；二肽酶可以催化所有的二肽分解，对其他化学反应不起作用。目前已发现的酶有8000多种,它们分别催化不同的化学反应。 酶、底物和产物都有自己特定的空间结构，只有结构契合，底物才能进入酶活性中心被催化反应。 锁—钥学说 酶具有专一性的原因 意义： 保证了细胞代谢的有序性，使细胞代谢能够有条不紊的进行。 酶活性:___________________________。 反应速率:_________________________________。 酶催化特定化学反应的能力 单位时间内底物的减少量或产物的增加量 许多无机催化剂能在高温、高压、强酸、强碱条件下起催化作用,酶起催化作用需要什么样的条件呢? 探究3 影响酶活性的条件 可用在一定条件下催化某一化学反应的速率表示 ✸加酶洗衣粉的包装袋上，往往注明这种酶的适用温度范围 ✸不同部位消化液的最适PH不同 唾液的PH为6.2—7.4 胃液的PH为0.9—1.5 小肠液的PH为7.6 资 料 ①酶的催化效率可能受温度影响。 ②不同的酶需要不同的PH条件, 酶的催化效率可能受PH值的影响。 请思考： （1）在探究温度对酶活性影响的实验中,为什么不宜选择H2O2为底物? 因为H2O2在不同温度下有不同的分解速率（高温下自身分解），给实验引入额外的变量 （2）若探究不同温度条件下淀粉酶对淀粉的水解效果,则实验中的自变量是什么?无关变量是什么? 因变量是什么?怎样检测因变量？ 自变量： 无关变量： 检测指标： 温度 淀粉酶的浓度和用量、淀粉的浓度和用量、反应时间、pH等。 通常在反应后的各试管中滴加碘液,观察各试管中液体是否变蓝以及蓝色深浅。 （3）在探究温度对酶活性影响的实验中,应将淀粉酶与淀粉溶液作何处理才能达到预设温度?该实验是否适宜选用斐林试剂来检验淀粉的存在?为什么? 应分别对酶和底物控制温度,酶和底物都达到相应的温度后再将同一温度下的淀粉酶与可溶性淀粉溶液混合，保证实验在预设的温度下进行，减少实验误差。该实验不适宜选用斐林试剂来检验淀粉的存在,因为加热会改变反应体系的温度,从而给实验引入额外的变量。 因变量： 淀粉酶的活性 在最适宜温度下，酶的活性最高，温度偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。 酶的催化作用需要适宜的温度 请思考： （1）在探究pH对酶活性影响的实验中,为什么不宜选择淀粉为底物? 因为调节pH值所营造的酸性环境会干扰斐林试剂（碱性）对淀粉分解的检测；碱性环境会干扰碘液与淀粉的蓝色反应；斐林试剂的碱性会影响淀粉酶的活性。 （2）若探究不同pH条件下过氧化氢酶对过氧化氢的分解效果,则实验中的自变量是什么?无关变量是什么? 因变量是什么?如何检测？ 自变量： 无关变量： 因变量： pH 酶的浓度和用量、过氧化氢的浓度和用量、温度、反应时间等。 过氧化氢酶的活性（过氧化氢的分解速率。） 观察气泡生成速率或观察卫生香复燃所需的时间 在肝脏研磨液中加入调节pH的溶液后，再将酶液和底物混合，否则尚未调节pH，反应即已结束。 在最适宜的pH值下，酶的活性最高，pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。 酶的催化作用需要适宜的pH值 ①内容： ②原因： ③曲线表示： 酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 最适温度 最适pH 高温、强酸、强碱都会使酶变性失活。 低温下，酶的活性低，空间结构稳定。 酶应保存在低温、最适pH下。 酶的特性3：酶的作用条件温和 例.下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确 的是(　　)。 A.当反应温度由t2调到最适温度时,酶活性下降 B.当反应温度由t1调到最适温度时,酶活性上升 C.酶活性在t2时比t1高,故t2时更适合酶的保存 D.酶活性在t1时比t2低,表明t1时酶的空间结构破 坏得更严重 B 影响酶促反应的因素有哪些？ 温度、pH、底物浓度、酶浓度 其他曲线 0 反应物剩余量（相对值） pH 30℃ 33 ℃ 37 ℃ 35 ℃ 20世纪60年代以前，医院里用的葡萄糖是用盐酸催化淀粉水解的方法来生产的，生产过程要在245kPa的高压和140-150℃的高温下进行，并且需要耐酸的设备。60年代以后改用酶法生产，想一想，用酶来水解淀粉生产葡萄糖有什么优越性？有哪些产品可以用酶法生产？ 高效性；作用条件温和，常温压下就可以进行； 联系生活 酶的作用条件温和 联系生活 溶菌酶 果胶酶 加酶洗衣粉 含酶牙膏 多酶片 例1：甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理,酶活性与处理时间的关系如下图所示。下列分析错误的是(　　) A.甲酶能够抗该种蛋白酶降解 B.甲酶不可能是具有催化功能的RNA C.乙酶的化学本质为蛋白质 D.乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变 B 课后练习 右图表示的是在最适温度下，反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。 （1）请解释在A，B，C三点时该化学反应的状况。 提示：A点：随着反应底物浓度的增加，反应速率加快。B点：反应速率在此时达到最高。C点：反应速率不再随反应底物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。 课后练习 右图表示的是在最适温度下，反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。 （2）如果在A点时温度升高10℃,曲线会发生什么变化？为什么？请画出变化后的曲线。 提示：如果A点时温度升高10 ℃，曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。 课后练习 右图表示的是在最适温度下，反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。 （3）如果在B点时往反应混合物中加入少量同样的酶，曲线会发生什么变化？为什么？请画出相应的曲线。 提示：该曲线表明，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。 应用 柽柳是强耐盐植物，它的叶子和嫩枝可以将吸收到植物体内的无机盐排出体外。柽柳的根部吸收 Ca2+、 K+ 是主动运输还是被动运输？如果要设计实验加以证明，请写出实验思路及预期实验结果和结论。 取生长状况基本相同的柽柳幼苗，随机分为甲乙两组，放置在相同且适宜浓度的含有Ca2+、 K+的溶液中；甲组给予正常的细胞呼吸条件；乙组抑制细胞呼吸；培养一段时间后，检测两组植株根对Ca2+、 K+的吸收速率； 实验思路： 若甲乙两组植株根对Ca2+、 K+的吸收速率相同，则柽柳的根部吸收无机盐离子是被动运输； 若甲组植株根对Ca2+、 K+的吸收速率大于乙组，则柽柳的根部吸收无机盐离子是主动运输。 预期实验结果和结论： 巧用两种抑制剂探究物质跨膜运输的方式 植株+培养液 呼吸 抑制剂 主动运输 被动运输 影响 不影响 协助扩散 自由扩散 不影响 影响 加入蛋白酶 或加入蛋白抑制剂 高中生物学 39 Lavf57.41.100 Lavf57.41.100 Lavf56.15.102 Lavf58.20.100 $$