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

第1节 降低化学反应活化能的酶 1 第1节 降低化学反应活化能的酶 1 酶的作用、本质、特性。（重点） 2 酶能降低化学反应的活化能。（难点） 3 探究实验中控制变量的科学方法。（难点） 2 🔺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 复杂 有序 温和 高效 （有氧呼吸、光合作用、多糖的合成、蛋白质的合成等） 主要场所 实质 细胞代谢 控制中心 细胞核 各种化学反应的统称 3 🔺酶本质的探索 我国早在4000多年前的夏禹时代，就掌握了酿酒技术。1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。 4 🔺酶本质的探索 酿酒是怎么回事呢？ 酿酒与生命活动无关 巴斯德： 酿酒需 参与 其他实验： 大量的酶是蛋白质，酿酒酶为蛋白质 毕希纳： 活酵母细胞产生能引起 发酵的物质（酿酶） 酿酒发酵液中发现酵母 李比希： 酿酒是纯化学反应，是酵母死亡后释放 的 引起的 萨姆纳： 脲酶是 。 切赫和奥尔特曼： 部分 具有酶活性 活酵母 物质 蛋白质 RNA 5 1. 酶是从哪来的？ 2. 酶是干什么的？ 3. 酶的化学本质是什么？ 活细胞产生的 具有催化作用 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中大多数酶是蛋白质。 有机物（大多数酶是蛋白质，少数是RNA） 🔺酶的概念 化学本质 绝大多数是_______ 少数是_________ 元素组成 合成原料 合成场所 来源 作用场所 RNA 蛋白质 核糖核苷酸 氨基酸 核糖体 细胞核 细胞内、外均可 C、H、O、N、(S) C、H、O、N、P 活细胞 6 🔺设计实验——探究某种酶的化学本质 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 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 方案2 7 1．活细胞内，合成酶的原料是（ ） A． 脂肪酸 B． 核糖核苷酸 C． 氨基酸 D． 氨基酸或核糖核苷酸 D 【典题应用】 2．20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，是由20%的蛋白质和80%的RNA组成，如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2+的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明（ ） A． 某种RNA具有生物催化作用 B． 酶是由RNA和蛋白质组成的 C． 酶的化学本质是蛋白质 D． 绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA A 2H2O2 2H2O + O2 反应条件 产生速率 a.带火星的卫生香的复燃情况 b.单位时间内产生气泡多少 🔺探究实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解 ①水浴加热（加热是化学反应的常见条件） ②FeCl3溶液（Fe3+是无机催化剂） ③新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶 不同条件 1. 实验原理： 过氧化氢酶是普遍存在的。久置的肝脏研磨液中过氧化氢酶会被微生物分解利用。 新配制—过氧化氢常温下会分解。 2. 实验设计： 🔺探究实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解 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 3. 实验结果： 🔺探究实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解 试管编号 1 2 3 4 实验 处理 结果 产生气泡 不明显 少量 较多 大量 卫生香燃烧情况 不复燃 不复燃 复燃 迅速复燃 ①1和2比较： ②1和3、1和4比较： ③3和4比较： 4. 结果分析： 🔺探究实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解 加热促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 Fe3+和过氧化氢酶具有催化作用。 过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。 ④2、3和4比较，哪支试管最终产生的氧气多？ 4. 结果分析： 🔺探究实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解 一样多，几只试管H2O2溶液的体积、浓度相同。 加酶 加无机 催化剂 无催 化剂 m 生成物的量 时间 0 1 3 4 2 加热 酶仅能使反应速率加快，并不能改变生成物的量。 酶作为催化剂，反应前后数量、性质不发生改变。 变量：指在实验中 的因素。 自变量：在实验中，由实验操作者 的变量。 因变量：在实验中，随着 的变化而变化的变量。 因变量一般都应有容易检测的指标。 无关变量：除 以外能使实验对象发生变化的其他因素。 🔺实验设计相关知识 可以变化 人为改变 自变量 自变量 Y = a + f(x) 自变量 因变量 无关变量 单一变量原则： 实验设计时只有一个自变量， 且无关变量保持相同且适宜。 🔺实验设计相关知识 因变量 实验对象 自变量 无关变量 对照实验： 因果关系 除了一个因素外， 都保持相同的实验。 对照实验一般要设置对照组和 。 其余因素 实验组 不经自变量处理 （控制） （检测） （对照实验） 经过自变量处理（施加或减除） 对照性原则 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 2. 实验设计： 🔺探究实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解 对照组 实验组 空白对照 自变量 H2O2的分解速率 因变量 2. 实验设计： 🔺探究实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解 对照组 未施加实验处理 实验组 施加了实验处理 实验组 =对照组+实验处理 =对照组±自变量 实验设计： ①对照组：将植物培养在完全营养液中。 ②实验组：将 植物培养在 的完全营养液中。 🔺探究某种无机盐离子（X）是否是植物生长发育所必需的 跟对照组生长状况相同的 缺X 生长状况 完全营养液 缺X营养液 生长状况正常 生长状况不良 生长状况正常 非必需 必需 正常 加入无机盐X 🔺思考：加热、Fe3+和过氧化氢酶加快过氧化氢的原理是什么？ 处于液面处的水分子具有更高的能量，容易逃出变为气态完全营养液中。 高能量的水分子气化后较低能量水平的水分子形成新的液面（具有更高的能量水平） 一杯水全部气化，所有的水分子都要经历从低能量水平到高能量水平的过程 溶液中H2O2分子能量水平也存在差异，部分H2O2分子更容易分解。 能量高的H2O2分子分解之后，部分原来能量较低的H2O2 分子会重新成为能量高的H2O2分子。 H2O2分子全部分解，所有的H2O2分子都要经历能量水平较高的状态。 20 🔺思考：加热、Fe3+和过氧化氢酶加快过氧化氢的原理是什么？ 活化能：是指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， 也称“能障”。 加热：可直接给H2O2分子提供能量，使更多的H2O2分子达到活跃状态。 催化剂：降低化学反应的活化能。酶降低活化能的作用更显著。 活跃态分子的平均能量 常态分子的平均能量 活化能 21 🔺思考：加热、Fe3+和过氧化氢酶加快过氧化氢的原理是什么？ 容易发生化学反应的活跃状态分子的平均能量（无催化剂） H2O2 终产物的平均能量 反应物的平均能量 反应历程 能量 H2O+1/2O2 E1 E2 容易发生化学反应的活跃状态分子的平均能量（+无机催化剂） 容易发生化学反应的活跃状态分子的平均能量（+酶） 加无机催化剂降低的活化能： E1-E2 E3 22 1．如图表示的是在有酶催化和无酶催化条件下某化学反应过程的能量变化，下列叙述正确的是（ ） A． 曲线A表示有酶催化时的化学反应 B． 该反应结束之后，酶的数量明显减少 C． E表示酶降低的化学反应的活化能 D． 有酶的条件下，酶可为反应提供活化能 C 【典题应用】 🔺酶的特性 酶与无机催化剂的三场PK 每滴Fecl3中Fe3+数是每滴肝脏研磨液中过氧化氢酶分子数的20万倍。 Round1：催化效率 酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。 酶具有高效性。 24 🔺酶的特性 酶与无机催化剂的三场PK Round2：催化范围 无机催化剂的催化范围比较广泛。比如酸能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。 酶具有专一性。 思考：一种酶也能催化多种化学反应吗？请利用下列实验材料设计实验进行探究？ 25 提出问题 实验材料 假设 方案 预期结果 实验结果 实验结论 🔺探究实验——淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 一种酶也能催化多种化学反应吗 淀粉酶、淀粉溶液（A）、蔗糖溶液（B）、斐林试剂 ①既能催化A分解又能催化B水解 ②能催化A分解不能催化B水解 ③能催化B分解不能催化A水解 ④都不能 序号 项目 试管1 试管2 1 注入可溶性淀粉溶液 2mL —— 2 注入蔗糖溶液 —— 2 mL 3 注入淀粉酶溶液 2mL 2mL 4 轻震试管，保温5min；加入斐林试剂2mL，沸水浴加热；观察记录 都砖红 A红B不红 B红A不红 都不红 A红B不红 淀粉酶能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解 26 🔺酶的特性 酶与无机催化剂的三场PK Round2：催化范围 运用不完全归纳法，可知酶具有专一性，即一种酶只能催化一种或一类化合物的反应。 27 🔺酶的特性 酶与无机催化剂的三场PK Round3：起催化作用所需条件 许多无机催化剂能在高温、高压、强酸和强碱的条件下催化化学反应。 思考：人体细胞内的酶通常在37℃、ph接近中性的条件下起作用，酶能在高温、低温、强碱和强酸条件下起作用吗？请利用下列实验材料设计实验进行探究？ 淀粉酶、淀粉溶液、过氧化氢酶、H2O2、各种pH的缓冲溶液 28 🔺探究实验——影响酶活性的条件 序号 探究温度对酶活性的影响 探究pH对酶活性的影响 自变量 实验材料 因变量 温度 pH 淀粉酶、淀粉溶液 热水、60℃水浴、冰块 H2O2酶、H2O2溶液 盐酸、蒸馏水、NaOH 检测淀粉分解情况：加碘液看颜色 检测还原糖生成量：× H2O2分解情况：O2生成速率 （高温促进H2O2分解） （酸促进淀粉分解） 酶活性：指酶催化特定化学反应的能力。 可用一定条件下，酶所催化某一化学反应的速率表示。 酶促反应速率：用单位时间内，单位体积中底物的消耗量或产物的增加量表示。 29 🔺探究实验——影响酶活性的条件 序号 试管1 试管2 试管3 3%可溶性淀粉 2mL 2mL 2mL 温度 60℃水浴 冰块中 沸水浴 放置5min 2%淀粉酶 （相应温度的） 1mL 1mL 1mL 摇匀混合，放置反应5min 碘液 1滴 1滴 1滴 颜色 1. 探究温度对酶活性的影响： 不变蓝 变蓝 变蓝 斐林试剂需水浴加热，改变了温度 30 实验错误： ①加入的过氧化氢溶液没有等量，不符合单一变量原则 ②试剂加入的顺序错误2、3步应互换。 🔺探究实验——影响酶活性的条件 项目 试管1 试管2 试管3 过氧化氢溶液 1mL 2mL 1mL 肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴 滴加溶液 盐酸1mL 蒸馏水1mL NaOH1mL 实验现象 2. 探究pH对酶活性的影响： 2mL 2mL 滴加溶液 加肝脏研磨液 盐酸1mL 蒸馏水1mL NaOH1mL 2滴 2滴 2滴 酸会促进淀粉水解。 31 在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。 高于或低于最适温度和最适pH，酶的活性都会降低。 过酸、过碱、温度过高都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 🔺探究实验——影响酶活性的条件 32 🔺探究实验——影响酶活性的条件 提醒：低温时，酶空间结构稳定，升高温度后活性能够恢复，因此酶制剂通常保存在低温（4℃）条件下。 提示：酶活性≠酶促反应速率。有时两者等价，如淀粉酶失活后，淀粉分解速率可视为0；有时两者存在差异，如H2O2酶失活后，但H2O2分解速率不为0。 33 🔺酶的特性 酶与无机催化剂的三场PK Round3：起催化作用所需条件 酶的作用条件较温和。 体内的酶最适温度 动物：35-40℃ 植物：40-50℃ 某些微生物：70℃ 体内的酶最适pH 动物：6.5-8 植物：4.5-6.5 34 酶具有高效性。 酶具有专一性。 酶的作用条件较温和。 🔺酶的特性 35 酶具有高效性。 酶具有专一性。 酶的作用条件较温和。 复杂 有序 温和 高效 🔺酶的特性 高温、高压、强酸强碱使酶失活。 酶降低活化能的作用更显著。 一种酶只能催化一种或一类化学反应。 酶的分工分区： 叶绿体内含有光合作用的酶，线粒体中含有细胞呼吸的酶，两者分工分区，互不干扰。溶酶体中的酶（最适pH≈5.0）一般局限在溶酶体中发挥作用，即使少量溶酶体中的酶进入细胞质基质（pH接近中性），也会失去活性。 36 🔺影响酶促反应速率的因素 1、温度 2、pH 3、酶的浓度 4、底物浓度 V：mmol/s 酶浓度 底物充足 V：mmol/s 酶浓度 底物充足 加入重金属盐 重金属离子Hg2+中毒抑制酶的作用 活性 位点 活性位点 空间结构 改变 37 🔺影响酶促反应速率的因素 V：mmol/s 底物浓度 酶一定量 V：mmol/s 底物浓度 酶一定量 （增加一定量酶） 1、温度 2、pH 3、酶的浓度 4、底物浓度 底物 38 🔺影响酶促反应速率的因素 V：mmol/s 时间 V：mmol/s 底物浓度 酶一定量 酶量增加 反应完成时间 生成物 增加一定量酶的抑制剂 竞争性 非竞争性 39 1．关于酶特性的实验描述，错误的是（ ） A． 探究温度对酶活性的影响，可选择H2O2作为底物 B． 探究酶的高效性，可选择无机催化剂进行对照实验 C． 鉴定淀粉酶的化学本质，可选择双缩脲试剂进行检验 D． 通过淀粉酶水解淀粉、蔗糖实验，可验证酶的专一性 A 【典题应用】 2．若除酶外所有试剂已预保温，则测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是（ ） A． 加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物量 B． 加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物量 C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物量 D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物量 C Lavf57.41.100 Lavf57.41.100 Lavf60.3.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$