5.1 降低化学反应活化能的酶-2024-2025学年高一生物优质课件（人教版2019必修1）

5.1 降低化学反应活化能的酶 1 1773年，意大利科学家斯帕兰札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。 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？ 是胃内的化学物质将肉块分解了。 便于取出实验材料(肉块)，排除物理性消化对肉块的影响，确定其是否发生了化学性消化。 3、怎样才能证明你的推测？ 收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解了。 细胞生活需要物质和能量。 能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。 细胞代谢离不开酶。 细胞代谢 一、酶的作用和本质 （一）酶在细胞代谢中的作用 1、探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解 2、控制变量和设计对照实验 3、酶的作用原理 4、细胞代谢离不开酶 1、探究实践：比较过氧化氢在不同条件下的分解 （1）实验原理 （2）实验目的 （3）方法步骤 （4）讨论 （5）实验结论 （1）实验原理 2H2O2 2H2O + O2↑ 加热或加无机催化剂（如FeCl3) 过氧化氢酶 （2）实验目的 比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用。 （3）方法步骤 试管编号 1 2 3 4 H2O2溶液 （3%） 实验处理 实验结果 无 90℃水浴加热 2滴FeCl3 2滴肝匀浆 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL （3）方法步骤 （4）讨论 2号试管放出的气泡多，说明加热能提高反应速率。 （1）与１号试管相比，２号试管出现什么不同的现象？说明什么？ （2）在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗? 不能。 （3）3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？ 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）讨论 （4）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号试管的反应速率比3号试管快得多，说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多。 细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。 （5）实验结论 第一，酶同无机催化剂一样具有加快化学反应速率的作用，因此酶具有催化作用； 第二，酶同无机催化剂相比，酶的催化效率更高，因此酶具有高效性。 2、控制变量和设计对照实验 人为控制的对实验对象进行处理的因素。 自变量 因变量 因自变量改变而变化的变量。 无关变量 对实验结果造成影响，但不是我们所研究的可变因素。 2、控制变量和设计对照实验 设计对照实验的一般步骤 第一步：分组编号，无关变量处理； 第二步：自变量处理； 第三步：检测因变量，得到实验结果。 2、控制变量和设计对照实验 （1）实验一般要设计对照组和实验组； （2）单一变量原则。 设计对照实验注意事项 3、酶的作用原理 （1）活化能 （2）催化剂的作用原理 （3）酶的作用原理 （1）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，称为活化能。 （2）催化剂的作用原理 降低化学反应的活化能。 （3）酶的作用原理 同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 （3）酶的作用原理 ⑥ ①无催化剂时化学反应所需的活化能。 ②无机催化剂催化时化学反应所需的活化能。 ④酶催化时化学反应所需的活化能。 ⑥是指和无机催化剂相比，酶降低的活化能。 （3）酶的作用原理 ⑥ ③无机催化剂降低的活化能。 ⑤酶降低的活化能。 正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。 4、细胞代谢离不开酶 （二）酶的本质 1、思考讨论 2、酶的本质 关于酶本质的探索 巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德 李比希 发酵是由酵母菌细胞的存 在所致，需要活细胞的参与 引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，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 继续起到催化作用，就像在活酵母细胞中一样 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。 发现少数RNA具有催化功能，称为核酶。 切赫、奥尔特曼 萨姆纳 关于酶本质的探索 讨论： 1、巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义？各有什么局限性？ 巴斯德认为发酵与活细胞有关，是合理的；认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用，是不正确的。 李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质，是合理的；认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用，是不正确的。 2、在科学发展过程中出现争论是正常的。巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？ 巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。 关于酶本质的探索 讨论： 3、从毕希纳的实验可以得出什么结论？ 毕希纳的实验说明，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。 4、萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？ 萨姆纳历时9年，发扬坚持不懈、百折不挠的科学精神，用正确的科学方法，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。 5、请给酶下一个比较完整的定义。 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA。 2、酶的本质 二、酶的特性 1、酶具有高效性 2、酶具有专一性 3、酶的作用条件较温和 4、细胞内化学反应与酶的分布的关系 5、影响酶促反应速率的因素 1、酶具有高效性 （1）内涵 （2）意义 （3）酶高效性的曲线 （1）内涵 与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的作用更显著，催化效率更高。 酶的催化效率一般是无机催化剂的107 ~ 1013倍。 （2）意义 保证了细胞内化学反应的顺利进行。 保证了细胞内能量供应稳定。 （3）酶高效性的曲线 ①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 ②酶只缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。 时间 化学 平衡点 酶 Fe3+ 不加催化剂 2、酶具有专一性 （1）探究实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 （2）概念 （3）酶具有专一性的理论模型 （4）酶专一性的曲线 （1）探究实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 实验目的 探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 实验原理 淀粉 + 水 酶 麦芽糖 + 葡萄糖 非还原性糖 还原性糖 蔗糖 + 水 酶 果糖 + 葡萄糖 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，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 方法步骤 淀粉溶液 蔗糖溶液 实验步骤 一 二 三 实验现象 结论 加入淀粉酶2mL，振荡，试管下半部浸入60℃左右的热水中，反应5min 2号试管中加入2mL蔗糖溶液 1号试管中加入2mL淀粉溶液 无砖红色沉淀 砖红色沉淀 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解 加入斐林试剂 振荡 约60℃水浴2min （1）探究实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 方法步骤 （1）探究实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 探究专一性的方法 方法一、同酶不同底物； 方法二、同底物不同酶。 方法一才用于探究酶的专一性；方法二不能用于探究酶的专一性。 注意事项 本探究产物的检测只能用斐林试剂不能用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否发生水解。 （1）探究实践：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 （2）概念 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 无机催化剂催化的化学反应范围比较广 。 （3）酶具有专一性的理论模型 （4）酶专一性的曲线 O 反应速率 酶A的浓度 底物B或B在无酶条件下的反应 底物A 3、酶的作用条件较温和 （1）探究实践： 影响酶活性的条件 （2）酶的作用条件较温和 （3）影响酶活性的曲线 （4）细胞内化学反应与酶的分布的关系 （5）影响酶促反应速率的因素 1、探究实践： 影响酶活性的条件 酶活性 酶活性是指酶催化特定化学反应的能力。 酶活性可用一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。 1试管 1′试管 2试管 2′试管 3试管 3′试管 实 验 步 骤 1 2mL淀粉溶液 2mL淀粉酶 溶液 2mL淀粉 溶液 2mL淀粉酶 溶液 2mL淀粉溶液 2mL淀粉酶 溶液 2 在冰水中水浴5min 在37℃水中水浴5min 在沸水中水浴5min 3 1与1′试管混合摇匀 2与2′试管混合摇匀 3与3′试管混合摇匀 4 冰水中水浴数分钟 37℃水浴数分钟 沸水中水浴数分钟 5 取出试管，分别滴加2滴碘液摇匀，观察现象 实验现象 结论 变蓝 不变蓝 变蓝 ①淀粉酶在37℃时催化淀粉水解，在0℃和100℃时不能发挥催化作用。 ②酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低，酶活性都会明显降低 【探究温度对酶活性的影响】 （1）探究实践： 影响酶活性的条件 【探究pH对酶活性的影响】 1试管 1′试管 2试管 2′试管 3试管 3′试管 实 验 步 骤 1 2mLH2O2溶液 2mLH2O2酶 溶液 2mLH2O2溶液 2mLH2O2酶 溶液 2mLH2O2溶液 2mLH2O2酶 溶液 2 1′加入1mL蒸馏水 2′加入1 mL 5%的HCl 3′加入1 mL5%的NaOH 3 1与1′试管混合摇匀 2与2′试管混合摇匀 3与3′试管混合摇匀 实验现象 结论 酶的催化作用需要适宜的pH，过酸或过碱，酶活性都会明显降低 有大量气泡产生 卫生香复燃明显 无气泡产生 卫生香复燃不明显 无气泡产生 卫生香复燃不明显 （1）探究实践： 影响酶活性的条件 （1）探究实践： 影响酶活性的条件 探究温度对酶活性的影响，不可用过氧化氢、过氧化氢酶；用淀粉、淀粉酶来探究，不可用斐林试剂来检测反应的结果，只能用碘液；先分别调好温度再加酶混合。 探究pH对酶活性的影响，不可用淀粉、淀粉酶；先分别调好pH再加酶混合。 （1）探究实践： 影响酶活性的条件 （2）酶的作用条件较温和 与无机催化剂相比，酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 过酸、过碱或温度过高,会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 在0〫C左右，酶的活性很低,但空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性仍可恢复。  因此，酶制剂适宜在低温下保存。 一般情况下，能使蛋白质变性的条件，都能使酶变性。 （3）影响酶活性的曲线 温度/℃ 反应速率 最适温度 pH 反应速率 最适pH (1)反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。 (2)反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。 （4）细胞内化学反应与酶的分布的关系 细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞内的分布有关。 例如，在植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内。 相关信息 动物：最适温度35~40℃，最适pH 6.5~8.0 植物：最适温度40~50℃，最适pH 4.5~6.5 胃蛋白酶最适pH 1.5 高尔基体 （5）影响酶促反应速率的因素 底物浓度 底物浓度 酶促反应速率 酶浓度 酶浓度 酶促反应速率 底物充足 酶活性 一般来讲，酶活性越高，酶促反应速率越高。 酶浓度限制 温度和pH都是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。 高尔基体 抑制剂：竞争性抑制剂 竞争性抑制剂与底物竞争酶。因此，增大底物浓度，就是使抑制剂与酶结合的减少，从而减少抑制作用。因此，竞争性抑制剂的抑制作用可以通过增大底物浓度来抵消其抑制作用。 酶 抑制剂 底物 底物 抑制剂 酶 （5）影响酶促反应速率的因素 高尔基体 非竞争性抑制剂不与底物竞争，因此，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。 酶 底物 底物 酶 抑制剂 抑制剂：非竞争性抑制剂 （5）影响酶促反应速率的因素 帮范儿 再会 50 桃源仙居 骆集益 在水一方, track 30, disc 1 107418.18 XXX - 163 key(Don't modify):L64FU3W4YxX3ZFTmbZ+8/QfUoMJ6Rg4VDnu6/rhNalqp/2ALjZYEiRtG1rVSt06NAPVBisr10xPT+wf135pXvWXXBoG4e6lMYzjYZHyvgfv1wKX8JP3mTqafVFtoLCIgFXyh6Qf3JTO7OWhE0xfTuXgpovVsDV7aLQ4y+WhcFj2nSnJPSCcWmau1lq0zvcQYK8FAVTsxRuLzhLz+xSLtDA9f1HylF9UtQJQEWhRokooFFvNwQy2UHy9AFzKTVV0mTIEI9LXpQeDuNxcSpSRVF7rC0sditLThl33SZCZKsiU3IL4R2D//IJ4RD0X1dPc5NbURWk2yKWVR7/NINRcgZaFNgfQ2GbBU0XkSO3HrdBGsIMygOqy3xb4bojcTSknzi9MajM4ldupyQJhWWk8dZEDiWacaflsrzS69LgnRlHXQ+HG+Pu6w42XfA631hz4Bp4dnJzeHMbiVVVqmheX9TZy99WAipW2e4kThczg25R0= Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.51(gap_fixed:False) Lavf57.62.100 $$