5.1 降低化学反应活化能的酶（教学课件）-2024-2025学年高一生物上学期同步优质教学课件（人教版2019必修1）

第1节 降低化学反应活化能的酶 高中生物学 第五章 细胞的能量供应和利用 人教版 2019 目录 课堂小结 04 课堂练习 情境导入 02 03 素养目标 01 05 探究新知 一、酶在细胞代谢中的作用 二、酶的作用机理 三、酶的本质 四、酶的特性 学习目标 核心素养 1.明确酶在细胞代谢中的作用。 2.探究不同条件下过氧化氢的分解,并尝试对实验结果作出解释。 3.运用归纳与概括、类比与推理的方法探讨酶的作用机理，通过有关的实验和探究，学会控制自变量。 4.通过分析酶本质的发现，认识到科学是在实验和争论中前进的，体会生物科学与社会生活中的关系。 1.基于活化能的定义，理解酶提高化学反应速率的机理。（生命观念） 2.比较过氧化氢在不同条件下的分解，学会辨别和控制变量，分析实验结果。（科学探究） 3.利用实验数据，建构酶的作用机理；利用科学史资料，构建酶的化学本质。（科学思维） 4.分析探索酶本质的科学史,认识科学发展的过程是一个不断完善、不断发展的螺旋式上升的过程。（社会责任） 素养目标 情境导入 思考 酶在细胞代谢中有什么作用呢? 1773年，意大利科学家斯帕兰扎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。 斯帕兰扎尼在研究鹰的消化作用 1.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。 2.经过科学家施旺的研究得知这种物质 就是 。 胃蛋白酶 　　1．细胞代谢 　（1）概念:细胞中每时每刻都进行着许多 ，统称为细胞代谢。 　（2）意义:是细胞 的基础。 生命活动　 化学反应 一、酶在细胞代谢中的作用 细胞代谢 1 （3）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（包括头发）变白 ，会加速人体衰老。 幸而细胞中含有过氧化氢酶，能将过氧化氢分解，变成氧和水。 H2O2 H2O+ O2 过氧化氢酶 2H2O2 2H2O+O2 反应条件 不同条件 加热是化学反应常见的条件 Fe3+是无机催化剂 新鲜肝脏中含有过氧化氢酶 2.实验原理： 1.实验目的： 通过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。 一、酶在细胞代谢中的作用 比较过氧化氢在不同条件下的分解 探究.实践 质量分数为20%的肝脏研磨液，3% H2O2溶液，3.5% FeCl3溶液 。 量筒，试管，酒精灯等。 3.材料用具: H2O2酶数量多、活性强 增加H2O2酶与反应物的接触面 新鲜的 2 4.实验步骤和实验现象 实验 步骤 相同处理 向4支试管中分别加入 mL过氧化氢溶液 不同处理 不处理 放在90 ℃左右 的水浴中加热 滴入2滴 FeCl3溶液 滴入2滴肝 脏研磨液 现 象 气泡 基本无 ⁠ 较多 ⁠ 带火星 卫生香 无复燃 ⁠复燃 复燃性 较强 复燃性 ⁠ 2　 少　 很多　 有　 很强　 一、酶在细胞代谢中的作用 比较过氧化氢在不同条件下的分解 探究.实践 2 (1)与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明了什么？ (2)3号和4号试管未加热，也有大量气泡产生，这说明什么？ 加热能促进H2O2的分解,提高反应速率。 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。 过氧化氢酶比Fe3+ 的催化效率高得多。 (4) 2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多,为什么？ 一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同。 Fe3+ H2O2酶 一、酶在细胞代谢中的作用 比较过氧化氢在不同条件下的分解 探究.实践 (3)3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？ 5.实验分析： 6.实验结论：酶具有 作用，同无机催化剂相比，酶催化效率 。 催化　 更高　 2 1.变量：实验过程中变化的因素称为变量。 2.自变量：在实验过程中 。 3.因变量：随_________的改变而变化的变量。 4.无关变量：除_______外，实验过程中可能还存在一些对实验结果造 成影响的可变因素。 5.对照实验：除了一个因素以外，其余因素都__________的实验。 对照实验的类型： 。 人为控制的对实验对象进行处理的因素 自变量 自变量 保持一致 6.实验过程中遵循的原则： 。 一、酶在细胞代谢中的作用 控制变量和设计对照实验 3 科学方法 单一变量原则、对照原则、等量性原则 （无关变量始终相同且适宜） 空白对照、自身对照、相互对照、条件对照 生物实验设置空白对照组的意义为便于排除因其他因素对实验结果的干扰。 9 试管编号 1 2 3 4 第一步 H2O2浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 第二步 反应条件 常温 90 ℃ FeCl3溶液 肝脏研磨液 剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 结果 气泡产生         卫生香复燃情况         不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 复燃 迅速复燃 变量 对照组 实验组 对照实验 单一变量原则 等量性原则 等量性原则 一、酶在细胞代谢中的作用 控制变量和设计对照实验 3 自变量 无关变量 无关变量 因变量 加热为什么能加快过氧化氢分解？ 3号、4号试管没有加热，为什么 也有大量气泡产生？ 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。 加热：为分子提供了能量 Fe3+：降低化学反应的活化能 酶：同无机催化相比，酶能更显著地降低化学反应的活化能，因而催化效率更高。 二、酶的作用机理 无催化剂曲线：______ 无机催化剂曲线：_____ 酶促反应曲线：______ 无催化剂所需活化能：_____ 酶促反应所需活化能： ______ 酶降低的活化能： ______ ① ad cd ③ 二、酶的作用机理 酶的作用机理: 。 降低化学反应的活化能 酶能增加产物的生成量吗？ ② ac 更显著 更高 与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用_______，催化效率 。 未加催化剂 无机催化剂 酶催化 时间 产物量 酶只是加快反应速率，并不能增加产物的生成量。 酶与无机催化剂的共性： 二、酶的作用机理 ①降低化学反应的活化能，使反应速率加快，缩短达到平衡点的时间。 ②反应前后性质、数量不变。 ③只改变反应速率，不改变反应平衡点。 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 三、酶的本质 关于酶本质的探索 1 化学本质 绝大多数是_______ 少数是_____ 合成原料 _______ ___________ 组成元素 C、H、O、N，有的含有S _________________ 合成场所 _______ 细胞核(真核生物) 来源 活细胞(哺乳动物成熟红细胞除外) 作用场所 细胞内、细胞外、生物体外 生理功能 _____ 作用机理 _________________________ 蛋白质 RNA 氨基酸 核糖核苷酸 C、H、O、N、P 核糖体 催化 降低化学反应的活化能 三、酶的本质 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。 1.酶的概念： 酶的本质 2 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 三、酶的本质 酶的本质 2 （1）试剂鉴定法：利用双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反应的原理设计实验方案。 （2）酶解鉴定法 鉴定酶本质的实验原理和方法 　 保证了细胞内化学反应的快速进行，能量供应稳定。 2.意义: 1.原因: 3.曲线表示: O2的量 时间 0 FeCl3 过氧化氢酶 未加催化剂 ①与未加催化剂相比，说明酶具有_________； 与无机催化剂相比，说明酶具有___________。 催化作用 高效性 四、酶的特性 酶具有高效性 1 加FeCl3 加H2O2酶 ②与无机催化剂相比，酶能显著降低化学反应的活化能。 ①酶催化效率是无机催化剂的107~1013倍 无机催化剂催化的化学反应的范围比较广，比如酸既能催 化蛋白质的水解,也能催化脂肪水解，还能催化淀粉的水解。 酶能像无机催化剂一样，催化多种反应吗？ 1.含义： 每一种酶只能催化一种或一类化学反应 保证了细胞代谢能够有条不紊的进行。 2.意义： H2O2 酶 ——只能分解H2O2 脲 酶 ——只能分解尿素 淀粉酶 ——只能分解淀粉 一种 一类 蛋白酶：蛋白质→多肽 肽酶：多肽→氨基酸 二肽酶：二肽→氨基酸 四、酶的特性 酶具有专一性 2 不能，酶具有专一性 ①锁钥学说：酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系。 ②诱导契合学说： 酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状,从而有利于底物的结合。 酶 酶-底物复合物 酶-底物复合物 3.原因: 4.曲线: 四、酶的特性 酶具有专一性 2 说明酶A能催化该反应物发生反应。 反应速率 反应物浓度 加酶A 加酶B或未加酶 A表示酶；B表示底物；C、D表示产物。 3%可溶性淀粉溶液、3%蔗糖溶液、 2%淀粉酶溶液、2%蔗糖酶溶液、斐林试剂、碘液 1.实验材料： 方案一 ① 淀粉酶 + 淀粉 方案二 同种底物 + 不同酶 ① 淀粉 + 淀粉酶 如何检测因变量？ 淀粉和蔗糖的水解产物都是还原糖，可以用斐林试剂来检测。 不能用碘液，碘液无法检测蔗糖是否被水解。 ② 淀粉酶 + 蔗糖 ② 淀粉 + 蔗糖酶 探究酶的专一性 四、酶的特性 同种酶 + 不同底物 如何设计相关的实验，验证你们的假设 如果只给你一种酶，你如何设计实验？ 酶比较贵，一般用方案一 20 1.实验原理： 探究酶的专一性： 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 探究.实践 四、酶的特性 淀粉、蔗糖都是非还原糖，它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。可用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，从而看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 2.实验设计： 1号试管 2号试管 实验步骤 一 二 三 实验现象 结论 加入斐林试剂 振荡 沸水浴1min 分别加入淀粉酶滴，振荡，试管下半部 浸入60℃左右的热水中，保温5min 2mL蔗糖溶液 2mL淀粉溶液 无砖红色沉淀 有砖红色沉淀 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。 说明酶具有专一性。 思考：能否用将斐林试剂换成碘液鉴定此实验的结果？ 不能，碘液无法鉴定蔗糖是否水解，反应前后均不变蓝。 大多数酶的化学本质是蛋白质， 强酸、强碱、高温等会破坏其空间结构，使酶失去活性。 温度和酸碱度 酶催化的反应一般在温和条件下进行 1.含义： 2.原因： 4.影响酶活性的主要因素： 3.酶活性： 酶催化特定化学反应的能力。 以单位时间内底物减少量或产物生成量表示酶活性大小。 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 酶起催化作用需要怎样的条件呢？ 不能，该实验自变量是温度，用斐林试剂时需水浴加热,会干扰自变量。 能否用斐林试剂检测？ 2.本实验的自变量、因变量是什么？至少要设计几组实验？ 1.选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料？ 三组，高温，低温和中温 4.怎样观察或检测因变量？ 淀粉酶，因为 H2O2受温度影响也会分解，会干扰实验结果。 温度， 酶的活性。 滴加碘液，观察颜色变化。 四、酶的特性 探究温度对酶活性的影响 3.如何控制温度？ 先将酶与底物分别于不同温度下保温一段时间后再混合 确保混合后的酶促反应在预设温度下进行 探究.实践 1试管 1′试管 2试管 2′试管 3试管 3′试管 实 验 步 骤 1 2 3 4 5 取出试管，分别滴加2滴 摇匀，观察现象 实验现象 结论 变蓝 不变蓝 变蓝 思考：①为何不选斐林试剂鉴定？ 实验要严格控制温度，斐林试剂需加热 温度影响H2O2分解，加热分解更快 ②实验材料可不可以选H2O2? 碘液 温度对酶的活性有影响，温度偏低或偏高都会降低酶活性 2mL淀粉 溶液 2mL淀粉 溶液 2mL淀粉溶液 2mL淀粉酶 溶液 2mL淀粉酶 溶液 2mL淀粉酶 溶液 在冰水中水浴5min 在60℃水中水浴5min 在沸水中水浴5min 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 冰水中水浴数分钟 60℃水浴数分钟 沸水中水浴数分钟 底物和酶先分别保温，再混合反应，以碘液指示，不用斐林，不用H2O2 四、酶的特性 探究温度对酶活性的影响（ 淀粉和淀粉酶 ） 探究.实践 1.选择淀粉酶还是H2O2酶作为实验材料？ 三组，偏酸性、偏碱性及中性(pH=7) 3.至少要设计几组实验？ H2O2酶，因为淀粉在酸性条件下可以水解 2.本实验的自变量、因变量是什么？怎么检测因变量？ pH，酶的活性；观察试管中气泡产生情况（卫生香复燃） 四、酶的特性 探究PH对酶活性的影响 探究.实践 实 验 步 骤 1 2 3 4 实验现象 结论 各加入3%过氧化氢2mL 反应约5min，记录气泡产生情况（或插入卫生香，观察复燃情况） 各加入2滴肝脏研磨液 1号 2号 3号 1mL PH=7的缓冲液 1mL HCl 1mLNaOH 酶的作用需要适宜的PH，PH偏高或偏低都会使酶活性降低 有大量气泡产生 卫生香复燃明显 无明显气泡产生 卫生香不复燃 无明显气泡产生 卫生香不复燃 实验中,能否将步骤2、3调换?为什么? 不能。若调换2、3步骤,在调节pH之前,试管中已经发生了反应,从而影响实验结果。 四、酶的特性 探究PH对酶活性的影响(过氧化氢和过氧化氢酶) 先加酶调pH，再加底物反应，不用淀粉 5.影响反应速率的条件： ①温度 温度 反应速率 最适温度 A B C 在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而加快 在最适温度时，酶促反应速率最快 AB段： B 点： BC段： 超过最适温度，酶促反应速率随温度升高而减慢，直至酶失活。 低温使酶 活性抑制 高温使酶 永久失活 低温：抑制酶的活性，升温后能恢复活性。 高温：使酶的 遭到破坏，导致酶 ， 甚至永久失活。所以酶适合在 下保存。 空间结构 变性 低温 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 不同生物的最适温度不同 动物：35-40℃之间； 植物：40-50℃之间； 细菌和真菌：差别较大。 有的酶最适温度可达70℃ ②pH值 pH 反应速率 最适pH D E F 在一定pH范围内，酶促反应速率随pH的升高而加快 在最适pH时，酶促反应速率最快 超过最适pH后，酶促反应速率随pH升高而减慢，直至酶失活。 ②过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 ①在最适pH条件下，酶活性最高。pH偏高和偏低，酶活性都会明显降低。 过碱使酶 永久失活 过酸使酶 永久失活 5.影响反应速率的条件： 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 DE： E点： EF： 不同pH条件下，酶最适温度________； 反应溶液pH的变化________(影响/不影响)酶作用的最适温度。 不变 不变 不影响 不影响 不同温度下，酶最适pH________； 反应溶液温度的变化________(影响 /不影响)酶作用的最适pH。 ③温度、PH的综合影响 5.影响反应速率的条件： 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 29 酶促反应速率 酶的浓度 酶促反应速率 底物浓度 （酶量一定） 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，反应速率不再变化。 反应速率随酶浓度的升高而加快。 （底物充足） ④底物浓度 5.影响反应速率的条件： 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 ①竞争性抑制剂： 与底物竞争结合酶的活性位点。 竞争性抑制剂的抑制作用可以通过增大底物的浓度来抵消其抑制作用。 非竞争性抑制剂不与底物竞争，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消。 ②非竞争性抑制剂： 与酶非活性部位结合，引起酶空间构象改变。 ⑤抑制剂 5.影响反应速率的条件： 四、酶的特性 酶的作用条件较温和 3 多酶片 多酶片中含有多种消化酶，人在消化不良时可以服用。 普通糖衣-胃蛋白酶-肠溶衣糖衣-胰酶 外层 内层 胰酶中包括：胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等。 普通糖衣保护胃蛋白酶，在胃液中会分解，释放出胃蛋白酶。 肠溶衣保护胰酶，在胃液中不会分解，在小肠中分解，释放出胰酶。 溶菌酶 溶解细菌细胞壁，具有抗菌消炎的作用。在临 床上与抗生素混合使用，能增强抗生素的疗效。 四、酶的特性 酶的应用 32 加酶洗衣粉 蛋白酶——血渍、奶渍 脂肪酶——油渍 淀粉酶、纤维素酶 含酶牙膏 残留在牙缝里的食物残渣是细菌的美食，也导致龋齿的祸根。含酶牙膏可以分解细菌，使我们的牙齿亮白、口气清新。 果胶酶 分解果肉内细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得澄清。 四、酶的特性 酶的应用 33 课堂小结 课堂练习 C 1.下列有关酶的叙述，正确的是（　　） ①酶是具有分泌功能的细胞产生的　②有的从食物中获得，有的是体内转化而来　③酶是活细胞产生的　④绝大多数酶的化学本质是蛋白质　⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇　⑥酶在代谢中有催化、调节等多种功能　⑦酶在新陈代谢和生殖发育中起调控作用　⑧酶起催化作用　⑨酶只在细胞内发挥作用 A.①②⑤ B.③⑦⑨ C.③④⑧ D.④⑤⑥ 酶是活细胞产生的，几乎所有的活细胞都能产生酶，①错误；酶是活细胞产生的，不能来源于食物，②错误；酶是活细胞产生的具有催化活性的有机物，③正确；绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶为RNA，④正确；有的酶是蛋白质，有的酶是RNA，⑤错误；酶只有催化功能，⑥错误；酶不起调控作用，⑦错误；酶只是起催化作用，⑧正确；酶在细胞内和细胞外都能发挥作用，⑨错误；故选C。 课堂练习 D 在这三种温度下，45 ℃时催化反应结束所需时间最短，酶活性最高，据此不能确定该种酶的最适温度是45 ℃. 2.如图为某种酶催化的化学反应在三个不同温度条件下，反应底物浓度随时间变化的曲线图。下列相关叙述正确的是（　　）   A.该种酶的最适温度是45 ℃，欲延长反应时间可以增加反应底物 B.该种酶在65 ℃条件下无法催化反应，将温度降低到45 ℃，酶活性会逐渐增强 C.如果该种酶可以与双缩脲试剂发生紫色反应，则其可以被RNA水解酶所催化水解 D.该种酶在25 ℃条件下活性不强，将温度升高到45 ℃，酶活性会增强 65 ℃条件下，该酶空间结构已经发生改变，失去催化能力，降低温度，酶活性不可恢复 如果该种酶可以与双缩脲试剂发生紫色反应，说明其化学本质是蛋白质。 谢谢您的聆听 人教版 2019 FormatFactory : www.pcfreetime.com $$