5.1降低化学反应活化能的酶 2课时 课件 2024—2025学年高一上学期生物人教版必修1

新叶伸向和煦的阳光， 蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。 他们为生存而获取能量， 能量在细胞里流转激荡！ 第5章 细胞的能量供应和利用 细胞的生命活动是需要能量来驱动的。太阳能几乎是所有生命系统中能量的最终源头。外界能量进入细胞，并为细胞所利用，都要经过复杂的化学反应。 3 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢 细胞内外的环境 常温 常压 水溶液环境 pH接近中性 温和 在细胞较为温和的环境中，各种生化反应如何高效有序的进行呢？ 高温 高压 强酸 强碱 剧烈条件 常见化学反应的条件 5.1 降低化学反应活化能的酶（一） 细胞代谢 细胞代谢是细胞生命活动的基础，但细胞代谢中也会产生代谢废物，甚至会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。 幸而细胞中含有另一种物质，能将过氧化氢及时分解为氧气和水，这种物质就是过氧化氢酶。 细胞代谢 2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶 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。 实验：比较H2O2在不同条件下的分解 一、酶在细胞代谢中的作用 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。 2. 实验原理： 2H2O2 2H2O+O2 反应条件 ①加热是化学反应常见的条件 ②Fe3+是无机催化剂 ③新鲜肝脏中含有过氧化氢酶 不同条件 判断H2O2的分解快慢依据： O2的产生量 ①点燃的卫生香的复燃情况 ②气泡的多少 实验：比较H2O2在不同条件下的分解 3.实验材料： 新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液 新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液 质量分数为3.5%的FeCl3溶液。 经计算，质量数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。 新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶 量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计 实验用具： 8 3 2滴FeCl3 1 室 温 2 90℃水浴加热 取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4，向各试管内分别加入2ml过氧化氢溶液。 4 2滴肝脏研磨液 4、实验设计 实验：比较H2O2在不同条件下的分解 5、实验现象 实验：比较H2O2在不同条件下的分解 实验：比较H2O2在不同条件下的分解 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滴蒸馏水 2滴蒸馏水 2滴 2滴 结果 气泡产生 几乎无   少量 较多  大量  卫生香复燃情况 不复燃  不复燃  变亮  复燃  实验结论 过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样； 过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解速率最快。 1与2对照：加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(为反应提供能量) 1与3对照：FeCl3在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用) 1与4对照：过氧化氢酶在常温下能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。(催化作用) 科学方法 控制变量和设计对照实验 自变量 因变量 在实验中人为改变的量。 比如：过氧化氢分解的不同条件 因自变量改变而改变的量。 比如：过氧化氢的分解速率 无关变量 对实验结果造成影响的可变因素。 比如：反应物的浓度和反应时间等 除作为自变量的因素外，其余因素（无关变量）都保持一致， 并将结果进行比较的实验。 对照实验 对照组&实验组 ②单一变量原则 ④对照原则 ①科学性原则 ③等量性原则 实验：比较H2O2在不同条件下的分解 实验：比较H2O2在不同条件下的分解 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滴蒸馏水 2滴蒸馏水 2滴 2滴 结果 气泡产生 几乎无   少量 较多  大量  卫生香复燃情况 不复燃  不复燃  变亮  复燃  实验结论 自变量 因变量 变量 无关变量 相同 适宜 对照组 对照实验 实验组 无关变量 讨论 1号试管与2号试管对照，可以说明什么结论？ 2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。 为什么加热能促进过氧化氢分解？ H2O2（常态） H2O2（活跃状态） 使过氧化氢分子得到能量 容易分解 活化能 （2）在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 不能 3号和4号相互对照，又能说明什么结论？ 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。 说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高。 讨论 指在化学反应中，催化剂能够提高反应速率的能力。他是一个相对值，通常用加了催化剂的反应速率常数(k)/未加催化剂时的反应速率常数(k0)来表示，即S=k/k0。 催化效率: a b 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 _____________ _____________ ③ _____________ ab 。 bc 。 随堂练习 In-class practice 17 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 无催化剂条件下，反应所 需要的活化能 无催化剂 无机催化剂 ③ 酶 ab 。 酶催化时，反应的活化能 bc 。 随堂练习 In-class practice 与无机催化剂相比，①酶的催化效率更高。 18 与无机催化剂相比: ②不改变反应的平衡点，只是缩短了到达平衡点的时间 与无机催化剂相比: ③酶和无机催化剂在反应前后数量和性质不发生改变，一段时间内可以重复利用。 例：下图中，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能。正确表示酶的作用的图解是( ) B 正是由于有了 ，细胞代谢才能在温和的条件下快速有序地进行。 酶的催化作用 复习巩固 1.什么是活化能？ 分子从常态转变为容易发生化学反应所需要的活跃状态所需要的能量。 2.不同反应条件加快反应速率的原因？ 加热 Fe3+ H2O2酶 为过氧化氢分子提供能量 降低化学反应的活化能 显著降低化学反应的活化能 3. 酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，在发挥作用过程中有哪些共同特点？ ①化学反应前后酶的数量和性质均不变； ②缩短达到化学平衡的时间，但不能改变化学反应的方向和化学平衡； 复习巩固 1、酶除了具有催化功能外，可以调节生命活动吗？ 催化（降低化学反应的活化能）是酶唯一的功能，它不具调节功能，也不作为能源（或组成）物质。 酶的作用原理 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，发现笼内肉块消失了。 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？ 3、怎样才能证明你的推测？ 讨论 排除物理性消化对肉块的影响 肉块被胃内的化学物质消化 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。 物理性消化又叫做机械性消化 问题探讨 酶在食物消化中的作用 二、酶的本质 糖类通过发酵→ 酒精+二氧化碳 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 关于酶本质的探索 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德 李比希 毕希纳 萨姆纳 其他科学家 切赫和奥尔特曼 发酵由酵母死亡后释放的物质引起 发酵与活细胞有关 活酵母细胞产生能引起发酵的物质（酿酶） 脲酶是蛋白质 胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质 少数酶是RNA 切赫 奥特曼 争论 酶的概念 酶是 产生的具有 的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数的酶是RNA。 活细胞 催化作用 来源 化学本质 功能 化学本质 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 一般来说，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生 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、外及生物体外均能发挥作用 C、H、O、N、(S) C、H、O、N、P 三、酶的特性 平衡点 c b a a：表示加入酶 b：表示加入无机催化剂 c：未作处理 （1）酶具有高效性 (1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 (2)酶只能缩短达到化学反应平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。 (3) a、c曲线对比说明酶具有催化作用；只有a、 b曲线比较才能说明酶有高效性 酶的催化效率是无机催化剂的107--1013倍 每滴FeCl3溶液中的Fe3+数，大约是每滴肝脏研磨液中过氧化氢分子数的25万倍。（P77） 时间 生成物浓度 三、酶的特性 每一种酶只能催化 化学反应。 （2）酶具有专一性 （1）酶具有高效性 一种或一类 H2O2酶只能催化H2O2这一种物质的分解； 蛋白酶只能催化蛋白质这一类物质的水解…… 催化蔗糖酶的酶是________________ 蛋白酶 锁钥学说P85 一种酶只能与一种或一类底物结合 活性部位 酶 底物 产物 常态 活跃状态 酶 反应前后酶的性质不变 设计实验 酶的专一性的验证实验 因变量： 自变量： 同一种酶不同底物。 同一底物不同的酶。 淀粉酶 淀粉（非还原糖） 麦芽糖（还原糖） 蔗糖（非还原糖） 蔗糖 淀粉酶 淀粉（非还原糖） 麦芽糖（还原糖） 淀粉（非还原糖） 淀粉 淀粉酶 蔗糖酶 实验材料：淀粉、蔗糖、淀粉酶、蔗糖酶 不同反应物，也可以是不同酶溶液， 反应物是否被分解。 1.实验设计： 取2支洁净的试管，分别编上序号1、2。 探究·实践 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 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 —— 2ml 3 注入新鲜的淀粉酶溶液 2ml 2ml 4 注入斐林试剂 2ml 2ml 5 实验结果 1 2 水浴加热 砖红色沉淀 浅蓝色 2.实验结论： 淀粉酶只能催化可溶性淀粉溶液的水解， 而不能催化蔗糖溶液的分解。 本实验中，可以选用碘液作为鉴定试剂吗？ 同种酶不同底物 体温超过合适温度，消化酶的活性降低 温水条件下，酶接近最适温度 ①人在发高烧的时候，常常食欲大减，为什么？ ②加酶洗衣粉为什么在温水条件下去污能力最强？ 酶催化特定化学反应的能力称为酶活性，一般用酶促反应速率衡量酶活性 (由酶催化的化学反应) 生成物的量 反应物的量 反应时间 1、温度 2、PH值 酶活性 3、酶的浓度 4、底物浓度 酶促反应速率 1、实验原理 探究·实践 （一）探究温度对酶活性的影响 2、实验设计 步骤 项目 试管1 试管2 试管3 1 2 3 4 5 6 加入可溶性淀粉溶液 放置在不同温度环境 加入新配置的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL 2 mL 0℃ 100℃ 60℃ 1 mL 1 mL 1 mL 变蓝 变蓝 不变蓝 完成反应 滴入碘液 观察结果 5 min 5 min 5 min 2滴 2滴 2滴 评价：该实验有何不妥之处？ 3、实验结果 酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或者过低都会影响酶的活性。 本实验中，可以选用斐林试剂进行鉴定吗？ 探究·实践 （一）探究温度对酶活性的影响 该实验不能斐林试剂进行鉴定，因为斐林试剂与还原糖的反应需要水浴加热，而本实验的自变量是温度，须严格控制温度。“恒温” 本实验能选用过氧化氢酶催化过氧化氢吗？ 不能，因为过氧化氢在加热条件下会自然分解。 最适温度 酶活性受温度影响示意图 t/℃ υ/mmol. s-1 抑制 失活 在0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。因此，酶制剂适宜在低温下保存。 低温降低酶的活性，但不破坏酶的结构。 思考：酶的保存方法？ P84一般来说，动物体内的酶最适温度在35-40℃;植物体内的酶最适温度在40-50℃;细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的酶最适温度可高达70℃。 探究·实践 （二）探究pH对酶活性的影响 1、实验原理 2、实验设计 2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶 pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量。 步骤 项目 试管1 试管2 试管3 1 过氧化氢溶液 2ml 2ml 2ml 2 蒸馏水 1ml —— —— 3 盐酸溶液 —— 1ml —— 4 NaoH溶液 —— —— 1ml 5 肝脏研磨液 2滴 2滴 2滴 6 37℃ 5min 5min 5min 7 点燃但无火焰的卫生香 复燃 不复燃 不复燃 3、实验结论 过氧化氢酶在强酸和强碱环境中不起作用，在中性环境中能催化过氧化氢快速分解。 本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉水解为什么？ 因为淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。 在过酸过碱的条件下，都会使酶的 ___________遭到破坏,蛋白质变性，酶永久失去______。 在最适合的pH下，酶的活性最高 空间结构 活性 最适pH pH υ/mmol. s-1 失活 失活 酶所催化的反应一般是在比较温和的条件下进行的。 动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，人体唾液的pH为6.2～7.4，小肠液的pH为7.6。但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为1.5;植物体内的酶最pH大多为4.5～6.5。 三、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 四、影响酶促反应速率的相关曲线 温度和PH对酶促反应的影响 （2）图示pH＝7时，反应物剩余量最少，三个pH值中，pH=7应为最佳pH，但是最适pH不一定为7。 分析：（1）反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度； 反应溶液温度的变化不影响酶作用的最适pH 。 反应物浓度和酶浓度对酶促反应的影响 (1)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的条件下，酶促反应速率随反应物浓度增加而加快，但当底物浓度达到一定浓度后，受酶数量和酶活性的限制，酶促反应速率不再增加。 限制因素？ 底物浓度 限制因素？ 酶的数量 (2)乙图：在底物充足，其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。 四、影响酶促反应速率的相关曲线 分析： 2、下图表示在最适温度、最适pH等条件下，反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。请回答： (2)如果温度升高10℃重复实验，则图中A点的位置将_____________________(填 “上移”或“下移”)，原因是: 下移（红色线） 曲线反映最适温度条件下的变化，超过最适温度，酶活性下降，反应速率下降 (3)如果从B点开始，往反应混合物中加入少量同样的酶，曲线会发生什么变化(请在图中绘出变化曲线)（蓝色线）? 发生以上变化的原因是: 酶浓度增加且反应物充足，反应速率加快 拓展应用（P85） (1)请解释A、B、C三点时该化学反应的状况。 A点随着反应底物浓度的增加，反应速率加快； B点：反应速率在此时刻达到最高， 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。 例1　如图表示在最适温度下，某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系。下列有关叙述正确的是 A.适当提高反应温度，B点向右上方移动 B.在B点适当增加酶浓度，反应速率不变 C.在A点提高反应物浓度，反应速率加快 D.在C点提高反应物浓度，产物不再增加 题型1：曲线关键点分析 2.如图是酶活性影响因素的相关曲线，下列有关说法不正确的是 A.据图可知酶的最适温度为M，最适pH为8 B.图中所示反应溶液中pH的变化不影响酶作用 的最适温度 C.温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低 D.0 ℃时酶的活性很低，但酶的空间结构稳定 1 2 3 4 5 跟踪训练 6 7 8 题型2：最适温度和最适pH的位置分析 跟踪训练 4.为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图。下列分析正确的是 A.实验结果表明该酶的最适温度是40 ℃ B.实验过程中pH的变化不会对该实验产生影响 C.20 ℃条件下，t3时温度提高10 ℃，产物浓度会增加 D.60 ℃条件下，t2时增加底物的量不会改变产物浓度 1 2 3 4 5 跟踪训练 6 7 8 跟踪训练 例2　如图表示某种酶在不同处理条件(a、b、c)下催化化学反应时，反应物的量和反应时间的关系。以下关于此图的解读，正确的是 A.a、b、c表示温度，则一定是a＞b＞c B.a、b、c表示酶的浓度，则a＞b＞c C.a、b、c表示pH，则c＞b＞a D.a、b、c表示温度，则不可能是c＞b＞a 题型3：自变量为反应时间的曲线分析 1.如图表示在25 ℃、pH＝7的条件下，向2 mL的H2O2溶液中加入2滴肝脏研磨液，H2O2分解产生O2的量随时间的变化。若改变某一条件，下列分析正确的是 A.以Fe3＋替代肝脏研磨液，a值减小，b值增大 B.滴加4滴肝脏研磨液，a值不变，b值增大 C.温度为37 ℃时，a值不变，b值减小 D.H2O2量增加为4 mL时，a值增大，b值减小 1 2 3 4 5 跟踪训练 6 7 8 跟踪训练 1 2 3 4 5 跟踪训练 5.除了温度和pH对酶活性有影响外，一些抑制剂也会降低酶的催化效果。图甲为酶作用机理及两种抑制剂影响酶活性的机理示意图，图乙为相同酶溶液在无抑制剂、添加不同抑制剂的条件下，酶促反应速率随底物浓度变化的曲线。下列说法不正确的是 6 7 8 题型4：抑制剂对酶活性的影响分析 1 2 3 4 5 跟踪训练 A.图甲中非竞争性抑制剂降低酶活性的机理与低温对酶活性抑制的机理不同 B.根据图甲可推知，竞争性抑制剂与底物具有类似结构而与底物竞争酶的活性位点 C.图乙中底物浓度相对值小于10时，限制曲线A酶促反应速率的主要因素是底物浓度 D.图乙中曲线B和曲线C分别是在酶中添加了非竞争性抑制剂和竞争性抑制剂的结果 6 7 8 $$