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

第5章 第1节 降低化学反应活化能的酶 Enzymes that lower the activation energy of chemical reactions 第1课时 目录 01. 酶在细胞代谢中的作用 02. 控制变量和设计对照实验 03. 酶的作用机理分析 04. 酶的本质及验证 PART 01 酶在细胞代谢中的作用 The role of enzymes in cellular metabolism 问题探讨 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 便于取出肉块、排除物理性消化干扰。 1.为什么要将肉块放在金属笼内？ 胃内的化学物质 2.是什么物质使肉块消失了？ 4 问题探讨 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 收集胃内的化学物质，看看这些物质在体外是否能将肉块分解。 3.怎样才能证明你的推测？ 像这样细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为什么？ 5 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。 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。 常温(37℃) 常压 液体环境 pH接近中性 细胞内的环境 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？ 细胞代谢离不开酶 一、细胞代谢 二、酶在细胞代谢中的作用 细胞代谢是细胞生命活动的基础，但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。 2H2O2 2H2O + O2 1.过氧化氢在体外分解需要什么条件？ 2.细胞内的过氧化氢又是怎样被快速分解的呢？ 加热、强酸、强碱、 加催化剂（如Fecl3) 细胞中含有过氧化氢酶 问题: 过氧化氢酶与加热、强酸、强碱、加催化剂都能使过氧化氢分解，他们原理一样吗？分解速率一样吗？如何设计实验来探究酶的作用？ 比较H2O2在不同条件下的分解 比较H2O2在不同条件下的分解 1 实验材料 ①新鲜的质量分数为20%肝脏研磨液； ②新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液； ③质量分数为3.5%的FeCl3溶液； ④各种用具如：量筒、试管、滴管、酒精灯、卫生香等等。 本实验为什么要用新鲜的肝脏？ 如果不是新鲜的肝脏，肝脏中的过氧化氢酶会被腐生菌分解而减少。 制成肝脏研磨液会增大酶与过氧化氢的接触面积，加快分解速率。 实验为什么把肝脏制备成研磨液？ 2 实验目的 通过比较过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解酶的作用和意义。 3 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气泡冒出情况 4 实验设计 组别 对照组 实验组 1 2 3 4 过氧化氢 H2O2浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2mL 2mL 2mL 2mL 反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴 结果 产生气泡 卫生香燃烧情况 5 实验现象 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 6 实验结果 组别 对照组 实验组 1 2 3 4 过氧化氢 H2O2浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2mL 2mL 2mL 2mL 反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴 结果 产生气泡 卫生香燃烧情况 不明显 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 卫生香不复燃， 少量气泡 ②90℃左右的水浴中加热 ③2滴FeCl3溶液 ①常温下反应 ④2滴新鲜肝脏研磨液 比较实验①②说明： 比较实验①③说明： 比较实验③④说明： 酶具有催化作用。 ➻同无机催化剂相比，催化效率更高。 加热能促进H2O2的分解 ③号试管Fe3+数比④号试管H2O2酶高25万倍 卫生香变亮， 较多气泡 ➟ 卫生香复燃， 大量气泡 ➟ 分析比较 质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液相比，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。 14 分析比较 1.3、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。 2. 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+做催化剂 过氧化氢酶 15 组别 对照组 实验组 1 2 3 4 过氧化氢 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2mL 2mL 2mL 2mL 反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴 结果 产生气泡 无气泡 少量 较多 大量 卫生香 燃烧情况 不复燃 不复燃 变亮 复燃 酶和无机催化剂一样，都能催化化学反应，并且酶的催化效率远高于无机催化的催化效率。 结论 分析比较 PART 02 控制变量和设计对照实验 Control variables and design control experiments 1.自变量 一、控制变量 变量 实验过程中变化的因素称为变量。 实验过程中，人为控制的对实验对象进行处理的因素。 2.因变量 3.无关变量 因自变量改变而变化的变量。 除自变量外， 实验过程中存在一些对实验结果造成影响的可变因素。 实验过程中除自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致。 4.单一变量 控制变量和设计对照实验 组别 对照组 实验组 变量 1 2 3 4 过氧化氢 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2mL 2mL 2mL 2mL 反应条件 常温 90℃ FeCl32滴 肝脏研磨液2滴 结果 产生气泡 无气泡 少量 较多 大量 卫生香 燃烧情况 不复燃 不复燃 变亮 复燃 无关变量 无关变量 自变量 因变量 因变量 1.分析本实验的变量 19 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 二、设计对照实验 对照实验 除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致， 并将结果进行比较的实验。 对照的类型 空白对照、自身对照、相互对照、条件对照 1.空白对照 不给对照组做任何实验处理，这里的”空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的实验因素给予空白。 1号试管即为空白对照 控制变量和设计对照实验 二、设计对照实验 2.自身对照 对照组和实验组都在同一研究对象上进行， 不另设对照组。(不同处理的前后对照) 紫色洋葱鳞片叶外表皮 滴加3%的蔗糖溶液，低倍镜观察 滴加清水后，低倍镜观察 → → 制成装片， 低倍镜观察。 → Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 3.相互对照 不另设对照组，而是几个实验组之间相互对照，其中的每一组既是实验组也是其他组的对照组。 2、3、4为相互对照 幼小蝌蚪不处理 幼小蝌蚪饲喂甲状腺激素 幼小蝌蚪饲喂甲状腺抑制剂 条件对照就是给对照组施加跟自变量不同程度或反向处理，目的是与实验组形成对照。 4.条件对照 虽给对照组施以某种实验因素的处理。但这种处理是作为对照因素的，不是所要研究的实验因素。这种处理不包括实验研究给定的自变量。目的是更有效的比较实验组和对照组的结果。 二、设计对照实验 （1）空白对照 （2）实验组 （3）条件对照组 PART 03 酶的作用机理分析 Analysis of the mechanism of enzyme action 三、酶的作用机理分析 问题: 通过以上学习你能总结出加热、Fe3+、酶使H2O2分解的作用机理吗？ 提高分子的能量 降低化学反应的活化能 更显著地降低化 学反应的活化能 加热 Fe3+ 酶 酶作用原理：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。 酶作用意义：使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行高。 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、Fe3+、酶的作用机理(视频) 三、酶的作用机理分析 三、酶的作用机理分析 降低化学反应的活化能 加 热 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 活化能 H2O2 常态 H2O2 活跃态 提醒　 ①加热不能降低化学反应 的活化能，但是可以为 反应提供能量。 ②酶可以重复多次利用， 不会立即被降解。 图中①表示： 图中②表示： 图中④表示： 时化学反应所需的活化能。 催化时化学反应所需的活化能。 催化时化学反应所需的活化能。 图中③表示： 图中⑤表示： 无机催化剂降低的活化能 酶降低的活化能 更显著地降低化学反应的活化能 无催化剂 无机催化剂 酶 三、酶的作用机理分析 四、酶本质的探索历程 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。 19世纪以前，人们还不知道酶为何物。19世纪以后，随着酿酒中发酵过程的深入研究，科学家才揭开酶的“面纱”。 四、酶本质的探索历程 酶的本质探索（视频） 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起作用。 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 四、酶本质的探索历程 31 萨姆纳：从刀豆中提纯脲酶，并证明其化学本质是蛋白质 发现少数RNA具有催化功能，称为核酶。 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、奥特曼 发现了绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA（核酶） 核糖体的rRNA就是催化肽键形成的酶 三、酶本质的探索历程 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？ 都认为发酵与酵母菌有关；巴斯德局限于与整个活细胞有关，李比希局限于细胞裂解后才发挥作用。 2.巴斯德和李比希争论的原因是什么？对研究酶的本质起到什么作用？ 争论的原因是只提出观点，未进行实验验证；促使后来的科学家用实验去验证，结束争论。 3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？ 是酵母细胞的产物引起发酵。 4.萨姆纳取得成功靠的是什么样的精神品质？ 尝试不同的方法，持之以恒的努力。 四、酶本质的探索历程 33 PART 04 酶的本质及验证 The nature and verification of enzymes 五、酶的本质 酶 来源 活细胞产生的 活细胞产生，可在细胞内、细胞外(或体外)发挥作用 功能 具有催化作用 降低化学反应的活化能　 本质 有机物(蛋白质或RNA) 合成原料：氨基酸和核糖核苷酸 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。 化学本质 合成原料 合成场所 来源 作用部位 生理功能 作用原理 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 细胞核 降低化学反应的活化能 只起催化作用，无调节作用 活细胞（哺乳动物红细胞除外） 细胞内外、体外 五、酶的本质 36 1.鉴定酶的本质是否是RNA 检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，原因是蛋白酶本身也可与双缩脲试剂发生反应。 六、实验验证酶的本质 37 2.鉴定酶的本质是否是蛋白质 待测酶液 + 双缩脲试剂 → 是否出现紫色反应 已知蛋白液 + 双缩脲试剂 → 出现紫色反应 待测酶液 实验组 稀释的鸡蛋清 对照组 实验组呈现紫色说明该酶的化学本质为蛋白质 （1）实验组 （2）对照组 六、实验验证酶的本质 探究实验：比较过氧化氢 在不同条件下的分解 酶的作用和本质 酶在细胞代谢中的作用 酶的本质： 绝大多数是蛋白质，少数是RNA。 自变量 原理：降低化学反应活化能 因变量 无关变量 课堂小结 39 (1)具催化功能 RNA的发现是对酶化学本质认识的补充。( ) (2)酶、抗体、激素都是由氨基酸通过肽键连接而成的。( ) (3)酶在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。( ) (4)酶可降低过氧化氢分解反应的活化能，而无机催化剂不能。( ) (5)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。( ) √ × × 1.判断题 × √ 淀粉酶既可以催化淀粉水解，又可以作为底物被蛋白酶水解。 性激素是固醇 习题巩固 2.(2022·南京模拟)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组成的，如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，则留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明(　　) A．该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．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA A 习题巩固 41 习题检测 3.酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是（ ） A.酶不能脱离生物体起作用 B.酶只有释放到细胞外才起作用 C.所有的酶都是蛋白质 D.酶是具有催化作用的有机物 D 42 习题检测 4.酶和无机催化剂都能催化化学反应。与无机催化剂相比，酶具有的特点是( ) A.能为反应物提供能量 B.能降低化学反应的活化能 C.能在温和条件下催化化学反应 D.催化化学反应更高效 D 43 感谢观看 Lavf58.48.100 $$