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5章 细胞的能量供应和利用 第1节 降低化学反应活化能的酶 （第一课时） 2 目标 01 02 03 理解酶的化学本质，认同科学发现是在不断地探索和争论中前进的。(生命观念） 通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，尝试设计对照实验。（科学探究） 通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断的探索和争论中前进的，体会科学家不畏挫折的精神。 （社会责任） 学习目标 3 问题探讨 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？ 3.怎样才能证明你的推测？ 便于取出肉块、排除物理性消化干扰 胃内的化学物质 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 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。 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。 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 问题: 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 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 探究.实验 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；各种用具如：量筒、试管、滴管、酒精灯、卫生香等等。 合作探究一：请同学们自主阅读教材P76-77，小组合作完成以下问题。 1.写出实验目的： 2.说出实验原理： 3.找出自变量、因变量、无关变量。 4.设计该实验，并简述实验步骤： 二、酶在细胞代谢中的作用 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 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。 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 2 实验目的 3 实验原理 二、酶在细胞代谢中的作用 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 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 二、酶在细胞代谢中的作用 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 二、酶在细胞代谢中的作用 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 5 实验现象 Fe3+做催化剂 过氧化氢酶 二、酶在细胞代谢中的作用 比较H2O2在不同条件下的分解 探究.实验 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 二、酶在细胞代谢中的作用 实验中变量的控制 变量： 实验过程中可以变化的因素 实验过程中人为改变的变量。 如氯化铁溶液、 肝脏研磨液等 随着自变量变化而变化的变量。 如过氧化氢的分解速率 对实验结果造成影响的可变因素。 如肝脏的新鲜程度等 自变量： 因变量： 无关变量： 对照实验 除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验。 对照组：没有处理，直接观察 实验组：对实验变量进行处理 1号试管 2、3、4号试管 对照实验的设计原则： 1.单一变量原则。 2.等量原则。 单一变量原则：实验设计时只有一个自变量，且无关变量在对照组和实验组中均要保持一致且适宜 等量原则：除了要观察的变量以外，其他变量都应当始终保持不变。 试管编号 步骤 1 2 3 4 一 二 三 观察 实验结论 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 几乎无 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 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 反应条件 无关变量 H2O2浓度 H2O2剂量 气泡产生 带火星的卫生香 自变量 因变量 对照实验 讨论：无关变量对实验结果没有影响吗？该实验的无关变量还有哪些？ 变量 相同 适宜 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 试管编号 步骤 1 2 3 4 一 二 三 观察 实验结论 2ml 2ml 2ml 2ml 3% 3% 3% 3% 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 2滴 2滴 几乎无 少量 较多 大量 不复燃 不复燃 变亮 复燃 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 反应条件 无关变量 H2O2浓度 H2O2剂量 气泡产生 带火星的卫生香 对照组 实验组 自变量 因变量 对照实验 讨论：该实验的对照组和实验组分别是什么？ 变量 相同 适宜 单一变量原则 无关变量：压强，试管洁净程度，过氧化氢是否新配制等 实验结论分析 1与2对照： 加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率 1与3对照： FeCl3能促进过氧化氢的分解，提高反应速率 1与4对照： 过氧化氢酶能促进过氧化氢的分解，提高反应速率 1、3、4对照： 过氧化氢酶比FeCl3的催化效率更高 1 2 2 3 3 4 4 2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多？ 一样多，几支试管的H2O2 溶液的体积和浓度都相同 3.酶的作用原理 分子的常态： 分子的活跃态： 常态的分子 活跃态的分子 提供能量 不活跃，不易发生化学反应 易发生化学反应 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。 加热、Fe3+、酶的作用机理(视频) 一 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。 意义：使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行。 问题: 试着总结出加热、Fe3+、酶使H2O2分解的作用机理吗？ 三、酶能降低化学反应的活化能 加热： 为反应物分子提供能量(活化能），使其达到活跃状态 Fe3+： 降低化学反应的活化能 酶： 更显著地降低化学反应的活化能（作用机理） 想一想：如何表示？ 无催化剂曲线：______ 酶促反应曲线：______ 无酶促反应所需活化能：______ 酶促反应所需活化能： ______ 酶降低的活化能： ______ 曲线B 曲线A E2 E3—E2 E3 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 发酵与死细胞中的物质有关 发酵与活细胞有关 死细胞中的物质和活细胞都能引起发酵 脲酶是蛋白质 胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质 切赫 奥尔特曼 二 酶的本质 请给酶下一个比较完整的定义。 少数酶是RNA 定义 绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA 酶的化学本质 酶的来源 酶的功能 活细胞产生的 具有催化作用的 有机物。 一类 一般说来，活细胞都能产生酶 酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用 酶只起催化作用，无调节功能 本质 温馨提示 二 酶的本质 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，活细胞都能产生 作用场所 作用原理 RNA 蛋白质 核糖核苷酸 氨基酸 核糖体 细胞核（真核生物） 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 显著降低化学反应的活化能 二 酶的本质 25 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 26 温故知新 1.酶的概念：_______________________________________； 2.作用机理：______________________; 3.活化能： 。 4.与无机催化剂相比，酶具有 。 降低化学反应的活化能 酶是活细胞产生的，具有催化作用的有机物 高效性 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 显著降低化学反应的活化能 第5章 细胞的能量供应和利用 第1节 降低化学反应活化能的酶 （第二课时） 28 Fe3+ 过氧化氢酶 SUPER MAN 只有一个！ 咱们有25万大军！ 2H2O2 2H2O+O2↑ 完 胜！ （1）酶的催化效率一般是无机催化剂的107 ～1013倍。 （2）酶可在1s内完成非酶体系需要3年-30万年时间的反应。 科学家整理大量的实验数据发现： 酶特性一：高效性 一、酶的高效性 目标 01 02 03 通过“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”的探究活动,阐明酶具有专一性,学会“控制变量和设计对照实验”的科学方法。(科学探究) 通过“pH和温度对酶活性的影响”的探究活动,分析推导“酶的作用条件较温和”的特性,培养模型建构的科学思维。(科学思维) 通过酶在生活和生产中应用的实例,认同酶在生产实践上应具有高效、环保、节能等特点。(社会责任) 学习目标 30 一、酶的高效性 酶具有高效性的意义 ： 高效性的意义 第一 第二 保证了细胞代谢快速有效地进行。 保证了细胞内能量供应的稳定。 时间 产物浓度 加酶 加无机催化剂 不加催化剂 一 酶具有高效性 关于酶高效性的温馨提示：催化剂只会缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。既酶不能增加产物的生成量。 问题1：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，酶也具有这个本领吗？ 质量分数为2%新配制的淀粉酶溶液，新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液；质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，质量分数为3%的蔗糖溶液，蔗糖酶溶液；斐林试剂，碘液。 （1）如何设计验证酶专一性实验？ （2）选择什么反应物和酶进行实验，依据是什么？ （3）用什么鉴别生成物？ 二 酶具有专一性 试管，烧杯，量筒，滴管，温度计，试管夹，三脚架，石棉网，酒精灯，火柴，卫生香。 1.实验材料及试剂： 2.实验器具： 合作探究一：自主学习课本P81-82相关内容，请小组合作利用以上材料完成以下问题。 二 酶具有专一性 3.设计方案： 方案一 酶相同，底物不同 ①底物a+酶溶液 ②等量底物b+等量相同酶溶液 方案二 底物相同，酶不同 ①底物+酶溶液1 ②等量相同底物+等量酶溶液2 实验材料：淀粉酶、淀粉、蔗糖 实验材料：淀粉、淀粉酶、蔗糖酶 鉴别试剂：斐林试剂 鉴别试剂：碘液 34 步骤 项目 试管1 试管2 1 注入可溶性淀粉溶液 2 注入蔗糖溶液 3 注入新鲜的淀粉酶溶液 4 水浴加热 5 加入斐林试剂 6 沸水浴 7 观察颜色变化 2mL — — 2mL 2mL 2mL 60℃，保温5min 2mL 砖红色 无砖红色 结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，对蔗糖则不起催化作用。 二 酶具有专一性 4.实验过程及现象： 保持1min 淀粉酶的最适温度为60℃，酶活性最高 酶特性一：专一性 35 酶具有专一性:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 ①脲酶——只能催化尿素分解。 ②过氧化氢酶——只能催化过氧化氢分解。 ③二肽酶——可以催化所有的二肽分解 二 酶具有专一性 5.实验结果分析： 底物浓度 反应速率 底物D+ 酶D 底物D + 酶E 锁钥学说： 合作探究九：酶具有专一性的意义： 保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。 ①反应前后酶的结构和性质不变 ②同一生物不同细胞内酶的种类和数量不相同 二 酶具有专一性 6.酶具有专一性的意义： 探究：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验中检测试剂为什么选择斐林试剂而不是碘液？ 淀粉完全分解+碘液→无现象 蔗糖分解/不分解+碘液→无现象 探究：已知淀粉酶能够催化淀粉水解，设置1号试管有无必要？ 有必要，可排除淀粉酶的活性，浓度等无关变量的影响。 37 03 高压 高温 强酸 强碱 √ √ √ √ 三 影响酶活性的条件 ？ 38 未知用户1 (未知用户1) - 质量分数为2%的淀粉酶溶液、质量分数为20%的肝脏研磨液（过氧化氢酶）、缓冲液、质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、体积分数为3%的过氧化氢溶液物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸、物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液、热水、蒸馏水、冰块碘液、斐林试剂 三 影响酶活性的条件 探究温度对酶活性的影响 实验 1.实验材料及试剂： 探究：小组合作选出探究温度对酶活性影响实验材料并做简要说明。 淀粉、淀粉酶 ①实验材料： 不选用H2O2作为反应底物的原因？ H2O2不稳定，受热易分解。 碘液 ②检测试剂： 不选用斐林试剂进行鉴定的原因? 斐林试剂检测需要水浴加热，温度是干扰条件。 探究：先处理温度，还是先混合？ 先处理温度，再混合，原因：保证反应从一开始就是预设温度。 39 三 影响酶活性的条件 探究温度对酶活性的影响（视频） 实验 操作 1号试管 2号试管 3号试管 4号试管 5号试管 6号试管 0℃ 0℃ 50℃ 50℃ 100℃ 100℃ 加淀粉 2mL — 2mL — 2mL — 加淀粉酶 — 2mL — 2mL — 2mL 保温 在各自温度下保温5min 混合 将2号加入1号中 将4号加入3号中 将6号加入5号中 保温 在各自温度下保温5min 加碘液 2滴 2滴 2滴 观察颜色 变蓝 不变蓝 变蓝 实验结论： 酶的催化作用需要适宜的温度，温度过低或过高都会影响酶的活性。 三 影响酶活性的条件 探究温度对酶活性的影响 实验 41 低温使酶活性受抑制，但酶的空间结构稳定，温度恢复，酶活性可以恢复。（低温保存） 高温使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(高温变性) （1）酶的活性最高，催化效率最高的温度称为酶的最适温度。 （2）在低于最适温度的范围内,酶的活性随着温度的升高而升高。 （3）当超过最适温度，酶的活性随着温度的升高而降低，甚至失活。 三 影响酶活性的条件 探究温度对酶活性的影响 实验 失活 抑制 42 质量分数为2%的淀粉酶溶液，质量分数为20%的肝脏研磨液(H2O2酶)，质量分数为3%的淀粉溶液，体积分数为3%的过氧化氢溶液, 三 影响酶活性的条件 探究PH对酶活性的影响 实验 1.实验材料及试剂： 合作探究十六：小组合作选出探究PH对酶活性影响实验材料并做简要说明。 H2O2、H2O2酶 ①实验材料： 不选用淀粉作为反应底物的原因？ 淀粉在酸性条件下会被水解 先往试管加入酶溶液还是底物? 先加入酶溶液，固定好酶的活性，再加底物。 43 实验 步骤 一 取三支试管，编号1、2、3。 二 三支试管都三支试管都加入2mLH2O2溶液，振荡，反应 三 1号试管中加入1mL蒸馏水 2号试管中加入等量1mL盐酸溶液 3号试管中加入等量1mLNaOH溶液 四 三支试管都加入2滴新鲜肝脏研磨液，振荡，反应 实验现象 产生少量气泡 产生少量气泡 产生大量气泡 三 影响酶活性的条件 探究PH对酶活性的影响 实验 实验结论： 酶的催化作用需要适宜的pH,pH偏高或偏低都会影响酶的活性。 44 （1）酶的活性最强，催化效率最高的pH称为酶的最适pH。 （2）在低于最适pH的范围内,酶的活性随着pH的升高而升高。 （3）当超过最适pH，酶的活性随着温度的升高而降低，甚至失活。 强酸、强碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(蛋白质变性) 三 影响酶活性的条件 探究PH对酶活性的影响 实验 失活 失活 45 ①有适宜的温度 ②有适宜的pH 酶的特性小结 酶具有高效性 酶具有专一性 酶的作用条件比较温和 Lavf57.25.100 Lavf58.48.100 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$