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必修1

第5章细胞的能量供应和利用 5.1降低化学反应活化能的酶 问题探讨 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。 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 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 是胃内的化学物质将肉块分解了。 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。 斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用 一、酶的作用和本质 斯帕兰札尼 食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。 后来，科学家 发现胃液中含有大量的盐酸，推测盐酸是使食物分解的物质。 1835年， 施旺（德） 胃腺分泌物中有一种物质，将它与盐酸混合后，对肉类的分解能力远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 1.酶的发现 （一）酶在细胞代谢中的作用 一、酶的作用和本质 （一）酶在细胞代谢中的作用 2.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。 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。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。 2H2O2 2H2O + O2↑ 过氧化氢酶 一、酶在细胞代谢中的作用 3.实验：比较H2O2在不同条件下的分解 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。 1、实验目的 2、实验原理 2 H2O2 2 H2O + O2↑ 不同反应条件 如何判断过氧化氢被分解的快慢？ 通过O2的产生量判断H2O2的分解情况 观察单位时间内产生气泡的多少 观察带火星的卫生香的复燃情况 3、实验材料 新配制的体积分数为3.5%的过氧化氢溶液等 新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液 质量分数为3.5%的FeCl3溶液 不新鲜则过氧化氢酶活性低 过氧化氢常温会分解 增大反应接触面 试验编号 1 2 3 4 H2O2 （3%） 实验处理 检测指标 2mL 2mL 2mL 2mL 无 90℃水浴加热 FeCl3 2滴 肝脏研磨液 2滴 1.气泡冒出情况；2.卫生香复燃情况 比较过氧化氢在不同条件下的分解 4、实验步骤 比较过氧化氢在不同条件下的分解（视频） 思考与讨论 2）3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？ 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？ 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？ 小组讨论以下问题 3）3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快,这说明什么？ 2）3、4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明了什么？ 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？ 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。 3）3号试管Fe3+数比4号试管H2O2酶高25万倍，但4号反应速率更快,这说明什么？ 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。 一、酶的作用和本质 （二）酶的作用机理 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。 思考:（2）在常温常压下，Fe3+和H2O2酶并未供给H2O2能量，为什么H2O2也能分解？ 思考:（1）加热为什么能使H2O2分解？ 因为加热使H2O2分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。 它们降低了H2O2分解反应的活化能。 一、酶的作用和本质 （二）酶的作用机理 2.酶的作用机理： 降低化学反应的活化能。 （1）与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 （2）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。 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A 曲线C E3 E2—E3 E2 A B C 变量：实验过程中的变化因素 自变量： 因变量： 无关变量： 步骤 试管编号 说明 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3溶液 新鲜肝脏研磨液 剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 结果 气泡产生 不明显 少量 较多 大量 卫生香燃烧 不复燃 不复燃 变亮 复燃 自变量 因变量 无关变量 无关变量 实验应遵循的原则： ①等量性原则 ②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相同且适宜。 （不同条件） （结果） （相同条件） （三）科学方法：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 因自变量改变而变化的变量 实验过程中存在的其他一些会对实验结果造成影响的可变因素 15 对照实验一般要设置对照组和实验组 对照组 空白对照 步骤 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% 剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3溶液 新鲜肝脏研磨液 剂量 2滴清水 2滴清水 2滴 2滴 结果 气泡产生 不明显 少量 较多 大量 卫生香燃烧 不复燃 不复燃 变亮 复燃 实验组 实验应遵循的原则： ③对照原则 （三）科学方法：控制变量和设计对照实验 16 对照实验的目的是排除无关变量的干扰，从而确定自变量与因变量的关系。 自变量 因变量 无关变量 (适宜且相等) (控制) (检测) 一般步骤： 第一步：分组编号，统一处理； 第二步：设定自变量，设置好实验组和对照组； 第三步：一段时间后，检测因变量，观察记录实验结果。 根据实验目的和器材，分析实验的自变量，找出主要的无关变量，明确因变量的检测方法。 （不同条件） （相同条件） （结果） （三）科学方法：控制变量和设计对照实验 巴斯德之前 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 巴斯德 发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用 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 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催化作用，就像在活酵母细胞中一样 萨姆纳 酶是蛋白质 李比希 少数RNA也具有催化功能 切赫、奥尔特曼 酶的定义？ 1.关于酶本质的探索（P79-P80） （四）酶的本质 讨论：（动画1）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？提示：巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是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，但是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.科学发展过程中出现争论是正常的。试分析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？提示：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的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。 3.从毕希纳的实验可以得出什么结论？（动画3）提示：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（动画4），并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他成功的主要原因是什么？ 提示：萨姆纳历时9年用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。 5.请给酶下一个较完整的定义。 18 2.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。 酶的来源 酶的作用 作用机理：降低活化能 酶的化学成分 少数是RNA 概念 化学本质 绝大多数是 少数是 合成原料 （基本单位） 合成场所 作用机理 酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 蛋白质 RNA 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 主要是细胞核(真核生物) 降低化学反应的活化能 酶的本质 3号 4号 2号 1号 比较过氧化氢在不同条件下的分解： 1号和4号对照，说明： 3号和4号对照，说明： 酶能催化过氧化氢的分解 酶的催化具有高效性 H2O2 H2O2 H2O2 常温 水浴 加热 无机 催化剂 酶 H2O2 二、酶的特性 1、酶具有高效性 复习回顾 酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。 二、酶的特性 酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。 ①加入酶 ②加入无机催化剂 ③不加催化剂 时间 产物生成量 ② ③ ① 平衡点 判断无机催化剂和酶催化的曲线？ 1.酶具有高效性 ①②曲线比较，说明酶具有________ ①③曲线比较，说明酶具有________ 高效性 催化作用 (2)酶和催化剂只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点（即生成物的量） (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。 二、酶的特性 1.酶具有高效性 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的稳定 。 你在踢球或奔跑时，肌细胞需要大量的能量供应 供能的化学反应如果慢悠悠地进行 你还能跑那么快吗? 酶的催化效率高 健步如飞 这对细胞有什么意义呢？ 无机催化剂催化的化学反应的范围比较广，例如酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。 酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗？ 二、酶的特性 探究·实践 淀粉和蔗糖都是非还原糖。 它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。 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。 1. 实验原理 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 二、酶的特性 探究·实践 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 2. 实验步骤 序号 项目 试管 1 试管 2 1 可溶性淀粉溶液 2ml —— 2 蔗糖溶液 —— 2 3 新鲜的淀粉酶溶液 2ml 2ml 4 保温 60℃，5min 60℃，5min 5 斐林试剂 2ml 2ml 6 沸水浴 1min 1min 7 实验结果 砖红色沉淀 无砖红色沉淀 3. 实验结论 淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化蔗糖的水解 探究 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 思考：1.实验的自变量、因变量以及无关变量分别是什么？ 2.该实验能否用碘液进行鉴定？ 不能，碘液无法鉴定蔗糖是否发生水解，反应前后均不变蓝。 3.在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下，本实验设置1号试管还有没有必要 ？ 有必要，可排除无关变量，如淀粉酶的活性、浓度、加热时间，斐林试剂等因素的影响。 自变量：底物（反应物）种类 因变量：底物是否分解或者有无砖红色沉淀产生 无关变量：底物用量、酶的用量、反应温度、反应时间等 二、酶的特性 2.酶具有专一性 每一种酶只能催化一种或一类化学反应 意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行 “钥匙——锁” 模型 二、酶的特性 探究·实践 影响酶活性的条件 酶活性：酶催化特定化学反应的能力。酶活性可用在一定条件下酶催化某一化学反应的速率表示。 许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应。 酶起催化作用需要怎样的条件呢？ 二、酶的特性 探究·实践 影响酶活性的条件 资料2：我们知道口腔温度和体温差不多，而当我们口腔中的唾液淀粉酶进入胃中以后，却发现，唾液不再具有催化淀粉分解的功能。 （提示：唾液pH为6.2~7.4,胃液pH为0.9~1.5） 资料1：威白污渍爆炸盐(独有三重复合酶配方） 威白教你洗衣小绝招： ①洗前浸泡三十分钟，效果更佳 ②若衣服太脏，可适当增加用量 ③用温水浸泡效果更好，但水温不要超过60℃ 根据上述资料，你能提出什么问题吗？ 温度会影响酶的活性吗？ pH会影响酶的活性吗？ 提出问题 温度会影响酶的活性 pH会影响酶的活性 作出假设 二、酶的特性 探究·实践 选择淀粉酶还是H2O2酶作实验材料？为什么选择这种酶？ 2. 本实验的自变量是什么？需要设计几组实验？设定几个温度？ 3. 本实验的因变量是什么？怎样检测因变量？选择哪种鉴定试剂？ 为什么不用斐林试剂？ 设计实验 探究温度对酶活性的影响 淀粉酶；因为H2O2受温度影响也会分解 温度；三组；高温，低温和常温 酶的活性；单位时间底物的剩余量；碘液，检测是否出现蓝色及蓝色深浅；斐林试剂鉴定需要水浴加热，会影响实验结果。 二、酶的特性 探究·实践 探究温度对酶活性的影响 二、酶的特性 探究·实践 探究温度对酶活性的影响 步骤 试管1 试管2 试管3 试管4 试管5 试管6 1 2ml淀粉溶液 + + + 1ml淀粉酶溶液 + + + 2 分别保温5min 冰浴 水浴，37℃ 沸水浴 3 将试管2中的溶液倒入试管1中混合 将试管4中的溶液倒入试管3中混合 将试管6中的溶液倒入试管5中混合 4 分别保温2min 冰浴 水浴，37℃ 沸水浴 5 加入2滴碘液，观察颜色变化 实验现象 实验结论 酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性 蓝色 无蓝色出现 蓝色 二、酶的特性 探究·实践 探究温度对酶活性的影响 1.为什么要先将底物和酶控制到预设温度，再混合反应？ 2. 如何进一步探究淀粉酶的最适温度？ 思考 酶具有高效性，若酶和底物没有在对应温度混合，一混合就已发生反应，降低了实验的说服力。 缩小温度梯度（梯度要均匀），重复进行上述实验。 二、酶的特性 温度对酶活性的影响 B C A （1）在一定温度范围内，酶促反应速率随温度的升高而_______，但当温度升高到一定限度时，酶促反应速率不仅不再加快反而随着温度的升高而________。 （2）在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的_________。 （3）低温影响酶的活性，但不会使酶的_________遭到破坏，温度升高后，酶________恢复活性。但高温会导致酶_________，酶会_______活性。 一般地，动物体内的酶最适温度在35~40℃之间；植物体内的酶最适温度在40~50℃之间；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大。 升高 降低 最适温度 空间结构 能够 变性 失去 二、酶的特性 探究·实践 探究pH对酶活性的影响 选择淀粉酶还是H2O2酶作实验材料？为什么选择这种酶？ 2. 本实验的自变量是什么？需要设计几组实验？设定几个pH？ 3. 本实验的因变量是什么？怎样检测因变量？ 设计实验 H2O2酶；因为淀粉在酸性条件下也会分解，影响实验观察效果 pH；三组；酸性、中性和碱性 酶的活性；看气泡产生多少或卫生香复燃程度 二、酶的特性 探究·实践 探究pH对酶活性的影响 二、酶的特性 探究·实践 探究pH对酶活性的影响 步骤 试管1 试管2 试管3 1 加入2ml H2O2溶液 2 1ml pH=7的缓冲液 1ml 盐酸溶液 1ml NaOH溶液 3 加入2滴肝脏研磨液 4 观察气泡生成速率，或插入卫生香，观察复燃所需时间 实验现象 实验结论 有大量气泡产生 基本无气泡产生 基本无气泡产生 酶的催化作用需要适宜的pH，pH偏低或偏高都会影响酶的活性 必须先调pH，然后再将反应物与酶混合。否则反应物会在未调节好pH的情况下就在酶的作用下发生反应，影响实验的准确性。 二、酶的特性 PH对酶活性的影响 υ/mmol. s-1 最适pH 0 pH 酶活性受pH影响示意图 （1）在一定条件下，酶活性最大时的pH值称为该酶的________。偏离该pH，不论升高还是降低，酶促反应速率都会________。 （2）过酸，过碱都会使酶的_________遭到破坏，使酶___________。 一般地，动物体内的酶最适pH在6.5~8.0之间，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为1.5；植物体内的酶最适pH在4.5~6.5之间。 最适pH 降低 空间结构 永久失活 二、酶的特性 ※高温、低温、过酸和过碱对酶活性的影响，其本质相同吗？ 不同。 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；低温使酶活性明显下降，但在适宜温度下其活性可以恢复。 ※过酸、过碱或高温 酶永久失活 低温 酶暂时失活 二、酶的特性 ※影响酶促反应速率的因素： 1. 温度 2. pH 3. 酶的浓度：在有足够底物且不受 其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比 4. 底物浓度：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 5. 抑制剂、激活剂 酶促反应速率 酶的浓度 酶促反应速率 底物浓度 酶数量限制 温度 小结：影响酶促反应速率的因素及其作用的实质 pH 抑制剂或激活剂 酶浓度 底物浓度 酶活性 影响 影响 酶与底物的接触面积 酶促反应速率 二、酶的特性 二、酶的特性 细胞中的各类化学反应的有序进行还与酶的分布有关 与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内。 与光合作用有关的酶分布在叶绿体内。 二、酶的特性 酶为生活添姿彩 酶的应用 溶菌酶溶解细菌的细胞壁 含酶牙膏 多酶片 胰蛋白酶 加酶洗衣粉 果胶酶 课堂小结 实验：比较过氧化氢在不 同条件下的分解 实验：淀粉酶对淀粉和蔗 糖的水解作用 探究：影响酶活性的条件 1.酶具有高效性 2.酶具有专一性 3.酶的作用条件较温和 二 酶的特性 酶的催化效率是无机催化剂的107－1013 倍 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地进行。 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 酶的催化效率是无机催化剂的107－1013 倍 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地进行。 二、酶的特性 2、人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是（ ） A.所吃食物不能消化 B.胃没有排空 C.吃药使人没有了胃口 D.体温超过合适温度，消化酶的活性下降。 D 1、关于酶的特性，下列表述中错误的一项是（ ） A.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 B.化学反应前后，酶的化学性质和数量不变 C.酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度影响 D.一旦离开活细胞，酶就失去催化能力 D 二、酶的特性 3，在测定胃蛋白酶活性时，将溶液pH由10降到2的过程中， 胃蛋白酶的活性将：（ ） A．不断上升 B．没有变化 C．先升后降 D．先降后升 催化效率 pH值 0 2 4 胃蛋白酶 6 8 10 B 底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响 （1）甲图中在其他条件适宜、酶浓度一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度的改变怎样变化？ （2）甲图中：A~B段限制因素：_____________；B以后稳定阶段限制因素：___________________________ （3）乙图显示在底物足够、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率和酶浓度之间的关系：_______________________ 底物浓度 酶的数量 成正比 酶促反应速率随底物浓度增大而加快，但当底物达到一定浓度后，酶促反应速率不再增大。 二、酶的特性 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf56.15.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn EVCapture4.0.2软件录制 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$