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1节 降低化学反应活化能的酶 第5章 细胞的能量供应和应用 问题探讨 讨论： 将肉块放入小巧的金属笼内，让鹰把小笼子吞下去。一段时间后，取出小笼子，发现笼内的肉块消失了。 斯帕兰札尼在研究鹰的消化作用 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？ 排除物理性消化，确定是否有化学性消化。 胃内的化学物质将肉块分解了。 18世纪之前，人们一直认为鸟类的胃只能磨碎食物，不能分解食物中的有机物。——物理性消化 斯帕兰札尼的实验说明，食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。 胃液中有大量的盐酸，推测盐酸是分解食物的物质。 1835年，德国科学家施旺，通过实验发现，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远大于盐酸的单独作用，这种物质就是胃蛋白酶。 叶绿体： 线粒体： CO2+H2O → (CH2O)+O2 光能 C6H12O6+6H2O+O2 6CO2+12H2O +能量 → 酶 酶 核糖体： 氨基酸 多肽 → 酶 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称细胞代谢。 酶 有什么作用呢？ 酶1 酶2 酶3 酶11 酶5 酶6 酶12 酶8 酶9 酶10 酶14 酶7 酶13 酶15 酶16 酶17 酶18 ——细胞生命活动的基础 一、酶在细胞代谢中的作用 探究·实践 实验目的、原理、材料和实验步骤 (一)实验:比较过氧化氢在不同条件下的分解 了解 关注 2、实验分组？对照组/实验组 1、控制变量？自变量/因变量/无关变量 学生活动：阅读教材P76-78 一、酶在细胞代谢中的作用 探究·实践 实验目的：比较过氧化氢在不同条件下的分解速率 2H2O2 2H2O+O2↑ 1、常温 2、加热 3、Fe3+作催化剂 4、过氧化氢酶 实验原理： 如何检测？ 检测指标：单位时间产生的气泡数目、带火星的卫生香复燃程度 步骤 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 剂量 2滴 2滴 观察 气泡产生 带火星的 卫生香 不明显 不复燃 少量 不复燃 较多 变亮 大量 复燃 ①与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？ 加热可以促进过氧化氢分解。 探究·实践 ②在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？ 不能 ④3号和4号试管相比，哪支试管反应速率快？说明什么？ 4号，说明过氧化氢酶比FeCl3的催化效率高得多。 探究·实践 ③3号和4号未经加热也有大量的气泡产生，这说明什么？ FeCl3和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解。 步骤 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 剂量 2滴 2滴 观察 气泡产生 带火星的 卫生香 不明显 不复燃 少量 不复燃 较多 变亮 大量 复燃 ⑤本实验的结论？ 1.酶具有催化作用； 2.与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 探究·实践 步骤 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 剂量 2滴 2滴 观察 气泡产生 带火星的 卫生香 不明显 不复燃 少量 不复燃 较多 变亮 大量 复燃 本实验中，可以变化的因素很多，如过氧化氢浓度和剂量、反应条件等，称为变量。 实验设计的基本原则——单一变量原则 人为控制的对实验对象进行处理的因素称为自变量；随自变量的变化而变化的变量称为因变量；另外还存在一些对实验结果造成影响的可变因素叫做无关变量。 科学方法 步骤 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 剂量 2滴 2滴 观察 气泡产生 带火星的卫生香 (相同且适宜) 控制变量和设计对照实验 步骤 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 剂量 2滴 2滴 观察 气泡产生 带火星的 木条 本实验中，只有反应条件是改变的，其余因素（如反应物的浓度、剂量等）都是保持不变。这样的实验叫做对照实验。 对照实验一般要设置对照组和实验组。本实验如何设置？ 实验设计的基本原则——对照原则 对照组 实验组 科学方法 控制变量和设计对照实验 步骤 试管编号 1 2 3 4 一 H2O2 浓度 3% 3% 3% 3% H2O2剂量 2ml 2ml 2ml 2ml 二 反应条件 常温 90℃ FeCl3 肝脏研磨液 剂量 2滴 2滴 观察 气泡产生 带火星的 木条 实验设计的基本原则——对照原则 科学方法 控制变量和设计对照实验 类型：空白对照、相互对照、自身(前后)对照、条件对照。 空白对照的作用是排除无关变量的干扰。 对照组是未经过处理的一组(自然状态下或已知实验结果的一组)。 实验组是经过处理的一组(未知实验结果的一组)。 实验设计的基本原则——等量原则 各组加入的试剂要等量 科学方法 控制变量和设计对照实验 （二）酶的作用机理 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。 （二）酶的作用机理 1. 加热为什么能促进过氧化氢的分解呢？ 加热使H2O2分子获得能量（提供活化能）， 从常态转变为容易分解的活跃状态。 2. Fe3+和过氧化氢酶为什么能促进过氧化氢分解呢？ 作用原理：降低化学反应的活化能 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。 易错提醒 1. 酶只能降低化学反应的活化能，只起催化作用，不能为化学反应提供活化能。 2. 加热、加压、点燃等剧烈条件为化学反应反应物提供能量（活化能）。 3. 因为酶的催化作用，使细胞代谢中的化学反应能在温和的条件下快速的进行。 活化能 任务　分析酶的作用原理 1.如图所示为酶催化反应的机理与过程，图中E1、E2、E3都是活化能，请据图回答： (1)请将这三种活化能分别与不使用催化剂、使用无机催化剂、使用酶作催化剂三种条件进行对应。 (2)使用酶作催化剂时，化学反应所需要的活化能如何表示？酶所降低的化学反应的活化能应该怎么表示？ 合作探究 E1— 使用无机催化剂，E2— 不使用催化剂，E3— 使用酶作催化剂。 E2－E3 E3 思考·讨论 阅读课本79-80页“资料分析” 找出每一位科学家的研究背景、过程、结论及贡献 酶到底是什么物质呢？ 时间轴 19世纪 发酵是纯化学反应，与生命活动无关 李比希 引起发酵的是细胞中的某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用 萨姆纳 脲酶是蛋白质 巴斯德 发酵离不开活细胞的参与。 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 切赫、奥尔特曼 少数RNA也具有生物催化功能 思考·讨论 酶的本质: 酶是由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。 思考：酶的产生部位？作用？化学本质？合成酶的原料？合成部位？发挥作用的部位？ 酶 Enzyme 消化不良吃多酶片 《多酶片说明书》 功效：用于消化不良、食欲缺乏 成分：每片含胃蛋白酶13mg和胰酶0.3g(包括胰脂肪酶、胰淀粉酶和胰蛋白酶) 注意事项：不宜用热水送服；不能与碱性食物同服；不宜搅碎服用或加水捣烂服用。 药品性状：本品为肠溶衣与糖衣的双层包衣片，内层为胰酶，外层为胃蛋白酶。 面对美食，我们经常禁不住诱惑，但暴饮暴食又容易出现消化不良的情况，这时候可以服用多酶片来缓解症状。 酶具有哪些特性呢？ 情景引入： 探索新知 【任务】 阅读材料，总结酶的特性 情境资料1：成年人每餐的进食量大约有600g左右，但每片多酶片只含胃蛋白酶13mg和胰酶0.3g就可以很好的帮助食物消化水解，说明酶的催化具有什么特点？ （与无机催化剂相比） 1.酶具有高效性 酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。 600g左右 二 酶的特性 上节课实验中用的每滴 FeCl3溶液含Fe3+数是每滴过氧化氢酶分子数的25万倍。 探索新知 【任务】 阅读材料，总结酶的特性 情境资料1：成年人每餐的进食量大约有600g左右，但每片多酶片只含胃蛋白酶13mg和胰酶0.3g就可以很好的帮助食物消化水解，说明酶的催化具有什么特点？ （与无机催化剂相比） 1.酶具有高效性 酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。 600g左右 二 酶的特性 ①如何验证酶的高效性？ 实验组：底物+酶 对照组：底物+无机催化剂 a、c相比说明酶具有 ，a、b相比说明酶具有 ，催化剂能 到达化学平衡点的时间， （改变/不改变）化学反应的平衡 点， （能/不能）改变最终生成物的量。 高效性 催化作用 不改变 缩短 不能 ②分析曲线 （一）酶具有高效性 情境资料2：我们日常吃的食物主要含淀粉、蛋白质和脂肪，多酶片的成分也有淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶。为什么需要多种酶帮助消化？而我们已经知道无机催化剂催化的化学反应范围较广，酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪、淀粉水解。酶能像无机催化剂那样催化多种化学反应吗? ①如何设计实验来证明？ 实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖，它们在酶的作用下都能水解成 。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用 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。 以淀粉酶为例，探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 探索新知 【任务】 阅读材料，总结酶的特性 实验：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解 步骤 试管1 试管2 1 2ml可溶性淀粉 2ml蔗糖溶液 2 2ml淀粉酶溶液，振荡，60℃水浴保温5min 3 2ml斐林试剂，边加边轻轻振荡 4 50—65℃加热2min 结果 出现砖红色沉淀 无砖红色沉淀 实验结论： 淀粉酶对淀粉有催化水解作用，而对蔗糖没有催化水解作用，说明酶的作用具有专一性。 实验：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解 步骤 试管1 试管2 1 2ml可溶性淀粉 2ml蔗糖溶液 2 2ml淀粉酶溶液，振荡，60℃水浴保温5min 3 2ml斐林试剂，边加边轻轻振荡 4 50—65℃加热2min 结果 出现砖红色沉淀 无砖红色沉淀 把斐林试剂换成“碘液”可以吗？ 不行。因为蔗糖及其水解产物均不能与碘液发生颜色反应，因此不能检验蔗糖是否发生水解。 过氧化氢酶——只能催化过氧化氢的分解 蛋白酶——只能催化蛋白质水解，但不能催化脂肪、淀粉等的水解。 淀粉酶——只能催化淀粉水解 肽酶——能催化多种多肽水解为氨基酸。 （二）酶具有专一性 含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。细胞代谢有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的。 二 酶的特性 情境资料3：多酶片作为药物，我们要从说明书中了解它的注意事项： a.不宜用热水送服 b.不能与碱性食物同服 以上注意事项说明什么？ 温度影响酶的活性 pH 影响酶的活性 如何设计实验来证明？ 酶催化特定化学反应的能力称为 。酶活性可用 表示。 衡量酶活性的指标：用 来表示。 酶活性 在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率 探究实验：影响酶活性的条件 单位时间内底物减少量或产物生成量 探索新知 二 酶的特性 【任务】 阅读材料，总结酶的特性 实验1：探究温度对酶活性的影响 阅读课本P82-83，思考讨论： 1.你会选择哪一种酶及底物作实验材料？为什么？ 2.本实验的自变量是什么？因变量是什么？如何控制自变量？怎样观察或检测因变量？ 3.对照组怎么设置？是否需要进行重复实验？ 4.如果你想探究PH对酶活性的影响，你将设定哪几个PH数值？怎样将不同溶液的PH分别调到设定的数值？怎样排除温度和其他因素对实验结果的干扰？ 如果探究温度对酶活性的影响，你将设定哪几个温度？怎样将溶液的不同温度分别调到设定的数值？怎样排除PH和其他因素对实验结果的干扰？ 实验探究 实验2：探究PH对酶活性的影响 探究pH对酶活性的影响 探究温度对酶活性的影响 选用的底物 选用的酶 底 物： ①质量分数3％的可溶性淀粉溶液（酸能促进淀粉分解） ②体积分数3％的H2O2溶液 ① ③ ② ④ 酶溶液： ③ 2％唾液淀粉酶溶液 ④新鲜的肝脏研磨液 实验探究 自变量： 因变量： 检测： 无关变量： 分组： 自变量： 因变量： 检测： 无关变量： 分组： 温度对酶活性的影响 （以淀粉为底物） pH 酶活性 相同时间内H2O2分解产生的气泡数量。 温度，底物浓度，酶的用量等。 温度 酶活性 滴加碘液，观察蓝色的深浅。 pH，底物量及浓度，酶的用量，反应时间等。 pH对酶活性的影响 （以H2O2为底物） 过酸（加HCl） 正常 过碱（加NaOH） 高温（热水） 常温 低温（冰块） 学生活动：分组讨论实验方案。 材料用具：新配置的质量分数为2%的淀粉酶溶液 、新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液、缓冲液 质量分数3％的可溶性淀粉溶液、体积分数3％的H2O2溶液、0.01mol/L的盐酸、 0.01mol/L的NaOH溶液，热水、蒸馏水、冰块、碘液、斐林试剂 实验探究 ——温度、pH 1.影响酶活性的因素 (三)酶的作用条件温和 ＊高温、强酸、强碱条件下酶空间结构发生改变，变性失活； 低温条件下酶空间结构稳定，不会变性失活。 如何测定某种酶的最适温度和最适PH？ 设计思路：设置一系列等温度（PH）梯度的实验组，其他条件相同且适宜，分别测定反应速率。 2.影响酶促反应速率的因素 ——底物浓度和酶的浓度 通过影响酶与底物的接触进而影响化学反应速率。 酶促反应速率 底物浓度 酶量一定 底物浓度： 受酶浓度或酶活性的限制 酶浓度： 酶促反应速率 酶的浓度 底物充足 在底物充足、其他条件适宜且固定的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正相关。 《多酶片说明书》 功效：用于消化不良、食欲缺乏 成分：每片含胃蛋白酶13mg和胰酶0.3g(包括胰脂肪酶、胰淀粉酶和胰蛋白酶) 注意事项：不宜用热水送服；不能与碱性食物同服；不宜搅碎服用或加水捣烂服用。 药品性状：本品为肠溶衣与糖衣的双层包衣片，内层为胰酶，外层为胃蛋白酶。 学以致用： （教材P85）下图表示的是在最适温度下，反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。请据图回答以下问题： 酶促反应速率 底物浓度 A B C 思维提升： 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 （1）请解释在A、B、C三点时该化学反应的状况 酶促反应速率 底物浓度 A B C （2）如果在B点时往反应混合物中加入少量同样的酶，曲线会发生什么变化？为什么？（用相应的曲线在右图表示出来） 该曲线表明，B点的反应底物的浓度足够大，是酶的数量限制了反应速率的提高，这时加入少量的酶，会使反应速率加快。 酶促反应速率 底物浓度 A B C （3）如果在A点时温度升高10℃，曲线会发生什么变化？为什么？（用相应的曲线在右图表示出来） 如果A点时温度升高10 ℃，曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下催化速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。 酶促反应速率 底物浓度 A B C 无机催化剂 一种或一类 最高 明显降低 课堂小结 1.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，滴入过氧化氢酶的试管内 （ ） A.产生的气泡多，点燃的卫生香燃烧得不猛烈 B.产生的气泡多，点燃的卫生香燃烧得猛烈 C.产生的气泡少，点燃的卫生香燃烧得不猛烈 D.产生的气泡少，点燃的卫生香燃烧得猛烈 B 2.大多数酶在水解过程中，通常能得到多肽，最后得到氨基酸，这说明 （ ） A.酶是由活细胞产生的 B.酶是生物催化剂 C.绝大多数的酶的化学本质是蛋白质 D.酶的基本单位是多肽 C Lavf55.33.100 Lavf57.58.101 Lavf58.76.100 $$