2025届高三生物一轮复习课件第9讲 降低化学反应活化能的酶

必修一 第9讲 降低化学反应活化能的酶 第二单元 细胞代谢 1 目标要求 1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质， 酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。　 2.活动：探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。　 2 01 酶的作用、本质 02 酶的特性及相关实验探究 考点 03 影响酶促反应速率的因素 3 酶的作用、本质 01 4 酶的作用、本质 一、酶本质的探索历程 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发挥作用，就像在活酵母细胞中一样，并将引起发酵的物质称为酿酶。 巴斯德 李比希 毕希纳 发现了起催化作用的物质 —— 酶 5 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） 一、酶本质的探索历程 核糖体的rRNA就是催化肽键形成的酶（P二65） 6 酶的作用、本质 二、酶的本质和功能 酶 合成原料 合成场所 来源 功能 作用场所 绝大多数是_______，少数是_____。 _________或____________。 _________或_________________。 催化作用 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 细胞核（转录形成） 胞内(呼吸酶)，胞外，体外(洗衣粉) 本质 蛋白质 RNA 活细胞(凡是活细胞都能合成，不考虑哺乳动物成熟红细胞) 催化机理 降低化学反应的活化能 7 习题巩固 1、判断题： [2017II] 活细胞产生的酶在体外没有催化活性 [2013II] 酶可以作为催化剂，也可作为另一反应的底物。 能产生激素的细胞一定能合成酶 酶都是在核糖体上合成的 有的酶可以从食物中获得，有的可以在体内转化得到 具有分泌功能的细胞才能产生酶 酶只在细胞内发挥作用 酶具有催化、调节等多种功能 高温和强酸使酶失活的机理是一样的 × √ √ × × × × × √ 习题巩固 2.猪笼草是一种食虫植物，为了验证猪笼草分泌液中有蛋白酶，某学生设计了两组实验，如图所示，在35 ℃水浴中保温一段时间后，甲、乙试管中加入适量的双缩脲试剂，丙、丁试管中不加任何试剂，下列对实验现象的预测正确的是（ ） A.甲和乙中溶液都呈紫色； 丙和丁中蛋白块消失 B.甲中溶液呈紫色，乙中溶液不呈紫色； 丙中蛋白块消失，丁中蛋白块不消失 C.甲和乙中溶液呈紫色；丙中蛋白块消失、丁中蛋白块不消失 D.甲和乙中溶液都不呈紫色；丙中蛋白块消失、丁中蛋白块不消失 E. 只需实验②就可以证明分泌液中含有蛋白酶 CE 9 酶的作用、本质 三、酶的作用机理分析 降低化学反应的活化能 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 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。 10 三、酶的作用机理分析 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①表示： 图中②表示： 图中④表示： 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 加酶 加无机催化剂 未加催化剂 酶的作用、本质 四、实验验证酶的本质 1.鉴定酶的本质 12 酶的作用、本质 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 13 关注常考的酶及其作用 是一类水解酶，可对应催化相关大分子的水解。淀粉酶、麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、脂肪酶、蛋白酶、肽酶等。有的由消化腺分泌到下消化道中，属于胞外酶，有的则参与细胞内消化，如溶酶体中的一些酶。 2.溶酶体酶 一类酸性水解酶，参与细胞内消化。溶酶体膜破坏，释放大量水解酶时，对细胞结构有破坏。 破坏细菌细胞壁中的肽聚糖。 参与非特异性免疫，噬菌体在侵染大肠杆菌时会释放溶菌酶。 1.消化酶 3.溶菌酶 关注常考的酶及其作用 4.脲酶 分解尿素的酶，专一性强。是第一个被分离提纯的酶。广泛分布于植物的种子中，但以大豆、刀豆中含量丰富。也存在于动物血液和尿中。某些微生物也能分泌脲酶。 CO(NH2)2+H2O 脲酶 CO2 + 2NH3 5.过氧化氢酶 过氧化氢酶存在于动植物细胞中，特别在动物肝脏浓度最高。将有毒的过氧化氢分解为水和氧气。 2H2O2 过氧化氢酶 2H2O + O2 关注常考的酶及其作用 6.酪氨酸酶 （1）白化病是由于缺乏酪氨酸酶基因； （2）老年白发是由于细胞衰老，酪氨酸酶活性下降； （3）白癜风主要是由于血液中存在酪氨酸酶抗体或酪氨酸合成 障碍等，导致皮肤局部黑色素生成减少，出现白斑。 7.纤维素酶、果胶酶 用于制备植物细胞的原生质体。 限制酶、DNA连接酶、Taq酶 8.基因工程中的酶 主要用于破坏植物细胞壁。 催化酪氨酸转变为黑色素的关键酶。 关注常考的酶及其作用 9.中心法则中的酶 （1）DNA复制：以DNA为模板的DNA聚合酶（催化单个脱氧核苷酸聚合到DNA片段上形成脱氧核苷酸链，作用部位是磷酸二酯键。） （2）逆转录：以RNA为模板的DNA聚合酶(即逆转录酶) （3）转录：以DNA为模板的RNA聚合酶（催化单个核糖核苷酸聚合到RNA片段上形成核糖核苷酸链，作用部位是磷酸二酯键。） （4）RNA复制：以RNA为模板的RNA复制酶 9.中心法则中的酶 （5）端粒酶：一种由催化蛋白和RNA模板组成的酶，可合成由于DNA而缺失的染色体末端的DNA，具有逆转录酶活性。端粒酶在干细胞和生殖细胞中有活性，在体细胞中没有活性。在肿瘤中被重新激活，从而使癌细胞具备无限增殖的条件。 （6）核酸水解酶 DNA酶 DNA水解 RNA水解 RNA酶 〈 可用于遗传物质化学本质探究（如艾弗里实验中用到的DNA酶） 18 酶和激素的比较 项目 酶 激素 来源及作用场所 活细胞产生；细胞内或细胞外发挥作用 专门的内分泌腺或特定部位细胞产生；一般细胞外发挥作用 化学本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA 固醇类、多肽、蛋白质、 氨基酸衍生物、脂质 生物功能 催化作用 调节作用 共性 在生物体内均属高效能物质， 即含量少、作用大、生物代谢不可缺少 19 1.(高考题重组)关于人体内酶和激素的叙述，错误的是( ) A.酶和激素的化学本质都是蛋白质 B.酶和激素都与物质和能量代谢有关 C.能产生激素的细胞不一定能产生酶 D.能产生酶的细胞不一定能产生激素 E.激素一经靶细胞接受并起作用后就被灭活，酶反应前后不改变 F.激素产生后一般作用于其他细胞 G.激素和酶都具有高效性，非细胞条件下也能发挥作用 习题巩固 ACG 20 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 21 酶的特性及相关实验 1.高效性 2.专一性 3.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。 有适宜的温度、有适宜的pH。 22 酶的特性及相关实验 1.酶具有高效性 ①保证了细胞代谢快速有效地进行。 ②保证了细胞内能量供应的稳定。 加酶 加无机催化剂 不加催化剂 时间 产物的量 注： 酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。 酶不能改变最终生成物的量。 （1）意义 酶的催化效率是无机催化剂的107 ～1013倍。 23 1.酶具有高效性 （2）实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解 ①实验原理 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。 ②实验目的 如何判断过氧化氢被分解的快慢？ 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 24 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 （2）实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解 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剂的催化效率。 结论 25 2.酶具有专一性 保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。 （2）意义 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 （1）原因 酶的特性及相关实验 26 （3）验证酶具有专一性：“对比法”验证酶的专一性 ① 实验思路： 不同底物+相同酶； 相同底物+不同酶 ② [常考] 实验材料和检测 A. 淀粉+蔗糖酶 B. 淀粉+淀粉酶 A. 蔗糖+淀粉酶 B. 淀粉+淀粉酶 2.酶具有专一性 酶的特性及相关实验 27 （2）实验：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 试管编号 1 2 注入可溶性淀粉溶液 2 mL － 注入蔗糖溶解 － 2 mL 注入新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL 60 ℃水浴保温5 min 新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL 沸水浴煮沸1 min  实验现象 有砖红色沉淀 无砖红色沉淀 结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，对蔗糖则不起催化作用。即酶具有专一性。 斐林试剂显色条件 淀粉酶的最适温度为60℃ 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。 28 具有专一性的五类物质 1.酶：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 如限制性内切核酸酶能识别特定的核苷酸序列， 并在特定的切割位点上切割DNA分子。 2.转运蛋白：某些物质通过细胞膜时需要转运蛋白协助， 不同物质所需转运蛋白一般不同。 3.激素：激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，其原因在于它的 靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。 4.tRNA：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。 5.抗体：一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。 3.作用条件较温和 ① 过酸，过碱，温度过高，酶的空间结构会破坏，酶永久失活(变性)。 ② 低温—酶活性下降，但酶的结构更加稳定，恢复适宜温度活性也恢复。因此保存酶的条件是低温，最适pH。 30 3.作用条件较温和 (2)实验验证：“梯度法”探究酶的最适温度或最适 ①实验思路 31 3.作用条件较温和 (2)实验验证：“梯度法”探究酶的最适温度或最适 32 3.作用条件较温和 (2)实验验证：“梯度法”探究酶的最适温度或最适 实验二：H2O2探究温度对酶活性的影响 实验一：淀粉酶探究pH对酶活性的影响 不行，因为在酸性条件下淀粉分解也会加快，从而影响实验结果。而过氧化氢(H2O2)在常温下就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。 请分析上述实验是否可行? 33 3.作用条件较温和 (2)实验验证：“梯度法”探究酶的最适温度或最适 思考：在探究温度对蛋白酶活性的影响实验中，宜选用 (填“蛋白质溶液”或“蛋白块”)作为反应底物，同时探究酶活性的观测指标是____________________________。 蛋白块 相同时间内蛋白块体积的变化 思考：若选择淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，检测底物被分解的试剂宜选用碘液，不能选用斐林试剂的原因是？ 斐林试剂鉴定时需要水浴加热，而该实验中需严格控制温度 34 习题巩固 1.细胞代谢中某种酶与其底物、产物的关系如图所示，下列有关叙述不正确的是 A.酶1与产物b结合后失活，说明酶的 功能由其空间结构决定 B.酶1的变构位点和活性位点的结构取 决于特定的氨基酸序列 C.酶1有两种底物且能与产物b结合，因此酶1不具有专一性 D.酶1与产物b的相互作用可以防止细胞产生过多的产物a √ 影响酶促反应速率的因素 酶促反应：由酶催化的化学反应，生物体内化学反应绝大多数属于酶促反应。 强调：底物浓度和酶浓度通过影响底物与酶的接触 来影响反应速率，不会影响酶活性 酶促反应速率 底物浓度 酶 酶活性 酶浓度 影响酶促反应速率的因素 1、温度和pH 据图可知，不同pH条件下，酶的最适温度 ；不同温度条件下，酶的最适pH ，即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。 不变 也不变 影响酶促反应速率的因素 2、酶浓度 (1)在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈 。 正相关 影响酶促反应速率的因素 (1)ab段：在一定底物浓度范围内，随底物浓度的增加， 反应速率 (酶没有完全与底物结合)。 (2)bc段：当底物浓度增大到某一值(M)时，反应速率 达到 ，不再 (酶完全与底物结合)。 (3)ab段限制因素是 ；bc段限制因素是 。 增加 最大值 增加 底物浓度 酶浓度 (4)思考：若该反应体系酶的量增多，曲线该如何改变(在图中表示出来)? 3、底物浓度 影响酶促反应速率的因素 4、酶的激活剂和抑制剂 （1）激活剂 提高酶活性的物质，称为酶的激活剂。 大部分激活剂是无机盐离子，如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cl-、I-等。如：Cl- 是α-淀粉酶的激活剂 （2）抑制剂 ①竞争性抑制剂：抑制剂与底物竞争酶。 ②非竞争性抑制剂：非竞争性抑制剂与酶的活性位点以外的部位结合 影响酶促反应速率的因素 4、酶的激活剂和抑制剂 增加底物可恢复 增加底物不可恢复 1.用某种酶进行有关实验的结果如下图所示，错误的是（ ） A.该酶的最适催化温度不确定 B.图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶 C.由图4实验结果可知酶具有高效性 D.由图3实验结果可知Cl－是酶的激活剂 C 习题巩固 习题巩固 2.(2024·湖南长沙高三月考)下图是某生物兴趣小组用淀粉和淀粉酶探究酶活性影响因素时绘制的实验结果图(实验中用盐酸创造酸性条件，盐酸能催化淀粉水解)。下列有关叙述错误的是(　　) A．实验中温度、淀粉用量、淀粉酶的浓度等 为无关变量 B．pH为1时淀粉酶可能已经失活，淀粉发生分解是盐酸起催化作用 C．pH为3和9时淀粉剩余量相同，说明两种条件下淀粉酶的酶活性相同 D．实验中用适量的H2O2和过氧化氢酶代替淀粉和淀粉酶作实验材料更为科学 C 43 3.下图为最适温度下酶促反应曲线，Km表示反应速率为1/2Vmax时的底物浓度。竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争性结合酶的活性部位；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失。下列分析正确的是 （ ） A.适当升高温度，Vmax和Km均会增大 B.加入非竞争性抑制剂，Vmax降低 C.加入竞争性抑制剂，Km值降低 D.Km值越大，酶与底物亲和力越高 B 习题巩固 44 习题巩固 4.（2021·湖北卷）使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要 有两种类型：一类是可逆抑制剂（与酶可逆结合，酶的活性能恢复）；另一类是不 可逆抑制剂（与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复）。已知甲、乙两种物质（能通 过透析袋）对酶A的活性有抑制作用。 实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，乙物质溶液，透析袋（人工合 成半透膜），试管，烧杯等。 为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，提出以下实验设计思路。请完善 该实验设计思路，并写出实验预期结果。 45 习题巩固 （1）实验设计思路： 取___支试管（每支试管代表一个组），各加入等量的酶A溶液，再分别加等量 _________________________，一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管 中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶 液，再测定各自的酶活性。 2 甲物质溶液、乙物质溶液 46 习题巩固 （2）实验预期结果与结论： 若出现结果①：__________________________________________。 结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。 若出现结果②：______________________________。 结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。 若出现结果③：___________________________________________________________ _________________。 结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。 若出现结果④：___________________________________________________________ _________________。 结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。 透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高 透析前后，两组的酶活性均不变 加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高，加乙物质溶液组，透 析前后酶活性不变 加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变，加乙物质溶液组，透析后 酶活性比透析前高 47 酶的应用 2.果胶酶：溶解细胞壁中的果胶 3.加酶洗衣粉：去污力更强 4.含酶牙膏：分解细菌， 清新口气 5.多酶片： 治疗消化不良 1.溶解细菌的细胞壁： 抗菌消炎 48 网络构建 2H2O22H2O＋O2↑ $$