第8讲 降低化学反应活化能的酶——2026届高中生物学 一轮复习课件

第8讲（1）降低化学反应活化能的酶 贺老师 大概念二 细胞的生存需要能量和营养物质 1 (1)概念：细胞中每时每刻都进行着 ，统称为细胞代谢。 (2)细胞代谢的中心（主要场所）： ； 细胞代谢的控制中心： 。 (3)代谢类型： 许多化学反应 细胞质基质 细胞核 细胞代谢 ①同化作用（合成代谢）： ②异化作用（分解代谢）： (4)特点：细胞代谢离不开 。 酶 需氧型、厌氧型和兼性厌氧型 自养型和异养型——能否利用无机物制造有机物 体外化学反应的条件 ： （1）高温（2）高压（3）强酸（4）强碱（5）催化剂 细胞内也会发生一系列的化学反应，这些化学反应发生的环境条件是什么？ （1）常温 （2）常压 （3）pH接近中性 正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行 根据生物体在异化作用过程中对氧的需求情况。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？ 葡萄糖在体外分解可以通过强酸、燃烧 2 关于酶本质的探索 p79 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：酿酶 脲酶是蛋白质 胃蛋白酶等许多酶也是蛋白质 少数酶是RNA 切赫 奥特曼 3 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。少数酶是RNA。 化学本质 绝大多数_______ 少数是_____ 合成原料 合成场所 来源 作用部位 生理功能 作用原理 蛋白质 RNA 氨基酸 核糖核苷酸 核糖体 主要是细胞核 活细胞 细胞内外、生物体外 催化作用（无调节功能，激素具有调节功能） 降低化学反应的活化能 (哺乳动物成熟的红细胞除外) 酶的本质和作用 1.概念： 4 2.酶催化作用的实质： 无酶催化时，反应所需活化能 有酶催化时，反应所需活化能 酶降低的活化能 活化能：分子从常态转变为 的活跃状态所需要的能量。 容易发生化学反应 加热： 酶： 更显著地降低化学反应的活化能（作用机理） 为反应物分子提供能量(活化能），使其达到活跃状态 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。 5 思考：依据酶作用原理，针对下图在t时加酶后反应曲线应由Ⅰ变为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中的哪一条？ Ⅲ （1）酶只改变化学反应速率，反应前后本身不被消耗 （2）酶能降低活化能，使反应速率加快 （3）酶可以缩短达到平衡的时间，但不改变化学反应方向和平衡点 Ⅲ (特例：酶被蛋白酶水解) 酶可以重复多次利用，不会立即被降解。 6 酶的本质实验验证 思考：给你一份某种酶的结晶，你能设计实验检测它是不是蛋白质吗？ 思维拓展：设计实验，探究某种酶的化学本质（蛋白质还是RNA） 方案1：试剂检测法 方案2：酶解法 某种酶 + 蛋白酶 加入酶的底物 底物没有被催化→该酶是蛋白质 底物被催化→该酶不是蛋白质 某种酶 + 双缩脲试剂 出现紫色→该酶是蛋白质 不出现紫色→该酶不是蛋白质 采用了“减法原理” 请简略写出实验步骤。想一想，在萨姆纳之前，为什么很难鉴定酶的本质?课本P80 可用第2章中学过的检测蛋白质的方法。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。 7 未加催化剂 加无机催化剂 加酶 酶只缩短达到化学平衡的时间，不改变平衡点 AC对比，说明酶具有高效性。（ ） 酶的特性 1 酶具有高效性 与 相比，酶 的作用更显著，催化效率更高。 无机催化剂 (2)意义： 酶的催化效率是无机催化剂的107 ～1013倍。 改变平衡点： 改变反应物的含量。 降低活化能 使细胞代谢快速进行。 易错：酶的高效性必须和无机催化剂相比（A和B） A、C比较只能得出酶具有催化作用 × 8 2 酶具有专一性 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 ①内容： ②意义： 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 一类 肽酶：多肽→氨基酸 蛋白酶：蛋白质→多肽 一种 H2O2酶：H2O2 脲酶：尿素 保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。 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。 不能 酶能像无机催化剂一样，催化多种化学反应吗？ 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。 9 酶的特性 ③原因： 酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。 酶 产物 酶-底物复合物 图中A表示 ，B表示 ，E、F表示 ， C、D表示 。 酶 被A催化的底物 B被分解后的产物 不能被A催化的物质 2 酶具有专一性 10 →在最适温度和pH下，酶活性最高 失活 失活 低温抑制 酶活性 失活 1、低温：不破坏酶的空间结构，只是降低酶的活性。（可恢复） 2、温度过高：会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。（不可逆） 过酸、过碱 ，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。（不可逆） 3 酶的作用条件较温和 思考：温度较低时，酶活性低的原因？ 酶分子的热运动较慢，与底物碰撞的机会减少 思考：酶的保存宜选择 、 等条件。　　　 酶的特性 低温 适宜的pH 细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化的。酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。若细胞生活的环境条件发生改变，酶活性会怎样变化呢? 酶的最适温度、最适PH是酶的固有属性， 不会随着其他因素的改变而改变。 11 酶的相关实验探究——高效性 (1) 实验目的： 探究H2O2在不同条件下的分解 不同处理条件→加热、 加入无机催化剂、加入酶 H2O2的分解速率 pH、时间、底物浓度… (2) 实验原理： 变量处理 自变量处理： 因变量检测： 无关变量： 90℃水浴加热、Fe3Cl、新鲜肝脏研磨液 气泡的多少 卫生香是否复燃 保持相同且适宜 H2O2 → H2O + O2 自变量： 因变量： 无关变量： 变量分析 实验原理: 明确实验的依据是什么? 12 酶的相关实验探究——高效性 步骤 试管编号 变量 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 加热 FeCl3 肝脏研磨液 现象 气泡产生量 卫生香复燃情况 实验结论 不明显 无变化 少量 不亮 较多 发亮 大量 复燃 无关变量 自变量 因变量 对照实验 对照组 实验组 1、2号对照， 说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率 1、4号对照， 说明酶具有催化作用，同无机催化剂一样都可以加快化学反应速率 3、4号对照， 说明酶具有高效性，同无机催化剂相比，酶的催化效率更高 过氧化氢在不同条件下分解速率不一样 较无机催化剂相比，酶具有高效性 13 酶是由 产生的具有 作用的有机物。 化学本质 绝大多数_______ 少数是_____ 合成原料 合成场所 来源 作用部位 生理功能 作用原理 课前默写 6.17 14 酶的相关实验探究——专一性 3%可溶性淀粉溶液、3%蔗糖溶液、 2%淀粉酶溶液、2%蔗糖酶溶液、 斐林试剂、碘液 1.实验材料： 方案一 同种酶 + 不同底物 ① 淀粉酶 + 淀粉 方案二 同种底物 + 不同酶 ① 淀粉 + 淀粉酶 因变量是什么？如何检测因变量？ 淀粉和蔗糖的水解产物都是还原糖，可以用斐林试剂来检测。 不能用碘液，碘液无法检测蔗糖是否被水解。 ② 淀粉酶 + 蔗糖 ② 淀粉 + 蔗糖酶 因变量：底物是否被分解 因变量：底物是否被分解 15 实验：探究温度对酶活性的影响 实验材料及器具：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 淀粉、淀粉酶 ①实验材料： 1、不选用H2O2作为反应底物的原因？ H2O2不稳定，受热易分解， 无法判断H2O2的分解是温度引起还是酶。 ②检测试剂： 2、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。 3、实验材料先处理温度，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。 碘液 16 实验：探究温度对酶活性的影响 实验步骤 1 2 3 4 5 6 7 2ml 2ml 2ml 1ml 1ml 1ml 0℃保温 60℃保温 100℃保温 1、2号试管混合 3、4号试管混合 5、6号试管混合 各加入两滴碘液→振荡 变蓝 变蓝 不变蓝 取洁净试管并编号 1 2 3 4 5 6 加3%的可溶性淀粉溶液 加2%淀粉酶溶液 水浴保温5min 淀粉酶溶液与淀粉溶液混合，摇匀（保持5min） 滴加2滴碘液、振荡 观察实验现象 结论： 温度过高、过低，都会影响酶的活性 17 如何设计实验找到蛋白酶的最适温度？ 思路：等梯度温度下将 放到一起。 思路：如何获得更加准确的最适温度？ 温度 15℃ 25℃ 35℃ 45℃ 55℃ 65℃ 肉块消失时间 3h 2h 0.8h 0.8h 1.8h 4h 温度 35℃ 37℃ 39℃ 41℃ 43℃ 45℃ 肉块消失时间 0.8h 0.7h 0.4h 0.6h 0.7h 0.8h 问题：此为 实验，能确定酶最适温度的 值；最适温度一定在________________之间。 问题：此为 实验，能确定酶最适温度是39℃吗？ 预 大致 35℃ ～ 45℃ 正式 不能 实验：探究温度对酶活性的影响 肉块和蛋白酶 18 实验：探究PH对酶活性的影响 (1)本实验的自变量是什么？如何控制自变量？ 自变量：PH。通过分别加入等量的HCl、蒸馏水和NaOH来控制。 2.设计实验： 1.实验材料： 3%的可溶性淀粉溶液，2%的淀粉酶溶液 3%的H2O2溶液，2%的新鲜肝脏研磨液（含H2O2酶） 斐林试剂、碘液、 (2)选择H2O2酶还是淀粉酶作为实验材料？ H2O2酶，因为在酸性条件下，酸会水解淀粉。 (3)本实验的因变量是什么？怎样观察或检测因变量？ (4)能否在加入肝脏研磨液后，直接加入过氧化氢溶液，再调节pH? 不能。因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响到检测结果。 H2O2酶的活性。可以通过观察单位时间内气泡的多少或者卫生香复燃的情况来判断H2O2的分解速率。 19 影响酶促反应速率的因素 酶促反应： 由酶催化的化学反应，生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应。 酶促反应速率： 单位时间内反应物或生成物浓度的改变量。 影响酶促反应速率的因素： 酶的活性 酶的浓度 底物浓度 pH 温度 抑制剂 激活剂 酶促反应速率 20 1、温度和pH对酶促反应速率的影响 乙曲线分析：纵坐标为反应物剩余量，剩余量越多，生成物越少，反应速率越慢；图示pH＝7时，反应物剩余量最少，应为最适pH； 反应溶液pH的变化________(填“影响”或“不影响”)酶作用的最适温度。 不影响 影响酶促反应速率的因素 自变量： 温度、PH 21 2、底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响 底物浓度 酶浓 度和酶活性 成正相关 影响酶促反应速率的因素 除温度、PH和底物浓度等外，还有哪些因素影响酶促反应的速率？ 22 3.大本p56 如图曲线乙表示在最适温度、最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析下列说法正确的是(　　) A.增大pH后重复该实验，A、B点位置均会上升 B.酶浓度降低后，图示反应速率可用曲线甲表示 C.酶浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素 D.若B点后升高温度，将呈现曲线丙所示变化 A：根据题干“曲线乙表示在最适温度、最适pH条件下”，因此如果增大pH，酶的活性会下降，A、B点位置都会下移，A错误； B：酶浓度降低后，在反应物浓度相同的情况下，速率会降低。 C：曲线AB段酶促反应速率不同的原因是反应物浓度，因此反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素，C错误； D：曲线乙是在最适温度条件下进行的，如果升高温度，酶的活性会下降，不会呈现曲线丙所示变化，D错误。 B 23 大部分激活剂是无机盐离子: K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cl-、I-等。 3、影响酶促反应速率的调节剂 ①激活剂： 提高酶活性的物质，称为酶的激活剂。 选择性必修3 P77 影响酶促反应速率的因素 如胃蛋白酶原进入胃腔后，在HCl作用下，从酶原分子中脱去一个小分子肽段后，转变成有活性的胃蛋白酶。 不表现有催化活性的酶原在一定条件下，使分子结构发生改变，形成酶的活性中心，无活性的酶原转化成有活性的酶称酶原的激活。 不表现有催化活性的酶原在一定条件下，使分子结构发生改变，形成酶的活性中心，无活性的酶原转化成有活性的酶称酶原的激活。如胃蛋白酶原进入胃腔后，在HCl作用下，从酶原分子中脱去一个小分子肽段后，转变成有活性的胃蛋白酶。 24 可以通过增大底物浓度来抵消其抑制作用 非竞争抑制剂与活性位点以外的位点结合，改变酶的结构并降低反应速率。 3、影响酶促反应速率的调节剂——抑制剂 A.竞争性抑制剂： 抑制剂与底物竞争酶。 B.非竞争性抑制剂： 抑制剂与底物不存在竞争关系。 在无法去除竞争性抑制剂的情况下，如何提高酶促反应速率？ 抑制剂的结构与酶的活性中心相似，当抑制抑制与酶结合时，就阻止了底物与酶结合，如果底物与酶结合也会阻止抑制与酶结合。 由于非竞争性抑制剂不与底物竞争，因此，其抑制作用不能通过增加底物的浓度来抵消其抑制作用。 抑制剂与酶的活性中心以外的部位结合，从而使酶的活性中心结构改变，阻止了酶与底物结合。如果酶与活性中心结合，使抑制剂结合部位的空间结构发生改变，从而阻止抑制与酶结合。 25 1、变量是什么？包括哪几种类型？如何区别？ 变量： 自变量： 因变量： 与研究目标无关，但却影响研究结果的变量。 需控制无关变量相同且适宜 实验过程中可以变化的因素 研究者主动操纵的的变量，通常为横坐标 x 随着自变量的变化而变化的量，通常为纵坐标 y 无关变量： 对照实验： 实验专题：控制变量和设计对照实验 课本p78 大本p63 对照实验的目的是排除 的干扰，从而确定 与 的关系。 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。对照实验一般要设置对照组和实验组 无关变量 自变量 因变量 26 自变量的处理方法 实验专题：控制变量和设计对照实验 课本p78 大本p63 例如验证甲状腺激素的生理作用——“加”即口服或注射该激素；“减”即手术切除甲状腺法。 例如探究温度对酶活性的影响实验，对自变量温度无法“加”或“减”，就用“换”的方法。 ②“换”： ①“加”或“减”： 判断：所有生物实验都是对照实验( ) 如观察类实验(观察叶绿体和胞质环流等) × 27 2、实验设计的原则 实验专题：控制变量和设计对照实验 课本p78 大本p63 (1)单一变量原则： 如生物材料(大小、生理状况、年龄、性别等)相同、 实验器具(型号、洁净程度等)相同、 实验试剂(用量、浓度、使用方法等)相同和 条件(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)相同。 (2)对照原则： (3)平行重复原则： 即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。 应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其他因素都相同)，以便减小实验误差。 在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。 28 3、对照的类型 类型 设置对照实验 自身对照 实验组和对照组都在 同一个实验对象上进行 条件对照 给实验对象施以某种处理，这种处理是作为对照意义 相互对照 不单独设置对照组，而是几个实验组相互对照 实验专题：控制变量和设计对照实验 课本p78 大本p63 空白对照 对照组不做任何处理 植物细胞质壁分离和复原实验 在验证激素作用的实验中，甲组饲喂甲状腺激素，乙组饲喂甲状腺激素抑制剂，丙组不饲喂药剂 探究温度对酶活性的影响 验证甲状腺激素的作用，对照组动物不做任何处理，让其自然生长 29 4、实验步骤的书写 第一步：取材分组编号 常用语言：①取两支试管,分别编号为甲、乙,各加入等量的某溶液 ②选择长势相同、大小相似的同种植物随机等量分组,分别编号为A、B、C…; ③选择年龄、体重(性别)、健康状况相同的某种动物随机等量分组,分别编号为1、2、3… 第二步：设置自变量(或对照处理) 即用实验变量处理(确保单一变量原则)进行对照处理 常用语言：在A组中加入“适量的”……在B组中加入“等量的”…… 第三步：相同且适宜条件培养（或反应）等待实验变量发挥作用 常用语言：将两套装置放在“相同且适宜的环境中培养一段时间”(或相应方法处理，如振荡、加热等) 第四步：因变量的观察，必须找出具体的观察和记录对象 第五步：实验结果与结论 ①对于验证性实验，由于实验结果预期唯一，所以，结论也只有一个，那就是肯定实验目的。 ②对于探究性实验，对应它的多个结果，写出多个结论即可 （表达形式为：如果┄┄┄，则┄┄┄。） 实验专题：控制变量和设计对照实验 课本p78 大本p63 30 具有专一性的五类物质 大本p59 归纳总结 (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。 31 32 酶的应用 1.溶菌酶 2.果胶酶 3.加酶洗衣粉 4.含酶牙膏 5.多酶片 6.胰蛋白酶 7.脂肪酶 8.青霉素酰化酶 教材P85 ...... 33 2、探究温度和pH对酶活性的影响 （1）实验材料： 温度 2%淀粉酶溶液 PH 20%的肝脏研磨液 （过氧化氢酶） 3%可溶性淀粉溶液 3%过氧化氢溶液 探究温度对酶活性的影响： 加热促进H2O2分解 不能用过氧化氢酶做实验 不能选用斐林试剂鉴定 斐林试剂的鉴定需要水浴加热 探究PH对酶活性的影响： 酸性条件促进淀粉水解 不宜选用淀粉作底物 34 1.酶促反应速率的影响曲线分析 (1)底物浓度对酶促反应的影响 底物浓度 反 应 速 度 酶量一定 增加一定量的酶的抑制剂 竞争性 非竞争性 35 酶 动物激素 神经递质 抗体 来源 作用场所 作用后的去向 化学本质 生理功能 （作用） 共性 活细胞 内分泌器官/细胞 突触前膜 浆细胞 细胞内/外 对应的靶器官/细胞 突触后膜 内环境 不变 被灭活 ①被分解 ②被突触前膜回收 ③扩散远离突触间隙 与抗原结合后被吞噬细胞吞噬 蛋白质、RNA 蛋白质、脂质、氨基酸衍生物 气体或小分子物质 (一定不是蛋白质) 蛋白质 催化 调节 传递兴奋或抑制 免疫 微量高效 36 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder r0.2.61(gap_fixed:False) $$